山東省2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 光學(xué)電磁波相對論 第2節(jié) 光的波動性 電磁波 相對論課件 新人教版.ppt

第2節(jié)光的波動性 電磁波相對論,一、光的干涉 1.定義:在兩列光波的疊加區(qū)域,某些區(qū)域的光被 加強(qiáng),出現(xiàn)亮紋,某些區(qū)域的光被 減弱,出現(xiàn)暗紋,且 加強(qiáng)和 減弱互相間隔的現(xiàn)象叫作光的干涉現(xiàn)象。 2.條件:兩列光的 頻率相等,且具有恒定的相位差,才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象。,3.雙縫干涉:由同一光源發(fā)出的光經(jīng)雙縫后形成兩束振動情況總是 頻率相等的相干光,屏上某點到雙縫的路程差是 波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋;路程差是半波長的 奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋。相鄰的明條紋(或暗條紋)之間距離x與波長、雙縫間距d及屏到雙縫距離l的關(guān)系為 x= 。 4.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂液薄膜) 前后表面反射的光相遇而形成的。圖樣中同一條亮(或暗)條紋上所對應(yīng)薄膜厚度 相同。,二、光的衍射 1.發(fā)生明顯衍射的條件:只有當(dāng)障礙物的尺寸與光的波 長 相差不多,甚至比光的波長 還小的時候,衍射現(xiàn)象才會明顯。 2.衍射條紋的特點: (1)單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較,(2)泊松亮斑(圓盤衍射):當(dāng)光照到 不透明(選填“透明”或“不透明”)的半徑很小的小圓盤上時,在圓盤的陰影中心出現(xiàn) 亮斑(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán))。,三、光的偏振 1.自然光:包含著在垂直于傳播方向上沿 一切方向振動的光,而且沿著各個方向振動的光波的強(qiáng)度都相同。 2.偏振光:在垂直于光的傳播方向的平面上,只沿著某個 特定的方向振動的光。 3.偏振光的形成: (1)讓自然光通過 偏振片形成偏振光。 (2)讓自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和 折射,反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光。 4.光的偏振現(xiàn)象說明光是一種 橫波。,四、電磁場、電磁波、電磁波譜 1.麥克斯韋電磁場理論 變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生 電場,變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生 磁場。 2.電磁波 (1)電磁場在空間由近及遠(yuǎn)的傳播,形成 電磁波。 (2)電磁波的傳播不需要 介質(zhì),可在真空中傳播,在真空中不同頻率的電磁波傳播速度 相同(都等于光速)。 (3)不同頻率的電磁波,在同一介質(zhì)中傳播,其速度是不同的,頻率越高,波速越 小。 (4)v=f,f是電磁波的頻率。,3.電磁波的發(fā)射 (1)發(fā)射條件: 開放電路和 高頻振蕩信號,所以對要傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行調(diào)制。 (2)調(diào)制方式 調(diào)幅:使高頻電磁波的 振幅隨信號的強(qiáng)弱而變。 調(diào)頻:使高頻電磁波的 頻率隨信號的強(qiáng)弱而變。 4.無線電波的接收 (1)當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的無線電波的頻率 相等時,激起的振蕩電流 最強(qiáng),這就是電諧振現(xiàn)象。 (2)使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫作 調(diào)諧。能夠調(diào)諧的接收電路叫作 調(diào)諧電路。 (3)從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩信號中“檢”出調(diào)制信號的過程,叫作 檢波。檢波是 調(diào)制的逆過程,也叫作解調(diào)。,5.電磁波譜 按照電磁波的 頻率或 波長的大小順序把它們排列成譜叫作電磁波譜。 按波長由長到短排列的電磁波譜為:無線電波、紅外線、 可見光、紫外線、X射線、射線。,五、相對論 1.狹義相對論的兩個基本假設(shè) (1)狹義相對性原理:在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是 相同的。 (2)光速不變原理:真空中的光速在不同的慣性參考系中都是 相同的,光速與光源、觀測者間的相對運(yùn)動 沒有關(guān)系。 2.相對論的質(zhì)速關(guān)系 (1)物體的質(zhì)量隨物體速度的增大而 增大,物體以速度v運(yùn)動時 的質(zhì)量m與靜止時的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系:m= 。 (2)物體運(yùn)動時的質(zhì)量總要 大于靜止時的質(zhì)量m0。,命題點一,命題點二,命題點三,光的干涉現(xiàn)象的理解及應(yīng)用 1.光的雙縫干涉現(xiàn)象 (1)明暗條紋的判斷方法 如圖所示,光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P點的路程差r2-r1=k(k=0,1,2,)時,光屏上出現(xiàn)明條紋。 光的路程差r2-r1=(2k+1) (k=0,1,2,)時,光屏上出現(xiàn)暗條紋。 (2)條紋間距:x= ,其中l(wèi)是雙縫到光屏的距離,d是雙縫間的距離,是光波的波長。,命題點一,命題點二,命題點三,2.薄膜干涉 (1)如圖所示,豎直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上時,在膜的前表面AA和后表面BB分別反射回來,形成兩列頻率相同的光波,并且疊加。 (2)明、暗條紋的判斷 在P1、P2處,兩個表面反射回來的兩列光波的路程差r等于波長的整數(shù)倍,即r=n(n=0,1,2,),薄膜上出現(xiàn)明條紋。 在Q處,兩列反射回來的光波的路程差r等于半波長的奇數(shù)倍,即r=(2n+1) (n=0,1,2,),薄膜上出現(xiàn)暗條紋。,命題點一,命題點二,命題點三,(3)薄膜干涉的應(yīng)用 干涉法檢查平面如圖所示,兩板之間形成一楔形空氣膜,用單色光從上向下照射,如果被檢平面是平整光滑的,我們會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋;若被檢平面不平整,則干涉條紋發(fā)生彎曲。,命題點一,命題點二,命題點三,典例1(2018湖南天心區(qū)期末)如圖所示為光的雙縫干涉實驗裝置示意圖,下列說法正確的是() A.若P點是亮條紋,說明該處是光的加強(qiáng)區(qū)域,P點到雙縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍 B.照射單縫S的單色光的頻率越大,光屏上出現(xiàn)的條紋間距越大 C.若將單縫S去掉,再將S1縫封住僅留下S2,則白光通過S2光屏上會出現(xiàn)彩色條紋,但不是干涉條紋 D.撤去雙縫同時逐漸增大單縫寬度,光屏上一直出現(xiàn)明暗條紋,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,即學(xué)即練 1.(2017北京卷)物理學(xué)原理在現(xiàn)代科技中有許多重要應(yīng)用。例如,利用波的干涉,可將無線電波的干涉信號用于飛機(jī)降落的導(dǎo)航。如圖所示,兩個可發(fā)射無線電波的天線對稱地固定于飛機(jī)跑道兩側(cè),它們類似于楊氏干涉實驗中的雙縫。兩天線同時都發(fā)出波長為1和2的無線電波。飛機(jī)降落過程中,當(dāng)接收到1和2的信號都保持最強(qiáng)時,表明飛機(jī)已對準(zhǔn)跑道。下列說法正確的是() A.天線發(fā)出的兩種無線電波必須一樣強(qiáng) B.導(dǎo)航利用了1與2兩種無線電波之間的干涉 C.兩種無線電波在空間的強(qiáng)弱分布穩(wěn)定 D.兩種無線電波各自在空間的強(qiáng)弱分布完全重合,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,2.(多選)(2017全國卷,34(1)在雙縫干涉實驗中,用綠色激光照射在雙縫上,在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣。若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距,可選用的方法是。 A.改用紅色激光 B.改用藍(lán)色激光 C.減小雙縫間距 D.將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動 E.將光源向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,3.(2018福建晉江期末)關(guān)于光學(xué)鏡頭增透膜,以下說法中錯誤的是() A.增透膜是為了減少光的反射損失,增加透射光的強(qiáng)度 B.增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長的四分之一 C.增透膜利用光的干涉原理 D.涂有增透膜的鏡頭,各種色光的反射光全部相互抵消,因此這種鏡頭的成像效果較好,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,光的衍射及偏振現(xiàn)象 1.