2025屆高考物理一輪復(fù)習(xí)第14章振動(dòng)波動(dòng)電磁波相對(duì)論第4節(jié)光的波動(dòng)性電磁波相對(duì)論教案新人教版

PAGE10-第4節(jié)光的波動(dòng)性電磁波相對(duì)論一、光的干涉、衍射和偏振1．光的干涉：(1)圖示：(2)定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某些區(qū)域相互加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)暗條紋，且加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象。(3)條件：兩束光的頻率相同、相位差恒定。(4)雙縫干涉圖樣特點(diǎn)：單色光照耀時(shí)，形成明暗相間的等間距的干涉條紋；白光照耀時(shí)，中心為白色亮條紋，其余為彩色條紋。(5)條紋間距：Δx＝eq\f(l,d)λ，其中l(wèi)是雙縫到光屏的距離，d是雙縫間的距離，λ是入射光波的波長。2．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(shí)候，衍射現(xiàn)象才會(huì)明顯。(2)單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較單縫衍射圓孔衍射單色光中心為亮且寬的條紋，兩側(cè)為明暗相間的條紋，且越靠近兩側(cè)，亮條紋的亮度減弱，寬度越小(如圖甲所示)①中心是大且亮的圓形亮斑，四周分布著明暗相間的同心圓環(huán)，且越靠外，圓形亮條紋的亮度越弱，寬度減小(如圖乙所示)②亮環(huán)或暗環(huán)間的距離隨圓孔半徑的增加而減小白光中心為亮且寬的白色條紋，兩側(cè)為亮度漸漸變暗寬度漸漸變窄的彩色條紋，其中最靠近中心的色光是紫光、離中心最遠(yuǎn)的是紅光中心是大且亮的白色亮斑，四周是不等間距的彩色的同心圓環(huán)甲乙丙(3)泊松亮斑(圓盤衍射)當(dāng)光照耀到不透亮的半徑很小的小圓盤上時(shí)，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)。(如圖丙所示)3．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(dòng)的光，而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)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(gè)特定的方向振動(dòng)的光。(3)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波。二、電磁波1．麥克斯韋電磁場理論：改變的磁場能夠在四周空間產(chǎn)生電場，改變的電場能夠在四周空間產(chǎn)生磁場。2．電磁波及其傳播：(1)電磁場在空間由近及遠(yuǎn)的傳播，形成電磁波。電磁波是橫波。(2)電磁波的傳播不須要介質(zhì)，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度都等于光速。但在同一介質(zhì)中，不同頻率的電磁波傳播速度是不同的，頻率越高，波速越小。(3)波速公式：v＝λf，f是電磁波的頻率。3．電磁波的放射與接收：(1)放射電磁波須要開放的高頻振蕩電路，并對(duì)電磁波依據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱進(jìn)行調(diào)制(兩種方式：調(diào)幅、調(diào)頻)。(2)接收電磁波須要能夠產(chǎn)生電諧振的調(diào)諧電路，再把信號(hào)從高頻電流中解調(diào)出來。調(diào)幅波的解調(diào)也叫檢波。4．電磁波譜：依據(jù)電磁波的頻率或波長的大小依次把它們排列成的譜。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。三、相對(duì)論1．狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)：(1)狹義相對(duì)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，光速和光源、觀測者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系。2．質(zhì)速關(guān)系：(1)物體的質(zhì)量隨物體速度的增加而增大，物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m與靜止時(shí)的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系：m＝eq\f(m0,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))eq\s\up12(2)))。(2)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量總要大于靜止時(shí)的質(zhì)量m0。3．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。一、思索辨析(正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“×”)1．只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉。 (√)2．在雙縫干涉試驗(yàn)中，雙縫的作用是使白光變成單色光。 (×)3．陽光下茂密的樹蔭中地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的。 (×)4．自然光是偏振光。 (×)5．