复习方案202X届高考物理一轮复习第15单元光学电磁波相对论第38讲光的波动性电磁波相对论课件

1、第38讲PART 38光的波动性 电磁波 相对论教材知识梳理考点互动探究教师备用习题一、光的干涉1.定义:在两列光波叠加的区域,某些区域相互加强,出现条纹,某些区域相互减弱,出现条纹,且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.2.条件:两束光的频率、相位差恒定.3.双缝干涉图样特点:单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹;白光照射时,中央为条纹,其余为条纹.教材知识梳理亮暗相等白色亮彩色二、光的衍射1.定义:光在传播的过程中遇到障碍物时,直线传播绕到障碍物阴影里去的现象.2.发生明显衍射的条件:障碍物或小孔的尺寸跟光的波长,甚至比光的波长时,衍射现象明显.教材知识梳理偏离差不多还小3.衍射图样特

2、点(1)单缝衍射: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条纹,两侧是渐窄且暗的彩色条纹.(2)圆孔衍射:明暗相间的不等距圆环.(3)圆盘衍射:明暗相间的不等距圆环,中心有一亮斑称为亮斑(证实光的波动性).教材知识梳理泊松三、光的偏振1.自然光:包含着在垂直于传播方向上沿振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同.2.偏振光:在垂直于光的传播方向的平面上,只沿着某个的方向振动的光.3.光的偏振现象说明光是一种波.四、电磁场与电磁波1.麦克斯韦电磁场理论:变化的磁场能够在周围空间产生,变化的电场能够在周围空间产生.教

3、材知识梳理一切方向特定横电场磁场2.电磁波:由近及远地传播形成电磁波.电磁波是波,在空间传播不需要依靠介质.真空中电磁波的速度为m/s;电磁波的传播速度v等于波长和频率f的乘积,即v=.3.电磁波谱:按照电磁波的或的大小顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱.按波长由长到短排列的电磁波谱为:无线电波、红外线、紫外线、X射线、射线.教材知识梳理电磁场横3108f频率波长可见光五、相对论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的.教材知识梳理相同相同教材知识梳理【辨别明理】(1)光的颜色由光的频率决定. ()(2)只有频率相同的两

4、列光波才能产生干涉. ()(3)在“双缝干涉”实验中,双缝的作用是使白光变成单色光.()(4)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的.()(5)自然光是偏振光.()(6)电场周围一定存在磁场,磁场周围一定存在电场.()(7)无线电波不能发生干涉和衍射现象.()(8)波长不同的电磁波在本质上完全不同.()(9)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的.()教材知识梳理答案 (1)()(2)()(3)()(4)()(5)()(6)()(7)()(8)()(9)()教材知识梳理【物理学史】17世纪下半叶,以牛顿为首的“粒子说”和以惠更斯为首的“波动说”都能解释几何光学问题,但大家更倾向 “

5、粒子说”.19世纪初,波动光学初步形成,其中托马斯杨圆满地解释了“薄膜颜色”和双狭缝干涉现象,大家又倾向“波动说”.典型实验证据有:双缝干涉、单缝衍射、泊松亮斑、薄膜干涉、偏振等.1860年前后,麦克斯韦预言光就是一种电磁波,并且这个结论在1888年被赫兹的实验证实.但是同时赫兹发现了光电效应,特别是1905年爱因斯坦运用量子论解释了光电效应,这又支持了光的“粒子性”,后来还有康普顿效应.所以,光的本质是电磁波,但具有波粒二象性.最终人们意识到任何物体都有波粒二象性,即存在物质波.考点一光的双缝干涉现象考点互动探究考点互动探究例1 如图38-1所示,在“双缝干涉”实验中,S1和S2为双缝,P是

6、光屏上的一点,已知P点与S1和S2距离之差为2.110-6 m,今分别用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?(1)已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为410-7 m;(2)已知B光在某种介质中波长为3.1510-7 m,当B光从这种介质射向空气时,临界角为37;(sin 37=0.6,cos 37=0.8)(3)若用A光照射时,把其中一条缝遮住,试分析光屏上能观察到的现象.图38-1考点互动探究考点互动探究考点互动探究变式题 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

7、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.上述说法都不正确考点互动探究考点二用双缝干涉实验测量光的波长考点互动探究考向一实验原理与实验操作考点互动探究2.实验步骤(1)安装仪器将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如图38-2所示.接好光源,打开开关,使白炽灯正常发光.调节各部件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏.安装单缝和双缝,中心位于遮光筒的轴线上,使双缝和单缝相互平行.图38-2考点互动探究考点互动探究例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

8、等光学元件,要把它们放在如图38-3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.图38-3考点互动探究(2)本实验的步骤有:取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度,使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮;按合理的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;用刻度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)测量数条亮条纹间的距离.在操作步骤时还应注意和.考点互动探究答案 (1)EDB(2)放置单缝、双缝时,必须使缝平行单缝、双缝间的距离要适当解析 (1)滤光

