高考物理大一轮复习 选修部分 基础课4 光的干涉、衍射和偏振 电磁波与相对论课件 粤教版选修34.ppt

基础课4光的干涉 衍射和偏振电磁波与相对论 知识点一 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 频率 相同 2 两种典型的干涉 1 杨氏双缝干涉 原理如图1所示 图1 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 b 光的路程差 r r2 r1 k 0 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 白色 k 彩色 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 知识点二 光的衍射偏振1 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 还小 2 衍射条纹的特点 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 变窄 同心圆环 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 不透明 亮斑 2 光的偏振现象 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 包括在垂直于传播方向上沿 振动的光 而且沿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 某一特定 一切方向 强度 横波 垂直 知识点三 电磁波与相对论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 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 v f对电磁波 由磁波能产生反射 折射 和衍射等现象 不需要 3 0 108 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 相同 相同 2 相对论的质速关系 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 物体运动时的质量m总要 静止时的质量m0 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 思考判断 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 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 3 阳光在水面的反射光是偏振光 4 电磁波以一定的速度在空间传播 在传播过程中满足v f 5 波长不同的电磁波在本质上不相同 6 电磁波同机械波一样能发生干涉 衍射 反射 折射等现象 7 电场周围一定存在磁场 磁场周围一定存在电场 8 电谐振就是电磁振荡中的 共振 9 真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 光的干涉现象 2 薄膜干涉 1 如图2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 图2 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 1 干涉现象的判断 多选 下列属于光的干涉现象的是 解析图a属于单缝衍射 图b属于薄膜干涉 图c属于薄膜干涉 图d属于白光的色散 故属于光的干涉现象的是b c 答案bc 2 双缝干涉 关于杨氏双缝干涉实验 下列说法正确的是 a 单缝的作用是获得频率相同的两相干光源b 双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源c 光屏上距两缝的路程差等于半个波长的整数倍处出现暗条纹d 照射到单缝的单色光的频率越高 光屏上出现的条纹越宽 答案b 3 薄膜干涉 多选 关于光在竖直的肥皂液薄膜上产生的干涉条纹 下列说法正确的是 a 干涉条纹是光在薄膜前 后两个表面反射 形成的两列光波叠加的结果b 若明暗相间的条纹相互平行 说明薄膜的厚度是均匀的c 用紫光照射薄膜产生的干涉条纹间距比红光照射时的间距小d 薄膜上的干涉条纹基本上是竖直的 解析干涉条纹是光在薄膜前 后两个表面反射 形成的两列光波叠加的结果 故a正确 若明暗相间的条纹相互平行 说明肥皂膜的厚度变化是均匀的 故b错误 由于紫光的波长比红光的小 故用紫光照射薄膜产生的干涉条纹间距比红光照射时的间距小 c正确 薄膜上的干涉条纹基本上是水平的 故d错误 答案ac 光的衍射和光的偏振现象 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小得多时 光才可以看作是沿直线传播的 2 自然光和偏振光的比较 1 衍射的条件 让太阳光垂直照射一块遮光板 板上有一个可以自由收缩的三角形孔 当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时 在孔后的屏上将先后出现 a 由大变小的三角形光斑 直至光斑消失b 由大变小的三角形光斑 明暗相同的彩色条纹 直至条纹消失c 由大变小的三角形光斑 明暗相间的条纹 直至黑白色条纹消失d 由大变小的三角形光斑 圆形光斑 明暗相间的彩色条纹 直至条纹消失 解析当孔足够大时 由于光的直线传播 所以屏上首先出现的是三角形光斑 之后随着孔的继续缩小 出现小孔成像 成的是太阳的像 故为小圆形光斑 随着孔的进一步缩小 当尺寸与光波波长相当时 出现明暗相间的衍射条纹 最后随孔的闭合而全部消失 所以只有d正确 答案d 2 衍射的应用 多选 抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细 