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1、第十三章第十三章 光光 電磁波和相對論簡介電磁波和相對論簡介第二講光的波動性電磁波相對論簡介第二講光的波動性電磁波相對論簡介考綱考綱展示展示1.光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象()2.實驗：用雙縫干涉測光的波長實驗：用雙縫干涉測光的波長() 3.變化的磁場產(chǎn)生電場、變化的電場產(chǎn)生磁場、電磁波及其傳變化的磁場產(chǎn)生電場、變化的電場產(chǎn)生磁場、電磁波及其傳播播()4.電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射和接收電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射和接收()5.電磁波譜電磁波譜()6.狹義相對論的基本假設(shè)狹義相對論的基本假設(shè)()7.質(zhì)速關(guān)系、質(zhì)能關(guān)系質(zhì)速關(guān)系、質(zhì)能關(guān)系()8.相對論質(zhì)能關(guān)系式相對論質(zhì)能關(guān)系式()復(fù)習復(fù)習目標目

2、標1.了解麥克斯韋的電磁場理論，了解電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射和接了解麥克斯韋的電磁場理論，了解電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射和接收收2.認識電磁波譜，知道光是一種電磁波認識電磁波譜，知道光是一種電磁波3.認識相對論基本假設(shè)，能用相對論知識分析一些簡單問題認識相對論基本假設(shè)，能用相對論知識分析一些簡單問題4.理解光的干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的條件及現(xiàn)象，知道光的衍射及偏理解光的干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的條件及現(xiàn)象，知道光的衍射及偏振振5.能利用光的干涉實驗測光的波長能利用光的干涉實驗測光的波長.知識點一光的干涉1產(chǎn)生條件(1)兩列光的相同，振動方向相同，且具有恒定的，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣(2)將同一列光波分解為兩列光波，可以獲得相干光

3、源， 和薄膜干涉都是用此方法獲得相干光源頻率頻率相位差相位差雙縫干涉雙縫干涉2.兩種典型的干涉(1)楊氏雙縫干涉原理如圖所示明、暗條紋的條件明暗相間明暗相間 k 彩色彩色 白色白色 (2)薄膜干涉相干光：光照射到透明薄膜上，從薄膜的兩個 反射的兩列光波圖樣特點：同雙縫干涉，同一條亮(或暗)紋對應(yīng)薄膜的 相等應(yīng)用：，利用光的干涉檢查平整度表面表面厚度厚度增透膜增透膜1用白光做雙縫干涉實驗時，中央出現(xiàn)白色條紋，兩側(cè)出現(xiàn)彩色條紋的原因(1)從雙縫射入的兩列光波中，各種色光都能形成明暗相間的條紋，各種色光都在中央條紋處形成亮條紋，從而復(fù)合成白色條紋(2)兩側(cè)各色光的條紋間距與波長成正比，即紅光的亮紋間

4、寬度最大，紫光亮紋間寬度最小，即除中央條紋以外的其他條紋不能完全重合，這樣便形成了彩色條紋2薄膜干涉的成因(1)薄膜特點：如圖所示，由于重力作用，肥皂膜上薄下厚(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，形成暗條紋1在雙縫干涉實驗中，雙縫到光屏上P點的距離之差為x0.6 m，若分別用頻率為f15.01014 Hz和f27.51014 Hz的單色光垂直照射雙縫，則P點出現(xiàn)明、暗條紋的情況是()A用頻率為f1的單色光照射時，出現(xiàn)明條

5、紋B用頻率為f2的單色光照射時，出現(xiàn)明條紋C用頻率為f1的單色光照射時，出現(xiàn)暗條紋D用頻率為f2的單色光照射時，出現(xiàn)暗條紋答案：AD知識點二光的衍射1光的衍射：光繞過障礙物偏離傳播的現(xiàn)象2產(chǎn)生明顯衍射的條件：障礙物或小孔的尺寸跟光波的波長，或比光波的波長3泊松亮斑：當光照射到不透明的小圓板上時，在圓板的出現(xiàn)的亮斑直線直線差不多差不多小小中央中央1衍射圖樣(1)單縫衍射單色光：明暗相間的不等距條紋，中央亮紋最寬最亮，兩側(cè)條紋具有對稱性白光：中間為寬且亮的白色條紋，兩側(cè)是窄且暗的彩色條紋，最靠近中央的是紫光，遠離中央的是紅光(2)圓孔衍射：明暗相間的不等距圓環(huán)，圓環(huán)遠遠超過孔的直線照明的面積(3)

