2019版高考物理總復(fù)習(xí) 選考部分 機(jī)械振動 機(jī)械波 光 電磁波 相對論簡介 基礎(chǔ)課4 光的干涉、衍射和偏振 電磁波與相對論學(xué)案

1、基礎(chǔ)課4光電磁波的干涉、衍射和偏振與相對論知識篩選光的干涉、衍射和偏振1.光干涉(1)定義：在兩排光波重疊的區(qū)域，有些區(qū)域相互增強(qiáng)，有亮條紋，而有些區(qū)域相互減弱，有暗條紋，增強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域相互分離。(2)條件：兩束光束具有相同的頻率和恒定的相位差。(3)雙縫干涉圖樣的特點(diǎn)：單色光照射時(shí)形成明暗間距相等的干涉條紋；當(dāng)被白光照射時(shí)，中心是白色亮條紋，其余是彩色條紋。2.光的衍射明顯衍射的條件：只有當(dāng)障礙物的大小接近甚至小于光的波長時(shí)，衍射現(xiàn)象才會明顯。3.光的偏振(1)自然光：包括在垂直于傳播方向的所有方向振動的光，并且在所有方向振動的光波的強(qiáng)度是相同的。(2)偏振光：在垂直于光傳播方向的平面上

2、，只在特定方向振動的光。(3)偏振光的形成(1)讓自然光通過偏振器形成偏振光。自然光在兩種介質(zhì)的界面被反射和折射，反射光和折射光可以變成部分偏振光或完全偏振光。(4)光的偏振表明光是一種橫波。電磁波1.麥克斯韋電磁場理論變化的磁場可以在周圍空間中產(chǎn)生電場，變化的電場可以在周圍空間中產(chǎn)生磁場。2.電磁波(1)電磁場在空間中從近到遠(yuǎn)傳播，形成電磁波。(2)電磁波可以在沒有介質(zhì)的真空中傳播。在真空中，不同頻率的電磁波具有相同的傳播速度(都等于光速)。(3)不同頻率的電磁波在同一介質(zhì)中傳播。它們的速度不同。頻率越高，波速越小。(4) v= f，f是電磁波的頻率。3.電磁波發(fā)射(1)傳輸條件：開路和高頻

3、振蕩信號，因此傳輸信號應(yīng)進(jìn)行調(diào)制(調(diào)幅或調(diào)頻)。(2)調(diào)制模式調(diào)幅：使高頻電磁波的振幅隨信號強(qiáng)度而變化。調(diào)頻：使高頻電磁波的頻率隨信號強(qiáng)度而變化。4.無線電波接收(1)當(dāng)接收電路的固有頻率等于接收到的無線電波的頻率時(shí)，激勵(lì)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)生電諧振的過程稱為調(diào)諧，可調(diào)諧的接收電路稱為調(diào)諧電路。(3)從調(diào)制高頻振蕩中“檢測”調(diào)制信號的過程稱為檢測。檢測是調(diào)制的逆過程，也稱為解調(diào)。5.電磁波譜：根據(jù)電磁波的頻率或波長將電磁波排列成一個(gè)光譜，稱為電磁波譜。電磁波譜從長波長到短波長排列為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、x光和伽馬射線。相對論1.狹義相對論的兩個(gè)基本

4、假設(shè)(1)狹義相對論：在不同的慣性參考系中，所有的物理定律都是相同的。(2)光速不變原理：在不同的慣性參考系中，真空中的光速是相同的，與光源和觀察者之間的相對運(yùn)動無關(guān)。2.質(zhì)能關(guān)系m是物體的質(zhì)量，e是物體的能量，愛因斯坦的質(zhì)量-能量方程是e=mc2。肖品快速訓(xùn)練1.思考和判斷(1)陽光通過棱鏡形成光譜，這是光干涉的結(jié)果。()(2)泊松亮點(diǎn)支持光的波動理論。()(3)光學(xué)透鏡上的防反射膜利用光的干涉現(xiàn)象。()(4)在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果只有入射光由紅光變?yōu)樽瞎?，相鄰亮條紋之間的距離會變小。()(5)均勻變化的磁場產(chǎn)生均勻變化的電場，并向外傳播形成電子C.在同一雙狹縫獲得的干涉條紋中，紅光比綠

