高考物理一轮复习 第4单元 光的波动性 电磁波 相对论课件（选修34）.ppt

选考部分 选修3 4振动与波动光学相对论 第4单元光的波动性电磁波相对论 网控基础点提炼命题源 一 光的波动性1 光的干涉 1 定义在两列光波的叠加区域 某些区域的光被 出现亮纹 某些区域的光被 出现暗纹 且 和 互相间隔的现象叫做光的干涉现象 2 条件两列光的 且具有恒定的相位差 才能产生稳定的干涉现象 1 加强减弱加强减弱 2 频率相等 读读教材 3 双缝干涉由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是 的相干光波 屏上某点到双缝的路程差是 处出现亮条纹 路程差是半波长的 处出现暗条纹 相邻的明条纹 或暗条纹 之间距离 x与波长 双缝间距d及屏到双缝距离l的关系为 4 薄膜干涉利用薄膜 如肥皂液薄膜 反射的光相遇而形成的 图样中同一条亮 或暗 条纹上所对应薄膜厚度 2 光的衍射 1 光的衍射现象光在遇到障碍物时 偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象 2 光发生明显衍射现象的条件当孔或障碍物的尺寸比光波波长 或者跟光波波长 时 光才能发生明显的衍射现象 3 衍射图样 单缝衍射 中央为亮条纹 向两侧有明暗相间的条纹 但间距和亮度不同 白光衍射时 中央仍为白色 最靠近中央的是 最远离中央的是 2 小相差不多 3 紫光红光 圆孔衍射 明暗相间的不等距圆环 泊松亮斑 光照射到一个半径很小的圆板后 在圆板的阴影中心出现的 斑 这是光能发生衍射的有力证据之一 3 光的偏振 1 自然光与偏振光的区别 自然光 在垂直于传播方向上沿 方向振动的光 而且沿着各个方向振动的光波的 都相同 偏振光 在垂直于光波传播方向的平面上 只沿某个 方向振动的光 亮3 1 各个强度特定 2 偏振光的产生方式 通过两个共轴的偏振片观察自然光 第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光 叫 第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光 叫 自然光射到两种介质的交界面上 如果光入射的方向合适 使反射光和折射光之间的夹角恰好是 时 反射光和折射光都是偏振光 且偏振方向相互 3 偏振光的理论意义及应用 理论意义 光的干涉和衍射现象充分说明了光是一种波 但不能确定光波是横波还是纵波 光的偏振现象说明光波是 应用 照相机镜头 立体电影 消除车灯眩光等 2 起偏器检偏器90 垂直 3 横波 二 电磁场 电磁波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 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 1 电场磁场 2 整体 3 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 电磁波的发射与接收 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能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 电磁波谱 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 3 0 108成立干涉2 1 频率开放 2 调幅 3 无线电波 电磁波谱的特性 应用 热效应荧光效应 三 相对论1 狭义相对论的基本假设 1 在不同的惯性参考系中 一切物理规律都是相同的 惯性系 如果牛顿运动定律在某个参考系中成立 这个参考系叫做惯性系 相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系 2 真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的 光速的大小与选取的参考系无关 因为光速是从麦克斯韦方程组中推导出来的 无任何前提条件 2 时间和空间的相对性 1 时间间隔的相对性 t 2 长度的相对性 l 3 狭义相对论认为物体的质量m与物体的速度v有关 其关系式为m 1 在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面看到彩色条纹 通过狭缝观察发光的白炽灯也会看到彩色条纹 这两种现象 a 都是光的衍射现象b 都是光的干涉现象c 前者是光的干涉现象 后者是光的衍射现象d 前者是光的衍射现象 后者是光的干涉现象 练练基础 题组一 光的波动性 解析 根据干涉和衍射的条件 两块玻璃板的空气层形成薄膜干涉 日光灯发出的光通过狭缝会发生衍射现象 2 多选 在观察光衍射的实验中 分别观察到如图甲 乙所示的清晰的明暗相间的图样 图中黑线为暗纹 那么障碍物应是 a 乙图对应的是很小的不透明圆板b 甲图对应的是很大的不透明圆板c 乙图对应的是很大的中间有大圆孔的不透明挡板d 甲图对应的是很大的中间有小圆孔的不透明挡板 解析 比较两图 它们的背景明显不同 甲图的背景为黑色阴影 说明障碍物应是很大的不透明挡板 中间有透光并且带有衍射图样的花纹 说明挡板的中间有小圆孔 b项错误 d项正确 乙图的背景为白光 说明周围没有障碍物 中间有不透光圆形阴影 并且带有衍射图样的花纹 说明中间存在很小的不透明圆板 乙图正中央的小亮点是泊松亮斑 a项正确 c项错误 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 题组二 电磁场 