勻稱改變的磁場產(chǎn)生勻稱改變的電場向外傳播便形成了電磁波。 (×)6．光速不變原理指出光在真空中傳播速度在不同慣性參考系中都是相同的。 (√)二、走進(jìn)教材1．(粵教版選修3－4P103T5)下列現(xiàn)象中，屬于光的干涉現(xiàn)象的是()A．肥皂泡上的彩色條紋B．雨后天涯出現(xiàn)彩虹C．早晨東部的天涯出現(xiàn)紅色朝霞D．荷葉上的水珠在陽光下晶瑩透亮[答案]A2．(魯科教材原題)將兩個(gè)緊靠在一起的偏振片放在一盞燈的前面，此時(shí)沒有光通過。假如將其中的一個(gè)偏振片漸漸旋轉(zhuǎn)180°，在旋轉(zhuǎn)過程中，將會(huì)產(chǎn)生的現(xiàn)象是()A．透過偏振片的光先增加，然后又減弱到零B．透過偏振片的光先增加，然后減弱到非零的最小值C．透過偏振片的光在整個(gè)過程中都增加D．透過偏振片的光先增加，再減弱，然后又增加[答案]A3．(粵教版選修3－4P123T6)相對(duì)于地球的速度為v的一飛船，要到離地球?yàn)?光年的星球上去。若飛船的宇航員測得該旅程為3光年，則v應(yīng)為()A．eq\f(c,2)B．eq\f(3c,5)C．eq\f(9c,10)D．eq\f(4c,5)[答案]D光的干涉、衍射及偏振eq\o([依題組訓(xùn)練])1．光的干涉、衍射比較內(nèi)容干涉衍射現(xiàn)象在光疊加區(qū)域出現(xiàn)加強(qiáng)或減弱的現(xiàn)象光繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象產(chǎn)生條件兩束光頻率相同、相位差恒定障礙物或孔的尺寸與波長差不多或更小典型試驗(yàn)楊氏雙縫干涉單縫衍射(圓孔衍射、圓盤衍射)圖樣特點(diǎn)不同點(diǎn)條紋寬度條紋寬度相等條紋寬度不等、中心最寬條紋間距各相鄰條紋間距相等各相鄰條紋間距不等亮度狀況清楚條紋，亮度基本相等中心條紋最亮，兩邊變暗相同點(diǎn)干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象；干涉、衍射都有明暗相間的條紋2.亮暗條紋的推斷方法(1)如圖所示，光源S1、S2發(fā)生的光到屏上某點(diǎn)的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)時(shí)，光屏上出現(xiàn)亮條紋。(2)光的路程差r2－r1＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2…)時(shí)，光屏上出現(xiàn)暗條紋。3．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。(2)光照耀到薄膜上時(shí)，在膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射出來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加，兩列光波同相疊加，出現(xiàn)亮紋；反相疊加，出現(xiàn)暗紋。(3)條紋特點(diǎn)：①單色光：明暗相間的水平條紋；②白光：彩色水平條紋。4．自然光和偏振光的比較自然光(非偏振光)偏振光光的來源干脆從光源發(fā)出的光自然光通過起偏器后的光光的振動(dòng)方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿隨意方向，且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光的強(qiáng)度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿特定方向eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])光的干涉現(xiàn)象1.(2024·山東高考)雙縫干涉試驗(yàn)裝置的截面圖如圖所示。光源S到S1、S2的距離相等，O點(diǎn)為S1、S2連線中垂線與光屏的交點(diǎn)。光源S發(fā)出的波長為λ的光，經(jīng)S1出射后垂直穿過玻璃片傳播到O點(diǎn)，經(jīng)S2出射后干脆傳播到O點(diǎn)，由S1到O點(diǎn)與由S2到O點(diǎn)，光傳播的時(shí)間差為Δt。玻璃片厚度為10λ，玻璃對(duì)該波長光的折射率為1.5，空氣中光速為c，不計(jì)光在玻璃片內(nèi)的反射。以下推斷正確的是()A．Δt＝eq\f(5λ,c) B．Δt＝eq\f(15λ,2c)C．Δt＝eq\f(10λ,c) D．Δt＝eq\f(15λ,c)A[波長為λ的光在玻璃片中的傳播速度v＝eq\f(c,n)，通過10λ的距離，光傳播的時(shí)間差Δt＝eq\f(10λn,c)－eq\f(10λ,c)＝eq\f(5λ,c)，選項(xiàng)A正確。]光的衍射2．(2024·江蘇高考)將兩支鉛筆并排放在一起，中間留一條狹縫，通過這條狹縫去看與其平行的日光燈，能視察到彩色條紋，這是由于光的________(選填“折射”“干涉”或“衍射”)。當(dāng)縫的寬度________(選填“遠(yuǎn)大于”或“接近”)光波的波長時(shí)，這種現(xiàn)象非常明顯。[解析]通過兩支鉛筆中間的縫能看到彩色條紋，說明光繞過縫而到人的眼睛，所以這是光的衍射現(xiàn)象；由發(fā)生明顯衍射條件可知，當(dāng)縫的寬度與光波的波長接近或比光波的波長小得多時(shí)能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象。[答案]衍射接近光的偏振3．奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一個(gè)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(huì)相對(duì)于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個(gè)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(dòng)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。