2025版高考物理一輪復(fù)習(xí)第十三章機(jī)械振動與機(jī)械波光電磁波與相對論第4講光的波動性電磁波相對論學(xué)案新人教版

PAGE9-第4講光的波動性電磁波相對論學(xué)問點1光的干涉1．產(chǎn)生條件兩列光的頻率相同，振動方向相同，且具有恒定的相位差，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣。2．兩種典型的干涉(1)楊氏雙縫干涉。①原理如圖所示。②明、暗條紋的條件。(Ⅰ)單色光：形成明暗相間的條紋，中心為明條紋。a．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)，光屏上出現(xiàn)明條紋。b．光的路程差Δr＝r2－r1＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2，…)，光屏上出現(xiàn)暗條紋。(Ⅱ)白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋，且中心亮條紋是白色(填寫顏色)。③相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距公式：Δx＝eq\f(L,d)λ。(2)薄膜干涉。①相干光：光照耀到透亮薄膜上，從薄膜的兩個表面反射的兩列光波。②圖樣特點：同雙縫干涉，同一條亮(或暗)紋對應(yīng)薄膜的厚度相等。單色光照耀薄膜時形成明暗相間的條紋，白光照耀薄膜時，形成彩色條紋。學(xué)問點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候，衍射現(xiàn)象才會明顯。2．衍射條紋的特點：(1)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，且越靠外，亮條紋的亮度越弱，寬度越?、僦行氖谴笄伊恋膱A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，寬度越小②亮環(huán)或暗環(huán)間的距離隨圓孔半徑的增大而越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)(2)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，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))。學(xué)問點3光的偏振1．偏振現(xiàn)象橫波只沿某一特定方向振動，稱為波的偏振現(xiàn)象。2．自然光若光源發(fā)出的光，包含著在垂直于光傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿各個方向振動的光波的強(qiáng)度都相同，這種光叫自然光。3．偏振光在垂直于光傳播方向的平面上，只沿一個特定方向振動的光，叫偏振光。例如：自然光通過偏振片后，就得到了偏振光。見示意圖。學(xué)問點4電磁波與相對論1．電磁波的產(chǎn)生(1)麥克斯韋電磁場理論改變的磁場產(chǎn)生電場，改變的電場產(chǎn)生磁場。(2)電磁場改變的電場和改變的磁場總是相互聯(lián)系成為一個完整的整體，這就是電磁場。(3)電磁波電磁場(電磁能量)由近及遠(yuǎn)地向四周傳播形成電磁波。①電磁波是橫波，在空間傳播不須要介質(zhì)；②真空中電磁波的速度為3.0×108③v＝λf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．電磁波的放射和接收(1)放射電磁波的條件①要有足夠高的振蕩頻率。②電路必需開放，使振蕩電路的電場和磁場分散到盡可能大的空間。(2)調(diào)制有調(diào)幅和調(diào)頻兩種方式，解調(diào)是調(diào)制的逆過程。(3)電磁波譜①定義：按電磁波的波長從長到短分布是無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線，形成電磁波譜；遞變規(guī)律：直線傳播實力增加，衍射實力減弱。②電磁波譜的特性、應(yīng)用電磁波譜特性應(yīng)用紅外線熱效應(yīng)紅外線遙感紫外線化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、能殺菌醫(yī)用消毒、防偽X射線貫穿性強(qiáng)檢查、醫(yī)用透視γ射線貫穿本事最強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)用治療3．狹義相對論(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。(2)相對論的質(zhì)速關(guān)系①物體的質(zhì)量隨物體速度的增加而增大，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＝eq\f(m0,\r(1－\f(v,c)2))。②物體運(yùn)動時的質(zhì)量m總要大于靜止時的質(zhì)量m0。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。雙基自測一、堵點疏通1．光的顏色取決于折射率。(×)2．只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉。(√)3．在雙縫干涉試驗中，雙縫的作用是使白光變成單色光。(×)4．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。(×)5．