2020屆高考物理總復(fù)習(xí) 第十四單元 課時4 光的波動性 電磁波和相對論課件 新人教版.ppt

第十四單元 選修3 4 課時4光的波動性電磁波和相對論 磨劍 課前自學(xué) 悟劍 課堂精講 必備知識 1 光的干涉 衍射及偏振 1 兩種衍射圖樣 小孔衍射 明暗相間的同心圓環(huán) 越向外 環(huán)間距離越小 單縫衍射 明暗相間的平行條紋 中央條紋較寬 兩側(cè)條紋較窄 若用白光做單縫衍射實驗 則中央亮處為白色 2 光的干涉和衍射的關(guān)系 光的干涉和衍射 都證明了光的波動性 只有波才可以發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象 光的干涉和衍射有一定的聯(lián)系 光的雙縫干涉中就有光的衍射 光的干涉條紋中 各條紋能量分布較均勻 而在光的衍射條紋中 中央亮紋所具有的能量 超過了總能量的一半 3 自然光與偏振光 自然光 自然光的一般概念是 光振動沿各個方向均勻分布的光 即包含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 偏振光 偏振光的一般概念是 光振動沿不同方向分布不均勻的光 包括兩種情況 一種是只有沿單一方向振動的光 通常稱為完全偏振光 即線偏振光 另一種是包含垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光 但沿不同方向振動的光波的強(qiáng)度都不同 這種光通常稱為部分偏振光 溫馨提示 產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件 兩列光的頻率相等且振動狀態(tài)相同 相干光源可用同一束光分成兩列獲得 雙縫干涉圖樣 單色光時是明暗相間條紋 且寬度相等 白光時是彩色條紋 2 電磁波 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 電磁場在空間由近及遠(yuǎn)的傳播 形成電磁波 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 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 v f f是電磁波的頻率 3 電磁波的發(fā)射 發(fā)射條件 開放電路和高頻振蕩信號 所以要對傳輸信號進(jìn)行調(diào)制 調(diào)幅或調(diào)頻 調(diào)制方式 a 調(diào)幅 使高頻電磁波的振幅隨信號的強(qiáng)弱而變 b 調(diào)頻 使高頻電磁波的頻率隨信號的強(qiáng)弱而變化 4 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 溫馨提示 無線電波的接收 當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到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 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 從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩中 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) 基礎(chǔ)過關(guān) 1 2018安徽蕪湖9月模擬 如圖為雙縫干涉的實驗示意圖 若要使干涉條紋的間距變大 可改用波長更 選填 長 或 短 的單色光 或是使雙縫與光屏間的距離 選填 增大 或 減小 長增大 C 2 2018湖北荊州五校聯(lián)考 下列光學(xué)現(xiàn)象的說法中正確的是 A 用光導(dǎo)纖維束傳送圖像信息 這是光的衍射的應(yīng)用B 太陽光通過三棱鏡形成彩色光譜 這是光的干涉的結(jié)果C 在照相機(jī)鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝日落時的景物 可使景象更清晰D 透過平行于日光燈的窄縫看正常發(fā)光的日光燈時能觀察到彩色條紋是光的色散現(xiàn)象 ACD 3 2018陜西延安階段考試 多選 目前雷達(dá)發(fā)射的電磁波頻率多在200MHz至1000MHz的范圍內(nèi) 下列關(guān)于雷達(dá)和電磁波的說法正確的是 A 真空中上述雷達(dá)發(fā)射的電磁波的波長范圍在0 3m 1 5m之間B 電磁波是由恒定不變的電場或磁場產(chǎn)生的C 測出從發(fā)射電磁波到接收反射波的時間間隔可以確定雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離D 波長越短的電磁波 反射性能越強(qiáng) BD 4 2018河南洛陽診斷考試 多選 下列說法中符合實際的是 A 醫(yī)院里常用X射線對病房和手術(shù)室消毒B 醫(yī)院里常用紫外線對病房和手術(shù)室消毒C 在人造衛(wèi)星上對地球進(jìn)行拍攝是利用紅外線有較好的分辨能力D 