高考物理一轮复习 光的波动性 电磁波 相对论简介教学案.doc

光的波动性 电磁波 相对论简介 一考点整理 基本概念 1光的干涉和衍射内容干涉衍射现象在光重叠区域出现加强或减弱现象光 障碍物偏离直线传播的现象产生条件两束光频率 、相位差恒定障碍物或孔尺寸与波长差不多或小得多典型实验杨氏双缝干涉实验单缝衍射、圆孔衍射、不透明圆盘衍射图样特点不同点条纹宽度条纹宽度 条纹宽度不等， 最宽条纹间距各相邻条纹间距 各相邻条纹间距不等亮度情况清晰条纹，亮度基本 中央条纹 ，两边 相同点干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹2薄膜干涉： 相干光来自于薄膜的前、后表面（或上、下表面）反射回来的两列 光； 薄膜干涉的应用：增透膜；检查工件的平整度，如图所示3自然光和偏振光自然光（非偏振光）偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过偏振片后的光光的振动方向在 于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向光振动的强度 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向4激光的特点及应用： 激光的 好、 好，可以精确测距 激光的单色性好、相干性好，可以像无线电波一样进行调制，用来传递信息；还可以用来全息照相 激光的亮度高，可以利用激光切割、焊接，医学上用激光做“光刀”来切开皮肤；进行激光核聚变5麦克斯韦电磁场理论： 的磁场能够在周围空间产生电场， 的电场能够在周围空间产生磁场6电磁场：变化电场在周围空间产生磁场，变化磁场在周围空间产生电场，变化的电场和磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场7电磁波：电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波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v = f，f是电磁波的频率8电磁波谱：电磁波谱特性应用真空中波长/m频率/hz递变规律无线电波波动性强，易发生衍射无线电技术10331011波长减小频率增大红外线热效应红外线遥感10310710111015可见光引起视觉照明、摄影1071015紫外线化学效应、荧光效应、能杀菌医用消毒、防伪10710910151017x射线贯穿性强检查、医用透视108101110161019射线贯穿本领最强工业探伤、医用治疗10199狭义相对论： 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 狭义相对论时空观与经典时空观：经典时空观认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间是没有联系的，而相对论认为空间和时间与物质 有关经典时空观是相对论在低速运动时的特例“同时”的相对性：在经典物理学上，如果两个事件在一个参考系中认为是同时的，在另一个参考系中一定也是同时的，而根据爱因斯坦的两个假设，同时是 的 长度的相对性：经典物理学认为，一条杆的长度不会因为观察者与杆做相对运动而不同如果与杆相对静止的人认为杆长l0，与杆相对运动的人认为杆长是l，则两者之间关系为l = _，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度 相对论质能关系：爱因斯坦质能方程e = 二思考与练习 思维启动 1如图是双缝干涉实验装置的示意图，s为单缝，s1、s2为双缝，p为光屏用绿光从左边照射单缝s时，可在光屏p上观察到干涉条纹下列说法正确的是 （ ）a减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离减小b增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离增大c将绿光换为红光，干涉条纹间的距离减小d将绿光换为紫光，干涉条纹间的距离增大2激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛下面关于激光的叙述正确的是 （ ）a激光是纵波 b频率相同的激光在不同介质中的波长相同c两束频率不同的激光能产生干涉现象 d利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离3下列关于电磁波的说法正确的是 （ ）a电磁波必须依赖介质传播 b电磁波可以发生衍射现象c电磁波不会发生偏振现象 d电磁波无法携带信息传播4属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中 （ ）a真空中光速不变 b时间间隔具有相对性c物体的质量不变 d物体的能量与质量成正比 三考点分类探讨 典型问题 考点1光的干涉现象【例1】如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30107 m，屏上p点距双缝s1和s2的路程差为7.95107 m则在这里出现的应是_（选填“明条纹”或“暗条纹”）现改用波长为6.30107 m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”）【变式跟踪1】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距离之差为2.1106 m，分别用a、b两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问p点是亮条纹还是暗条纹？ 