（江苏专用）2023届高三物理一轮复习选考部分第12章振动波动光电磁波与相对论第4节光的波动性电磁波相对论教师用书

PAGEPAGE1第4节光的波动性电磁波相对论知识点1光的干预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．双缝干预(1)条纹间距公式：Δx＝eq\f(L,d)λ，其中λ为波长，d为双缝间距，l为双缝到屏的距离．(2)薄膜干预：利用薄膜(如肥皂膜)前后两外表的反射光波相遇而形成的干预．知识点2光的衍射1．光发生明显衍射的条件当障碍物的尺寸跟光的波长相比相差不多，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．知识点3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．知识点4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，c＝3×108(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、干预等现象．2．相对论的简单知识(1)狭义相对论的根本假设：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．(2)时间和空间的相对性：①时间间隔的相对性Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)).②长度的相对性l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2).(3)相对论速度变换公式：u＝eq\f(u′＋v,1＋\f(u′v,c2)).(4)相对论质量：m＝eq\f(m0,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)).(5)质能方程：E＝mc2.[核心精讲]1．杨氏双缝干预(1)原理(如图12­4­1所示)图12­4­1(2)明、暗条纹的条件：①单色光a．光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现明条纹．b．光的路程差r2－r1＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2…)，光屏上出现暗条纹．②白光：光屏上出现彩色条纹．(3)条纹间距公式：Δx＝eq\f(l,d)λ.2．薄膜干预(1)薄膜特点：如图12­4­2所示，由于重力作用，薄膜上薄下厚．图12­4­2(2)相干光线：薄膜前外表AA′和后外表BB′的反射光线叠加．(3)亮纹条件：在P1、P2处，薄膜厚度的2倍为前后外表反射光的光程差，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．3．单缝衍射与双缝干预的比拟单缝衍射双缝干预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，亮度根本相等相同点干预、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干预、衍射都有明暗相间的条纹4.自然光和偏振光的比拟自然光(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[题组通关]1．如图12­4­3所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干预或单缝衍射图样．分析各图样的特点可以得出的正确结论是()图12­4­3A．a、b是光的干预图样B．c、d是光的干预图样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A干预条纹是等距离的条纹，因此，a、b图是干预图样，c、d图是衍射图样，故A项正确、B项错误；由公式Δx＝eq\f(L,d)λ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．2．(多项选择)如图12­4­4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，那么()【导学号：96622212】图12­4­4A．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BD自然光沿各个方向是均匀分布的，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，那么A错；它通过A偏振片后，即变为偏振光，那么B对；设通过A的光沿竖直方向振动，P点无光亮，那么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；假设将B转过90°，那么该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，那么偏振光能通过B，即在P处有光亮，D对．3．(多项选择)把一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12­4­5所示．这时可以看到明暗相间的条纹．下面关于条纹的说法中正确的选项是()图12­4­5A．干预条纹是光在空气尖劈膜的前后两外表反射形成的两列光波叠加的结果B．干预条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果C．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动D．观察薄膜干预条纹时，应在入射光的另一侧AC根据薄膜干预的产生原理，上述现象是由空气膜前后外表反射的两列光叠加而成，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以A项对、B项错；因相干光是反射光，故观察薄膜干预时，应在入射光的同一侧，故D项错误；条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故C项正确．[名师微博]分析光的干预、衍射及偏振的几点注意1．白光发生光的干预、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同．2．区分干预和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分．3．干预与衍射的本质：光的干预条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干预条纹的形成具有相似的原理．在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹．4．不能认为偏振片就是刻有狭缝的薄片，偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特征，即存在一个偏振方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了．[核心精讲]1．对麦克斯韦电磁场理论的理解2．对电磁波的理解(1)电磁波是横波．电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直．(2)电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度只与介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关．3．电磁波谱分析及应用电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特性应用递变规律无线电波<3×1011>10－3波动性强，易发生衍射无线电技术红外线1011～101510－3～10－7热效应红外遥感可见光101510－7引起视觉照明、摄影紫外线1015～101710－7～10－9化学效应、荧光效应、灭菌消毒医用消毒、防伪X射线1016～101910－8～10－11贯穿本领强检查、医用透视γ射线>1019<10－11贯穿本领最强工业探伤、医用治疗[题组通关]4．(多项选择)关于电磁波谱，以下说法正确的选项是()【导学号：96622213】A．电磁波中最容易表现出干预、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γ射线的波长比拟短，穿透力比拟强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外线AC无线电波的波长长，易发生衍射现象，A正确；紫外线的频率比可见光高，B错；任何物体都能辐射红外线，D错．5．(2022·四川高考)电磁波已广泛运用于很多领域．以下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C干预、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．6．(多项选择)(2022·全国甲卷)关于电磁波，以下说法正确的选项是()【导学号：96622214】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祖互激发，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，假设波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失ABC电磁波在真空中的传播速度等于光速，与电磁波的频率无关，选项A正确；周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，选项B正确；电磁波传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直，选项C正确；电磁波可以通过光缆传输，选项D错误；电磁波波源的电磁振荡停止，波源不再产生新的电磁波，但空间中已产生的电磁波仍可继续传播，选项E错误．[名师微博]对电磁波的三点说明1．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，易发生干预、衍射现象；波长较短的紫外线、X射线、γ射线等，穿透能力较强．2．电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X射线、X射线和γ射线都有重叠.3．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；γ射线是原子核受到激发后产生的．[核心精讲]1．对“同时〞的相对性的理解(1)经典的时空观：在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察也是同时的．(2)相对论的时空观：“同时〞具有相对性，即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察就不一定是同时发生的．2．对“长度的相对性〞的理解狭义相对论中的长度公式：l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2).式中l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而l可认为杆沿杆的长度方向以速度v运动时，静止的观察者测量的长度，还可以认为是杆不动，而观察者沿杆的长度方向以速度v运动时测出的杆的长度．3．对“时间间隔的相对性〞的理解时间间隔的相对性公式：Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)).式中Δτ是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间隔，而Δt那么是相对于事件发生地以速度v运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔．也就是说：在相对运动的参考系中观测，事件变化过程的时间间隔变大了，这叫作狭义相对论中的时间膨胀．(动钟变慢)[题组通关]7．属于狭义相对论根本假设的是：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A狭义相对论两个根本假设：相对性原理、光速不变原理．光速不变原理：真空中的光速是对任何惯性参考系都适用的普通常量，A正确．8．如图12­4­6所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是()图12­4­6A．同时被照亮 B．A先被照亮C．C先被照亮 D．无法判断C火车上的观察者以火车为参考系，那么灯塔A、B、C均沿向CA方向运动．B发出的光向A、C传播的过程中，A是远离光线运动的，C是向着光线运动的，所以在火车上的观察者看来，光线先传播到C，即C先被照亮，C正确．9．假设有一列很长的火车沿平直轨道飞快匀速前进，车厢中央有一个光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前后壁，根据狭义相对论原理，以下说