自然光是偏振光。(×)6．電場四周肯定存在磁場，磁場四周肯定存在電場。(×)7．無線電波不能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象。(×)8．波長不同的電磁波在本質(zhì)上完全不同。(×)9．真空中的光速在不同慣性參考系中是不同的。(×)二、對點激活1．下列現(xiàn)象中，屬于光的干涉現(xiàn)象的是(A)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[解析]肥皂泡上的彩色條紋屬于干涉現(xiàn)象，雨后彩虹屬于光的色散現(xiàn)象，朝霞屬于光的折射現(xiàn)象，水珠晶瑩透亮屬于全反射現(xiàn)象，故只有A正確。2．在雙縫干涉試驗中，以白光為光源，在屏幕上視察到了彩色干涉條紋。若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，這時可以視察到的現(xiàn)象是(C)A．只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消逝B．紅色和綠色的雙縫干涉條紋消逝，其他顏色的雙縫干涉條紋依舊存在C．任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮D．屏上無任何光亮[解析]只有頻率相同的光才能發(fā)生干涉，形成穩(wěn)定的干涉條紋，故A、B錯誤；屏上沒有干涉條紋，但屏上仍有光亮，故C正確，D錯誤。3．將兩個緊靠在一起的偏振片放在一盞燈的前面，此時沒有光通過。假如將其中的一個偏振片漸漸旋轉(zhuǎn)180°，在旋轉(zhuǎn)過程中，將會產(chǎn)生的現(xiàn)象是(A)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[解析]起先時沒有光通過，說明兩偏振片的透振方向垂直，其中一個偏振片旋轉(zhuǎn)180°的過程中，透過偏振片的光先增加然后又減弱到零，故A正確。4．關(guān)于生活中遇到的各種波，下列說法正確的是(B)A．聲波可以傳遞信息，電磁波不能傳遞信息B．手機(jī)在通話時涉及的波既有電磁波又有聲波C．太陽光中的可見光和醫(yī)院“B超”中的超聲波傳播速度相同D．遙控器發(fā)出的紅外線波長和醫(yī)院“CT”中的X射線波長相同[解析]聲波、電磁波都能傳遞能量和信息，A項錯誤；在手機(jī)通話過程中，既涉及電磁波又涉及聲波，B項正確；可見光屬于電磁波，B超中的超聲波是聲波，波速不同，C項錯誤；紅外線波長較X射線波長長，故D項錯誤。核心考點·重點突破HEXINKAODIANZHONGDIANTUPO考點一光的干涉、衍射及偏振1．雙縫干涉與單縫衍射的比較：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楊氏雙縫干涉單縫衍射(圓孔衍射、圓盤衍射)圖樣特點不同點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．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方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿隨意方向，且沿各個方向振動的光的強(qiáng)度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿特定方向特殊提示：(1)從本質(zhì)上講，衍射條紋的形成與干涉條紋的形成具有相像的原理，衍射條紋可以認(rèn)為從單縫通過多列頻率相同的光波在屏上疊加形成的干涉圖樣。(2)在任何狀況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是明顯與不明顯的差別，衍射現(xiàn)象說明只有在光的波長比障礙物小得多時才可看作沿直線傳播。例1在探討材料A的熱膨脹特性時，可采納如圖所示的干涉試驗法，A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一個透亮的平行板B，B與A上表面平行，在它們中間形成一個厚度勻稱的空氣膜，現(xiàn)在用波長為λ的單色光垂直照耀，同時對A緩慢加熱，在B上方視察到B板的亮度發(fā)生周期性改變，當(dāng)溫度為t1時最亮，然后亮度漸漸減弱至最暗；當(dāng)溫度升到t2時，亮度再一次達(dá)到最亮，則(D)A．出現(xiàn)最亮?xí)r，B上表面反射光與A上表面反射光疊加后加強(qiáng)B．出現(xiàn)最亮?xí)r，B下表面反射光與A上表面反射光疊加后相抵消C．溫度從t1升至t2過程中，A的高度增加eq\f(λ,4)D．溫度從t1升至t2過程中，A的高度增加eq\f(λ,2)[解析]本題考查薄膜干涉問題。B板最亮?xí)r，是B板下表面的反射光與A上表面的反射光發(fā)生干涉，疊加后加強(qiáng)，故A、B錯誤；溫度從t1升到t2的過程中，亮度由最亮變暗又變到最亮，當(dāng)路程差(即薄膜厚度的2倍)等于半波長的偶數(shù)倍，出現(xiàn)明條紋，知路程差減小λ，薄膜厚度減小eq\f(λ,2)，則A的高度增加eq\f(λ,2)，故D正確，C錯誤。例2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。(1)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)以下說法中正確的是ACD。