4 光的波動性　電磁波和相對論—2021屆高中物理一輪復(fù)習(xí)暑假專題學(xué)案（選修3-4）

1、一輪復(fù)習(xí)暑假專題-選修3-4學(xué)案4光的波動性電磁波和相對論1.光的干涉、衍射及偏振 (1)兩種衍射圖樣:a.小孔衍射,明暗相間的同心圓環(huán),越向外,環(huán)間距離。b.單縫衍射,明暗相間的平行條紋,中央條紋,兩側(cè)條紋。若用白光做單縫衍射實(shí)驗(yàn),則中央亮處為。 (2)光的干涉和衍射的關(guān)系: a.光的干涉和衍射,都證明了光的,只有波才可以發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象。b.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。c.光的干涉條紋中,各條紋能量分布;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:a.自然光,自然光的一般概念是“光振動沿各個方向的光

2、”,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。b.偏振光:偏振光的一般概念是“光振動沿不同方向分布的光”,包括兩種情況,一種是只有沿振動的光,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,變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生。 

3、(2)電磁波:a.電磁場在空間的傳播,形成電磁波。b.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(都等于光速)。c.不同頻率的電磁波,在同一介質(zhì)中傳播,其速度是的,頻率越高,波速。d.,f是電磁波的頻率。 (3)電磁波的發(fā)射:a.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。b.調(diào)制方式,.,使高頻電磁波的振幅隨信號的強(qiáng)弱而變。.,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。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

4、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)。3.相對論 (1)狹義相對論的兩個基本假設(shè):a.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。b.光速不變原理,真空中的光速在不同的慣性參考系中都是,光速和光源、觀測者間的相對運(yùn)動。 (2)質(zhì)速關(guān)系:a.物體的質(zhì)量隨物體速度的增加,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=。b.物體運(yùn)動時的

5、質(zhì)量總要靜止時的質(zhì)量m0。 (3)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=。 【溫馨提示】對于狹義相對論的相對性原理來說,力學(xué)規(guī)律對慣性系都是相同的,由于光速是不變的,造成了一些與經(jīng)典理論不同的結(jié)論,這些結(jié)論在低速的世界里是不易搞清的,但從天體的物理現(xiàn)象中卻得到了證實(shí)。答案：越小較寬較窄白色波動性較均勻均勻分布相同不均勻單一方向一切方向電場磁場由近及遠(yuǎn)相同是不同的越小 v=f調(diào)制(調(diào)幅或調(diào)頻)調(diào)幅調(diào)頻電磁波譜相同的相同的沒有關(guān)系而增大 m01-vc2大于mc2二、光的干涉現(xiàn)象1.雙縫干涉(1)條紋間距公式:x=ld,對同一雙縫干涉裝置,光的

6、波長越長,干涉條紋間距越大。(2)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r=r2-r1。當(dāng)r=k(k=0,1,2,)時,光屏上P'處出現(xiàn)明條紋。當(dāng)r=(2k+1)2(k=0,1,2,)時,光屏上P'處出現(xiàn)暗條紋。2.薄膜干涉(1)薄膜干涉如圖,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。在P1、P2處,從兩個表面處反射回來的兩列光波的路程差x等于波長的整數(shù)倍,即x=n(n=0,1,2,),薄膜上出現(xiàn)亮條紋。在Q處,從

7、兩個表面處反射回來的兩列光波的路程差x等于半波長的奇數(shù)倍,即x=(2n+1)2(n=0,1,2,),薄膜上出現(xiàn)暗條紋。(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。增透膜在光學(xué)元件(透鏡

8、、棱鏡)的表面涂上一層薄膜(如氟化鎂),當(dāng)薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長的14時,在薄膜的兩個面上的反射光的光程差恰好等于半個波長,因而相互抵消,達(dá)到減小反射光、增大透射光強(qiáng)度的目的。三、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,

9、且沿各個方向振動的光的強(qiáng)度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),光振動沿特定方向四、實(shí)驗(yàn):用雙縫干涉測光的波長1.實(shí)驗(yàn)原理與操作2.數(shù)據(jù)處理與分析(1)數(shù)據(jù)處理：用刻度尺測量出雙縫到光屏間的距離l,由公式x=ld得波長=dlx,重復(fù)測量、計(jì)算,求出波長的平均值。(2)誤差分析測條紋間距x時帶來誤差。 測量雙縫到光屏間距離l時產(chǎn)生誤差。(3)注意事項(xiàng)保證燈絲、單縫、雙縫、測量頭與遮光筒共軸。 保持單縫和雙縫平行。五、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)械波的比較項(xiàng)目電磁波機(jī)械波產(chǎn)生由周期

10、性變化的電場、磁場產(chǎn)生由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動產(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=3×108 m/s在空氣中不大(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)械能課堂練習(xí)1.(2018遼寧鞍山質(zhì)檢)(多選)下列說法正確的是()。A.光導(dǎo)纖維傳遞光信號是利用光的直線傳播原理 B.色散現(xiàn)象表明白光是復(fù)色光C.泊松亮斑是光的干涉現(xiàn)象 D.增透膜的厚度應(yīng)為入射光在增透膜中波長的142.(2018四川四市二診)(多選)關(guān)于電磁波,下列說法正確的是()。A.電磁波在真空和介質(zhì)中的傳播速度相同B.周期性變化

11、的電場和磁場可以相互激發(fā),形成電磁波C.電磁波譜中的無線電波與可見光相比,更容易產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象D.電磁振蕩可以產(chǎn)生電磁波,若波源電磁振蕩停止,其發(fā)射到空間的電磁波隨即消失3.(2018湖北六校聯(lián)合體聯(lián)考)(多選)下列說法正確的是()。A.光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,若僅將入射光從紫光改為紅光,則相鄰亮條紋間距一定變小B.做簡諧振動的物體,經(jīng)過同一位置時,速度可能不同C.在受迫振動中,驅(qū)動力的頻率不一定等于物體的固有頻率D.拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時,在鏡頭前加裝一個偏振片可以增加透射光的強(qiáng)度4.(2018河北唐山模擬)(多選)下列說法正確的是()。A.北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是利用電磁波進(jìn)行定位和導(dǎo)航的B.微波爐

12、能快速加熱食物是利用紅外線具有顯著的熱效應(yīng)C.常用的電視機(jī)遙控器通過發(fā)出紫外線脈沖信號來遙控電視機(jī)D.天文學(xué)家用射電望遠(yuǎn)鏡接收天體輻射的無線電波進(jìn)行天體物理研究一輪復(fù)習(xí)暑假專題-選修3-4學(xué)案4光的波動性電磁波和相對論參考答案1.BD 光導(dǎo)纖維傳遞光信號是利用光的全反射原理,A項(xiàng)錯誤;泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象,C項(xiàng)錯誤。2.BC 電磁波在真空中的傳播速度最大,在其他介質(zhì)中的速度將變小,而且介質(zhì)的折射率越大,速度越小,A項(xiàng)錯誤;根據(jù)電磁波知識知,B項(xiàng)正確;波長越長的無線電波的波動性越顯著,干涉、衍射現(xiàn)象越容易發(fā)生,C項(xiàng)正確;發(fā)射電路的電磁振蕩停止了,只是不能產(chǎn)生新的電磁波,但已發(fā)出的電磁波不會立即消失,還會繼續(xù)傳播一段時間,D項(xiàng)錯誤。3.BC 由x=ld,從紫光改為紅光,則相鄰亮條紋