9、片E可以从白光中选出单色红光,单缝D是获取线光源,双缝B是获得相干光源,最后成像在毛玻璃屏A上.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、双缝间的距离要适当;要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上.考点互动探究变式题 在观察光的双缝干涉现象的实验中:(1)将激光束照在如图38-4甲所示的双缝上,在光屏上观察到的现象是图乙中的.图38-4考点互动探究(2)换用间距更小的双缝,保持双缝到光屏的距离不变,在光屏上观察到的干涉条纹将;保持双缝间距不变,减小光屏到双缝的距离,在光屏上观察到的干涉条纹将.(均选填“变宽”“变

10、窄”或“不变”) 考点互动探究答案 (1)A(2)变宽变窄考点互动探究 要点总结(1)光源灯丝最好是线状灯丝,并与单缝平行且靠近;(2)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;(3)白光干涉观察到的是彩色条纹,中央亮条纹的中间部分是白色,边缘是红色.考点互动探究考向二数据处理与误差分析例3 2015全国卷 在双缝干涉实验中,分别用红色和绿色的激光照射同一双缝,在双缝后的屏幕上,红光的干涉条纹间距x1与绿光的干涉条纹间距x2相比,x1(选填“”“

11、=”或“0.300考点互动探究变式题 在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,实验装置如图38-5所示.(1)某同学以线状白炽灯为光源,对实验装置进行调节并观察了实验现象后,总结出以下几点:A.灯丝与单缝和双缝必须平行放置B.干涉条纹与双缝垂直C.干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关D.干涉条纹的间距与光的波长有关以上几点中,你认为正确的是.图38-5考点互动探究(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时,手轮上的示数如图38-6甲所示,其读数为mm.(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图38-6乙所示.则在这种情况下来测量干涉条纹的间距x时,测量值(选填“大于”“小

12、于”或“等于”)实际值.图38-6考点互动探究答案 (1)AD(2)0.700(3)大于考点互动探究 要点总结光波波长很小,x、L的测量对波长的影响很大.L用毫米刻度尺测量,x用测量头上的游标尺测量.实验时可测多条亮条纹间距求x及采用多次测量求的平均值法减小误差.应注意:(1)干涉条纹应调整到最清晰的程度;(2)x不是亮(暗)条纹的宽度;(3)分划板刻线应与干涉条纹平行,中心刻线应恰好位于条纹中心;(4)测量多条亮条纹间的距离时,此间距中的条纹数应准确.考点三薄膜干涉的理解及应用考点互动探究1.薄膜干涉如图38-7所示,竖直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形,光照射到薄膜上时,在膜

13、的前表面AA和后表面BB分别反射回来,形成两列频率相同的光波,并且叠加.图38-7考点互动探究考点互动探究2.薄膜干涉的应用(1)检查精密零件的表面是否平整如图38-8所示,将被检查平面和放在上面的透明标准样板的一端之间垫一薄片,使标准样板的平面与被检查平面间形成一个楔形空气薄层,单色光从上面照射,入射光在空气层的上表面a和下表面b反射出两列光波叠加,从反射光中看到干涉条纹,根据干涉条纹的形状来确定工件表面的情况.图38-8考点互动探究若被检查平面平整则干涉图样是等间距明暗相间的平行直条纹.若某处凹下,则对应亮(暗)条纹提前出现,如图38-9甲所示;若某处凸起,则对应亮(暗)条纹延后出现,如图

14、乙所示.图38-9考点互动探究考点互动探究1.(薄膜干涉的理解)(多选)在研究材料A的热膨胀特性时,可采用如图38-10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,在它们之间形成一个厚度均匀的空气膜.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;当温度升到t2时,亮度再一次回到最亮,则()A.出现最亮时,B上表面反射光与A上表面反射光叠加后加强B.出现最亮时,B下表面反射光与A上表面反射光叠加后加强图38-10考点互动探究答案 BD考点互动探究考点互动探究答案

15、ACD考点互动探究3.(薄膜干涉的应用)(多选)把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上,一端用薄片垫起,构成空气劈尖,让单色光从上方射入,如图38-11所示,这时可以看到亮暗相间的条纹.下面关于条纹的说法中正确的是()A.将薄片远离劈尖移动使劈角变小时,条纹变疏B.将薄片向着劈尖移动使劈角变大时,条纹变疏C.将上玻璃板平行上移,条纹向着劈尖移动D.将上玻璃板平行上移,条纹远离劈尖移动图38-11考点互动探究答案 AC考点互动探究4.(多选)如图38-12甲所示,在一块平板玻璃上放置一平薄凸透镜,在两者之间形成厚度不均匀的空气膜,让一束单一波长的光垂直入射到该装置上,结果在上方观察到如图乙所示的

