高考物理一轮复习第十三章波与相对论第4讲光的波动性教案.docx

第4讲光的波动性(实验：用双缝干涉测量光的波长)知识点一光的干涉1.定义：两列、相同的光波相叠加，某些区域出现振动加强，某些区域出现振动减弱，并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象.2.双缝干涉(1)现象：单色光干涉时观察到明暗相间的条纹；白光缝干涉的现象为中央是条纹，两边是条纹.(2)亮、暗条纹的判断：xn(n0,1,2，)，即到双缝的距离差为波长的倍的点出现亮条纹；xn(n0,1,2，)，即到双缝的距离差为半波长倍的点出现暗条纹.3.薄膜干涉光照射到薄膜上时，薄膜表面反射的两列光相叠加，发生干涉现象.若入射光为单色光，可形成明暗相间的干涉条纹；若入射光为白光，可形成彩色的干涉条纹.答案：1.频率 相位 振动方向 2.(1)白色 彩色(2)整数 奇数3.前、后知识点二光的衍射1.定义：光离开直线路径绕到障碍物的现象叫光的衍射，衍射产生的明暗条纹或光环叫衍射图样.2.发生明显衍射的条件只有当障碍物的跟光的波长相比差不多，甚至比光的波长还的时候，衍射现象才会明显.3.衍射图样(1)单缝衍射单色光：明暗相间的不等距条纹，中央条纹最宽最亮，两侧条纹具有性.白光：中间为宽且亮的白色条纹，两侧是窄且暗的彩色条纹，最靠近中央的是紫光，远离中央的是红光.(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑，称为亮斑(证实波动性).答案：1.阴影里 2.尺寸 小 3.(1)对称 (3)泊松知识点三光的偏振1.偏振现象横波只沿某一振动，称为波的偏振现象.2.自然光若光源发出的光，包含着垂直于光传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的都相同，这种光叫自然光.3.偏振光在垂直于光传播方向的平面上，只沿一个振动的光，叫偏振光.例如：自然光通过偏振片后，就得到了偏振光.见示意图.答案：1.特定方向 2.强度 3.特定方向(1)横波、纵波都能发生偏振现象.()(2)当振动情况完全相同的两个光源与屏上某点的距离之差等于0时，出现亮条纹.()(3)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光.()(4)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的.()(5)阳光在水面的反射光是偏振光.()答案：(1)(2)(3)(4)(5)考点光的干涉及衍射1.单缝衍射与双缝干涉的比较单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹2.光的干涉和衍射的本质：光的干涉和衍射都属于光的叠加.从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的.考向1双缝干涉的分析与计算典例1(2015新课标全国卷)在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距x1与绿光的干涉条纹间距x2相比，x1(填“”“”或“x2.相邻亮条纹之间的距离为x mm2.1 mm，双缝间的距离d，代入数据得d0.300 mm.答案0.300考向2薄膜干涉的分析典例2劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，在一块平板玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻两条明条纹所对应的薄膜厚度恒定，现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹()甲(侧视图)乙A.变疏 B.变密 C.不变 D.消失解析撤去一张纸后劈形空气的薄膜的劈度减缓，相同水平距离上，劈度厚度变化减小，以致波程变化减小，条纹变宽，条纹数量变少(变疏)，故A正确.答案A考向3光的干涉图样与衍射图样的比较典例3(2017福建龙岩调研)如图所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样.分析各图样的特点可以得出的正确结论是()A.a、b是光的干涉图样B.c、d是光的干涉图样C.形成a图样的光的波长比形成b图样光的波长短D.形成c图样的光的波长比形成d图样光的波长短解析干涉条纹是等距离的条纹，因此，a、b图是干涉图样，c、d图是衍射图样，故A项正确，B项错误；由公式x可知，条纹宽的入射光的波长长，所以a图样的光的波长比b图样的光的波长长，故C项错误；c图样的光的波长比d图样的光的波长长，故D项错误.答案A区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法(1)根据条纹的宽度区分：双缝干涉的条纹的宽度相同；而单缝衍射的条纹，中央条纹最宽，两侧的条纹逐渐变窄.(2)根据条纹的间距区分：双缝干涉条纹的间距是相等的，而单缝衍射的条纹越向两侧条纹间距越窄.(3)根据条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央亮纹往两侧亮度变化很小，而单缝衍射条纹中央亮纹最亮，两侧的亮纹逐渐变暗.考点光的偏振现象1.偏振光的产生方式(1)自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器.第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器.(2)自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直.2.偏振光的理论意义及应用(1)理论意义：光的偏振现象说明了光波是横波.(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等.考向1偏振现象的理解典例4如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧.旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是()A.A、B均不变B.A、B均有变化C.A不变，B有变化D.A有变化，B不变解析白炽灯光包含向各方向振动的光，且各个方向振动的光的强度相等，所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同，故A点光的强度不变；白炽灯光经偏振片P后变为偏振光，当P旋转时，只有与Q的偏振方向一致时才有光透过，因此B点的光强有变化，选项C正确.