5、光寬D.光的色散現(xiàn)象是由光的干涉現(xiàn)象引起的E.光的偏振表明光是一種橫波回答ACE3.(2018年云南師范大學(xué)附屬中學(xué)模擬)(多項(xiàng)選擇)以下陳述是正確的()A.水中的氣泡看起來很亮，因?yàn)橐恍┕獗谎苌淞?。B.雷達(dá)發(fā)射的電磁波是由均勻變化的電場或磁場產(chǎn)生的C.當(dāng)拍攝窗口中的物體時(shí)，在相機(jī)前增加一個(gè)偏光鏡，以減弱窗戶玻璃表面的反射光D.紅色和藍(lán)色激光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)可能具有相同的波長E.狹義相對論認(rèn)為，在不同的慣性參考系統(tǒng)中，真空中的光速是相同的分析水中的氣泡看起來明亮的原因是，當(dāng)光從水中發(fā)射到氣泡時(shí)，一些光被完全反射，選項(xiàng)A是錯(cuò)誤的。均勻變化的電場或磁場只能產(chǎn)生恒定的磁場或電場，而不能形成電磁波。

6、雷達(dá)發(fā)射的電磁波必須由周期性變化的電場或周期性變化的磁場產(chǎn)生。選項(xiàng)B是錯(cuò)誤的；當(dāng)拍攝窗口中的物體時(shí)，可以在攝像機(jī)前添加偏光鏡，以減弱窗戶玻璃表面的反射光。選項(xiàng)三是正確的；紅色和藍(lán)色激光在同一介質(zhì)中傳播時(shí)具有不同的頻率、不同的波速和不同的波長，而紅色和藍(lán)色激光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)可能具有相同的波長，因此選項(xiàng)D是正確的；根據(jù)狹義相對論，真空中的光速在不同的慣性參考系中是相同的，選項(xiàng)E是正確的。回答CDE光的干涉現(xiàn)象1.雙縫干涉(1)光可以干涉的條件：兩個(gè)光具有相同的頻率和相同的振動速度。(2)雙縫干涉形成的條紋間距相等，兩個(gè)相鄰亮條紋或相鄰暗條紋之間的距離與波長成正比，即 x=。(3)當(dāng)用白光照射雙

7、接縫時(shí)，干涉條紋的特征是中心有白色條紋，兩側(cè)有彩色條紋。2.明暗條紋的判斷方法(1)如圖1所示，當(dāng)從光源S1和S2到屏幕上某一點(diǎn)的距離差R2-R1為k (k=0，1，2，)，明亮的條紋出現(xiàn)在光屏上。圖1(2)當(dāng)光程差R2-R1=(2k 1) (k=0，1，2.)，深色條紋出現(xiàn)在淺色屏幕上。3.條紋間距： x=，其中l(wèi)為雙縫到光屏的距離，d為雙縫之間的距離，為光波的波長。2.薄膜干涉(1)如圖2所示，由于重力的作用，垂直皂膜形成頂部薄底部厚的楔形。圖2(2)當(dāng)光照射薄膜時(shí)，它分別從薄膜的前表面AA和后表面BB反射，形成具有相同頻率的兩行光波，這兩行光波疊加，并且這兩行光波在相位上疊加，產(chǎn)生亮線；

8、反向疊加，出現(xiàn)黑線。(3)條紋特征：單色光：明暗相間的水平條紋；白光：彩色水平條紋。1.國家卷二，2017，34(1)(多選)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用綠色激光照射雙縫，干涉圖樣顯示在狹縫后的屏幕上。要增加干涉圖案中兩個(gè)相鄰亮條紋之間的距離，可選方法是()A.切換到紅色激光B.切換到藍(lán)色激光C.減少雙接縫之間的距離D.將屏幕移離雙接縫E.將光源移離雙接縫從解析上講，根據(jù)干涉圖樣中兩相鄰亮條紋之間的距離 x=，要增加 x，我們可以增加波長，增加雙縫與屏幕之間的距離或減少雙縫之間的距離，所以選項(xiàng)A、C和D是正確的，而B和E是錯(cuò)誤的。回答自動呼叫分配器2.(多種選擇)如圖3所示，它是A光和B光通過同一個(gè)雙

