高考物理一轮复习 第15章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论 第4讲 光的波动性 电磁波和相对论课件 新人教版选修34.ppt

第十五章机械振动与机械波光电磁波与相对论 选修3 4 第4讲光的波动性电磁波和相对论 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 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 光的干涉 频率 相同 明暗相间 k 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 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 彩色 白色 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 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 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 逐渐变暗 逐渐变窄 同心圆环 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 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 光的偏振 特定方向 强度 特定方向 例如 自然光通过偏振片后 就得到了偏振光 见示意图 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 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 电磁波与相对论 电场 磁场 不需要 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 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 0 108 同样适用 干涉 振荡频率 开放 调幅 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 电磁波谱的特性 应用 无线电波 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 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 大于 mc2 7 在光的干涉实验中 把入射光由黄光换成紫光 两相邻亮条纹间的距离变窄 8 电磁波以一定的速度在空间传播 在传播过程中满足v f 9 电磁波同机械波一样能发生干涉 衍射 反射 折射等现象 10 电磁波不可以脱离 波源 而独立存在 11 尺缩效应和钟慢效应都是观测结果 都是相对的 在不同的参考系中观测 结果可能是不同的 12 使电磁波随各种信号而改变的技术叫作调制 13 接收电路产生电谐振的过程叫作调幅 14 解调是调制的逆过程 ad 解析 干涉 衍射是波特有的现象 a正确 障碍物尺寸比波长小或与波长差不多才能发生明显的衍射现象 b错误 两列频率相同的波叠加才能产生稳定的干涉图样 c错误 d正确 c 解析 用标准平面检查光学平面的平整程度 是利用标准平面与检查平面所形成的空气薄层 根据光的干涉原理 从而进行检查是否平整 故a错误 高速运动飞船中的人 看到地面上沿着速度方向的两点距离才变短 故b错误 根据c nv 红光在水中的折射率小于紫光的 则红光在水中传播的速度大于紫光在水中传播的速度 故c正确 白光通过玻璃三棱镜折射后 因折射率的不同 分解为各种单色光 是光的折射现象 故d错误 d 解析 波发生明显衍射现象的条件是 孔 缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相比差不多或比波长更短 由于无线电波的波长比较大 和楼房的线度相近 远大于光波的波长 故无线电波相对于建筑墙体可以发生明显的衍射现象 而光波相对于建筑墙体无法发生明显的衍射现象 故只有d正确 ad 核心考点突破 1 双缝干涉与单缝衍射的比较 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 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 解题探究 1 在屏上出现亮 暗条纹的条件是什么 2 光的干涉的条件是什么 答案 1 暗条纹 2 亮条纹 3 见解析 4 4条 类题演练1 a 解析 干涉图样条纹间的距离都是相等的 衍射图样最中间的条纹最粗 向两旁依次变细 故a c是干涉图样 b d是衍射图样 又由于蓝光波长较红光短 所以蓝光形成的干涉图样条纹间的距离较小 所以a是蓝光形成的干涉图样 abd 解析 太阳光包含垂直传播方向向各个方向振动的光 当太阳光照射p时能在p的另一侧观察到偏振光 故a正确 沿竖直方向振动的光能通过偏振片 故b正确 沿水平方向振动的光不能通过偏振片 因为它们已经相互垂直 故c错误 沿与竖直方向成45 角振动的光也能通过偏振片 故d正确 bd 解析 利用游标卡尺两脚间形成的狭缝观察到的光现象是光的单缝衍射现象 选项a错误 若狭缝与灯丝平行 衍射条纹与狭缝平行 选项b正确 狭缝的宽度越大 衍射现象越不明显 狭缝的宽度越小 衍射现象越明显 选项c错误 衍射条纹中间的宽度最大 两边的宽度依次减小 选项d正确 实验 用双缝干涉测光的波长 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 2 观察与记录 调单缝与双缝间距为5 10cm时 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 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 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 e d b 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 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 单缝与双缝必须平行 其间距为5 10cm 保证光源 滤光片 单缝 双缝和光屏的中心在同一轴线上 13 870 2 310 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 解题探究 1 螺旋测微器如何读数 2 在该实验中 如何测量相邻条纹的间距 6 6 102 类题演练2 acd a 增大双缝到屏的距离 条纹间距变大b 入射光波长变短 光强不变 条纹间距不变c 入射光频率变化时条纹间距跟着变化d 在水里做双缝干涉实验 同样条件下的条纹间距会变化 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 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 d c e 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d x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 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