（江蘇專用）高三物理一輪復習 選考部分 第12章 振動 波動 光 電磁波與相對論 第4節(jié) 光的波動性 電磁波 相對論教師用書-人教版高三全冊物理試題

第4節(jié)光的波動性電磁波相對論知識點1光的干涉1．條件兩列光的頻率相同，相位和振動情況都完全相同的光相遇．2．雙縫干涉(1)條紋間距公式：Δx＝eq\f(L,d)λ，其中λ為波長，d為雙縫間距，l為雙縫到屏的距離．(2)薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂膜)前后兩表面的反射光波相遇而形成的干涉．知識點2光的衍射1．光發(fā)生明顯衍射的條件當障礙物的尺寸跟光的波長相比相差不多，甚至比光的波長還小的時候，衍射現(xiàn)象才會明顯．2．衍射條紋的特點單色光的衍射圖樣為中間寬且亮的單色條紋，兩側(cè)是明暗相間的條紋，條紋寬度比中央窄且暗；白光的衍射圖樣為中間寬且亮的白色條紋，兩側(cè)是漸窄且暗的彩色條紋．知識點3光的偏振1．自然光包含著在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度都相同，這種光叫自然光．如由太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光．2．偏振光在垂直于傳播方向的平面上，只沿著一個特定的方向振動的光．如自然光經(jīng)偏振片作用后的光．知識點4電磁波的特點和狹義相對論1．電磁波的特點(1)電磁波是橫波，電場強度E和磁感應(yīng)強度B的方向都與傳播方向垂直．(2)電磁波傳播時不需要任何介質(zhì)，在真空中傳播的速度最大，c＝3×108(3)電磁波本身是一種物質(zhì)，它具有能量．(4)具有波的特征，能產(chǎn)生反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象．2．相對論的簡單知識(1)狹義相對論的基本假設(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．(2)時間和空間的相對性：①時間間隔的相對性Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)).②長度的相對性l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2).(3)相對論速度變換公式：u＝eq\f(u′＋v,1＋\f(u′v,c2)).(4)相對論質(zhì)量：m＝eq\f(m0,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)).(5)質(zhì)能方程：E＝mc2.[核心精講]1．楊氏雙縫干涉(1)原理(如圖12-4-1所示)圖12-4-1(2)明、暗條紋的條件：①單色光a．光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出現(xiàn)明條紋．b．光的路程差r2－r1＝(2k＋1)eq\f(λ,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．(3)條紋間距公式：Δx＝eq\f(l,d)λ.2．薄膜干涉(1)薄膜特點：如圖12-4-2所示，由于重力作用，薄膜上薄下厚．圖12-4-2(2)相干光線：薄膜前表面AA′和后表面BB′的反射光線疊加．(3)亮紋條件：在P1、P2處，薄膜厚度的2倍為前后表面反射光的光程差，當光程差等于波長整數(shù)倍時，形成亮條紋．(4)暗紋條件：在Q處，光程差等于半波長的奇數(shù)倍時，形成暗條紋．3．單縫衍射與雙縫干涉的比較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等間距亮度情況中央條紋最亮，兩邊變暗條紋清晰，亮度基本相等相同點干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋4.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[題組通關(guān)]1．如圖12-4-3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()圖12-4-3A．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圖樣光的波長短D．形成c圖樣的光的波長比形成d圖樣光的波長短A干涉條紋是等距離的條紋，因此，a、b圖是干涉圖樣，c、d圖是衍射圖樣，故A項正確、B項錯誤；由公式Δx＝eq\f(L,d)λ可知，條紋寬的入射光的波長長，所以a圖樣的光的波長比b圖樣的光的波長長，故C項錯誤；c圖樣的光的波長比d圖樣的光的波長長，故D項錯誤．