《物理十五 光學、電磁波與相對論 第2講 光的波動性 電磁波 相對論》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理十五 光學、電磁波與相對論 第2講 光的波動性 電磁波 相對論（42頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第2講 光的波動性 電磁波 相對論考點 1光的干涉亮暗1.定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某些區(qū)域相互加強，出現(xiàn)_條紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)_條紋，且加強區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象.相等2.條件：兩束光的頻率_、相位差恒定.3.雙縫干涉圖樣特點：單色光照射時形成明暗相間的等間距的干涉條紋；白光照射時，中央為_條紋，其余為_條紋.白色亮彩色考點 2光的衍射偏離1.定義：光在傳播的過程中遇到障礙物時，_直線傳播繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象.差不多還小2.發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物或小孔的尺寸跟光的波長_，甚至比光的波長_時，衍射現(xiàn)象明顯.3.衍射圖樣特點單色窄且暗白色(1)單縫衍射：單色光的衍射圖樣為

2、中間寬且亮的_條紋，兩側(cè)是明暗相間的條紋，條紋寬度比中央_；白光的衍射圖樣為中間寬且亮的_條紋，兩側(cè)是漸窄且暗的彩色條紋.圓環(huán)泊松(2)圓孔衍射：明暗相間的不等距_.(3)圓盤衍射：明暗相間的不等距圓環(huán)，中心有一亮斑稱為_亮斑(證實光的波動性).考點 3光的偏振一切方向1.自然光：包含著在垂直于傳播方向上沿_振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同.2.偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上，只沿著某個_的方向振動的光.特定3.偏振光的形成偏振片折射(1)讓自然光通過_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_，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

3、明光是一種_波.橫考點 4電磁場與電磁波1.麥克斯韋電磁場理論電場磁場變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生_，變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生_.電磁場橫2.電磁波：_由近及遠地傳播形成電磁波.電磁波是_波，在空間傳播不需要依靠介質(zhì).真空中電磁波的速度為_m/s；電磁波的傳播速度 v 等于波長和頻率 f 的乘積，即 v_.3108f3.電磁波的發(fā)射和接收足夠高開放(1)發(fā)射條件：要有_的頻率；采用_電路.(2)調(diào)制：使電磁波隨各種信號而改變叫調(diào)制.使高頻電磁波的_隨信號的強弱而變化為調(diào)幅，使高頻電磁波的_隨信號的強弱而變化為調(diào)頻.振幅頻率(3)接收相等當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率_時，激起的

4、振蕩電流最強，稱為電諧振現(xiàn)象.從經(jīng)過調(diào)制的高頻電流中將聲音或圖像信號還原出來的過程，叫做_，它是調(diào)制的逆過程，調(diào)幅波的解調(diào)也叫_.(4)電磁波譜：按照電磁波的_或_的大小順序把它們排列成譜叫做電磁波譜.頻率波長可見光按波長由長到短排列的電磁波譜為：無線電波、紅外線、_、紫外線、X 射線、射線.解調(diào)檢波考點 5相對論1.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，一切物理規(guī)律都是_的.相同相同mc2(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_的.2.質(zhì)能方程(質(zhì)能關(guān)系)：E_.【基礎(chǔ)自測】)1.(多選，2016 年北京卷改編)下列說法正確的是(A.電磁波在真

5、空中以光速 c 傳播B.在空氣中傳播的聲波是橫波C.聲波只能在空氣中傳播D.光的傳播不需要介質(zhì)E.電磁波是橫波解析：光波屬于電磁波，光波在真空中的速度也就是電磁波在真空中的速度，選項 A 正確.空氣中的聲波是振源的振動造成空氣密度的變化而產(chǎn)生的，它存在密部和疏部，屬于縱波，選項 B 錯誤.聲波不僅僅能在空氣中傳播，在固體、液體中都可以傳播，選項 C 錯誤.光波屬于電磁波，電磁波是通過電磁場的交替變化傳遞的，不需要介質(zhì)，選項 D 正確.電磁波是橫波，E項正確.答案：ADE2.(多選，2016 年天津卷改編)我國成功研發(fā)的反隱身先進“米波雷達”堪稱隱身飛機的克星，它標志著我國雷達研究又一創(chuàng)新的里程