答案C考向2偏振现象的应用典例5假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，使司机不仅可以防止对方汽车强光的刺激，也能看清自己车灯发出的光所照亮的物体.以下措施中可行的是()A.前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的B.前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向也是竖直的C.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45D.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45，车灯玻璃的透振方向也是斜向右上45解析首先，司机要能够看清自己车灯发出的经过对面物体反射回来的光线，所以他自己车灯的偏振片的透振方向和前窗玻璃的透振方向一定要平行；其次，他不能看到对面车灯发出的强光，所以对面车灯玻璃的透振方向与他自己车窗玻璃的透振方向一定要垂直，满足上述要求的只有D.答案D1.光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波，光的偏振现象说明光波是横波.2.偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特征，即存在一个偏振方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了.3.偏振现象在生活中非常普遍，并不是只有自然光通过偏振片后才变为偏振光，生活中除光源直接发出的光外，我们看到的绝大部分光都是偏振光.4.当偏振光入射到偏振片上时，如果偏振方向与透振方向既不平行也不垂直，仍会有部分光透过偏振片.考点实验：用双缝干涉测量光的波长1.实验原理：单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)纹间距x与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光的波长之间满足.2.实验步骤(1)观察干涉条纹将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上.如图所示.接好光源，打开开关，使灯丝正常发光.调节各器件的高度，使光源发出的光能沿轴线到达光屏.安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约510 cm，这时，可观察白光的干涉条纹.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.(2)测定单色光的波长安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹.使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮纹.用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的).改变双缝间的距离d，双缝到屏的距离l，重复测量.3.数据处理(1)条纹间距x.(2)波长x.(3)计算多组数据，求的平均值.4.注意事项(1)安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当.(2)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近.(3)调节的基本依据是：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴所致，干涉条纹不清晰一般原因是单缝与双缝不平行所致，故应正确调节.典例6在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图1)，并选用缝间距d0.2 mm的双缝屏.从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离L700 mm.然后，接通电源使光源正常工作.图1 图2图3(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度.某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第1次映入眼帘的干涉条纹如图2(a)所示，图2(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图2(b)中游标尺上的读数x11.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图3(a)所示，此时图3(b)中游标卡尺上的读数x2.(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离x mm；这种色光的波长nm.解析(1)由游标卡尺的读数规则可知x215.0 mm10.02 mm15.02 mm；(2)图2(a)中暗纹与图3(a)中暗纹间的间隔为6个，故x mm2.31 mm；由x可知 mm6.6102 nm.答案(1)15.02 mm(2)2.316.61021.双缝干涉(多选)英国物理学家托马斯杨巧妙地解决了相干光源问题，第一次在实验室观察到了光的干涉现象.下图为实验装置简图，M为竖直线状光源，N和O均为有狭缝的遮光屏，P为像屏.现有四种刻有不同狭缝的遮光屏，实验时正确的选择是()A.N应选用遮光屏1B.N应选用遮光屏3C.O应选用遮光屏2D.O应选用遮光屏4答案：AC解析：根据双缝干涉的原理可知，N应选用单缝遮光屏1，O应选用双缝光屏2，故A、C正确.2.薄膜干涉在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图所示的干涉实验法，A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个透明的平行板B，B与A上表面平行，在它们之间形成一个厚度均匀的空气膜.现在用波长为的单色光垂直照射，同时对A缓慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化.当温度为t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升到t2时，亮度再一次回到最亮，则()A.出现最亮时，B上表面反射光与A上表面反射光叠加后加强B.出现最亮时，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后相抵消C.