已知a光在折射率为n = 1.5的介质中波长为4107m； 已知b光在某种介质中波长为3.15107m，当b光从这种介质射向空气时，临界角为37； 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考点2光的偏振和衍射【例2】如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片p和q，a点位于p、q之间，b点位于q右侧旋转偏振片p，a、b两点光的强度变化情况是 （ ）aa、b均不变 ba、b均有变化ca不变，b有变化 da有变化，b不变【变式跟踪2】在单缝衍射实验中，下列说法正确的是 （ ）a其他条件不变，将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄b其他条件不变，使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄c其他条件不变，换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽d其他条件不变，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽考点3电磁场和电磁波【例3】下列关于电磁波的说法正确的是 （ ）a均匀变化的磁场能够在空间产生电场 b电磁波在真空和介质中传播速度相同c只要有电场和磁场，就能产生电磁波 d电磁波在同种介质中只能沿直线传播【变式跟踪3】关于电磁波，下列说法正确的是 （ ）a雷达是用x光来测定物体位置的设备b使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调c用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光d均匀变化的电场可以产生恒定的磁场考点4狭义相对论的简单应用【例4】如图所示，强强乘坐速度为0.9 c（c为光速）的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为_（填写选项前的字母）a0.4c b0.5c c0.9c d1.0c【变式跟踪4】 在狭义相对论中，下列说法中哪些是正确的 （ ） 一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速； 质量、长度、时间的测量结果都随物体与观察者的相对运动状态而改变； 惯性系中的观察者观察一个与他做匀速相对运动的时钟时，会看到这个时钟比与他相对静止的时钟走得慢些a是正确的 b是正确的 c是正确的 d是正确的 四考题再练 高考试题 1【2013上海】某半导体激光器发射波长为1.510-6m，功率为5.010-3w的连续激光已知可见光波长的数量级为10-7m，普朗克常量h = 6.6310-34js，该激光器发出的 （ ）a是紫外线 b是红外线 c光子能量约为1.310-18j d光子数约为每秒3.81016个【预测1】电磁波与机械波相比较有 （ ）a电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质b电磁波在任何介质中的传播速率都相同，机械波在同一介质中的传播速率相同c电磁波与机械波都不能产生干涉现象d电磁波与机械波都能产生衍射现象2【2013江苏】如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的_也相等a速度 b动能 c动量 d总能量【预测2】光的偏振现象说明光是横波下列现象中不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象更清晰d通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹 五课堂演练 自我提升 1用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象图（a）是点燃的酒精灯（在灯芯上洒些盐），图（b）是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是 （ ）a当金属丝圈旋转30时干涉条纹同方向旋转30b当金属丝圈旋转45时干涉条纹同方向旋转90c当金属丝圈旋转60时干涉条纹同方向旋转30d干涉条纹保持原来状态不变2电磁波与声波比较 （ ）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，与频率无关3双缝干涉实验装置如图所示，绿光通过单缝s后、投射到具有双缝的挡板上，双缝s1和s2与单缝的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹，屏上o点距双缝s1和s2的距离相等，p点是距o点最近的第一条亮条纹如果将入射的单色光换成红光或蓝光，讨论屏上o点及其上方的干涉条纹的情况是 （ ）ao点是红光的暗条纹bo点不是蓝光的亮条纹c红光的第一条亮条纹在p点的上方d蓝光的第一条亮条纹在p点的上方4如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔a、b和c.