6、碑，“米波雷達”發(fā)射無線電波的波長在 110 m)范圍內(nèi)，則對該無線電波的判斷正確的是(A.米波的頻率比厘米波頻率低B.和機械波一樣需靠介質(zhì)傳播C.同光波一樣會發(fā)生反射現(xiàn)象D.不可能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象E.波長越長的無線電波越易發(fā)生衍射現(xiàn)象答案：ACE的條紋如圖乙所示.他改變的實驗條件不可行的是( )3.(多選)某同學用單色光進行“雙縫干涉”實驗，在屏上觀察到圖 15-2-1 甲所示的條紋，僅改變一個實驗條件后，觀察到乙甲圖 15-2-1A.減小光源到單縫的距離B.減小雙縫之間的距離C.增大雙縫到光屏之間的距離D.換用頻率更高的單色光源E.增大雙縫之間的距離答案：ADE. . . 4.(多選)關(guān)

7、于以下幾種電磁波的作用，下列說法正確的是()A.用紅外線熱像儀檢測通過它的發(fā)熱病人，是利用了物體在不同溫度下發(fā)射的紅外線的頻率和強度不同B.刑偵上用紫外線拍攝指紋照片，因為紫外線波長短，分辨率高C.紅外線遙感技術(shù)利用了紅外線的顯著熱效應D. 驗鈔機之所以利用紫外線驗鈔是因為紫外線具有熒光效應E.陰極射線是一種頻率極高的電磁波答案：ABD熱點 1光的干涉熱點歸納1.明暗條紋的判斷方法：(1)單色光如圖 15-2-2 所示，光源 S1、S2 發(fā)出的光到屏上 P 點的路程差 r2r1k(k0,1,2，)時，光屏上出現(xiàn)明條紋.圖 15-2-2(2)白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋.(3)中央條紋為明條紋.2.

8、雙縫干涉形成的條紋是等間距的，兩相鄰明條紋或相鄰法錯誤的是( )考向 1對雙縫干涉現(xiàn)象的理解【典題 1】一束白光在真空中通過雙縫后在屏上觀察到干涉條紋，除中央白色亮條紋外，兩側(cè)還有彩色條紋，則下列說A.各色光的波長不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同B.各色光的速度不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同C.各色光的強度不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同D.屏上呈現(xiàn)內(nèi)紫外紅的條紋E.屏上條紋不按一定的規(guī)律分布. .解析：白光包含各種顏色的光，它們的波長不同，在相同條件下做雙縫干涉實驗時，它們的干涉條紋間距不同，所以在中央亮條紋兩側(cè)出現(xiàn)彩色條紋，紫光的條紋間距最小，因而最里

9、面的是紫色條紋.答案：BCE考向 2明暗條紋位置的確定【典題 2】如圖 15-2-3 所示，在雙縫干涉實驗中，S1 和 S2為雙縫，P 是光屏上的一點，已知 P 點與 S1 和S2 的距離之差為 2.1106 m，分別用 A、B 兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實驗，問 P 點是亮條紋還是暗條紋？圖 15-2-3(1)已知 A 光在折射率為 n1.5 的介質(zhì)中波長為 4107 m.(2)已知 B 光在某種介質(zhì)中的波長為 3.15107 m，當 B 光從這種介質(zhì)射向空氣時，臨界角為 37(sin 370.6，cos 370.8).解：(1)設 A 光在空氣中波長為1，在介質(zhì)中波長為2，由1n21.5

