高三物理复习振动与波光学第二章光相对论第2讲光的波动性电磁波相对论省公开课一等奖新名师获奖PP

第2讲光波动性电磁波相对论1/1022/102【知识梳理】知识点1光干涉1.产生干涉条件:两列光_________,_____________,且含有恒定相位差,才能产生稳定干涉图样。频率相同振动方向相同3/1022.杨氏双缝干涉:4/102观察干涉图样,总结明暗条纹出现规律:(1)原理如图所表示。5/102(2)明、暗条纹条件。①单色光:形成明暗相间条纹,中央为_______。a.光旅程差Δr=r2-r1=____(k=0,1,2…),光屏上出现明条纹。b.光旅程差Δr=r2-r1=(2k+1)(k=0,1,2…),光屏上出现_______。明条纹kλ暗条纹6/102②白光:光屏上出现彩色条纹,且中央亮条纹是_____(填写颜色)。(3)条纹间距公式:________。白色7/1023.薄膜干涉:(1)相干光:光照射到透明薄膜上,从_______________反射两列光波。(2)图样特点:同双缝干涉,同一条亮(或暗)纹对应薄膜厚度_____。单色光照射薄膜时形成明暗相间条纹,白光照射薄膜时,形成彩色条纹。薄膜两个表面相等8/102知识点2光衍射1.发生显著衍射条件:只有当障碍物尺寸与光波长_________,甚至比光波长还小时候,衍射现象才会显著。相差不多9/1022.衍射条纹特点:10/102(1)单缝衍射和圆孔衍射图样比较。单缝衍射圆孔衍射单色光中央为亮且宽条纹,两侧为_________条纹,且越靠外,亮条纹亮度_____,宽度_____①中央是大且亮圆形亮斑,周围分布着_________同心圆环,且越靠外,圆形亮条纹亮度_____,宽度_____②亮环或暗环间距离随圆孔半径增大而_____明暗相间越弱越小明暗相间越弱越小减小11/102单缝衍射圆孔衍射白光中央为亮且宽白色条纹,两侧为亮度_________、宽度_________彩色条纹,其中最靠近中央色光是紫光,离中央最远是红光中央是大且亮白色亮斑,周围是不等间距彩色_________逐步变暗逐步变窄同心圆环12/102(2)泊松亮斑(圆盘衍射):当光照射到不透明_________________上时,在圆盘阴影中心出现_____(在阴影外还有不等间距明暗相间圆环)。半径很小小圆盘亮斑13/102知识点3光偏振现象1.偏振:光波只沿_________方向振动。2.自然光:太阳、电灯等普通光源发出光,包含在垂直于传输方向上沿_________振动光,而且沿各个方向振动光波_____都相同,这种光叫作自然光。某一特定一切方向强度14/1023.偏振光:在_____于传输方向平面上,只沿某个特定方向振动光。光偏振证实光是_____。自然光经过偏振片后,就得到了偏振光。垂直横波15/102知识点4电磁波产生电磁波发射、传输1.麦克斯韦电磁场理论与电磁场:如图所表示:改变磁场产生电场,改变电场产生磁场;_______________________总是相互联络成为一个完整整体,这就是电磁场。改变电场和改变磁场16/1022.电磁波:(1)产生:电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传输形成电磁波。①电磁波是_____(选填“纵波”或“横波”),在空间传输不需要_____。②真空中电磁波速度为___________。③公式v=λf对电磁波一样适用。④电磁波能产生反射、_____、干涉和_____等现象。横波介质c=3×108m/s折射衍射17/102(2)发射电磁波条件:①要有足够高_________。②电路必须_____,使振荡电路电场和磁场分散到尽可能大空间。振荡频率开放18/102(3)电磁波接收:①当接收电路固有频率跟接收到电磁波频率_____时,激起振荡电流最强。②从经过调制高频振荡中“检”出调制信号过程叫检波,检波是_____逆过程,也叫_____。相等调制解调19/102知识点5电磁波谱1.定义:按电磁波波长从长到短分布是_________、红外线、_______、紫外线、______和γ射线,形成电磁波谱。无线电波可见光X射线20/1022.电磁波谱中各波特征与应用:频率/Hz真空中波长/m特征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3×1011～101510-7～10-3_______红外线遥感可见光101510-7引发视觉照明、摄影紫外线1015～101610-8～10-7化学效应、_________、能杀菌医用消毒、防伪X射线1016～101910-11～10-8贯通本事强检验、医用透视γ射线>1019<10-11_________最强工业探伤、医用治疗热效应荧光效应贯通本事21/102知识点6狭义相对论基本假设质能关系1.