高考物理人教版一轮复习课件选修3-4第4节光的波动性电磁波相对论.ppt

第4节光的波动性电磁波相对论 基础过关 考点研析 基础知识 一 光的干涉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 基础过关紧扣教材 自主落实 频率 相同 2 两种典型的干涉 1 杨氏双缝干涉 原理如图所示 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 r r2 r1 k 0 1 2 光屏上出现明条纹 明暗相间 k 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的条纹 白光照射薄膜时 形成彩色条纹 白光 光屏上出现条纹 且中央亮条纹是 填写颜色 彩色 白色 反射 厚度 明暗相间 条纹间距公式 x b 光的路程差 r r2 r1 k 0 1 2 光屏上出现暗条纹 二 光的衍射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 相差不多 2 衍射条纹的特点 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 减小 逐渐变暗 逐渐变窄 同心圆环 2 泊松亮斑 圆盘衍射 当光照到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 三 光的偏振1 偏振 光波只沿的方向的振动 2 自然光 太阳 电灯等普通光源发出的光 包含着在垂直于传播方向上沿振动的光 而且沿着各个方向振动的光波的都相同 这种光叫做自然光 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 光的偏振证明光是 自然光通过偏振片后 就得到了偏振光 不透明 亮斑 某一特定 一切方向 强度 垂直 横波 四 电磁波的产生 发射和接收1 麦克斯韦电磁场理论 变化的磁场产生 变化的电场产生 电场 磁场 2 电磁场 总是相互联系成为一个完整的整体 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 v f对电磁波 3 电磁波能产生反射 折射 和衍射等现象 4 发射电磁波的条件 1 要有足够高的 2 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 5 调制 有和两种方法 变化的电场和变化的磁场 不需要 同样适用 干涉 振荡频率 开放 调幅 调频 6 电磁波的传播 1 电磁波可以通过 进行有线传输 也可实现无线传输 2 电磁波的波速 真空中电磁波的波速与光速相同 c m s 7 电磁波的接收 1 当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率时 接收电路中产生的振荡电流 这就是电谐振现象 2 使接收电路产生电谐振的过程叫做 能够调谐的接收电路叫做电路 3 从经过调制的高频振荡中 检 出调制信号的过程叫做 检波是的逆过程 也叫做 电缆 光缆 3 0 108 相同 最强 调谐 调谐 检波 调制 解调 五 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 无线电波 2 电磁波谱的特性 应用 热效应 荧光效应 六 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 观察者间的相对运动没有关系 2 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 相同的 相同的 mc2 1 光的干涉和衍射现象说明了光是波 也能说明光是横波 2 真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的 3 在双缝干涉实验中 双缝的作用是使一束光变成两束完全相同的相干光 4 波长不同的电磁波在本质上完全不同 5 阳光在水面的反射光是偏振光 6 光的颜色取决于折射率 7 电磁波以一定的速度在空间传播 在传播过程中满足v f 8 电磁波同机械波一样能发生干涉 衍射 反射 折射等现象 过关巧练 1 思考判断 2 2019 上海杨浦区调研 如图所示 把酒精灯放在肥皂液薄膜前 从薄膜上可看到明暗相间的条纹 能解释这一现象产生原因的是 示意图中实线 虚线为光照射到薄膜上时 从膜的前后表面分别反射形成的两列波 C 解析 波峰和波峰 波谷与波谷叠加的点 出现亮纹 波峰与波谷叠加的点 出现暗纹 肥皂泡薄膜在重力作用下应该上薄下厚 故选C 3 多选 下列说法中正确的是 A 红外线 紫外线 X射线和 