選考部分 選修3 4振動與波動光學相對論 第4單元光的波動性電磁波相對論 網(wǎng)控基礎點提煉命題源 一 光的波動性1 光的干涉 1 定義在兩列光波的疊加區(qū)域 某些區(qū)域的光被 出現(xiàn)亮紋 某些區(qū)域的光被 出現(xiàn)暗紋 且 和 互相間隔的現(xiàn)象叫做光的干涉現(xiàn)象 2 條件兩列光的 且具有恒定的相位差 才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象 1 加強減弱加強減弱 2 頻率相等 讀讀教材 3 雙縫干涉由同一光源發(fā)出的光經(jīng)雙縫后形成兩束振動情況總是 的相干光波 屏上某點到雙縫的路程差是 處出現(xiàn)亮條紋 路程差是半波長的 處出現(xiàn)暗條紋 相鄰的明條紋 或暗條紋 之間距離 x與波長 雙縫間距d及屏到雙縫距離l的關系為 4 薄膜干涉利用薄膜 如肥皂液薄膜 反射的光相遇而形成的 圖樣中同一條亮 或暗 條紋上所對應薄膜厚度 2 光的衍射 1 光的衍射現(xiàn)象光在遇到障礙物時 偏離直線傳播方向而照射到陰影區(qū)域的現(xiàn)象 2 光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件當孔或障礙物的尺寸比光波波長 或者跟光波波長 時 光才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 3 衍射圖樣 單縫衍射 中央為亮條紋 向兩側有明暗相間的條紋 但間距和亮度不同 白光衍射時 中央仍為白色 最靠近中央的是 最遠離中央的是 2 小相差不多 3 紫光紅光 圓孔衍射 明暗相間的不等距圓環(huán) 泊松亮斑 光照射到一個半徑很小的圓板后 在圓板的陰影中心出現(xiàn)的 斑 這是光能發(fā)生衍射的有力證據(jù)之一 3 光的偏振 1 自然光與偏振光的區(qū)別 自然光 在垂直于傳播方向上沿 方向振動的光 而且沿著各個方向振動的光波的 都相同 偏振光 在垂直于光波傳播方向的平面上 只沿某個 方向振動的光 亮3 1 各個強度特定 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 第二個偏振片的作用是檢驗光是否為偏振光 叫 自然光射到兩種介質的交界面上 如果光入射的方向合適 使反射光和折射光之間的夾角恰好是 時 反射光和折射光都是偏振光 且偏振方向相互 3 偏振光的理論意義及應用 理論意義 光的干涉和衍射現(xiàn)象充分說明了光是一種波 但不能確定光波是橫波還是縱波 光的偏振現(xiàn)象說明光波是 應用 照相機鏡頭 立體電影 消除車燈眩光等 2 起偏器檢偏器90 垂直 3 橫波 二 電磁場 電磁波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 這就是電磁場 3 電磁波 電磁場 電磁能量 由近及遠地向周圍傳播形成電磁波 電磁波是橫波 在空間傳播 介質 1 電場磁場 2 整體 3 不需要 真空中電磁波的速度為 m s v f對電磁波 電磁波能產(chǎn)生反射 折射 和衍射等現(xiàn)象 2 電磁波的發(fā)射與接收 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能分散到盡可能大的空間 2 調制有 和調頻兩種方式 解調是調制的逆過程 3 電磁波譜 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 3 0 108成立干涉2 1 頻率開放 2 調幅 3 無線電波 電磁波譜的特性 應用 熱效應熒光效應 三 相對論1 狹義相對論的基本假設 1 在不同的慣性參考系中 一切物理規(guī)律都是相同的 慣性系 如果牛頓運動定律在某個參考系中成立 這個參考系叫做慣性系 相對一個慣性系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系 2 真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的 光速的大小與選取的參考系無關 因為光速是從麥克斯韋方程組中推導出來的 無任何前提條件 2 時間和空間的相對性 1 時間間隔的相對性 t 2 長度的相對性 