在人造衛(wèi)星上對地球進(jìn)行拍攝是利用紅外線有較好的穿透云霧煙塵的能力 AB 5 2018江西新余單元檢測 多選 在相對論中 下列說法正確的有 A 一切運(yùn)動物體相對于觀察者的速度都不能大于真空中的光速B 質(zhì)量 長度的測量結(jié)果都與物體相對觀察者的相對運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)C 時間的測量結(jié)果與物體相對觀察者的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)D 在某一慣性系中發(fā)生于同一時刻 不同地點(diǎn)的兩個事件 在其他一切慣性系中也是同時發(fā)生的 B 6 2018四川西昌質(zhì)量檢測 下列說法錯誤的是 A 相對論認(rèn)為空間和時間與物質(zhì)的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)B 光的偏振現(xiàn)象說明光是一種縱波C 在光的雙縫干涉實驗中 若僅將入射光由綠光變?yōu)榧t光 則條紋間距變寬D 赫茲用實驗證實了電磁波的存在 ACD 1 2017全國卷 34 多選 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 2 2016全國卷 34 多選 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 ABC 電磁波在真空中傳播速度不變 與頻率無關(guān) A項正確 電磁波由周期性變化的電場和變化的磁場互相激發(fā)得到 B項正確 電磁波傳播方向與電場方向 磁場方向均垂直 C項正確 光是一種電磁波 光可在光導(dǎo)纖維中傳播 D項錯誤 電磁波具有能量 電磁振蕩停止后 已形成的電磁波仍會在介質(zhì)或真空中繼續(xù)傳播 E項錯誤 一光的干涉現(xiàn)象 例1 BDE 多選 如圖所示是a b兩光分別經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后在屏上形成的干涉圖樣 則 A 在同種均勻介質(zhì)中 a光的傳播速度比b光的大B 在真空中a b兩光傳播速度相同C 從真空射入同種介質(zhì)發(fā)生全反射時 a光全反射臨界角小D 從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時 a光全反射臨界角小E 在相同的條件下 b光比a光更容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象 變式1 如圖所示 在雙縫干涉實驗中 S1和S2為雙縫 P是光屏上的一點(diǎn) 已知P點(diǎn)與S1和S2距離之差為2 1 10 6m 現(xiàn)分別用A B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實驗 問P點(diǎn)是亮條紋還是暗條紋 1 已知A光在折射率n 1 5的介質(zhì)中波長為4 10 7m 2 已知B光在某種介質(zhì)中波長為3 15 10 7m 當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時 臨界角為37 sin37 0 6 cos37 0 8 3 若用A光照射時 把其中一條縫遮住 請分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象 1 暗條紋 2 亮條紋 3 見解析 2 薄膜干涉 1 薄膜干涉如圖所示 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 薄膜干涉的應(yīng)用 檢查精密零件的表面是否平整如圖所示 將被檢查平面和放在上面的透明標(biāo)準(zhǔn)樣板的一端之間墊一薄片 使標(biāo)準(zhǔn)樣板的平面與被檢查平面間形成一個楔形空氣薄層 單色光從上面照射 入射光在空氣層的上表面a和下表面b反射出兩列光波疊加 從反射光中看到干涉條紋 根據(jù)干涉條紋的形狀來確定工件表面的情況 若被檢查平面平整則干涉圖樣是等間距明暗相間的平行直條紋 若某處凹下 則對應(yīng)亮 暗 條紋提前出現(xiàn) 如圖甲所示 若某處凸起 則對應(yīng)亮 暗 條紋延后出現(xiàn) 如圖乙所示 例2 多選 如圖甲所示 在一塊平板玻璃上放置一平薄凸透鏡 在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜 讓一束單一波長的光垂直入射到該裝置上 結(jié)果在上方觀察到如圖乙所示的同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀干涉條紋 稱為牛頓環(huán) 以下說法正確的是 A 干涉現(xiàn)象是由凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的B 干涉現(xiàn)象是由凸透鏡上表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的C 