自然光源偏振片被測樣品偏振片(1)偏振片A的作用是__________________________________。(2)偏振現(xiàn)象證明白光是一種________。(3)以下說法中正確的是________。A．到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱B．到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱C．將偏振片B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最強(qiáng)，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于αD．將偏振片A轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最強(qiáng)，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于α[解析](1)自然光源發(fā)出的光不是偏振光，但當(dāng)自然光經(jīng)過偏振片后就變成了偏振光，因此偏振片A的作用是把自然光變成偏振光。(2)偏振現(xiàn)象證明白光是一種橫波。(3)因?yàn)锳、B的透振方向一樣，故A、B間不放糖溶液時(shí)，自然光通過偏振片A后變成偏振光，通過B后到O。當(dāng)在A、B間加上糖溶液時(shí)，由于糖溶液的旋光作用，使通過A的偏振光的振動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)了肯定角度，使通過B到達(dá)O的光的強(qiáng)度不是最大，但當(dāng)B轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，恰好使透振方向與經(jīng)過糖溶液后的偏振光的振動(dòng)方向一樣時(shí)，O處光強(qiáng)又為最強(qiáng)，故B的旋轉(zhuǎn)角度即為糖溶液的旋光度。若偏振片B不動(dòng)而將A旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再經(jīng)糖溶液旋光后光的振動(dòng)方向恰與B的透振方向一樣，則A轉(zhuǎn)過的角度也為α，故選項(xiàng)A、C、D正確。[答案](1)把自然光變成偏振光(2)橫波(3)ACD電磁場電磁波相對(duì)論eq\o([依題組訓(xùn)練])1．(多選)(2024·全國卷Ⅱ)關(guān)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(guān)B．周期性改變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(shí)，其傳播方向與電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直D．利用電磁波傳遞信號(hào)可以實(shí)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逝ABC[電磁波在真空中的傳播速度等于光速，與電磁波的頻率無關(guān)，選項(xiàng)A正確；周期性改變的電場和磁場可以相互激發(fā)，形成電磁波，選項(xiàng)B正確；電磁波傳播方向與電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直，選項(xiàng)C正確；電磁波可以通過光纜傳輸，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；電磁波波源的電磁振蕩停止，波源不再產(chǎn)生新的電磁波，但空間中已產(chǎn)生的電磁波仍可接著傳播，選項(xiàng)E錯(cuò)誤。]2.如圖所示，我國勝利研發(fā)的反隱身先進(jìn)米波雷達(dá)堪稱隱身飛機(jī)的克星，它標(biāo)記著我國雷達(dá)探討又創(chuàng)新的里程碑。米波雷達(dá)放射無線電波的波長在1～10m范圍內(nèi)，則對(duì)該無線電波的推斷正確的是()A．米波的頻率比厘米波頻率高B．和機(jī)械波一樣須靠介質(zhì)傳播C．同光波一樣會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象D．不行能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象C[由ν＝eq\f(c,λ)可知，波長越長，頻率越低，故米波的頻率比厘米波頻率低，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；無線電波是電磁波，它的傳播不須靠介質(zhì)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；無線電波與光波一樣具有波的特性，會(huì)發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。]3．如圖所示，兩艘飛船A、B沿同始終線同向飛行，相對(duì)地面的速度均為v(v接近光速c)。地面上的人測得它們相距為L，則飛船A上的人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(hào)，飛船A上的人測得該信號(hào)的速度為________。