機(jī)械振動與機(jī)械波 光 電磁波與相對論,第 十三 章,第4講 光的波動性 電磁波 相對論,知識梳理自測,1產(chǎn)生條件 兩列光的_相同，振動方向_，且具有恒定的相位差，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣。,光的干涉,頻率,相同,2兩種典型的干涉 (1)楊氏雙縫干涉。 原理如圖所示。,明、暗條紋的條件。 ()單色光：形成_的條紋，中央為明條紋。 a光的路程差rr2r1_(k0,1,2，)，光屏上出現(xiàn)明條紋。 b光的路程差rr2r1_(k0,1,2，)，光屏上出現(xiàn)暗條紋。 ()白光：光屏上出現(xiàn)_條紋，且中央亮條紋是_(填寫顏色)。 相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距公式：x_。,明暗相間,K,彩色,白色,(2)薄膜干涉。 相干光：光照射到透明薄膜上，從薄膜的兩個表面_的兩列光波。 圖樣特點(diǎn)：同雙縫干涉，同一條亮(或暗)紋對應(yīng)薄膜的_相等。單色光照射薄膜時形成明暗相間的條紋，白光照射薄膜時，形成彩色條紋。,反射,厚度,1發(fā)生明顯衍射的條件：只有當(dāng)障礙物的尺寸與光的波長_，甚至比光的波長_的時候，衍射現(xiàn)象才會明顯。,光的衍射,相差不多,還小,2衍射條紋的特點(diǎn)：,(1)單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較。,明暗相間,越弱,越小,明暗相間,越弱,越小,越小,逐漸變暗,逐漸變窄,同心圓環(huán),(2)泊松亮斑(圓盤衍射)： 當(dāng)光照射到不透明的_上時，在圓盤的陰影中心出現(xiàn)_(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán))。,半徑很小的小圓盤,亮斑,1偏振現(xiàn)象 橫波只沿某一_振動，稱為波的偏振現(xiàn)象。 2自然光 若光源發(fā)出的光，包含著在垂直于光傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿各個方向振動的光波的_都相同，這種光叫自然光。,光的偏振,特定方向,強(qiáng)度,3偏振光 在垂直于光傳播方向的平面上，只沿一個_振動的光，叫偏振光。 例如：自然光通過偏振片后，就得到了偏振光。見示意圖。,特定方向,1電磁波的產(chǎn)生 (1)麥克斯韋電磁場理論 變化的磁場產(chǎn)生_，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。,電磁波與相對論,電場,磁場,(3)電磁波 電磁場(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_介質(zhì)； 真空中電磁波的速度為_m/s； vf對電磁波_。 電磁波能產(chǎn)生反射、折射、_和衍射等現(xiàn)象。,不需要,3.0×108,同樣適用,干涉,2電磁波的發(fā)射和接收 (1)發(fā)射電磁波的條件 要有足夠高的_。 電路必須_，使振蕩電路的電場和磁場分散到盡可能大的空間。 (2)調(diào)制有_和調(diào)頻兩種方式，解調(diào)是調(diào)制的逆過程。 (3)電磁波譜 定義：按電磁波的波長從長到短分布是_、紅外線、可見光、紫外線、X射線和射線，形成電磁波譜；遞變規(guī)律：直線傳播能力增強(qiáng)，衍射能力減弱。,振蕩頻率,開放,調(diào)幅,無線電波,電磁波譜的特性、應(yīng)用,熱效應(yīng),熒光效應(yīng),3狹義相對論 (1)狹義相對論的兩個基本假設(shè) 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_的。 光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是_的，光速與光源、觀測者間的相對運(yùn)動沒有關(guān)系。,相同,相同,(2)相對論的質(zhì)速關(guān)系 物體的質(zhì)量隨物體速度的增加而增大，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_。 物體運(yùn)動時的質(zhì)量m總要_靜止時的質(zhì)量m0。 4相對論質(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_。,大于,mc2,思維診斷： (1)光的顏色取決于折射率。( ) (2)只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉。( ) (3)在雙縫干涉實(shí)驗中，雙縫的作用是使白光變成單色光。( ) (4)陽光下茂密的樹蔭中地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的。( ) (5)自然光是偏振光。( ) (6)電場周圍一定存在磁場，磁場周圍一定存在電場。