第2講光的波動(dòng)性電磁波相對(duì)論 考點(diǎn)1 光的干涉 亮 暗 1 定義 在兩列光波疊加的區(qū)域 某些區(qū)域相互加強(qiáng) 出現(xiàn) 條紋 某些區(qū)域相互減弱 出現(xiàn) 條紋 且 加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象 相等 2 條件 兩束光的頻率 相位差恒定 3 雙縫干涉圖樣特點(diǎn) 單色光照射時(shí)形成明暗相間的等間距的干涉條紋 白光照射時(shí) 中央為 條紋 其余為 條紋 白色亮 彩色 考點(diǎn)2 光的衍射 偏離 1 定義 光在傳播的過(guò)程中遇到障礙物時(shí) 直線 傳播繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象 差不多 還小 2 發(fā)生明顯衍射的條件 障礙物或小孔的尺寸跟光的波長(zhǎng) 甚至比光的波長(zhǎng) 時(shí) 衍射現(xiàn)象明顯 3 衍射圖樣特點(diǎn) 單色 窄且暗 白色 1 單縫衍射 單色光的衍射圖樣為中間寬且亮的 條紋 兩側(cè)是明暗相間的條紋 條紋寬度比中央 白光的衍射圖樣為中間寬且亮的 條紋 兩側(cè)是漸窄且 暗的彩色條紋 圓環(huán) 泊松 2 圓孔衍射 明暗相間的不等距 3 圓盤(pán)衍射 明暗相間的不等距圓環(huán) 中心有一亮斑稱(chēng)為 亮斑 證實(shí)光的波動(dòng)性 考點(diǎn)3 光的偏振 一切方向 1 自然光 包含著在垂直于傳播方向上沿 振動(dòng)的光 而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)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(gè) 的方向振動(dòng)的光 特定 3 偏振光的形成 偏振片 折射 1 讓自然光通過(guò) 形成偏振光 2 讓自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和 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(shuō)明光是一種 波 橫 考點(diǎn)4 電磁場(chǎng)與電磁波 1 麥克斯韋電磁場(chǎng)理論 電場(chǎng) 磁場(chǎng) 變化的磁場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生 變化的電場(chǎng)能 夠在周?chē)臻g產(chǎn)生 電磁場(chǎng) 橫 2 電磁波 由近及遠(yuǎn)地傳播形成電磁波 電磁波是 波 在空間傳播不需要依靠介質(zhì) 真空中電磁波的速度為 m s 電磁波的傳播速度v等于波長(zhǎng) 和頻率f的乘積 即v 3 108 f 3 電磁波的發(fā)射和接收 足夠高 開(kāi)放 1 發(fā)射條件 要有 的頻率 采用 電路 2 調(diào)制 使電磁波隨各種信號(hào)而改變叫調(diào)制 使高頻電磁波的 隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變化為調(diào)幅 使高頻電磁波的 隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變化為調(diào)頻 振幅 頻率 3 接收 相等 當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率 時(shí) 激起的振蕩電流最強(qiáng) 稱(chēng)為電諧振現(xiàn)象 從經(jīng)過(guò)調(diào)制的高頻電流中將聲音或圖像信號(hào)還原出來(lái)的過(guò)程 叫做 它是調(diào)制的逆過(guò)程 調(diào)幅波的解調(diào)也叫 4 電磁波譜 按照電磁波的 或 的大小順 序把它們排列成譜叫做電磁波譜 頻率 波長(zhǎng) 可見(jiàn)光 按波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短排列的電磁波譜為 無(wú)線電波 紅外線 紫外線 X射線 射線 解調(diào) 檢波 考點(diǎn)5 相對(duì)論 1 狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè) 1 狹義相對(duì)性原理 在不同的慣性參考系中 一切物理規(guī) 律都是 的 相同 相同 mc2 2 光速不變?cè)?