2025屆高考物理一輪復習第十五章選修3-4第66講光的波動性電磁波相對論教學案新人教版

PAGE21-第66講光的波動性電磁波相對論基礎命題點一光的干涉、衍射和偏振一、光的干涉1．產(chǎn)生條件(必要)兩列光的eq\x(\s\up1(01))頻率相同，且具有恒定的eq\x(\s\up1(02))相位差，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣。2．楊氏雙縫干涉(1)原理圖：如圖所示。(2)產(chǎn)生明、暗條紋的條件①兩光源完全相同，光屏上某處到兩光源的路程差Δr＝r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)，光屏上出現(xiàn)eq\x(\s\up1(03))亮條紋。②兩光源完全相同，光屏上某處到兩光源的路程差Δr＝r2－r1＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1，2，…)，光屏上出現(xiàn)eq\x(\s\up1(04))暗條紋。(3)相鄰兩亮條紋或暗條紋間距公式：Δx＝eq\x(\s\up1(05))eq\f(l,d)λ。(4)干涉圖樣①單色光：中心為eq\x(\s\up1(06))亮條紋，兩邊為eq\x(\s\up1(07))明暗相間的等距條紋。②白光：光屏上出現(xiàn)eq\x(\s\up1(08))彩色條紋，且中心亮條紋是eq\x(\s\up1(09))白色，這是干涉導致的色散。3．薄膜干涉(1)薄膜干涉原理如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成eq\x(\s\up1(10))上薄下厚的楔形。光照耀到透亮薄膜上，從薄膜的兩個表面反射的兩列光波相互疊加而發(fā)生干涉。(2)產(chǎn)生明、暗條紋的條件在兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr等于薄膜厚度的2倍。①在P1、P2處，Δr＝nλ(n＝1,2，…)，薄膜上出現(xiàn)明條紋；②在Q處，Δr＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2，…)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋。(3)圖樣特點：單色光照耀薄膜時形成eq\x(\s\up1(11))明暗相間的條紋，白光照耀薄膜時形成eq\x(\s\up1(12))彩色條紋，即發(fā)生色散。同一條亮(或暗)條紋對應的薄膜的厚度相等。(4)薄膜干涉的應用①增透膜：照相機、望遠鏡的鏡頭表面常常鍍了一層透光的膜，膜的上表面與玻璃表面反射的光發(fā)生干涉，使反射光減弱，增加透光度。由于只有肯定波長(頻率)的光干涉時才會相消，所以鍍膜鏡頭看起來是有顏色的。②干涉法檢查平整度：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耀，假如被檢查平面是平整光滑的，我們會視察到平行且等間距的明暗相間的條紋；若被檢查平面不平整，則干涉條紋發(fā)生彎曲。二、光的衍射1．產(chǎn)生明顯衍射的條件只有當障礙物的尺寸eq\x(\s\up1(13))與光的波長差不多，甚至比光的波長還小時，衍射現(xiàn)象才會明顯。2．衍射圖樣特點(1)單縫衍射：單色光的衍射圖樣為中間eq\x(\s\up1(14))寬且亮的條紋，兩側是eq\x(\s\up1(15))明暗相間的條紋，條紋寬度漸窄且暗，波長越大，縫越窄，中心亮紋越寬；白光的衍射圖樣為中間寬且亮的白條紋，兩側是漸窄且暗的彩色條紋，這是衍射中的色散。(2)除了單縫衍射，典型的還有圓孔衍射和圓盤衍射，圖樣為明暗相間的圓環(huán)，越往外圓環(huán)間距越小，其中圓盤衍射影的中心可能出現(xiàn)泊松亮斑。3．光的干涉和衍射的比較兩種現(xiàn)象比較項目單縫衍射雙縫干涉不同點條紋寬度條紋寬度不等，中心最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度狀況中心條紋最亮，兩邊變暗條紋清楚，亮度基本相同相同點干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋三、光的偏振1．偏振：光波只沿eq\x(\s\up1(16))某個特定的方向振動。2．自然光：太陽、電燈等一般光源發(fā)出的光，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度都eq\x(\s\up1(17))相同，這種光是自然光。3．偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，只沿某個特定方向振動的光。光的偏振現(xiàn)象說明光是一種eq\x(\s\up1(18))橫波。4．偏振光的形成(1)自然光通過eq\x(\s\up1(19))偏振片后，就得到了偏振光。(2)自然光在兩種介質的界面發(fā)生反射和eq\x(\s\up1(20))折射，反射光和折射光就是部分偏振光或完全偏振光。5．偏振光的理論意義及應用(1)理論意義：光的干涉和衍射現(xiàn)象充分說明白光是波，但不能確定光波是橫波還是縱波，光的eq\x(\s\up1(21))偏振現(xiàn)象說明白光波是橫波。(2)應用：照相機鏡頭、立體電影、消退車燈眩光等。1．(2024·衡水模擬)如圖所示，市場上有種燈具俗稱“冷光燈”，用它照耀物品時能使被照物品處產(chǎn)生的熱效應大大降低，從而廣泛地應用于博物館、商店等處。這種燈降低熱效應的緣由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)，這種膜能消退不鍍膜時玻璃表面反射回來的熱效應最顯著的紅外線。以λ表示紅外線的波長，則所鍍薄膜的最小厚度應為()A.eq\f(1,8)λB.eq\f(1,4)λC.eq\f(1,2)λD．λ答案B解析紅外線最顯著的特點之一就是熱效應，當光照耀物體時，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eq\f(1,4)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正確。2．(2024·江蘇南通調(diào)研)(多選)利用光的干涉，兩臺相距很遠(幾千公里)聯(lián)合動作的射電望遠鏡視察固體的射電恒星，可以精確測定大陸板塊漂移速度，模型可簡化為如圖甲所示的雙縫干涉，射電恒星看成點光源S，分別在地球上不同大陸的兩個望遠鏡相當于兩個狹縫S1、S2，它們收到的光滿意相干條件，匯合兩望遠鏡信號的接收器相當于光屏，設某時刻光屏上P點到S1、S2的距離相等，S到S1、S2的距離也相等，當S2向上遠離S1時，下列說法中正確的有()A．P點接收到的干涉信號先變強B．P點接收到的干涉信號先變?nèi)魿．干涉條紋間距發(fā)生變更D．干涉條紋間距不變答案BC解析在雙縫干涉試驗中，若當S2向上遠離S1時，則經(jīng)過S1、S2的光波到P點的路程差不等于0，導致P點接收到的干涉信號先變?nèi)?，當移動到?jīng)過S1、S2的光波到P點的路程差等于半波長的偶數(shù)倍時，才能出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，故A錯誤，B正確；依據(jù)公式Δx＝eq\f(L,d)λ，當S2向上遠離S1時，即d增大，則干涉條紋間距變小，故C正確，D錯誤。3．光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波，下列現(xiàn)象中不能反映光的偏振特性的是()A．一束自然光相繼通過兩個偏振片，以光束為軸旋轉其中一個偏振片，透射光強度發(fā)生變更B．立體電影是利用了光的偏振現(xiàn)象C．日落時分，拍攝水面下的景物，在照相機鏡頭前裝上偏振片可以使景象更清楚D．光學鏡頭上的增透膜答案D解析一束自然光相繼通過兩個偏振片，以光束為軸旋轉其中一個偏振片，當看到透射光的強度發(fā)生變更時，則說明光的振動方向與傳播方向相垂直，能反映光的偏振特性，A不符合題意；立體電影是利用了光的偏振現(xiàn)象，能反映光的偏振特性，B不符合題意；在日落時分，拍攝水面下的景物，在照相機鏡頭前裝上偏振片，由于反射光太強，加偏振片可以將反射的偏振光過濾，使圖象清楚，C不符合題意；光學鏡頭上的增透膜是利用了光的干涉現(xiàn)象，與光的偏振無關，D符合題意。4．[教材母題](人教版選修3－4P62·T3)太陽光照著一塊遮光板，遮光板上有一個較大的三角形孔。太陽光透過這個孔，在光屏上形成一個三角形光斑。請說明：遮光板上三角形孔的尺寸不斷減小時，光屏上的圖形將怎樣變更？說出其中的道理。[變式子題]讓太陽光垂直照耀一塊大的遮光板，板上有一個可以自由收縮的三角形孔，當此三角形孔緩慢縮小直至完全閉合時，在孔后的屏上將先后出現(xiàn)()A．由大變小的三角形光斑，直至光斑消逝B．由大變小的三角形光斑，明暗相間的彩色條紋，直至條紋消逝C．由大變小的三角形光斑，明暗相間的黑白色條紋，直至黑白色條紋消逝D．由大變小的三角形光斑，小圓形光斑，明暗相間的彩色條紋，直至條紋消逝答案D解析三角形孔稍大時，依據(jù)光的直線傳播規(guī)律，可知屏上呈現(xiàn)的是三角形光斑；漸漸減小三角形孔，到肯定程度又符合小孔成像原理，屏上呈現(xiàn)小圓形亮斑，即太陽的像；再減小三角形孔，至其大小與光的波長可比時，屏上又會呈現(xiàn)出彩色條紋，這是光通過小孔后的衍射圖樣。