2019年高考物理一輪復習 第十四章 機械振動與機械波 光 電磁波與相對論 第4講 光的波動性 電磁波和相對論課件.ppt

第4講光的波動性電磁波和相對論 第十四章機械振動與機械波光電磁波與相對論 內容索引 基礎知識梳理 命題點一光的干涉現(xiàn)象 命題點二光的衍射和偏振現(xiàn)象 命題點三電磁波與相對論 課時作業(yè) 基礎知識梳理 1 一 光的干涉 衍射和偏振1 光的干涉 1 定義 在兩列光波疊加的區(qū)域 某些區(qū)域相互加強 出現(xiàn)條紋 某些區(qū)域相互減弱 出現(xiàn)條紋 且加強區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象 2 條件 兩束光的頻率 相位差恒定 3 雙縫干涉圖樣特點 單色光照射時形成明暗相間的等間距的干涉條紋 白光照射時 中央為條紋 其余為條紋 亮 暗 相同 白色亮 彩色 2 光的衍射發(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 3 光的偏振 1 自然光 包含著在垂直于傳播方向上沿振動的光 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 只沿著某個的方向振動的光 相差不多 還小 一切方向 特定 3 偏振光的形成 讓自然光通過形成偏振光 讓自然光在兩種介質的界面發(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)象說明光是一種波 偏振片 折射 橫 二 電磁波和相對論1 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生 變化的電場能夠在周圍空間產生 電場 磁場 2 電磁波 電磁場在空間由近及遠的傳播 形成 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 都等于光速 不同頻率的電磁波 在同一介質中傳播 其速度是不同的 頻率越高 波速越 v f f是電磁波的頻率 電磁波 介質 相同 小 3 電磁波的發(fā)射 發(fā)射條件 電路和信號 所以要對傳輸信號進行調制 調幅或調頻 調制方式a 調幅 使高頻電磁波的隨信號的強弱而變 b 調頻 使高頻電磁波的隨信號的強弱而變 開放 高頻振蕩 振幅 頻率 4 無線電波的接收 當接收電路的固有頻率跟接收到無線電波的頻率時 激起的振蕩電流 這就是電諧振現(xiàn)象 使接收電路產生電諧振的過程叫做 能夠調諧的接收電路叫做電路 從經過調制的高頻振蕩中 檢 出調制信號的過程 叫做 檢波是的逆過程 也叫做 相等 最強 調諧 調諧 檢波 調制 解調 5 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 按波長由長到短排列的電磁波譜為 無線電波 紅外線 紫外線 X射線 射線 頻率 波長 可見光 2 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相同的 光速和光源 觀測者間的相對運動沒有關系 相同 2 質速關系 物體的質量隨物體速度的增加而 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 物體運動時的質量總要靜止時的質量m0 3 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 增大 大于 mc2 1 判斷下列說法是否正確 1 光的顏色由光的頻率決定 2 只有頻率相同的兩列光波才有可能產生穩(wěn)定的干涉 3 在雙縫干涉實驗中 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 2 下列屬于光的干涉現(xiàn)象的是 答案 解析 圖A屬于單縫衍射 圖B屬于薄膜干涉 圖C屬于薄膜干涉 圖D屬于白光的色散 故屬于光的干涉現(xiàn)象的是B C 3 關于生活中遇到的各種波 下列說法正確的是A 電磁波可以傳遞信息 聲波不能傳遞信息B 手機在通話時涉及的波既有電磁波又有聲波C 太陽光中的可見光和醫(yī)院 B超 中的超聲波傳播速度相同D 遙控器發(fā)出的紅外線波長和醫(yī)院 CT 中的X射線波長相同 答案 解析 電磁波和聲波都能傳遞信息 比如人們之間的語言交流 選項A錯誤 太陽光中的可見光屬于電磁波 而 B超 中的超聲波屬于機械波 它們的傳播速度不同 選項C錯誤 遙控器發(fā)出的紅外線波長比X射線波長大得多 選項D錯誤 正確選項為B 4 關于狹義相對論的說法 不正確的是A 狹義相對論認為在不同的慣性參考系中 一切物理規(guī)律都是相同的B 狹義相對論認為在一切慣性參考系中 光在真空中的速度都等于c 與光源的運動無關C 狹義相對論只涉及無加速運動的慣性系D 狹義相對論在任何情況下都適用 答案 解析 狹義相對論認為在不同的慣性參考系中 一切物理規(guī)律都是相同的 選項A正確 狹義相對論認為在一切慣性參考系中 光在真空中的速度都等于c 光速不變原理 與光源的運動無關 選項B正確 狹義相對論只涉及無加速運動的慣性系 故選項C正確 D錯誤 2 命題點一光的干涉現(xiàn)象 1 雙縫干涉 1 光能夠發(fā)生干涉的條件 兩光的頻率相同 振動步調相同 2 雙縫干涉形成的條紋是等間距的 兩相鄰亮條紋或相鄰暗條紋間距離與波長成正比 即 x 3 用白光照射雙縫時 形成的干涉條紋的特點 中央為白條紋 兩側為彩色條紋 2 亮暗條紋的判斷方法 1 如圖所示 光源S1 S2發(fā)出的光到屏上某點的路程差r2 r1 k k 0 1 2 時 光屏上出現(xiàn)亮條紋 2 光的路程差r2 r1 2k 1 k 0 1 2 時 光屏上出現(xiàn)暗條紋 3 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 4 薄膜干涉 1 形成 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 亮 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 1 2 3 薄膜上出現(xiàn)亮條紋 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 3 薄膜上出現(xiàn)暗條紋 3 薄膜干涉的應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 