真空中的光速在不同的慣性參考系中都是 的 2 質(zhì)能方程 質(zhì)能關(guān)系 E 基礎(chǔ)自測(cè) 1 多選 2016年北京卷改編 下列說(shuō)法正確的是 A 電磁波在真空中以光速c傳播B 在空氣中傳播的聲波是橫波C 聲波只能在空氣中傳播D 光的傳播不需要介質(zhì)E 電磁波是橫波 解析 光波屬于電磁波 光波在真空中的速度也就是電磁波在真空中的速度 選項(xiàng)A正確 空氣中的聲波是振源的振動(dòng)造成空氣密度的變化而產(chǎn)生的 它存在密部和疏部 屬于縱波 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 聲波不僅僅能在空氣中傳播 在固體 液體中都可以傳播 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 光波屬于電磁波 電磁波是通過(guò)電磁場(chǎng)的交替變化傳遞的 不需要介質(zhì) 選項(xiàng)D正確 電磁波是橫波 E項(xiàng)正確 答案 ADE 2 多選 2016年天津卷改編 我國(guó)成功研發(fā)的反隱身先進(jìn) 米波雷達(dá) 堪稱(chēng)隱身飛機(jī)的克星 它標(biāo)志著我國(guó)雷達(dá)研究又一創(chuàng)新的里程碑 米波雷達(dá) 發(fā)射無(wú)線電波的波長(zhǎng)在1 10m 范圍內(nèi) 則對(duì)該無(wú)線電波的判斷正確的是 A 米波的頻率比厘米波頻率低B 和機(jī)械波一樣需靠介質(zhì)傳播C 同光波一樣會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象D 不可能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象E 波長(zhǎng)越長(zhǎng)的無(wú)線電波越易發(fā)生衍射現(xiàn)象答案 ACE 的條紋如圖乙所示 他改變的實(shí)驗(yàn)條件不可行的是 3 多選 某同學(xué)用單色光進(jìn)行 雙縫干涉 實(shí)驗(yàn) 在屏上觀察到圖15 2 1甲所示的條紋 僅改變一個(gè)實(shí)驗(yàn)條件后 觀察到 乙 甲圖15 2 1A 減小光源到單縫的距離B 減小雙縫之間的距離C 增大雙縫到光屏之間的距離D 換用頻率更高的單色光源E 增大雙縫之間的距離答案 ADE 4 多選 關(guān)于以下幾種電磁波的作用 下列說(shuō)法正確的是 A 用紅外線熱像儀檢測(cè)通過(guò)它的發(fā)熱病人 是利用了物體在不同溫度下發(fā)射的紅外線的頻率和強(qiáng)度不同B 刑偵上用紫外線拍攝指紋照片 因?yàn)樽贤饩€波長(zhǎng)短 分辨率高C 紅外線遙感技術(shù)利用了紅外線的顯著熱效應(yīng)D 驗(yàn)鈔機(jī)之所以利用紫外線驗(yàn)鈔是因?yàn)樽贤饩€具有熒光效應(yīng)E 陰極射線是一種頻率極高的電磁波答案 ABD 熱點(diǎn)1 光的干涉 熱點(diǎn)歸納 1 明暗條紋的判斷方法 1 單色光 如圖15 2 2所示 光源S1 S2發(fā)出的光到屏上P點(diǎn)的路程差r2 r1 k k 0 1 2 時(shí) 光屏上出現(xiàn)明條紋 圖15 2 2 2 白光 光屏上出現(xiàn)彩色條紋 3 中央條紋為明條紋 2 雙縫干涉形成的條紋是等間距的 兩相鄰明條紋或相鄰 法錯(cuò)誤的是 考向1 對(duì)雙縫干涉現(xiàn)象的理解 典題1 一束白光在真空中通過(guò)雙縫后在屏上觀察到干涉條紋 除中央白色亮條紋外 兩側(cè)還有彩色條紋 則下列說(shuō) A 各色光的波長(zhǎng)不同 因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同B 各色光的速度不同 因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同C 各色光的強(qiáng)度不同 因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同D 屏上呈現(xiàn)內(nèi)紫外紅的條紋E 屏上條紋不按一定的規(guī)律分布 解析 白光包含各種顏色的光 它們的波長(zhǎng)不同 在相同條件下做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí) 它們的干涉條紋間距不同 所以在中央亮條紋兩側(cè)出現(xiàn)彩色條紋 紫光的條紋間距最小 因而最里面的是紫色條紋 答案 BCE 考向2 明暗條紋位置的確定 典題2 如圖15 2 3所示 在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中 S1和S2為雙縫 P是光屏上的一點(diǎn) 已知P點(diǎn)與S1和S2的距離之差為2 1 10 6m 分別用A B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實(shí)驗(yàn) 問(wèn)P點(diǎn)是 亮條紋還是暗條紋 圖15 2 3 1 已知A光在折射率為n 1 5的介質(zhì)中波長(zhǎng)為4 10 7m 2 已知B光在某種介質(zhì)中的波長(zhǎng)為3 15 10 7m 當(dāng)B光 從這種介質(zhì)射向空氣時(shí) 臨界角為37 sin37 0 6 cos37 0 8 解 1 設(shè)A光在空氣中波長(zhǎng)為 1 在介質(zhì)中波長(zhǎng)為 2 由 1 n 2 1 5 4 10 7m 6 10 7m 根據(jù)路程差 x 2 1 10 6m 可見(jiàn) 用A光做光源 P點(diǎn)為暗條紋 