9、縫干涉裝置后在屏幕上形成的干涉圖案，然后()圖3A.在相同的均勻介質(zhì)中，a光的傳播速度大于b光B.在真空中，甲乙光的傳播速度是一樣的C.當(dāng)光從真空注入同一介質(zhì)進(jìn)行全反射時(shí)，其全反射臨界角很小根據(jù)標(biāo)題圖，B光的干涉條紋間距大于A光的干涉條紋間距。從兩個(gè)狹縫間干涉條紋間距的公式 x=可知，B光的波長大于A光的波長。從=可以看出，在同一介質(zhì)中，B光的頻率小于A光的頻率，那么B光的折射率小于A光的折射率，從N=可以看出，A光在介質(zhì)中的傳播速度小于B光，所以選項(xiàng)A是錯(cuò)誤的。在真空中，甲和乙的傳播速度是相同的，即光速。選項(xiàng)B是正確的；當(dāng)從真空注入同一介質(zhì)時(shí)，不會發(fā)生全反射，選項(xiàng)c是錯(cuò)誤的；根據(jù)臨界角公式，

10、當(dāng)從同一介質(zhì)全反射時(shí)，光的折射率較大，而光全反射的臨界角較小，因此選項(xiàng)D是正確的。由于B光的波長大于A光的波長，根據(jù)衍射現(xiàn)象明顯的條件，在相同條件下，B光比A光更容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)E是正確的?；卮養(yǎng)DE光的衍射和光的偏振1.對光的衍射的理解(1)衍射是波的特征，波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯。在任何情況下，衍射現(xiàn)象都會發(fā)生，只有明顯和不明顯的差異。(2)衍射現(xiàn)象表明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況，只有當(dāng)光的波長遠(yuǎn)小于障礙物的波長時(shí)，光才能被認(rèn)為是沿直線傳播的。2.自然光和偏振光的比較自然光(非偏振光)偏光光源從光源直接發(fā)出的光自然光穿過偏振器后的光光的振動方向在垂直于光傳播方向的平面中，

11、光在任何方向振動，并且在所有方向振動的光的強(qiáng)度是相同的在垂直于光傳播方向的平面中，光在特定方向振動1.(2018重慶模擬)(多項(xiàng)選擇)以下說法正確()A.在慣性系統(tǒng)中，無論光源和觀察者之間是否有相對運(yùn)動，觀察者觀察到的光速都是恒定的。B.水面油膜的顏色是光的干涉現(xiàn)象C.光纖束中的圖像傳輸是基于光的色散現(xiàn)象d、聲源向靜止的觀察者移動，觀察者接收到的頻率小于聲源的頻率E.沒有看到它的人首先聽到它，因?yàn)槁暡ǖ牟ㄩL很長，衍射現(xiàn)象很容易發(fā)生回答ABE2.(多種選擇)關(guān)于波的干涉和衍射，以下陳述是正確的()A.衍射是所有搬運(yùn)工都有的現(xiàn)象B.當(dāng)兩列波干涉時(shí)，振動增強(qiáng)區(qū)域中的粒子位移必須總是最大的C.聲波易于

12、衍射，因?yàn)槁暡ǖ牟ㄩL較長D.當(dāng)觀察薄膜的干涉時(shí)，它應(yīng)該在入射光的同一側(cè)E.用于醫(yī)院體檢的“b超”利用了超聲波的衍射原理解析衍射是所有波特都有的現(xiàn)象。選項(xiàng)甲是正確的。當(dāng)兩個(gè)列車波相互干擾時(shí)，振動加強(qiáng)區(qū)的質(zhì)點(diǎn)振動總是得到加強(qiáng)，但位移總是最大，選項(xiàng)B是錯(cuò)誤的；聲波易于衍射，因?yàn)槁暡ǖ牟ㄩL較長，選項(xiàng)C是正確的；薄膜干涉是指薄膜上出現(xiàn)兩列頻率相同的反射光的現(xiàn)象，因此應(yīng)該在入射光的同一側(cè)觀察，選項(xiàng)d是正確的；用于醫(yī)院體檢的“b超”使用超聲波的反射原理，選項(xiàng)E是錯(cuò)誤的。回答自動呼叫分配器3.(多種選擇)光的偏振表明光是一種橫波。下列現(xiàn)象可以反映光的偏振特性是()A.一束自然光連續(xù)通過兩個(gè)偏振器，其中一個(gè)偏振