6、圓盤衍射：明暗相間的不等距圓環(huán)，中心有一亮斑稱為泊松亮斑(證實光的波動性)2衍射與干涉的比較兩種現(xiàn)象兩種現(xiàn)象比較項目比較項目 單縫衍射單縫衍射雙縫干涉雙縫干涉不不同同點點條紋寬度條紋寬度條紋寬度不等，條紋寬度不等，中央最寬中央最寬條紋寬度相等條紋寬度相等條紋間距條紋間距各相鄰條紋間距各相鄰條紋間距不等不等各相鄰條紋等間距各相鄰條紋等間距亮度亮度中央條紋最亮，中央條紋最亮，兩邊變暗兩邊變暗清晰條紋，亮度基本清晰條紋，亮度基本相等相等相同點相同點干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波干涉、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的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋紋2關(guān)于光的衍射

7、現(xiàn)象，下面說法正確的是()A紅光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋B白光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋C光照到不透明小圓盤上出現(xiàn)泊松亮斑，說明發(fā)生了衍射D光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，說明光沿著直線傳播，不存在光的衍射現(xiàn)象解析：單色光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是亮暗相間的直條紋，白光的衍射圖樣是彩色條紋光照到不透明圓盤上，在其陰影處出現(xiàn)光點，是衍射現(xiàn)象光的衍射現(xiàn)象只有明顯與不明顯之分，D項中屏上大光斑的邊緣模糊，正是光的衍射造成的，不能認為不存在衍射現(xiàn)象答案：AC知識點三光的偏振1偏振：光波只沿的方向振動，稱為光的偏振2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 振動的光，而且

8、沿各個方向振動的光波的都相同，這種光叫做自然光3偏振光：在于傳播方向的平面上，只沿某個特定方向振動的光，叫做偏振光光的偏振證明光是 自然光通過 后，就得到了偏振光某一特定某一特定一切方向一切方向強度強度垂直垂直橫波橫波偏振片偏振片偏振光的產(chǎn)生1除了直接從光源發(fā)出的光外，日常生活中遇到的光大都是不同程度的偏振光2偏振光的產(chǎn)生方式通過兩個共軸的偏振片觀察自然光，第一個偏振片的作用是把自然光變成偏振光，叫起偏器第二個偏振片的作用是檢驗光是否為偏振光，叫檢偏器自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，如水面、玻璃等表面，形成的反射光和折射光均為偏振光3偏振光的理論意義光的干涉和衍射現(xiàn)象充分說明了光是波，但不能確定光

9、波是橫波還是縱波，光的偏振現(xiàn)象說明光波是橫波3下列現(xiàn)象中可以說明光是橫波的是()A光的干涉和衍射現(xiàn)象B光的色散現(xiàn)象C光的全反射現(xiàn)象D光的偏振現(xiàn)象解析：根據(jù)光能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，說明光是一種波，具有波動性；根據(jù)光的色散現(xiàn)象，說明同一介質(zhì)對不同光的折射率不同，也說明不同光在同一介質(zhì)中的速度不同；根據(jù)光的全反射現(xiàn)象，說明光由光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)和由光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)會有不同的現(xiàn)象；光的偏振現(xiàn)象說明振動方向與光的傳播方向垂直，即說明光是橫波，所以正確選項為D.答案：D3實驗步驟(1)安裝雙縫干涉儀先將光源(線狀光源)、遮光筒依次放于光具座上，如圖甲所示，調(diào)整光源的高度，使它發(fā)出的一束光沿著遮光筒的

10、軸線把屏照亮甲甲將單縫和雙縫安裝在光具座上，在遮光筒有光屏一端安裝測量頭，如圖乙所示乙乙a光源、單縫、雙縫三者的中心位于遮光筒的軸線上b雙縫與單縫平行c調(diào)整分劃板位置使分劃板中心刻線位于光屏中央(2)觀察雙縫干涉圖樣調(diào)節(jié)單縫的位置，使單縫和雙縫間距離保持在510 cm，使縫相互平行，中點大致位于遮光筒的軸線上，這時通過測量頭上的目鏡觀察干涉條紋，若干涉條紋不清晰，可通過遮光筒上的調(diào)節(jié)長桿輕輕撥動雙縫，即可使干涉條紋清晰明亮在屏上就會看到白光的雙縫干涉圖樣將紅色(或綠色)濾光片放在單縫前面，通過目鏡可看到單色光的雙縫干涉圖樣改變?yōu)V光片的顏色和雙縫的距離，觀察干涉條紋的變化(3)測定單色光的波長安