D正確。5．(2024·上海高考模擬)下列四種明暗相間的條紋，分別是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器和同一單縫衍射儀器形成的圖樣(灰黑色部分表示亮紋；保持縫到屏距離不變)。其中屬于藍光的衍射圖樣的是()答案B解析雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，全部條紋寬度相同且等間距，所以A、C中的圖樣為干涉圖樣；單縫衍射圖樣是中間光明且寬大，越向兩側寬度越小越暗，而波長越大，中心亮條紋越粗，紅光的波長大于藍光的波長，所以B為藍光的衍射圖樣，D為紅光的衍射圖樣。故選B?；A命題點二試驗：用雙縫干涉測量光的波長一、試驗目的1．視察白光及單色光的雙縫干涉圖樣。2．駕馭用公式Δx＝eq\f(l,d)λ測定單色光的波長的方法。二、試驗原理如圖所示，光源發(fā)出的光，經(jīng)濾光片成為單色光，單色光通過單縫后相當于線光源，經(jīng)雙縫后產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，通過屏可以視察到明暗相間的干涉條紋。若雙縫到屏的距離用l表示，雙縫間的距離用d表示，相鄰兩條亮條紋(暗條紋)間的距離用Δx表示，由Δx＝eq\x(\s\up1(01))eq\f(l,d)λ可得入射光的波長為λ＝eq\x(\s\up1(02))eq\f(dΔx,l)，試驗中d是已知的，測出eq\x(\s\up1(03))l、Δx即可測出光的波長λ。三、試驗器材雙縫干涉儀(包括：光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、光屏及測量頭，其中測量頭又包括：分劃板、目鏡、手輪等)、學生電源、導線、刻度尺。四、試驗步驟與數(shù)據(jù)處理1．儀器安裝、視察雙縫干涉圖樣(1)將光源、濾光片、單縫、雙縫、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，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eq\x(\s\up1(04))軸線到達光屏。(4)安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫的縫平行，兩者間距約5～10cm，擔心裝濾光片時，可視察白光的干涉條紋。(5)在單縫和光源間放上紅色濾光片，視察單色光的干涉條紋。2．測定單色光的波長(1)在遮光筒有光屏的一端安裝測量頭，調(diào)整至可清楚視察到干涉條紋。(2)如圖甲所示，轉動測量頭的手輪，使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中心，如圖乙所示，登記手輪上的讀數(shù)a1，將該條紋記為第1亮條紋；轉動手輪，使分劃板中心刻線移動至另一條亮條紋的中心，登記此時手輪上的讀數(shù)a2，將該亮條紋記為第n亮條紋，則相鄰兩亮條紋間距Δx＝eq\x(\s\up1(05))eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(a2－a1,n－1)))。(3)用刻度尺測量雙縫到光屏間的距離l。(4)將l、d、Δx代入Δx＝eq\f(l,d)λ，求出紅光的波長λ。(5)多次重復上述步驟，求出波長的平均值。(6)換用綠色濾光片，重復上述試驗。五、試驗留意事項1．放置單縫和雙縫時，必需使縫相互平行。2．要保證光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒和屏的中心在同一條軸線上。3．測量頭的中心刻線要對著亮紋的中心。4．要多測幾個亮紋中心間的距離，再求Δx。六、試驗誤差分析1．l的測量誤差因雙縫到屏的距離較長，l的測量應選用毫米刻度尺測量，并用多次測量求平均值的方法減小誤差。2．測條紋間距Δx帶來的誤差(1)干涉條紋沒有調(diào)到最清楚的程度。(2)分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于條紋中心。(3)測量多條亮紋間距時讀數(shù)不精確。1．(2024·上海高考模擬)在光的雙縫干涉試驗中，能增大條紋間距的做法是()A．改用頻率更高的光波 B．改用波長更長的光波C．增大雙縫間距 D．