2020版高考物理总复习15第2讲光的波动性电磁波相对论简介教案新人教版.docx

第2讲光的波动性电磁波相对论简介一、光的干涉1干涉的概念两列频率、振动情况相同的光波相叠加，某些区域出现光被加强，某些地方出现光被减弱，并且加强和减弱的区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象。2双缝干涉在用单色光进行的双缝干涉实验中，若双缝处两列光的振动情况完全相同，则在光屏上距双缝的路程差为光波波长整数倍的地方被加强，将出现明条纹；光屏上距双缝的路程差为光波半波长奇数倍的地方光被减弱，出现暗条纹。3薄膜干涉利用薄膜(如肥皂膜)前后两表面的反射光束相遇而形成的。二、光的衍射1光的衍射光绕过障碍物或狭缝偏离直线传播的路径而进入障碍物的几何阴影中的现象叫光的衍射。2光的明显衍射的发生条件只有当障碍物或狭缝的尺寸跟光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。三、光的偏振1偏振横波只沿某一特定的方向振动，称为波的偏振。2自然光在与光波传播方向垂直的平面内光振动(指E的振动)沿各个方向振动强度都相同。如由太阳、电灯等普通光源发出的光。3偏振光在与光波传播方向垂直的平面内只有沿着某一个稳定方向振动的光。如自然光经偏振片作用后的光。4应用利用偏振片摄影、观看立体电影等。四、电磁场和电磁波1麦克斯韦电磁场理论(2)电磁场：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场。2电磁波(1)产生：电磁场由近及远地向周围传播形成电磁波。(2)特点：电磁波传播不需要任何介质，在真空传播的速度最大，c3108 m/s。电磁波是横波。电磁波能产生干涉、衍射、反射和折射等现象。(3)电磁波的发射。发射条件：足够高的频率和开放电路。调制分类：调幅和调频。(4)电磁波的接收。调谐：使接收电路产生电谐振的过程。解调：使声音或图象信号从高频电流中还原出来的过程。3LC振荡电路(1)振动过程：LC电路在振荡过程中，电路中的电流、电容器两极板上的电荷量都做周期性的变化，从能量角度看，LC电路的振荡过程又是电能和磁能的相互转化过程。(2)振荡周期和频率T2，f。4电磁波谱五、相对论简介1狭义相对论的基本假设(1)在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。2时间和空间的相对性(1)时间间隔的相对性：t。(2)长度的相对性：ll0。(3)相对论的速度变换公式u。(4)相对论质量m。(5)质能方程Emc2。(判断正误，正确的画“”，错误的画“”。)1光的干涉、衍射现象说明了光是波，也能说明光是横波。()2薄膜干涉是薄膜前后表面的反射光叠加产生的，所以要观察干涉条纹，应该从光源一侧观察。()3当光照射到不透明的半径很小的圆盘上时也会产生衍射现象。()4电磁波的传播也需要介质。()5真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的。()1(光的干涉)(多选)在双缝干涉实验中，某同学用黄光作为入射光，为了增大干涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有()A改用红光作为入射光 B改用蓝光作为入射光C增大双缝到屏的距离 D增大双缝之间的距离解析在双缝干涉实验中，条纹间距公式x，可见，干涉条纹间距与入射光的波长成正比，与双缝到屏的距离成正比，与双缝间距离成反比。红光波长大于黄光波长，A项正确；蓝光波长小于黄光波长，B项错误；增大双缝到屏的距离，则干涉条纹间距增大，C项正确；增大双缝之间的距离，干涉条纹间距减小，D项错误。答案AC2(光的衍射)下列现象属于光的衍射的是()A雨后天空出现彩虹B通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹C海市蜃楼现象D日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹解析彩虹是光的色散现象，海市蜃楼是光的折射、全反射现象，肥皂膜上出现彩色条纹是薄膜干涉现象，A、C、D三项错误；通过狭缝观察日光灯看到彩色条纹是单缝衍射现象，B项正确。答案B3(光的偏振)如图所示，让太阳光或白炽灯光先后通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象。这个实验表明()A光是电磁波 B光是一种横波C光是一种纵波 D光是概率波解析此题考查证明光的特性偏振的重要实验，太阳光或白炽灯发出的光是自然光，当通过偏振片P后变为偏振光，旋转P或Q时，通过P的偏振光的振动方向和通过Q的偏振方向不平行时，光屏上透射光的强度就会发生变化，该实验说明光是一种横波，B项正确。