高考物理一轮复习 2.2 光的波动性 电磁波 相对论简介课件 新课标选修34.ppt

1 光的干涉和衍射比较表 第2讲光的波动性电磁波相对论简介 2 薄膜干涉 1 相干光来自于薄膜的前 后表面 或上 下表面 反射回来的两列反射光 2 薄膜干涉的应用 增透膜 检查工件的平整度 3 自然光和偏振光的比较表 2 观察薄膜干涉条纹时 应该与光源处在薄膜的同一侧观察 测量头的构造及使用如图2 2 1甲所示 测量头由分划板 目镜 手轮等构成 转动手轮 分划板会向左右移动 测量时 应使分划板中心刻度对齐条纹的中心 如图2 2 1乙 记下此时手轮上的读数 注意事项 1 保证灯丝 单缝 双缝 测量头与遮光筒共轴 2 保持单缝和双缝平行 1 电磁振荡的规律 1 产生原因 电容器的充 放电作用和线圈的自感作用 2 实质 电场能与磁场能的相互转化 3 具体表现 两组物理量的此消彼长 周期性变化 循环往复 电容器的电荷量q 电势差u 场强e 线圈的自感电动势e自 电路中的电流i 线圈内的磁感应强度b 分别如图2 2 2甲 乙 放电过程 q减小 i增大充电过程 q增大 i减小 放电完毕 q 0 i最大充电完毕 q最大 i 0 2 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 5 电磁波的发射 1 发射条件 电路和信号 所以要对传输信号进行 包括调频和调幅 调幅 使高频电磁波的随信号的强弱而变 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 开放 高频振荡 调制 振幅 频率 6 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时 激起的振荡电流 这就是电谐振现象 2 使接收电路产生电谐振的过程叫做 能够调谐的接收电路叫做电路 3 从经过调制的高频振荡中 检 出调制信号的过程 叫做 检波是的逆过程 也叫做 相等 最强 调谐 调谐 检波 调制 解调 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 1 如图2 2 3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 答案b 2 2012 成都一模 用如图2 2 4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30 b 当金属丝圈旋转45 时干涉条纹同方向旋转90 c 当金属丝圈旋转60 时干涉条纹同方向旋转30 d 干涉条纹保持原来状态不变 解析金属丝圈的转动 改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状 由干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关 仍然是水平的干涉条纹 a b c错误 d正确 答案d 3 声波能绕过某一建筑物传播而光波却不能绕过该建筑物 这是因为 a 声波是纵波 光波是横波b 声波振幅大 光波振幅小c 声波波长较长 光波波长很短d 声波波速较小 光波波速很大解析意在考查考生对产生明显波的衍射条件的理解 根据波产生明显衍射现象的条件 障碍物或孔的尺寸与波的波长差不多或比波的波长小可知 声波有明显的衍射而光波的衍射不明显是因为声波的波长较长 c正确 答案c 4 2011 广东梅州二模 电磁波与机械波相比较有 a 电磁波传播不需要介质 机械波传播也不需要介质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答案d 5 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 可以看到彩色条纹解析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 答案d 6 如图2 2 5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 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 填 大于 或 小于 图b所对应的圆孔的孔径 解析a中出现明暗相间的条纹 是衍射现象 b中出现圆形亮斑 只有障碍物或孔的尺寸比光波波长小或跟波长相差不多时 才能发生明显的衍射现象 图a是光的衍射图样 由于光波波长很短 约在10 7m数量级上 所以图a对应的圆孔的孔径比图b所对应的圆孔的孔径小 图b的形成可以用光的直线传播解释 答案衍射小于 7 下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象 请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上 1 x光机 2 紫外线灯 3 理疗医用 