減小雙縫與光屏間距答案B解析依據(jù)條紋間距表達式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，改用頻率更高的光波，波長變小，則條紋間距減小，A錯誤；改用波長更長的光波，則條紋間距變大，B正確；增大雙縫間距d，則條紋間距減小，C錯誤；減小雙縫與光屏間距l(xiāng)，則條紋間距減小，D錯誤。2．用雙縫干涉測量光的波長的試驗裝置如圖甲所示，已知單縫與雙縫間的距離L1＝100mm，雙縫與屏的距離L2＝700mm，雙縫間距d＝0.25mm。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)覺，多次試驗中，條紋有豎直的，有水平的，也有傾斜的，出現(xiàn)這些問題的緣由是____________________________________________。(2)當分劃板的中心刻線對準第1條亮條紋的中心時讀數(shù)x1＝2.190mm，對準第4條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λ＝________(用d、L1、L2、x1、x2表示)，依據(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。答案(1)見解析(2)A(3)eq\f(d,L2)·eq\f(x2－x1,3)676解析(1)單縫和雙縫是豎直的，條紋就是豎直的；單縫和雙縫是水平的，條紋就是水平的；單縫和雙縫是平行且傾斜的，條紋就是傾斜的。(2)由圖丙可知，固定刻度讀數(shù)為7.5mm，可動刻度讀數(shù)為0.01×36.9mm＝0.369mm，所以x2＝7.5mm＋0.369mm＝7.869mm。(3)由題意知Δx＝eq\f(x2－x1,4－1)＝eq\f(x2－x1,3)依據(jù)Δx＝eq\f(L2,d)λ得λ＝eq\f(d,L2)·eq\f(x2－x1,3)代入數(shù)據(jù)解得λ≈676nm。3．(2024·武漢高三質量監(jiān)測)洛埃德在1834年提出了一種更簡潔的視察干涉的裝置。如圖所示，從單縫S發(fā)出的光，一部分入射到平面鏡后反射到屏上，另一部分干脆投射到屏上，在屏上兩光束交疊區(qū)域里將出現(xiàn)干涉條紋。單縫S通過平面鏡成的像是S′。(1)通過洛埃德鏡在屏上可以視察到明暗相間的干涉條紋，這和雙縫干涉試驗得到的干涉條紋一樣。假如S被視為其中的一個縫，________相當于另一個“縫”；(2)試驗表明，光從光疏介質射向光密介質界面發(fā)生反射，在入射角接近90°時，反射光與入射光相比，相位有π的變更，即半波損失。假如把光屏移動到和平面鏡接觸，接觸點P處是________(填“亮條紋”或“暗條紋”)；(3)試驗中已知單縫S到平面鏡的垂直距離h＝0.15mm，單縫到光屏的距離D＝1.2m，觀測到第3個亮條紋中心到第12個亮條紋中心的間距為22.78mm，則該單色光的波長λ＝________m(結果保留三位有效數(shù)字)。答案(1)S經(jīng)平面鏡成的像S′(2)暗條紋(3)6.33×10－7解析(1)依據(jù)平面鏡成像原理，經(jīng)鏡面反射的光線可認為是從S的像S′發(fā)出的，故S′相當于雙縫干涉中的另一個縫。(2)依據(jù)題意，假如把光屏移動到和平面鏡相接觸，干脆射到光屏上P點的光和經(jīng)平面鏡反射的光相位差為π，故接觸點P處形成暗條紋。(3)每兩條相鄰亮條紋中心間距Δx＝eq\f(22.78,9)mm＝2.53mm，依據(jù)雙縫干涉相鄰條紋間距公式有Δx＝eq\f(D,2h)λ，得該單色光的波長λ＝eq\f(2h·Δx,D)＝eq\f(2×0.15×10－3×2.53×10－3,1.2)m＝6.33×10－7m?；A命題點三電磁波與相對論一、電磁場理論與電磁波1．麥克斯韋電磁場理論變更的磁場能夠在四周空間產(chǎn)生eq\x(\s\up1(01))電場，變更的電場能夠在四周空間產(chǎn)生eq\x(\s\up1(02))磁場。2．電磁波(1)電磁場在空間由近及遠的傳播，形成eq\x(\s\up1(03))電磁波。(2)電磁波是eq\x(\s\up1(04))橫波。電磁波的電場、磁場、傳播方向三者兩兩垂直，如圖所示。(3)與機械波不同，電磁波的傳播不須要eq\x(\s\up1(05))介質，可在真空中傳播，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度eq\x(\s\up1(06))相同(都等于光速)。c＝λf。(4)機械波在介質中傳播的速度只與介質有關，而電磁波在介質中傳播的速度與eq\x(\s\up1(07))介質和eq\x(\s\up1(08))頻率均有關。v＝λf。(5)電磁波具有反射、折射、衍射、干涉的特性。3．