（人教通用版）2020高考物理 第14章 第4講 光的波動性 電磁波 相對論課件.ppt

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1、機械振動與機械波光電磁波與相對論,第十四章,第4講光的波動性電磁波相對論,知識梳理自測,1產生條件 兩列光的_相同，振動方向_，且具有恒定的相位差，才能產生穩(wěn)定的干涉圖樣。 2兩種典型的干涉 (1)楊氏雙縫干涉。 原理如圖所示。,知識點1,光的干涉,頻率,相同,明、暗條紋的條件。 ()單色光：形成_的條紋，中央為明條紋。 a光的路程差rr2r1_(k0,1,2，)，光屏上出現(xiàn)明條紋。 b光的路程差rr2r1_(k0,1,2，)，光屏上出現(xiàn)暗條紋。 ()白光：光屏上出現(xiàn)_條紋，且中央亮條紋是_(填寫顏色)。 相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距公式：x_。,明暗相間,k,彩色,白色,(2)薄膜干涉。

2、 相干光：光照射到透明薄膜上，從薄膜的兩個表面_的兩列光波。 圖樣特點：同雙縫干涉，同一條亮(或暗)紋對應薄膜的_相等。單色光照射薄膜時形成明暗相間的條紋，白光照射薄膜時，形成彩色條紋。,反射,厚度,1發(fā)生明顯衍射的條件：只有當障礙物的尺寸與光的波長_，甚至比光的波長_的時候，衍射現(xiàn)象才會明顯。 2衍射條紋的特點：,知識點2,光的衍射,相差不多,還小,(1)單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較。,明暗相間,越弱,越小,明暗相間,越弱,越小,越小,逐漸變暗,逐漸變窄,同心圓環(huán),(2)泊松亮斑(圓盤衍射)： 當光照射到不透明的_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))。,半徑很

3、小的小圓盤,亮斑,1偏振現(xiàn)象 橫波只沿某一_振動，稱為波的偏振現(xiàn)象。 2自然光 若光源發(fā)出的光，包含著在垂直于光傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿各個方向振動的光波的_都相同，這種光叫自然光。,知識點3,光的偏振,特定方向,強度,3偏振光 在垂直于光傳播方向的平面上，只沿一個_振動的光，叫偏振光。 例如：自然光通過偏振片后，就得到了偏振光。見示意圖。,特定方向,1電磁波的產生 (1)麥克斯韋電磁場理論 變化的磁場產生_，變化的電場產生_。 (2)電磁場 變化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系成為一個完整的整體，這就是電磁場。,知識點4,電磁波與相對論,電場,磁場,(3)電磁波 電磁場(電磁能量)

4、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； 真空中電磁波的速度為_m/s； vf對電磁波_。 電磁波能產生反射、折射、_和衍射等現(xiàn)象。,不需要,3.0108,同樣適用,干涉,2電磁波的發(fā)射和接收 (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 定義：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；遞變規(guī)律：直線傳播能力增強，衍射能力減弱。,振蕩頻率,開放,調幅,無線電波,電磁波譜的特性、應用,熱效應,熒光效應,3狹義

5、相對論 (1)狹義相對論的兩個基本假設 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。 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系。 (2)相對論的質速關系 物體運動時的質量m總要_靜止時的質量m0。,物體的質量隨物體速度的增加而增大，物體以速度v運動時的質量m與靜止時的質量m0之間有如下關系：m_。,相同,相同,大于,4相對論質能關系 用m表示物體的質量，E表示它具有的能量，則愛因斯坦質能方程為：E_。,mc2,思維診斷： (1)光的顏色取決于折射率。() (2)只有頻率相同的兩列光波才能產生干涉。() (3)在雙縫干涉實驗中

6、，雙縫的作用是使白光變成單色光。() (4)陽光下茂密的樹蔭中地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的。() (5)自然光是偏振光。() (6)電場周圍一定存在磁場，磁場周圍一定存在電場。() (7)無線電波不能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象。() (8)波長不同的電磁波在本質上完全不同。() (9)真空中的光速在不同慣性參考系中是不同的。(), ,1(2018上海奉賢區(qū)一模)如圖所示，檢查下方玻璃板上表面是否平整，單色光從上面照射會產生條紋，這是利用了光的() A圓孔衍射 B單縫衍射 C雙縫干涉 D薄膜干涉 解析當兩反射光的路程差(即膜厚度的2倍)是半波長的偶數(shù)倍時，出現(xiàn)明條紋，是半波長的奇數(shù)倍時，出現(xiàn)暗條紋。