10、4107 m6107 m根據(jù)路程差x2.1106 m可見，用 A 光做光源，P 點為暗條紋.熱點 2薄膜干涉熱點歸納1.如圖 15-2-4 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.圖 15-2-42.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.3.原理分析：(1)單色光在 P1、P2 處，兩個表面反射回來的兩列光波的路程差r等于波長的整數(shù)倍，即rn(n1,2,3，)，薄膜上出現(xiàn)明條紋.在 Q 處，兩列反射回來的光波的路程差r 等于半波長的(2)白光：薄膜上出現(xiàn)水平彩色條紋.4.薄膜干涉的應用：(1)檢查精密零件的表面是否平整

11、如圖 15-2-5 所示，將被檢查平面和放在上面的透明標準樣板的一端墊一薄片，使樣板的標準平面與被檢查平面間形成一個楔形空氣薄層，單色光從上面照射，入射光在空氣層的上表面 a 和下表面 b 反射出兩列光波疊加，從反射光中看到干涉條紋，根據(jù)干涉條紋的形狀來確定工件表面的情況.圖 15-2-5若被檢查平面平整則干涉圖樣是等間距明暗相間的平行直條紋.若某處凹下，則對應亮(暗)條紋提前出現(xiàn)，如圖 15-2-6 甲所示；若某處凸起，則對應亮(暗)條紋延后出現(xiàn)，如圖乙所示.甲乙圖 15-2-6(2)增透膜在光學元件(透鏡、棱鏡)的表面涂上一層薄膜(如氟化鎂)，的反射光的光程差恰好等于半個波長，因而相互抵消

12、，達到減小反射光、增大透射光強度的目的.考向薄膜干涉的應用【典題 3】(多選)關(guān)于光學鏡頭增透膜，以下說法正確的是()A.增透膜是為了減少光的反射損失，增加透射光的強度B.增透膜的厚度等于入射光在真空中波長的C.增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長的1414D.因為增透膜的厚度一般適合綠光反射時相互抵消，紅光、紫光的反射不能完全抵消，所以涂有增透膜的鏡頭呈淡紫色E.涂有增透膜的鏡頭，進入的光線全部相互抵消，因此這種鏡頭的成像效果較好解析：光學鏡頭前的增透膜是為了減少光的反射損失，增加透射光的強度，A 正確；根據(jù)光的干涉理論，增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長的四分之一，B 錯誤，C 正確；增透膜

13、通常是針對人眼最敏感的綠光設計的，使從鏡頭反射的綠光干涉相消，而對太陽光中紅光和紫光并沒有顯著削弱，所以看上去呈淡紫色，D 正確；涂有增透膜的鏡頭，只能抵消某種色光的反射光線，E 錯誤.答案：ACD熱點 3光的偏振熱點歸納1.偏振光的產(chǎn)生方式：(1)自然光通過起偏器：通過兩個共軸的偏振片觀察自然光，第一個偏振片的作用是把自然光變成偏振光，叫起偏器.第二個偏振片的作用是檢驗光是否為偏振光，叫檢偏器.(2)自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上，如果光入射的方向合適，使反射光和折射光之間的夾角恰好是 90時，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直.2.偏振光的理論意義及應用：(1)理論意義：光的偏振現(xiàn)

14、象說明了光波是橫波.(2)應用：照相機鏡頭、立體電影、消除車燈眩光等.【典題 4】(2017 年江蘇調(diào)研)某同學在暑假一次旅行中發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(xiàn)象：他戴著某種墨鏡用手機拍照，手機豎著拍沒問題，而當把手機橫過來拍時，發(fā)現(xiàn)手機黑屏了，而旁邊的小伙伴卻說手機屏是亮著的.這是光的_現(xiàn)象，該現(xiàn)象說明光是_(填“橫波”或“縱波”).解析：這位同學手機豎著拍沒問題，而當把手機橫過來拍時，發(fā)現(xiàn)手機黑屏了，說明光不能透過，這是光的偏振現(xiàn)象，該現(xiàn)象說明光是橫波.答案：(1) 偏振(2)橫波熱點 4光的衍射熱點歸納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

