第2節(jié)光的波動性 電磁波相對論-2-一、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(qiáng),出現(xiàn)亮紋,某些區(qū)域的光被 減弱,出現(xiàn)暗紋,且 加強(qiáng)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。-3-3.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(diǎn)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。-4-二、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(diǎn):(1)單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較-5-(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))。-6-三、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(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 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。-7-四、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。-8-3.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(qiáng)弱而變。調(diào)頻:使高頻電磁波的 頻率隨信號的強(qiáng)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(qiáng),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)。-9-5.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。-10-五、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(yùn)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(yùn)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(yùn)動時的質(zhì)量總要 大于靜止時的質(zhì)量m0。-11-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三光的干涉現(xiàn)象的理解及應(yīng)用光的干涉現(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(diǎn)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。-12-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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。-13-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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。-14-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三例1(2017重慶沙坪壩區(qū)月考)右圖是雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)示意圖,S1和S2為雙縫,P是光屏上的一點(diǎn),整個裝置置于空氣中。(1)用單色光A做實(shí)驗(yàn)。已知P點(diǎn)與S1、S2距離之差為r=2.110-6m,A光在折射率n=1.5的介質(zhì)中波長為410-7m。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(shí)驗(yàn),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。-15-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三答案:(1)P處是暗條紋(2)6.510-7m解析:(1)設(shè)A光在空氣中的波長為A,則A=n=610-7m-16-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三即學(xué)即練即學(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(shí)驗(yàn)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)弱分布穩(wěn)定D.兩種無線電波各自在空間的強(qiáng)弱分布完全重合 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-17-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(diǎn)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 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-18-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(qiáng)度D.因?yàn)樵鐾改さ暮穸纫话氵m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 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-19-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三光的衍射及偏振現(xiàn)象光的衍射及偏振現(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。-20-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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。-21-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-22-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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。-23-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三即學(xué)即練即學(xué)即練4.(多選)(2017浙江寧波期末)抽制高強(qiáng)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) 答案解析解析關(guān)閉由于是激光束越過細(xì)絲即繞過障礙物,所以是光的衍射現(xiàn)象,當(dāng)抽制的絲變細(xì)的時候,絲的直徑較接近激光的波長,條紋間距就大,A、D對。 答案解析關(guān)閉AD-24-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(qiáng),然后將被測樣品P置于A、B之間。-25-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(qiáng)度會明顯減弱B.到達(dá)O處光的強(qiáng)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(qiáng)度最強(qiáng),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(qiáng)度最強(qiáng),偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于-26-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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?yàn)锳、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(qiáng)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(qiáng)又為最強(qiáng),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(xiàng)A、C、D正確。-27-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三電磁場和電磁波電磁場和電磁波相對論相對論1.對麥克斯韋電磁場理論的理解-28-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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。-29-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三(2)電磁波與機(jī)械波的比較-30-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三3.對狹義相對論的理解(1)慣性系:如果牛頓運(yùn)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(yùn)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?yàn)楣馑偈菑柠溈怂鬼f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。-31-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(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(shí)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 答案解析解析關(guān)閉電磁波在真空中的傳播速度為光速,A選項(xiàng)正確;電磁波是由周期性變化的電場和磁場相互激發(fā)產(chǎn)生的,B選項(xiàng)正確;傳播速度方向、電場方向、磁場方向三者兩兩垂直,C選項(xiàng)正確;電磁波可以通過光纜傳播,D選項(xiàng)錯誤;當(dāng)電磁振蕩消失后,電磁波可繼續(xù)傳播,E選項(xiàng)錯誤。 答案解析關(guān)閉ABC-32-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三即學(xué)即練即學(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110m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 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-33-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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 答案解析解析關(guān)閉電磁波在真空中的傳播速度為光速c,A正確。聲波是縱波,可以在不同介質(zhì)中傳播,B、C錯誤。光屬于電磁波,電磁波的傳播不需要介質(zhì),D錯誤。 答案解析關(guān)閉A-34-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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 答案解析解析關(guān)閉根據(jù)相對論,運(yùn)動的時鐘變慢,這是一種觀測效應(yīng)。結(jié)合運(yùn)動的相對性,故飛船上的人觀測到地球上的鐘變慢,認(rèn)為飛船上的鐘變快。地球上的人觀測到飛船上的鐘變慢,認(rèn)為地球上的鐘變快。 答案解析關(guān)閉AC