2．(多選)如圖12-4-4所示，電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過偏振片A和B，人眼在P處迎著入射光方向，看不到光亮，則()【導學號：96622212】圖12-4-4A．圖中a光為偏振光B．圖中b光為偏振光C．以SP為軸將B轉(zhuǎn)過180°后，在P處將看到光亮D．以SP為軸將B轉(zhuǎn)過90°后，在P處將看到光亮BD自然光沿各個方向是均勻分布的，通過偏振片后，透射光是只沿著某一特定方向振動的光．從電燈直接發(fā)出的光為自然光，則A錯；它通過A偏振片后，即變?yōu)槠窆猓瑒tB對；設(shè)通過A的光沿豎直方向振動，P點無光亮，則B偏振片只能通過沿水平方向振動的偏振光，將B轉(zhuǎn)過180°后，P處仍無光亮，C錯；若將B轉(zhuǎn)過90°，則該偏振片將變?yōu)槟芡ㄟ^豎直方向上振動的光的偏振片，則偏振光能通過B，即在P處有光亮，D對．3．(多選)把一平行玻璃板壓在另一個平行玻璃板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖，讓單色光從上方射入，如圖12-4-5所示．這時可以看到明暗相間的條紋．下面關(guān)于條紋的說法中正確的是()圖12-4-5A．干涉條紋是光在空氣尖劈膜的前后兩表面反射形成的兩列光波疊加的結(jié)果B．干涉條紋中的暗條紋是上述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結(jié)果C．將上玻璃板平行上移，條紋向著劈尖移動D．觀察薄膜干涉條紋時，應(yīng)在入射光的另一側(cè)AC根據(jù)薄膜干涉的產(chǎn)生原理，上述現(xiàn)象是由空氣膜前后表面反射的兩列光疊加而成，當波峰與波峰、波谷與波谷相遇疊加時，振動加強，形成亮條紋，所以A項對、B項錯；因相干光是反射光，故觀察薄膜干涉時，應(yīng)在入射光的同一側(cè)，故D項錯誤；條紋的位置與空氣膜的厚度是對應(yīng)的，當上玻璃板平行上移時，同一厚度的空氣膜向劈尖移動，故條紋向著劈尖移動，故C項正確．[名師微博]分析光的干涉、衍射及偏振的幾點注意1．白光發(fā)生光的干涉、衍射和光的色散都可出現(xiàn)彩色條紋，但光學本質(zhì)不同．2．區(qū)分干涉和衍射，關(guān)鍵是理解其本質(zhì)，實際應(yīng)用中可從條紋寬度、條紋間距、亮度等方面加以區(qū)分．3．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．4．不能認為偏振片就是刻有狹縫的薄片，偏振片并非刻有狹縫，而是具有一種特征，即存在一個偏振方向，只讓平行于該方向振動的光通過，其他振動方向的光被吸收了．[核心精講]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．(2)電磁波與機械波不同，機械波在介質(zhì)中傳播的速度只與介質(zhì)有關(guān)，電磁波在介質(zhì)中傳播的速度與介質(zhì)和頻率均有關(guān)．3．電磁波譜分析及應(yīng)用電磁波譜頻率/Hz真空中波長/m特性應(yīng)用遞變規(guī)律無線電波<3×1011>10－3波動性強，易發(fā)生衍射無線電技術(shù)紅外線1011～101510－3～10－7熱效應(yīng)紅外遙感可見光101510－7引起視覺照明、攝影紫外線1015～101710－7～10－9化學效應(yīng)、熒光效應(yīng)、滅菌消毒醫(yī)用消毒、防偽X射線1016～101910－8～10－11貫穿本領(lǐng)強檢查、醫(yī)用透視γ射線>1019<10－11貫穿本領(lǐng)最強工業(yè)探傷、醫(yī)用治療[題組通關(guān)]4．(多選)關(guān)于電磁波譜，下列說法正確的是()【導學號：96622213】A．電磁波中最容易表現(xiàn)出干涉、衍射現(xiàn)象的是無線電波B．紫外線的頻率比可見光低，長時間照射可以促進鈣的吸收，改善身體健康C．X射線和γ射線的波長比較短，穿透力比較強D．紅外線的顯著作用是熱作用，溫度較低的物體不能輻射紅外線AC無線電波的波長長，易發(fā)生衍射現(xiàn)象，A正確；紫外線的頻率比可見光高，B錯；任何物體都能輻射紅外線，D錯．5．(2014·四川高考)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C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．