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1、第2講 光的波動性電磁波相對論,【知識導圖】,頻率,相位差,亮條紋,小,不需要,c=3108m/s,同樣適用,干涉,無線電波,可見光,光速不變原理,E=mc2,【微點撥】 1.分析光的干涉、衍射及偏振的幾點注意: (1)白光發(fā)生光的干涉、衍射和光的色散都可出現(xiàn)彩色條紋,但光學本質(zhì)不同。 (2)區(qū)分干涉和衍射,關鍵是理解其本質(zhì),實際應用中可從條紋寬度、條紋間距、亮度等方面加以區(qū)分。,(3)不能認為偏振片就是刻有狹縫的薄片,偏振片并非刻有狹縫,而是具有一種特征,即存在一個偏振方向,只讓平行于該方向振動的光通過,其他振動方向的光被吸收了。,2.分析電磁波譜時的四點注意: (1)不同的電磁波產(chǎn)生的機理
2、不同。 (2)電磁波在真空中的傳播速度等于光速,與頻率無關。 (3)電磁波為橫波。 (4)要明確怎樣變化的電場(磁場)產(chǎn)生怎樣變化的磁場(電場)。,【慧眼糾錯】 (1)只有光波的波長和障礙物差不多或比障礙物大時, 才產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。 糾錯:_____________________。,會產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象,(2)太陽光通過三棱鏡形成彩色光譜,這是光的干涉的 結果。 糾錯:__________________________________________ _____。,太陽光通過三棱鏡形成彩色光譜,這是光的色散,現(xiàn)象,(3)泊松亮斑支持了光的微粒說。 糾錯:___________________
3、_____________________。 (4)光學鏡頭上的增透膜的厚度是任意的。 糾錯:___________________________________________ ____________________。,泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象,支持了光的波動說,增透膜的厚度必須恰等于某色光(一般為綠色光),在增透膜中波長的,(5)在雙縫干涉實驗中,雙縫的作用是使白光變成單色 光。 糾錯:___________________________。 (6)在光的雙縫干涉實驗中,若僅將雙縫間距d減小,則 相鄰亮條紋的間距一定減小。 糾錯:_____________________________
4、____________ _______。,雙縫的作用是產(chǎn)生兩束相干光,由x= 知,當d減小時,相鄰亮條紋的間距,將增大,(7)在真空中傳播的電磁波,當它的頻率增大時,它的傳 播速度增大,波長不變。 糾錯:__________________________________________ ______________________________。,所有在真空中傳播的電磁波,傳播速度相等且不,變,由c=f知,當f增大時,減小,考點1光的干涉、衍射、偏振 【典題探究】 【典例1】(2018衡水模擬)如圖所示,市場上有種燈 具俗稱“冷光燈”,用它照射物品時能使被照物品處產(chǎn) 生的熱效應大大降低,
5、從而廣泛地應用于博物館、商店 等處。這種燈降低熱效應的原因之一是在燈泡后面放,置的反光鏡玻璃表面上鍍一層薄膜(例如氟化鎂),這種膜能消除不鍍膜時玻璃表面反射回來的熱效應最顯著的紅外線。以表示紅外線的波長,則所鍍薄膜的最小厚度應為導學號04450306(),【解析】選B。紅外線最顯著的特點之一就是熱效應, 當光照射物體時,一般都伴隨著大量的紅外線。在燈泡 后面放置的反光鏡玻璃表面上鍍一層薄膜(相當于增透 膜),當增透膜最小厚度等于紅外線在其中傳播的波長 的 時,燈泡發(fā)出的紅外線射到增透膜后,從增透膜的 前后表面反射回來的兩束紅外線發(fā)生干涉,相互抵消, 使反射的紅外線強度減弱,達到冷光效果。故B正
