2月07日高三物理2步步高14 4

1、1 第第 4 讲讲 光的波动性光的波动性 电磁波和相对论电磁波和相对论 一、光的干涉、衍射和偏振 1.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， 出现亮条纹， 某些区域相互减弱， 出现暗条纹， 且加强区域和减弱区域相互间隔的现象. (2)条件：两束光的频率相同、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，中央为白色 亮条纹，其余为彩色条纹. 2.光的衍射 发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的 波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射 现象才会明显. 3.光的偏振 (1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切

2、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. (2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿 着某个特定的方向振动的光. (3)偏振光的形成 让自然光通过偏振片形成偏振光. 让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反 射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光. (4)光的偏振现象说明光是一种横波. 自测 1 (多选)下列属于光的干涉现象的是( ) 二、电磁波和相对论 1.电磁场、电磁波、电磁波谱 (1)麦克斯韦电磁场理论 变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场 能够在周围空间产生磁场. (2)电磁波 电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波. 电磁波的传播不需要介质，可在

3、真空中传播，在 真空中不同频率的电磁波传播速度相同(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. vf，f 是电磁波的频率. (3)电磁波的发射 发射条件：开放电路和高频振荡信号，所以要对 传输信号进行调制(调幅或调频). 调制方式 a.调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变. b.调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变. (4)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 率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现 象. 使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调 谐的接收电路叫做调谐电路. 从经过调制的高频振荡中“检”出调

4、制信号的过 程，叫做检波.检波是调制的逆过程，也叫做解调. (5)电磁波谱：按照电磁波的频率或波长的大小顺序 把它们排列成谱叫做电磁波谱. 按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红 外线、可见光、紫外线、X 射线、 射线. 2.相对论 (1)狭义相对论的两个基本假设 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. 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，光速和光源、观测者间的相对运 动没有关系. (2)质速关系 物体的质量随物体速度的增加而增大，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： m m0 1(v c) 2 .

5、物体运动时的质量总要大于静止时的质量 m0. (3)质能关系 用 m 表示物体的质量，E 表示它具有的能量，则爱 因斯坦质能方程为：Emc2. 自测 2 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 自测 3 关于狭义相对论的说法， 不正确的是( ) A.狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物 理规律都是相同的 B.狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空 中的速度都等于 c

6、，与光源的运动无关 C.狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系 D.狭义相对论在任何情况下都适用 2 命题点一 光的干涉现象 1.双缝干涉 (1)条纹间距公式：xl d，对同一双缝干涉装置， 光的波长越长，干涉条纹的间距越大. 图 1 (2)明暗条纹的判断方法： 如图 1 所示，光源 S1、S2发出的光到屏上 P点的 路程差为 rr2r1. 当 rk(k0,1,2)时， 光屏上 P处出现明条纹. 当 r(2k1) 2(k0,1,2)时，光屏上 P处出现 暗条纹. 2.薄膜干涉 (1)形成原因：如图 2 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，在膜的前表面 A

7、A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 2 (2)明暗条纹的判断方法： 两个表面反射回来的两列光波的路程差 r，等于薄 膜厚度的 2 倍. 在 P1、P2处，rn(n1,2,3)，薄膜上出现明条 纹. 在 Q 处，r(2n1) 2(n0,1,2,3)，薄膜上出现 暗条纹. 类型 1 光的双缝干涉 例 1 如图 3 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？ 图 3 (1)已知 A 光在折射率为

8、 n1.5 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 370.8)； (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. 变式 1 关于杨氏双缝干涉实验，下列说法正确的 是( ) A.单缝的作用是获得频率相同的两相干光源 B.双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源 C.光屏上距两缝的路程差等于半个波长的整数倍处 出现暗条纹 D.照射到单缝的单色光的频率越高，光屏上出现的 条纹越宽 类型 2 光的薄膜干涉 例 2 劈尖干涉是一种薄膜干涉，

