核动力2016届高三物理一轮复习第十二章与相对论4单元光波动性

第4单元光的波动性[填一填]光的干涉：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

区域和

区域互相间隔的现象叫做光的干涉现象．干涉的条件：两列

相同、

情况完全相同的光相遇．3．典型的干涉实验

(1)双缝干涉①产生明暗条纹的条件：双缝处光振动情况完全相同，光屏上某点与两个狭缝的路程差是光波

的整数倍处出现

，

与两个狭缝的路程差是半波长的

倍处出现暗条纹．②条纹的特点：相邻明条纹(或暗条纹)的间距

，且

Δx＝

，其中

λ为波长，d为双缝间距，l为缝到屏的距离，实验装置不变的条件下，

干涉条纹的间距最大，紫光的干涉条纹的间距最小；若换用白光，在屏上得到

条纹，且中央为白色．(2)薄膜干涉及其图样特点①薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂膜)

两表面的反射光波相遇而形成的干涉．②图样特点：同一条亮(或暗)条纹对应薄膜厚度

，单色光在肥皂膜上(上薄下厚)形成水平状的

的条纹，白光入射时形成彩色条纹．光的衍射：光绕过

偏离

传播的现象．光发生明显衍射的条件：只有当障碍物的

可以与光的波长相比，甚至比光的波长还

的时候，衍射现象才会明显．衍射条纹的特点：单色光的衍射图样为中间

且亮的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央

且

；白光的衍射图样为中间

且亮的

，两侧是渐窄且暗的彩色条纹．泊松亮斑：当光照到不透明的小圆板上，在圆板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)．大量光子表现出光的

性；少数光子的行为表现出光的

．麦克斯韦电磁场理论变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．电磁场变化的电场在周围空间产生磁场，变化的磁场在周围空间产生电场，变化的电场和磁场成为一个完整的整体，这就是电磁场．3．电磁波电磁场(电磁能量)由近及远地传播形成电磁波．电磁波是

波，在空间传播

介质．真空中电磁波的速度为

m/s.1．无线电波的发射(1)要向外发射无线电波，振荡电路必须具有如下特点：第一，要有

的频率；第二，采用

电路．(2)利用无线电波传递信号，要求发射的无线电波随信号而改变，使无线电波随各种信号而改变叫

．

常用的调制方法有

和

两种．2．无线电波的接收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

现象．使接收电路产生电谐振的过程叫做

．从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫做

．它是

的逆过程，也叫

．简单收音机通常包括调谐、高频放大、检波、低频放大四个主要部分．1．定义：按电磁波的波长从长到短分布是无线电波、

、可见光、

、

和γ射线，形成电磁波谱．2．特点无线电波：波长大于1mm(频率小于300GHz)的电磁波是无线电波，主要用于通信和广播．红外线：红外线是一种光波，波长比无线电波短，比可见光长，所有物体都会辐射红外线．红外线有以下主要作用：①红外线遥感：勘测地热、寻找水源、人体检查；②红外线遥控：家用电器配套的遥控器发出红外线脉冲信号，受控机器就会按照指令改变工作状态；③加热物体：红外线很容易使物体的温度升高，如市场上的“远红外烤箱”．可见光：波长在400nm到700nm之间，太阳光辐射的能量大部分集中在可见光及附近区域．紫外线：紫外线也不是可见光，其波长比紫光还短，一切高温物体发出的光中都含有紫外线，它的显著特征是化学作用．紫外线具有较高的能量，可以灭菌消毒，太阳光里有许多紫外线，人体接受适量的紫外线照射，能促进钙的吸收．X射线：X射线能够穿透物质，在医学上，可用于人体透视，在工业上，可用于检查金属零件内部的缺陷．γ射线具有很高的能量，能够破坏生命物质，在医学上可以摧毁病变细胞治疗癌症．γ射线的穿透能力很强，可用于金属探伤．1．经典相对性原理牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫

，相对于这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．伽利略相对性原理力学规律在任何惯性系中都是

的．2．狭义相对论的两个基本假设狭义相对性原理物理规律(力学、电磁学、光学等)对于所有惯性系都具有

的形式．光速不变原理在任何的惯性系中，光在真空中的速度恒为c，与光源的运动和观测者的运动无关．3．相对论的质速关系(1)物体的质量随物体速度的增加而

，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：

.(2)物体运动时的质量m总要大于静止时的质量m0.4．相对论的质能关系用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦的质能方程为：