干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是均勻變化的D 干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度是均勻變化的 AC 由于在凸透鏡和平板玻璃之間的空氣形成薄膜 所以形成相干光的反射面是凸透鏡的下表面和玻璃上表面 A項正確 由于凸透鏡的下表面是圓弧面 所以形成的薄膜厚度不是均勻變化的 形成不等間距的干涉條紋 C項正確 二光的衍射和光的偏振現(xiàn)象 1 對光的衍射的理解 1 衍射是波的特征 波長越長 衍射現(xiàn)象越明顯 任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象 只有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 2 自然光和偏振光的比較 例3 多選 關(guān)于波的干涉和衍射 下列說法正確的是 A 衍射是一切波特有的現(xiàn)象B 兩列波發(fā)生干涉時 振動加強(qiáng)區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)的位移一定始終最大C 聲波容易發(fā)生衍射是因為聲波的波長較長D 觀察薄膜干涉時 應(yīng)該在入射光的同一側(cè)E 醫(yī)院中用于體檢的 B超 利用了超聲波的衍射原理 ACD 衍射是一切波特有的現(xiàn)象 A項正確 兩列波發(fā)生干涉時 振動加強(qiáng)區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)振動始終加強(qiáng) 不是位移始終最大 B項錯誤 聲波容易發(fā)生衍射是因為聲波的波長較長 C項正確 薄膜干涉是兩列頻率相同的反射光在薄膜上出現(xiàn)的現(xiàn)象 因此應(yīng)在入射光的同一側(cè)觀察 D項正確 醫(yī)院中用于體檢的 B超 利用了超聲波的反射原理 E項錯誤 變式2 如圖所示的4種明暗相間的條紋分別是紅光 藍(lán)光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光 紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣 黑色部分表示亮條紋 在下面的4幅圖中從左往右排列 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 B 三實驗 用雙縫干涉測光的波長 1 原理與操作 例4 A 在觀察光的雙縫干涉現(xiàn)象的實驗中 1 將激光束照在如圖乙所示的雙縫上 在光屏上觀察到的現(xiàn)象是圖甲中的 2 換用間隙更小的雙縫 保持雙縫到光屏的距離不變 在光屏上觀察到的條紋寬度將 保持雙縫間隙不變 減小光屏到雙縫的距離 在光屏上觀察到的條紋寬度將 以上均選填 變寬 變窄 或 不變 變寬變窄 變式3 如圖甲所示 在 用雙縫干涉測光的波長 實驗中 將實驗儀器按要求安裝在光具座上 并選用縫間距d 0 20mm的雙縫屏 然后 接通電源使光源正常工作 已知像屏與雙縫屏間的距離L 700mm 1 已知測量頭上主尺的最小刻度是毫米 副尺 游標(biāo)尺 上有20分度 某同學(xué)調(diào)整手輪后 從測量頭的目鏡看去 使分劃板中心刻度線與某條紋A中心對齊 如圖乙所示 此時測量頭上主尺和游標(biāo)尺的示數(shù)如圖丙所示 則此示數(shù)為mm 再轉(zhuǎn)動手輪 使分劃板中心刻度線與某條紋B中心對齊 測得A條紋到B條紋間的距離為8 40mm 利用上述測量結(jié)果 經(jīng)計算可得經(jīng)濾光片射向雙縫的色光的波長 m 結(jié)果保留2位有效數(shù)字 0 254 8 10 7 變式3 2 另一同學(xué)按實驗裝置安裝好儀器后 觀察到光的干涉現(xiàn)象很明顯 若他對實驗裝置進(jìn)行改動后 在像屏上仍能觀察到清晰的條紋 且條紋數(shù)目有所增加 以下改動可能會實現(xiàn)這個效果的是 A 僅將濾光片移至單縫和雙縫之間B 僅將單縫與雙縫間距增大少許C 僅將單縫與雙縫的位置互換D 僅將紅色濾光片換成綠色濾光片 D 四電磁波與相對論 1 對麥克斯韋電磁場理論的理解 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 2 電磁波與機(jī)械波的比較 例5 多選 關(guān)于電磁波譜 下列說法正確的是 A X射線對生命物質(zhì)有較強(qiáng)的作用 過量的X射線輻射會引起生物體的病變B 射線是波長最短的電磁波 它比X射線的頻率還要高C 紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射D 在電磁波譜中 最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是 射線E 在電磁波譜中 無線電波一般可用于通信 ABE 紫外線比紫光的波長短 更不容易發(fā)生干涉和衍射 C項錯誤 在電磁波譜中 最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是無線電波 D項錯誤