歡迎進入物理課堂 第4講光的波動性電磁波相對論 光的干涉和衍射比較表 光的干涉 衍射和偏振 考綱要求 1 薄膜干涉 1 相干光來自于薄膜的前 后表面 或上 下表面 反射回來的兩列反射光 2 薄膜干涉的應用 增透膜 檢查工件的平整度 2 3 自然光和偏振光的比較表 1 明 暗條紋的條件 1 單色光 2 觀察薄膜干涉條紋時 應該與光源處在薄膜的同一側觀察 實驗 用雙縫干涉測光的波長 測量頭的構造及使用如圖1 4 1甲所示 測量頭由分劃板 目鏡 手輪等構成 轉動手輪 分劃板會向左右移動 測量時 應使分劃板中心刻度對齊條紋的中心 如圖1 4 1乙 記下此時手輪上的讀數(shù) 圖1 4 1 兩次讀數(shù)之差就表示這兩條條紋間的距離 注意事項 1 保證燈絲 單縫 雙縫 測量頭與遮光筒共軸 2 保持單縫和雙縫平行 麥克斯韋電磁場理論變化的磁場能夠在周圍空間產生電場 變化的電場能夠在周圍空間產生磁場 電磁場變化電場在周圍空間產生磁場 變化磁場在周圍空間產生電場 變化的電場和磁場成為一個完整的整體 這就是電磁場 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 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 變化的電場產生磁場 變化的磁場產生電場 電磁波的產生 發(fā)射及接收 電磁波及其傳播 考綱要求 1 2 3 3 不同頻率的電磁波 在同一介質中傳播 其速度是不同的 頻率越高 波速越小 4 v f f是電磁波的頻率 電磁波的發(fā)射發(fā)射條件 電路和 信號 所以要對傳輸信號進行 包括調頻和調幅 調幅 使高頻電磁波的 隨信號的強弱而變 調幅廣播 AM 一般使用中波和短波波段 調頻 使高頻電磁波的 隨信號的強弱而變 調頻廣播 FM 和電視廣播都采用調頻的方法調制 4 開放 高頻振蕩 調制 振幅 頻率 無線電波的接收 1 當接收電路的固有頻率跟接收到的無線電波的頻率 時 激起的振蕩電流 這就是電諧振現(xiàn)象 2 使接收電路產生電諧振的過程叫做 能夠調諧的接收電路叫做 電路 3 從經過調制的高頻振蕩中 檢 出調制信號的過程 叫做 檢波是 的逆過程 也叫做 5 相等 最強 調諧 調諧 檢波 調制 解調 電磁波譜 考綱要求 狹義相對論的兩個基本假設 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系 相對論的質速關系 1 物體的質量隨物體速度的增加而增大 物體以速度v運動時的質量m與靜止時的質量m0之間有如下關系 狹義相對論的基本假設 考綱要求 質速關系 質能關系 考綱要求 相對論質能關系式 考綱要求 1 2 2 物體運動時的質量總要大于靜止時的質量m0 相對論質能關系用m表示物體的質量 E表示它具有的能量 則愛因斯坦質能方程為 E mc2 3 理解質能關系時應注意質量和能量是物體不可分離的屬性 當物體的質量減少或增加時 必然伴隨著能量的減少或增加 如果用 m表示物體質量的變化量 E表示能量的變化量 那么它們的關系可以表示為 E mc2 該式表示 隨著一個物體質量的減少 會釋放出一定的能量 與此同時 另一個物體吸收了能量 質量也會隨之增加 特別提醒 如圖1 4 2是雙縫干涉實驗裝置的示意圖 S為單縫 S1 S2為雙縫 P為光屏 用綠光從左邊照射單縫S時 可在光屏P上觀察到干涉條紋 下列說法正確的是 圖1 4 2 A 減小雙縫間的距離 干涉條紋間的距離減小B 增大雙縫到屏的距離 干涉條紋間的距離增大C 將綠光換為紅光 干涉條紋間的距離減小D 將綠光換為紫光 干涉條紋間的距離增大 1 答案B 用如圖1 4 3所示的實驗裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象 圖a是點燃的酒精燈 在燈芯上灑些鹽 圖b是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬絲圈 