6．(多選)(2016·全國甲卷)關(guān)于電磁波，下列說法正確的是()【導學號：96622214】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祖互激發(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度、磁感應(yīng)強度均垂直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電磁波在真空中的傳播速度等于光速，與電磁波的頻率無關(guān)，選項A正確；周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā)，形成電磁波，選項B正確；電磁波傳播方向與電場強度、磁感應(yīng)強度均垂直，選項C正確；電磁波可以通過光纜傳輸，選項D錯誤；電磁波波源的電磁振蕩停止，波源不再產(chǎn)生新的電磁波，但空間中已產(chǎn)生的電磁波仍可繼續(xù)傳播，選項E錯誤．[名師微博]對電磁波的三點說明1．波長不同的電磁波，表現(xiàn)出不同的特性．其中波長較長的無線電波和紅外線等，易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象；波長較短的紫外線、X射線、γ射線等，穿透能力較強．2．電磁波譜中，相鄰兩波段的電磁波的波長并沒有很明顯的界線，如紫外線和X射線、X射線和γ射線都有重疊.3．不同的電磁波，產(chǎn)生的機理不同，無線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運動產(chǎn)生的；紅外線、可見光、紫外線是原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；X射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；γ射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的．[核心精講]1．對“同時”的相對性的理解(1)經(jīng)典的時空觀：在同一個慣性系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性系中觀察也是同時的．(2)相對論的時空觀：“同時”具有相對性，即在同一個慣性系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性系中觀察就不一定是同時發(fā)生的．2．對“長度的相對性”的理解狹義相對論中的長度公式：l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2).式中l(wèi)0是相對于桿靜止的觀察者測出的桿的長度，而l可認為桿沿桿的長度方向以速度v運動時，靜止的觀察者測量的長度，還可以認為是桿不動，而觀察者沿桿的長度方向以速度v運動時測出的桿的長度．3．對“時間間隔的相對性”的理解時間間隔的相對性公式：Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)).式中Δτ是相對事件發(fā)生地靜止的觀察者測量同一地點的兩個事件發(fā)生的時間間隔，而Δt則是相對于事件發(fā)生地以速度v運動的觀察者測量同一地點的同樣兩個事件發(fā)生的時間間隔．也就是說：在相對運動的參考系中觀測，事件變化過程的時間間隔變大了，這叫作狹義相對論中的時間膨脹．(動鐘變慢)[題組通關(guān)]7．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A狹義相對論兩個基本假設(shè)：相對性原理、光速不變原理．光速不變原理：真空中的光速是對任何慣性參考系都適用的普通常量，A正確．8．如圖12-4-6所示，沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔A、B和C.假想有一列車沿AC方向以接近光速行駛，當鐵塔B發(fā)出一個閃光，列車上的觀測者測得A、C兩鐵塔被照亮的順序是()圖12-4-6A．同時被照亮 B．A先被照亮C．C先被照亮 D．無法判斷C火車上的觀察者以火車為參考系，那么燈塔A、B、C均沿向CA方向運動．B發(fā)出的光向A、C傳播的過程中，A是遠離光線運動的，C是向著光線運動的，所以在火車上的觀察者看來，光線先傳播到C，即C先被照亮，C正確．9．假設(shè)有一列很長的火車沿平直軌道飛快勻速前進，車廂中央有一個光源發(fā)出了一個閃光，閃光照到了車廂的前后壁，根據(jù)狹義相對論原理，下列說