（人教通用版）2020高考物理第14章第4讲光的波动性电磁波相对论课件.pptx

机械振动与机械波 光 电磁波与相对论,第十四章,第4讲 光的波动性 电磁波 相对论,知识梳理自测,1产生条件 两列光的_相同，振动方向_，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样。 2两种典型的干涉 (1)杨氏双缝干涉。 原理如图所示。,知识点1,光的干涉,频率,相同,明、暗条纹的条件。 ()单色光：形成_的条纹，中央为明条纹。 a光的路程差rr2r1_(k0,1,2，)，光屏上出现明条纹。 b光的路程差rr2r1_(k0,1,2，)，光屏上出现暗条纹。 ()白光：光屏上出现_条纹，且中央亮条纹是_(填写颜色)。 相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距公式：x_。,明暗相间,k,彩色,白色,(2)薄膜干涉。 相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面_的两列光波。 图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的_相等。单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色条纹。,反射,厚度,1发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长_，甚至比光的波长_的时候，衍射现象才会明显。 2衍射条纹的特点：,知识点2,光的衍射,相差不多,还小,(1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较。,明暗相间,越弱,越小,明暗相间,越弱,越小,越小,逐渐变暗,逐渐变窄,同心圆环,(2)泊松亮斑(圆盘衍射)： 当光照射到不透明的_上时，在圆盘的阴影中心出现_(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。,半径很小的小圆盘,亮斑,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，包含着在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。,知识点3,光的偏振,特定方向,强度,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。,特定方向,1电磁波的产生 (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完整的整体，这就是电磁场。,知识点4,电磁波与相对论,电场,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。 电磁波是横波，在空间传播_介质； 真空中电磁波的速度为_m/s； vf对电磁波_。 电磁波能产生反射、折射、_和衍射等现象。,不需要,3.0108,同样适用,干涉,2电磁波的发射和接收 (1)发射电磁波的条件 要有足够高的_。 电路必须_，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。 (2)调制有_和调频两种方式，解调是调制的逆过程。 (3)电磁波谱 定义：按电磁波的波长从长到短分布是_、红外线、可见光、紫外线、X射线和射线，形成电磁波谱；递变规律：直线传播能力增强，衍射能力减弱。,振荡频率,开放,调幅,无线电波,电磁波谱的特性、应用,热效应,荧光效应,3狭义相对论 (1)狭义相对论的两个基本假设 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_的。 光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是_的，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。 (2)相对论的质速关系 物体运动时的质量m总要_静止时的质量m0。,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_。,相同,相同,大于,4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_。,mc2,思维诊断： (1)光的颜色取决于折射率。 ( ) (2)只有频率相同的两列光波才能产生干涉。 ( ) (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)自然光是偏振光。 ( ) (6)电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场。 ( ) (7)无线电波不能发生干涉和衍射现象。 ( ) (8)波长不同的电磁波在本质上完全不同。 ( ) (9)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的。 ( ), ,1(2018上海奉贤区一模)如图所示，检查下方玻璃板上表面是否平整，单色光从上面照射会产生条纹，这是利用了光的 ( ) A圆孔衍射 B单缝衍射 C双缝干涉 D薄膜干涉 解析 当两反射光的路程差(即膜厚度的2倍)是半波长的偶数倍时，出现明条纹，是半波长的奇数倍时，出现暗条纹。若条纹是直的则玻璃板平整，若条纹发生弯曲，则玻璃板不平整。由以上分析可知，检查下方玻璃板上表面是否平整，利用了光的薄膜干涉，D正确。,D,2(2018上海奉贤区一模)红外线、X射线、射线、紫外线中，波动现象最明显的是 ( ) A红外线 BX射线 C射线 D紫外线 解析 波长越长，波动现象越明显，在红外线、X射线、射线、紫外线中，红外线波长最长，因此其波动现象最明显，A正确。,A,3(2018北京密云区一模)下列四种现象中与光的干涉有关的是 ( ) A雨后空中出现彩虹 B肥皂泡的表面呈现彩色 C一束白光通过三棱镜后形成彩色光带 D一束白光通过很窄的单缝后在光屏上形成彩色光带 解析 雨后天空中的彩虹是光的色散现象，A错误；肥皂泡在阳光照耀下呈现彩色条纹，是肥皂泡内外两表面反射回的光发生干涉形成的，B正确；白光通过三棱镜后形成彩色光带是光的色散现象，C错误；白光通过一个很窄的缝呈现的彩色光带是光的衍射现象，D错误。,B,4(2018湖南长沙天心区期末)(多选)设某人在以速度为0.5c的飞船上，打开一个光源，则下列说法正确的是 ( ) A飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5c B飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5c C在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是c D在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c 解析 光速不变原理认为：在不同的惯性参考系中，真空中的光速是相同的，即光在真空中沿任何方向的传播速度都是相同的，C、D正确。,CD,核心考点突破,1双缝干涉与单缝衍射的比较：,考点一,光的干涉、衍射及偏振,2自然光和偏振光的比较：,特别提醒：(1)从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理，衍射条纹可以认为从单缝通过多列频率相同的光波在屏上叠加形成的干涉图样。 (2)在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别，衍射现象说明只有在光的波长比障碍物小得多时才可看作沿直线传播。,(2018四川广安、眉山一诊)(多选)下列五幅图对应的说法正确的是 ( ),例 1,ABE,A图甲是研究光的衍射 B图乙是研究光的干涉 C图丙是利用光的偏振 D图丁是研究光的偏振 E图戊是衍射图样 解析 图甲是在研究光的单缝衍射，故A正确；图乙是研究光的双缝干涉现象，故B正确；图丙是检查工件表面的平整度，属于光的干涉现象，不是偏振现象，故C错误；图丁是产生电磁波的过程，不是光的偏振，故D错误；图戊是泊松亮斑，属于光的衍射，E正确。