答案B考点1光的干涉、衍射和偏振考|点|速|通1单缝衍射与双缝干涉的比较 两种现象比较项目 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；干涉、衍射都有明暗相间的条纹2.自然光和偏振光的比较自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的强度相同在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向典|例|微|探【例1】如图所示的4种明暗相间的条纹，是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)。则在下面的四个图中，哪个图是蓝光形成的干涉图样() A B C D解析干涉图样条纹间的距离都是相等的，衍射图样最中间的条纹最粗，向两旁依次变细，故A、C是干涉图样，B、D是衍射图样；又由于蓝光波长较红光短，所以蓝光形成的干涉图样条纹间的距离较小，所以A是蓝光形成的干涉图样。答案A光的干涉与衍射的辨析1光的干涉是在光重叠区域出现加强或减弱的现象，光的衍射是光线过障碍物偏离直线传播的现象。2光的干涉的产生条件是两束光频率相同、相位差恒定，即必须是相干光源。明显衍射现象的产生条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多。3光的双缝干涉图样是中央为明纹，两边等间距分布明暗相间的条纹。光的单缝衍射图样是中央为最宽、最亮的明纹，两边不等间距地分布明暗相间的条纹。 题|组|冲|关1(多选)a、b两种不同波长的光，先后用同一装置在真空中做双缝干涉实验，得到两种干涉条纹，其中a光的条纹间距大于b光的条纹间距，则()Aa光的波长小于b光的波长Ba光的频率小于b光的频率C玻璃对a光的折射率比玻璃对b光的折射率小D在玻璃中，a光的速度小于b光的速度E从玻璃射向空气发生全反射时，a光的临界角大于b光的临界角解析相邻条纹间距与波长成正比，所以a光的波长大于b光的波长，A项错误；由cf可知，a光的频率小于b光的频率，B项正确；频率越大折射率越大，C项正确；由n可知在玻璃中，a光的速度大于b光的速度，D项错误；由sinC，可知E项正确。答案BCE2(多选)如图，P是偏振片，P的透振方向(用带箭头的实线表示)为竖直方向。下列四种入射光束中，照射P时能在P的另一侧观察到透射光的是()A太阳光B沿竖直方向振动的光C沿水平方向振动的光D沿与竖直方向成45角振动的光解析太阳光包含垂直传播方向向各个方向振动的光，当太阳光照射P时能在P的另一侧观察到偏振光，A项正确；沿竖直方向振动的光能通过偏振片，B项正确；沿水平方向振动的光不能通过偏振片，因为它们已经相互垂直，C项错误；沿与竖直方向成45角振动的光也能通过偏振片，D项正确。答案ABD考点2电磁场和电磁波考|点|速|通1电磁波的传播及波长、频率、波速(1)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度是相同的(都等于光速)。(2)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小。(3)三者关系vf，f是电磁波的频率，即为发射电磁波的LC振荡电路的频率f，改变L或C即可改变f，从而改变电磁波的波长。2电磁波与机械波的比较 项目名称电磁波机械波研究对象电磁现象力学现象产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点(波源)的振动产生波的特点横波纵波或横波波速在真空中等于光速，很大(c3108 m/s)在空气中不大(如声波波速一般为340 m/s)介质需要不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(真空中不能传播)能量传播电磁能机械能典|例|微|探【例2】我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑，米波雷达发射无线电波的波长在110 m范围内，则对该无线电波的判断正确的是()A米波的频率比厘米波频率高B和机械波一样须靠介质传播C同光波一样会发生反射现象D不可能产生干涉和衍射现象解析根据f可知，波长越长的波频率越低，故米波的频率比厘米波的频率低，A项错误；无线电波不需要介质传播，B项错误；同光波一样会发生反射，C项正确；干涉和衍射是波特有的现象，D项错误。