將金屬絲圈在其所在的豎直平面內緩慢旋轉 觀察到的現(xiàn)象是 圖1 4 3 A 當金屬絲圈旋轉30 時干涉條紋同方向旋轉30 B 當金屬絲圈旋轉45 時干涉條紋同方向旋轉90 C 當金屬絲圈旋轉60 時干涉條紋同方向旋轉30 D 干涉條紋保持原來狀態(tài)不變解析金屬絲圈的轉動 改變不了肥皂液膜的上薄下厚的形狀 由干涉原理可知干涉條紋與金屬絲圈在該豎直平面內的轉動無關 仍然是水平的干涉條紋 A B C錯誤 D正確 答案D 2 聲波能繞過某一建筑物傳播而光波卻不能繞過該建筑物 這是因為 A 聲波是縱波 光波是橫波B 聲波振幅大 光波振幅小C 聲波波長較長 光波波長很短D 聲波波速較小 光波波速很大解析意在考查考生對產生明顯波的衍射條件的理解 根據波產生明顯衍射現(xiàn)象的條件 障礙物或孔的尺寸與波的波長差不多或比波的波長小可知 聲波有明顯的衍射而光波的衍射不明顯是因為聲波的波長較長 C正確 答案C 3 2011 廣東梅州二模 電磁波與機械波相比較有 A 電磁波傳播不需要介質 機械波傳播需要介質B 電磁波在任何介質中的傳播速率都相同 機械波在同一介質中的傳播速率相同C 電磁波與機械波都不能產生干涉現(xiàn)象D 電磁波與機械波都能產生衍射現(xiàn)象 答案AD 4 光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波 下列現(xiàn)象中不能反映光的偏振特性的是 A 一束自然光相繼通過兩個偏振片 以光束為軸旋轉其中一個偏振片 透射光的強度發(fā)生變化B 一束自然光入射到兩種介質的分界面上 當反射光線與折射光線之間的夾角恰好是90 時 反射光是偏振光C 日落時分 拍攝水面下的景物 在照相機鏡頭前裝上偏振濾光片可以使景象更清晰D 通過手指間的縫隙觀察日光燈 可以看到彩色條紋解析由光的偏振現(xiàn)象的知識可知A B C均反映了光的偏振特性 只有D選項是利用手指間的狹縫去觀察光的衍射現(xiàn)象 故選D 答案D 5 如圖1 4 4所示 A B兩幅圖是由單色光分別入射到圓孔而形成的圖樣 其中圖A是光的 填 干涉 或 衍射 圖樣 由此可以判斷出圖A所對應的圓孔的孔徑 填 大于 或 小于 圖B所對應的圓孔的孔徑 圖1 4 4 6 解析A中出現(xiàn)明暗相間的條紋 是衍射現(xiàn)象 B中出現(xiàn)圓形亮斑 只有障礙物或孔的尺寸比光波波長小或跟波長相差不多時 才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 圖A是光的衍射圖樣 由于光波波長很短 約在10 7m數(shù)量級上 所以圖A對應的圓孔的孔徑比圖B所對應的圓孔的孔徑小 圖B的形成可以用光的直線傳播解釋 答案衍射小于 下面列出一些醫(yī)療器械的名稱和這些器械運用的物理現(xiàn)象 請將相應的字母填寫在運用這種現(xiàn)象的醫(yī)療器械后面的空格上 1 X光機 2 紫外線燈 3 理療醫(yī)用 神燈 照射傷口 可使傷口愈合得較好 這里的 神燈 是利用 A 光的全反射B 紫外線具有很強的熒光作用C 紫外線具有殺菌消毒作用D X射線的很強的貫穿力E 紅外線具有顯著的熱效應F 紅外線波長較長 易發(fā)生衍射 7 解析 1 X光機是用來透視人的體內器官的 因此需要具有較強穿透力的電磁波 但又不能對人體造成太大的傷害 因此采用了穿透能力比較強又不會給人體造成太大的傷害的X射線 選擇D 2 紫外線燈主要是用來殺菌的 因此它應用的是紫外線的殺菌作用而非熒光作用 因此選擇C 3 神燈 又稱紅外線燈 主要是用于促進局部血液循環(huán) 它利用的是紅外線的熱效應 使人體局部受熱 血液循環(huán)加快 因此選擇E 答案 1 D 2 C 3 E 如圖1 4 5所示 在 用雙縫干涉測光的波長 實驗中 光具座上放置的光學元件依次為 光源 遮光筒 光屏 對于某種單色光 為增加相鄰亮紋 暗紋 間的距離 可采取 或 的方法 8 圖1 4 5 