高考物理一轮复习 选考部分 第二章 光 电磁波 相对论 2.2 光的波动性 电磁波 相对论课件.ppt

第2讲光的波动性电磁波相对论 知识导图 频率 相位差 亮条纹 小 不需要 c 3 108m s 同样适用 干涉 无线电波 可见光 光速不变原理 e mc2 微点拨 1 分析光的干涉 衍射及偏振的几点注意 1 白光发生光的干涉 衍射和光的色散都可出现彩色条纹 但光学本质不同 2 区分干涉和衍射 关键是理解其本质 实际应用中可从条纹宽度 条纹间距 亮度等方面加以区分 3 不能认为偏振片就是刻有狭缝的薄片 偏振片并非刻有狭缝 而是具有一种特征 即存在一个偏振方向 只让平行于该方向振动的光通过 其他振动方向的光被吸收了 2 分析电磁波谱时的四点注意 1 不同的电磁波产生的机理不同 2 电磁波在真空中的传播速度等于光速 与频率无关 3 电磁波为横波 4 要明确怎样变化的电场 磁场 产生怎样变化的磁场 电场 慧眼纠错 1 只有光波的波长和障碍物差不多或比障碍物大时 才产生衍射现象 纠错 会产生明显的衍射现象 2 太阳光通过三棱镜形成彩色光谱 这是光的干涉的结果 纠错 太阳光通过三棱镜形成彩色光谱 这是光的色散 现象 3 泊松亮斑支持了光的微粒说 纠错 4 光学镜头上的增透膜的厚度是任意的 纠错 泊松亮斑是光的衍射现象 支持了光的波动说 增透膜的厚度必须恰等于某色光 一般为绿色光 在增透膜中波长的 5 在双缝干涉实验中 双缝的作用是使白光变成单色光 纠错 6 在光的双缝干涉实验中 若仅将双缝间距d减小 则相邻亮条纹的间距一定减小 纠错 双缝的作用是产生两束相干光 由 x 知 当d减小时 相邻亮条纹的间距 将增大 7 在真空中传播的电磁波 当它的频率增大时 它的传播速度增大 波长不变 纠错 所有在真空中传播的电磁波 传播速度相等且不 变 由c f 知 当f增大时 减小 考点1光的干涉 衍射 偏振 典题探究 典例1 2018 衡水模拟 如图所示 市场上有种灯具俗称 冷光灯 用它照射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低 从而广泛地应用于博物馆 商店等处 这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放 置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜 例如氟化镁 这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线 以 表示红外线的波长 则所镀薄膜的最小厚度应为导学号04450306 解析 选b 红外线最显著的特点之一就是热效应 当光照射物体时 一般都伴随着大量的红外线 在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜 相当于增透膜 当增透膜最小厚度等于红外线在其中传播的波长的时 灯泡发出的红外线射到增透膜后 从增透膜的前后表面反射回来的两束红外线发生干涉 相互抵消 使反射的红外线强度减弱 达到冷光效果 故b正确 通关秘籍 1 光的干涉 衍射比较 2 自然光与偏振光 考点冲关 1 多选 2018 唐山模拟 如图所示是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 a 在同种均匀介质中 a光的传播速度比b光的大b 在真空中a b两光传播速度相同c 从真空射入同种介质发生全反射时 a光全反射临界角小d 从同种介质射入真空发生全反射时 a光全反射临界角小e 在相同的条件下 b光比a光更容易产生明显的衍射现象 解析 选b d e 结合干涉图样a b 由 x 可知 afb 在同种介质中 na nb 由v 知va vb a错误 在真空中 各种色光的传播速度相同 b正确 根据sinc 知ca cb 故d正确 光从真空射入介质时不会发生全反射 c错误 光波的波长越长越易发生明显衍射现象 由于 a b 则b光易发生明显衍射现象 故e正确 2 如图所示 两光屏间放有两个透振方向相互平行的偏振片 现让太阳光沿轴线通过光屏m上的小孔照射到偏振片p上 再通过偏振片q 现以光的传播方向为轴使偏振片p由图示位置旋转90度 下列说法正确的是 a mn间为偏振光b pq间为自然光c pq间的光线亮度逐渐变暗d 光屏n上的亮度逐渐变暗 解析 选d