6、確。,【通關秘籍】 1.光的干涉、衍射比較:,2.自然光與偏振光:,【考點沖關】 1.(多選)(2018唐山模擬)如圖所示是a、b兩光分 別經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后在屏上形成的干涉圖樣, 則(),A.在同種均勻介質(zhì)中,a光的傳播速度比b光的大 B.在真空中a、b兩光傳播速度相同 C.從真空射入同種介質(zhì)發(fā)生全反射時,a光全反射臨界角小 D.從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時,a光全反射臨界角小 E.在相同的條件下,b光比a光更容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象,【解析】選B、D、E。結合干涉圖樣a、b,由x= 可知,afb,在同種介質(zhì)中,nanb,由v= 知 va
7、B正 確;根據(jù)sin C= 知Ca
8、振片P后變?yōu)槠窆?因此PQ間為偏振光,故B錯誤;由于 自然光沿著各個方向振動的光波的強度都相同,因此經(jīng) 過偏振片P后,使偏振片P由圖示位置旋轉90度的過程 中,PQ間的光線亮度不變,故C錯誤;自然光沿軸線通過,光屏M上的小孔照射到偏振片P上,再使偏振片P由圖示位置旋轉90度的過程中,當偏振片P與偏振片Q垂直時,光屏上沒有亮度,則光屏上光的亮度逐漸變暗,故D正確。,【加固訓練】 劈尖干涉是一種薄膜干涉,其裝置如圖甲所示,將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上,在一端夾入兩張紙片,從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜。當光垂直入射后,從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示?，F(xiàn)若在圖甲裝置中再增加一張
9、紙片,則當光垂直入射到新的劈形空氣薄膜上后,從上往下觀察到的干涉條紋(),A.變疏B.變密C.不變D.消失,【解析】選B。從空氣膜的上下表面分別反射的兩列光 是相干光,其光程差為x=2d,即光程差為空氣層厚度 的2倍,當光程差x=n時表現(xiàn)為亮條紋,故相鄰亮條 紋之間的空氣層的厚度差為 ,顯然增加一張紙片后 空氣層的傾角變大,故相鄰亮條紋(或暗條紋)之間的距 離變小。故干涉條紋變密,故B正確。,考點2用雙縫干涉測光的波長 【典題探究】 【典例2】(多選)(2017全國卷)在雙縫干涉實驗中,用綠色激光照射在雙縫上,在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣。若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距,可選用的方法是
10、導學號04450307(),A.改用紅色激光 B.改用藍色激光 C.減小雙縫間距 D.將屏幕向遠離雙縫的位置移動 E.將光源向遠離雙縫的位置移動,【題眼直擊】 (1)在雙縫干涉實驗中,屏幕上產(chǎn)生的圖樣中相鄰明條 紋間距x=____。 (2)紅光、綠光、藍光中波長最長的是_____,波長最短 的是_____。,紅光,藍光,【解析】選A、C、D。根據(jù)條紋間距表達式x= 可 知:因紅光的波長大于綠光的波長,則改用紅色激光可 增大條紋間距,選項A正確;因藍光的波長小于綠光的波 長,則改用藍色激光可減小條紋間距,選項B錯誤;減小 雙縫間距d可增加條紋間距,選項C正確;將屏幕向遠離 雙縫的位置移動,即增加
11、l可使條紋間距變大,選項D正,確;光源與雙縫間的距離不影響條紋間距,選項E錯誤;故選A、C、D。,【通關秘籍】 1.實驗步驟: (1)將光源、單縫、遮光筒、毛玻璃屏依次安裝在光具座上。 (2)接好光源,打開開關,使燈絲正常發(fā)光。 (3)調(diào)節(jié)各器材的高度,使光源燈絲發(fā)出的一束光,能沿軸線到達光屏。,(4)安裝雙縫,使雙縫與單縫的縫平行,二者間距約510 cm,觀察白光的干涉條紋。 (5)在單縫和雙縫間放上濾光片,觀察單色光的干涉條紋,安裝測量頭,調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋。,(6)使分劃板中心刻線對齊某明(或暗)條紋的中央,記下手輪上的讀數(shù)a1,轉動手輪使分劃板中心刻線移動,記下干涉條紋的條數(shù)n