答案C题|组|冲|关1下列关于电磁波的说法正确的是()A均匀变化的磁场能够在空间产生电场B电磁波在真空和介质中传播速度相同C只要有电场和磁场，就能产生电磁波D电磁波在同种介质中只能沿直线传播解析如果电场(或磁场)是均匀变化的，产生的磁场(或电场)是恒定的，不能再产生新的电场(或磁场)，因而不能产生电磁波，A项正确，C项错误；电磁波的传播速度跟介质有关，频率由波源决定，同一频率的电磁波在不同介质里波长不等，由vf知不同介质中波的传播速度不同，B项错误；电磁波发生衍射现象时，不再沿直线传播，波发生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸大小跟电磁波的波长差不多或比波长还要小，D项错误。答案A2关于机械波和电磁波，下列说法错误的是()A机械波和电磁波都能在真空中传播B机械波和电磁波都可以传递能量C波长、频率和波速间的关系，即vf，对机械波和电磁波都适用D机械波和电磁波都能发生衍射和干涉现象解析机械波的传播需要介质，而电磁波的传播不需要介质，所以A项错误；干涉、衍射是波特有的现象，D项正确；波能传播能量，vf对波都适用，故B、C两项正确。答案A双缝干涉中明暗条纹的分析1原理如图所示2亮、暗条纹的条件(1)单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹。光的路程差rr2r1k(k0,1,2，)，光屏上出现亮条纹。光的路程差rr2r1(2k1)(k0,1,2，)，光屏上出现暗条纹。(2)白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色。(3)条纹间距公式：x。【经典考题】用氦氖激光器发出的红光进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间距离d0.1 mm，双缝到屏的距离L6.0 m，测得屏上干涉条纹中相邻亮纹的间距是3.8 cm。(1)氦氖激光器发出的红光的波长是多少？(2)如果把整个装置放入折射率是的水中，这时屏上的条纹间距是多少？解析(1)由x，可以得出，红光的波长x m6.3107 m，激光器发出的红光的波长是6.3107 m。(2)如果整个装置放入水中，激光器发出的红光在水中的波长 m4.7107 m，这时屏上条纹间距是x m2.8102 m2.8 cm。答案(1)6.3107 m(2)2.8 cm必|刷|好|题1.双缝干涉实验装置如图所示，双缝间的距离为d，双缝到像屏的距离为l，调整实验装置使得像屏上可以看到清晰的干涉条纹。关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是 ()A若将像屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹将变得不清晰B若将像屏向右平移一小段距离，屏上的干涉条纹将变得不清晰C若将双缝间距离d减小，像屏上的两个相邻明条纹间的距离变小D若将双缝间距离d减小，像屏上的两个相邻暗条纹间的距离增大解析双缝到像屏的距离l不影响干涉条纹的清晰度，A、B两项错误；当双缝间距d变小时，由x知，x应变大，C项错误，D项正确。答案D2甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样，设相邻两个亮条纹的中心距离为x，若x甲x乙，则下列说法正确的是()A通过同一单缝装置时，甲光能发生衍射现象，乙光则不能发生B真空中甲光的波长一定小于乙光的波长C甲光的频率一定大于乙光的频率D在同一均匀介质中甲光的传播速度大于乙光解析由x得x越大则越大，B项错误；乙光不一定能发生衍射，A项错误；由cf知，越大，f越小，C项错误；由光的折射率随波长增大而减小和v知，D项正确。答案D1(2017全国卷)(多选)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是()A改用红色激光B改用蓝色激光C减小双缝间距D将屏幕向远离双缝的位置移动E将光源向远离双缝的位置移动解析根据条纹间距表达式x可知，因红光的波长大于绿光的波长，则改用红色激光可增大条纹间距，A项正确；因蓝光的波长小于绿光的波长，则改用蓝色激光可减小条纹间距，B项错误；减小双缝间距d可增加条纹间距，C项正确；将屏幕向远离双缝的位置移动，即增加l可使条纹间距变大，D项正确；光源与双缝间的距离不影响条纹间距，E项错误。答案ACD2(2016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即为真空中的光速，与频率无关，A项正确；根据麦克斯韦的电磁场理论，B项正确；电磁波是横波，其传播方向与电场强度、磁感应强度两两垂直，C项正确；电