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)動一個角度，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)因為A、B的透振方向一樣，故A、B間不放糖溶液時，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，由于糖溶液的旋光作用，使通過A的偏振光的振動方向轉(zhuǎn)動了肯定角度，使通過B到達(dá)O的光的強(qiáng)度不是最大，但當(dāng)B轉(zhuǎn)過一個角度，恰好使透振方向與經(jīng)過糖溶液后的偏振光的振動方向一樣時，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不動而將A旋轉(zhuǎn)一個角度，再經(jīng)糖溶液旋光后光的振動方向恰與B的透振方向一樣，則A轉(zhuǎn)過的角度也為α，故選項A、C、D正確?！沧兪接?xùn)練1〕(多選)抽制高強(qiáng)度纖維細(xì)絲可用激光監(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。視察光束經(jīng)過細(xì)絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可推斷細(xì)絲粗細(xì)的改變，下列敘述中正確的是(AD)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．假如屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗D．假如屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細(xì)[解析]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，故A、D兩項正確?？键c二電磁波與相對論對電磁波譜的四點說明(1)波長不同的電磁波，表現(xiàn)出不同的特性。其中波長較長的無線電波和紅外線等，易發(fā)生干涉、明顯衍射現(xiàn)象；波長較短的紫外線、X射線、γ射線等，穿透實力較強(qiáng)。(2)電磁波譜中，相鄰兩波段的電磁波的波長并沒有很明顯的界線，如紫外線和X射線、X射線和γ射線都有重疊。(3)不同的電磁波，產(chǎn)生的機(jī)理不同，無線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運(yùn)動產(chǎn)生的；紅外線、可見光、紫外線是原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；X射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；γ射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的。(4)電磁波的能量隨頻率的增大而增大。例3(多選)關(guān)于電磁波譜，下列說法中正確的是(ABE)A．X射線對生命物質(zhì)有較強(qiáng)的作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變B．γ射線是波長最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高C．紫外線比紫光更簡單發(fā)生干涉和衍射D．在電磁波譜中，最簡單發(fā)生衍射現(xiàn)象的是γ射線E．在電磁波譜中，無線電波一般可用于通信[解析]紫外線比紫光的波長短，更不簡單發(fā)生干涉和衍射，C錯誤；在電磁波譜中，最簡單發(fā)生衍射現(xiàn)象的是無線電波，D錯誤。A、B、E的說法正確?！沧兪接?xùn)練2〕(多選)1905年，愛因斯坦提出了聞名的狹義相對論，給物理科學(xué)帶來了巨大的進(jìn)步。依據(jù)狹義相對論的理論，下列說法中正確的是(ABD)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．依據(jù)狹義相對論可知，同時是肯定的D．依據(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E．依據(jù)狹義相對論可知，在相對地面以速度v高速運(yùn)動的火車上，當(dāng)人以相對火車速度u′沿火車前進(jìn)的方向運(yùn)動時，則該人相對地面的速度為u＝u′＋v[解析]依據(jù)狹義相對論的兩個基本假設(shè)可知，A、B正確；依據(jù)相對論的兩個假設(shè)，可得到干脆推論，同時是相對的，C錯誤；依據(jù)狹義相對論的結(jié)論可知，長度、時間間隔、質(zhì)量都是相對的，D正確；在高速運(yùn)動的火車上，設(shè)車相對地面的速度為v，車上的人以速度u′沿著火車前進(jìn)的方向相對火車運(yùn)動，依據(jù)相對論速度交換公式得他相對地面的速度u<u′＋v，E錯誤。2年高考·1年模擬2NIANGAOKAO1NIANMONI1．(2024·山東卷，3)雙縫干涉試驗裝置的截面圖如圖所示。光源S到S1、S2的距離相等，O點為S1、S2連線中垂線與光屏的交點。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，經(jīng)S2出射后干脆傳播到O點，由S1到O點與由S2到O點，光傳播的時間差為Δt。玻璃片厚度為10λ，玻璃對該波長光的折射率為1.5，空氣中光速為c，不計光的玻璃片內(nèi)的反射。以下推斷正確的是(A)A．Δt＝eq\f(5λ,c) B．Δt＝eq\f(15λ,2c)C．Δt＝eq\f(10λ,c) D．Δt＝eq\f(15λ,c)[解析]光在玻璃中