第2節(jié)光的波動性電磁波相對論一、光的干涉、衍射和偏振1光的干涉(1)定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某些區(qū)域相互加強，出現(xiàn)條紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)條紋，且加強區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象。(2)條件：兩束光的頻率相同、相位差恒定。(3)雙縫干涉圖樣特點：單色光照射時，形成明暗相間的等間距的干涉條紋；白光照射時，中央為白色亮條紋，其余為彩色條紋。(4)條紋間距：x，其中l(wèi)是雙縫到光屏的距離，d是雙縫間的距離，是入射光波的波長。2光的衍射發(fā)生明顯衍射的條件：只有當障礙物的尺寸與光的波長相差不多，甚至比光的波長還小的時候，衍射現(xiàn)象才會明顯。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。(2)偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上，只沿著某個特定的方向振動的光。(3)偏振光的兩種形成方式讓自然光通過偏振片形成偏振光。讓自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和折射，反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光。(4)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種波。(5)偏振光的應用：加偏振濾光片的照相機鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等。二、電磁波1麥克斯韋電磁場理論變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場，變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場。 2電磁波及其傳播(1)電磁場在空間由近及遠的傳播，形成電磁波。電磁波是橫波。(2)電磁波的傳播不需要介質(zhì)，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度都等于光速。但在同一介質(zhì)中，不同頻率的電磁波傳播速度是不同的，頻率越高，波速越(可聯(lián)系v理解記憶)。(3)波速公式：vf，f是電磁波的頻率。3電磁波的發(fā)射與接收(1)發(fā)射電磁波需要開放的高頻振蕩電路，并對電磁波根據(jù)信號的強弱進行調(diào)制(兩種方式：調(diào)幅、調(diào)頻)。(2)接收電磁波需要能夠產(chǎn)生電諧振的調(diào)諧電路，再把信號從高頻電流中解調(diào)出來。調(diào)幅波的解調(diào)也叫檢波。4電磁波譜按照電磁波的頻率或波長的大小順序把它們排列成的譜。按波長由長到短排列的電磁波譜為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線。三、相對論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，光速和光源、觀測者間的相對運動沒有關(guān)系。2質(zhì)速關(guān)系(1)物體的質(zhì)量隨物體速度的增加而增大，物體以速度v運動時的質(zhì)量m與靜止時的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系：m。(2)物體運動時的質(zhì)量總要大于靜止時的質(zhì)量m0。3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：Emc2。深化理解1光發(fā)生干涉現(xiàn)象是有條件的，光發(fā)生衍射現(xiàn)象是沒有條件的，但發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象是有條件的。2圓孔衍射和圓盤衍射圖樣最明顯的區(qū)別在于中心的亮斑，前者的較大，后者的很小且有陰影包圍。3只有橫波才能發(fā)生偏振現(xiàn)象。4不同的電磁波有不同的特性，產(chǎn)生機理也不同，但可能具有相同的頻率。基礎(chǔ)自測一、判斷題(1)只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉。()(2)在雙縫干涉實驗中，雙縫的作用是使白光變成單色光。()(3)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。()(4)自然光是偏振光。()(5)無線電波不能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象。()(6)波長不同的電磁波在本質(zhì)上完全不同。()(7)真空中的光速在不同慣性參考系中是不同的。()二、選擇題1(多選)下列屬于光的干涉現(xiàn)象的是()解析：選BCA項為單縫衍射現(xiàn)象，B、C項為薄膜干涉現(xiàn)象，D項為光的色散現(xiàn)象。2關(guān)于生活中遇到的各種波，下列說法正確的是()A電磁波可以傳遞信息，聲波不能傳遞信息B手機在通話時涉及的波既有電磁波又有聲波C太陽光中的可見光和醫(yī)院“B超”中的超聲波傳播速度相同D遙控器發(fā)出的紅外線波長和醫(yī)院“CT”中的X射線波長相同解析：選B電磁波、聲波等一切波都可以傳遞能量和信息，A錯誤；手機在通話時需要聲音信號與電信號的相互轉(zhuǎn)換，電信號以電磁波的形式在空中傳播，B正確；超聲波是聲波，在空氣中傳播速度約為340 m/s，C錯誤；由電磁波譜分布情況可知，紅外線的波長比X射線的波長長，D錯誤。3關(guān)于狹義相對論的說法，不正確的是()A狹義相對論認為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的B狹義相對論認為在一切慣性參考系中，光在真空中的速度都等于c，與光源的運動無關(guān)C狹義相對論只涉及無加速運動的慣性系D狹義相對論在任何情況下都適用答案：D高考對本節(jié)內(nèi)容的考查，主要集中在光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象，有時涉及電磁波與相對論知識，通常以選擇題的形式呈現(xiàn)，難度一般?？