答案濾光片單縫屏雙縫屏增大雙縫屏到光屏的距離減小兩縫間距離 1 在研究材料A的熱膨脹特性時 可采用如圖1 4 6所示的干涉實驗法 A的上表面是一光滑平面 在A的上方放一個透明的平行板B B與A上表面平行 在它們之間形成一厚度均勻的空氣膜 現(xiàn)在用波長為 的單色光垂直照射 同時對A緩慢加熱 在B上方觀察到B板的亮度發(fā)生周期性變化 當溫度為t1時最亮 然后亮度逐漸減弱至最暗 當溫度升高到t2時 亮度再一次回到最亮 考點一光的干涉 衍射及偏振 典例1 圖1 4 6 在B板上方觀察到的亮暗變化是由哪兩個表面的反射光疊加形成的 溫度由t1升高到t2時 A的高度升高多少 2 肥皂泡在太陽光照射下呈現(xiàn)的彩色是 現(xiàn)象 露珠在太陽光照射下呈現(xiàn)的彩色是 現(xiàn)象 通過狹縫看太陽光時呈現(xiàn)的彩色是 現(xiàn)象 凡是波都具有衍射現(xiàn)象 而把光看做直線傳播的條件是 要使光產生明顯的衍射 條件是 當狹縫的寬度很小并保持一定時 用紅光和紫光照射狹縫 看到的衍射條紋的主要區(qū)別是 如圖1 4 7所示 讓太陽光或白熾燈光通過偏振片P和Q 以光的傳播方向為軸旋轉偏振片P或Q 可以看到透射光的強度會發(fā)生變化 這是光的偏振現(xiàn)象 這個實驗表明 圖1 4 7 解析 1 A B間為空氣薄膜 在B板上方觀察到的亮暗變化 是由B的下表面反射的光和A的上表面反射的光疊加產生的 當溫度為t1時 設空氣薄膜厚度為d1 此時最亮說明 2d1 k 當溫度為t2時 設空氣薄膜厚度為d2 此時再一次最亮說明 2d2 k 1 2 肥皂泡呈現(xiàn)的彩色是光的干涉現(xiàn)象 露珠呈現(xiàn)的彩色是光的色散 通過狹縫看太陽光呈現(xiàn)的彩色是光的衍射現(xiàn)象 障礙物或孔的尺寸比波長大得多時 可把光看做沿直線傳播 障礙物或孔的尺寸跟波長相差不多或比波長更小時 可產生明顯的衍射現(xiàn)象 紅光的中央亮紋寬 紅光的中央兩側的亮紋離中央亮紋遠 這個實驗說明了光是一種橫波 答案見解析 變式1 答案B 現(xiàn)有毛玻璃屏A 雙縫B 白光光源C 單縫D和透紅光的濾光片E等光學元件 要把它們放在圖1 4 8所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置 用以測量紅光的波長 1 將白光光源C放在光具座最左端 依次放置其他光學元件 由左至右 表示各光學元件的字母排列順序應為C A 考點二用雙縫干涉測光的波長 典例2 圖1 4 8 2 本實驗的步驟有 取下遮光筒左側的元件 調節(jié)光源高度 使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮 按合理順序在光具座上放置各光學元件 并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上 用米尺測量雙縫到屏的距離 用測量頭 其讀數(shù)方法同螺旋測微器 測量數(shù)條亮紋間的距離 在操作步驟 時還應注意 3 將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊 將該亮紋定為第1條亮紋 此時手輪上的示數(shù)如圖1 4 9甲所示 然后同方向轉動測量頭 使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊 記下此時圖1 4 9乙中手輪上的示數(shù) mm 求得相鄰亮紋的間距 x為 mm 圖1 4 9 4 已知雙縫間距d為2 0 10 4m 測得雙縫到屏的距離l為0 700m 由計算式 求得所測紅光波長為 nm 解析 1 濾光片E是從白光中選出單色紅光 單縫屏是獲取線光源 雙縫屏是獲得相干光源 最后成像在毛玻璃屏 所以排列順序為 C E D B A 2 在操作步驟 時應注意的事項有 放置單縫 雙縫時 必須使縫平行 單縫 雙縫間距離大約為5 10cm 要保證光源 