高考物理一轮复习 13.2光的波动性、电磁波、相对论简介课件.ppt

第二讲光的波动性 电磁波 相对论简介 回扣教材夯实基础落实考点 基础自主温故 一 光的干涉 考点自清 1 干涉条件 相同 振动情况相同 恒定 2 双缝干涉 1 双缝作用 将一束光分为两束 获得相干光源 2 现象 单色光干涉时观察到相间的条纹 白光双缝干涉的现象为中央为白色条纹 两边是彩色的条纹 频率 相位差 明暗 3 薄膜干涉当光线照射到薄膜上时 可以看到薄膜上出现明暗相同的水平条纹 当入射光是白光时 得到色条纹 当入射光为单色光时 得到单色条纹 彩 特别提醒 1 只有相干光才能形成稳定的干涉图样 2 单色光形成明暗相间的单色干涉条纹 白光形成彩色条纹 3 观察薄膜干涉条纹时 应该与光源处在薄膜的同一侧观察 基础自测 1 如图所示 一束白光从左侧射入肥皂液膜 下列说法正确的是 a 人从右侧向左看 可以看到彩色条纹b 人从左侧向右看 可以看到彩色条纹c 彩色条纹水平排列d 彩色条纹竖直排列 解析 一束白光射到薄膜上 经前后两个介质面反射回来的光相遇 产生干涉现象 我们由左向右可看到彩色条纹 又由于薄膜同一水平线上的厚度相同 所以彩色条纹是水平排列的 答案 bc 二 光的衍射 考点自清 1 光的衍射 光绕过偏离直线传播的现象 2 发生明显衍射的条件 只有当障碍的尺寸与光的波长 甚至比光的波长的时候 衍射现象才会发生 3 衍射条纹的特点 1 单缝衍射 单色光的衍射图样为中间的单色条纹 两侧是的条纹 条纹宽度比中央窄且暗 白光的衍射图样为中间宽且亮的 两侧是渐窄的 障碍物 相差不多 还小 宽且亮 明暗相间 白条纹 彩色条纹 2 圆孔衍射 明暗相间的圆环 3 泊松亮斑 圆盘衍射 当光照到 选填 透明 或 不透明 的半径很小的小圆盘上时 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 不等距 不透明 亮斑 基础自测 2 抽制细丝时可用激光监控其粗细 如图所示 激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同 则 a 这是利用光的干涉现象b 这是利用光的偏振现象c 如果屏上条纹变宽 表明抽制的丝粗了d 如果屏上条纹变宽 表明抽制的丝细了 解析 由于是激光束越过细丝 也就是通过障碍物 所以为光的衍射现象 当抽制的丝细了的时候 丝的直径较接近激光的波长 衍射现象明显 答案 d 三 光的偏振 考点自清 1 偏振 光波只沿的方向的振动 2 自然光 太阳光 电灯等普通光源发出的光 包括在垂直传播方向上沿振动的光 而且沿各个方向振动的光波的相同 这种光叫做自然光 某一特定 一切方向 强度 3 偏振光 在于传播方向的平面上 只沿某个特定方向振动的光 光的偏振证明了光是 自然光通过偏振片后 就得到了偏振光 4 偏振光的应用应用于照相机镜头 消除车灯眩光等 垂直 横波 立体电影 基础自测 3 如图 p是一偏振片 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哪几种照射p时能在p的另一侧观察到透射光 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 当光的振动方向与偏振光的方向平行时 透光最强 垂直时 无光透过 若为某一角度时 有部分光透过 而太阳光是自然光 沿各个方向的振动都存在 因此a b d选项正确 答案 abd 四 电磁波电磁波谱 考点自清 1 电磁场和电磁波 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 电场 磁场 完整的整体 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 v f对电磁波 电磁波能产生反射 折射 和衍射等现象 不需要 3 108 同样适用 干涉 2 电磁波的发射和接收 1 电磁波的发射 发射条件 足够高的振荡频率和电路 调制分类 和 2 电磁波的接收 调谐 使接收电路产生的过程 解调 使声音或图象信号从中还原出来的过程 开放 调幅 调频 电谐振 高频电流 3 电磁振荡 振荡电流 大小和方向都做迅速变化的电流 它是一种频率很高的交变电流 振荡电路 能够产生振荡电流的电路 最简单的振荡电路就是lc电路 lc振荡电路是由和组成的电路 简称lc电路 周期性 线圈 电容器 lc电路中的电流图象和电荷图象总是互为余函数 如图所示 3 电磁波谱 1 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 2 电磁波谱的特性 应用 无线电波 热效应 荧光效应 基础自测 4 关于电磁场和电磁波 下列说法中正确的是 a 变化的电场周围产生变化的磁场 变化的磁场周围产生变化的电场 两者相互联系 统称为电磁场b 电磁场由发生区域由近及远的传播称为电磁波c 电磁波是一种物质 可在真空中传播 所以平日说真空没有实物粒子 但不等于什么都没有 有 场 这种特殊物质d 