l 3 狹義相對論認為物體的質量m與物體的速度v有關 其關系式為m 1 在白熾燈的照射下從兩塊捏緊的玻璃板表面看到彩色條紋 通過狹縫觀察發(fā)光的白熾燈也會看到彩色條紋 這兩種現(xiàn)象 A 都是光的衍射現(xiàn)象B 都是光的干涉現(xiàn)象C 前者是光的干涉現(xiàn)象 后者是光的衍射現(xiàn)象D 前者是光的衍射現(xiàn)象 后者是光的干涉現(xiàn)象 練練基礎 題組一 光的波動性 解析 根據(jù)干涉和衍射的條件 兩塊玻璃板的空氣層形成薄膜干涉 日光燈發(fā)出的光通過狹縫會發(fā)生衍射現(xiàn)象 2 多選 在觀察光衍射的實驗中 分別觀察到如圖甲 乙所示的清晰的明暗相間的圖樣 圖中黑線為暗紋 那么障礙物應是 A 乙圖對應的是很小的不透明圓板B 甲圖對應的是很大的不透明圓板C 乙圖對應的是很大的中間有大圓孔的不透明擋板D 甲圖對應的是很大的中間有小圓孔的不透明擋板 解析 比較兩圖 它們的背景明顯不同 甲圖的背景為黑色陰影 說明障礙物應是很大的不透明擋板 中間有透光并且?guī)в醒苌鋱D樣的花紋 說明擋板的中間有小圓孔 B項錯誤 D項正確 乙圖的背景為白光 說明周圍沒有障礙物 中間有不透光圓形陰影 并且?guī)в醒苌鋱D樣的花紋 說明中間存在很小的不透明圓板 乙圖正中央的小亮點是泊松亮斑 A項正確 C項錯誤 3 下列關于電磁波的說法正確的是 A 均勻變化的磁場能夠在空間產(chǎn)生電場B 電磁波在真空和介質中傳播速度相同C 只要有電場和磁場 就能產(chǎn)生電磁波D 電磁波在同種介質中只能沿直線傳播 題組二 電磁場 電磁波 解析 如果電場 或磁場 是均勻變化的 產(chǎn)生的磁場 或電場 是恒定的 不能產(chǎn)生新的電場 或磁場 因而不能產(chǎn)生電磁波 A正確 C錯誤 電磁波在真空中的傳播速度為光速c 在介質中的傳播速度小于光速c B錯誤 波發(fā)生衍射現(xiàn)象時 不再沿直線傳播 波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是 障礙物或孔的尺寸跟光的波長相差不大或比波長還要小 D錯誤 4 2015 濰坊模擬 多選 有關電磁波和聲波 下列說法正確的是 A 電磁波的傳播不需要介質 聲波的傳播需要介質B 由空氣進入水中傳播時 電磁波的傳播速度變小 聲波的傳播速度變大C 電磁波是橫波 聲波也是橫波D 由空氣進入水中傳播時 電磁波的波長變長 聲波的波長變短 解析 電磁波本身就是一種物質 它的傳播不需要介質 而聲波的傳播需要介質 選項A正確 電磁波由空氣進入水中時 傳播速度變小 但聲波在水中的傳播速度比其在空氣中大 選項B正確 電磁波的傳播方向與E B兩個振動矢量的方向都垂直 是橫波 而聲波是縱波 選項C錯誤 電磁波由空氣進入水中傳播時 波速變小 波長變小 而聲波由空氣進入水中傳播時 波速變大 波長變大 選項D錯誤 故答案為A B 5 如圖所示 強強乘坐速度為0 9c c為光速 的宇宙飛船追趕正前方的壯壯 壯壯的飛行速度為0 5c 強強向壯壯發(fā)出一束光進行聯(lián)絡 則壯壯觀測到該光束的傳播速度為 A 0 4cB 0 5cC 0 9cD 1 0c 題組三 相對論 解析 由狹義相對論的基本假設 光速的大小與選取的參考系無關 選項D正確 1 光的干涉 衍射說明光是一種波 光的偏振說明光是橫波 2 光的干涉是有條件的 只有相干光才能形成穩(wěn)定的干涉圖樣 3 光的衍射是沒有條件的 在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象 但發(fā)生明顯衍射是有條件的 4 電磁波本身是一種物質 傳播不需要其他介質 機械波必須在介質中才能傳播 小思考微總結 細研核心點練透經(jīng)典題 1 楊氏雙縫干涉 1 原理如圖所示 考點一雙縫干涉和薄膜干涉 調研1 如圖所示是雙縫干涉實驗 使用波長為600nm的橙色光照射時 在光屏上的P0點和P0點上方的P1點恰好形成兩列相鄰的亮條紋 若用波長為400nm的紫光重復上述實驗 則P0點和P1點形成的明暗條紋情況是 A P0點和P1點都是亮條紋B P0點是亮條紋 P1點是暗條紋C P0點是暗條紋 P1點是亮條紋D P0點和P1點都是暗條紋 試題調研 解析 不管使用什么顏色的單色光做實驗 光屏中間P0點始終是亮條紋 