狭义相对论两个基本假设:(1)狭义相对性原理:在不一样惯性参考系中,一切物理规律都是_______。(2)光速不变原理:真空中光速在不一样惯性参考系中都是_______,光速与光源、观察者间相对运动没相关系。相同相同22/1022.相对论质能关系:用m表示物体质量,E表示它含有能量,则爱因斯坦质能方程为:_____。E=mc223/102【易错辨析】(1)只有横波才能产生干涉和衍射现象()(2)太阳光经过三棱镜形成彩色光谱,这是光干涉结果()(3)泊松亮斑支持了光波动说()(4)光学镜头上增透膜是利用光干涉现象()(5)光双缝干涉试验中,若仅将入射光从红光改为紫光,则相邻亮条纹间距一定变小()24/102(6)均匀改变磁场产生均匀改变电场向外传输便形成了电磁波()(7)在真空中传输电磁波,当它频率增加时,它传输速度不变,波长变短()(8)光速不变原理指出光在真空中传输速度在不一样惯性参考系中都是相同()25/102提醒:(1)×。不论横波还是纵波都能够发生衍射现象,只要条件适当也都能够发生干涉现象。(2)×。太阳光经过三棱镜形成彩色光谱,这是光折射色散结果。(3)√。泊松亮斑证实了波动说正确性。26/102(4)√。摄影机镜头上增透膜是光干涉现象。摄影机镜头展现淡紫色,因为可见光有“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种颜色,而膜厚度是唯一,所以只能有一个颜色光完全进入镜头,普通情况下都是让绿光全部进入,这种情况下,你在可见光中看到镜头反光颜色就是蓝紫色,因为反射光中已经没有了绿光。27/102(5)√。在光双缝干涉试验中,若仅将入射光由红光改为紫色光,依据条纹间距公式Δx=λ,波长变短,故干涉条纹间距变窄。(6)×。均匀改变电场产生稳定磁场,稳定磁场不能再产生电场,故不能激发电磁波。28/102(7)√。在真空中传输电磁波,它传输速度不变,由v=可知,当它频率增加时,波长变短。(8)√。依据相对论光速不变原理:真空中光速在不一样惯性参考系中都是相同。29/102考点1光干涉、衍射、偏振【关键要素精讲】1.光干涉、衍射比较:30/102内容干涉衍射现象在光叠加区域出现加强或减弱现象光绕过障碍物偏离直线传输现象产生条件两束光频率相同、相位差恒定障碍物或孔尺寸与波长差不多或更小经典试验杨氏双缝干涉单缝衍射(圆孔衍射、圆盘衍射)31/102内容干涉衍射图样特点不一样点条纹宽度条纹宽度相等条纹宽度不等、中央最宽条纹间距各相邻条纹间距相等各相邻条纹间距不等亮度情况清楚条纹,亮度基本相等中央条纹最亮,两边变暗相同点干涉、衍射都是波特有现象;干涉、衍射都有明暗相间条纹32/1022.自然光与偏振光:自然光(非偏振光)偏振光光起源直接从光源发出光自然光经过起偏器后光光振动方向在垂直于光传输方向平面内,光振动沿任意方向,且沿各个方向振动光强度相同在垂直于光传输方向平面内,光振动沿特定方向33/102【高考命题探究】【典例1】如图所表示,a、b、c、d四个图是不一样单色光形成双缝干涉或单缝衍射图样。分析各图样特点能够得出正确结论是世纪金榜导学号42722306()34/102A.a、b是光干涉图样B.c、d是光干涉图样C.形成a图样光波长比形成b图样光波长短D.形成c图样光波长比形成d图样光波长短35/102【解析】选A。干涉条纹是等距离条纹,所以,a、b图是干涉图样,c、d图是衍射图样,故A项正确、B项错误;由公式Δx=λ可知,条纹宽入射光波长长,所以a图样光波长比b图样光波长长,故C项错误;c图样光波长比d图样光波长长,故D项错误。36/102【强化训练】1.(·滁州模拟)如图所表示,两光屏间放有两个透振方向相互平行偏振片,现让太阳光沿轴线经过光屏M上小孔照射到偏振片P上,再经过偏振片Q,现以光传输方向为轴使偏振片P由图示位置旋转90度,以下说法正确是()37/102A.MN间为偏振光B.PQ间为自然光C.PQ间光线亮度逐步变暗D.光屏N上亮度逐步变暗38/102【解析】选D。