2022物理一輪復(fù)習(xí)人教版廣西專版：十五章　第2節(jié)　光的波動性　電磁波　相對論

第2節(jié)光的波動性電磁波

相對論-2-一、光的干涉1.定義:在兩列光波的疊加區(qū)域,某些區(qū)域的光被加強(qiáng)

,出現(xiàn)亮紋,某些區(qū)域的光被減弱

,出現(xiàn)暗紋,且加強(qiáng)

和減弱

互相間隔的現(xiàn)象叫作光的干涉現(xiàn)象。

2.條件:兩列光的頻率相等

,且具有恒定的相位差,才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象。

3.雙縫干涉:由同一光源發(fā)出的光經(jīng)雙縫后形成兩束振動情況總是相同

的相干光,屏上就會出現(xiàn)明暗相間

的條紋。

-3-4.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后表面

反射的光相遇而形成的。圖樣中同一條亮(或暗)條紋上所對應(yīng)薄膜厚度相同

。二、光的衍射1.發(fā)生明顯衍射的條件:只有當(dāng)障礙物的尺寸與光的波長相差不多

,甚至比光的波長還小

的時候,衍射現(xiàn)象才會明顯。

2.衍射條紋的特點(diǎn):(1)單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較-4--5-(2)泊松亮斑(圓盤衍射):當(dāng)光照到不透明

(選填“透明”或“不透明”)的半徑很小的小圓盤上時,在圓盤的陰影中心出現(xiàn)亮斑

(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán))。

三、光的偏振1.自然光:包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向

振動的光,而且沿著各個方向振動的光波的強(qiáng)度都相同。

2.偏振光:在垂直于光的傳播方向的平面上,只沿著某個特定

的方向振動的光。

3.偏振光的形成:(1)讓自然光通過偏振片

形成偏振光。

(2)讓自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和折射

,反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光。

4.光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫

波。

-6-四、電磁場、電磁波、電磁波譜1.麥克斯韋電磁場理論變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場

,變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場

。

2.電磁波(1)電磁場在空間由近及遠(yuǎn)地傳播,形成電磁波

。

(2)電磁波的傳播不需要介質(zhì)

,可在真空中傳播,在真空中不同頻率的電磁波傳播速度相同

(都等于光速)。

(3)不同頻率的電磁波,在同一介質(zhì)中傳播,其速度是不同的,頻率越高,波速越小

。

(4)v=λf,f是電磁波的頻率。-7-3.電磁波的發(fā)射(1)發(fā)射條件:開放

電路和高頻振蕩

信號,所以對要傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行調(diào)制。

(2)調(diào)制方式①調(diào)幅:使高頻電磁波的振幅

隨信號的強(qiáng)弱而變。

②調(diào)頻:使高頻電磁波的頻率

隨信號的強(qiáng)弱而變。

4.無線電波的接收(1)當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的無線電波的頻率相等

時,激起的振蕩電流最強(qiáng)

,這就是電諧振現(xiàn)象。

(2)使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫作調(diào)諧

。能夠調(diào)諧的接收電路叫作調(diào)諧

電路。

(3)從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩中“檢”出調(diào)制信號的過程,叫作檢波

。檢波是調(diào)制

的逆過程,也叫作解調(diào)。

-8-5.電磁波譜按照電磁波的頻率

或波長

的大小順序把它們排列成譜叫作電磁波譜。

按波長由長到短排列的電磁波譜為:無線電波、紅外線、可見光

、紫外線、X射線、γ射線。

五、相對論1.狹義相對論的兩個基本假設(shè)(1)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。

(2)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,光速與光源、觀測者間的相對運(yùn)動沒有

關(guān)系。

-9-2.相對論的質(zhì)速關(guān)系(1)物體的質(zhì)量隨物體速度的增大而增大

,物體以速度v運(yùn)動時的質(zhì)量m與靜止時的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系:m=。

