高考物理一轮复习 光的干涉、衍射和偏振 电磁波与相对论教案（含解析）沪科版.doc

第4课时光的干涉、衍射和偏振电磁波与相对论知 识 梳 理知识点一、光的干涉1产生条件：两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样。2.图1两种典型的干涉：(1)杨氏双缝干涉。原理如图1所示。明、暗条纹的条件()单色光：形成明暗相间的条纹，中央为明条纹。a光的路程差rr2r1k(k0,1,2，)，光屏上出现明条纹。b.光的路程差rr2r1(2k1)(k0,1,2，)，光屏上出现暗条纹。()白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(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，从薄膜的两个表面反射的两列光波。图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的厚度相等。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。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相差不多，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：单缝衍射和圆孔衍射图样的比较。单缝衍射圆孔衍射单色光中央为亮且宽的条纹，两侧为明暗相间的条纹，且越靠外，亮条纹的亮度越弱，宽度越小中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小；亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而减小白光中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度逐渐变暗、宽度变窄的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光，离中央最远的是红光中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色的同心圆环泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到不透明(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亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。2光的偏振现象(1)偏振光波只沿某一特定的方向的振动。(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一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光。(3)偏振光在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光。光的偏振证明光是横波。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。知识点三、电磁场、电磁波、电磁波谱1麦克斯韦电磁场理论变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场。2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。3电磁波(1)电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波。(2)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)。(3)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。(4)vf，f是电磁波的频率。4电磁波的发射(1)发射条件：开放电路和高频振荡信号，所以要对传输信号进行调制(包括调幅和调频)。(2)调制方式调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。调幅广播(am)一般使用中波和短波波段。调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。调频广播(fm)和电视广播都采用调频的方法调制。5无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象。(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐。能够调谐的接收电路叫做调谐电路。(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫做检波。检波是调制的逆过程，也叫做解调。6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1019知识点四、狭义相对论的基本假设质速关系、相对论质能关系式1狭义相对论的两个基本假设(1)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。(2)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相对论的质速关系(1)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。(2)物体运动时的质量总要大于静止时的质量m0。3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：emc2。题 组 自 测题组一光的干涉、衍射和偏振1(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bc2图2为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则()图2a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干涉图样的条纹间距是均匀的，且干涉条纹间距x， 而红光的波长较长，所以甲为红光的干涉图样，乙为紫光的干涉图样；而衍射图样是不均匀的，中央亮纹的宽度与波长成正比，所以丙为红光的衍射图样，丁为紫光的衍射图样，只有选项b正确。答案b3(多选)如图3所示，偏振片p的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向。下列四种入射光束中，能在p的另一侧观察到透射光的是()图3a太阳光b沿竖直方向振动的光c沿水平方向振动的光d沿与竖直方向成45角方向振动的光解析偏振片只让沿某一方向振动的光通过，当偏振片的透振方向与光的振动方向不同时，透射光的强度不同，它们平行时最强，而垂直时最弱。太阳光是自然光，光波可沿任何方向振动，所以在p的另一侧能观察到透射光；沿竖直方向振动的光，振动方向与偏振片的透振方向相同，当然可以看到透射光；沿水平方向振动的光，其振动方向与透振方向垂直，所以看不到透射光；沿与竖直方向成45角方向振动的光，其振动方向与透振方向不垂直，仍可看到透射光。