MP间为自然光,经过偏振片P后变为偏振光,所以PN间为偏振光,故A错误;MP间为自然光,经过偏振片P后变为偏振光,所以PQ间为偏振光,故B错误;因为自然光沿着各个方向振动光波强度都相同,所以经过偏振片P后,使偏振片P由图示位置旋转90度过程中,PQ间光线亮度不变,故C错误;自然光沿轴线经过39/102光屏M上小孔照射到偏振片P上,再使偏振片P由图示位置旋转90度过程中,当偏振片P与偏振片Q垂直时,光屏上没有亮度,则光屏上光亮度逐步变暗,故D正确。40/1022.劈尖干涉是一个薄膜干涉,其装置如图甲所表示,将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上,在一端夹入两张纸片,从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后,从上往下看到干涉条纹如图乙所表示。现若在图甲装置中再增加一张纸片,则当光垂直入射到新劈形空气薄膜上后,从上往下观察到干涉条纹()41/102A.变疏B.变密C.不变D.消失42/102【解析】选B。从空气膜上下表面分别反射两列光是相干光,其光程差为Δx=2d,即光程差为空气层厚度2倍,当光程差Δx=nλ时表现为亮条纹,故相邻亮条纹之间空气层厚度差为λ,显然增加一张纸片后空气层倾角变大,故相邻亮条纹(或暗条纹)之间距离变小。故干涉条纹变密,故B正确。43/102【加固训练】(·温州模拟)一个半径较大透明玻璃球体,截去其下面一部分,然后将这一部分放在标准水平面上,现让单色光竖直射向截面,如图所表示,从上往下看到是()44/102A.一片黑暗B.只能看到同颜色平行反射光C.环形明暗相间干涉条纹D.平行明暗相间干涉条纹【解析】选C。玻璃球体下表面和水平面反射光是两束相干光,频率相同,发生干涉现象,干涉条纹是明暗相间同心圆,故A、B、D错误,C正确。45/102考点2试验:用双缝干涉测光波长

【关键要素精讲】1.试验装置:46/1022.试验方法:(1)依据公式Δx=λ得λ=Δx。(2)用刻度尺测出双缝到光屏距离l,用测量头调整清晰干涉条纹,测出n个亮纹间距离a,则Δx=。双缝间距d是已知,这么就能够计算出波长λ。47/1023.试验步骤:(1)将光源、单缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安装在光具座上。(2)接好光源,打开开关,使灯丝正常发光。(3)调整各器材高度,使光源灯丝发出一束光,能沿轴线抵达光屏。48/102(4)安装双缝,使双缝与单缝缝平行,二者间距约5～10cm,观察白光干涉条纹。(5)在单缝和双缝间放上滤光片,观察单色光干涉条纹,安装测量头,调整至可清楚观察到干涉条纹。(6)使分划板中心刻线对齐某明(或暗)条纹中央,记下手轮上读数a1,转动手轮使分划板中心刻线移动,记下干涉条纹条数n和移动后手轮读数a2,a1与a2差即为n条亮纹间距。49/102(7)用刻度尺测量双缝到光屏距离l(d是已知)。(8)重复测量、计算,求平均值作为波长测量结果。(9)换用不一样滤光片,重复试验。50/1024.注意事项:(1)试验时应调整光源、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发干涉条纹亮度小,不清楚,不便于观察和测量。(2)分划板上刻线应与干涉条纹亮(暗)线平行,不然会增大测量误差。51/102(3)双缝、测量头安装到遮光筒上时要装到底,使各部件定位面紧密吻合,不然会影响测量结果。(4)双缝干涉演示仪测量头有两种,一个相当于螺旋测微器,一个相当于游标卡尺,详细应用时要加以区分。(5)测量双缝至屏距离l,要屡次测量取平均值,同时要固定好双缝及屏,切勿松动。52/102【高考命题探究】【典例2】(·全国卷Ⅰ)在双缝干涉试验中,分别用红色和绿色激光照射同一双缝,在双缝后屏幕上,红光干涉条纹间距Δx1与绿光干涉条纹间距Δx2相比,Δx1______(选填“>”“<”或“=”)Δx2。若53/102试验中红光波长为630nm,双缝与屏幕距离为1.00m,测得第一条到第6条亮条纹中心间距离为10.5mm,则双缝之间距离为________mm。世纪金榜导学号4272230754/102【解析】依据Δx=λ,因为红光波长比绿光长,所以红光干涉条纹间距Δx1比绿光干涉条纹间距Δx2大;由题意得相邻亮条纹间距为Δx==2.1×10-3m,再由Δx=λ能够解得d=0.300mm。答案:>0.30055/102【强化训练】1.(·怀化模拟)双缝干涉试验装置如图所表示,双缝间距离为d,双缝到屏距离为l,用红色激光照射双缝,调整试验装置使得屏上能够见到清楚干涉条纹,关于干涉条纹,以下说法正确是()56/102A.