2022屆新教材高考物理一輪復(fù)習(xí)第十四章光學(xué)電磁波相對(duì)論第2節(jié)光的波動(dòng)性電磁波相對(duì)論學(xué)案新人教版

1、第2節(jié)光的波動(dòng)性電磁波相對(duì)論必備知識(shí)預(yù)案自診知識(shí)梳理一、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,出現(xiàn)亮紋,某些區(qū)域的光被,出現(xiàn)暗紋,且和互相間隔的現(xiàn)象叫作光的干涉現(xiàn)象。2.條件:兩列光的,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(dòng)情況總是的相干光,屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差是處出現(xiàn)亮條紋;路程差是半波長(zhǎng)的處出現(xiàn)暗條紋。相鄰的明條紋(或暗條紋)之間距離x與波長(zhǎng)、雙縫間距d及屏到雙縫距離l的關(guān)系為。4.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂液薄膜)反射的光相遇而形成的。圖樣中同一條亮(或暗)條紋上所對(duì)應(yīng)薄膜厚度。二、光的衍射1.發(fā)生明顯衍射的條

2、件:只有當(dāng)障礙物的尺寸與光的波長(zhǎng),甚至比光的波長(zhǎng)的時(shí)候,衍射現(xiàn)象才會(huì)明顯。2.衍射條紋的特點(diǎn):(1)單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較衍射類型單縫衍射圓孔衍射單色光中央為亮且寬的條紋,兩側(cè)為的條紋,且越靠外,亮條紋的亮度,寬度中央是大且亮的圓形亮斑,周圍分布著的同心圓環(huán),且越靠外,圓形亮條紋的亮度越,寬度越;亮環(huán)或暗環(huán)間的距離隨圓孔半徑的增大而白光中央為亮且寬的白色條紋,兩側(cè)為亮度、寬度的彩色條紋,其中最靠近中央的色光是紫光,離中央最遠(yuǎn)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(2)泊松亮斑(圓盤(pán)衍射):當(dāng)光照到(選填“透明”或“不透明”)的半徑很小的小圓盤(pán)上時(shí),在圓盤(pán)的陰影中心出現(xiàn)(在

3、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振動(dòng)的光,而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)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(gè)的方向振動(dòng)的光。3.偏振光的形成:(1)讓自然光通過(guò)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,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(shuō)明光是一種波。四、電磁場(chǎng)、電磁波、電磁波譜1.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論變化的磁場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生,變化的電場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生。2.電磁波(1)電磁場(chǎng)在空間由近及遠(yuǎn)的傳播,形成。(2)電磁波的傳播不需要,可在真空中傳播,在真空中不同頻率的電磁波

4、傳播速度(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。(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:電路和信號(hào),所以對(duì)要傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行調(diào)制。(2)調(diào)制方式調(diào)幅:使高頻電磁波的隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變。調(diào)頻:使高頻電磁波的隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變。4.無(wú)線電波的接收(1)當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的無(wú)線電波的頻率時(shí),激起的振蕩電流,這就是電諧振現(xiàn)象。(2)使接收電路產(chǎn)生電諧振的過(guò)程叫作。能夠調(diào)諧的接收電路叫作電路。(3)從經(jīng)過(guò)調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)中“檢”出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程,叫作。檢波是的逆過(guò)程,也叫作解調(diào)。5.電磁波譜按照電磁波的或的大小順序把它們排

5、列成譜叫作電磁波譜。按波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短排列的電磁波譜為:無(wú)線電波、紅外線、紫外線、x射線、射線。五、相對(duì)論1.狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)(1)狹義相對(duì)性原理:在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是的。(2)光速不變?cè)?真空中的光速在不同的慣性參考系中都是的,光速與光源、觀測(cè)者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。2.相對(duì)論的質(zhì)速關(guān)系(1)物體的質(zhì)量隨物體速度的增大而,物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m與靜止時(shí)的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系:m=m01-vc2。(2)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量總要靜止時(shí)的質(zhì)量m0。考點(diǎn)自診1.判斷下列說(shuō)法的正誤。(1)太陽(yáng)光通過(guò)三棱鏡形成彩色光譜,這是光的干涉的結(jié)果。()(2)陽(yáng)光下茂密的樹(shù)蔭中地面上的圓形亮

6、斑是光的衍射形成的。()(3)光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象。()(4)均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生均勻變化的電場(chǎng),場(chǎng)向外傳播便形成了電磁波。()(5)光速不變?cè)碇赋?光在真空中的傳播速度在不同慣性參考系中都是相同的。()2.用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置得到白光的干涉條紋,在光源與單縫之間加上紅色濾光片后()a.干涉條紋消失b.彩色條紋中的紅色條紋消失c.中央條紋變成暗條紋d.中央條紋變成紅色3.(多選)關(guān)于電磁波,下列說(shuō)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(wú)關(guān)b.周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)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(shí),其傳播方向與電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直d.利用