電磁波的放射與接收(1)電磁波的放射①放射條件：應用eq\x(\s\up1(09))開放電路；振蕩頻率eq\x(\s\up1(10))足夠高。②調(diào)制：為了利用電磁波傳遞聲音、圖象等信號，就要對傳輸信號進行調(diào)制，常用的調(diào)制方式有兩種：a．調(diào)幅：使高頻電磁波的eq\x(\s\up1(11))振幅隨信號的強弱而變。b．調(diào)頻：使高頻電磁波的eq\x(\s\up1(12))頻率隨信號的強弱而變。(2)電磁波的接收①當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率eq\x(\s\up1(13))相同時，激起的振蕩電流eq\x(\s\up1(14))最強，這種現(xiàn)象叫電諧振。②使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做eq\x(\s\up1(15))調(diào)諧。能夠調(diào)諧的接收電路叫做eq\x(\s\up1(16))調(diào)諧電路。③從經(jīng)過調(diào)制的高頻電流中“檢”出調(diào)制信號的過程，叫做eq\x(\s\up1(17))解調(diào)。它是eq\x(\s\up1(18))調(diào)制的逆過程。調(diào)幅波的解調(diào)也叫eq\x(\s\up1(19))檢波。4．電磁波譜按電磁波的eq\x(\s\up1(20))波長或eq\x(\s\up1(21))頻率大小的依次把它們排列成譜，叫做電磁波譜。按波長由長到短排列的電磁波譜為：無線電波、紅外線、eq\x(\s\up1(22))可見光、紫外線、X射線、γ射線。(1)對電磁波譜的理解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、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。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，但它們產(chǎn)生的機理不同。(2)不同電磁波的特點及應用①無線電波波動性強，應用于通信、廣播、天體物理探討。②紅外線eq\x(\s\up1(23))熱效應強，應用于遙控、遙測、加熱、紅外攝像、紅外制導。③可見光感光性強，應用于照明、照相等。④紫外線eq\x(\s\up1(24))化學作用、eq\x(\s\up1(25))熒光效應強，應用于殺菌、防偽等。⑤X射線eq\x(\s\up1(26))穿透力強，應用于檢查、探測、醫(yī)用透視。⑥γ射線eq\x(\s\up1(27))穿透力最強，應用于工業(yè)探傷、醫(yī)用治療。二、相對論初步1．經(jīng)典的相對性原理(1)表述一：力學規(guī)律在任何慣性系中都是eq\x(\s\up1(28))相同的。(2)表述二：在一個慣性參考系內(nèi)進行的任何力學試驗都不能推斷這個慣性參考系是否相對于另一個慣性系做勻速直線運動。(3)表述三：任何慣性參考系都是eq\x(\s\up1(29))平權的。2．狹義相對論的兩個基本假設(1)狹義相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切eq\x(\s\up1(30))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eq\x(\s\up1(31))相同的。3．狹義相對論的幾個結論(1)長度的相對性狹義相對論中的長度公式l＝l0eq\r(1－\f(v,c)2)中，l0是相對于桿靜止的視察者測出的桿的長度，而l可認為桿沿桿的長度方向以速度v運動時，靜止的視察者測出的桿的長度，還可以認為是桿不動，而視察者沿桿的長度方向以速度v運動時測出的桿的長度。(2)時間間隔的相對性時間間隔的相對性公式Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v,c)2))中，Δτ是相對事務發(fā)生地靜止的視察者測量同一地點的兩個事務發(fā)生的時間間隔，而Δt則是相對于事務發(fā)生地以速度v運動的視察者測量同一地點的同樣兩個事務發(fā)生的時間間隔。也就是說：在相對運動的參考系中觀測，事務變更過程的時間間隔變大了，這就是狹義相對論中的時間膨脹(動鐘變慢)。(3)相對論的質速關系①物體的質量隨物體速度的增大而eq\x(\s\up1(32))增大，物體以速度v運動時的質量m與靜止時的質量m0之間有如下關系：m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v,c)2))。②物體運動時的質量總要eq\x(\s\up1(33))大于靜止時的質量m0。