若只将屏向右移动一小段距离,屏上条纹会变得含糊不清B.若只将屏向右移动一小段距离,屏上相邻两亮纹间距离变小C.若只将双缝间距离减小,屏上相邻两亮纹间距离变小D.若只将红色激光变为绿色激光,屏上相邻两亮纹间距离变小57/102【解析】选D。在波干涉中,干涉条纹间距Δx=,由公式可得,条纹间距与波长、缝屏之间距离成正比,与双缝间距离d成反比,若只将屏向右移动一小段距离,则干涉条纹间距变大,不会变得含糊不清,故A、B错误;若只将双缝间距离减小,则可得条纹间距变大,故C错误;若只将红色激光变为绿色激光,则波长变小,所以屏上相邻两亮纹间距离变小,故D正确。58/1022.现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光滤光片E等光学元件,要把它们放在如图所表示光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光波长。59/102(1)将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其它光学元件,由左至右,表示各光学元件字母排列次序应为C、__________、__________、__________、A。60/102(2)本试验步骤有:①取下遮光筒左侧元件,调整光源高度,使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮;②按合理次序在光具座上放置各光学元件,并使各元件中心位于遮光筒轴线上;61/102③用米尺测量双缝到屏距离;④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间距离。在操作步骤②时还应注意

62/102(3)将测量头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,此时手轮上示数如图甲所表示。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,记下此时图乙中手轮上示数______mm,求得相邻亮纹间距Δx为________mm。63/102(4)已知双缝间距d为2.0×10-4m,测得双缝到屏距离l为0.700m,由计算式λ=____________,求得所测红光波长为____________nm。64/102【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,双缝屏是取得相干光源,最终成像在毛玻璃屏上,所以排列次序为C、E、D、B、A(次序不能交换)。(2)在操作步骤②时应注意事项有:放置单缝、双缝时,单缝、双缝间距离为5～10cm;使单缝与双缝相互平行。65/102(3)螺旋测微器读数应该先读整数刻度,然后看半刻度是否露出,最终看可动刻度,图乙读数为13.870mm,图甲读数为2.320mm,所以相邻条纹间距Δx==2.310mm。(4)由条纹间距离公式Δx=得:λ=,代入数值得:λ=6.6×10-7m=6.6×102nm。66/102答案:(1)EDB(2)单缝与双缝必须平行,其间距为5～10cm,确保光源、滤光片、单缝、双缝和光屏中心在同一轴线上(3)13.8702.310(4)6.6×10267/102【加固训练】(1)(多项选择)如图所表示是用双缝干涉测光波波长试验示意图,图中①是光源、②是滤光片、③是单缝、④是双缝、⑤是光屏。以下操作能增大光屏上相邻两亮条纹之间距离是()68/102A.增大③和④之间距离B.增大④和⑤之间距离C.将绿色滤光片改成红色滤光片D.增大双缝之间距离69/102(2)假如将灯泡换成激光光源,该试验照样能够完成,这时能够去掉部件是______(填数字代号)。70/102(3)转动测量头手轮,使分划板中心刻线对准第1条亮条纹,读出手轮读数如图甲所表示。继续转动手轮,使分划板中心刻线对准第10条亮条纹,读出手轮读数如图乙所表示,则相邻两亮条纹间距是________mm(结果保留三位有效数字)。71/102(4)在(3)前提下,假如已经量得双缝间距是0.30mm,双缝和光屏之间距离是900mm,则待测光波长是____________m。(结果保留三位有效数字)72/102【解析】(1)由Δx=λ知相邻两亮条纹之间距离与单缝和双缝之间距离无关,A错误;增大④和⑤之间距离即是增大l,Δx增大,B正确;红光波长大于绿光波长,C正确;增大双缝之间距离,Δx减小,D错误。(2)因为激光是相干光源,故能够去掉部件是②、③。73/102(3)甲图读数是0.045mm,乙图读数是14.535mm,它们差值是14.490mm,所以相邻两亮条纹间距是Δx=mm=1.610mm。(4)待测光波长λ=≈5.37×10-7m答案:(1)B、C(2)②③(3)1.610(4)5.37×10-774/102考点3电磁波和电磁波谱

