高考物理一輪復(fù)習(xí) 光的干涉、衍射和偏振 電磁波與相對論教案（含解析）滬科版.doc

第4課時光的干涉、衍射和偏振電磁波與相對論知 識 梳 理知識點一、光的干涉1產(chǎn)生條件：兩列光的頻率相同，振動方向相同，且具有恒定的相位差，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣。2.圖1兩種典型的干涉：(1)楊氏雙縫干涉。原理如圖1所示。明、暗條紋的條件()單色光：形成明暗相間的條紋，中央為明條紋。a光的路程差rr2r1k(k0,1,2，)，光屏上出現(xiàn)明條紋。b.光的路程差rr2r1(2k1)(k0,1,2，)，光屏上出現(xiàn)暗條紋。()白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋，且中央亮條紋是白色(填寫顏色)。相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距公式：x。(2)薄膜干涉。相干光：光照射到透明薄膜上，從薄膜的兩個表面反射的兩列光波。圖樣特點：同雙縫干涉，同一條亮(或暗)紋對應(yīng)薄膜的厚度相等。單色光照射薄膜時形成明暗相間的條紋，白光照射薄膜時，形成彩色條紋。知識點二、光的衍射偏振1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：單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較。單縫衍射圓孔衍射單色光中央為亮且寬的條紋，兩側(cè)為明暗相間的條紋，且越靠外，亮條紋的亮度越弱，寬度越小中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環(huán)，且越靠外，圓形亮條紋的亮度越弱，寬度越小；亮環(huán)或暗環(huán)間的距離隨圓孔半徑的增大而減小白光中央為亮且寬的白色條紋，兩側(cè)為亮度逐漸變暗、寬度變窄的彩色條紋，其中最靠近中央的色光是紫光，離中央最遠的是紅光中央是大且亮的白色亮斑，周圍是不等間距的彩色的同心圓環(huán)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))。2光的偏振現(xiàn)象(1)偏振光波只沿某一特定的方向的振動。(2)自然光太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包括在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿各個方向振動的光波的強度都相同，這種光叫做自然光。(3)偏振光在垂直于傳播方向的平面上，只沿某個特定方向振動的光。光的偏振證明光是橫波。自然光通過偏振片后，就得到了偏振光。知識點三、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電磁場變化電場在周圍空間產(chǎn)生磁場，變化磁場在周圍空間產(chǎn)生電場，變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系成為一個完整的整體，這就是電磁場。3電磁波(1)電磁場在空間由近及遠的傳播，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是相同的(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)vf，f是電磁波的頻率。4電磁波的發(fā)射(1)發(fā)射條件：開放電路和高頻振蕩信號，所以要對傳輸信號進行調(diào)制(包括調(diào)幅和調(diào)頻)。(2)調(diào)制方式調(diào)幅：使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變。調(diào)幅廣播(am)一般使用中波和短波波段。調(diào)頻：使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變。調(diào)頻廣播(fm)和電視廣播都采用調(diào)頻的方法調(diào)制。5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，這就是電諧振現(xiàn)象。(2)使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧。能夠調(diào)諧的接收電路叫做調(diào)諧電路。(3)從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩中“檢”出調(diào)制信號的過程，叫做檢波。檢波是調(diào)制的逆過程，也叫做解調(diào)。