濾光片 單縫 雙縫和光屏的中心在同一軸線上 3 螺旋測微器的讀數(shù)應該 先讀整數(shù)刻度 然后看半刻度是否露出 最后看可動刻度 圖乙讀數(shù)為13 870mm 圖甲讀數(shù)為2 320mm 答案 1 E D B 2 放置單縫 雙縫時 必須使縫平行 單縫 雙縫間距離大約為5 10cm 要保證光源 濾光片 單縫 雙縫和光屏的中心在同一軸線上 3 13 8702 310 1 備有下列儀器 A 白熾燈B 雙縫C 單縫D 濾光片E 白色光屏把以上儀器裝在光具座上時 正確的排列順序應該是 填寫字母代號 2 已知雙縫到光屏之間的距離L 500mm 雙縫之間的距離d 0 50mm 單縫到雙縫之間的距離s 100mm 某同學在用測量頭測量時 調整手輪 在測量頭目鏡中先看到分劃板中心刻線對準A條亮紋的中心 然后他繼續(xù)轉動 使分劃板中心刻線對準B條亮紋的中心 前后兩次游標卡尺的讀數(shù)如圖1 4 10所示 則入射光的波長 m 結果保留兩位有效數(shù)字 變式2 圖1 4 10 3 實驗中發(fā)現(xiàn)條紋太密 難以測量 可以采用的改善辦法有 A 改用波長較長的光 如紅光 作為入射光B 增大雙縫到屏的距離C 增大雙縫到單縫的距離D 增大雙縫間距解析 1 課本知識 需熟練掌握基礎知識 2 游標卡尺讀數(shù)精確度為0 1mm A位置主尺讀數(shù)為11mm 游標尺讀數(shù)為1 讀數(shù)為s1 11mm 1 0 1mm 11 1mm 同理B位置讀數(shù)為s2 15 6mm 則條紋間距 答案 1 ADCBE 2 6 4 10 7 3 AB 1 麥克斯韋電磁理論的內容是 2 電磁波在傳播過程中 每處的電場方向和磁場方向總是 的 并和該處電磁波的傳播方向 這就說明電磁波是 波 3 目前雷達發(fā)射的電磁波頻率多在200MHz至1000MHz的范圍內 請回答下列關于雷達和電磁波的有關問題 雷達發(fā)射電磁波的波長范圍是多少 能否根據雷達發(fā)出的電磁波確定雷達和目標間的距離 考點三電磁場和電磁波 典例3 解析 1 麥克斯韋電磁理論的內容是 變化的磁場產生電場 變化的電場產生磁場 2 電磁波在傳播過程中 每處的電場方向和磁場方向總是垂直的 并和該處電磁波的傳播方向垂直 這說明電磁波是橫波 3 由c f可得 答案見解析 目前雷達發(fā)射的電磁波頻率多在200MHz至1000MHz的范圍內 下列關于雷達和電磁波說法正確的是 A 真空中上述雷達發(fā)射的電磁波的波長范圍在0 3m至1 5m之間B 電磁波是由恒定不變的電場或磁場產生的C 測出從發(fā)射電磁波到接收反射波的時間間隔可以確定雷達和目標的距離D 波長越短的電磁波 反射性能越強 變式3 答案ACD 如圖1 4 11所示 考慮幾個問題 1 如圖所示 參考系O 相對于參考系O靜止時 人看到的光速應是多少 2 參考系O 相對于參考系O以速度v向右運動 人看到的光速應是多少 3 參考系O相對于參考系O 以速度v向左運動 人看到的光速又是多少 考點四狹義相對論的簡單應用 典例4 圖1 4 11 解析根據速度合成法則 第一種情況人看到的光速應是c 第二種情況應是c v 第三種情況應是c v 而根據狹義相對論理論 光速是不變的 都應是c 答案 1 c 2 c 3 c 據報導 歐洲大型強子對撞機 LHC 已于2008年9月10日開啟 并加速第一批質子 該對撞機 開足馬力 后能把數(shù)以百萬計的粒子加速至每秒鐘30萬公里 相當于光速的99 9 粒子流每秒可在隧道內狂飆11245圈 單束粒子能量可達7萬億電子伏特 下列說法正確的是 A 如果繼續(xù)對粒子進行加速 粒子的速度將能夠達到光速B 如果繼續(xù)對粒子進行加速 粒子的速度將能夠超過光速C 粒子高速運動時的質量將大于靜止時的質量D 粒子高速運動時的質量將小于靜止時的質量 變式4 答案C 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全