選修34第4講光波動性電磁波相對論

第4講

光的波動性、電磁波、相對論【考綱解讀】1.理解光的干涉現(xiàn)象，掌握雙縫干涉中出現(xiàn)亮暗條紋的條件；2.理解光的衍射現(xiàn)象，知道發(fā)生明顯衍射的條件；3.知道光的偏振現(xiàn)象，了解偏振在日常生活中的應(yīng)用；4.了解電磁波和相對論的相關(guān)知識．考點O

講堂梳理自查一、光的干涉1．定義：在兩列光波的疊加區(qū)域加強，某些區(qū)域的光被減弱

，出加現(xiàn)強亮紋減，弱某些區(qū)域的光被

，出現(xiàn)暗紋，且

和

互相頻間率隔相等的現(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情況總是

頻率相等的相干光波，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Δx＝

lλ距離

Δx

與波長

λ，雙縫間距

d

及屏到雙縫距離

l

的關(guān)系為

d

．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．光的衍射現(xiàn)象：光在遇到障礙物時，偏離直線傳播方向而照射到陰影區(qū)域的現(xiàn)象叫作光的衍射．小2．光發(fā)相生差明不顯多衍射現(xiàn)象的條件：當孔或障礙物的尺寸比光波波長

，或者跟光波波長

時，光才能發(fā)生明紫顯的衍射現(xiàn)紅象．3．衍射圖樣：(1)單縫衍射．中央為亮條紋，向兩側(cè)有明暗相間的條紋，但間距和亮度不亮同．白光衍射時，中央仍為白光，最靠近中央的是

光，最遠離中央的是三、光的偏振1．偏振光：在跟光傳播方向垂直的平面內(nèi)，光在某一方向振動較強而在另一些方向振動較弱的光即為偏橫振波光．光的偏振現(xiàn)象證明光是

(填“橫波”各或個方“向縱波”)．

強度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振動的光，而且沿各個方向振動的光波的

都相同，這種光叫作自然光．四、電磁波的產(chǎn)生1．麥克斯韋電磁場理論：變化電場的磁場產(chǎn)生磁場

，變化的電場產(chǎn)生

．2．電磁場：變化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系成為一個完整的整體，這就是電磁場．3．電磁波：電磁場不(需電要磁能量)由近及遠地向周圍傳播形成電磁3.0波×1．08(1)電磁波是橫波，在空間傳播

介質(zhì)．(2)真空中電磁波的速度為

m/s.(2)調(diào)制分類：調(diào)幅和調(diào)頻．2．電磁波的接收(1)調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生

的過程．(2)解調(diào)：使聲音或圖象信號從

中還原出來的過程．五、電磁波的發(fā)射與接收1．電磁波的發(fā)射頻率

開放電路(1)發(fā)射條件：足夠高的

和

．電諧振高頻電流六、相對論的簡單知識3．相對論質(zhì)能關(guān)系：即愛因斯坦質(zhì)能方程為

E＝

.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．m0

1－cv22．相對論的質(zhì)速關(guān)系：m＝

.物體運動時的質(zhì)量

m

總要大于靜止時的質(zhì)量

m0.mc21．[對光的干涉條件的考查]在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，已知紅光與綠光頻率、波長均不相等，這時(

)A．只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失B．紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的干涉條紋依然存在任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在

但【解析】兩列光波發(fā)生干涉的條件之一是頻

率相等，利用雙縫將一束光分成能夠發(fā)生疊

加的兩束光，在光屏上形成干涉條紋，但分

別用綠色濾光片和紅色濾光片擋住兩條縫后，紅光和綠光頻率不等，不能發(fā)生干涉，因此

屏上不會出現(xiàn)干涉條紋，但仍有紅光和綠光

的衍射圖樣．2．[對衍射圖樣的考查](多選)在單縫衍射實驗中，下列說法中正確的是(

)A．將入射光由黃色換成綠色，衍射條紋間距變窄B．使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄C．換用波長較長的光照射，衍射條紋間距變寬D．增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬3．[對自然光與偏振光的考查]對于自然光和偏振光，以下認識中正確的是(

)A．從太陽、蠟燭等普通光源直接發(fā)出的光是自然光B．自然光通過一個偏振片后成為偏振光，偏振光再通過一個偏振片后又還原為自然光C．電燈發(fā)出的光透過偏振片，旋轉(zhuǎn)偏振片時看到透射光的亮度無變化，說明透射光不是偏振光D．自然光只有在通過偏振片后才能成為偏4．[對麥克斯韋電磁場理論的考查]根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，下列說法中正確的是(

)A．有電場的空間一定存在磁場，有磁場的空間也一定能產(chǎn)生電場B．在變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場，在變化的磁場周圍一定產(chǎn)生變化的電場C．均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場D．周期性變化的磁場周圍空間一定產(chǎn)生周期性變化的電場2

11．楊氏雙縫干涉

(1)原理如圖所示．(2)明、暗條紋的條件：①單色光：形成明暗相間的條紋，中央為明條紋．a(chǎn)．光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)，光屏上出現(xiàn)明條紋．λb．光的路程差r