13、器以光束為軸旋轉(zhuǎn)，從而改變透射光的強(qiáng)度B.一束自然光入射到兩種介質(zhì)之間的界面上。當(dāng)反射光和折射光之間的夾角正好為90時(shí)，反射光就是偏振光C.日落時(shí)，拍下下面的風(fēng)景用標(biāo)尺測量雙縫到光屏的距離l，用公式 x=計(jì)算波長= x，重復(fù)測量和計(jì)算，得到波長的平均值。(2)誤差分析(1)測量條紋間距 x會帶來誤差。測量雙縫與光幕之間的距離l時(shí)出現(xiàn)誤差。(3)注意事項(xiàng)確保燈絲、單縫、雙縫、測量頭和遮光管同軸。保持單縫和雙縫平行。1.在觀察光的雙縫干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中：(1)如圖4b所示，將激光束照射在雙接縫上，在光屏上觀察到的現(xiàn)象如圖4a所示。圖4(2)切換到間隙較小的雙縫，保持雙縫到光屏的距離不變，光屏上觀察到

14、的條紋寬度為_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _；保持兩個(gè)狹縫之間的間隙不變，減小光屏與雙狹縫之間的距離，光屏上觀察到的條紋寬度將為_ _ _ _ _ _ _ _(以上都用“加寬”、“變窄”或“不變”填充)。分析(1)雙縫干涉圖樣為等寬、明暗交替的平行條紋，A圖正確；(2)根據(jù) x=，當(dāng)兩個(gè)狹縫之間的距離d減小時(shí)，條紋間距變寬；當(dāng)從雙接縫到屏幕的距離l減小時(shí)，條紋間距變窄。答案(1)A (2)變得越來越寬越來越窄2.(2018北京海淀區(qū)模擬)如圖5A所示，在“雙縫干涉測波長”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)儀器按要求安裝在光學(xué)工作臺上，選擇了狹縫間距d=0.20 mm的雙縫屏。然后，打開電源，使

15、光源正常工作。眾所周知，圖像屏幕和雙縫屏幕之間的距離是l=700mm毫米。圖5(1)已知測量頭上主尺的最小刻度為毫米，副尺(游標(biāo))有20個(gè)刻度。同學(xué)調(diào)整手輪后，從測量頭的目鏡上看，十字線的中心刻度線與某一條A的中心對齊，如圖b所示。此時(shí)，測量頭上的主尺和游標(biāo)的指示如圖C所示，因此指示為_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _毫米；然后轉(zhuǎn)動手輪，使十字線的中心刻度線與條紋B的中心對齊。條紋A和條紋B之間的距離為8.40毫米。根據(jù)上述測量結(jié)果，通過濾光器透射到雙縫的彩色光的波長=_ _ _ _ _ _ _ m可以通過計(jì)算得到(保留2個(gè)有效數(shù)字)。(2)另一名學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置安裝儀器，觀察到光的干擾明顯。如果他修改了實(shí)驗(yàn)裝置，他仍然可以在圖像屏幕上觀察到清晰的條紋，并且條紋的數(shù)量增加了。下列可能達(dá)到這種效果的變化是_ _ _ _ _ _。A.僅在單縫和雙縫之間移動過濾器B.只需稍微增加單接縫和雙接縫之間的距離C.僅互換單接縫和雙接縫的位置d .僅將紅色過濾器改為綠色過濾器分析(1)測量頭上的數(shù)字為50.05毫米=0.25毫米；A條紋和B條紋之間的中心距離為8.40毫米，并且有五個(gè)條紋間隔開，因此相鄰條紋之間的距離為 x=1.68毫米，并且通過濾光器發(fā)射到雙縫的彩色光的波長=4.810-7米由 x=計(jì)算。