mp间为自然光 经过偏振片p后变为偏振光 因此pn间为偏振光 故a错误 mp间为自然光 经过偏振片p后变为偏振光 因此pq间为偏振光 故b错误 由于自然光沿着各个方向振动的光波的强度都相同 因此经过偏振片p后 使偏振片p由图示位置旋转90度的过程中 pq间的光线亮度不变 故c错误 自然光沿轴线通过 光屏m上的小孔照射到偏振片p上 再使偏振片p由图示位置旋转90度的过程中 当偏振片p与偏振片q垂直时 光屏上没有亮度 则光屏上光的亮度逐渐变暗 故d正确 加固训练 劈尖干涉是一种薄膜干涉 其装置如图甲所示 将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上 在一端夹入两张纸片 从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜 当光垂直入射后 从上往下看到的干涉条纹如图乙所示 现若在图甲装置中再增加一张纸片 则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜上后 从上往下观察到的干涉条纹 a 变疏b 变密c 不变d 消失 解析 选b 从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光 其光程差为 x 2d 即光程差为空气层厚度的2倍 当光程差 x n 时表现为亮条纹 故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为 显然增加一张纸片后空气层的倾角变大 故相邻亮条纹 或暗条纹 之间的距离变小 故干涉条纹变密 故b正确 考点2用双缝干涉测光的波长 典题探究 典例2 多选 2017 全国卷 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 可选用的方法是导学号04450307 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 题眼直击 1 在双缝干涉实验中 屏幕上产生的图样中相邻明条纹间距 x 2 红光 绿光 蓝光中波长最长的是 波长最短的是 红光 蓝光 解析 选a c d 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 选项a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 选项b错误 减小双缝间距d可增加条纹间距 选项c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 选项d正 确 光源与双缝间的距离不影响条纹间距 选项e错误 故选a c d 通关秘籍 1 实验步骤 1 将光源 单缝 遮光筒 毛玻璃屏依次安装在光具座上 2 接好光源 打开开关 使灯丝正常发光 3 调节各器材的高度 使光源灯丝发出的一束光 能沿轴线到达光屏 4 安装双缝 使双缝与单缝的缝平行 二者间距约5 10cm 观察白光的干涉条纹 5 在单缝和双缝间放上滤光片 观察单色光的干涉条纹 安装测量头 调节至可清晰观察到干涉条纹 6 使分划板中心刻线对齐某明 或暗 条纹的中央 记下手轮上的读数a1 转动手轮使分划板中心刻线移动 记下干涉条纹的条数n和移动后手轮的读数a2 a1与a2的差即为n条亮纹的间距 7 用刻度尺测量双缝到光屏的距离l d是已知的 8 重复测量 计算 求平均值作为波长的测量结果 9 换用不同的滤光片 重复实验 2 注意事项 1 实验时应调整光源 单缝 双缝和光屏 测量头共轴 单缝和双缝安装时应竖直且相互平行 遮光筒的轴线要与光具座导轨平行 若不共轴或单缝与双缝不平行则会引起干涉条纹亮度小 不清晰 不便于观察和测量 2 分划板上的刻线应与干涉条纹的亮 暗 线平行 否则会增大测量的误差 3 双缝 测量头安装到遮光筒上时要装到底 使各部件的定位面紧密吻合 否则会影响测量结果 4 双缝干涉演示仪的测量头有两种 一种相当于螺旋测微器 一种相当于游标卡尺 具体应用时要加以区别 5 测量双缝至屏的距离l 要多次测量取平均值 同时要固定好双缝及屏 切勿松动 考点冲关 1 2015 全国卷 在双缝干涉实验中 分别用红色和绿色的激光照射同一双缝 在双缝后的屏幕上 红光的干涉条纹间距 x1与绿光的干涉条纹间距 x2相比 x1 选填 或 x2 