键c一光的干涉現(xiàn)象多維探究類考法(一)雙縫干涉例1(多選)(2017全國卷改編)在雙縫干涉實驗中，用綠色激光照射在雙縫上，在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣。若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，可選用的方法是()A改用紅色激光B改用藍色激光C減小雙縫間距 D將屏幕向遠離雙縫的位置移動解析由x可知，改用波長更長的激光照射在雙縫上，相鄰亮條紋的間距x增大，A項正確，B項錯誤；減小雙縫間距d，相鄰亮條紋的間距x增大，C項正確；將屏幕向遠離雙縫的位置移動，增大了屏幕與雙縫的距離l，相鄰亮條紋的間距x增大，D項正確。答案ACD題型技法亮暗條紋的判斷方法(1)如圖所示，光源S1、S2發(fā)出的光到屏上某點的路程差r2r1k(k0,1,2)時，光屏上出現(xiàn)亮條紋。(2)光的路程差r2r1(2k1)(k0,1,2)時，光屏上出現(xiàn)暗條紋?？挤?二)薄膜干涉例2劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖甲所示，將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜。當光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示，干涉條紋有如下特點：(1)任意一條亮條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相鄰亮條紋和暗條紋所對應的薄膜厚度差恒定。現(xiàn)若在圖甲的裝置中抽去一張紙片，則當光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋()A變疏B變密C不變D消失解析如圖所示，若抽去一張紙片，則三角截面空氣層的傾角變小，則干涉條紋變疏，A正確。答案A題型技法薄膜干涉的理解和應用(1)形成：如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上時，在膜的前表面AA和后表面BB分別反射回來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加。(2)亮、暗條紋的判斷在P1、P2處，兩個表面反射回來的兩列光波的路程差r等于波長的整數(shù)倍，即rn(n1,2,3)，薄膜上出現(xiàn)亮條紋。在Q處，兩列反射回來的光波的路程差r等于半波長的奇數(shù)倍，即r(2n1)(n0,1,2,3)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋。(3)應用：干涉法檢查平面如圖所示，兩板之間形成一楔形空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢查平面是平整光滑的，我們會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋；若被檢查平面不平整，則干涉條紋發(fā)生彎曲。題點全練1對生活中常見光現(xiàn)象的認識(多選)在五彩繽紛的大自然中，我們常常會見到一些彩色光的現(xiàn)象，下列現(xiàn)象中屬于光的干涉的是()A灑水車噴出的水珠在陽光照耀下出現(xiàn)的彩色現(xiàn)象B小孩兒吹出的肥皂泡在陽光照耀下出現(xiàn)的彩色現(xiàn)象C雨后天晴馬路上油膜在陽光照耀下出現(xiàn)的彩色現(xiàn)象D用游標卡尺兩測量爪的狹縫觀察日光燈的燈光出現(xiàn)的彩色現(xiàn)象解析：選BCA屬于光的色散現(xiàn)象；B、C屬于光的薄膜干涉現(xiàn)象；D屬于光的單縫衍射現(xiàn)象。2.雙縫干涉中亮、暗條紋的判斷如圖所示，在雙縫干涉實驗中，S1和S2為雙縫，P是光屏上的一點，已知P點與S1和S2距離之差為2.1106 m，今分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實驗，問P點是亮條紋還是暗條紋？(1)已知A光在折射率為n1.5的介質(zhì)中波長為4107 m；(2)已知B光在某種介質(zhì)中波長為3.15107 m，當B光從這種介質(zhì)射向空氣時，臨界角為37(sin 370.6，cos 370.8)。解析：(1)設(shè)A光在空氣中波長為1，在介質(zhì)中波長為2，由n得1n21.54107 m6107 m根據(jù)路程差x2.1106 m所以N13.5由此可知，從S1和S2到P點的路程差x是波長1的3.5倍，所以P點為暗條紋。(2)根據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系sin C得n由此可知，B光在空氣中波長3為3n介3.15107 m5.25107 m所以N24可見，用B光做光源，P點為亮條紋。答案：(1)暗條紋(2)亮條紋考點二光的衍射和偏振現(xiàn)象基礎(chǔ)自修類題點全練1單縫衍射(多選)抽制高強度纖維細絲可用激光監(jiān)控其粗細，如圖所示，激光束越過細絲時產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫規(guī)律相同。觀察光束經(jīng)過細絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可判斷細絲粗細的變化，下列敘述中正確的是()A這里應用的是光的衍射現(xiàn)象B這里應用的是光的干涉現(xiàn)象C如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗D如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細解析：選AD由于是激光束越過細絲即繞過障礙物，所以是光的衍射現(xiàn)象，當抽制的絲變細的時候，絲的直徑較接近激光的波長，條紋間距變寬，A、D正確。