射线在真空中传播的速度均为3 108m sB 红外线应用在遥感技术中 是利用它穿透本领强的特性C 紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度D 日光灯是紫外线的荧光效应的应用 ACD 解析 不同波长的电磁波在真空中的传播速度均为3 108m s 红外线在遥感技术中用到了它的衍射现象 紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度 利用紫外线的荧光效应可以制成日光灯 由此可知A C D正确 4 多选 下列关于光和电磁波的说法中正确的是 A 雷达所用的微波波长比广播电台发射的长波波长短B 红光由空气进入水中 波长变长 颜色不变C 观察者迎着频率一定的声源运动时 接收到声波的频率一定发生变化D 拍摄玻璃橱窗内的物品时 往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度 AC 解析 雷达所用的微波波长比广播电台发射的长波波长短 A正确 红光由空气进入水中 波长变短 频率不变 颜色不变 B错误 观察者迎着频率一定的声源运动时 接收到声波的频率变大 C正确 拍摄玻璃橱窗内的物品时 在镜头前加装一个偏振片是为了滤掉玻璃反射的光 D错误 考点一光的干涉现象 考点研析核心探究 重难突破 1 双缝干涉 1 光能够发生干涉的条件 两光的频率相同 振动步调相同 3 用白光照射双缝时 形成的干涉条纹的特点 中央为白条纹 两侧为彩色条纹 2 薄膜干涉 1 如图所示 竖直的肥皂薄膜 由于重力的作用 形成上薄下厚的楔形 2 光照射到薄膜上时 在膜的前表面AA 和后表面BB 分别反射出来 形成两列频率相同的光波 并且叠加 两列光波同相叠加 出现明纹 反相叠加 出现暗纹 3 条纹特点 单色光 明暗相间的水平条纹 白光 彩色水平条纹 典例1 多选 用a b两束单色光分别照射同一双缝干涉实验装置 在距双缝恒定距离的屏上得到如图所示的干涉图样 其中图 甲 是用a光照射时形成的 图 乙 是用b光照射时形成的 关于a b两束单色光 下列说法正确的是 A 在同一介质中 a b两光的传播速度相同B a光的频率比b光的大C 在水中 a光的传播速度比b光的小D 水对a光的折射率比对b光的大 BCD 针对训练 多选 用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象 图 甲 是撒有食盐的酒精灯火焰 图 乙 是竖立的附着一层肥皂薄膜的金属丝圈 关于该实验 下列说法正确的是 A 观察时应当在火焰的同侧面向薄膜观察火焰的像B 观察时应当在火焰的异侧透过薄膜观察火焰的像C 将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转90 干涉条纹保持原形状不变D 将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转90 干涉条纹也将同方向旋转90 AC 解析 观察到干涉图样是因为薄膜的前后面反射的光程差造成的 因此要顺着光的方向 即在酒精灯的同侧 A正确 B错误 在转动金属丝圈的过程中 由于重力作用同一水平高度的薄膜厚度是相同的 故薄膜的厚度不变 反射光形成的光程差也不会发生变化 产生的干涉条纹仍保持原来的状态不变 故C正确 D错误 考点二光的衍射和偏振现象 1 对光的衍射的理解 1 衍射是波的特征 波长越长 衍射现象越明显 任何情况下都可以发生衍射现象 只有明显与不明显的差别 2 衍射现象说明 光沿直线传播 只是一种特殊情况 只有在光的波长比障碍物尺寸小得多时 光才可以看做是沿直线传播的 2 自然光和偏振光的比较 典例2 2018 江苏徐州模拟 多选 以下说法正确的是 A 光的偏振现象说明光是一种横波B 不透光圆片后面的阴影中心出现一个亮斑属于光的干涉现象C 照相机镜头呈淡紫色属于光的衍射现象D 用点光源照射小圆孔 后面屏上会出现明暗相间的圆环 这是圆孔衍射现象 解析 偏振是横波的特有现象 光的偏振现象说明光是一种横波 故选项A正确 不透光圆片后面的阴影中心出现一个亮斑属于光的衍射现象 故选项B错误 光通过照相机镜头上的增透膜时增透膜前后表面反射的光发生干涉 故照相机镜头呈淡紫色 选项C错误 用点光源照射小圆孔 后面屏上会出现明暗相间的圆环 这是圆孔衍射现象 D正确 AD 针对训练 如图所示 小明将看3D电影的两只镜片P Q平行放置 把发光的白炽灯放在P的左边 分别在A PQ之间 B Q右侧 两处透过镜片观察白炽灯 旋转P A处亮度不变 B处亮度变化明显 把白炽灯换成正在工作的液晶显示器 旋转P A B两处的亮度均变化明显 下列推断符合实验事实的是 A 