温度从t1升至t2过程中，A的高度增加D.温度从t1升至t2过程中，A的高度增加答案：D解析：该装置利用B下表面反射光与A上表面反射光发生干涉的原理，若最亮，说明干涉加强，加强时路程差xn(n0,1,2，)，由于t1和t2两温度为连续变化，且出现两次最亮，所以两次路程差为一个波长，t1到t2过程中，A的高度应增加半个波长.故选项D正确.3.光的衍射(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可以判断细丝粗细的变化()A.这里应用的是光的衍射现象B.这里应用的是光的干涉现象C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细答案：AD解析：本题为光的衍射现象在工业生产中的实际应用，考查光的衍射现象，若障碍物的尺寸与光的波长相比差不多或更小，衍射现象较明显，通过观察屏上条纹的变化情况，从而监测抽制的丝的情况，故选AD.4.光的偏振光的偏振现象说明光是横波.下列现象中不能反映光的偏振特性的是()A.一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化B.一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90时，反射光是偏振光C.日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰D.通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹答案：D解析：在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光是偏振光，选项A、B反映了光的偏振特性，C是偏振现象的应用，D是光的衍射现象.5.用双缝干涉测单色光的波长如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹.要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以()A.增大S1与S2的间距B.减小双缝屏到光屏的距离C.将绿光换为红光D.将绿光换为紫光答案：C解析：由双缝干涉条纹间距公式x可知，要增大相邻条纹间距，可以增大双缝到屏的距离，减小双缝间距，选用波长更长的单色光，因此C正确.第5讲电磁波相对论简介知识点一麦克斯韦理论、电磁场、电磁波1.麦克斯韦电磁场理论变化的磁场产生，变化的电场产生.2.电磁场变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个，这就是电磁场.3.电磁波电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波.(1)电磁波是横波，在空间传播介质.(2)真空中电磁波的速度为m/s.(3)vf对电磁波.4.电磁波的发射(1)发射条件：足够高的振荡频率和电路.(2)调制分类：和.5.电磁波的接收(1)调谐：使接收电路产生的过程.(2)解调：使声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程.6.电磁波谱无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线等合起来构成了范围广阔的电磁波谱，如图所示.答案：1.电场磁场2.完整的整体3.(1)不需要(2)3108(3)同样适用4.(1)开放(2)调幅调频5.(1)电谐振知识点二相对论简介1.狭义相对论的两个基本假设(1)狭义相对性原理在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是.(2)光速不变原理真空中的光速在不同的惯性参考系中都是，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系.2.相对论质速关系(1)物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系：m.(2)物体运动时的质量m总要静止时的质量m0.3.相对论质能关系用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：E.答案：1.(1)相同的(2)相同的2.(1)(2)大于(3)mc2(1)电磁波的传播需要介质.()(2)电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场.()(3)电谐振就是电磁振荡中的“共振”.()(4)无线电波不能发生干涉和衍射现象.()(5)波长不同的电磁波在本质上完全相同.()(6)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的.()(7)若物体能量增大，则它的质量增大.()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)考点对电磁场理论和电磁波的理解1.对麦克斯韦电磁场理论的理解2.对电磁波的理解(1)电磁波是横波.电磁波的电场E、磁场B、传播方向v三者两两垂直，如图所示.(2)电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度与介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关.考向1对麦克斯韦电磁场理论的理解典例1(多选)应用麦克斯韦的电磁场理论判断如图所示的电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图象中(每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场)，正确的是()解析均匀变化的电场产生稳定的磁场，周期性变化的电场产生周期性变化的磁场.答案BD考向2对电磁波的理解典例2(2016新课标全国卷)(多选)关于电磁波，下列说法正确的是()A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C.电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输E.