若实验中红光的波长为630nm 双缝与屏幕的距离为1 00m 测得第一条到第6条亮条纹中心间的距离为10 5mm 则双缝之间的距离为 mm 解析 根据 x 因为红光的波长比绿光的长 所以红光的干涉条纹间距 x1比绿光的干涉条纹间距 x2大 由题意得相邻亮条纹的间距为 x 2 1 10 3m 再由 x 可以解得d 0 300mm 答案 0 300 2 2018 石家庄模拟 用双缝干涉测量光的波长的实验装置如图甲所示 已知单缝与双缝间的距离l1 100mm 双缝与屏的距离l2 700mm 双缝间距d 0 25mm 用测量头来测量相邻亮条纹中心间的距离 测量头由分划板 目镜 手轮等构成 转动手轮 使分划板左右移动 让分划板的中心刻线对准亮条纹的中心 如图乙所示 1 某同学发现 多次实验中 条纹有竖直的 有水平的 也有倾斜的 出现这些问题的原因是 2 当分划板的中心刻线对准第1个亮条纹的中心时读数x1 2 190mm 对准第4个亮条纹的中心时读数如图丙所示 其读数x2 mm a 7 869b 7 86c 7 36d 5 869 3 写出计算波长的表达式 用d l1 l2 x1 x2表示 根据已知数据和 2 中测得的数据 求解得到的波长为 nm 解析 1 单缝是竖直的 条纹就是竖直的 单缝是水平的 条纹就是水平的 单缝是倾斜的 条纹就是倾斜的 2 x2 7 869mm 3 由题意知 x 根据 x 得 代入数据解得 676nm答案 1 见解析 2 a 3 676 加固训练 1 多选 如图所示是用双缝干涉测光波波长的实验示意图 图中 是光源 是滤光片 是单缝 是双缝 是光屏 下列操作能增大光屏上相邻两亮条纹之间距离的是 a 增大 和 之间的距离b 增大 和 之间的距离c 将绿色滤光片改成红色滤光片d 增大双缝之间的距离 2 如果将灯泡换成激光光源 该实验照样可以完成 这时可以去掉的部件是 填数字代号 3 转动测量头的手轮 使分划板中心刻线对准第1条亮条纹 读出手轮的读数如图甲所示 继续转动手轮 使分划板中心刻线对准第10条亮条纹 读出手轮的读数如图乙所示 则相邻两亮条纹的间距是 mm 结果保留三位有效数字 4 在 3 前提下 如果已经量得双缝的间距是0 30mm 双缝和光屏之间的距离是900mm 则待测光的波长是 m 结果保留三位有效数字 解析 1 由 x 知相邻两亮条纹之间的距离与单缝和双缝之间的距离无关 a错误 增大 和 之间的距离即是增大l x增大 b正确 红光的波长大于绿光的波长 c正确 增大双缝之间的距离 x减小 d错误 2 由于激光是相干光源 故可以去掉的部件是 3 甲图读数是0 045mm 乙图读数是14 535mm 它们的差值是14 490mm 所以相邻两亮条纹间距是 x mm 1 610mm 4 待测光的波长 5 37 10 7m答案 1 b c 2 3 1 610 4 5 37 10 7 考点3电磁波和电磁波谱 典题探究 典例3 2017 北京高考 物理学原理在现代科技中有许多重要应用 例如 利用波的干涉 可将无线电波的干涉信号用于飞机降落的导航 如图所示 两个可发射无线电波的天线对称地固定于飞机跑道两侧 它们类似于杨氏干涉实验中的双缝 两天线同时都发出波长 为 1和 2的无线电波 飞机降落过程中 当接收到 1和 2的信号都保持最强时 表明飞机已对准跑道 下列说法正确的是导学号04450308 a 天线发出的两种无线电波必须一样强b 导航利用了 1与 2两种无线电波之间的干涉c 两种无线电波在空间的强弱分布稳定d 两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合 解析 选c 两列无线电波若发生干涉 只需频率相同 无线电波的强度不用相同 a选项错误 发生干涉的是从两处发射的波长是 1的电磁波或从两处发射的波长是 2的电磁波 波长为 1和 2的两种无线电波不能发生干涉现象 b选项错误 杨氏双缝干涉实验中 在屏上形成明暗相间的稳定的条纹 所以我们可知两种无线 电波在空间的强弱分布也是稳定的 c选项正确 因为波长不同 两种无线电波各自在空间的强弱分布不完全重合 d选项错误 通关秘籍 1 电磁波的四大特点 1 电磁波是横波 在空间传播不需要介质 2 在真空中电磁波的传播速度为3 108m s 3 v f对电磁波同样适用 4 电磁波能产生反射 折射 干涉和衍射等现象 2 电磁波谱的特性及应用 考点冲关 1 多选 