(2)物體運(yùn)動時的質(zhì)量總要大于

靜止時的質(zhì)量m0。

3.相對論質(zhì)能關(guān)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

。

-10-1.請用麥克斯韋的電磁場理論說明電磁波是怎樣產(chǎn)生的。提示：麥克斯韋關(guān)于電磁場理論的主要論點(diǎn):變化的磁場產(chǎn)生電場;變化的電場產(chǎn)生磁場。如果在空間某區(qū)域有不均勻變化的電場,那么這個變化的電場就在空間引起變化的磁場,這個變化的磁場又引起新的變化的電場……于是,變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生,由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播,這就產(chǎn)生了電磁波。2.通過閱讀教材,歸納分析電磁波和機(jī)械波的波速各有什么特點(diǎn)。提示：電磁波可以在真空中傳播且波速一定,在介質(zhì)中不同頻率的電磁波的波速不同;而機(jī)械波不能在真空中傳播,其波速由介質(zhì)決定,與頻率無關(guān)。-11-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三光的干涉現(xiàn)象的理解及應(yīng)用(師生共研)1.光的雙縫干涉現(xiàn)象(1)明暗條紋的判斷方法①如圖所示,光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P點(diǎn)的路程差r2-r1=kλ(k=0,1,2,…)時,光屏上出現(xiàn)明條紋。②光的路程差r2-r1=(2k+1)(k=0,1,2,…)時,光屏上出現(xiàn)暗條紋。(2)條紋間距:Δx=λ,其中l(wèi)是雙縫到光屏的距離,d是雙縫間的距離,λ是光波的波長。-12-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三2.薄膜干涉(1)如圖所示,豎直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上時,在膜的前表面AA'和后表面BB'分別反射回來,形成兩列頻率相同的光波,并且疊加。(2)明、暗條紋的判斷①在P1、P2處,兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr等于波長的整數(shù)倍,即Δr=nλ(n=0,1,2,…),薄膜上出現(xiàn)明條紋。②在Q處,兩列反射回來的光波的路程差Δr等于半波長的奇數(shù)倍,即Δr=(2n+1)(n=0,1,2,…),薄膜上出現(xiàn)暗條紋。-13-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三(3)薄膜干涉的應(yīng)用干涉法檢查平面如圖所示,兩板之間形成一楔形空氣膜,用單色光從上向下照射,如果被檢平面是平整光滑的,我們會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋;若被檢平面不平整,則干涉條紋發(fā)生彎曲。-14-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例1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(dāng)光垂直入射后,從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示,干涉條紋有如下特點(diǎn):(1)任意一條亮條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等;(2)任意相鄰亮條紋和暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定?，F(xiàn)若在圖甲的裝置中抽去一張紙片,則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后,從上往下觀察到的干涉條紋(

)A.變疏

B.變密C.不變

D.消失答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-15-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例2如圖所示,在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,S1和S2為雙縫,P是光屏上的一點(diǎn),已知P點(diǎn)與S1和S2距離之差為2.1×10-6

m。今有A、B兩種單色光,已知A光在折射率為n=1.5的介質(zhì)中波長為4×10-7

m;B光在某種介質(zhì)中波長為3.15×10-7

m,當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時,臨界角為37°(sin37°=0.6,cos37°=0.8)?，F(xiàn)在空氣中分別用A、B兩種單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),問P點(diǎn)是亮條紋還是暗條紋?若用A光照射時,把其中一條縫遮住,試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象。-16-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三解析：

設(shè)A光在空氣中波長為λ1,在介質(zhì)中波長為λ2,λ1=nλ2=1.5×4×10-7

m=6×10-7

m根據(jù)路程差Δx=2.1×10-6

m由此可知,從S1和S2到P點(diǎn)的路程差Δx是A光波長λ1的3.5倍,所以P點(diǎn)為暗條紋。-17-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三可見,從S1和S2到P點(diǎn)的路程差Δx是B光波長λ3的4倍,用B光作光源,P點(diǎn)為亮條紋。遮住一條細(xì)縫,A光通過另一條縫會發(fā)生單縫衍射現(xiàn)象,光屏上仍出現(xiàn)明、暗相間的條紋,但中央條紋最寬最亮,兩邊條紋變窄變暗。答案：

見解析規(guī)律總結(jié)1.雙縫干涉中亮暗條紋的分析步驟和注意問題(1)一般解題步驟①由題設(shè)情況根據(jù)λ空=nλ介,求得光在真空(或空氣)中的波長。