6電磁波譜電磁波譜特性應(yīng)用真空中波長/m頻率/hz遞變規(guī)律無線電波波動性強，易發(fā)生衍射無線電技術(shù)10331011紅外線熱效應(yīng)紅外線遙感10310710111015可見光引起視覺照明、攝影1071015紫外線化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、能殺菌醫(yī)用消毒、防偽10710910151017x射線貫穿性強檢查、醫(yī)用透視108101110161019射線貫穿本領(lǐng)最強工業(yè)探傷、醫(yī)用治療1019知識點四、狹義相對論的基本假設(shè)質(zhì)速關(guān)系、相對論質(zhì)能關(guān)系式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)量隨物體速度的增加而增大，物體以速度v運動時的質(zhì)量m與靜止時的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系：m。(2)物體運動時的質(zhì)量總要大于靜止時的質(zhì)量m0。3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：emc2。題 組 自 測題組一光的干涉、衍射和偏振1(多選)下列屬于光的干涉現(xiàn)象的是()解析圖a屬于單縫衍射，圖b屬于薄膜干涉，圖c屬于薄膜干涉，圖d屬于白光的色散，故屬于光的干涉現(xiàn)象的是b、c。答案bc2圖2為紅光或紫光通過雙縫或單縫所呈現(xiàn)的圖樣，則()圖2a甲為紫光的干涉圖樣 b乙為紫光的干涉圖樣c丙為紅光的干涉圖樣 d丁為紅光的干涉圖樣解析干涉圖樣的條紋間距是均勻的，且干涉條紋間距x， 而紅光的波長較長，所以甲為紅光的干涉圖樣，乙為紫光的干涉圖樣；而衍射圖樣是不均勻的，中央亮紋的寬度與波長成正比，所以丙為紅光的衍射圖樣，丁為紫光的衍射圖樣，只有選項b正確。答案b3(多選)如圖3所示，偏振片p的透振方向(用帶有箭頭的實線表示)為豎直方向。下列四種入射光束中，能在p的另一側(cè)觀察到透射光的是()圖3a太陽光b沿豎直方向振動的光c沿水平方向振動的光d沿與豎直方向成45角方向振動的光解析偏振片只讓沿某一方向振動的光通過，當(dāng)偏振片的透振方向與光的振動方向不同時，透射光的強度不同，它們平行時最強，而垂直時最弱。太陽光是自然光，光波可沿任何方向振動，所以在p的另一側(cè)能觀察到透射光；沿豎直方向振動的光，振動方向與偏振片的透振方向相同，當(dāng)然可以看到透射光；沿水平方向振動的光，其振動方向與透振方向垂直，所以看不到透射光；沿與豎直方向成45角方向振動的光，其振動方向與透振方向不垂直，仍可看到透射光。答案abd題組二電磁波、相對論4關(guān)于電磁波，下列說法正確的是()a雷達是用x光來測定物體位置的設(shè)備b使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù)叫做解調(diào)c用紅外線照射時，大額鈔票上用熒光物質(zhì)印刷的文字會發(fā)出可見光d均勻變化的電場可以產(chǎn)生恒定的磁場解析雷達是利用微波來定位的，a項錯誤；使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù)叫做調(diào)制，b項錯誤；鈔票是利用紫外線的熒光作用，c項錯誤；均勻變化的電場可以產(chǎn)生恒定的磁場，d項正確。答案d5關(guān)于生活中遇到的各種波，下列說法正確的是()a電磁波可以傳遞信息，聲波不能傳遞信息b手機在通話時涉及的波既有電磁波又有聲波c太陽光中的可見光和醫(yī)院“b超”中的超聲波傳播速度相同d遙控器發(fā)出的紅外線波長和醫(yī)院“ct”中的x射線波長相同解析電磁波、聲波都能夠傳遞信息，a項錯誤；手機通話時將人的聲音轉(zhuǎn)化為電信號并通過電磁波傳遞，b正確；醫(yī)院“b超”的超聲波屬于聲波，傳播速度遠小于光速，c錯誤；紅外線與x射線相比頻率低，波長長，d錯誤。答案b6屬于狹義相對論基本假設(shè)的是：在不同的慣性系中()a真空中光速不變b時間間隔具有相對性c物體的質(zhì)量不變d物體的能量與質(zhì)量成正比解析狹義相對論的兩條假設(shè)分別是：在任何慣性系中真空中的光速不變和一切物理規(guī)律相同。答案a考點一光的干涉現(xiàn)象1雙縫干涉形成的條紋是等間距的，兩相鄰亮條紋或相鄰暗條紋間距離與波長成正比，即x。2用白光照射雙縫時，形成的干涉條紋的特點：中央為白色條紋，兩側(cè)為彩色條紋。【例1】(2014全國大綱卷，17)在雙縫干涉實驗中，一鈉燈發(fā)出的波長為589 nm的光，在距雙縫1.00 m的屏上形成干涉圖樣。圖樣上相鄰兩明紋中心間距為0.350 cm，則雙縫的間距為()a2.06107 m b2.06104 mc1.68104 m d1.68103 m解析在雙縫干涉實驗中，相鄰明條紋間距x、雙縫間距d與雙縫到屏的距離l間的關(guān)系為x，則雙縫間距d m1.68104 m。答案c【變式訓(xùn)練】1一束白光在真空中通過雙縫后在屏上觀察到干涉條紋，除中央白色亮紋外，兩側(cè)還有彩色條紋，其原因是()a各色光的波長不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同b各色光的速度不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同c各色光的強度不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同d上述說法都不正確解析白光包含各種顏色的光，它們的波長不同，在相同條件下做雙縫干涉實驗時，它們的干涉條紋間距不同，所以在中央亮條紋兩側(cè)出現(xiàn)彩色條紋。