[解析]狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理之一就是光速不變原理，因此飛船A上的人測得信號(hào)的速度仍等于c(或光速)，以地面為參考系，在運(yùn)動(dòng)方向有尺縮效應(yīng)現(xiàn)象，而B相對(duì)A是靜止的，沒有尺縮效應(yīng)現(xiàn)象，則飛船A上的人測得兩飛船距離應(yīng)大于L。[答案]大于c(或光速)試驗(yàn)：用雙縫干涉測光的波長eq\o([依題組訓(xùn)練])1．試驗(yàn)原理如圖所示，光源發(fā)出的光，經(jīng)過濾光片后變成單色光，再經(jīng)過單縫S時(shí)發(fā)生衍射，這時(shí)單縫S相當(dāng)于一個(gè)單色光源，衍射光波同時(shí)到達(dá)雙縫S1和S2之后，S1、S2雙縫相當(dāng)于兩個(gè)步調(diào)完全一樣的單色相干光源，相鄰兩條亮(暗)條紋間的距離Δx與入射光波長λ，雙縫S1、S2間距離d及雙縫與屏的距離l有關(guān)，其關(guān)系式為：Δx＝eq\f(l,d)λ，因此，只要測出Δx、d、l即可測出波長λ。兩條相鄰亮(暗)條紋間的距離Δx用測量頭測出。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，如圖所示。2．試驗(yàn)步驟(1)視察雙縫干涉圖樣①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如圖所示。②接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光。③調(diào)整各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿遮光筒軸線到達(dá)光屏。④安裝單縫和雙縫，盡量使縫的中點(diǎn)位于遮光筒的軸線上，使單縫與雙縫平行，二者間距約為5～10cm。⑤在單縫和光源間放上濾光片，視察單色光的干涉條紋。(2)測定單色光的波長①安裝測量頭，調(diào)整至可清楚視察到干涉條紋。②使分劃板中心刻線對(duì)齊某條亮條紋的中心，如圖所示，登記此時(shí)手輪上的讀數(shù)，將該條紋記為第1條亮條紋；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線移動(dòng)至另一亮條紋的中心，登記此時(shí)手輪上的讀數(shù)，將該條紋記為第n條亮條紋，測出n條亮條紋間的距離a，則相鄰兩亮條紋間距Δx＝eq\f(a,n－1)。③用刻度尺測量雙縫到光屏間距離l(d是已知的)。④重復(fù)測量、計(jì)算，求出波長的平均值。3．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)條紋間距的計(jì)算：轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭的手輪，分劃板中心刻線在第1條亮條紋中心時(shí)讀數(shù)為a1，在第n條亮條紋中心時(shí)讀數(shù)為an，則Δx＝eq\f(an－a1,n－1)。(2)依據(jù)條紋間距與波長的關(guān)系Δx＝eq\f(l,d)λ得λ＝eq\f(d,l)Δx，其中d為雙縫間距，l為雙縫到光屏的距離。(3)測量時(shí)需測量多組數(shù)據(jù)，求λ的平均值。4．留意事項(xiàng)(1)調(diào)整雙縫干涉儀時(shí)，要留意調(diào)整光源的高度，使它發(fā)出的光束能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮。(2)放置單縫和雙縫時(shí)，縫要相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上。(3)調(diào)整測量頭時(shí)，應(yīng)使分劃板中心刻線和亮條紋的中心對(duì)齊，登記此時(shí)手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線和另一亮條紋的中心對(duì)齊，登記此時(shí)手輪上的讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差就表示這兩條亮條紋間的距離。(4)不要干脆測Δx，要測多條亮條紋的間距再計(jì)算得到Δx，這樣可以減小誤差。(5)白光的干涉視察到的是彩色條紋，其中白色在中心，紅色在最外層。eq\o([題組訓(xùn)練])1．(2024·全國卷Ⅱ)某同學(xué)利用圖示裝置測量某種單色光的波長。試驗(yàn)時(shí)，接通電源使光源正常發(fā)光；調(diào)整光路，使得從目鏡中可以視察到干涉條紋?；卮鹣铝袉栴}：(1)若想增加從目鏡中視察到的條紋個(gè)數(shù)，該同學(xué)可________；A．將單縫向雙縫靠近B．將屏向靠近雙縫的方向移動(dòng)C．將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動(dòng)D．運(yùn)用間距更小的雙縫(2)若雙縫的間距為d，屏與雙縫間的距離為l，測得第1條暗條紋到第n條暗條紋之間的距離為Δx，則單色光的波長λ＝________；(3)某次測量時(shí)，選用的雙縫的間距為0.300mm，測得屏與雙縫間的距離為1.20m，第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56mm。則所測單色光的波長為________nm(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。[解析](1)若想增加從目鏡中視察到的條紋個(gè)數(shù)，須要減小條紋間距，由公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，須要減小雙縫到屏的距離l或增大雙縫間的距離d，故B項(xiàng)正確，A、C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。(2)由題意可知，eq\f(Δx,n－1)＝eq\f(l,d)λ，則λ＝