第4講光的波動性 電磁波 相對論 一 光的干涉 頻率 相同 1 條件 兩列光的 相同 振動方向 且具有恒定的相位差 就能產(chǎn)生干涉 2 干涉圖樣 1 楊氏雙縫干涉 如圖13 4 1所示 圖13 4 1 明暗相間 k 白光 光屏上出現(xiàn)彩色條紋 且中央亮條紋是 色 相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距離 x 2 薄膜干涉 白 相干光 如圖13 4 2所示 照射到透明薄膜上的光 從薄膜的前表面AA 和后表面BB 反射回來的兩列光波 圖13 4 2 圖樣特點 單色光 照射薄膜時形成明暗相間的條紋 兩列光波的路程差 r等于波長的整數(shù)倍 即 r n 0 1 2 3 薄膜上出現(xiàn)明條紋 路程差 r等于半波長的奇數(shù)倍 即 r n 0 1 2 3 薄膜上出現(xiàn)暗條紋 白光 形成 色條紋 n 彩 二 光的衍射 相差不多 小 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 才會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 2 衍射條紋的特點 亮 寬 明暗相間 1 單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較 越弱 越小 亮斑 明暗相間 越弱 越小 減小 續(xù)表 白 變暗 變小 紫 紅 2 泊松亮斑 圓盤衍射 當(dāng)光照到 填 透明 或 不透明 的半徑很小的小圓盤上時 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) 彩 不透明 亮斑 三 光的偏振現(xiàn)象1 偏振光波只沿 的方向的振動 2 自然光 某一特定 一切方向 強(qiáng)度 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 垂直 橫 偏振片 在 于傳播方向的平面上 只沿某個特定方向振動的光 只有 波才有偏振現(xiàn)象 自然光通過 后 就得到了偏振光 四 電磁場 電磁波 電磁波譜 1 麥克斯韋電磁場理論 電場 磁場 變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生 變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生 2 電磁場 電場 磁場 變化電場在周圍空間產(chǎn)生磁場 變化磁場在周圍空間產(chǎn)生電場 變化的 和 總是相互聯(lián)系成為一個完整的整體 這就是電磁場 3 電磁波 介質(zhì) 相同 1 電磁場在空間由近及遠(yuǎn)的傳播 形成電磁波 2 電磁波的傳播不需要 可在真空中傳播 在真空中不同頻率的電磁波傳播速度是 的 都等于光 速 不同 高 小 f 3 不同頻率的電磁波 在同一介質(zhì)中傳播 其速度是 的 頻率越 波速越 v f是電磁波的頻率 4 電磁波譜 五 狹義相對論的基本假設(shè) 質(zhì)速關(guān)系 質(zhì)能關(guān)系 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 的 相同 相同 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 相對論的質(zhì)速關(guān)系 1 物體的質(zhì)量隨物體速度的增加而 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 2 物體運動時的質(zhì)量總要 靜止時的質(zhì)量m0 3 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 mc2 增大 大于 基礎(chǔ)檢測 1 多選 2016年吉林模擬 下列說法正確的是 A 光在介質(zhì)中傳播的速度僅由介質(zhì)本身所決定B 雨后路面上的油膜形成的彩色條紋是由光的干涉形成的C 楊氏雙縫干涉實驗中 當(dāng)兩縫間的距離以及擋板和屏的距離一定時 紅光干涉條紋的相鄰條紋間距比藍(lán)光干涉條紋的相鄰條紋間距小D 光的偏振特征說明光是橫波E 水中的氣泡看起來特別明亮 是因為光從水射向氣泡時 一部分光在界面上發(fā)生了全反射的緣故答案 BDE 2 多選 下列說法中正確的是 A 光的偏振現(xiàn)象說明光具有波動性 但并非所有的波都能發(fā)生偏振現(xiàn)象B 變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場 變化的磁場一定產(chǎn)生變化的電場C 在光的雙縫干涉實驗中 若僅將入射光由紅光改為綠光 則干涉條紋間距變窄D 某人在速度為0 5c的飛船上打開一光源 