－r

＝(2k＋1)2(k＝0,1,2，…)，光屏上出現(xiàn)暗條紋．②白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋，且中央亮條紋是白色．d(3)條紋間距公式：Δx＝lλ.考點1

光的干涉例1

在雙縫干涉實驗中，雙縫到光屏上P點的距離之差為0.6

μm，若分別用頻率f1＝5.0×1014

Hz和f2＝7.5×1014

Hz的單色光垂直照射雙縫，則P點出現(xiàn)明、暗條紋的情況是

(

)A．單色光f1和f2分別照射時，均出現(xiàn)明條紋B．單色光f1和f2分別照射時，均出現(xiàn)暗條紋C．單色光f1照射時出現(xiàn)明條紋，單色光f2照射時出現(xiàn)暗條紋D．單色光f1照射時出現(xiàn)暗條紋，單色光f2照【解析】根據(jù)已有波的疊加知識，可知與兩個狹縫的光的路程差是波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋，與兩個狹縫的光的路程差是半波長的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋．據(jù)fc

cf1λ＝

可得

λ1＝

＝cf214

m＝0.6×10－6

m＝0.60

μm，λ2＝

＝3×108

3×1085.0×10

7.5×1014

m＝—60.4×10

m＝0.40

μm，即d＝0.60

μm1＝λ

，d＝0.60

μm23

λ2＝2λ2＝3×.由以上分析可知，選項C

正確．練

1

如圖所示，用頻率為

f

的單色光(激光)垂直照射雙縫，在光屏的

P

點出現(xiàn)第

3

條暗條紋，已知光速為

c，則

P

到雙縫

S1，S2

的距離之差|r1－r2|應(yīng)為(

)BA．

c

3c2f

．2ff【答案】DDC．3c

5c．2f1

2λ【解析】出現(xiàn)第3

條暗條紋，說明S

，S

到P

點距離之差為2×(2n－1)＝5

，2λ其中n＝3，而λ＝f，所以1

2c

5c|r

－r

|＝5

＝，因而D

項是正確的．2λ

2f光的干涉弄清的兩個重點，一是單色光明暗紋形成的條件，波峰與波峰、波谷與波谷相遇疊加時，振動加強，形成亮條紋或兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr

等于波長的整數(shù)倍，即Δr＝nλ(n＝1,2，3，…)，薄膜上出現(xiàn)明條紋；d二是雙縫干涉圖樣的相鄰兩明條紋間距公式Δx＝lλ.考點2

光的衍射1．衍射與干涉的比較兩種現(xiàn)象單縫衍射雙縫干涉不同點條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋間距相等2．干涉與衍射的本質(zhì)光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結(jié)果，從本質(zhì)上講，衍射條紋的形成與干涉條紋的形成具有相似的原理．在衍射現(xiàn)象中，可以認為從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波，它們在屏上疊加形成單縫衍射條紋．例2

如圖所示，a，b，c，d四個圖是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣．分析各圖樣的特點可以得出的正確結(jié)論是(

)A．a(chǎn)，b是光的干涉圖樣B．c，d是光的干涉圖樣C

形成a圖樣的光的波長比形成b圖樣光的思路剖析：干涉圖樣有什么特點？衍射圖樣有什么特點？【【解答析案】干】涉條A紋是等距離的條紋，因此，a，b

圖是干涉圖樣，c，d

圖是衍射圖樣，故選項A

正確、B

錯誤；由公式Δx＝lλ

可知，條紋寬的入射光的波長長，d所以a

圖樣的光的波長比b

圖樣的光的波長長，故選項C

錯誤；c

圖樣的光的波長比d

圖樣的光的波長長，故選項D

錯誤．理解光的衍射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．模擬精選·

組合專練熱點題組一 光的干涉1．(多選)(2017年荊門月考)如圖所示，一束白光從左側(cè)射入肥皂薄膜，下列說法正確的是()A．人從右側(cè)向左看，可看到彩色條紋B．人從左側(cè)向右看，可看到彩色條紋C．彩色條紋水平排列D．彩色條紋豎直排列【答案】BC【解析】一束白光照射到薄膜上經(jīng)薄膜兩個

界面上反射回來的光再相遇時產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，這樣當人從左側(cè)向右看時，可以看到彩色條

紋，選項B正確，A錯誤．由于薄膜從上向下逐漸加厚，在同一水平線上的厚度相同，故彩色條紋是水平排列的，選項C正確，D錯誤．2．(多選)(2017年沈陽質(zhì)檢)關(guān)于光現(xiàn)象及其應(yīng)用，下列說法正確的是()A．白光只有通過三棱鏡的折射，才能產(chǎn)生光的色散現(xiàn)象B．光經(jīng)過大頭針尖兒時，大頭針尖兒邊緣輪廓會模糊不清，這是光的衍射現(xiàn)象C．光導(dǎo)纖維利用全反射的原理，其內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率D．拍攝玻璃櫥窗中的物品時，為消除玻璃表面反射光的干擾，需要在照相機鏡頭前加裝偏振片，該裝置利用的是薄膜干涉原理熱點題組二 光的衍射、偏振、激光3．(2017年西寧模擬)在觀察光的衍射實驗中，觀察到如圖所示的清晰的亮暗相間的圖樣，根據(jù)圖樣判斷障礙物