(4)相對論質能關系用m表示物體的質量，E表示它具有的能量，則愛因斯坦質能方程為E＝eq\x(\s\up1(34))mc2。1．間諜衛(wèi)星上裝有某種遙感照相機，可用來探測軍用和民用目標。這種照相機能拍到晚上關燈行駛的汽車，即使車隊離開也瞞不過它。這種遙感照相機敏感的電磁波屬于()A．可見光波段 B．紅外波段C．紫外波段 D．X射線波段答案B解析紅外線是看不見的光，它的波長比可見光的紅光還長，它的熱作用比較強，并且不同的物體輻射的紅外線的波長和強度不同，利用靈敏的紅外線探測器汲取物體發(fā)出的紅外線，然后用電子儀器對接受到的信號進行處理，就可以察知被探物體的特征，可制成熱譜儀、夜視儀等，題中這種遙感照相機敏感的電磁波屬于紅外線。B正確。2．(2024·全國卷Ⅱ)(多選)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．周期性變更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逝答案ABC解析電磁波在真空中的傳播速度為3×1083．[教材母題](人教版選修3－4P104·T4)A、B、C是三個完全相同的時鐘，A放在地面上，B、C分別放在兩個火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飛行，vB＜vC。地面上的視察者認為哪個時鐘走得最慢？哪個走得最快？[變式子題](多選)用相對論的觀點推斷，下列說法正確的是()A．時間是肯定的，空間是相對的B．時間和空間都是肯定的，在任何參考系中一個事務發(fā)生的時間和一個物體的長度總不會變更C．在地面上的人看來，高速運動的飛船中的時鐘會變慢，但是飛船中的宇航員卻看到時鐘是精確的D．在地面上的人看來，高速運動的飛船在運動方向上會變窄，而飛船中的宇航員卻感覺到地面上的人看起來比飛船中的人扁一些E．當物體運動的速度v?c時，“時間膨脹”和“長度收縮”效應可忽視不計答案CDE解析時間和空間都是相對的，A、B錯誤；依據(jù)“時間膨脹”和“長度收縮”效應，可知C、D正確；當速度v?c時，1－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2≈1，所以“時間膨脹”和“長度收縮”效應可忽視不計，E正確。課時作業(yè)1．(多選)下列說法正確的是()A．肥皂泡呈現(xiàn)的彩色是光的干涉現(xiàn)象，露珠呈現(xiàn)的彩色是光的色散現(xiàn)象，通過狹縫看太陽光呈現(xiàn)的彩色是光的衍射現(xiàn)象B．橫波和縱波都能發(fā)生干涉、衍射和偏振現(xiàn)象C．做雙縫干涉試驗時，用綠光照耀單縫，在光屏P上視察到干涉條紋，用紅光代替綠光照耀單縫將得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣D．真空中的光速在不同的慣性系中不相同E．在真空中傳播的電磁波，當它的頻率增大時，它的傳播速度不變，波長變短答案ACE解析肥皂泡呈現(xiàn)的彩色是光的干涉現(xiàn)象，露珠呈現(xiàn)的彩色是光的色散現(xiàn)象，通過狹縫看太陽光呈現(xiàn)的彩色是光的衍射現(xiàn)象，故A正確；橫波和縱波都能發(fā)生干涉、衍射，只有橫波能發(fā)生偏振現(xiàn)象，故B錯誤；由Δx＝eq\f(l,d)λ可知，用紅光代替綠光照耀單縫，波長變長，將得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，故C正確；依據(jù)愛因斯坦相對論，真空中的光速在不同的慣性系中是相同的，D錯誤；在真空中傳播的電磁波，當它的頻率增大時，它的傳播速度不變，波長變短，E正確。2．(多選)關于電磁波譜，下列說法中正確的是()A．X射線對生命物質有較強的作用，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．紫外線比紫光更簡潔發(fā)生干涉和衍射D．在電磁波譜中，最簡潔發(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答案ABE解析紫外線比紫光的波長短，更不簡潔發(fā)生干涉和衍射，C錯誤；在電磁波譜中，最簡潔發(fā)生衍射現(xiàn)象的是無線電波，γ射線的波長較短，不簡潔發(fā)生衍射現(xiàn)象，D錯誤。A、B、E的說法正確。3．(多選)下列說法正確的是()A．偏振光可以是橫波，也可以是縱波B．光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象C．光纖通信及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的全反射原理D．