第27講光的波動(dòng)性電磁波,突破一 光的干涉和衍射,突破二 光的偏振,突破三 電磁場(chǎng)和電磁波,重難突破,教材研讀,1.判斷下列說法的正誤: (1)麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在。() (2)赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。() (3)電場(chǎng)周圍一定存在磁場(chǎng),磁場(chǎng)周圍一定存在電場(chǎng)。() (4)無線電波不能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象。() (5)波長(zhǎng)不同的電磁波在本質(zhì)上完全不同。() (6)與紅外線相比紫外線更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象。(),2.(多選)在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,如果(BD) A.用白光作為光源,屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋 B.用紅光作為光源,屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋 C.用紅光照射一條狹縫,用紫光照射另一條狹縫,屏上將呈現(xiàn)彩色干涉條紋 D.用紫光作為光源,遮住其中一條狹縫,屏上將呈現(xiàn)間距不等的條紋,3.(多選)在電磁波中,波長(zhǎng)按從長(zhǎng)到短排列的是(BCD) A.無線電波、可見光、紅外線 B.無線電波、可見光、射線 C.紅光、黃光、綠光 D.紫外線、X射線、射線,4.如圖所示的LC振蕩電路中,已知某時(shí)刻電流i的方向指向A板,且正在增大,則此時(shí)(D) A.A板帶正電 B.線圈L兩端電壓在增大 C.電容器C正在充電 D.電場(chǎng)能正在轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能,突破一光的干涉和衍射,重難突破,1.單縫衍射與雙縫干涉的比較 (1)干涉和衍射的比較,注:表中圖樣特點(diǎn)的不同點(diǎn)是針對(duì)單色光而言的。 (2)對(duì)光的衍射的理解 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。,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(zhǎng)比障礙物小得多時(shí),光才可以看做是沿直線傳播的。,2.單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較,典例1(2017浙江4月選考,16,2分)(多選)圖中給出了“用雙縫干涉測(cè)量 光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)示意圖,雙縫S1和S2間距為0.80 mm,雙縫到屏的距離為 0.80 m。波長(zhǎng)為500 nm的單色平行光垂直入射到雙縫S1和S2上,在屏上形成干涉條紋。中心軸線OO上方第1條亮紋中心位置在P1處,第3條亮紋中心位置在P2處。現(xiàn)在1號(hào)、2號(hào)蟲子分別從S1和S2出發(fā)以相同速度沿垂直屏方向飛行,1號(hào)蟲子到達(dá)屏后,沿屏直線爬行到P1,2號(hào)蟲子到達(dá)屏后,沿屏直線爬行到P2。假定兩只蟲子爬行速率均為10-3 m/s。正確的是( ),A.1號(hào)蟲子運(yùn)動(dòng)路程比2號(hào)短 B.兩只蟲子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間差為0.2 s C.兩只蟲子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間差為1.0 s D.已知條件不夠,兩只蟲子運(yùn)動(dòng)時(shí)間差無法計(jì)算,解析相鄰亮紋間距x=510-4 m 1號(hào)蟲子的路程為M1=L+ 2號(hào)蟲子的路程為M2=L+ M2-M1=2x-d=210-4 m,所以選項(xiàng)A對(duì)。 t=0.2 s,選項(xiàng)B正確,C、D錯(cuò)誤。,方法規(guī)律 區(qū)分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法 (1)根據(jù)條紋的寬度區(qū)分:雙縫干涉條紋的寬度相同,而單縫衍射條紋的中央亮條紋最寬,兩側(cè)的亮條紋逐漸變窄。 (2)根據(jù)條紋的間距區(qū)分:雙縫干涉條紋的間距是相等的,而單縫衍射的條紋越向兩側(cè)條紋間距越窄。 (3)根據(jù)亮條紋的亮度區(qū)分:雙縫干涉條紋,從中央亮條紋往兩側(cè)亮度變化很小,而單縫衍射條紋的中央亮條紋最亮,兩側(cè)的亮條紋逐漸變暗。,1-1如圖所示的4種明暗相間的條紋分別是紅光、藍(lán)光各自通過同一個(gè)雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個(gè)單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋)。在下面的4幅圖中從左往右排列,亮條紋的顏色依次是(B) A.紅、黃、藍(lán)、紫B.紅、紫、藍(lán)、黃 C.藍(lán)、紫、紅、黃D.藍(lán)、黃、紅、紫,解析雙縫干涉條紋是等間距的,而單縫衍射條紋除中央亮條紋最寬最亮之外,兩側(cè)條紋亮度、寬度都逐漸減小,因此a、c為雙縫干涉條紋,b、d為單縫衍射條紋。雙縫干涉條紋的寬度(即相鄰明、暗條紋間距)x=,紅光波長(zhǎng)比藍(lán)光波長(zhǎng)長(zhǎng),則紅光干涉條紋間距大于藍(lán)光干涉條紋間 距,即a、c分別對(duì)應(yīng)紅光和藍(lán)光。而在單縫衍射中,當(dāng)單縫寬度一定時(shí),波長(zhǎng)越長(zhǎng),衍射越明顯,即中央條紋越寬越亮,b、d分別對(duì)應(yīng)紫光和黃光。綜上所述,a、b、c、d四個(gè)圖中亮條紋的顏色依次是:紅、紫、藍(lán)、黃,B正確。