2干涉、衍射的圖樣比較(多選)下列所示的圖片、示意圖大都來源于課本，關(guān)于這些圖的判斷中，準確無誤的是()A甲圖是小孔衍射的圖樣，乙圖為“泊松亮斑”B甲圖為“泊松亮斑”，乙圖是小孔衍射的圖樣C丙圖是雙縫干涉圖樣，丁圖是單縫衍射圖樣D丙圖是單縫衍射圖樣，丁圖是雙縫干涉圖樣解析：選AC“泊松亮斑”是“小圓盤”產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象，形成的衍射圖樣是陰影中心有一個“亮斑”，而小孔衍射的圖樣是中間有“亮斑”，無陰影，選項A正確，B錯誤；丙圖很明顯是雙縫干涉的圖樣，因干涉圖樣中的條紋間距是相等的，單縫衍射圖樣中的條紋間距是不相等的，中間最寬、最亮，丁圖是單縫衍射圖樣，選項C正確，D錯誤。3光的偏振的應用奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一個重要指標，可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量。偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會相對于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個角度，這一角度稱為“旋光度”，的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將的測量值與標準值相比較，就能確定被測樣品的含糖量了。如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動B，使到達O處的光最強，然后將被測樣品P置于A、B之間。(1)偏振片A的作用是_。(2)偏振現(xiàn)象證明了光是一種_。(3)以下說法中正確的是_。A到達O處光的強度會明顯減弱B到達O處光的強度不會明顯減弱C將偏振片B轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光強度最強，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于D將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光強度最強，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于解析：(1)自然光源發(fā)出的光不是偏振光，但當自然光經(jīng)過偏振片后就變成了偏振光，因此偏振片A的作用是把自然光變成偏振光。(2)偏振現(xiàn)象證明了光是一種橫波。(3)因為A、B的透振方向一致，故A、B間不放糖溶液時，自然光通過偏振片A后變成偏振光，通過B后到O。當在A、B間加上糖溶液時，由于糖溶液的旋光作用，使通過A的偏振光的振動方向轉(zhuǎn)動了一定角度，使通過B到達O的光的強度不是最大，但當B轉(zhuǎn)過一個角度，恰好使透振方向與經(jīng)過糖溶液后的偏振光的振動方向一致時，O處光強又為最強，故B的旋轉(zhuǎn)角度即為糖溶液的旋光度。若偏振片B不動而將A旋轉(zhuǎn)一個角度，再經(jīng)糖溶液旋光后光的振動方向恰與B的透振方向一致，則A轉(zhuǎn)過的角度也為，故選項A、C、D正確。答案：(1)把自然光變成偏振光(2)橫波(3)ACD名師微點1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2光的干涉和衍射的本質(zhì)光的干涉和衍射都屬于光的疊加，從本質(zhì)上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理，都可認為是從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波，在屏上疊加形成的?？键c三電磁波與相對論基礎(chǔ)自修類題點全練1電磁波的理解(多選)(2016全國卷改編)關(guān)于電磁波，下列說法正確的是()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相互激發(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、光纜傳輸解析：選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；電磁波的傳播方向與電場強度、磁感應強度均垂直，選項C正確；電磁波可以通過光纜傳輸，選項D錯誤。2.電磁波的特性(2016天津高考)如圖所示，我國成功研發(fā)的反隱身先進米波雷達堪稱隱身飛機的克星，它標志著我國雷達研究又創(chuàng)新的里程碑。米波雷達發(fā)射無線電波的波長在110 m范圍內(nèi)，則對該無線電波的判斷正確的是()A米波的頻率比厘米波頻率高B和機械波一樣須靠介質(zhì)傳播C同光波一樣會發(fā)生反射現(xiàn)象D不可能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象解析：選C由可知，波長越長，頻率越低，故米波的頻率比厘米波頻率低，選項A錯誤；無線電波是電磁波，它的傳播不須靠介質(zhì)，選項B錯誤；無線電波與光波一樣具有波的特性，會發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象，選項C正確，D錯誤。3狹義相對論的理解(多選)(2017江蘇高考)接近光速飛行的飛船和地球上各有一只相同的銫原子鐘，飛船和地球上的人觀測這兩只鐘的快慢，下列說法正確的有()A飛船上的人觀測到飛船上的鐘較快B飛船上的人觀測到飛船上的鐘較慢C地球上的人觀測到地球上的鐘較快D地球上的人觀測到地球上的鐘較慢解析：選AC相對論告訴我們，運動的鐘會變慢，由于飛船上的人相對飛船上的鐘是靜止的，而觀測到地球上的鐘是高速運動的，因此飛船上的人觀測到飛船上的鐘相對于地球上的鐘快，A項正確，B項錯誤；同樣，地球上的人觀測到飛船上的鐘是高速運動的，因此地球上的人觀測到地球上的鐘比飛船上的鐘快，C項正確，D項錯誤。名師微點LC電路振蕩過程中各量的變化規(guī)律電路狀態(tài)時刻t0T電荷量q最多0最多0最多電場能最大0最大0最大電流i0最大0最大0磁場能0最大0最大0振蕩規(guī)律電流i(順時針方向為正)與電容器電荷量q (上極板電荷量)的周期性變化