熱點(diǎn)2 薄膜干涉 熱點(diǎn)歸納 1 如圖15 2 4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 圖15 2 42 光照射到薄膜上時(shí) 在膜的前表面AA 和后表面BB 分別反射回來(lái) 形成兩列頻率相同的光波 并且疊加 3 原理分析 1 單色光 在P1 P2處 兩個(gè)表面反射回來(lái)的兩列光波的路程差 r等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍 即 r n n 1 2 3 薄膜上出現(xiàn)明條紋 在Q處 兩列反射回來(lái)的光波的路程差 r等于半波長(zhǎng)的 2 白光 薄膜上出現(xiàn)水平彩色條紋 4 薄膜干涉的應(yīng)用 1 檢查精密零件的表面是否平整 如圖15 2 5所示 將被檢查平面和放在上面的透明標(biāo)準(zhǔn)樣板的一端墊一薄片 使樣板的標(biāo)準(zhǔn)平面與被檢查平面間形成一個(gè)楔形空氣薄層 單色光從上面照射 入射光在空氣層的上表面a和下表面b反射出兩列光波疊加 從反射光中看到干涉條紋 根據(jù)干涉條紋的形狀來(lái)確定工件表面的情況 圖15 2 5 若被檢查平面平整則干涉圖樣是等間距明暗相間的平行直條紋 若某處凹下 則對(duì)應(yīng)亮 暗 條紋提前出現(xiàn) 如圖15 2 6甲所示 若某處凸起 則對(duì)應(yīng)亮 暗 條紋延后出現(xiàn) 如圖乙所示 甲 乙 圖15 2 6 2 增透膜 在光學(xué)元件 透鏡 棱鏡 的表面涂上一層薄膜 如氟化鎂 的反射光的光程差恰好等于半個(gè)波長(zhǎng) 因而相互抵消 達(dá)到減小反射光 增大透射光強(qiáng)度的目的 考向 薄膜干涉的應(yīng)用 典題3 多選 關(guān)于光學(xué)鏡頭增透膜 以下說(shuō)法正確的是 A 增透膜是為了減少光的反射損失 增加透射光的強(qiáng)度 B 增透膜的厚度等于入射光在真空中波長(zhǎng)的C 增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長(zhǎng)的 1414 D 因?yàn)樵鐾改さ暮穸纫话氵m合綠光反射時(shí)相互抵消 紅光 紫光的反射不能完全抵消 所以涂有增透膜的鏡頭呈淡紫色E 涂有增透膜的鏡頭 進(jìn)入的光線全部相互抵消 因此這種鏡頭的成像效果較好 解析 光學(xué)鏡頭前的增透膜是為了減少光的反射損失 增加透射光的強(qiáng)度 A正確 根據(jù)光的干涉理論 增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長(zhǎng)的四分之一 B錯(cuò)誤 C正確 增透膜通常是針對(duì)人眼最敏感的綠光設(shè)計(jì)的 使從鏡頭反射的綠光干涉相消 而對(duì)太陽(yáng)光中紅光和紫光并沒(méi)有顯著削弱 所以看上去呈淡紫色 D正確 涂有增透膜的鏡頭 只能抵消某種色光的反射光線 E錯(cuò)誤 答案 ACD 熱點(diǎn)3 光的偏振 熱點(diǎn)歸納 1 偏振光的產(chǎn)生方式 1 自然光通過(guò)起偏器 通過(guò)兩個(gè)共軸的偏振片觀察自然光 第一個(gè)偏振片的作用是把自然光變成偏振光 叫起偏器 第二個(gè)偏振片的作用是檢驗(yàn)光是否為偏振光 叫檢偏器 2 自然光射到兩種介質(zhì)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90 時(shí) 反射光和折射光都是偏振光 且偏振方向相互垂直 2 偏振光的理論意義及應(yīng)用 1 理論意義 光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明了光波是橫波 2 應(yīng)用 照相機(jī)鏡頭 立體電影 消除車(chē)燈眩光等 典題4 2017年江蘇調(diào)研 某同學(xué)在暑假一次旅行中發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪的現(xiàn)象 他戴著某種墨鏡用手機(jī)拍照 手機(jī)豎著拍沒(méi)問(wèn)題 而當(dāng)把手機(jī)橫過(guò)來(lái)拍時(shí) 發(fā)現(xiàn)手機(jī)黑屏了 而旁邊的小伙伴卻說(shuō)手機(jī)屏是亮著的 這是光的 現(xiàn)象 該現(xiàn)象說(shuō)明光是 填 橫波 或 縱波 解析 這位同學(xué)手機(jī)豎著拍沒(méi)問(wèn)題 而當(dāng)把手機(jī)橫過(guò)來(lái)拍時(shí) 發(fā)現(xiàn)手機(jī)黑屏了 說(shuō)明光不能透過(guò) 這是光的偏振現(xiàn)象 該現(xiàn)象說(shuō)明光是橫波 答案 1 偏振 2 橫波 熱點(diǎn)4 光的衍射 熱點(diǎn)歸納 1 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 2 衍射現(xiàn)象說(shuō)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 