2016 全国卷 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 选a b c 电磁波在真空中传播速度不变 与波长 频率无关 选项a正确 电磁波的形成是变化的电场和变化的磁场互相激发得到 选项b正确 电磁波传播方向与电场方向和磁场方向垂直 选项c正确 光是一种电磁波 光可在光导纤维中传播 选项d错误 电磁振荡停止后 电磁波仍会在介质或真空中继续传播 选项e错误 2 多选 2018 唐山模拟 下列说法中正确的是 a 北斗导航系统是利用电磁波进行定位和导航的b 微波炉能快速加热食物是利用红外线具有显著的热效应c 常用的电视机遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机 d 天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波进行天体物理研究e 遥感技术中利用了红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征 解析 选a d e 北斗导航系统是利用电磁波工作的 a正确 食物中的水分子在微波作用下热运动加剧 温度升高 内能增加 b错误 常用的电视机遥控器是利用红外线脉冲信号来遥控电视机的 c错误 天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波进行天体研究 d正确 遥感技术中利用红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征 e正确 加固训练 多选 为了测量储罐中不导电液体的高度 将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器c置于储罐中 电容器可通过开关s与线圈l或电源相连 如图所示 当开关从a拨到b时 由l与c构成的回路中产生周期t 2 的振荡电流 当罐中的液面上升时 a 电容器的电容减小b 电容器的电容增大c lc回路的振荡频率减小d lc回路的振荡频率增大 解析 选b c 液面上升时 两板间的电介质变多 根据电容的决定式c 知 电容器的电容c增大 选项b正确 a错误 根据振荡电流的周期t 2 可知 周期变大 由f 可知 频率变小 选项c正确 d错误 考点4狭义相对论的简单应用 典题探究 典例4 多选 2017 江苏高考 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 导学号04450309 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 选a c 飞船上的人以飞船为参考系 故地球是高速运动的 根据爱因斯坦的运动延时效应 飞船上的人观测到地球上的钟较慢 即飞船上的人观测到飞船上的钟较快 故a正确 b错误 地球上的人以地球为参考系 认为飞船高速运动 根据延时效应 飞船上的钟较慢 故地球上的人观测到地球上的钟较快 c正确 d错误 通关秘籍 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 一切物理规律都是相同的 光速不变原理 真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的 光速与光源 观测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 mc2 考点冲关 1 2016 江苏高考 一艘太空飞船静止时的长度为30m 它以0 6c c为光速 的速度沿长度方向飞行越过地球 下列说法正确的是 a 飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30mb 地球上的观测者测得该飞船的长度小于30m c 飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于cd 地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c 解析 选b 飞船上的观察者相对于飞船静止 则他测得的是飞船的静止长度 即30m a错误 地球上的观测者看到飞船是运动的 根据长度的相对性可知他观测到飞船的长度比静止时的长度小 b正确 根据