神灯 照射伤口 可使伤口愈合得较好 这里的 神灯 是利用 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杀菌作用而非荧光作用 因此选择c 3 神灯 又称红外线灯 主要是用于促进局部血液循环 它利用的是红外线的热效应 使人体局部受热 血液循环加快 因此选择e 答案 1 d 2 c 3 e 8 如图2 2 6所示 在 用双缝干涉测光的波长 实验中 光具座上放置的光学元件依次为 光源 遮光筒 光屏 对于某种单色光 为增加相邻亮纹 暗纹 间的距离 可采取或的方法 答案滤光片单缝屏双缝屏增大双缝屏到光屏的距离减小两缝间距离 考点一光的干涉 衍射及偏振 典例1 1 在研究材料a的热膨胀特性时 可采用如图2 2 7所示的干涉实验法 a的上表面是一光滑平面 在a的上方放一个透明的平行板b b与a上表面平行 在它们之间形成一厚度均匀的空气膜 现在用波长为 的单色光垂直照射 同时对a缓慢加热 在b上方观察到b板的亮度发生周期性变化 当温度为t1时最亮 然后亮度逐渐减弱至最暗 当温度升高到t2时 亮度再一次回到最亮 在b板上方观察到的亮暗变化是由哪两个表面的反射光叠加形成的 温度由t1升高到t2时 a的高度升高多少 2 肥皂泡在太阳光照射下呈现的彩色是 现象 露珠在太阳光照射下呈现的彩色是 现象 通过狭缝看太阳光时呈现的彩色是 现象 凡是波都具有衍射现象 而把光看做直线传播的条件是 要使光产生明显的衍射 条件是 当狭缝的宽度很小并保持一定时 用红光和紫光照射狭缝 看到的衍射条纹的主要区别是 如图2 2 8所示 让太阳光或白炽灯光通过偏振片p和q 以光的传播方向为轴旋转偏振片p或q 可以看到透射光的强度会发生变化 这是光的偏振现象 这个实验表明 2 肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象 露珠呈现的彩色是光的色散 通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象 障碍物或孔的尺寸比波长大得多时 可把光看做沿直线传播 障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时 可产生明显的衍射现象 红光的中央亮纹宽 红光的中央两侧的亮纹离中央亮纹远 这个实验说明了光是一种横波 答案见解析 答案b 典例2 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 要把它们放在图2 2 9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 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 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2 2 10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2 2 10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 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 解析 1 滤光片e是从白光中选出单色红光 单缝屏是获取线光源 双缝屏是获得相干光源 最后成像在毛玻璃屏 所以排列顺序为 c e d b a 2 在操作步骤 时应注意的事项有 放置单缝 双缝时 必须使缝平行 单缝 双缝间距离大约为5 10cm 要保证光源 滤光片 单缝 双缝和光屏的中心在同一轴线上 3 螺旋测微器的读数应该 先读整数刻度 然后看半刻度是否露出 最后看可动刻度 图乙读数为13 870mm 图甲读数为2 320mm 变式2 1 备有下列仪器 a 白炽灯b 双缝c 单缝d 滤光片e 白色光屏把以上仪器装在光具座上时 正确的排列顺序应该是 填写字母代号 2 已知双缝到光屏之间的距离l 500mm 双缝之间的距离d 0 50mm 单缝到双缝之间的距离s 100mm 某同学在用测量头测量时 调整手轮 在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准a条亮纹的中心 然后他继续转动 使分划板中心刻线对准b条亮纹的中心 前后两次游标卡尺的读数如图2 2 11所示 则入射光的波长 m 结果保留两位有效数字 3 实验中发现条纹太密 难以测量 可以采用的改善办法有 a 改用波长较长的光 如红光 作为入射光b 增大双缝到屏的距离c 增大双缝到单缝的距离d 增大双缝间距 答案 1 adcbe 2 6 4 10 7 3 ab 考点三电磁场和电磁波 典例3 1 麦克斯韦电磁理论的内容是 2 电磁波在传播过程中 每处的电场方向和磁场方向总是 的 并和该处电磁波的传播方向 这就说明电磁波是 波 3 