( ) (7)無線電波不能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象。( ) (8)波長不同的電磁波在本質(zhì)上完全不同。( ) (9)真空中的光速在不同慣性參考系中是不同的。( ),×,×,×,×,×,×,×,×,解析 干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象，A正確；障礙物尺寸比波長小或與波長差不多才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，B錯誤；兩列頻率相同的波疊加才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，C錯誤，D正確。,AD,解析 波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是：孔、縫的寬度或障礙物的尺寸與波長相比差不多或比波長更短。由于無線電波的波長比較大，和樓房的線度相近，遠(yuǎn)大于光波的波長，故無線電波相對于建筑墻體可以發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，而光波相對于建筑墻體無法發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，故只有D正確。,D,AD,BDE,核心考點(diǎn)突破,1雙縫干涉與單縫衍射的比較：,光的干涉、衍射及偏振,2自然光和偏振光的比較：,特別提醒：(1)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，衍射條紋可以認(rèn)為從單縫通過多列頻率相同的光波在屏上疊加形成的干涉圖樣。 (2)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)象說明只有在光的波長比障礙物小得多時才可看作沿直線傳播。,A,解析 干涉圖樣條紋間的距離都是相等的，衍射圖樣最中間的條紋最粗，向兩旁依次變細(xì)，故A、C是干涉圖樣，B、D是衍射圖樣；又由于藍(lán)光波長較紅光短，所以藍(lán)光形成的干涉圖樣條紋間的距離較小，所以A是藍(lán)光形成的干涉圖樣。,類題演練 1 ,ABD,解析 太陽光包含垂直傳播方向向各個方向振動的光，當(dāng)太陽光照射P時能在P的另一側(cè)觀察到偏振光，故A正確；沿豎直方向振動的光能通過偏振片，故B正確；沿水平方向振動的光不能通過偏振片，因為它們已經(jīng)相互垂直，故C錯誤；沿與豎直方向成45°角振動的光也能通過偏振片，故D正確。,類題演練 2 ,BCE,(1)已知A光在空氣中的波長為6×107m，問P點(diǎn)是亮條紋還是暗條紋？ (2)已知B光在某種介質(zhì)中波長為3.15×107m，當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時，臨界角為37°，問P點(diǎn)是亮條紋還是暗條紋？,類題演練 3 ,(3)若讓A光照射S1，B光照射S2，試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象。 (4)設(shè)光屏上O為到S1和S2路程相等的點(diǎn)，則B光在PO間有幾條暗紋？,答案：(1)暗條紋 (2)亮條紋 (3)見解析 (4)4條,實(shí)驗：用雙縫干涉測光的波長,3實(shí)驗步驟： (1)安裝儀器： 將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。 接好光源，打開開關(guān)，使白熾燈正常發(fā)光。調(diào)節(jié)各部件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏。 安裝單縫和雙縫，中心位于遮光筒的軸線上，使雙縫和單縫的縫平行。,4注意事項： (1)調(diào)節(jié)雙縫干涉儀時，要注意調(diào)節(jié)光源的高度，使它發(fā)出的一束光能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮。 (2)放置單縫和雙縫時，縫要相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上。 (3)調(diào)節(jié)測量頭時，應(yīng)使分劃板中心刻線和條紋的中心對齊，記清此時手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線和另一條紋的中心對齊，記下此時手輪上的讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差就表示這兩個條紋間的距離。 (4)不要直接測x，要測幾個條紋的間距，計算得x，這樣可以減小誤差。 (5)白光的干涉觀察到的是彩色條紋，其中白色在中央，紅色在最外邊。,特別提醒：(1)實(shí)驗中濾光片的作用是獲得單色光，要測量某種單色光的波長，實(shí)驗中必須使用濾光片。 (2)單縫相當(dāng)于一個單色光光源，雙縫相當(dāng)于兩個步調(diào)完全一致的單色相干光源。,(1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為C、_、_、_、A。,E,D,B,(2)本實(shí)驗的步驟有： 取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光簡軸線把屏照亮； 按合理順序在光具座上放置各光學(xué)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(yīng)注意_ _。,單縫與雙縫必須平行，其間距為510cm，保證光源、濾光片、 單縫、雙縫和光屏的中心在同一軸線上,(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)如圖甲所示。然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，記下此時圖乙中手輪上的示數(shù)為_mm，求得相鄰亮紋的間距x為_mm。,13.870,2.310,(4)已知雙縫間距d為2.0×104m，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上，所以排列順序為C、E、D、B、A。(順序不能交換) (2)在操作步驟時應(yīng)注意的事項有：放置單縫、雙縫時，單縫、雙縫間距離大約為510cm；使單縫與雙縫相互平行。,6.6×102,類題演練 4 ,(1)保持縫到光屏的距離不變，換用不同間隙的雙縫，雙縫的間隙越小，屏上明暗相間的條紋間距_(填“越大”或“越小”)； (2)保持雙縫的間隙不變，光屏到縫的距離越大，屏上明暗相間的條紋間距_(填“越大”或“越小”)； (3)在雙縫的間隙和雙縫與屏的距離都不變的條件下，用不同顏色的光做實(shí)驗，發(fā)現(xiàn)用藍(lán)色光做實(shí)驗在屏上明暗相間的條紋間距比用紅色光做實(shí)驗時_ (填“大”或“小”)； (4)實(shí)驗觀察到光屏上呈現(xiàn)明暗相間的條紋，試運(yùn)用波動理論對明紋的形成予以解釋。 答：_ _。,越大,越大,小,同一色光透過雙縫的光形成相干光源，在光屏相遇，有的區(qū)域光振 動加強(qiáng)，有的區(qū)域光振動減弱，光振動加強(qiáng)區(qū)域呈現(xiàn)明紋,對電磁波譜的四點(diǎn)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、射線等，穿透能力較強(qiáng)。 (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射線和射線都有重疊。 (3)不同的電磁波，產(chǎn)生的機(jī)理不同，無線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運(yùn)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；射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的。 (4)電磁波的能量隨頻率的增大而增大。,電磁波與相對論,(1)X光機(jī)，_。 (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(qiáng)的熒光作用 C紫外線具有殺菌消毒作用 DX射線的很強(qiáng)的貫穿力 E紅外線具有顯著的熱效應(yīng) F紅外線波長較長，易發(fā)生衍射,D,C,E,解析 (1)X光機(jī)是用來透視人的體內(nèi)器官的，因此需要具有較強(qiáng)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(qiáng)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(yīng)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(jìn)局部血液循環(huán)，它利用的是紅外線的熱效應(yīng)，使人體局部受熱，血液循環(huán)加快。因此選擇E。,A內(nèi)窺鏡是利用光的全反射原理制成的一種醫(yī)療設(shè)備 B雷達(dá)是利用電磁波中的長波來測定物體位置的無線電設(shè)備 C肥皂泡在陽光下呈現(xiàn)彩色是光的折射現(xiàn)象 D微波爐是利用微波使食物中的水分子熱運(yùn)動加劇，溫度升高,類題演練 5 ,AD,解析 光線在內(nèi)窺鏡中發(fā)生全反射，故內(nèi)窺鏡是利用光的全反射原理制成的一種醫(yī)療設(shè)備，故A正確；雷達(dá)是利用電磁波中的微波來測定物體位置的，故B錯誤；肥皂泡在陽光下呈現(xiàn)彩色是光的干涉現(xiàn)象，故C錯誤；微波爐是利用微波使水分子熱運(yùn)動加劇，溫度升高，故D正確。,類題演練 6 ,ABD,