如图3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 观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化 下列叙述中正确的是 图3 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 表明抽制的丝变细解析由于是激光束越过细丝即绕过障碍物 所以是光的衍射现象 当抽制的丝变细的时候 丝的直径较接近激光的波长 条纹间距就大 a d正确 答案ad 3 光的偏振现象 多选 光的偏振现象说明光是横波 下列现象中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 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 答案abc 实验 用双缝干涉测光的波长 1 实验原理与操作 1 实验原理 在观察光的双缝干涉现象的实验中 1 将激光束照在如图4乙所示的双缝上 在光屏上观察到的现象是图4甲中的 图4 2 换用间隙更小的双缝 保持双缝到光屏的距离不变 在光屏上观察到的条纹宽度将 保持双缝间隙不变 减小光屏到双缝的距离 在光屏上观察到的条纹宽度将 以上均选填 变宽 变窄 或 不变 答案 1 a 2 变宽变窄 2 实验操作与数据处理 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5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 图5 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 2 本实验的步骤有 取下遮光筒左侧的元件 调节光源高度 使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮 按合理的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 用刻度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 和 3 将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐 将该亮条纹定为第1条亮条纹 此时手轮上的示数如图6甲所示 然后同方向转动测量头 使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐 记下此时图乙中手轮上的示数为 mm 求得相邻亮条纹的间距 x为 mm 图6 4 已知双缝间距d为2 0 10 4m 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 解析 1 滤光片e可以从白光中选出单色红光 单缝d是获取线光源 双缝b是获得相干光源 最后成像在毛玻璃屏a上 所以排列顺序为 c e d b a 2 在操作步骤 时应注意的事项有 放置单缝 双缝时 必须使缝平行 单缝 双缝间的距离要适当 要保证光源 滤光片 单缝 双缝和光屏的中心在同一轴线上 电磁波与相对论 电磁波与机械波的比较 1 对电磁波的理解 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 解析电磁波是电磁场这种物质在空间的传播 它既可在真空中传播 也可在介质中传播 a错误 当电场随时间均匀变化时产生稳定的磁场 稳定的磁场不能再产生电场 故也就不能形成电磁波 b错误 做变速运动的电荷产生变化的磁场 变化的磁场在其周围空间产生变化的电场 电场 磁场交替产生 向外传播的过程就形成了电磁波 c正确 麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在 赫兹通过实验证实了电磁波的存在 d错误 答案c 2 电磁波与机械波的区别 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 答案abc 3 电磁波谱的应用 多选 下列说法正确的是 a 红外线 紫外线 伦琴射线和 射线在真空中传播的速度均为3 0 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 解析所有电磁波在真空中的传播速度都等于光速 故a正确 红外线应用在遥感技术中是利用它有较强的衍射能力 故b错误 对同一介质紫外线比红外线的折射率大 故紫外线比红外线在水中的传播速度小 故c正确 日光灯应用了紫外线的荧光效应 故d正确 答案acd 4 对狭义相对论的理解 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 5 麦克斯韦的电磁理论 关于麦克斯韦的电磁场理论 下列说法正确的是 a 稳定的电场产生稳定的磁场b 均匀变化的电场产生均匀变化的磁场 均匀变化的磁场产生均匀变化的电场c 变化的电场产生的磁场一定是变化的d 振荡的电场在周围空间产生的磁场也是振荡的 解析麦克斯韦的电磁场理论要点是 变化的磁场 电场 要在周围空间产生电场 磁场 若磁场 电场 的变化是均匀的 产生的电场 磁场 是稳定的 若磁场 电场 的变化是振荡的 产生的电场 磁场 也是振荡的 选项d正确 答案d 1 2016 天津理综 2 如图7是a b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样 则 图7 a 在同种均匀介质中 a光的传播速度比b光的大b 从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大c 照射在同一金属板上发生光电效应时 a光的饱和电流大d 若两光均由氢原子能级跃迁产生 产生a光的能级能量差大 答案d 2 2016 全国卷 34 关于电磁波 下列说法正确的是 填正确答案标号 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