12、和移動后手輪的讀數(shù)a2,a1與a2的差即為n條亮紋的間距。 (7)用刻度尺測量雙縫到光屏的距離l(d是已知的)。,(8)重復測量、計算,求平均值作為波長的測量結果。 (9)換用不同的濾光片,重復實驗。,2.注意事項: (1)實驗時應調(diào)整光源、單縫、雙縫和光屏、測量頭共軸,單縫和雙縫安裝時應豎直且相互平行,遮光筒的軸線要與光具座導軌平行。若不共軸或單縫與雙縫不平行則會引起干涉條紋亮度小,不清晰,不便于觀察和測量。,(2)分劃板上的刻線應與干涉條紋的亮(暗)線平行,否則會增大測量的誤差。 (3)雙縫、測量頭安裝到遮光筒上時要裝到底,使各部件的定位面緊密吻合,否則會影響測量結果。 (4)雙縫干涉演示
13、儀的測量頭有兩種,一種相當于螺旋測微器,一種相當于游標卡尺,具體應用時要加以區(qū)別。,(5)測量雙縫至屏的距離l,要多次測量取平均值,同時要固定好雙縫及屏,切勿松動。,【考點沖關】 1.(2015全國卷)在雙縫干涉實驗中,分別用紅色和綠色的激光照射同一雙縫,在雙縫后的屏幕上,紅光的干涉條紋間距x1與綠光的干涉條紋間距x2相比, x1________(選填“”“<”或“=”)x2。若實驗中紅光的波長為630 nm,雙縫與屏幕的距離為1.00 m,測得第一條到第6條亮條紋中心間的距離為10.5 mm,則雙縫之間的距離為__________mm。,【解析】根據(jù)x= ,因為紅光的波長比綠光的長,所 以紅
14、光的干涉條紋間距x1比綠光的干涉條紋間距 x2大;由題意得相鄰亮條紋的間距為x= =2.110-3 m,再由x= 可以解得d=0.300 mm。 答案:0.300,2.(2018石家莊模擬)用雙縫干涉測量光的波長的實驗裝置如圖甲所示,已知單縫與雙縫間的距離L1= 100 mm,雙縫與屏的距離L2=700 mm,雙縫間距d= 0.25 mm。用測量頭來測量相鄰亮條紋中心間的距離。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構成,轉動手輪,使分劃板左右移動,讓分劃板的中心刻線對準亮條紋的中心,如圖乙所示。,(1)某同學發(fā)現(xiàn),多次實驗中,條紋有豎直的,有水平的,也有傾斜的,出現(xiàn)這些問題的原因是_________。
15、 (2)當分劃板的中心刻線對準第1個亮條紋的中心時讀數(shù)x1=2.190 mm,對準第4個亮條紋的中心時讀數(shù)如圖丙所示,其讀數(shù)x2=__________ mm。 A.7.869B.7.86C.7.36D.5.869,(3)寫出計算波長的表達式=__________(用d、L1、L2、x1、x2表示),根據(jù)已知數(shù)據(jù)和(2)中測得的數(shù)據(jù),求解得到的波長為__________nm。,【解析】(1)單縫是豎直的,條紋就是豎直的;單縫是水平的,條紋就是水平的;單縫是傾斜的,條紋就是傾斜的。 (2)x2=7.869 mm。 (3)由題意知x= 根據(jù)x=,得= 代入數(shù)據(jù)解得=676 nm 答案:(1)見解
16、析(2)A (3) 676,【加固訓練】 (1)(多選)如圖所示是用雙縫干涉測光波波長的實驗示意圖,圖中是光源、是濾光片、是單縫、是雙縫、是光屏。下列操作能增大光屏上相鄰兩亮條紋之間距離的是(),A.增大和之間的距離 B.增大和之間的距離 C.將綠色濾光片改成紅色濾光片 D.增大雙縫之間的距離 (2)如果將燈泡換成激光光源,該實驗照樣可以完成,這時可以去掉的部件是________(填數(shù)字代號)。,(3)轉動測量頭的手輪,使分劃板中心刻線對準第1條亮條紋,讀出手輪的讀數(shù)如圖甲所示。繼續(xù)轉動手輪,使分劃板中心刻線對準第10條亮條紋,讀出手輪的讀數(shù)如圖乙所示,則相鄰兩亮條紋的間距是_______
17、___mm(結果保留三位有效數(shù)字)。,(4)在(3)前提下,如果已經(jīng)量得雙縫的間距是0.30 mm,雙縫和光屏之間的距離是900 mm,則待測光的波長是______________m。(結果保留三位有效數(shù)字),【解析】(1)由x= 知相鄰兩亮條紋之間的距離與 單縫和雙縫之間的距離無關,A錯誤;增大和之間的 距離即是增大l,x增大,B正確;紅光的波長大于綠光 的波長,C正確;增大雙縫之間的距離,x減小,D錯誤。 (2)由于激光是相干光源,故可以去掉的部件是、 。,(3)甲圖讀數(shù)是0.045 mm,乙圖讀數(shù)是14.535 mm,它們 的差值是14.490 mm,所以相鄰兩亮條紋間距是x= mm=