對光的衍射的理解 (1)干涉和衍射是波的特征,波長越長,干涉和衍射現(xiàn)象越明顯。在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象,只是明顯與不明顯的差別。 (2)衍射現(xiàn)象說明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況,只有在光的波長比障礙物小得多時,光才可以看作是沿直線傳播的。,命題點一,命題點二,命題點三,2.光的偏振 (1)自然光與偏振光的比較,(2)偏振光的應(yīng)用:加偏振濾光片的照相機(jī)鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等。,命題點一,命題點二,命題點三,典例2(2017福建永定月考)如圖為條紋總寬度相同的4種明暗相間的條紋,其中有兩種是紅光、藍(lán)光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣,還有兩種是黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(灰黑色部分表示亮紋)。則圖中從左向右排列,亮條紋的顏色依次是() A.紅黃藍(lán)紫B.紅紫藍(lán)黃 C.藍(lán)紫紅黃D.藍(lán)黃紅紫,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,單色光雙縫干涉圖樣是以中央明紋為中心在兩邊對稱等間距排列的條紋,亮度從中央向兩邊逐漸減小;單縫衍射的圖樣是間距不等的明暗條紋,中央最寬最亮,兩旁的亮條紋強(qiáng)度逐漸遞減。,命題點一,命題點二,命題點三,即學(xué)即練 4.(2018北京豐臺一模)單縫衍射實驗中所產(chǎn)生圖樣的 中央亮條紋寬度的一半與單縫寬度、光的波長、縫 屏距離的關(guān)系,和雙縫干涉實驗中所產(chǎn)生圖樣的相鄰 兩亮條紋間距與雙縫間距、光的波長、縫屏距離的 關(guān)系相同,利用單縫衍射實驗可以測量金屬的線膨脹 系數(shù),線膨脹系數(shù)是表征物體受熱時長度增加程度的物理量。如圖是實驗的示意圖,擋光片A固定,擋光片B放置在待測金屬棒上端,A、B間形成平直的狹縫,激光通過狹縫,在光屏上形成衍射圖樣,溫度升高,金屬棒膨脹使得狹縫寬度發(fā)生變化,衍射圖樣也隨之發(fā)生變化。在激光波長已知的情況下,通過測量縫屏距離和中央亮條紋寬度,可算出狹縫寬度及變化,進(jìn)而計算出金屬的線膨脹系數(shù)。下列說法正確的是(),命題點一,命題點二,命題點三,A.使用激光波長越短,其他實驗條件不變,中央亮條紋寬度越寬 B.相同實驗條件下,金屬的膨脹量越大,中央亮條紋寬度越窄 C.相同實驗條件下,中央亮條紋寬度變化越大,說明金屬膨脹量越大 D.狹縫到光屏距離越大,其他實驗條件相同,測得金屬的線膨脹系數(shù)越大,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,5.(多選)(2018湖南天心期末)抽制高強(qiáng)度纖維細(xì)絲的過程可用激光監(jiān)控其粗細(xì),如圖所示,激光束越過細(xì)絲時產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫規(guī)律相同。觀察光束經(jīng)過細(xì)絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可判斷細(xì)絲粗細(xì)的變化,下列敘述正確的是() A.這里應(yīng)用的是光的衍射現(xiàn)象 B.這里應(yīng)用的是光的干涉現(xiàn)象 C.如果屏上條紋變寬,表明抽制的絲變粗 D.如果屏上條紋變寬,表明抽制的絲變細(xì),答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,6.奶粉中碳水化合物(糖)的含量是一個重要指標(biāo),可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度,從而鑒定含糖量。偏振光通過糖的水溶液后,偏振方向會相對于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個角度,這一角度稱為“旋光度”,的值只與糖溶液的濃度有關(guān),將的測量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較,就能確定被測樣品的含糖量了。如圖所示,S是自然光源,A、B是偏振片,轉(zhuǎn)動B,使到達(dá)O處的光最強(qiáng),然后將被測樣品P置于A、B之間。,命題點一,命題點二,命題點三,(1)偏振片A的作用是。 (2)偏振現(xiàn)象證明了光是一種。 (3)(多選)以下說法正確的是() A.到達(dá)O處光的強(qiáng)度會明顯減弱 B.到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會明顯減弱 C.