則這束光相對于地面的速度應(yīng)為1 5cE 火車過橋要慢行 目的是使驅(qū)動力頻率遠(yuǎn)小于橋梁的固有頻率 以免發(fā)生共振損壞橋梁答案 ACE 3 多選 下列說法中正確的是 A 光速不變原理指出光在真空中傳播速度在不同慣性參考系中都是相同的B 紅光在玻璃磚中的傳播速度比紫光在玻璃磚中的傳播速度小C 在機(jī)械波的傳播過程中 介質(zhì)質(zhì)點的振動速度等于波的傳播速度D 聲源與觀察者相對靠近時 觀察者所接收的頻率大于聲源振動的頻率E 根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論可知 變化的電場周圍一定可以產(chǎn)生磁場 系中都是相同的 故A正確 根據(jù)v 且紅光在玻璃磚中的 解析 光速不變原理是 真空中的光速在不同的慣性參考 cn 折射率小 則有紅光在玻璃磚中的傳播速度比紫光在玻璃磚中的傳播速度大 故B錯誤 介質(zhì)中質(zhì)點振動的速度與波的傳播速度是兩回事 質(zhì)點振動的速度是周期性變化的 而波在同一均勻介質(zhì)中傳播時傳播速度不變 故C錯誤 根據(jù)多普勒效應(yīng)可知 聲源與觀察者相對靠近的 觀察者所接收的頻率大于聲源發(fā)出的頻率 故D正確 據(jù)麥克斯韋的電磁場理論可知 變化的電場周圍一定可產(chǎn)生磁場 故E正確 答案 ADE 考點1光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象 重點歸納 光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象的比較 續(xù)表 考題題組 1 多選 下列說法正確的是 A 機(jī)械波 電磁波均能產(chǎn)生干涉 衍射現(xiàn)象B 泊松亮斑是光的干涉現(xiàn)象中的加強(qiáng)區(qū)C 全息照相的拍攝利用了光的干涉原理D 在光的雙縫干涉實驗中 條紋間距與縫的寬度成反比 E 波速公式v f說明波速只與波長 頻率有關(guān) 與介質(zhì) 無關(guān) 2 多選 2016年湖北聯(lián)考 關(guān)于波的現(xiàn)象 下列說法正確 的有 A 當(dāng)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時 頻率不會發(fā)生變化B 光波從空氣進(jìn)入水中后 更容易發(fā)生衍射C 波源沿直線勻速靠近一靜止接收者 則接收者接收到波信號的頻率會比波源頻率低D 不論機(jī)械波 電磁波 都滿足v f 式中三參量依次為波速 波長 頻率E 電磁波具有偏振現(xiàn)象答案 ADE 考點2 電磁場 電磁波和相對論 重點歸納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 但它們產(chǎn)生的機(jī)理不同 3 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) 考題題組 3 多選 2016年新課標(biāo) 卷 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(qiáng)度 磁感應(yīng)強(qiáng)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 電磁波傳播方向與電場強(qiáng)度 磁感應(yīng)強(qiáng)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 電磁波波源的電磁振蕩停止 波源不再產(chǎn)生新的電磁波 但空間中已產(chǎn)生的電磁波仍可繼續(xù)傳播 選項E錯誤 答案 ABC 4 多選 2017年甘肅天水模擬 下列說法正確的是 A 光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波B 麥克斯韋預(yù)言并用實驗驗證了電磁波的存在C 在光的雙縫干涉實驗中 若僅將入射光由綠色光變?yōu)榧t光 則條紋間距變寬D 波在介質(zhì)中傳播的頻率由波源決定 與介質(zhì)無關(guān)E 機(jī)械波和電磁波都可以在真空中傳播 紅光 因紅光的波長大于綠光的波長 則根據(jù) x 可知條紋 解析 光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波 選項A正確 麥克斯韋預(yù)言了電磁波 赫茲用實驗驗證了電磁波的存在 選項B錯誤 在光的雙縫干涉實驗中 若僅將入射光由綠色光變?yōu)?l d 間距變寬 選項C正確 波在介質(zhì)中傳播的頻率由波源決定 與介質(zhì)無關(guān) 選項D正確 機(jī)械波傳播時需要介質(zhì) 故不能在真空中傳播 E錯誤 答案 ACD