16、同心内疏外密的圆环状干涉条纹,称为牛顿环,以下说法正确的是 ()A.干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B.干涉现象是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的D.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的图38-12考点互动探究答案 AC考点四光的衍射及偏振现象考点互动探究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,光才可以看作是沿直线传播

17、的.考点互动探究2.自然光与偏振光的比较3.偏振光的应用:照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等.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,且沿各个方向光振动的强度相同在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿特定方向考点互动探究1.(光的偏振)(多选)如图38-13所示,电灯S发出的光先后经过偏振片A和B,人眼在P处迎着入射光方向,看不到光亮,则()A.图中a光为偏振光B.图中b光为偏振光C.以SP为轴将B转过180后,在P处将看到光亮D.以SP为轴将B转过90后,在P处将看到光亮图38-13考点

18、互动探究答案 BD解析 自然光沿各个方向发散是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只沿着某一特定方向振动的光.从电灯直接发出的光为自然光,A错误;它通过A偏振片后,即变为偏振光,B正确;设通过A的光沿竖直方向振动,P点无光亮,则B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光,将B转过180后,P处仍无光亮,C错误;若将B转过90,则该偏振片将变为能通过沿竖直方向振动的光的偏振片,则偏振光能通过B,即在P处有光亮,D正确.考点互动探究2.(光的衍射现象)让太阳光垂直照射一块大的遮光板,板上有一个可以自由收缩的三角形孔,当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时,在孔后的屏上将先后出现 ()A.由大变小的三角形光斑

19、,直至光斑消失B.由大变小的三角形光斑,明暗相间的彩色条纹,直至条纹消失C.由大变小的三角形光斑,明暗相间的黑白色条纹,直至黑白色条纹消失D.由大变小的三角形光斑,小圆形光斑,明暗相间的彩色条纹,直至条纹消失考点互动探究答案 D考点互动探究3.(干涉与衍射)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考点互动探究答案 C考点互动探究4.(干涉与衍射)如图38-14所示,A、B两幅图是由同一束单色光分别入射到

20、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.图38-14考点互动探究答案衍射小于考点五电磁场和电磁波相对论考点互动探究1.对麦克斯韦电磁场理论的理解考点互动探究2.对电磁波的理解(1)电磁波是横波.电磁波的电场、磁场、传播方向两两垂直,如图38-15所示.图38-15考点互动探究(2)电磁波与机械波的比较电磁波机械波产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点(波源)的振动产生波的特点横波纵波或横波波速在真空中等于光速(很大),c=3108 m/s在空气中不大(如声波波速在空气中一般为340 m

21、/s)是否需要介质 不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(真空中不能传播)考点互动探究1.(对电磁波的理解)(多选)下列说法正确的是()A.根据麦克斯韦的电磁场理论,在变化的电场周围一定产生变化的磁场,在变化的磁场周围一定产生变化的电场B.发射电磁波的两个重要条件是采用高频和开放性LC电路C.机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象D.机械波的传播依赖于介质,而电磁波可以在真空中传播E.电磁波只能在真空中传播,因此当电磁波遇到介质时,会被介质挡住考点互动探究答案 BCD解析 在均匀变化的电场周围产生恒定的磁场,在均匀变化的磁场周围产生恒定的电场,选项A错误;发射电磁波时必须采用高能量且要有尽可

22、能大的空间传播电磁波,选项B正确;干涉和衍射是波的特性,机械波、电磁波都是波,这些特性都具有,选项C正确;机械波是机械振动在介质中传播形成的,所以机械波的传播需要介质,而电磁波是交替变化的电场和磁场由近及远的传播形成的,所以电磁波传播不需要介质,选项D正确;电磁波既可以在真空中传播,也可以在介质中传播,选项E错误.考点互动探究2.(电磁波谱)(多选)关于电磁波谱,下列说法正确的是 ()A.电磁波中最容易表现出明显衍射现象的是无线电波B.紫外线的频率比可见光低,长时间照射可以促进钙的吸收,改善身体健康C.X射线和射线的波长比较短,穿透力比较强D.红外线的显著作用是热作用,温度较低的物体不能辐射红

23、外线E.频率越高的电磁波在真空中传播的速度越快考点互动探究答案 AC考点互动探究3.(多选)2016全国卷 关于电磁波,下列说法正确的是()A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形成电磁波C.电磁波在真空中自由传播时,其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信,但电磁波不能通过电缆、光缆传输E.电磁波可以由电磁振荡产生,若波源的电磁振荡停止,空间的电磁波随即消失考点互动探究答案 ABC考点互动探究4.(多选)在狭义相对论中,下列说法正确的是 ()A.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B.质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的C.惯性系中的观察者,观察一个与他做相对运动的时钟时,会看到这个时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些D.大型粒子加速器能够将带电粒子加速至光速的99.9%,如果继续加速,粒子的速度将超过光速考点互动探究答案ABC考点互动探究5.2016江苏卷