.[练一练]要接收到载有信号的电磁波，并通过耳机播放，在接受过程中必须经过下列过程中的()调幅

B．调频C．调谐D．检波【解析】要接收到载有信号的电磁波，必须使接收电路产生电谐振，即调谐，而要使接收到的信号通过耳机播放，还需要检波过程，故C、D正确．【答案】

CD2．下列说法正确的是(

)

A．用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象

B．在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象C．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象D．电视机遥控器是利用发出紫外线脉冲信号来变换频道的【解析】用三棱镜观察太阳光谱是利用光的色散现象，故A错．在光导纤维束内传送图像是利用光由光密介质射入光疏介质时发生全反射现象，故B正确．检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，故C错．电视机遥控器利用的是红外线波长较长具有较强的衍射特性，故D错．【答案】

B3．(2013·上海卷，1)电磁波与机械波具有的共同性质是

()A．都是横波B．都能传输能量

C．都能在真空中传播D．都具有恒定的波速【解析】电磁波是横波，而机械波可能是横波，也可能是纵波，A项错误；所有波都能传递能量，B项正确；机械波不能在真空中传播，C项错误；在不同的介质中，波的速度要发生变化，D项错误．【答案】

B属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中(

)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】

狭义相对论的两个基本假设分别为：爱因斯坦相对性原理和光速不变原理，因此选项A正确．【答案】

A考点一

光的干涉与衍射[考点梳理]1．衍射与干涉的比较2.两种现象比较项目单缝衍射双缝干涉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中央条纹最亮，两边变暗清晰条纹，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹2.干涉与衍射的本质光的干涉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涉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．[典例应用]如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1、S2距离之差为2.1×10－6

m，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1.5的介质中波长为4×10－7m；已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7

m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°；若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象．【课堂笔记】

(1)设

A

光在空气中波长为

λ1，在介质中波长为

λ2，c

λ1－7

－7由

n＝v＝λ2，得

λ1＝nλ2＝1.5×4×10

m＝6×10

m，根据路程差

Δr—61Δrλ1＝2.1×10

m，所以

N

＝

＝2.1×10－66×10－71＝3.5，由此可知，从

S

和

S2到P

点的路程差是波长λ1

的3.5

倍，所以P

点为暗条纹．【答案】(1)暗条纹(2)亮条纹(3)见解析11

5sin

37°＝3，(2)根据临界角与折射率的关系

sin

C＝n得

n＝由此可知，B

光在空气中波长

λ3

为：35－7

－7λ

＝nλ

介＝3×3.15×10

m＝5.25×10

mΔr2.1×10－6路程差

Δr

和波长

λ3

的

关系为：N2＝

λ3

＝5.25×10－7＝4.可见，用B

光做光源，P

点为亮条纹．(3)若让A

光和B

光分别照射S1和S2，这时既不能发生干涉，也不发生衍射，此时在光屏上只能观察到亮光．(2014·全国大纲卷，17)在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589nm的光，在距双缝1.00m的屏上形成干涉图样．图样上相邻两明纹中心间距为0.350cm，则双缝的间距为()A．2.06×10－7

m B．2.06×10－4

mC．1.68×10－4

m D．1.68×10－3

m【答案】

Cd【

解析】

由

Δx

＝

l

λΔx可得双缝间距

d

＝

l

·λ＝1.00×589×10－90.350×10－2m＝1.68×10－4

m，选项C

正确．考点二

对电磁场理论的认识[考点梳理]1．麦克斯韦电磁理论：(1)恒定的磁场周围没有电场产生，同理，恒定的电场周围也没有磁场产生．(2)变化的磁场产生电场．

(3)变化的电场产生磁场．(4)周期性变化的电场和周期性变化的磁场相互联系，形成一个不可分离的统一的场，就是电磁场．2．电磁波的传播及波长、频率、波速(1)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)．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．v＝λf，f

是电磁波的频率，即为发射电磁波的LC

振荡电12π

LC，改变L

或C

即可改变f，从而改变电磁波路的频率f＝的波长λ.3．电磁波谱的分析应用[典例应用](2014·四川理综，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【课堂笔记】衍射现象是波特有的现象，故电磁波能发生衍射现象，A错误．遥控器是通过发出的红外线脉冲信号遥控电视机的，B错误．根据多普勒效应，当天体相对地球运动时，我们接收到来自天体的电磁波频率发生变化，根据其变化可判断遥远天体相对地球的运动速度，C正确．光在真空中的速度是定值，在任何惯性系中测出的数值应相同，D错误．【答案】C(2013·浙江卷，14)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】声波能传递信息，A项错误；手机通话过程中，手机之间通过电磁波传递信息，人和手机之间通过声波传递信息，B项正确；太阳光中的可见光传播速度为光速，可认为是3×108m/s，而超声波的传播速度等于声音在空气中(15℃下)的传播速度，即为340m/s，C项错误；红外线的频率小于X射线的频率，故红外线的波长大于X射线的波长，D项错误．【答案】B考点三