7、電磁波傳遞信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信,但電磁波不能通過(guò)電纜、光纜傳輸4.(新教材人教版選擇性必修第一冊(cè)p94t3改編)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,光屏上某點(diǎn)p到雙縫s1和s2的距離差為7.510-7 m,如果用波長(zhǎng)2.510-7 m的光照射雙縫,試通過(guò)計(jì)算分析p點(diǎn)出現(xiàn)的是亮條紋還是暗條紋。關(guān)鍵能力學(xué)案突破考點(diǎn)一光的干涉現(xiàn)象的理解及應(yīng)用(師生共研)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(diǎn)的路程差r2-r1=k(k=0,1,2,)時(shí),光屏上出現(xiàn)明條紋。光的路程差r2-r1=(2k+1)2(k=0,1,2,)時(shí),光屏上出現(xiàn)暗條紋。(2)條紋間距:x=ld,其中l(wèi)是雙縫到

8、光屏的距離,d是雙縫間的距離,是光波的波長(zhǎng)。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(shí),在膜的前表面aa和后表面bb分別反射回來(lái),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(gè)表面反射回來(lái)的兩列光波的路程差r等于波長(zhǎng)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(lái)的光波的路程差r等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍,即r=(2n+1)2(n=0,1,2,),薄膜上出現(xiàn)暗條紋。(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(huì)觀

9、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。【典例1】如圖所示,在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,s1和s2為雙縫,p是光屏上的一點(diǎn),p點(diǎn)與s1和s2距離之差為2.110-6 m,已知a光在折射率為n=1.5的介質(zhì)中波長(zhǎng)為410-7 m;b光在某種介質(zhì)中波長(zhǎng)為3.1510-7 m,當(dāng)b光從這種介質(zhì)射向空氣時(shí),臨界角為37(sin 37=0.6,cos 37=0.8);分別用a、b兩種單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),問(wèn)p點(diǎn)處將出現(xiàn)亮條紋還是暗條紋?解題指導(dǎo)審題關(guān)鍵詞句分析解讀n=1.5的介質(zhì)中波長(zhǎng)為410-7m求出在真空中的波長(zhǎng)b光從這種介質(zhì)射向空氣時(shí),臨界角為37求出折射率破題1.由v=cn

10、,=vf求出光的頻率,由=cf求出光在空氣中的波長(zhǎng),看光程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍還是偶數(shù)倍。2.由臨界角求出折射率,由v=cn,=vf求出光的頻率,由=cf求出光在空氣中的波長(zhǎng),看光程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍還是偶數(shù)倍。對(duì)點(diǎn)演練1.(多選)(2017全國(guó)卷)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)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(dòng)e.將光源向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng)2.(多選)(2020浙江寧波期中)利用薄膜干涉可檢查工件表面的平整度。如圖甲所示,現(xiàn)使透明標(biāo)準(zhǔn)板m和待檢工件n間形

11、成一楔形空氣薄層,并用單色光照射,可觀察到如圖乙所示的干涉條紋,條紋的彎曲處p和q對(duì)應(yīng)于a和b處,下列判斷中正確的是()a.n的上表面a處向上凸起b.n的上表面b處向上凸起c.條紋的c、d點(diǎn)對(duì)應(yīng)處的薄膜厚度相同d.條紋的d、e點(diǎn)對(duì)應(yīng)處的薄膜厚度相同考點(diǎn)二光的衍射及偏振現(xiàn)象(自主探究)1.對(duì)光的衍射的理解(1)干涉和衍射是波的特征,波長(zhǎng)越長(zhǎng),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(shuō)明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況,只有在光的波長(zhǎng)比障礙物小得多時(shí),光才可以看作是沿直線傳播的。2.光的偏振(1)自然光與偏振光的比較類別自然光(非偏振光)偏振光光

12、的來(lái)源從普通光源發(fā)出的光自然光通過(guò)起偏器后的光光的振動(dòng)方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),光振動(dòng)沿任意方向,且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光的強(qiáng)度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),光振動(dòng)沿特定方向(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。對(duì)點(diǎn)演練3.(2019江蘇卷)將兩支鉛筆并排放在一起,中間留一條狹縫,通過(guò)這條狹縫去看與其平行的日光燈,能觀察到彩色條紋,這是由于光的(選填“折射”“干涉”或“衍射”)。當(dāng)縫的寬度(選填“遠(yuǎn)大于”或“接近”)光波的波長(zhǎng)時(shí),這種現(xiàn)象十分明顯。4.(2019北京卷)利用圖1所示的裝置(示意圖),觀察光的干涉、衍射現(xiàn)象,在光屏上得到如圖2