7、若條紋是直的則玻璃板平整，若條紋發(fā)生彎曲，則玻璃板不平整。由以上分析可知，檢查下方玻璃板上表面是否平整，利用了光的薄膜干涉，D正確。,D,2(2018上海奉賢區(qū)一模)紅外線、X射線、射線、紫外線中，波動現(xiàn)象最明顯的是() A紅外線 BX射線 C射線 D紫外線 解析波長越長，波動現(xiàn)象越明顯，在紅外線、X射線、射線、紫外線中，紅外線波長最長，因此其波動現(xiàn)象最明顯，A正確。,A,3(2018北京密云區(qū)一模)下列四種現(xiàn)象中與光的干涉有關的是() A雨后空中出現(xiàn)彩虹 B肥皂泡的表面呈現(xiàn)彩色 C一束白光通過三棱鏡后形成彩色光帶 D一束白光通過很窄的單縫后在光屏上形成彩色光帶 解析雨后天空中的彩虹是光的色散

8、現(xiàn)象，A錯誤；肥皂泡在陽光照耀下呈現(xiàn)彩色條紋，是肥皂泡內外兩表面反射回的光發(fā)生干涉形成的，B正確；白光通過三棱鏡后形成彩色光帶是光的色散現(xiàn)象，C錯誤；白光通過一個很窄的縫呈現(xiàn)的彩色光帶是光的衍射現(xiàn)象，D錯誤。,B,4(2018湖南長沙天心區(qū)期末)(多選)設某人在以速度為0.5c的飛船上，打開一個光源，則下列說法正確的是( ) A飛船正前方地面上的觀察者看到這一光速為1.5c B飛船正后方地面上的觀察者看到這一光速為0.5c C在垂直飛船前進方向地面上的觀察者看到這一光速是c D在地面上任何地方的觀察者看到的光速都是c 解析光速不變原理認為：在不同的慣性參考系中，真空中的光速是相同的，即光在真空

9、中沿任何方向的傳播速度都是相同的，C、D正確。,CD,核心考點突破,1雙縫干涉與單縫衍射的比較：,考點一,光的干涉、衍射及偏振,2自然光和偏振光的比較：,特別提醒：(1)從本質上講，衍射條紋的形成與干涉條紋的形成具有相似的原理，衍射條紋可以認為從單縫通過多列頻率相同的光波在屏上疊加形成的干涉圖樣。 (2)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，衍射現(xiàn)象說明只有在光的波長比障礙物小得多時才可看作沿直線傳播。,(2018四川廣安、眉山一診)(多選)下列五幅圖對應的說法正確的是(),例 1,ABE,A圖甲是研究光的衍射 B圖乙是研究光的干涉 C圖丙是利用光的偏振 D圖丁是研究光的偏振

10、 E圖戊是衍射圖樣 解析圖甲是在研究光的單縫衍射，故A正確；圖乙是研究光的雙縫干涉現(xiàn)象，故B正確；圖丙是檢查工件表面的平整度，屬于光的干涉現(xiàn)象，不是偏振現(xiàn)象，故C錯誤；圖丁是產生電磁波的過程，不是光的偏振，故D錯誤；圖戊是泊松亮斑，屬于光的衍射，E正確。,(2018河北衡水中學質檢)(多選)如圖所示用a、b兩種單色光分別通過同一雙縫干涉裝置獲得的干涉圖樣。現(xiàn)讓a、b兩種光組成的復色光穿過平行玻璃磚或三棱鏡時，光的傳播方向中可能正確的是 ( ),類題演練 1 ,AD,(2018安徽等四省五校聯(lián)考)(多選)下列說法正確的是() A光的雙縫干涉實驗中，若僅將光源從藍光改為紅光，則所得干涉圖樣中相鄰亮