假想有一列车沿ac方向以接近光速行驶，当铁塔b发出一个闪光，列车上的观测者测得a、c两铁塔被照亮的顺序是 （ ）a同时被照亮 ba先被照亮cc先被照亮 d无法判断5如图所示，a、b两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图样，其中图a是光的_（选填“干涉”或“衍射”）图样由此可以判断出图a所对应的圆孔的孔径_（选填“大于”或“小于”）图b所对应的圆孔的孔径6在“用双缝干涉测光的波长”实验中，实验装置如图所示 下列说法哪一个是错误的_a调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝b测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐c为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距x = a/(n1) 测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图，其示数为_mm.7列举下列三种电磁波的一种应用：红外线_紫外线_x射线_ 某居住地a位于某山脉的一边，山脉的另一边p处建有一无线电波发射站，如图所示该发射站可发送频率为400 khz的中波和频率为400 mhz的微波，已知无线电波在空气中的传播速度都为3108 m/s，请回答 发射站发出的电磁波是经过干涉还是衍射后到达居住地a处的？ 若两种波的接收效果不同，请说明哪一种波的接收效果更好？为什么？参考答案： 一考点整理 基本概念 1绕过 相同 相等 中央 相等 相等 最亮 变暗2反射3垂直 相同4平行度 方向性5变化 变化9相同 相同 运动状态 相对性 小 mc2 二思考与练习 思维启动 1b；由双缝干涉条纹间距公式x = (l/d)可知，减小双缝间的距离d，干涉条纹间的距离x增大，a错误；增大双缝到屏的距离l，干涉条纹间的距离增大，b正确；将绿光换为红光，入射光的波长增大，干涉条纹间的距离应增大，c错误；将绿光换为紫光，入射光的波长变短，干涉条纹间的距离应减小，d错误2d；电磁波是横波，a项错；光在不同介质中传播速度不同，波长也不同，b项错；相干光的条件是频率相同，c项错，d项正确3b；根据电磁波的产生机理及传播特性可知，电磁波的传播不需要介质，选项a错误；干涉、衍射是所有波都具有的共同特性，选项b正确；由于电磁波是横波，故能发生偏振现象，选项c错误；电磁波能够携带图象、声音等信息进行传播，选项d错误4a 三考点分类探讨 典型问题 例1答案：暗条纹变宽解析：因为 7.95107/5.30107 = 1.5，即半波长的奇数倍，所以出现暗条纹根据条纹间距公式 x = (l/d)，当单色光的波长变长时，条纹间距变宽变式1 答案： 暗条纹 亮条纹 见解析解析： 设a光在空气中波长为1，在介质中波长为2，由n = 1/2，得1 = n2 = 1.54107m = 6107m，根据路程差r = 2.1106m，所以n1 = r/1 = 3.5，由此可知，从s1和s2到p点的路程差是波长1的3.5倍，所以p点为暗条纹 根据临界角与折射率的关系sinc = 1/n得n = 1/sin37 = 5/3，由此可知，b光在空气中波长3为：3 = n介 = 5.25107m，由路程差r和波长的关系n2 =r/3 = 4，可见，用b光做光源，p点为亮条纹 若让a光和b光分别照射s1和s2，这时既不能发生干涉，也不发生衍射，此时在光屏上只能观察到亮光例2 c；白炽灯光包含各方向的光，且各个方向的光强度相等，所以旋转偏振片p时各方向透射光强度相同，故a点光的强度不变；白炽灯光经偏振片p后为偏振光，当q旋转时，只有与p的偏振方向一致时才有光透过q，因此b点的光强有变化，选项c正确变式2 acd；当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，条纹间距也越大，黄光波长大于绿光波长，所以条纹间距变窄，a、c正确；当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射条纹间距也会变宽，b错误；当光的波长一定，单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽，d正确例3 a；变化的磁场就能产生电场，a正确若只有电场和磁场而电场和磁场都稳定或电场、磁场仅均匀变化都不能产生电磁波，c错光也是电磁波，在真空和介质中传播的速度不同，可判断b错d选项中没强调是“均匀”介质，若介质密度不均匀会发生折射，故d错变式3 d；雷达是利用微波来定位的，a项错误；使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制，b项错误；钞票是利用紫外线的荧光作用，c项错误；均匀变化的电场可以产生恒定的磁场，d项正确例4 d；根据光速不变原理可知：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故d正确变式4 c；由爱因斯坦狭义相对论可知，说法均对，故正确答案为c 四考题再练 高考试题 1bd预测1 ad；电磁波传播不需要介质，且在不同介质中，传播速度不同，即v = c/n；故a正确、b错误；电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象，故c错、d正确2c预测2 d；由光的偏振现象的知识可知a、b、c均反映了光的偏振特性，只有d选项是利用手指间的狭缝去观察光的衍射现象，故选d 五课堂演练 自我提升 1d；金属丝圈的转动，改变不了肥皂液