电磁波在真空中的传播速度总是3 108m s 解析 根据麦克斯韦电磁理论知 周期性变化的磁场 电场 周围才能产生变化的电场 磁场 所以选项a错误 选项b c d正确 答案 bcd 五 相对论简介 考点自清 1 狭义相对论的基本假设 1 狭义相对性原理 在不同的惯性参考系中 一切物理规律都是的 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的 相同 相同 mc2 3 广义相对论简介 1 广义相对论原理 在任何参考系中 物理规律都是相同的 2 等效原理 一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价 基础自测 5 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 选填 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 根据爱因斯坦的相对论可知 相对静止时测得的距离大于相对运动时测得的距离 根据光速不变原理 真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的 所以a测得该信号的速度仍为c 答案 大于c 或光速 六 用双缝干涉测量光的波长 考点自清 1 实验目的 1 了解光波产生稳定干涉现象的条件 2 观察双缝干涉图样 3 测定单色光的波长 3 实验器材双缝干涉仪 由光具座 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 毛玻璃屏 测量头组成 另外还有学生电源 导线 刻度尺 4 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 使双缝与单缝平行 二者间距约5cm 10cm 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 重复测量 6 注意事项 1 放置单缝和双缝时 必须使缝平行 间距大约5cm 10cm 2 要保持光源 滤光片 单缝 双缝和光屏的中心在同一条轴线上 3 测量头的中心刻线要对应着亮 或暗 纹的中心 4 要多测几个亮纹 或暗纹 中心间的距离 再求 x 5 调节的基本依据是 照在像屏上的光很弱 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主要原因是单缝与双缝不平行所致 7 误差分析 1 测量多条亮条纹间距离时读数不准确或没有使分划板中心刻线与亮条纹中央对齐 2 用刻度尺测量双缝到光屏间距离l时产生误差 考点深析拓展延伸详讲精练 考点探究讲练 双缝干涉明暗条纹的判断 1 明暗条纹的条件 s1 s2是频率 相位和振动方向都相同的波源 屏上一点p到双缝的距离 r满足 如图所示 在双缝干涉实验中 s1和s2为双缝 p是光屏上的一点 已知p点与s1 s2的距离之差为2 1 10 6m 分别用a b两种单色光在空气中做双缝干涉实验 例1 1 已知a光在空气中的波长为6 10 7m 问p点是亮条纹还是暗条纹 2 已知b光在某种介质中波长为3 15 10 7m 当b光从这种介质射向空气时 临界角为37 问p点是亮条纹还是暗条纹 3 若让a光照射s1 b光照射s2 试分析光屏上能观察到的现象 4 设光屏上o为到s1和s2路程相等的点 则b光在po间有几条暗纹 思路指导 根据光程差跟a光波长的倍数关系判断p点是明纹还是暗条纹 根据临界角的正弦值跟折射率的关系 求出介质的折射率 进而确定b光在空气中的波长 两束光要产生干涉现象 则这两束光必须为相干光源 3 若让a光和b光分别照射s1和s2 通过s1 s2的光不满足相干条件 故不能发生干涉 此时光屏上只能观察到亮光 4 由于nb 4 故b光在po间有4条暗纹 答案 1 暗条纹 2 亮条纹 3 见解析 4 4条 如图所示 在杨氏双缝干涉实验中 激光的波长为5 30 10 7m 屏上p点距双缝s1和s2的路程差为7 95 10 7m 则在这里出现的应是 选填 明条纹 或 暗条纹 现改用波长为6 30 10 7m的激光进行上述实验 保持其他条件不变 则屏上的条纹间距将 选填 变宽 变窄 或 不变 变式训练1 答案 暗条纹变宽 1 衍射与干涉的比较 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 在屏上叠加形成的单缝衍射现象 特别提醒 1 单缝越窄 衍射现象越明显 中央亮条纹越宽 2 衍射现象并没有否认光的直线传播规律 当障碍物或孔的尺寸比波长大得多时 光才可能看作是沿直线传播 3 注意区分圆孔衍射和小孔成像 小孔成像时小孔的直径比波长大得多 是光的直线传播的表现 如图所示的4种明暗相间的条纹 分别是红光 蓝光 通过一个双缝干涉仪形成的干涉图样和黄光 紫光通过同一个单缝形成的衍射图样 黑色部分代表亮纹 那么1 2 3 4四个图中亮条纹的颜色依次是 例2 a 红黄蓝紫b 红紫蓝黄c 蓝紫红黄d 蓝黄红紫 