【关键要素精讲】1.电磁波产生:(1)麦克斯韦电磁场理论。改变磁场产生电场,改变电场产生磁场。(2)电磁场。改变电场和改变磁场总是相互联络成为一个完整整体,这就是电磁场。75/102(3)电磁波。电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传输形成电磁波。①电磁波是横波,在空间传输不需要介质;②真空中电磁波速度为3.0×108m/s;③v=λf对电磁波一样适用;④电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。76/1022.电磁波发射和接收:(1)发射电磁波条件。①要有足够高振荡频率;②电路必须开放,使振荡电路电场和磁场分散到尽可能大空间。(2)调制有调幅和调频两种方式,解调是调制逆过程。77/102(3)电磁波谱。①定义:按电磁波波长从长到短分布是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线,形成电磁波谱;递变规律:直线传输能力增强,衍射能力减弱。78/102电磁波谱特征应用红外线热效应红外线遥感紫外线化学效应、荧光效应、能杀菌医用消毒、防伪X射线贯通性强检验、医用透视γ射线贯通本事最强工业探伤、医用治疗②电磁波谱特征、应用。79/102【高考命题探究】【典例3】(多项选择)(·全国卷Ⅱ)关于电磁波,以下说法正确是世纪金榜导学号42722308()A.电磁波在真空中传输速度与电磁波频率无关B.周期性改变电场和磁场能够相互激发,形成电磁波C.电磁波在真空中自由传输时,其传输方向与电场强度、磁感应强度均垂直80/102D.利用电磁波传递信号能够实现无线通信,但电磁波不能经过电缆、光缆传输E.电磁波能够由电磁振荡产生,若波源电磁振荡停顿,空间电磁波随即消失81/102【解析】选A、B、C。电磁波在真空中传输速度不变,与波长、频率无关,选项A正确;电磁波形成是改变电场和改变磁场相互激发得到,选项B正确;电磁波传输方向与电场方向和磁场方向垂直,选项C正确;光是一个电磁波,光可在光导纤维中传输,选项D错误;电磁振荡停顿后,电磁波仍会在介质或真空中继续传输,选项E错误。82/102【强化训练】1.关于麦克斯韦电磁场理论,以下说法正确是()A.稳定电场产生稳定磁场B.均匀改变电场产生均匀改变磁场,均匀改变磁场产生均匀改变电场C.改变电场产生磁场一定是改变D.振荡电场在周围空间产生磁场也是振荡83/102【解析】选D。麦克斯韦电磁场理论关键点是改变磁场(电场)要在周围空间产生电场(磁场),若磁场(电场)改变是均匀,产生电场(磁场)是稳定,若磁场(电场)改变是振荡,产生电场(磁场)也是振荡,由此可判定正确答案为D项。84/1022.(·朔州模拟)关于生活中碰到各种波,以下说法正确是()A.电磁波能够传递信息,声波不能传递信息B.手机在通话时包括波现有电磁波又有声波C.太阳光中可见光和医院“B超”中超声波传输速度相同D.遥控器发出红外线波长和医院“CT”中X射线波长相同85/102【解析】选B。电磁波和声波都能传递信息,比如人们之间语言交流,选项A错误;太阳光中可见光属于电磁波,而“B超”中超声波属于机械波,它们传输速度不一样,选项C错误;遥控器发出红外线波长比X射线波长大得多,选项D错误。故选B。86/102【加固训练】(多项选择)为了测量储罐中不导电液体高度,将与储罐外壳绝缘两块平行金属板组成电容器C置于储罐中,电容器可经过开关S与线圈L或电源相连,如图所表示。当开关从a拨到b时,由L与C组成回路中产生周期T=2π振荡电流。当罐中液面上升时()87/102A.电容器电容减小B.电容器电容增大C.LC回路振荡频率减小D.LC回路振荡频率增大88/102【解析】选B、C。液面上升时,两板间电介质变多,依据电容决定式C=知,电容器电容C增大,选项B正确、A错误;依据振荡电流周期T=2π可知,周期变大,由f=可知,频率变小,选项C正确、D错误。89/102考点4狭义相对论简单应用

【关键要素精讲】狭义相对论:(1)狭义相对论两个基本假设。①狭义相对性原理:在不一样惯性参考系中,一切物理规律都是相同。90/102