據(jù)此可先排除選項C D 根據(jù)題意 P1點到兩雙縫的光程差為600nm 其大小是紫光波長的1 5倍 所以若用波長為400nm的紫光重復上述實驗 P1點是暗條紋 所以選項A錯誤 B正確 答案 B 1 兩列光發(fā)生干涉的條件是兩列光的頻率相同 振動方向相同 相位差恒定 2 相干光的獲得方法 將一束光分成兩束而獲得 此法稱為分光法 利用激光 3 當光屏上某點到雙縫的距離差為波長整數(shù)倍 出現(xiàn)亮條紋 為半波長奇數(shù)倍 出現(xiàn)暗條紋 名師歸納點題破疑 類題練熟 答案 條紋間距將變大 1 單縫衍射與雙縫干涉的比較 考點二對衍射現(xiàn)象和偏振現(xiàn)象的理解 2 自然光和偏振光的比較 調研2 一束紅光射向一塊有雙縫的不透光的薄板 在薄板后的光屏上呈現(xiàn)明暗相間的干涉條紋 現(xiàn)在將其中一條窄縫擋住 讓這束紅光只通過一條窄縫 則在光屏上可以看到 A 與原來相同的明暗相間的條紋 只是亮條紋比原來暗些B 與原來不同的明暗相間的條紋 而中央亮條紋變寬些C 只有一條與縫寬相對應的亮條紋D 無條紋 只存在一片紅光 試題調研 解析 本題中這束紅光通過雙縫時 產(chǎn)生了干涉現(xiàn)象 說明每一條縫寬都很窄 滿足這束紅光發(fā)生明顯衍射的條件 這束紅光通過雙縫在光屏上形成的干涉圖樣的特點是 中央出現(xiàn)亮條紋 兩側對稱出現(xiàn)等間隔的明暗相間條紋 而這束紅光通過單縫時形成的衍射圖樣的特點是 中央出現(xiàn)較寬的亮條紋 兩側對稱出現(xiàn)不等間隔的明暗相間的條紋 且距中央亮條紋遠的亮條紋亮度迅速減小 所以衍射圖樣看上去明暗相間的條紋數(shù)量較少 本題正確選項是B項 答案 B 單縫衍射圖樣與雙縫干涉圖樣的區(qū)別1 條紋寬度有區(qū)別 雙縫干涉條紋是等寬的 條紋間的距離是相等的 而單縫衍射的條紋 中央亮條紋最寬 兩側的亮條紋是越來越窄 2 光強分布不同 雙縫干涉條紋如果不考慮距離的遠近造成的傳播上的損失 每條亮條紋的光強分布是相同的 而單縫衍射條紋的光強分布主要集中在中央亮條紋 中央亮紋的光強占整個光強的95 以上 名師歸納點題破疑 類題練熟 解析 激光通過細絲后在光屏上形成明暗相間的條紋 用的是光的衍射現(xiàn)象 A B都錯誤 當光屏上的條紋變寬時 即衍射現(xiàn)象更明顯 根據(jù)產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知 對應的絲應變細 故C錯誤 D正確 解析 太陽光通過偏振片P后變成偏振光 再通過偏振片Q后在光屏N上光的亮度會隨Q的轉動 時亮時暗 當Q與P透振方向平行時最亮 垂直時最暗 故B正確 1 對麥克斯韋電磁場理論的理解 考點三對電磁場 電磁波的理解 2 電磁波與機械波不同 機械波在介質中傳播的速度與介質有關 電磁波在介質中傳播的速度與介質和頻率均有關 3 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 4 不同的電磁波 產(chǎn)生的機理不同 無線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運動產(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 試題調研 解析 穩(wěn)定的磁場不產(chǎn)生電場 選項A錯誤 均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場 選項B正確 電場和磁場最大時變化率為零 對應產(chǎn)生的磁場和電場為零 選項C正確 D錯誤 答案 BC 名師歸納點題破疑 類題練熟 3 2 關于電磁波 下列說法中正確的是 A 在真空中 頻率高的電磁波傳播速度較大B 在真空中 電磁波的能量越大 傳播速度越大C 電磁波由真空進入介質 速度變小 頻率不變D 只要發(fā)射電路的電磁振蕩一停止 產(chǎn)生的電磁波立即消失 解析 任何頻率的電磁波在真空中的傳播速度都是c 故A B都錯 電磁波由真空進入介質 波速變小 而頻率不變 C正確 變化的電場 磁場由變化區(qū)域向外傳播就形成電磁波 發(fā)射電路的電磁振蕩停止時 雖不再發(fā)射電磁波 但已發(fā)射出的電磁波還要繼續(xù)傳播 故D錯