13、中甲和乙兩種圖樣。下列關(guān)于p處放置的光學(xué)元件說(shuō)法正確的是()圖1圖2a.甲對(duì)應(yīng)單縫,乙對(duì)應(yīng)雙縫b.甲對(duì)應(yīng)雙縫,乙對(duì)應(yīng)單縫c.都是單縫,甲對(duì)應(yīng)的縫寬較大d.都是雙縫,甲對(duì)應(yīng)的雙縫間距較大5.(多選)如圖所示,偏振片p的透振方向(用帶有箭頭的實(shí)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()a.太陽(yáng)光b.沿豎直方向振動(dòng)的光c.沿水平方向振動(dòng)的光d.沿與豎直方向成45角方向振動(dòng)的光考點(diǎn)三電磁振蕩、電磁場(chǎng)和電磁波相對(duì)論時(shí)空觀(自主探究)1.對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解2.對(duì)電磁波的理解(1)電磁波是橫波。電磁波的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、傳播方向三者兩兩垂直,如圖所示。(2)電磁波與機(jī)械波的

14、比較項(xiàng)目電磁波機(jī)械波產(chǎn)生由周期性變化的電場(chǎng)、磁場(chǎng)產(chǎn)生由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動(dòng)產(chǎn)生波的特點(diǎn)橫波縱波或橫波波速在真空中等于光速c=3108 m/s,在介質(zhì)中與頻率有關(guān)與介質(zhì)有關(guān),與頻率無(wú)關(guān)(如聲波波速在空氣中一般為340 m/s)是否需要介質(zhì)不需要介質(zhì)(在真空中仍可傳播)必須有介質(zhì)(真空中不能傳播)能量傳播電磁能機(jī)械能3.對(duì)狹義相對(duì)論的理解(1)慣性系:如果牛頓運(yùn)動(dòng)定律在某個(gè)參考系中成立,這個(gè)參考系叫作慣性系。相對(duì)一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系也是慣性系。(2)光速的大小與選取的參考系無(wú)關(guān)。(3)狹義相對(duì)論認(rèn)為物體的質(zhì)量m與物體的速度v有關(guān),其關(guān)系式為m=m01-vc2(m0為物體靜止時(shí)的質(zhì)量

15、)。4.相對(duì)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(ài)因斯坦質(zhì)能方程為e=mc2。對(duì)點(diǎn)演練6.(2020浙江高三月考)近場(chǎng)通信是一種短距高頻的無(wú)線電技術(shù),其主要結(jié)構(gòu)就是線圈和電容組成的類似lc振蕩電路的并聯(lián)諧振電路,其終端有主動(dòng)、被動(dòng)和雙向三種模式,最常見(jiàn)的被動(dòng)模式廣泛應(yīng)用于公交卡、門(mén)禁卡、校園一卡通等,刷卡時(shí),電路發(fā)生電諧振,給電容器充電,達(dá)到一定電壓后,在讀卡設(shè)備發(fā)出的射頻場(chǎng)中響應(yīng),被讀或?qū)懭胄畔?。下列說(shuō)法正確的是()a.lc電路的電容器在充電時(shí),電流增大b.如果增大lc電路中電容器兩極板間距離,振蕩周期將增大c.lc電路中,電容器充電時(shí),線圈中自感電動(dòng)勢(shì)增大d.電磁波發(fā)射時(shí),

16、使電磁波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù)叫電諧振7.測(cè)溫槍是通過(guò)傳感器接收紅外線,得出感應(yīng)溫度數(shù)據(jù),使用時(shí)只要將測(cè)溫槍靠近皮膚表面,修正皮膚與實(shí)際體溫的溫差便能準(zhǔn)確顯示體溫,下列說(shuō)法正確的是()a.測(cè)溫槍利用的紅外線也可用于殺菌消毒b.紅外線是波長(zhǎng)比紫外線長(zhǎng)的電磁波c.紅外線的穿透能力很強(qiáng),接受紅外線照射是會(huì)傷害身體的d.紅外線的頻率大于x光的頻率8.(多選)(2017江蘇卷)接近光速飛行的飛船和地球上各有一只相同的銫原子鐘,飛船和地球上的人觀測(cè)這兩只鐘的快慢,下列說(shuō)法正確的有()a.飛船上的人觀測(cè)到飛船上的鐘較快b.飛船上的人觀測(cè)到飛船上的鐘較慢c.地球上的人觀測(cè)到地球上的鐘較快d.地球上的人觀測(cè)到地