15、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，光才可以看做是沿直線傳播的.項目干涉衍射現(xiàn)象在光重疊區(qū)域出現(xiàn)加強或減弱的現(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實驗楊氏雙縫實驗單縫衍射(圓孔衍射、不透明圓盤衍射)圖樣不同點條紋寬度條紋寬度相等條紋寬度不等，中央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情況清晰條紋，亮度基本相等中央條紋最亮，兩邊變暗圖樣相同點干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象；干涉、衍射都有明暗相間的條紋3.光的干涉和衍射的比較：【典題 5】(多選，2016 年安徽

16、合肥二模)下列說法正確的是()A.光導纖維傳輸信號是利用光的干涉現(xiàn)象B.全息照相利用了激光相干性好的特性C.光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波D.X 射線比無線電波更容易發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象E.刮胡須的刀片的影子邊緣模糊不清是光的衍射現(xiàn)象答案：BCE熱點 5電磁場和電磁波熱點歸納1.對麥克斯韋電磁場理論的理解：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 15-2-7 所示.圖 15-2-7(2)電磁波與機械波不同，機械波在介質(zhì)中傳播的速度只與介質(zhì)有關(guān)，電磁波在介質(zhì)中傳播的速度與介質(zhì)和頻率均有關(guān).電磁波譜頻率/Hz真空中的波長/m特性應用遞變規(guī)律無線電波31011

17、103波動性強，易發(fā)生衍射無線電技術(shù)紅外線10111015103107熱效應紅外遙感可見光1015107引起視覺照明、攝影紫外線10151017107109化學效應、熒光效應、滅菌消毒醫(yī)用消毒、防偽X射線101610191081011貫穿本領(lǐng)強檢查、醫(yī)用透視射線10191011貫穿本領(lǐng)最強工業(yè)探傷、醫(yī)用治療3.電磁波譜分析及應用：考向 1對麥克斯韋電磁場理論的理解【典題 6】(多選，2016 年新課標卷)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.周期性變化的電場和變化的磁場可以相互激發(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

18、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失解析：電磁波在真空中傳播速度不變，與頻率無關(guān)，選項A 正確；電磁波由周期性變化的電場和變化的磁場互相激發(fā)得到，選項 B 正確；電磁波傳播方向與電場方向、磁場方向均垂直，選項 C 正確；光是一種電磁波，光可在光導纖維中傳播，選項 D 錯誤；電磁波具有能量，電磁振蕩停止后，已形成的電磁波仍會在介質(zhì)或真空中繼續(xù)傳播，選項 E 錯誤.答案：ABC考向 2電磁波的應用【典題 7】(多選)關(guān)于電磁波譜，下列說法正確的是()A.電磁波中最容易表現(xiàn)出干涉、衍射

19、現(xiàn)象的是無線電波B.紫外線的頻率比可見光低，長時間照射可以促進鈣的吸收，改善身體健康C.X 射線和射線的波長比較短，穿透力比較強D.紅外線的顯著作用是熱作用，溫度較低的物體也能輻射紅外線E.頻率越高的電磁波在真空中傳播的速度越快答案：ACD方法技巧：(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、射線等，穿透能力較強.(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 射線和射線都有重疊，但它們產(chǎn)生的機理不同.熱點 6狹義相對論的基本假設和質(zhì)能關(guān)系的簡單應用熱點歸納1.慣性系：如果牛頓運動定律在某個參考系中成立，這個參考系叫做慣性系.相對一個慣性系做勻速直線運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)，因為光速是從麥克斯韋方程組中推導出來的，無任何前提條件.【典題 8】下列說法正確的是()A.以 0.75c 的速度靠近地球的火箭向地球發(fā)出的光，在地球上測得其速度為 cB.光在真空中傳播的速度在不同慣性系可能不同C.愛因斯坦質(zhì)能方程 Emc2 中的 m 是物體靜止時的質(zhì)量D.“在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的”這是狹義相對論的一條基本假設E.狹義相對論認為，在慣性參考系中，光速與光源、觀察者間的相對運動無關(guān)答案：ADE