对狭义相对论的理解[考点梳理]

1．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．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．狭义相对论认为物体的质量m

与物体的速度v

有关，m01－

v

2(c)其关系式为

m＝

.[典例应用](2015·湖北武汉部分学校调研)一枚静止时长30m的火箭以0.6c的速度从观察者的身边掠过，火箭上的人测得火箭的长度为

m，观察者测得火箭的长度为

m.【答案】

30

24【课堂笔记】

根据相对论原理，火箭上的人测得火箭的长度不变，仍为

30

m．观察者测得火箭的长度为

l＝0l

1－

v

2＝30(c)

1－0.62

m＝24

m.(2013·江苏卷，12B(2))如图所示，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

．【解析】根据爱因斯坦的相对论可知，相对静止时测得的距离大于相对运动时测得的距离；根据光速不变原理，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，所以A测得该信号的速度仍为c.【答案】

大于

c(或光速)考点四

用双缝干涉测波长[考点梳理]1．思路方法在观察光的干涉现象的实验中，将两片刀片合在一起，在涂有墨汁的玻璃片上划出不同间隙的双缝；按图所示的方法，让激光束通过自制的双缝．保持缝到光屏的距离不变，换用不同间隙的双缝，双缝的间隙越小，屏上明暗相间的条纹间距越大；保持双缝的间隙不变，光屏到缝的距离越大，屏上明暗相间的条纹间距越大；在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离都不变的条件下，用不同颜色的光做实验，发现用蓝色光做实验在屏上明暗相间的条纹间距比用红色光做实验时小．2．知识储备3．测量头的构造及使用如图甲所示，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，如图乙所示，记下此时手轮上的读数．[典例应用](2015·银川一中高三模拟)(1)如图1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①光源、②

、③

、④

、⑤遮光筒、⑥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．图1(2)如果将灯泡换成激光光源，该实验照样可以完成，这时可以去掉的部件是

(填数字代号)．转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮条纹，读下手轮的读数如图2甲所示．继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮条纹，读下手轮的读数如图2乙所示．则相邻两亮条纹的间距是mm.如果已经量得双缝的间距是0.30mm、双缝和光屏之间的距离是900

mm，则待测光的波长是

m．(取三位有效数字)图2【答案】

(1)滤光片 单缝间的距离(或选用较长的遮光筒)双缝 增加双缝到光屏减小双缝之间的距离(2)②③

(3)1.610

(4)5.37×10－7【课堂笔记】(1)由实验原理可知②③④分别是滤光片、单缝、双缝．l由Δx＝

λ可知，要增加相邻亮纹(暗纹)间的距离，可采取的办法有：d①增大双缝到光屏间的距离(或选用较长的遮光筒)；②减小双缝之间的距离．

(2)由于激光是相干光源，故可以去掉的部件是②、③.(3)甲图读数是0.045

mm，乙图读数是14.535

mm，它们的差值是14.490

mm，中间跨越了10－1＝9个条纹间距，所以相邻两亮条纹间是Δx＝14.4909mm＝1.610

mm.(4)光的波长λ＝lΔx·d＝5.37×10－7

m.(2012·福建卷)在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如下图所示)：(1)下列说法哪一个是错误的

．(填选项前的字母)调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐求出相邻两条亮纹间距Δx＝C．为了减少测量误差，可用测微目镜测出n

条亮纹间的距离a，a(n－1)(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图所示，其示数为

mm.【解析】

(1)调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，无需放上单缝和双缝，选项A错误．(2)主尺的示数为1.5 mm，可动尺的示数为4

7.0×0.01mm＝0.470

mm，总的示数为(1.5＋0.470)

mm＝1.970

mm.【答案】

(1)A

(2)1.970[模拟题组]1．(2015·天津质检)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】

电磁波可以在真空中传播，能发生干涉、衍射、偏振等现象，并且它可以传递信息，可知只有B项正确．【答案】

B2．(2015·上海浦东高三模拟)在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的明暗相间的图样，下图的四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是()A．a、c【答案】

DB．b、cC．a、dD．b、d[高考题组]3.(2014·江苏单科，12B(1))某同学用单色光进行双缝干涉实验