答案a考點二光的衍射、偏振自然光和偏振光的比較自然光(非偏振光)偏振光光的來源直接從光源發(fā)出的光自然光通過起偏器后的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿任意方向，且沿各個方向振動的光的強度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿特定方向【例2】下列關(guān)于光學(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在照相機鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝日落時的景物，可使景像更清晰d透過平行于日光燈的窄縫觀察正常發(fā)光的日光燈時能看到彩色條紋，這是光的色散現(xiàn)象解析根據(jù)光的干涉、衍射、偏振、色散各現(xiàn)象的特點分析求解。用光導(dǎo)纖維束傳送圖像信息，這是光的全反射的應(yīng)用，a錯誤；太陽光通過三棱鏡形成彩色光譜，這是光的色散現(xiàn)象，是光的折射的結(jié)果，b錯誤；在照相機鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝日落時的景物，可減弱反射光，從而使景像更清晰，c正確；透過平行于日光燈的窄縫觀察正常發(fā)光的日光燈時能看到彩色條紋，這是光的衍射現(xiàn)象，d錯誤。答案c【變式訓(xùn)練】2(多選)2013年9月12日國務(wù)院辦公廳下發(fā)文件大氣污染防治行動計劃，以改善人們的生活環(huán)境。其中霧霾天氣嚴(yán)重影響人們的身體健康，發(fā)生霧霾天氣時能見度只有幾米，天氣變黃變暗，這是由于這種情況下()a只有波長較短的一部分光才能到達地面b只有波長較長的一部分光才能到達地面c只有頻率較大的一部分光才能到達地面d只有頻率較小的一部分光才能到達地面解析根據(jù)光發(fā)生明顯衍射的條件，發(fā)生霧霾天氣時，只有波長較長、頻率較小的一部分光發(fā)生衍射繞過空氣中的顆粒物到達地面，選項a、c錯誤，b、d正確。答案bd考點三電磁場理論、電磁波及應(yīng)用【例3】(2014四川卷，2)電磁波已廣泛運用于很多領(lǐng)域。下列關(guān)于電磁波的說法符合實際的是()a電磁波不能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象b常用的遙控器通過發(fā)出紫外線脈沖信號來遙控電視機c根據(jù)多普勒效應(yīng)可以判斷遙遠天體相對于地球的運動速度d光在真空中運動的速度在不同慣性系中測得的數(shù)值可能不同解析干涉、衍射是波所特有的現(xiàn)象，所以電磁波能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，選項a錯誤；常用的遙控器是通過發(fā)出紅外線來遙控電視機的，選項b錯誤；利用多普勒效應(yīng)可以判斷遙遠天體相對地球的速度，選項c正確；根據(jù)光速不變原理，在不同的慣性系中，光速是相同的，選項d錯誤。答案c【變式訓(xùn)練】3現(xiàn)代生活中，人們已更多地與電磁波聯(lián)系在一起，并且越來越依賴于電磁波，關(guān)于電磁場和電磁波，以下說法正確的是()a把帶電體和永磁體放在一起，即可以在其周圍空間中產(chǎn)生電磁波b手機、電視、光纖通信都是通過電磁波來傳遞信息的c醫(yī)院中用于檢查病情的“b超”是利用了電磁波的反射原理d車站、機場安全檢查時“透視”行李箱的安檢裝置是利用紅外線實現(xiàn)成像的解析要產(chǎn)生電磁波，必須要有變化的磁場與變化的電場，即電磁場，電磁場在介質(zhì)中傳播產(chǎn)生電磁波，a錯誤；通過電磁波可以實現(xiàn)各種通信，b正確；“b超”是利用了超聲波的反射原理，c錯誤；車站、機場安全檢查時“透視”行李箱的安檢裝置是利用x射線實現(xiàn)成像的，d錯誤。答案b考點四對狹義相對論的理解【例4】如圖4所示，兩艘飛船a、b沿同一直線同向飛行，相對地面的速度均為v(v接近光速c)。地面上測得它們相距為l，則a測得兩飛船間的距離_(選填“大于”、“等于”或“小于”)l。當(dāng)b向a發(fā)出一光信號，a測得該信號的速度為_。圖4解析 狹義相對論的兩個基本假設(shè)之一就是光速不變原理，因此a測得信號的速度仍等于c(或光速)，以地面為參考系，在運動方向有尺縮效應(yīng)現(xiàn)象，而b相對a是靜止，沒有尺縮效應(yīng)現(xiàn)象，則a測得兩飛船距離應(yīng)大于l。答案大于c(或光速)【變式訓(xùn)練】4(多選)根據(jù)相對論原理，下列說法中正確的是()a按照相對論來講，一個真實的、靜止質(zhì)量不為零的物體，相對任何慣性系的運動速度都不可能等于或超過光速cb按照相對論及基本力學(xué)規(guī)律可推出質(zhì)量和能量的關(guān)系為emc2c某個靜質(zhì)量為m0的物體，相對它靜止的觀察者測其質(zhì)量為mm0，能量為ee0m0c2，稱為靜能量，這表明任何靜質(zhì)量不為零的物體都儲存著巨大的能量d按照相