②由屏上出現(xiàn)亮、暗條紋的條件判斷光屏上出現(xiàn)的是亮條紋還是暗條紋。③根據(jù)亮條紋的判斷式Δr=kλ(k=0,1,2,…)或暗條紋的判斷式Δr=(2k+1)(k=0,1,2,…),判斷出k的取值,從而判斷條紋數(shù)。-18-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三(2)應(yīng)注意的問題①λ空=nλ介可以根據(jù)c=λ空ν、v=λ介ν、n=三個式子推導(dǎo)得到。②兩列光發(fā)生穩(wěn)定干涉的條件是兩列光的頻率相同、振動方向相同、相位差恒定。③相干光的獲得方法。a.將一束光分成兩束而獲得,此法稱為分光法。b.利用激光。2.對薄膜干涉的兩點(diǎn)理解(1)薄膜干涉是由于光在薄膜前后兩個表面上反射的光引起的。一般來說,在不同厚度的薄膜上的光程差不同,所以同一厚度薄膜的兩個表面反射的光發(fā)生干涉即形成同一條紋。(2)薄膜干涉中條紋間距與厚度變化快慢有關(guān),厚度變化越快,條紋間距越小。-19-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三突破訓(xùn)練1.(多選)如圖甲所示,用單色光照射透明標(biāo)準(zhǔn)板來檢查平面N的上表面的平滑情況,觀察到現(xiàn)象如圖乙所示的條紋中的P和Q的情況,這說明(

)A.N的上表面A處向上凸起B(yǎng).N的上表面B處向上凸起C.N的上表面A處向下凹陷D.N的上表面B處向下凹陷答案解析解析關(guān)閉利用光的薄膜干涉來檢查平面,如果被檢測的平面是平的,那么空氣層的厚度相同的各點(diǎn)的干涉條紋在一條直線上;若是被測平面的某處凹下去了,這時干涉條紋就不是直線,在凹處的干涉條紋將向楔形膜中薄的一側(cè)彎曲;若是被測平面某處凸起,則該處的干涉條紋將向楔形膜中厚的一側(cè)彎曲。答案解析關(guān)閉BC-20-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三2.(多選)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)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(

)A.改用紅色激光B.改用藍(lán)色激光C.減小雙縫間距D.將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動E.將光源向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-21-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三光的衍射及偏振現(xiàn)象(師生共研)1.對光的衍射的理解(1)干涉和衍射是波的特征,波長越長,干涉和衍射現(xiàn)象越明顯。在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象,只是明顯與不明顯的差別。(2)衍射現(xiàn)象說明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況,只有在光的波長比障礙物小得多時,光才可以看作是沿直線傳播的。-22-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三2.光的偏振(1)自然光與偏振光的比較(2)偏振光的應(yīng)用:加偏振濾光片的照相機(jī)鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等。-23-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例3下圖為條紋總寬度相同的4種明暗相間的條紋,其中有兩種是紅光、藍(lán)光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣,還有兩種是黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(灰黑色部分表示亮紋)。則圖中從左向右排列,亮條紋的顏色依次是(

)A.紅黃藍(lán)紫

B.紅紫藍(lán)黃C.藍(lán)紫紅黃

D.藍(lán)黃紅紫答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-24-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例4(多選)鑒別奶粉的質(zhì)量,奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一個重要指標(biāo),可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度,從而鑒定含糖量。偏振光通過糖的水溶液后,偏振方向會相對于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個角度α,這一角度α稱為“旋光度”,α的值只與糖溶液的濃度有關(guān),將α的測量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較,就能確定被測樣品的含糖量了。如圖所示,S是自然光源,A、B是偏振片,轉(zhuǎn)動B,使到達(dá)O處的光最強(qiáng),然后將被測樣品P置于A、B之間,則下列說法正確的是(

)A.到達(dá)O處光的強(qiáng)度會明顯減弱B.到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會明顯減弱C.將偏振片B轉(zhuǎn)動一個角度,使得O

處光的強(qiáng)度仍為最大,偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于αD.將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度,使得O處光的強(qiáng)度仍為最大,偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于α答案解析解析關(guān)閉自然光通過偏振片后得到垂直于光的傳播方向與偏振片的透振方向平行的偏振光,該偏振光經(jīng)被測樣品后,其偏振方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn),即相對于光的傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個角度α,到達(dá)B的光的偏振方向與B的透振方向不完全一致,故O處光的強(qiáng)度會明顯減弱,故A正確,B錯誤;若將A或B轉(zhuǎn)動一個角度,使得O處光的強(qiáng)度仍為最大,說明它們轉(zhuǎn)過的角度等于α,故C、D都正確。答案解析關(guān)閉ACD-25-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三方法歸納光的干涉和衍射的本質(zhì)光的干涉和衍射都屬于光的疊加,從本質(zhì)上看,干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理,都可認(rèn)為是從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波,在屏上疊加形成的。-26-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三突破訓(xùn)練3.(多選)抽制高強(qiáng)度纖維細(xì)絲的過程可用激光監(jiān)控其粗細(xì),如圖所示,激光束越過細(xì)絲時產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫規(guī)律相同。觀察光束經(jīng)過細(xì)絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可判斷細(xì)絲粗細(xì)的變化,下列敘述正確的是(