思路指导 双缝干涉的条纹是等间距的 且条纹宽窄与干涉光的波长有关 单缝衍射的条纹是不等间距的 亮条纹的宽度与光源的波长有关 而在单缝衍射中 当单缝宽度一定时 波长越长 衍射越明显 即中央条纹宽度越宽 黄光波长比紫光波长长 则黄光的中央条纹较宽较亮 故2 4分别对应紫光和黄光 综上所述 1 2 3 4四个图中亮条纹的颜色依次是红 紫 蓝 黄 选项b正确 答案 b 如图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样 则 a 甲为紫光的干涉图样b 乙为紫光的干涉图样c 丙为红光的干涉图样d 丁为红光的干涉图样 变式训练2 解析 双缝干涉产生的条纹宽度相等 相邻条纹间距也相等 且波长越长条纹越宽 单缝衍射条纹宽度不等 中央最宽 相邻条纹间距也不等 则波长越长 衍射条纹越宽 故选项b正确 答案 b 1 变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场包含三点内容 1 均匀变化的磁场产生恒定电场 2 非均匀变化的磁场产生变化的电场 3 振荡的磁场产生同频率振荡的电场 特别提醒 1 感生电场与静电场不同 它的电场线是闭合的 也叫涡旋电场 它的存在与空间有无导体或者有无闭合电路无关 2 变化的磁场所产生的感生电场的方向可以利用楞次定律来判定 2 变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场包含三点内容 1 均匀变化的电场产生恒定的磁场 2 非均匀变化的电场产生变化的磁场 3 振荡的电场产生同频率振荡的磁场 2013年四川卷 下列关于电磁波的说法 正确的是 a 电磁波只能在真空中传播b 电场随时间变化时一定产生电磁波c 做变速运动的电荷会在空间产生电磁波d 麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在 例3 思路指导 电磁波的传播不需要介质 但也可以在空气等介质中传播 由麦克斯韦电磁场理论解决有关问题 赫兹利用实验第一次验证了电磁波的存在 解析 电磁波的传播不需要介质 能够在真空中传播 并不是只能在真空中传播 选项a错误 均匀变化的电场产生恒定的磁场 并不能产生电磁波 故选项b错误 如果做变速运动的电荷 产生非均匀变化的磁场 可以产生电磁波 故选项c正确 赫兹利用实验第一次验证了电磁波的存在 选项d错误 答案 c 下列关于电磁场的说法中正确的是 a 只要空间某处有变化的电场或磁场 就会在其周围产生电磁场 从而形成电磁波b 任何变化的电场周围一定有磁场c 振荡电场和振荡磁场交替产生 相互依存 形成不可分离的统一体 即电磁场d 电磁波的理论在先 实践证明在后 变式训练3 解析 根据麦克斯韦的电磁场理论可知选项a错误 若电场或磁场的变化是均匀的 则不能形成电磁波 只能形成稳定的磁场或电场 选项b正确 若电场的变化是非均匀的 则可形成电磁场 由电磁场的定义可知选项c正确 英国物理学家麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在 并指出电磁波的特点 例如 电磁波的传播不需要介质 它在真空中的速度等于光速 电磁波是横波等 进而说明光是电磁波家庭中的一员 二十多年后德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在 所以选项d正确 答案 bcd 在 用双缝干涉测光的波长 实验中 实验装置如图 例4 2 测量某亮纹位置时 手轮上的示数如图 其示数为 mm 思路指导 明确实验中的操作要求及顺序 清楚如何测量条纹间距 会使用螺旋测微器测长度 正确读数 答案 1 a 2 1 970 用单色光做双缝干涉实验 下列说法正确的是 a 相邻干涉条纹之间的距离相等b 中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍c 屏与双缝之间距离减小 则屏上条纹间的距离增大d 在实验装置不变的情况下 红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距 变式训练4 解析 因为相邻两条亮线 或暗线 间的距离 x 其中d为两个缝间的距离 l为缝到屏的距离 为光波波长 可见相邻干涉条纹之间的距离相等 选项a正确 选项b错误 选项c错误 因为 红 蓝 所以 x红 x蓝 故选项d也错误 答案 a 思想方法技巧运用提升素养 学科素养提升 对薄膜干涉的理解和应用1 薄膜干涉的成因 1 薄膜特点 如图所示 由于重力作用 肥皂膜上薄下厚 2 相干光线 薄膜前表面aa 和后表面bb 的反射光线叠加 3 亮纹条件 在p1 p2处 薄膜厚度的2倍为前后表面反射光的光程差 当光程差等于波长整数倍时形成亮条纹 4 暗纹条件 在q处 光程差等于半波长的奇数倍 形成暗条纹 2 应用 1 干涉法检查平面如图所示 检查精密零件的表面质量 将被检查平面和放在上面的透明标准样板的一端垫一薄片 使样板的标准平面和被检查平面