9、其装置如图 4 甲 所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，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，从上往下看到的 干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点： 图 4 (1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚 度相等； (2)任意相邻亮条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒 定. 现若在图甲的装置中抽去一张纸片，则当光垂直入 射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉 条纹( ) 变式 2 一个半径较大的透明玻璃球体，截取其下 面的一部分， 然后将这一部分放到标准的水平面上， 现让单色光竖直射向截面，如图 5 所示，在反射光 中看到的是( ) 图

10、5 A.平行的明暗相间的直干涉条纹 B.环形的明暗相间的干涉条纹 C.只能看到同颜色的平行反射光 D.一片黑暗 命题点二 光的衍射和偏振现象 1.对光的衍射的理解 (1)波长越长， 衍射现象越明显.在任何情况下都可以 3 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 看做是沿直线传播的. 2.单缝衍射与双缝干涉的比较 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 情况 中央条纹最亮， 两边变暗 条纹清晰，亮度基

11、 本相同 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 3.光的干涉和衍射的本质 光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干 涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为 是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上 叠加形成的. 4.光的偏振 (1)自然光与偏振光的比较 类别 自然光(非偏振光) 偏振光 光的 来源 从普通光源发出的光 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 (2)偏振光的应用：加偏振滤光片的

12、照相机镜头、液 晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等. 例 3 如图 6 所示的 4 种明暗相间的条纹分别是红 光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉 图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍 射图样(黑色部分表示亮条纹).在下面的 4 幅图中从 左往右排列，亮条纹的颜色依次是( ) 图 6 A.红黄蓝紫 B.红紫蓝黄 C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫 例 4 奶粉中碳水化合物(糖)的含量是一个重要指 标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而 鉴定含糖量.偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会 相对于传播方向向左或向右旋转一个角度 ，这一 角度 称为“旋光度”， 的值只与糖溶液的浓度 有关，

13、将 的测量值与标准值相比较，就能确定被 测样品的含糖量了.如图 7 所示，S 是自然光源，A、 B 是偏振片，转动 B，使到达 O 处的光最强，然后 将被测样品 P 置于 A、B 之间. 图 7 (1)偏振片 A 的作用是 _ _. (2)偏振现象证明了光是一种_. (3)以下说法中正确的是_. A.到达 O 处光的强度会明显减弱 B.到达 O 处光的强度不会明显减弱 C.将偏振片 B 转动一个角度，使得 O 处光强度最 强，偏振片 B 转过的角度等于 D.将偏振片 A 转动一个角度，使得 O 处光强度最 强，偏振片 A 转过的角度等于 变式 3 让太阳光垂直照射一块遮光板，板上有一 个可以自

14、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，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， 明暗相间的条纹， 直至黑 白色条纹消失 D.由大变小的三角形光斑、圆形光斑、明暗相间的 彩色条纹，直至条纹消失 命题点三 电磁波与相对论 1.对麦克斯韦电磁场理论的理解 4 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，如图 8 所示. 图 8 (2)电磁波与机械波的比较 名称 项目 电磁波 机械波 产生 由周期性变化的电 场、磁场产生

15、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 c3108 m/s 在空气中不大(如声 波波速在空气中一般 为 340 m/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) 能量 传播 电磁能 机械能 类型 1 对电磁波的理解 例 5 (多选)(2016全国卷34(1)改编)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

16、信，但电磁 波不能通过电缆、光缆传输 变式 4 如图 9 所示，我国成功研发的反隐身先进 米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达 研究又创新的里程碑，米波雷达发射无线电波的波 长在 110 m 范围内，则对该无线电波的判断正确 的是( ) 图 9 A.米波的频率比厘米波频率高 B.和机械波一样须靠介质传播 C.同光波一样会发生反射现象 D.不可能产生干涉和衍射现象 类型 2 对狭义相对论的理解和应用 例 6 如图 10 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 上的人测得它们相距为 L，则飞船 A 上的人测得两 飞船间的距离_(选填“