將偏振片B轉(zhuǎn)動一個角度,使得O處光強(qiáng)度最強(qiáng),偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于 D.將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度,使得O處光強(qiáng)度最強(qiáng),偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于,命題點一,命題點二,命題點三,答案:(1)把自然光變成偏振光(2)橫波(3)ACD 解析:(1)自然光源發(fā)出的光不是偏振光,但當(dāng)自然光經(jīng)過偏振片后就變成了偏振光,因此偏振片A的作用是把自然光變成偏振光。 (2)偏振現(xiàn)象證明了光是一種橫波。 (3)因為A、B的透振方向一致,故A、B間不放糖溶液時,自然光通過偏振片A后變成偏振光,通過B后到達(dá)O。當(dāng)在A、B間加上糖溶液時,由于糖溶液的旋光作用,使通過A的偏振光的振動方向轉(zhuǎn)動了一定角度,通過B到達(dá)O的光的強(qiáng)度不是最大,但當(dāng)B轉(zhuǎn)過了一個角度,恰好使透振方向與經(jīng)過糖溶液后的偏振光的振動方向一致時,O處光強(qiáng)又為最強(qiáng),故B的旋轉(zhuǎn)角度即為糖溶液的旋光度。若偏振片B不動而將A旋轉(zhuǎn)一個角度,再經(jīng)糖溶液旋光后光的振動方向恰與B的透振方向一致,則A轉(zhuǎn)過的角度也為,故選項A、C、D正確。,命題點一,命題點二,命題點三,電磁場和電磁波相對論 1.對麥克斯韋電磁場理論的理解,命題點一,命題點二,命題點三,2.對電磁波的理解 (1)電磁波是橫波。電磁波的電場、磁場、傳播方向三者兩兩垂直,如圖所示。,命題點一,命題點二,命題點三,(2)電磁波與機(jī)械波的比較,命題點一,命題點二,命題點三,3.對狹義相對論的理解 (1)慣性系:如果牛頓運(yùn)動定律在某個參考系中成立,這個參考系叫作慣性系。相對一個慣性系做勻速直線運(yùn)動的另一個參考系也是慣性系。 (2)光速的大小與選取的參考系無關(guān)。 (3)狹義相對論認(rèn)為物體的質(zhì)量m與物體的速度v有關(guān),其關(guān)系式,4.相對論質(zhì)能關(guān)系 用m表示物體的質(zhì)量,E表示它具有的能量,則愛因斯坦質(zhì)能方程為E=mc2。,命題點一,命題點二,命題點三,典例3(多選)(2018吉林通榆月考)關(guān)于電磁波,下列說法正確的是() A.電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關(guān) B.周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā),形成電磁波 C.電磁波在真空中自由傳播時,其傳播方向與電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直 D.利用電磁波傳遞信號可以實現(xiàn)無線通信,但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸 E.電磁波可以由電磁振蕩產(chǎn)生,若波源的電磁振蕩停止,空間的電磁波隨即消失,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,即學(xué)即練 7.(多選)(2018云南師大附中模擬)下列說法正確的是 () A.水中的氣泡看上去比較明亮是因為有一部分光發(fā)生了衍射現(xiàn)象 B.雷達(dá)發(fā)射的電磁波是由均勻變化的電場或磁場產(chǎn)生的 C.拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時,可在鏡頭前加一個偏振片來減弱櫥窗玻璃表面的反射光 D.紅色和藍(lán)色的激光在不同介質(zhì)中傳播時波長可能相同 E.狹義相對論認(rèn)為:真空中的光速在不同慣性參考系中都是相同的,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,8.(多選)(2018江蘇卷)梳子在梳頭后帶上電荷,搖動這把梳子在空中產(chǎn)生電磁波.該電磁波() A.是橫波 B.不能在真空中傳播 C.只能沿著梳子搖動的方向傳播 D.在空氣中的傳播速度約為3108 m/s,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,9.(多選)(2018吉林長春質(zhì)檢)下列說法正確的是() A.相對論與量子力學(xué)否定了經(jīng)典力學(xué)理論 B.真空中的光速在任何慣性參考系中都是相同的 C.狹義相對論只適用于慣性參考系 D.肥皂泡呈現(xiàn)的彩色是光的干涉現(xiàn)象,露珠呈現(xiàn)的彩色是光的色散現(xiàn)象,通過狹縫看太陽光呈現(xiàn)的彩色是光的衍射現(xiàn)象 E.光纖通信、全息照相及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的全反射原理,答案,解析,