17、球上的鐘較慢第2節(jié)光的波動(dòng)性電磁波相對(duì)論必備知識(shí)預(yù)案自診知識(shí)梳理一、光的干涉1.加強(qiáng)減弱加強(qiáng)減弱2.頻率相等3.頻率相等波長(zhǎng)的整數(shù)倍奇數(shù)倍x=ld4.前后表面相同二、光的衍射1.相差不多還小2.(1)明暗相間越弱越小明暗相間弱小減小逐漸變暗逐漸變窄同心圓環(huán)(2)不透明亮斑三、光的偏振1.一切方向2.特定3.(1)偏振片(2)折射4.橫四、電磁場(chǎng)、電磁波、電磁波譜1.電場(chǎng)磁場(chǎng)2.(1)電磁波(2)介質(zhì)相同(3)小3.(1)開(kāi)放高頻振蕩(2)振幅頻率4.(1)相等最強(qiáng)(2)調(diào)諧調(diào)諧(3)檢波調(diào)制5.頻率波長(zhǎng)可見(jiàn)光五、相對(duì)論1.(1)相同(2)相同沒(méi)有2.(1)增大(2)大于考點(diǎn)自診1.(1)(2)

18、(3)(4)(5)2.d當(dāng)用白光做干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),頻率相同的色光,相互疊加干涉,在光屏上形成彩色條紋,中央形成白色的亮條紋;當(dāng)在光源與單縫之間加上紅色濾光片后,只有紅光能通過(guò)單縫,然后通過(guò)雙縫后相互疊加干涉,在光屏上形成紅色干涉條紋,光屏中央為加強(qiáng)點(diǎn),所以中央條紋變成紅色亮條紋,d正確。3.abc電磁波在真空中的傳播速度為3108m/s,與電磁波的頻率無(wú)關(guān),a項(xiàng)正確;周期性變化的電場(chǎng)產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng),周期性變化的磁場(chǎng)又產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng),它們相互激發(fā)向周圍傳播,就形成了電磁波,b項(xiàng)正確;電磁波是橫波,因此其電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度均與傳播方向垂直,c項(xiàng)正確;光是電磁波,利用光纖對(duì)光的全反射可以傳

19、播信息,d項(xiàng)錯(cuò)誤。4.答案亮條紋解析因?yàn)榫嚯x差是波長(zhǎng)的3倍,因此p點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋。關(guān)鍵能力學(xué)案突破典例1答案暗條紋亮條紋解析設(shè)a光在空氣中波長(zhǎng)為1,在介質(zhì)中波長(zhǎng)為2。由n=cv=12,得1=n2=1.5410-7m=610-7m光程差x=2.110-6m所以n1=x1=2.110-6m610-7m=3.5由此可知,從s1和s2到p點(diǎn)的光程差x是波長(zhǎng)1的3.5倍,所以p點(diǎn)為暗條紋。根據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系sinc=1n得n1=1sin37=53由此可知,b光在空氣中波長(zhǎng)3為3=n1介=533.1510-7m=5.2510-7m所以n2=x3=2.110-6m5.2510-7m=4p點(diǎn)為亮條紋。對(duì)點(diǎn)

20、演練1.acd設(shè)雙縫間的距離為d,屏幕離雙縫間的距離為l,兩相鄰亮條紋的間距為x,照射光的波長(zhǎng)為,由x=ld可知,要增大兩相鄰條紋的間距,可以改用紅光或減小雙縫間距或?qū)⑵聊幌蜻h(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng),故選項(xiàng)a、c、d正確,選項(xiàng)b錯(cuò)誤;將光源向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng),屏幕和雙縫間的距離保持不變,所以兩相鄰亮條紋的間距不變,故選項(xiàng)e錯(cuò)誤。2.bc薄膜干涉是等厚干涉,即明條紋處空氣膜的厚度相同。條紋的c、d點(diǎn)在同一條紋上,故c、d點(diǎn)對(duì)應(yīng)處的薄膜厚度相同,從彎曲的條紋可知,a處檢查平面左邊處的空氣膜厚度與后面的空氣膜厚度相同,知a處凹陷,b處檢查平面右邊處的空氣膜厚度與后面的空氣膜厚度相同,知b處凸起,故a錯(cuò)誤,b正確;由圖可知,c、d在同一條紋上,則條紋的c、d點(diǎn)對(duì)應(yīng)處的薄膜厚度也相同,c正確;d、e點(diǎn)不在同一條紋上,所以對(duì)應(yīng)的薄膜厚度不同,d錯(cuò)誤。3.答案衍射接近解析眼睛通過(guò)平行于日光燈的狹縫看到彩色條紋屬于光的衍射現(xiàn)象;狹縫的