,1-2(多選)把一個(gè)曲率半徑很大的凸透鏡的彎曲表面壓在另一個(gè)玻璃平面上,讓單色光從上方射入,如圖甲,這時(shí)可以看到亮暗相間的同心圓如圖乙。這個(gè)現(xiàn)象是牛頓首先發(fā)現(xiàn)的,這些同心圓叫做牛頓環(huán),為了使同一級(jí)圓環(huán)的半徑變大(例如從中心數(shù)起的第二道圓環(huán)),則應(yīng)(AC) A.將凸透鏡的曲率半徑變大 B.將凸透鏡的曲率半徑變小 C.改用波長(zhǎng)更長(zhǎng)的單色光照射 D.改用波長(zhǎng)更短的單色光照射,解析當(dāng)光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)是亮條紋,當(dāng)光程差為半個(gè)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)是暗條紋;換一個(gè)表面曲率半徑更小的凸透鏡,出現(xiàn)同一級(jí)亮條紋的厚度向中心偏移,可知圓環(huán)的半徑變小;用波長(zhǎng)變短的光照射,則出現(xiàn)同一級(jí)亮條紋的厚度向中心偏移,則圓環(huán)的半徑變小;因此要使半徑變大,則可以將凸透鏡的曲率半徑變大,或者改用波長(zhǎng)更長(zhǎng)的單色光照射,故A、C正確,B、D錯(cuò)誤。,突破二光的偏振,1.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一切方向振動(dòng)的光,而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同,這種光叫做自然光。 2.偏振光:在垂直于傳播方向的平面上,只沿某個(gè)特定方向振動(dòng)的光。光的偏振證明光是橫波。自然光通過偏振片后,就得到了偏振光。,典例2(多選)光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波。下列現(xiàn)象中能反映光的偏振特性的是(ABC) A.一束自然光相繼通過兩個(gè)偏振片,以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片,透射光的強(qiáng)度發(fā)生變化 B.一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上,當(dāng)反射光線與折射光線之間的夾角恰好是90時(shí),反射光是偏振光 C.日落時(shí)分,拍攝水面下的景物,在照相機(jī)鏡頭前裝上偏振濾光片可以使影像更清晰 D.通過手指間的縫隙觀察日光燈,可以看到彩色條紋,2-1(多選)“假奶粉事件”發(fā)生后,國家加強(qiáng)了對(duì)奶粉的質(zhì)量檢查。奶粉中的碳水化合物(糖)的含量是一個(gè)重要指標(biāo),可以用“旋光法”來測(cè)量糖溶液的濃度,從而鑒定含糖量。偏振光通過糖的水溶液后,偏振方向會(huì)相對(duì)于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度,這一角度稱為“旋光度”,的值只與糖溶液的濃度有關(guān),將的測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較,就能確定被測(cè)樣品的含糖量了。如圖所示,S是自然光源,A、B是偏振片,轉(zhuǎn)動(dòng)B,使到達(dá)O處的光最強(qiáng),然后將被測(cè)樣品P置于A、B之間,則下列說法中正確的是( ),A.到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱 B.到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱 C.將偏振片B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,使得O處光的強(qiáng)度最大,偏振片B轉(zhuǎn)過的角度小于 D.將偏振片A轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,使得O處光的強(qiáng)度最大,偏振片A轉(zhuǎn)過的角 度等于,解析偏振光通過糖的水溶液后,若迎著射來的光線看,偏振方向會(huì)以傳播方向?yàn)檩S線,旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度,所以到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱,故A錯(cuò)誤,B正確。將偏振片B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,使得O處光的強(qiáng)度最大,偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于,故C錯(cuò)誤。同理,將偏振片A轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,使得O處光的強(qiáng)度最大,偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于,故D正確。,突破三電磁場(chǎng)和電磁波,1.電磁場(chǎng)和電磁波 (1)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,(2)電磁波 電磁場(chǎng)(電磁能量)由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播形成電磁波。 電磁波是橫波,在空間傳播不需要介質(zhì); 真空中電磁波的速度為3.0108 m/s; v=f對(duì)電磁波同樣適用; 電磁波能產(chǎn)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象。 (3)電磁波譜分析及應(yīng)用,2.電磁振蕩 (1)電磁振蕩的實(shí)質(zhì) 在電磁振蕩過程中,電容器極板上的電荷量、電路中的電流、與振蕩電流相聯(lián)系的電場(chǎng)和磁場(chǎng)都在周期性地變化,電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能周期性地轉(zhuǎn)化。 (2)LC電路的周期、頻率公式:T=2,f=,其中:周期T、頻 率f、自感系數(shù)L、電容C的單位分別是秒(s)、赫茲(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。,3.電磁波的發(fā)射和接收 (1)有效發(fā)射電磁波的條件:高頻、開放電路。發(fā)射電磁波時(shí)需要對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。 (2)調(diào)制方式 調(diào)幅:使高頻電磁波的振幅隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變。 調(diào)頻:使高頻電磁波的頻率隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變。 (3)電磁波的接收 電諧振:當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時(shí),接,收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng),這種現(xiàn)象叫做電諧振。 調(diào)諧:調(diào)諧電路的固有頻率可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變,將調(diào)諧電路的頻率調(diào)節(jié)到與需要接收的某個(gè)頻率的電磁波相同,即使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧。 解調(diào):從接收到的高頻電流中分離出所攜帶的信號(hào)的過程叫做解調(diào)。解調(diào)是調(diào)制的逆過程。 4.電磁波與信息化社會(huì)、電磁波譜 (1)電磁波的傳播:可通過電纜、光纜進(jìn)行有線傳播,也可以實(shí)現(xiàn)無線傳,播,電磁波的頻率越高,相同時(shí)間傳播信息量越大,光的頻率比無線電波的頻率高得多,因此光纜可以傳遞大量信息。 (2)在現(xiàn)代電視發(fā)射系統(tǒng)中,攝像管的作用是攝取景物的圖像并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。顯像管的作用是還原出與攝像管屏上相同的圖像。 (3)雷達(dá)利用微波遇到障礙物的反射現(xiàn)象來測(cè)定物體位置。根據(jù)發(fā)射無線電波到接收反射波的時(shí)間t,確定障礙物的距離s=,再根據(jù)發(fā)射無線 電波的方向和仰角,可以確定障礙物的位置。,典例3(多選)下列關(guān)于電磁波的說法正確的是(BD) A.麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在,并用實(shí)驗(yàn)得到了證實(shí) B.使電磁波隨信號(hào)而改變的技術(shù)叫調(diào)制 C.使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫解調(diào) D.寒冷的冬天坐在火爐邊,可以享受紅外線帶來的溫暖,解析麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在,赫茲用實(shí)驗(yàn)得到了證實(shí),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;使電磁波隨信號(hào)而改變的技術(shù)叫調(diào)制,選項(xiàng)B正確;使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫調(diào)諧,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;紅外線具有熱效應(yīng),則寒冷的冬天坐在火爐邊,可以享受紅外線帶來的溫暖,選項(xiàng)D正確。,3-1(多選)關(guān)于電磁波,下列說法正確的是(ABC) 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(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.利用電磁波傳遞信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)無線通信,但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸,解析電磁波在真空中的傳播速度為3108 m/s,與頻率無關(guān),選項(xiàng)A正確;由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可知,選項(xiàng)B正確;變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互激發(fā),且電場(chǎng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度相互垂直,形成的電磁波的傳播方向與電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直,選項(xiàng)C正確;電磁波可以通過電纜、光纜傳輸,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。,典例4(多選)如圖所示的LC振蕩回路,當(dāng)開關(guān)S轉(zhuǎn)向右邊發(fā)生振蕩后,下列說法中正確的是(ABD) A.振蕩電流達(dá)到最大值時(shí),電容器上的 帶電荷量為零 B.振蕩電流達(dá)到最大值時(shí),磁場(chǎng)能最大 C.振蕩電流為零時(shí),電場(chǎng)能為零 D.振蕩電流相鄰兩次為零的時(shí)間間隔等于振蕩周期的一半,解析當(dāng)電流達(dá)到最大值時(shí),此時(shí)磁場(chǎng)能最大,電場(chǎng)能最小,電容器上的帶電荷量為零,故A、B正確;當(dāng)電流為零時(shí),充電完成,此時(shí)磁場(chǎng)能為零,電場(chǎng)能最大,故C錯(cuò)誤。,