18、1.610 mm。 (4)待測光的波長= 5.3710-7 m 答案:(1)B、C(2)(3)1.610 (4)5.3710-7,考點3電磁波和電磁波譜 【典題探究】 【典例3】(2017北京高考)物理學原理在現(xiàn)代科技中 有許多重要應用。例如,利用波的干涉,可將無線電波 的干涉信號用于飛機降落的導航。如圖所示,兩個可發(fā) 射無線電波的天線對稱地固定于飛機跑道兩側,它們類 似于楊氏干涉實驗中的雙縫。兩天線同時都發(fā)出波長,為1和2的無線電波。飛機降落過程中,當接收到1 和2的信號都保持最強時,表明飛機已對準跑道。下 列說法正確的是導學號04450308(),A.天線發(fā)出的兩種無線電波必須一樣強
19、B.導航利用了1與2兩種無線電波之間的干涉 C.兩種無線電波在空間的強弱分布穩(wěn)定 D.兩種無線電波各自在空間的強弱分布完全重合,【解析】選C。兩列無線電波若發(fā)生干涉,只需頻率相 同,無線電波的強度不用相同,A選項錯誤;發(fā)生干涉的 是從兩處發(fā)射的波長是1的電磁波或從兩處發(fā)射的波 長是2的電磁波,波長為1和2的兩種無線電波不能 發(fā)生干涉現(xiàn)象,B選項錯誤;楊氏雙縫干涉實驗中,在屏 上形成明暗相間的穩(wěn)定的條紋,所以我們可知兩種無線,電波在空間的強弱分布也是穩(wěn)定的,C選項正確;因為波長不同,兩種無線電波各自在空間的強弱分布不完全重合,D選項錯誤。,【通關秘籍】 1.電磁波的四大特點: (1)電磁波是橫波
20、,在空間傳播不需要介質(zhì)。 (2)在真空中電磁波的傳播速度為3108 m/s。 (3)v=f對電磁波同樣適用。 (4)電磁波能產(chǎn)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象。,2.電磁波譜的特性及應用:,【考點沖關】 1.(多選)(2016全國卷)關于電磁波,下列說法正確的是() A.電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關 B.周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā),形成電磁波 C.電磁波在真空中自由傳播時,其傳播方向與電場強度、磁感應強度均垂直,D.利用電磁波傳遞信號可以實現(xiàn)無線通信,但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸 E.電磁波可以由電磁振蕩產(chǎn)生,若波源的電磁振蕩停止,空間的電磁波隨即消失,【解析】選A、B、
21、C。電磁波在真空中傳播速度不變,與波長、頻率無關,選項A正確;電磁波的形成是變化的電場和變化的磁場互相激發(fā)得到,選項B正確;電磁波傳播方向與電場方向和磁場方向垂直,選項C正確;光是一種電磁波,光可在光導纖維中傳播,選項D錯誤;電磁振蕩停止后,電磁波仍會在介質(zhì)或真空中繼續(xù)傳播,選項E錯誤。,2.(多選)(2018唐山模擬)下列說法中正確的 是() A.北斗導航系統(tǒng)是利用電磁波進行定位和導航的 B.微波爐能快速加熱食物是利用紅外線具有顯著的熱效應 C.常用的電視機遙控器通過發(fā)出紫外線脈沖信號來遙控電視機,D.天文學家用射電望遠鏡接收天體輻射的無線電波進行天體物理研究 E.遙感技術中利用了紅外線探測
22、器接收物體發(fā)出的紅外線來探測被測物體的特征,【解析】選A、D、E。北斗導航系統(tǒng)是利用電磁波工作的,A正確;食物中的水分子在微波作用下熱運動加劇,溫度升高,內(nèi)能增加,B錯誤;常用的電視機遙控器是利用紅外線脈沖信號來遙控電視機的,C錯誤;天文學家用射電望遠鏡接收天體輻射的無線電波進行天體研究,D正確;遙感技術中利用紅外線探測器接收物體發(fā)出的紅外線來探測被測物體的特征,E正確。,【加固訓練】 (多選)為了測量儲罐中不導電液體的高度,將與儲罐外 殼絕緣的兩塊平行金屬板構成的電容器C置于儲罐中, 電容器可通過開關S與線圈L或電源相連,如圖所示。當 開關從a撥到b時,由L與C構成的回路中產(chǎn)生周期T= 2
23、的振蕩電流。當罐中的液面上升時(),A.電容器的電容減小 B.電容器的電容增大 C.LC回路的振蕩頻率減小 D.LC回路的振蕩頻率增大,【解析】選B、C。液面上升時,兩板間的電介質(zhì)變多, 根據(jù)電容的決定式C= 知,電容器的電容C增大,選 項B正確、A錯誤;根據(jù)振蕩電流的周期T=2 可知, 周期變大,由f= 可知,頻率變小,選項C正確、D錯 誤。,考點4狹義相對論的簡單應用 【典題探究】 【典例4】(多選)(2017江蘇高考)接近光速飛行的飛船和地球上各有一只相同的銫原子鐘,飛船和地球上的人觀測這兩只鐘的快慢,下列說法正確的有() 導學號04450309,A.飛船上的人觀測到飛船上的鐘較快