电磁波 解析 如果电场 或磁场 是均匀变化的 产生的磁场 或电场 是恒定的 不能产生新的电场 或磁场 因而不能产生电磁波 a正确 c错误 电磁波在真空中的传播速度为光速c 在介质中的传播速度小于光速c b错误 波发生衍射现象时 不再沿直线传播 波发生明显衍射现象的条件是 障碍物或孔的尺寸跟光的波长相差不大或比波长还要小 d错误 4 2015 潍坊模拟 多选 有关电磁波和声波 下列说法正确的是 a 电磁波的传播不需要介质 声波的传播需要介质b 由空气进入水中传播时 电磁波的传播速度变小 声波的传播速度变大c 电磁波是横波 声波也是横波d 由空气进入水中传播时 电磁波的波长变长 声波的波长变短 解析 电磁波本身就是一种物质 它的传播不需要介质 而声波的传播需要介质 选项a正确 电磁波由空气进入水中时 传播速度变小 但声波在水中的传播速度比其在空气中大 选项b正确 电磁波的传播方向与e b两个振动矢量的方向都垂直 是横波 而声波是纵波 选项c错误 电磁波由空气进入水中传播时 波速变小 波长变小 而声波由空气进入水中传播时 波速变大 波长变大 选项d错误 故答案为a b 5 如图所示 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 a 0 4cb 0 5cc 0 9cd 1 0c 题组三 相对论 解析 由狭义相对论的基本假设 光速的大小与选取的参考系无关 选项d正确 1 光的干涉 衍射说明光是一种波 光的偏振说明光是横波 2 光的干涉是有条件的 只有相干光才能形成稳定的干涉图样 3 光的衍射是没有条件的 在任何情况下都可以发生衍射现象 但发生明显衍射是有条件的 4 电磁波本身是一种物质 传播不需要其他介质 机械波必须在介质中才能传播 小思考微总结 细研核心点练透经典题 1 杨氏双缝干涉 1 原理如图所示 考点一双缝干涉和薄膜干涉 调研1 如图所示是双缝干涉实验 使用波长为600nm的橙色光照射时 在光屏上的p0点和p0点上方的p1点恰好形成两列相邻的亮条纹 若用波长为400nm的紫光重复上述实验 则p0点和p1点形成的明暗条纹情况是 a p0点和p1点都是亮条纹b p0点是亮条纹 p1点是暗条纹c p0点是暗条纹 p1点是亮条纹d p0点和p1点都是暗条纹 试题调研 解析 不管使用什么颜色的单色光做实验 光屏中间p0点始终是亮条纹 据此可先排除选项c d 根据题意 p1点到两双缝的光程差为600nm 其大小是紫光波长的1 5倍 所以若用波长为400nm的紫光重复上述实验 p1点是暗条纹 所以选项a错误 b正确 答案 b 1 两列光发生干涉的条件是两列光的频率相同 振动方向相同 相位差恒定 2 相干光的获得方法 将一束光分成两束而获得 此法称为分光法 利用激光 3 当光屏上某点到双缝的距离差为波长整数倍 出现亮条纹 为半波长奇数倍 出现暗条纹 名师归纳点题破疑 类题练熟 答案 条纹间距将变大 1 单缝衍射与双缝干涉的比较 考点二对衍射现象和偏振现象的理解 2 自然光和偏振光的比较 调研2 一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板 在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹 现在将其中一条窄缝挡住 让这束红光只通过一条窄缝 则在光屏上可以看到 a 与原来相同的明暗相间的条纹 只是亮条纹比原来暗些b 与原来不同的明暗相间的条纹 而中央亮条纹变宽些c 只有一条与缝宽相对应的亮条纹d 无条纹 只存在一片红光 试题调研 解析 本题中这束红光通过双缝时 产生了干涉现象 说明每一条缝宽都很窄 满足这束红光发生明显衍射的条件 这束红光通过双缝在光屏上形成的干涉图样的特点是 中央出现亮条纹 两侧对称出现等间隔的明暗相间条纹 而这束红光通过单缝时形成的衍射图样的特点是 中央出现较宽的亮条纹 两侧对称出现不等间隔的明暗相间的条纹 且距中央亮条纹远的亮条纹亮度迅速减小 所以衍射图样看上去明暗相间的条纹数量较少 本题正确选项是b项 答案 b 单缝衍射图样与双缝干涉图样的区别1 条纹宽度有区别 双缝干涉条纹是等宽的 条纹间的距离是相等的 而单缝衍射的条纹 中央亮条纹最宽 两侧的亮条纹是越来越窄 2 光强分布不同 双缝干涉条纹如果不考虑距离的远近造成的传播上的损失 每条亮条纹的光强分布是相同的 而单缝衍射条纹的光强分布主要集中在中央亮条纹 中央亮纹的光强占整个光强的95 以上 名师归纳点题破疑 类题练熟 解析 激光通过细丝后在光屏上形成明暗相间的条纹 用的是光的衍射现象 a b都错误 当光屏上的条纹变宽时 即衍射现象更明显 根据产生明显衍射现象的条件可知 对应的丝应变细 故c错误 d正确 解析 太阳光通过偏振片p后变成偏振光 再通过偏振片q后在光屏n上光的亮度会随q的转动 时亮时暗 当q与p透振方向平行时最亮 垂直时最暗 故b正确 1 对麦克斯韦电磁场理论的理解 考点三对电磁场 电磁波的理解 2 电磁波与机械波不同 机械波在介质中传播的速度与介质有关 电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关 3 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 4 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 试题调研 解析 稳定的磁场不产生电场 选项a错误 均匀变化的电场产生稳定的磁场 选项b正确 电场和磁场最大时变化率为零 对应产生的磁场和电场为零 选项c正确 d错误 答案 bc 名师归纳点题破疑 类题