目前雷达发射的电磁波频率多在200mhz至1000mhz的范围内 请回答下列关于雷达和电磁波的有关问题 雷达发射电磁波的波长范围是多少 能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离 答案见解析 变式3 目前雷达发射的电磁波频率多在200mhz至1000mhz的范围内 下列关于雷达和电磁波说法错误的是 a 真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0 3m至1 5m之间b 电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的c 测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离d 波长越短的电磁波 反射性能越强 答案b 典例4 如图2 2 12所示 考虑几个问题 1 如图所示 参考系o 相对于参考系o静止时 人看到的光速应是多少 2 参考系o 相对于参考系o以速度v向右运动 人看到的光速应是多少 3 参考系o相对于参考系o 以速度v向左运动 人看到的光速又是多少 解析根据速度合成法则 第一种情况人看到的光速应是c 第二种情况应是c v 第三种情况应是c v 而根据狭义相对论理论 光速是不变的 都应是c 答案 1 c 2 c 3 c 变式4 据报导 欧洲大型强子对撞机 lhc 已于2008年9月10日开启 并加速第一批质子 该对撞机 开足马力 后能把数以百万计的粒子加速至每秒钟30万公里 相当于光速的99 9 粒子流每秒可在隧道内狂飙11245圈 单束粒子能量可达7万亿电子伏特 下列说法正确的是 a 如果继续对粒子进行加速 粒子的速度将能够达到光速b 如果继续对粒子进行加速 粒子的速度将能够超过光速c 粒子高速运动时的质量将大于静止时的质量d 粒子高速运动时的质量将小于静止时的质量 答案c 一 光的干涉和衍射 中频考查 1 2009 上海高考 如图2 2 13所示为双缝干涉的实验装置示意图 若要使干涉条纹的间距变大可改用波长更 填 长 或 短 的单色光 或是使双缝与光屏间的距离 填 增大 或 减小 答案长增大 2 下列说法正确的是 a 雨后路面的油膜出现彩色条纹 这是光的色散现象b 太阳光斜射在铁栅栏上 地面出现明暗相同条纹 这是光的干涉现象c 对着日光灯从两铅笔的狭缝中看到的彩色条纹 这是光的衍射现象d 从月亮光谱可以分析月亮的化学成份答案c 3 2010 江苏高考 1 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 2 如图2 2 14所示 在杨氏双缝干涉实验中 激光的波长为5 30 10 7m 屏上p点距双缝s1和s2的路程差为7 95 10 7m 则在这里出现的应是 填 明条纹 或暗条纹 现改用波长为6 30 10 7m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 填 变宽 变窄或 不变 答案 1 d 2 暗条纹变宽 4 2011 北京卷 14 如图2 2 15所示的双缝干涉实验 用绿光照射单缝s时 在光屏p上观察到干涉条纹 要得到相邻条纹间距更大的干涉图样 可以 a 增大s1与s2的间距b 减小双缝屏到光屏的距离c 将绿光换为红光d 将绿光换为紫光答案c 5 2011 上海单科 21 如图2 2 16所示 当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时 在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑 这是光的 填 干涉 衍射 或 直线传播 现象 这一实验支持了光的 填 波动说 微粒说 或 光子说 解析激光束照射圆盘 中心形成的亮斑 说明激光绕过了圆盘 所以现象应是衍射 证实了激光具有波动性 答案衍射波动说 二 电磁波 低频考查 6 2009 天津 2 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解析电磁波在真空中也能传播 a错 衍射是一切波所特有的现象 b对 电磁波是横波 横波能发生偏振现象 c错 所有波都能传递信息 d错 答案b 7 2009 四川 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 使用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 变化的电场可以产生磁场解析雷达是用无线电波来测定物体位置的设备 a不正确 从经过调制的高频振荡中 检 出调制信号的过程叫做解调 b不正确 使用紫外线照射时 钞票上用荧光物质印刷的文字发出可见光 c项不正确 答案d 8 2010 天津理综 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