11、裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋1誤差分析(1)測量多條亮條紋間距離時讀數(shù)不準確或沒有使分劃板中心刻線與亮條紋中央對齊；(2)用刻度尺測量雙縫到光屏間距離l時產(chǎn)生誤差2注意事項(1)光源燈絲最好是線狀燈絲，并與單縫平行且靠近(2)安裝時，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫相互平行4(1)某同學利用紅激光做“用雙縫干涉測光的波長”的實驗時，第一次分劃板中心刻度線對齊A條紋中心時，如圖甲所示，游標卡尺的示數(shù)如圖丙所示；第二次分劃板中心刻度線對齊B條紋中心線時如圖乙所示，游標卡尺的讀數(shù)如圖丁所示已知雙縫間距為0.5 mm，雙縫到屏的距離為1 m，則圖丙中

12、游標卡尺的讀數(shù)為_mm，圖丁中游標卡尺的讀數(shù)為_ mm.實驗時測量多條干涉條紋寬度的目的是_所測光波的波長為_m(保留兩位有效數(shù)字)(2)如果實驗時將紅激光換成藍激光，屏上相鄰兩條紋間的距離將_答案：(1)11.516.7減小誤差，提高實驗的精確度6.5107(2)變小知識點五電磁波1電磁波的產(chǎn)生(1)電磁場：變化的磁場產(chǎn)生，變化的 產(chǎn)生磁場，變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系，形成一個不可分割的統(tǒng)一體，這就是電場電場電場電場電磁場電磁場變化的電場變化的電場 變化的磁場變化的磁場 垂直垂直 橫波橫波 3.0108_m 干涉干涉 衍射衍射 開放電路開放電路 開放電路開放電路 調(diào)制調(diào)制 調(diào)幅調(diào)幅 調(diào)頻調(diào)

13、頻 (2)電磁波譜按電磁波的波長從長到短分布是無線電波、紅外線、 、X射線和射線，形成電磁波譜不同的電磁波由于具有不同的波長(頻率)，才具有不同的特性可見光可見光紫外線紫外線1對電磁波的理解(1)電磁波的傳播不需要介質(zhì)，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)(2)不同頻率的電磁波，在同一介質(zhì)中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越小2電磁波譜及各種電磁波的應(yīng)用電磁波譜電磁波譜頻率頻率/Hz真空中波長真空中波長/m特性特性應(yīng)用應(yīng)用遞變規(guī)律遞變規(guī)律無線電波無線電波31011103波動性強波動性強，易發(fā)生，易發(fā)生衍射衍射無線電技術(shù)無線電技術(shù)紅外線紅外線10111015

14、103107熱效應(yīng)熱效應(yīng)紅外線遙感紅外線遙感可見光可見光1015107引起視覺引起視覺照明、攝影照明、攝影紫外線紫外線10151017107109化學效應(yīng)化學效應(yīng)、熒光效、熒光效應(yīng)、能殺應(yīng)、能殺菌菌醫(yī)用消毒、醫(yī)用消毒、防偽防偽X射線射線101610191081011貫穿性強貫穿性強檢查、醫(yī)用檢查、醫(yī)用透視透視射線射線10191011貫穿本領(lǐng)貫穿本領(lǐng)最強最強工業(yè)探傷、工業(yè)探傷、醫(yī)用治療醫(yī)用治療5關(guān)于電磁場和電磁波，下列說法中正確的是()A均勻變化的電場在它的周圍產(chǎn)生均勻變化的磁場B電磁波中每一處的電場強度和磁感應(yīng)強度總是互相垂直，且與波的傳播方向垂直C電磁波和機械波一樣依賴于介質(zhì)傳播D只要空間中

15、某個區(qū)域有振蕩的電場或磁場，就能產(chǎn)生電磁波解析：均勻變化的電場只能產(chǎn)生恒定的磁場，電磁波的傳播不需要介質(zhì)，振蕩的電場能產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場，故B、D正確答案：BD知識點六相對論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，一切物理定律都是的(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 的，光速與光源、觀測者間的相對運動沒有關(guān)系2質(zhì)能方程： .相同相同相同相同Emc26對相對論的基本認識，下列說法正確的是()A相對論認為：真空中的光速在不同慣性參考系中都是相同的B愛因斯坦通過質(zhì)能方程闡明了質(zhì)量就是能量C在高速運動的飛船中的宇航員會發(fā)現(xiàn)飛船中的鐘走得比地球上的快D我