11、條紋間距變大 B照相機鏡頭在陽光下呈現(xiàn)淡紫色是光的衍射現(xiàn)象 C泊松亮斑支持了光的波動說 D一束單色光由空氣進入玻璃中，光的傳播速度變小，波長變短 E光的偏振現(xiàn)象說明光是縱波,類題演練 2 ,ACD,考點二,實驗：用雙縫干涉測光的波長,3實驗步驟： (1)安裝儀器： 將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。 接好光源，打開開關，使白熾燈正常發(fā)光。調節(jié)各部件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達光屏。 安裝單縫和雙縫，中心位于遮光筒的軸線上，使雙縫和單縫的縫平行。,4注意事項： (1)調節(jié)雙縫干涉儀時，要注意調節(jié)光源的高度，使它發(fā)出的一束光能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮。 (2)放置單縫和雙縫時

12、，縫要相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上。 (3)調節(jié)測量頭時，應使分劃板中心刻線和條紋的中心對齊，記清此時手輪上的讀數(shù)，轉動測量頭，使分劃板中心刻線和另一條紋的中心對齊，記下此時手輪上的讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差就表示這兩個條紋間的距離。 (4)不要直接測x，要測幾個條紋的間距，計算得x，這樣可以減小誤差。 (5)白光的干涉觀察到的是彩色條紋，其中白色在中央，紅色在最外邊。,特別提醒：(1)實驗中濾光片的作用是獲得單色光，要測量某種單色光的波長，實驗中必須使用濾光片。 (2)單縫相當于一個單色光光源，雙縫相當于兩個步調完全一致的單色相干光源。,現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾

13、光片E等光學元件，要把它們放在如圖所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長。,例 2,(1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學元件，由左至右，表示各光學元件的字母排列順序應為C、_、_、_、A。,E,D,B,(2)本實驗的步驟有： 取下遮光筒左側的元件，調節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光簡軸線把屏照亮； 按合理順序在光具座上放置各光學元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上； 用米尺測量雙縫到屏的距離； 用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮紋間的距離。在操作步驟時還應注意_ _。,單縫與雙縫必須平行，其間距為510cm，保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同

14、一軸線上,(3)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時手輪上的示數(shù)如圖甲所示。然后同方向轉動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，記下此時圖乙中手輪上的示數(shù)為_mm，求得相鄰亮紋的間距x為_mm。,(4)已知雙縫間距d為2.0104m，測得雙縫到屏的距離l為0.700m，由計算式_，求得所測紅光波長為_nm。,13.870,2.310,6.6102,解析(1)濾光片E是從白光中選出單色紅光，單縫屏是獲取線光源，雙縫屏是獲得相干光源，最后成像在毛玻璃屏上，所以排列順序為C、E、D、B、A。(順序不能交換) (2)在操作步驟時應注意的事項有：放置單縫、雙縫時

15、，單縫、雙縫間距離大約為510cm；使單縫與雙縫相互平行。,對電磁波譜的四點說明 (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。 (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。,考點三,電磁波與相對論,(3)不同的電磁波，產生的機理不同，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)后產生的；X射線是原子的內層電子受到激發(fā)后產生的；射線是原子核受到激發(fā)后產生的。 (4)電磁波的能量隨頻率的增大

16、而增大。,下面列出一些醫(yī)療器械的名稱和這些器械運用的物理現(xiàn)象。請將相應的字母填寫在運用這種現(xiàn)象的醫(yī)療器械后面的空格上。 (1)X光機，_。 (2)紫外線燈，_。 (3)理療醫(yī)用“神燈”照射傷口，可使傷口愈合得較好。這里的“神燈”是利用_。 A光的全反射B紫外線具有很強的熒光作用 C紫外線具有殺菌消毒作用DX射線的很強的貫穿力 E紅外線具有顯著的熱效應F紅外線波長較長，易發(fā)生衍射,例 3,D,C,E,解析(1)X光機是用來透視人的體內器官的，因此需要具有較強穿透力的電磁波，但又不能對人體造成太大的傷害，因此采用了穿透能力比較強又不會給人體造成太大的傷害的X射線，選擇D。 (2)紫外線燈主要是用來