白炽灯发出的光与液晶显示器发出的光性质相同B 在A B处观察到白炽灯通过镜片的光的性质相同C 在B处观察到液晶显示器通过镜片的光 与白炽灯发出的光性质相同D 在A处观察到白炽灯通过镜片的光 与液晶显示器发出的光性质相同 D 解析 观察白炽灯时 旋转P A处亮度不变 B处亮度变化明显 因为白炽灯发出的是普通光线 不是偏振光 把白炽灯换成正在工作的液晶显示器 旋转P A B两处的亮度均变化明显 说明白炽灯发出的光与液晶显示器发出的光性质不同 在A B处光线因为通过了两个不同偏振角度的镜片 所以在A B处观察到白炽灯通过镜片的光的性质是不同的 在B处观察到液晶显示器通过镜片的光是偏振光 而白炽灯发出的光是普通光线 所以不同 液晶显示器由于特殊的发光成像原理发出的是偏振光 在A处观察到白炽灯通过镜片的光 是经过偏振镜片后的光线 也是偏振光 故性质相同 考点三电磁波与相对论 1 电磁波 1 电磁波的传播及波长 频率 波速 电磁波本身是一种物质 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 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 2 电磁波与机械波的比较 3 电磁波谱的产生机理 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 紫外线都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产生的 2 相对论 1 对 同时 的相对性的理解 经典的时空观 在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件 在另一个惯性系中观察也是同时的 相对论的时空观 同时 具有相对性 即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件 在另一个惯性系中观察就不一定是同时发生的 典例3 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 ABC 解析 任何电磁波在真空中的传播速度均相同 A正确 周期性变化的电场和磁场相互激发 形成电磁波 B正确 电磁波为横波 即传播方向与电场强度 磁感应强度均垂直 C正确 电磁波可通过电缆 光缆传输 D错误 针对训练 2017 江苏卷 12B 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 AC 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 观测到地球上的钟是运动的 因此飞船上的人观测到飞船上的钟相对于地面上的钟快 A项正确 B项错误 同样 地球上的人观测到飞船上的钟是运动的 地球上的钟是静止的 因此地球上的人观测到地球上的钟比飞船上的钟快 C项正确 D项错误 考点四用双缝干涉测量光的波长 1 原理与操作 2 处理与分析 1 误差分析 测条纹间距 x时带来误差 测量双缝到光屏间距离l时产生误差 2 注意事项 保证灯丝 单缝 双缝 测量头与遮光筒共轴 保持单缝和双缝平行 典例4 1 在双缝干涉实验中 保持双缝间的距离和双缝到屏的距离都不变 用不同的色光实验时 下列叙述正确的是 A 紫光的干涉条纹间距最大B 红光的干涉条纹间距最大C 红光和紫光的干涉条纹间距一样大D 用白光照射会出现白色干涉条纹 答案 1 B 2 在 用双缝干涉测光的波长 实验中 将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上 如图 甲 并选用缝间距d 0 2mm的双缝屏 从仪器注明的规格可知 像屏与双缝屏间的距离l 700mm 然后 接通电源使光源正常工作 已知测量头主尺的最小刻度是毫米 游标尺上有50分度 某同学调整手轮后 从测量头的目镜看去 第一次映入眼帘的干涉条纹如图 乙 a 所示 图中数字是该同学给各暗纹的编号 此时图 乙 b 中游标尺上的读数x1 mm 接着再转动手轮 映入眼帘的干涉条纹如图 丙 a 所示 此时图 丙 b 中游标尺上的读数x2 mm 解析 2 x1的读数 主尺读数为1mm 游标尺读数为8 0 02mm 0 16mm 二者相加得x1 1 16mm x2的读数 主尺读数为15mm 游标尺读数为1 0 02mm 0 02mm 二者相加得x2 15 02mm 答案 2 1 1615 02 利用上述测量结果 经计算可得两个相邻亮纹 或暗纹 间的距离 x mm 这种色光的波长 nm 答案 2 31660 针对训练 用双缝干涉测光的波长 实验装置如图 甲 所示 已知单缝与双缝的距离L1 60mm 双缝与屏的距离L