答案abd题组二电磁波、相对论4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解析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。答案d5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”中的超声波传播速度相同d遥控器发出的红外线波长和医院“ct”中的x射线波长相同解析电磁波、声波都能够传递信息，a项错误；手机通话时将人的声音转化为电信号并通过电磁波传递，b正确；医院“b超”的超声波属于声波，传播速度远小于光速，c错误；红外线与x射线相比频率低，波长长，d错误。答案b6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解析狭义相对论的两条假设分别是：在任何惯性系中真空中的光速不变和一切物理规律相同。答案a考点一光的干涉现象1双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即x。2用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白色条纹，两侧为彩色条纹。【例1】(2014全国大纲卷，17)在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589 nm的光，在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两明纹中心间距为0.350 cm，则双缝的间距为()a2.06107 m b2.06104 mc1.68104 m d1.68103 m解析在双缝干涉实验中，相邻明条纹间距x、双缝间距d与双缝到屏的距离l间的关系为x，则双缝间距d m1.68104 m。答案c【变式训练】1一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色亮纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是()a各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同b各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同c各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同d上述说法都不正确解析白光包含各种颜色的光，它们的波长不同，在相同条件下做双缝干涉实验时，它们的干涉条纹间距不同，所以在中央亮条纹两侧出现彩色条纹。答案a考点二光的衍射、偏振自然光和偏振光的比较自然光(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起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的强度相同在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向【例2】下列关于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，可使景像更清晰d透过平行于日光灯的窄缝观察正常发光的日光灯时能看到彩色条纹，这是光的色散现象解析根据光的干涉、衍射、偏振、色散各现象的特点分析求解。用光导纤维束传送图像信息，这是光的全反射的应用，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，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，从而使景像更清晰，c正确；透过平行于日光灯的窄缝观察正常发光的日光灯时能看到彩色条纹，这是光的衍射现象，d错误。答案c【变式训练】2(多选)2013年9月12日国务院办公厅下发文件大气污染防治行动计划，以改善人们的生活环境。其中雾霾天气严重影响人们的身体健康，发生雾霾天气时能见度只有几米，天气变黄变暗，这是由于这种情况下()a只有波长较短的一部分光才能到达地面b只有波长较长的一部分光才能到达地面c只有频率较大的一部分光才能到达地面d只有频率较小的一部分光才能到达地面解析根据光发生明显衍射的条件，发生雾霾天气时，只有波长较长、频率较小的一部分光发生衍射绕过空气中的颗粒物到达地面，选项a、c错误，b、d正确。答案bd考点三电磁场理论、电磁波及应用【例3】(2014四川卷，2)电磁波已广泛运用于很多领域。下列关于电磁波的说法符合实际的是()a电磁波不能产生衍射现象b常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机c根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度d光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同解析干涉、衍射是波所特有的现象，所以电磁波能产生衍射现象，选项a错误；常用的遥控器是通过发出红外线来遥控电视机的，选项b错误；利用多普勒效应可以判断遥远天体相对地球的速度，选项c正确；根据光速不变原理，在不同的惯性系中，光速是相同的，选项d错误。答案c【变式训练】3现代生活中，人们已更多地与电磁波联系在一起，并且越来越依赖于电磁波，关于电磁场和电磁波，以下说法正确的是()a把带电体和永磁体放在一起，即可以在其周围空间中产生电磁波b手机、电视、光纤通信都是通过电磁波来传递信息的c医院中用于检查病情的“b超”是利用了电磁波的反射原理d车站、机场安全检查时“透视”行李箱的安检装置是利用红外线实现成像的解析要产生电磁波，必须要有变化的磁场与变化的电场，即电磁场，电磁场在介质中传播产生电磁波，a错误；通过电磁波可以实现各种通信，b正确；“b超”是利用了超声波的反射原理，c错误；车站、机场安全检查时“透视”行李箱的安检装置是利用x射线实现成像的，d错误。答案b考点四对狭义相对论的理解【例4】如图4所示，两艘飞船a、b沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c)。地面上测得它们相距为l，则a测得两飞船间的距离_(选填“大于”、“等于”或“小于”)l。当b向a发出一光信号，a测得该信号的速度为_。图4解析 狭义相对论的两个基本假设之一就是光速不变原理，因此a测得信号的速度仍等于c(或光速)，以地面为参考系，在运动方向有尺缩效应现象，而b相对a是静止，没有尺缩效应现象，则a测得两飞船距离应大于l。答案大于c(或光速)【变式训练】4(多选)根据相对论原理，下列说法中正确的是()a按照相对论来讲，一个真实的、静止质量不为零的物体，相对任何惯性系的运动速度都不可能等于或超过光速cb按照相对论及基本力学规律可推出质量和能量的关系为emc2c某个静质量为m0的物体，相对它静止的观察者测其质量为mm0，能量为ee0m0c2，称为静能量，这表明任何静质量不为零的物体都储存着巨大的能量d按照相