24、B.飛船上的人觀測到飛船上的鐘較慢 C.地球上的人觀測到地球上的鐘較快 D.地球上的人觀測到地球上的鐘較慢,【解析】選A、C。飛船上的人以飛船為參考系,故地球是高速運動的,根據(jù)愛因斯坦的運動延時效應,飛船上的人觀測到地球上的鐘較慢,即飛船上的人觀測到飛船上的鐘較快,故A正確,B錯誤;地球上的人以地球為參考系,認為飛船高速運動,根據(jù)延時效應,飛船上的鐘較慢,故地球上的人觀測到地球上的鐘較快,C正確,D錯誤。,【通關秘籍】 狹義相對論: (1)狹義相對論的兩個基本假設。 狹義相對性原理:在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是相同的。,光速不變原理:真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的,光速與
25、光源、觀測者間的相對運動沒有關系。 (2)相對論質(zhì)能關系:用m表示物體的質(zhì)量,E表示它具有的能量,則愛因斯坦質(zhì)能方程為:E=mc2。,【考點沖關】 1.(2016江蘇高考)一艘太空飛船靜止時的長度為 30 m,它以0.6c(c為光速)的速度沿長度方向飛行越過地球,下列說法正確的是() A.飛船上的觀測者測得該飛船的長度小于30 m B.地球上的觀測者測得該飛船的長度小于30 m,C.飛船上的觀測者測得地球上發(fā)來的光信號速度小于c D.地球上的觀測者測得飛船上發(fā)來的光信號速度小于c,【解析】選B。飛船上的觀察者相對于飛船靜止,則他測得的是飛船的靜止長度,即30 m,A錯誤;地球上的觀測者看到飛船
26、是運動的,根據(jù)長度的相對性可知他觀測到飛船的長度比靜止時的長度小,B正確;根據(jù)光速不變原理得,飛船上和地球上的觀測者觀測到的光信號速度均為c,D錯誤。,2.(多選)1905年,愛因斯坦提出了著名的狹義相對論,給物理科學帶來了巨大的進步。根據(jù)狹義相對論的理論,下列說法中正確的是() A.在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是相同的 B.真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的,C.根據(jù)狹義相對論可知,同時是絕對的 D.根據(jù)狹義相對論可知,物體的長度、時間間隔和物體的質(zhì)量都是相對的,【解析】選A、B、D。根據(jù)相對性原理,在所有慣性系中,物理定律有相同的表達形式,即一切物理規(guī)律都是相同的,故A正確
27、;根據(jù)光速不變原理,真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的,故B正確;根據(jù)狹義相對論可知,在不同的慣性系中,同時是相對的,故C錯誤;由相對論的基本公式,可知物體的長度、時間間隔和物體的質(zhì)量都是相對的,故D正確。,【加固訓練】 (多選)物理學的發(fā)展豐富了人類對物質(zhì)世界的認識, 推動了科學技術的創(chuàng)新和革命,促進了物質(zhì)生產(chǎn)的繁 榮與人類文明的進步,根據(jù)狹義相對論下列說法正確 的是() A.真空中的光速是不變的 B.運動的時鐘變慢與運動的尺子縮短,C.物體的質(zhì)量取決于物體所含物質(zhì)的多少,與物體的運動速度無關 D.質(zhì)量、長度、時間的測量結果都是隨物體與觀測者的相對運動狀態(tài)而改變,【解析】選A、B、D。真空中的光速是不變的,故A正確; 狹義相對論的幾個基本結論:鐘慢效應:運動的鐘比 靜止的鐘走得慢,而且,運動速度越快,鐘走得越慢,接 近光速時,鐘就幾乎停止了;尺縮效應:在尺子長度方 向上運動的尺子比靜止的尺子短,當速度接近光速時, 尺子縮成一個點,故B正確;由相對論質(zhì)量公式可知,當,物體的速度很大時,其運動時的質(zhì)量明顯大于靜止時的質(zhì)量,故C錯誤;質(zhì)量、長度、時間的測量結果都是隨物體與觀測者的相對運動狀態(tài)而改變,故D正確。,
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