高考物理一轮复习 第12章 第4讲 光的波动性 电磁波 相对论固考基教材梳理(1).doc

第4讲光的波动性电磁波相对论(对应学生用书第252页)9光的干涉1条件两列光的频率相同，相位和振动情况都完全相同的光相遇2双缝干涉(1)条纹间距公式：x，其中为波长，d为双缝间距，l为双缝到屏的距离(2)薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂膜)前后两表面的反射光波相遇而形成的干涉光的衍射1光发生明显衍射的条件当障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显2衍射条纹的特点单色光的衍射图样为中间宽且亮的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；白光的衍射图样为中间宽且亮的白色条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹光的偏振1自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫自然光如由太阳、电灯等普通光源发出的光2偏振光在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动的光如自然光经偏振片作用后的光电磁波的特点和狭义相对论1电磁波的特点(1)电磁波是横波，电场强度e和磁感应强度b的方向都与传播方向垂直(2)电磁波传播时不需要任何介质，在真空中传播的速度最大，c3108 m/s.(3)电磁波本身是一种物质，它具有能量(4)具有波的特征，能产生反射、折射、衍射、干涉等现象2相对论的简单知识(1)狭义相对论的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(2)时间和空间的相对性时间间隔的相对性：t.长度的相对性：ll0.(3)相对论速度变换公式：u.(4)相对论质量：m.(5)质能方程：emc2.实验：用双缝干涉测光的波长1实验装置(如图1241所示)图12412实验原理(1)根据公式x得x.(2)用刻度尺测出双缝到光屏的距离l，用测量头调节清晰的干涉条纹，测出n个亮纹间的距离a，则x.双缝间距d是已知的，这样就可以计算出波长.3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1(2013湖南益阳检测)下列现象中由光的干涉产生的是()a天空出现彩虹 b肥皂泡在阳光照耀下呈现彩色条纹c阳光通过三棱镜形成彩色光带d光线通过一条很窄的缝后在光屏上呈现明暗相间的条纹【解析】天空出现彩虹，是光的折射现象，阳光通过三棱镜折射形成彩色光带，选项a、c错误； 肥皂泡在阳光照耀下呈现彩色条纹是由光的干涉产生的，选项b正确；光线通过一条很窄的缝后在光屏上呈现明暗相间的条纹，是由光的衍射产生的，选项d错误【答案】b2(2012上海高考)如图1242为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则()图1242a甲为紫光的干涉图样b乙为紫光的干涉图样c丙为红光的干涉图样d丁为红光的干涉图样【解析】红光比紫光的波长大根据x，紫光的干涉条纹较窄，故a错误，b正确而丙、丁是单缝衍射图样，故c、d错误【答案】b3关于光的偏振现象，下列说法中正确的是 ()a偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同b自然光在水面反射时，反射光和折射光都是一定程度的偏振光c光的偏振现象说明光是一种纵波d照相机镜头表面的镀膜是光的偏振现象的应用【解析】偏振光沿各个方向振动的光波的强度都不相同，自然光在水面反射时，反射光和折射光都是一定程度的偏振光，选项b正确，a错误；光的偏振现象说明光是一种横波，照相机镜头表面的镀膜是光的干涉现象的应用，选项c、d错误【答案】b 4如图1243所示，强强乘坐速度为0.9c(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()图1243a0.4cb0.5cc0.9c d1.0c【解析】根据爱因斯坦相对论，在任何参考系中，光速不变知d项正确【答案】d光的干涉条纹的形成分析1.杨氏双缝干涉(1)原理如图1244所示图1244(2)明、暗条纹的条件单色光a光的路程差r2r1k(k0,1,2)，光屏上出现明条纹b光的路程差r2r1(2k1)(k0,1,2)，光屏上出现暗条纹白光：光屏上出现彩色条纹(3)条纹间距公式：x.2薄膜干涉(1)薄膜特点：如图1245所示，由于重力作用，皂膜上薄下厚图1245(2)相干光线：薄膜前表面aa和后表面bb的反射光线叠加(3)亮纹条件：在p1、p2处，薄膜厚度的2倍为前后表面反射光的光程差，当光程差等于波长整数倍时，形成亮条纹(4)暗纹条件：在q处，光程差等于半波长的奇数倍时，形成暗条纹双缝干涉实验装置如图1246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绿光换成红光或蓝光，讨论屏上o点及其上方的干涉条纹的情况是：o点是红光的亮条纹；红光的第一条亮条纹在p点的上方；o点不是蓝光的亮条纹；蓝光的第一条亮条纹在p点的上方其中正确的是()图1246a只有正确b只有正确c只有正确 d只有正确【解析】o点到两缝的距离相等，故不论换用红光还是蓝光，o点均为亮条纹，所以正确，错误；由x可知，红光的波长比绿光的大，条纹间距也比绿光大，因此，红光的第一条亮条纹在p点的上方，正确；同理，蓝光的波长比绿光的小，蓝光的第一条亮条纹在p点的下方，错误；综上所述，只有a正确【答案】a【迁移应用】1(2013上海高考)白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的()a传播速度不同 b强度不同c振动方向不同 d频率不同【解析】白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的频率不同【答案】d光的干涉图象和衍射图样的对比1.