17、大于”“等于”或 “小于”)L.当 B 向 A 发出一光信号，飞船 A 上的 人测得该信号的速度为_. 图 10 5 1.关于电磁波的说法中正确的是( ) A.只要有电场和磁场，就能产生电磁波 B.电磁波会发生偏振现象，是纵波 C.电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象 D.紫外线的频率比红外线的频率小 2.小朋友吹出的肥皂泡、 热菜汤表面的油花、 马路上 积水表面的油膜，都有彩色花纹.这是下列哪种原因 形成的( ) A.光的色散 B.光的干 涉 C.光的直线传播 D. 光 的 衍射 3.下列说法正确的是( ) A.雨后天空中的彩虹是由光的干涉产生的 B.紫外线可杀菌消毒是因为它有较强的热效应

18、C.红光和黄光分别通过同一双缝干涉装置，红光形 成的相邻亮条纹间距大 D.观察者相对于频率一定的声源运动时，接收到声 波的频率与波源频率相同 4.某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察 到图 1 甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观 察到的条纹如图乙所示.他改变的实验条件可能是 ( ) 图 1 A.减小光源到单缝的距离 B.减小双缝之间的距离 C.减小双缝到光屏之间的距离 D.换用频率更高的单色光源 5.(多选)如图 2 所示， 把一个凸透镜的弯曲表面压在 另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入，这时可 以看到亮暗相间的同心圆环，对这些亮暗圆环的相 关说法合理的是( ) 图 2 A.远离中

19、心点处亮环的分布较密 B.用白光照射时，不会出现干涉形成的圆环 C.是透镜曲面上反射光与透镜上方平面上的反射光 干涉形成的 D.与同一亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的 6.(多选)(2018新高考研究联盟联考)2016 年 2 月 11 日， 美国科研人员利用激光干涉法探测到 13 亿年前 黑洞合并发出的传到地球的引力波，证实了爱因斯 坦 100 多年前在广义相对论中有关引力波的预言.如 图 3 所示，引力波是一种时空涟漪，其发现的意义 就像一个失聪的人突然拥有了听觉，从此获得感知 世界的新能力.以下说法正确的是( ) 图 3 A.人类可以从引力波中获得 13 亿年前的信息 B.具有质量的物

20、体能产生引力波 C.干涉是波特有的性质，所以激光也是一种波 D.引力波的传播需要空气作为介质 7.(多选)(2019浙江省台州中学统练)如图 4 所示， 以 下关于光学知识的叙述中，正确的是( ) 图 4 A.甲图是著名的泊松亮斑图案，这是光波的衍射现 象 B.乙图中的彩虹是不同色光在水滴中折射率不同造 成的 C.丙图的照相机镜头上涂有一层增透膜，增透膜利 用了光的偏振原理 D.丁图是医学上的内窥镜，其核心部件光导纤维能 传输光像信号，是利用光的全反射 8.(多选)随着网络技术的发展，WiFi 无线网络(标识 如图 5 所示)成为了一种时尚.WiFi 实质是一种短程 无线传输技术，能够在一定范

21、围内支持互联网接入 的无线电信号.下列关于 WiFi 的说法，正确的是 ( ) 图 5 6 A.WiFi 信号实质是一种电磁波 B.WiFi 信号不可能在真空中传输 C.WiFi 信号限于短程传输，是因为其波长太短 D.WiFi 信号限于短程传输，是因为在传输过程中存 在能量损失 9.(多选)(2018山西省长治、运城、大同、朔州、阳 泉五地市联考)下列说法正确的是( ) A.日光灯是紫外线的荧光效应的应用 B.单摆在做受迫振动时，它的周期等于单摆的固有 周期 C.机械波从一种介质进入另一种介质后，它的频率 保持不变 D.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在 10.(多选)(2018重庆市上学期期末抽测)下列说法正 确的是( ) A.在双缝干涉实验中，保持入射光的频率不变，增 大双缝间的距离，干涉条纹间距也增大 B.日落时分， 拍摄水面下的景物， 在照相机镜头前装 上滤光片，可以使景象更清晰，这是利用了光的偏 振原理 C.我们发现竖直向上高速运动的球体，在水平方向 上长度变短了 D.用紫外线照射大额钞票上用荧光物质印刷的文字 会发出可见光，这是利用紫外线的荧光效应 11.(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细， 如图 6 所示，激光束越过细丝