17、殺菌的，因此它應用的是紫外線的殺菌作用而非熒光作用，因此選擇C。 (3)“神燈”又稱紅外線燈，主要是用于促進局部血液循環(huán)，它利用的是紅外線的熱效應，使人體局部受熱，血液循環(huán)加快因此選擇E。,(2018黑龍江哈爾濱月考)(多選)下列說法正確的是() A在不同的慣性參考系中，一切物理定律都是相同的 B真空中的光速在不同的慣性參考系中是不同的 C一條沿自身長度方向運動的桿，其長度總比靜止時的長度短 D物體運動時的質量m總要小于靜止時的質量m0 E在質能方程Emc2中，m是物體的質量，E是它具有的能量,類題演練 3 ,ACE,(2018河北衡水中學調研)(多選)關于機械波和電磁波，下列說法正確的是()

18、 A兩列頻率相同的機械波相遇時，介質中振動加強的質點在某時刻的位移可能為零 B聲音從聲源發(fā)出，在空氣中傳播時，振幅和波長都在不斷地減小 C機械波的周期取決于振源的周期，在數(shù)值上可能與介質中質點的自由振動周期相等 DX射線是由原子的內層電子受到激發(fā)后產生的，而射線是原子核受到激發(fā)后產生的 E根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，變化的電場一定可以產生電磁波,類題演練 4 ,ACD,解析兩列頻率相同的波相遇時，會發(fā)生波的干涉現(xiàn)象，振動加強的點的振幅等于兩列波的振幅之和，但某時刻的位移可能為零，故A正確；聲音在傳播的過程中，頻率不變，聲速也不變，則波長不變，故B錯誤；機械波的周期取決于振源的周期，在數(shù)值上可能與

19、質點在介質中自由振動的周期相等，故C正確；X射線是由原子的內層電子受到激發(fā)后產生的，而射線是原子核受到激發(fā)后產生的，故D正確；均勻變化的電場產生穩(wěn)定的磁場，而穩(wěn)定的磁場不能產生電場，即均勻變化的電場不能產生電磁波，故E錯誤。,2年高考模擬,1(2018北京，15)用雙縫干涉實驗裝置得到白光的干涉條紋，在光源與單縫之間加上紅色濾光片后() A干涉條紋消失B彩色條紋中的紅色條紋消失 C中央條紋變成暗條紋D中央條紋變成紅色 解析 在光源與單縫之間加上紅色濾光片后，只透過紅光，屏上出現(xiàn)紅光(單色光)的干涉條紋。故選D。,D,2(2017江蘇卷)(多選)接近光速飛行的飛船和地球上各有一只相同的銫原子鐘，

20、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 解析相對論告訴我們，運動的鐘會變慢，由于飛船上的人觀測飛船上的鐘是靜止的，觀測到地球上的鐘是運動的，因此飛船上的人觀測到飛船上的鐘相對于地球上的鐘快，A項正確，B項錯誤；同樣，地球上的人觀測到飛船上的鐘是運動的，地球上的鐘是靜止的，因此地球上的人觀測到地球上的鐘比飛船上的鐘快，C項正確，D項錯誤。,AC,3(2017全國卷)(多選)在雙縫干涉實驗中，用綠色激光照射在雙縫上，在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣

21、。若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，可選用的方法是() A改用紅色激光 B改用藍色激光 C減小雙縫間距 D將屏幕向遠離雙縫的位置移動 E將光源向遠離雙縫的位置移動,ACD,4(2017北京卷)物理學原理在現(xiàn)代科技中有許多重要應用。例如，利用波的干涉，可將無線電波的干涉信號用于飛機降落的導航。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跑道兩側，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。飛機降落過程中，當接收到1和2的信號都保持最強時，表明飛機已對準跑道。下列說法正確的是(),C,A天線發(fā)出的兩種無線電波必須一樣強 B導航利用了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 解析天線發(fā)出的兩種無線電波各自發(fā)生干涉，故兩種無線電波的強弱沒關系，A項錯誤；兩種無線電波傳播的速度(光速)相同，由cf知，波長不同，則頻率不同，故兩種無線電波不會發(fā)生干涉，B項錯誤；兩種無線電波各自發(fā)生干涉，因此在空間的強弱分布穩(wěn)定，天線連線的中垂線上都是加強點，故C項正確、D項錯誤。,