X射線在磁場中能偏轉，穿透實力強，可用來進行人體透視E．聲源與視察者相對靠近時，視察者所接收的頻率大于聲源振動的頻率答案BCE解析光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波，偏振光是橫波，A錯誤；光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象，B正確；用光導纖維傳播信號是利用了光的全反射，C正確；X射線穿透力較強，但它不帶電，不能在磁場中偏轉，D錯誤；依據(jù)多普勒效應可知聲源與視察者相對靠近時，視察者所接收的頻率大于聲源振動的頻率，E正確。4．對于機械波和電磁波，下面說法中正確的是()A．它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象B．它們在本質上是相同的，只是頻率不同而已C．它們都可能是橫波，也可能是縱波D．機械波的傳播速度只取決于介質，跟頻率無關；而電磁波的傳播速度與介質無關，只跟頻率有關答案A解析機械波和電磁波本質是不同的，但都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象，故A正確，B錯誤；電磁波是橫波，電磁波的傳播速度不僅與介質有關，還跟頻率有關，C、D錯誤。5．(多選)下列說法中正確的是()A．地面旁邊有一高速水平飛過的火箭，地面上的人視察到“火箭長度”要比火箭上的人視察到的短一些B．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，往往在鏡頭前加一個偏振片以減弱反射光的強度C．在同種勻稱介質中傳播的聲波，頻率越高，波長也越長D．玻璃內(nèi)的氣泡看起來特殊光明，是因為光線從氣泡中射出的緣由答案AB解析依據(jù)相對論可知，對于地面旁邊高速水平飛過的火箭，地面上的人視察到的火箭長度比火箭上的人視察到的要短一些，故A正確；拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，往往在鏡頭前加一個偏振片以減弱玻璃反射的光的強度，故B正確；在同種勻稱介質中傳播的聲波，波速肯定，依據(jù)公式v＝λf可得，頻率越高，波長越短，C錯誤；玻璃中的氣泡看起來特殊光明是因為光從玻璃射向氣泡時，一部分光在界面上發(fā)生了全反射，D錯誤。6.如圖所示，在雙縫干涉試驗中，S1和S2為雙縫，P是光屏上的一點，已知P點與S1、S2距離之差為2.1×10－6m，分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉試驗，問P(1)已知A光在折射率為n＝1.5的介質中的波長為4×10－7m(2)已知B光在某種介質中的波長為3.15×10－7m，當B(3)若讓A光照耀S1，B光照耀S2，試分析光屏上能視察到的現(xiàn)象。答案(1)暗條紋'(2)亮條紋'(3)見解析解析(1)設A光在空氣中的波長為λ1，在介質中的波長為λ2，由n＝eq\f(λ1,λ2)，得λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7m＝6×10－7路程差Δr＝2.1×10－6所以N1＝eq\f(Δr,λ1)＝eq\f(2.1×10－6,6×10－7)＝3.5從S1和S2到P點的路程差是波長λ1的3.5倍，即eq\f(λ1,2)的7倍，所以P點為暗條紋。(2)依據(jù)臨界角與折射率的關系sinC＝eq\f(1,n)得n′＝eq\f(1,sin37°)＝eq\f(5,3)由此可知，B光在空氣中的波長為λ1′＝n′λ2′＝eq\f(5,3)×3.15×10－7m＝5.25×10－7m故N2＝eq\f(Δr,λ1′)＝eq\f(2.1×10－6,5.25×10－7)＝4可見路程差為波長的整數(shù)倍，則用B光做光源，P點為亮條紋。(3)若讓A光和B光分別照耀S1和S2，因為A光和B光的頻率不同，所以不能發(fā)生干涉，在屏上不會出現(xiàn)干涉條紋，但在光屏上仍能視察到亮光。7．(2024·北京高考)利用圖1所示的裝置(示意圖)，視察光的干涉、衍射現(xiàn)象，在光屏上得到如圖2中甲和乙兩種圖樣。下列關于P處放置的光學元件說法正確的是()A．甲對應單縫，乙對應雙縫B．甲對應雙縫，乙對應單縫C．都是單縫，甲對應的縫寬較大D．都是雙縫，甲對應的雙縫間距較大答案A解析單縫衍射圖樣的中心條紋亮且寬，相鄰條紋間距不等；雙縫干涉圖樣中相鄰條紋間距相等。依據(jù)題目中給出的甲、乙兩種圖樣可知，甲是單縫衍射的圖樣，乙是雙縫干涉的圖樣，A正確。8．(2024·北京高考)用雙縫干涉試驗裝置得到白光的干涉條紋，在光源與單縫之間加上紅色濾光片后()A．