第2節(jié)光的波動性電磁波相對論 一 光的干涉1 定義 在兩列光波的疊加區(qū)域 某些區(qū)域的光被加強 出現(xiàn)亮紋 某些區(qū)域的光被減弱 出現(xiàn)暗紋 且加強和減弱互相間隔的現(xiàn)象叫作光的干涉現(xiàn)象 2 條件 兩列光的頻率相等 且具有恒定的相位差 才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象 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頻率相等的相干光 屏上某點到雙縫的路程差是波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋 路程差是半波長的奇數(shù)倍處出現(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(guān)系為 x 4 薄膜干涉 利用薄膜 如肥皂液薄膜 前后表面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(yīng)薄膜厚度相同 二 光的衍射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 2 衍射條紋的特點 1 單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較 2 泊松亮斑 圓盤衍射 當(dāng)光照到不透明 選填 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)亮斑 在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán) 三 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 偏振光的形成 1 讓自然光通過偏振片形成偏振光 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)象說明光是一種橫波 四 電磁場 電磁波 電磁波譜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 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相同 都等于光速 3 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 4 v f f是電磁波的頻率 3 電磁波的發(fā)射 1 發(fā)射條件 開放電路和高頻振蕩信號 所以對要傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行調(diào)制 2 調(diào)制方式 調(diào)幅 使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變 調(diào)頻 使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變 4 無線電波的接收 1 當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的無線電波的頻率相等時 激起的振蕩電流最強 這就是電諧振現(xiàn)象 2 使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫作調(diào)諧 能夠調(diào)諧的接收電路叫作調(diào)諧電路 3 從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩信號中 檢 出調(diào)制信號的過程 叫作檢波 檢波是調(diào)制的逆過程 也叫作解調(diào) 5 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譜叫作電磁波譜 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 五 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)量隨物體速度的增大而增大 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 命題點一 命題點二 命題點三 光的干涉現(xiàn)象的理解及應(yīng)用1 光的雙縫干涉現(xiàn)象 1 明暗條紋的判斷方法 如圖所示 光源S1 S2發(fā)出的光到屏上P點的路程差r2 r1 k k 0 1 2 時 光屏上出現(xiàn)明條紋 光的路程差r2 r1 2k 1 k 0 1 2 時 光屏上出現(xiàn)暗條紋 2 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 是光波的波長 命題點一 命題點二 命題點三 2 薄膜干涉 1 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 明 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 r n n 0 1 2 薄膜上出現(xiàn)明條紋 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 2n 1 n 0 1 2 薄膜上出現(xiàn)暗條紋 命題點一 命題點二 命題點三 3 薄膜干涉的應(yīng)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 若被檢平面不平整 則干涉條紋發(fā)生彎曲 命題點一 命題點二 命題點三 例1 2017 重慶沙坪壩區(qū)月考 右圖是雙縫干涉的實驗示意圖 S1和S2為雙縫 P是光屏上的一點 整個裝置置于空氣中 1 用單色光A做實驗 已知P點與S1 S2距離之差為 r 2 1 10 6m A光在折射率n 1 5的介質(zhì)中波長為4 10 7m 通過計算說明P處是亮條紋還是暗條紋 2 用單色光B做雙縫干涉實驗 若已知雙縫間距d 0 400mm 并測得雙縫到屏的距離l 0 600m 第1條到第6條亮條紋中心間的距離x 4 875mm 求B光在空氣中的波長 命題點一 命題點二 命題點三 答案 1 P處是暗條紋 2 6 5 10 7m解析 1 設(shè)A光在空氣中的波長為 A 則 A n 6 10 7m 命題點一 命題點二 命題點三 即學(xué)即練1 2017 北京卷 物理學(xué)原理在現(xiàn)代科技中有許多重要應(yīng)用 例如 利用波的干涉 可將無線電波的干涉信號用于飛機(jī)降落的導(dǎo)航 如圖所示 兩個可發(fā)射無線電波的天線對稱地固定于飛機(jī)跑道兩側(cè) 它們類似于楊氏干涉實驗中的雙縫 兩天線同時都發(fā)出波長為 1和 2的無線電波 飛機(jī)降落過程中 當(dāng)接收到 1和 2的信號都保持最強時 表明飛機(jī)已對準(zhǔn)跑道 下列說法正確的是 A 天線發(fā)出的兩種無線電波必須一樣強B 導(dǎo)航利用了 1與 2兩種無線電波之間的干涉C 兩種無線電波在空間的強弱分布穩(wěn)定D 兩種無線電波各自在空間的強弱分布完全重合 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 2 2017 河南鄭州期中 2015年2月24日四川成都隧道發(fā)生瓦斯爆炸事故 瓦斯對隧道施工 煤礦采掘等過程的危害極大 某同學(xué)查資料得知含有瓦斯的氣體的折射率大于干凈空氣的折射率 于是他根據(jù)雙縫干涉現(xiàn)象設(shè)計了一個監(jiān)測儀 其原理如圖所示 在雙縫前面放置兩個完全相同的透明容器A B 容器A與干凈的空氣相通 在容器B中通入礦井中的氣體 觀察屏上的干涉條紋 就能夠監(jiān)測瓦斯?jié)舛?