3 光的干涉和衍射的比較 典題5 多選 2016年安徽合肥二模 下列說(shuō)法正確的 是 A 光導(dǎo)纖維傳輸信號(hào)是利用光的干涉現(xiàn)象B 全息照相利用了激光相干性好的特性C 光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是橫波D X射線比無(wú)線電波更容易發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象E 刮胡須的刀片的影子邊緣模糊不清是光的衍射現(xiàn)象答案 BCE 熱點(diǎn)5 電磁場(chǎng)和電磁波 熱點(diǎn)歸納 1 對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解 2 對(duì)電磁波的理解 1 電磁波是橫波 電磁波的電場(chǎng) 磁場(chǎng) 傳播方向三者兩兩 垂直 如圖15 2 7所示 圖15 2 7 2 電磁波與機(jī)械波不同 機(jī)械波在介質(zhì)中傳播的速度只與介質(zhì)有關(guān) 電磁波在介質(zhì)中傳播的速度與介質(zhì)和頻率均有關(guān) 3 電磁波譜分析及應(yīng)用 考向1 對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解 典題6 多選 2016年新課標(biāo) 卷 關(guān)于電磁波 下列 說(shuō)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(wú)關(guān)B 周期性變化的電場(chǎng)和變化的磁場(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(wú)線通信 但電磁波不能通過(guò)電纜 光纜傳輸E 電磁波可以由電磁振蕩產(chǎn)生 若波源的電磁振蕩停止 空間的電磁波隨即消失 解析 電磁波在真空中傳播速度不變 與頻率無(wú)關(guān) 選項(xiàng)A正確 電磁波由周期性變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)互相激發(fā)得到 選項(xiàng)B正確 電磁波傳播方向與電場(chǎng)方向 磁場(chǎng)方向均垂直 選項(xiàng)C正確 光是一種電磁波 光可在光導(dǎo)纖維中傳播 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 電磁波具有能量 電磁振蕩停止后 已形成的電磁波仍會(huì)在介質(zhì)或真空中繼續(xù)傳播 選項(xiàng)E錯(cuò)誤 答案 ABC 考向2 電磁波的應(yīng)用 典題7 多選 關(guān)于電磁波譜 下列說(shuō)法正確的是 A 電磁波中最容易表現(xiàn)出干涉 衍射現(xiàn)象的是無(wú)線電波B 紫外線的頻率比可見(jiàn)光低 長(zhǎng)時(shí)間照射可以促進(jìn)鈣的吸收 改善身體健康C X射線和 射線的波長(zhǎng)比較短 穿透力比較強(qiáng)D 紅外線的顯著作用是熱作用 溫度較低的物體也能輻射紅外線E 頻率越高的電磁波在真空中傳播的速度越快答案 ACD 方法技巧 1 波長(zhǎng)不同的電磁波 表現(xiàn)出不同的特性 其中波長(zhǎng)較長(zhǎng)的無(wú)線電波和紅外線等 易發(fā)生干涉 衍射現(xiàn)象 波長(zhǎng)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(zhǎng)并沒(méi)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 但它們產(chǎn)生的機(jī)理不同 熱點(diǎn)6 狹義相對(duì)論的基本假設(shè)和質(zhì)能關(guān)系的簡(jiǎn)單應(yīng)用 熱點(diǎn)歸納 1 慣性系 如果牛頓運(yùn)動(dòng)定律在某個(gè)參考系中成立 這個(gè)參考系叫做慣性系 相對(duì)一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系也是慣性系 2 光速的大小與選取的參考系無(wú)關(guān) 因?yàn)楣馑偈菑柠溈怂鬼f方程組中推導(dǎo)出來(lái)的 無(wú)任何前提條件 典題8 下列說(shuō)法正確的是 A 以0 75c的速度靠近地球的火箭向地球發(fā)出的光 在地球上測(cè)得其速度為cB 光在真空中傳播的速度在不同慣性系可能不同C 愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E mc2中的m是物體靜止時(shí)的質(zhì)量D 在不同的慣性參考系中 一切物理規(guī)律都是相同的 這是狹義相對(duì)論的一條基本假設(shè)E 狹義相對(duì)論認(rèn)為 在慣性參考系中 光速與光源 觀察者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)答案 ADE