16、們發(fā)現(xiàn)豎直向上高速運動的球在水平方向上變扁了解析：愛因斯坦的質(zhì)能方程闡明了質(zhì)量和能量的相互聯(lián)系，質(zhì)量和能量是物質(zhì)存在的兩種形式，質(zhì)量和能量是不同的概念再由相對論的基本原理可知，只有選項A正確答案：A 如圖所示，在楊氏雙縫干涉實驗中，激光的波長為5.30107m，屏中P點距雙縫S1和S2的路程差為7.95107m，則在這里出現(xiàn)的應(yīng)是_(選填“明條紋”或“暗條紋”)現(xiàn)改用波長為6.30107m的激光進行上述實驗，保持其他條件不變，則屏上的條紋間距將_(選填“變寬”、“變窄”或“不變”)答案：暗條紋變寬【變式訓(xùn)練】1.(2012大綱全國高考)在雙縫干涉實驗中，某同學用黃光作為入射光為了增大干涉條紋的

17、間距，該同學可以采用的方法有()A改用紅光作為入射光B改用藍光作為入射光C增大雙縫到屏的距離D增大雙縫之間的距離解析：根據(jù)雙縫干涉實驗條紋間隔公式，為了增大干涉條紋的間距，該同學可以采用的方法有，改用波長較長的紅光作為入射光，增大雙縫到屏的距離L，減小雙縫之間的距離d.故選A、C正確答案：AC(1)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之上，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：a任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；b.任意相鄰明條紋或暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚

18、度差恒定，求：若在圖甲裝置中抽去一張紙片，則當光垂直入射到新劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋將如何變化？如果照射光的頻率增大，則從上往下觀察到的干涉條紋將如何變化？(2)如圖甲所示，用單色光照射透明標準板來檢查平面N的上表面的平滑情況，觀察到現(xiàn)象如圖乙所示的條紋中的P和Q的情況，這說明AN的上表面A處向上凸起B(yǎng)N的上表面B處向上凸起CN的上表面A處向下凹陷DN的上表面B處向下凹陷(2)利用光的薄膜干涉來檢查平面的質(zhì)量，就是由標準樣板平面和被檢查平面間形成一個楔形的空氣薄層，用單色光從上面照射，入射光在空氣層的上、下表面反射形成兩列相干光束，如果被檢測的平面是平的，那么空氣層的厚度相同的

19、各點的干涉條紋在一條直線上，若是被測平面的某處凹下去了，這時干涉條紋就不是直線，在凹處的干涉條紋將向楔形膜中薄的一側(cè)彎曲這是因為凹處的兩束反射光的光程差變大，它只能與膜厚一些位置的兩反射光的光程差相同而形成同一級的條紋(光程差相同的干涉條紋為同一級， 一般光程差大的干涉條紋級別高，光程差小級別低)，顯然凹處的級別增大，將與膜厚一些位置的干涉條紋形成同一級別的條紋同理，若是被測平面某處凸起，則該處的干涉條紋將向楔形膜中厚的一側(cè)彎曲答案：(1)變疏變密(2)BC利用劈尖干涉平面凹凸的技巧若干涉條紋向劈尖干涉的尖端(即空氣膜厚度小的那一端)彎曲，則表示彎曲處凹陷，若干涉條紋向劈尖干涉的尾端(即空氣膜

20、厚度大的那一端)彎曲，則表示彎曲處凸起【變式訓(xùn)練】2.用如圖所示的實驗裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象圖甲是點燃的酒精燈(在燈芯上灑些鹽)，圖乙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(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，觀察到的現(xiàn)象是()A當金屬絲圈旋轉(zhuǎn)30時，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30B當金屬絲圈旋轉(zhuǎn)45時，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90C當金屬絲圈旋轉(zhuǎn)60時，干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30D干涉條紋保持原來狀態(tài)不變解析：金屬絲圈在所在豎直平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)時，楔形薄膜形狀各處厚度形狀幾乎不變，因而干涉條紋保持原來狀態(tài)不變D對答案：D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，要把它們放在如圖所

21、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為C、_、A.(2)本實驗的步驟有：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(yīng)注意_和_(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

22、中手輪上的示數(shù)為_ mm，求得相鄰亮紋的間距x為_ mm.(4)已知雙縫間距d為2.0104 m，測得雙縫到屏的距離l為0.700 m，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D是獲取線光源，雙縫B是獲得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上，所以排列順序為：C、E、D、B、A.(2)在操作步驟時應(yīng)注意的事項還有：放置單縫、雙縫時，必須使縫平行；單縫、雙縫間的距離為510 cm.【變式訓(xùn)練】3.(2012福建高考)在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中(實驗裝置如圖)：解析：調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時，不放單縫和雙縫，選項A說法錯誤根據(jù)螺旋測微器讀數(shù)規(guī)則，其示數(shù)為1.5 mm0.470 mm1.970 mm.答案：(1)A(2)1.970