电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失解析电磁波在真空中的传播速度为3108 m/s，与电磁波的频率无关，A项正确；周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场又产生周期性变化的电场，它们相互激发向周围传播，就形成了电磁波，B项正确；电磁波是横波，因此其电场强度和磁感应强度均与传播方向垂直，C项正确；光是电磁波，利用光纤对光的全反射可以传播信息，D项错误；波源的电磁振荡停止后，已发出的电磁波不会立即消失，还要继续传播一段时间，E项错误.答案ABC考向3电磁波与机械波的比较典例3(多选)电磁波与声波比较，下列说法中正确的是()A.电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质B.由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大C.由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大D.电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质决定的，与频率无关解析A、B均与事实相符，所以A、B正确.根据，电磁波速度变小，频率不变，波长变小；声波速度变大，频率不变，波长变大，所以C正确.电磁波在介质中的速度与介质有关，也与频率有关，在同一种介质中，频率越大，波速越小，所以D错误.答案ABC对电磁波的理解(1)电磁波的传播不需要介质，并不是在介质中不能传播，而是在介质、真空中都能传播，只是不依赖于介质而已.(2)在真空中，不同频率的电磁波传播速度相同，都等于光速.在同一介质中，不同频率的电磁波传播速度不同，频率越高，传播速度越小.考点电磁波的特性及电磁波的应用考向1电磁波的特性典例4(多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是()A.电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波B.紫外线的频率比可见光低，长时间照射可以促进钙的吸收，改善身体健康C.X射线和射线的波长比较短，穿透力比较强D.红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线解析无线电波波长最长，最容易发生干涉、衍射现象，A正确；紫外线的频率比可见光高，B错误；不管物体温度高低，都可以辐射红外线，D错误；X射线和射线的波长比较短，波长越短，贯穿能力越强，C正确.答案AC考向2电磁波的应用典例5电磁波已广泛运用于很多领域.下列关于电磁波的说法符合实际的是()A.电磁波不能产生衍射现象B.常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机C.根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度D.光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同解析衍射现象是波特有的现象，故电磁波能发生衍射现象，A错误.遥控器是通过发出的红外线脉冲信号遥控电视机的，B错误.根据多普勒效应，当天体相对地球运动时，我们接收到来自天体的电磁波频率发生变化，根据其变化可判断遥远天体相对地球的运动速度，C正确.光在真空中的速度是定值，在任何惯性系中测出的数值应相同，D错误.答案C1.波长不同的电磁波，表现出不同的特性，其中波长较长的无线电波和红外线等，易发生干涉、衍射现象；波长较短的紫外线、X射线、射线等，穿透能力较强.2.电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X射线、X射线和射线都有重叠，但它们产生的机理不同.考点狭义相对论的简单应用相对论中五个公式的理解名称公式理解时间间隔的相对性(时钟变慢)t与运动物体相对静止的观察者经历时间，地面上的观察者看到运动物体经历时间t长度的相对性(长度缩短)ll0与杆相对静止的人认为杆长是l0，与杆相对运动的人认为杆长是l相对论质量(质量变大)m运动时物体的质量为m，静止时的质量为m0相对论速度变换公式u车对地的速度为v，车上人以u沿车前进方向相对车运动，人对地速度为u质能方程Emc2，Emc2m为质量亏损考向1对狭义相对论的理解典例6(多选)关于狭义相对论的说法，正确的是()A.狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B.狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关C.狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系D.狭义相对论在任何情况下都适用解析狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，选项A正确；狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c(光速不变原理)，与光源的运动无关，选项B正确；狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系，故选项C正确，D错误.答案ABC考向2对狭义相对论的简单应用典例7如图所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c).地面上测得它们相距为L，则A测得两飞船间的距离(填“大于”、“等于”或“小于”)L.当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为.解析从飞船A测量时飞船B是静止的，从地面上测量时两飞船都是运动的，由相对论的“尺缩效应”知运动长度要缩短，故从地面测得的飞船间距小.由光速不变原理知光信号的传播速度与参考系是无关的，故A测得该信号的速度仍为光速c.答案大于c(或光速)1.电磁场和电磁波(多选)关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是()A.均匀变化的电场在它的周围产生均匀变化的磁场B.电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的，且都与波的传播方向垂直C.电磁波和机械波一样依赖于介质传播D.只要空间中某个区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁波答案：BD解析：均匀变化的电场在它的周围产生恒定的磁场，A错；机械波的传播依赖于介质，电磁波的传播不需要介质，C错.2.电磁波谱(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是()A.X射线对生命物