干涉條紋消逝B．彩色條紋中的紅色條紋消逝C．中心條紋變成暗條紋D．中心條紋變成紅色答案D解析當用白光做干涉試驗時，頻率相同的色光，相互疊加干涉，在光屏上形成彩色條紋，中心形成白色的亮條紋；當在光源與單縫之間加上紅色濾光片后，只有紅光能通過單縫，然后通過雙縫后相互疊加干涉，在光屏上形成紅色干涉條紋，光屏中心為加強點，所以中心條紋變成紅色亮條紋，A、B、C錯誤，D正確。9．(2024·全國卷Ⅱ)(多選)在雙縫干涉試驗中，用綠色激光照耀在雙縫上，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答案ACD解析在雙縫干涉試驗中相鄰亮條紋的間距Δx＝eq\f(l,d)λ，因此要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距可減小雙縫間的距離，增大屏幕與雙縫的距離，換用波長更長或頻率更小的光做光源。故選A、C、D。10．(2024·江蘇高考)(多選)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()A．飛船上的人觀測到飛船上的鐘較快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答案AC解析飛船上的人視察鐘表時，是以飛船為參考系，看到地球上的鐘表在高速運動，視察到地球上的鐘慢，飛船上的鐘快，選項A正確，B錯誤；同理地球上的人是以地球為參考系，視察結果是地球上的鐘快，飛船上的鐘慢，選項C正確，D錯誤。11．(2024·天津高考)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．在同種勻稱介質中，a光的傳播速度比b光的大B．從同種介質射入真空發(fā)生全反射時a光臨界角大C．照耀在同一金屬板上發(fā)生光電效應時，a光的飽和電流大D．若兩光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，產(chǎn)生a光的能級能量差大答案D解析由干涉條紋間距Δx＝eq\f(l,d)λ可知，λa<λb，可知νa>νb。同種勻稱介質，對頻率大的光折射率更大，即na>nb，光在介質中的傳播速度v＝eq\f(c,n)，故va<vb，A錯誤；發(fā)生全反射的臨界角滿意sinC＝eq\f(1,n)，故Ca<Cb，B錯誤；飽和電流只與入射光強度有關，與頻率無關，C錯誤；光子能量E＝hν，因此Ea>Eb，D正確。12．(2024·吉林省長春市二模)(多選)以下說法中正確的是()A．在同一種玻璃中，頻率越大的光速度越小B．用透亮的標準樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的偏振C．麥克斯韋用試驗證明白電磁波的存在D．交警通過放射超聲波測量車速是利用了波的多普勒效應E．狹義相對論認為在不同的慣性參考系中一切物理規(guī)律都是相同的答案ADE解析光的頻率越大，折射率越大，由v＝eq\f(c,n)可知，在同種介質中光的速度越小，故A正確；用透亮的標準樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的干涉，故B錯誤；麥克斯韋預言了電磁波的存在，赫茲用試驗證明白電磁波的存在，故C錯誤；交警通過放射超聲波測量車速是利用了波的多普勒效應，故D正確；依據(jù)狹義相對論原理，在任何慣性系中，物理規(guī)律有相同的表達式，即一切物理規(guī)律都是相同的，故E正確。13．(2024·江蘇南通一模)(多選)下列說法正確的是()A．在雙縫干涉試驗中，若僅將入射光由綠光改為紅光，則相鄰干涉條紋間距變寬B．光纖通信是激光和光導纖維相結合的產(chǎn)物C．全息照片的拍攝利用了光的衍射原理D．地面上測得靜止的直桿長為L，則在高速飛行火箭中的人測得手中的桿長應小于L答案AB解析在雙縫干涉試驗中，依據(jù)相鄰兩條紋間距的公式Δx＝eq\f(L,d)λ可知，若僅將入射光由綠光改為紅光，波長變長，則相鄰干涉條紋間距變寬，故A正確；光纖通信是激光和光導纖維相結合的產(chǎn)物，利用了激光的頻率單一性的特點，故B正確；全息照片往往用激光來拍攝，主要是利用了激光的干涉原理，故C錯誤；依據(jù)相對論原理，地面上測得靜止的直桿長為L，在沿桿方向高速飛行火箭中的人相對于桿是靜止的，所以測得的長度仍為L，故D錯誤。14．(2024·安徽皖江名校聯(lián)盟高三下學期開學摸底聯(lián)考)(多選)下列說法正確的是()A．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，往往在鏡頭前加一個偏振片以增加透射光的強度B．用透亮的標準平面樣板檢查光學平