,(2018河北衡水中学质检)(多选)如图所示用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样。现让a、b两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播方向中可能正确的是 ( ),类题演练 1 ,AD,(2018安徽等四省五校联考)(多选)下列说法正确的是 ( ) A光的双缝干涉实验中，若仅将光源从蓝光改为红光，则所得干涉图样中相邻亮条纹间距变大 B照相机镜头在阳光下呈现淡紫色是光的衍射现象 C泊松亮斑支持了光的波动说 D一束单色光由空气进入玻璃中，光的传播速度变小，波长变短 E光的偏振现象说明光是纵波,类题演练 2 ,ACD,考点二,实验：用双缝干涉测光的波长,3实验步骤： (1)安装仪器： 将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。 接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光。调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。 安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝平行。,4注意事项： (1)调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。 (2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。 (3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两个条纹间的距离。 (4)不要直接测x，要测几个条纹的间距，计算得x，这样可以减小误差。 (5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外边。,特别提醒：(1)实验中滤光片的作用是获得单色光，要测量某种单色光的波长，实验中必须使用滤光片。 (2)单缝相当于一个单色光光源，双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源。,现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。,例 2,(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、_、_、_、A。,E,D,B,(2)本实验的步骤有： 取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光简轴线把屏照亮； 按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上； 用米尺测量双缝到屏的距离； 用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离。在操作步骤时还应注意_ _。,单缝与双缝必须平行，其间距为510cm，保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上,(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数为_mm，求得相邻亮纹的间距x为_mm。,(4)已知双缝间距d为2.0104m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式_，求得所测红光波长为_nm。,13.870,2.310,6.6102,解析 (1)滤光片E是从白光中选出单色红光，单缝屏是获取线光源，双缝屏是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏上，所以排列顺序为C、E、D、B、A。(顺序不能交换) (2)在操作步骤时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，单缝、双缝间距离大约为510cm；使单缝与双缝相互平行。,对电磁波谱的四点说明 (1)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。,考点三,电磁波与相对论,(3)不同的电磁波，产生的机理不同，无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；X射线是原子的内层电子受到激发后产生的；射线是原子核受到激发后产生的。 (4)电磁波的能量随频率的增大而增大。,下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象。请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上。 (1)X光机，_。 (2)紫外线灯，_。 (3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好。这里的“神灯”是利用_。 A光的全反射 B紫外线具有很强的荧光作用 C紫外线具有杀菌消毒作用 DX射线的很强的贯穿力 E红外线具有显著的热效应 F红外线波长较长，易发生衍射,例 3,D,C,E,解析 (1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大的伤害的X射线，选择D。 (2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，因此选择C。 (3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快因此选择E。,(2018黑龙江哈尔滨月考)(多选)下列说法正确的是 ( ) A在不同的惯性参考系中，一切物理定律都是相同的 B真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的 C一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度短 D物体运动时的质量m总要小于静止时的质量m0 E在质能方程Emc2中，m是物体的质量，E是它具有的能量,类题演练 3 ,ACE,(2018河北衡水中学调研)(多选)关于机械波和电磁波，下列说法正确的是 ( ) A两列频率相同的机械波相遇时，介质中振动加强的质点在某时刻的位移可能为零 B声音从声源发出，在空气中传播时，振幅和波长都在不断地减小 C机械波的周期取决于振源的周期，在数值上可能与介质中质点的自由振动周期相等 DX射线是由原子的内层电子受到激发后产生的，而射线是原子核受到激发后产生的 E根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场一定可以产生电磁波,类题演练 4 ,ACD,解析 两列频率相同的波相遇时，会发生波的干涉现象，振动加强的点的振幅等于两列波的振幅之和，但某时刻的位移可能为零，故A正确；声音在传播的过程中，频率不变，声速也不变，则波长不变，故B错误；机械波的周期取决于振源的周期，在数值上可能与质点在介质中自由振动的周期相等，故C正确；X射线是由原子的内层电子受到激发后产生的，而射线是原子核受到激发后产生的，故D正确；均匀变化的电场产生稳定的磁场，而稳定的磁场不能产生电场，即均匀变化的电场不能产生电磁波，故E错误。,2年高考模拟,1(2018北京，15)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后 ( ) A干涉条纹消失 B彩色条纹中的红色条纹消失 C中央条纹变成暗条纹 D中央条纹变成红色 解析 在光源与单缝之间加上红色滤光片后，只透过红光，屏上出现红光(单色光)的干涉条纹。故选D。,D,2(2017江苏卷)(多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有 ( ) A飞船上的人观测到飞船上的钟较快 B飞船上的人观测到飞船上的钟较慢 C地球上的人观测到地球上的钟较快 D地球上的人观测到地球上的钟较慢 解析 相对论告诉我们，运动的钟会变慢，由于飞船上的人观测飞船上的钟是静止的，观测