如果屏的正中央O點變?yōu)榘导y 說明B中氣體 A 一定含瓦斯B 一定不含瓦斯C 不一定含瓦斯D 無法判斷 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 3 多選 關(guān)于光學(xué)鏡頭增透膜 以下說法正確的是 A 增透膜是為了減少光的反射損失 增加透射光的強度 D 因為增透膜的厚度一般適合綠光反射時相互抵消 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 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 光的衍射及偏振現(xiàn)象1 對光的衍射的理解 1 干涉和衍射是波的特征 波長越長 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)象說明 光沿直線傳播 只是一種特殊情況 只有在光的波長比障礙物小得多時 光才可以看作是沿直線傳播的 命題點一 命題點二 命題點三 2 光的偏振 1 自然光與偏振光的比較 2 偏振光的應(yīng)用 加偏振濾光片的照相機(jī)鏡頭 液晶顯示器 立體電影 消除車燈眩光等 命題點一 命題點二 命題點三 例2 2017 福建龍巖月考 如圖為條紋總寬度相同的4種明暗相間的條紋 其中有兩種是紅光 藍(lán)光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣 還有兩種是黃光 紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣 灰黑色部分表示亮紋 則圖中從左向右排列 亮條紋的顏色依次是 A 紅黃藍(lán)紫B 紅紫藍(lán)黃C 藍(lán)紫紅黃D 藍(lán)黃紅紫 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 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(rèn)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 命題點一 命題點二 命題點三 即學(xué)即練4 多選 2017 浙江寧波期末 抽制高強度纖維細(xì)絲的過程可用激光監(jiān)控其粗細(xì) 如圖所示 激光束越過細(xì)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(xì)絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可判斷細(xì)絲粗細(xì)的變化 下列敘述正確的是 A 這里應(yīng)用的是光的衍射現(xiàn)象B 這里應(yīng)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(xì) 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 5 2017 廣東佛山月考 奶粉中碳水化合物 糖 的含量是一個重要指標(biāo) 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(biāo)準(zhǔn)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(dá)O處的光最強 然后將被測樣品P置于A B之間 命題點一 命題點二 命題點三 1 偏振片A的作用是 2 偏振現(xiàn)象證明了光是一種 3 多選 以下說法正確的是 A 到達(dá)O處光的強度會明顯減弱B 到達(dá)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 命題點一 命題點二 命題點三 答案 1 把自然光變成偏振光 2 橫波 3 ACD解析 1 自然光源發(fā)出的光不是偏振光 但當(dāng)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后到達(dá)O 當(dāng)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 通過B到達(dá)O的光的強度不是最大 但當(dāng)B轉(zhuǎn)過了一個角度 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 命題點一 命題點二 命題點三 電磁場和電磁波相對論1 對麥克斯韋電磁場理論的理解 命題點一 命題點二 命題點三 2 對電磁波的理解 1 電磁波是橫波 電磁波的電場 磁場 傳播方向三者兩兩垂直 如圖所示 命題點一 命題點二 命題點三 2 電磁波與機(jī)械波的比較 命題點一 命題點二 命題點三 3 對狹義相對論的理解 1 慣性系 如果牛頓運動定律在某個參考系中成立 這個參考系叫作慣性系 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 光速的大小與選取的參考系無關(guān) 因為光速是從麥克斯韋方程組中推導(dǎo)出來的 無任何前提條件 3 狹義相對論認(rèn)為物體的質(zhì)量m與物體的速度v有關(guān) 其關(guān)系式 4 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 命題點一 命題點二 命題點三 例3 多選 2016 全國卷 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度 磁感應(yīng)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 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 即學(xué)即練6 2016 天津卷 我國成功研發(fā)的反隱身先進(jìn)米波雷達(dá)堪稱隱身飛機(jī)的克星 它標(biāo)志著我國雷達(dá)研究又創(chuàng)新的里程碑 米波雷達(dá)發(fā)射無線電波的波長在1 10m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(jī)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 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 7 2016 北京卷 下列說法正確的是 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 光需要介質(zhì)才能傳播 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 8 多選 2017 江蘇卷 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 答案 解析