)A.這里應(yīng)用的是光的衍射現(xiàn)象B.這里應(yīng)用的是光的干涉現(xiàn)象C.如果屏上條紋變寬,表明抽制的絲變粗D.如果屏上條紋變寬,表明抽制的絲變細(xì)答案解析解析關(guān)閉由于是激光束越過細(xì)絲即繞過障礙物,所以是光的衍射現(xiàn)象;當(dāng)抽制的絲變細(xì)的時候,絲的直徑較接近激光的波長,條紋間距就大,A、D對。答案解析關(guān)閉AD-27-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三電磁場和電磁波

相對論(多維探究)1.對麥克斯韋電磁場理論的理解-28-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三2.對電磁波的理解(1)電磁波是橫波。電磁波的電場、磁場、傳播方向三者兩兩垂直,如圖所示。-29-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三(2)電磁波與機(jī)械波的比較-30-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三-31-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三3.對狹義相對論的理解(1)慣性系:如果牛頓運(yùn)動定律在某個參考系中成立,這個參考系叫作慣性系。相對一個慣性系做勻速直線運(yùn)動的另一個參考系也是慣性系。(2)光速的大小與選取的參考系無關(guān)。(3)狹義相對論認(rèn)為物體的質(zhì)量m與物體的速度v有關(guān),其關(guān)系式為m=(m0為物體靜止時的質(zhì)量)。4.相對論質(zhì)能關(guān)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。-32-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例5(1)關(guān)于電磁場和電磁波,下列說法不正確的是(

)A.均勻變化的電場在它的周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場B.電磁波中每一處的電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度總是互相垂直的,且都與波的傳播方向垂直C.電磁波和機(jī)械波一樣依賴于介質(zhì)傳播D.只要空間中某個區(qū)域有振蕩的電場或磁場,就能產(chǎn)生電磁波(2)目前雷達(dá)發(fā)射的電磁波頻率多在200MHz至1000MHz的范圍內(nèi)。請回答下列關(guān)于雷達(dá)和電磁波的有關(guān)問題。①雷達(dá)發(fā)射電磁波的波長范圍是多少?②能否根據(jù)雷達(dá)發(fā)出的電磁波確定雷達(dá)和目標(biāo)間的距離?-33-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三解析：(1)由麥克斯韋電磁場理論可知,均勻變化的電場在它的周圍產(chǎn)生恒定的磁場,A選項(xiàng)不符合題意;因電磁波中每一處的電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度總是互相垂直的,且都與波的傳播方向垂直,所以電磁波是橫波,B選項(xiàng)不符合題意;電磁波可以在真空中傳播,C選項(xiàng)符合題意;只要空間中某個區(qū)域有振蕩的電場或磁場,就在周期性變化的電場或磁場周圍空間產(chǎn)生同周期變化的磁場或電場,周期性變化的磁場或電場又在它周圍空間產(chǎn)生同周期變化的電場或磁場,這樣由近及遠(yuǎn)傳播,形成了電磁波,D選項(xiàng)不符合題意。(2)①由c=λf可得-34-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三故雷達(dá)發(fā)射電磁波的波長范圍是0.3~1.5

m。②電磁波測距的原理就是通過發(fā)射和接收電磁波的時間間隔來確定距離,所以可根據(jù)x=

確定雷達(dá)和目標(biāo)間的距離。答案：

(1)C

(2)①0.3~1.5m

②能-35-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例6如圖所示,兩艘飛船A、B沿同一直線同向飛行,相對地面的速度均為v(v接近光速c)。地面上測得它們相距為l,則A測得兩飛船間的距離

(選填“大于”“等于”或“小于”)l。當(dāng)B向A發(fā)出一光信號,A測得該信號的速度為

。

答案解析解析關(guān)閉狹義相對論的兩個基本原