对光的衍射的理解(1)干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明显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(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，光才可以看做是沿直线传播2单缝衍射与双缝干涉的比较单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹(2013大纲版全国卷)下列现象中，属于光的衍射的是()a雨后天空出现彩虹b通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹c海市蜃楼现象d日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹【审题指导】解本题应从以下两点进行分析：(1)熟悉常见光现象的形成原因(2)知道什么是光的衍射现象【解析】出现彩虹是大气对光的散射造成的；海市蜃楼是光的折射与全反射现象造成的；肥皂膜上的彩色条纹是薄膜干涉的结果；通过狭缝观察日光灯看到彩色条纹是光的衍射现象，选项b正确【答案】b【迁移应用】干涉、衍射图样的判断2如图1247所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样分析各图样的特点可以得出的正确结论是 ()图1247aa、b是光的干涉图样bc、d是光的干涉图样c形成a图样的光的波长比形成b图样光的波长短d形成c图样的光的波长比形成d图样光的波长短【解析】干涉条纹是等距离的条纹，因此，a、b图是干涉图样，c、d图是衍射图样，故a项正确，b项错误；由公式x可知，条纹宽的入射光的波长长，所以a图样的光的波长比b图样的光的波长长，故c项错误；c图样的光的波长比d图样的光的波长长，故d项错误【答案】a 干涉、衍射现象的判断3(2012北京丰台区期末)下列光学现象的说法中正确的是()a用光导纤维束传送图像信息，这是光的衍射的应用b太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的干涉的结果c在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物，可使景象更清晰d透过平行于日光灯的窄缝看正常发光的日光灯时能观察到彩色条纹，这是光的色散现象【解析】用光导纤维束传送图像信息，这是光的全反射的应用，选项a错误；太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的色散现象，是光的折射的结果，选项b错误；在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物，可减弱反射光，从而使景象更清晰，选项c正确；透过平行于日光灯的窄缝看正常发光的日光灯时能观察到彩色条纹，这是光的衍射现象，选项d错误【答案】c电磁波的应用电磁波谱频率/hz真空中波长/m特性应用递变规律无线电波31011103波动性强，易发生衍射无线电技术红外线10111015103107热效应红外线遥感可见光1015107引起视觉照明、摄影紫外线10151017107109化学效应、荧光效应、能杀菌医用消毒、防伪x射线101610191081011贯穿性强检查、医用透视射线10191011贯穿本领最强工业探伤、医用治疗衍射能力减弱直线传播能力增强(2013浙江高考)关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是()a电磁波可以传递信息，声波不能传递信息b手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波c太阳光中的可见光和医院“b超”中的超声波传递速度相同d遥控器发出的红外线波长和医院ct中的x射线波长相同【解析】声波、电磁波都能传递能量和信息，a项错误；在手机通话过程中，既涉及电磁波又涉及声波，b项正确；可见光属于电磁波，b超中的超声波是声波，波速不同，c项错误；红外线波长较x射线波长长，故d项错误【答案】b【迁移应用】4(多选)(2013湖南省长沙市联考)在以下各种说法中，正确的是()a机械波和电磁波本质上不相同，但它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象b横波在传播过程中，波峰上的质点运动到相邻的波峰所用的时间为一个周期c变化的电场一定产生变化的磁场；变化的磁场一定产生变化的电场d相对论认为：真空中的光速在不同惯性参照系中都是相同的e如果测量到来自遥远星系上某些元素发出的光波波长比地球上这些元素静止时发光的波长长，这说明该星系正在远离我们而去【解析】机械波和电磁波本质上不相同，但它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象，选项a正确横波在传播过程中，质点只在平衡位置附近振动，波峰上的质点不能运动到相邻的波峰，选项b错误变化的电场一定产生磁场，不一定产生变化的磁场；变化的磁场一定产生电场，不一定产生变化的电场，选项c错误相对论认为：真空中的光速在不同惯性参照系中都是相同的，选项d正确根据多普勒效应，如果测量到来自遥远星系上某些元素发出的光波波长比地球上这些元素静止时发光的波长长，这说明该星系正在远离我们而去，选项e正确【答案】ade 用双缝干涉测光的波长(2012福建高考)在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图1248)：图1248(1)下列说法哪一个是错误的_(填选项前的字母)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(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图1249，其示数为_mm.图1249【解析】(1)放上单缝和双缝后，由于发生干涉现象没法调节光源的高度，故a项错误(2)按读数规则，读出示数为：1.5 mm47.00.01 mm1.970 mm.【答案】(1)a(2)1.970 mm【迁移应用】5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12410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12410 (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)本实验的实验步骤有：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筒轴线把屏照亮；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；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12411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_mm，求得相邻亮纹的间距x为_mm.(4)已知双缝间距d为2.010