如果被檢查平面是平整光滑的 我們會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋 若被檢查平面不平整 則干涉條紋發(fā)生彎曲 如圖所示 在雙縫干涉實驗中 S1和S2為雙縫 P是光屏上的一點 已知P點與S1和S2距離之差為2 1 10 6m 今分別用A B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實驗 問P點是亮條紋還是暗條紋 1 已知A光在折射率為n 1 5的介質中波長為4 10 7m 例1 答案 解析 暗條紋 分析 設A光在空氣中波長為 1 在介質中波長為 2 由得 1 n 2 1 5 4 10 7m 6 10 7m根據(jù)路程差 x 2 1 10 6m所以由此可知 從S1和S2到P點的路程差 x是波長 1的3 5倍 所以P點為暗條紋 2 已知B光在某種介質中波長為3 15 10 7m 當B光從這種介質射向空氣時 臨界角為37 sin37 0 6 cos37 0 8 答案 解析 亮條紋 分析 3 若用A光照射時 把其中一條縫遮住 試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象 答案 解析 見解析 光屏上仍出現(xiàn)明暗相間的條紋 但中央條紋最寬最亮 兩邊條紋變窄變暗 1 劈尖干涉是一種薄膜干涉 其裝置如圖甲所示 將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃上 在一端夾入兩張紙片 從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜 當光垂直入射后 從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示 干涉條紋有如下特點 1 任意一條亮條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等 2 任意相鄰亮條紋和暗條紋所對應的薄膜厚度差恒定 答案 解析 現(xiàn)若在圖甲的裝置中抽去一張紙片 則當光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后 從上往下觀察到的干涉條紋A 變疏B 變密C 不變D 消失 如圖所示 若抽去一張紙片 則三角截面空氣層的傾角變小 則干涉條紋變疏 A正確 2 一束白光在真空中通過雙縫后在屏上觀察到的干涉條紋 除中央白色亮條紋外 兩側還有彩色條紋 其原因是A 各色光的波長不同 因而各色光分別產生的干涉條紋的間距不同B 各色光的速度不同 因而各色光分別產生的干涉條紋的間距不同C 各色光的強度不同 因而各色光分別產生的干涉條紋的間距不同D 上述說法都不正確 答案 解析 白光包含各種顏色的光 它們的波長不同 在相同條件下做雙縫干涉實驗時 它們的干涉條紋間距不同 所以在中央亮條紋兩側出現(xiàn)彩色條紋 A正確 3 命題點二光的衍射和偏振現(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 光才可以看做是沿直線傳播的 2 單縫衍射與雙縫干涉的比較 3 光的干涉和衍射的本質 光的干涉和衍射都屬于光的疊加 從本質上看 干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理 都可認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 4 光的偏振 1 自然光與偏振光的比較 2 偏振光的應用 加偏振濾光片的照相機鏡頭 液晶顯示器 立體電影 消除車燈眩光等 如圖所示的4種明暗相間的條紋分別是紅光 藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光 紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣 黑色部分表示亮條紋 在下面的4幅圖中從左往右排列 亮條紋的顏色依次是 例2 答案 分析 A 紅黃藍紫B 紅紫藍黃C 藍紫紅黃D 藍黃紅紫 等間距 1 紅 3 藍 2 紫 4 黃 區(qū)分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法 1 根據(jù)條紋的寬度區(qū)分 雙縫干涉條紋的寬度相同 而單縫衍射的條紋中央亮條紋最寬 兩側的亮條紋逐漸變窄 2 根據(jù)條紋的間距區(qū)分 雙縫干涉條紋的間距是相等的 而單縫衍射的條紋越向兩側條紋間距越窄 3 根據(jù)亮條紋的亮度區(qū)分 雙縫干涉條紋 從中央亮條紋往兩側亮度變化很小 而單縫衍射條紋中央亮條紋最亮 兩側的亮條紋逐漸變暗 3 奶粉中碳水化合物 糖 的含量是一個重要指標 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 將 的測量值與標準值相比較 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 轉動B 使到達O處的光最強 然后將被測樣品P置于A B之間 1 偏振片A的作用是 2 偏振現(xiàn)象證明了光是一種 3 以下說法中正確的是A 到達O處光的強度會明顯減弱B 到達O處光的強度不會明顯減弱C 將偏振片B轉動一個角度 使得O處光強度最強 偏振片B轉過的角度等于 D 將偏振片A轉動一個角度 使得O處光強度最強 偏振片A轉過的角度等于 答案 把自然光變成偏振光 橫波 答案 答案 4 讓太陽光垂直照射一塊遮光板 板上有一個可以自由收縮的三角形孔 當此三角形孔緩慢縮小直至完全閉合時 在孔后的屏上將先后出現(xiàn)A 由大變小的三角形光斑 直至光斑消失B 由大變小的三角形光斑 明暗相間的彩色條紋 直至條紋消失C 由大變小的三角形光斑 明暗相間的條紋 直至黑白色條紋消失D 由大變小的三角形光斑 圓形光斑 明暗相間的彩色條紋 直至條紋消失 答案 解析 當孔足夠大時 由于光的直線傳播 所以屏上首先出現(xiàn)的是三角形光斑 之后隨著孔的繼續(xù)縮小 出現(xiàn)小孔成像 成的是太陽的像 故為小圓形光斑 隨著孔的進一步縮小 當尺寸與光波波長相當時 出現(xiàn)明暗相間的彩色條紋 最后隨孔的閉合而全部消失 所以只有D正確 4 命題點三電磁波與相對論 1 對麥克斯韋電磁場理論的理解 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 2 電磁波與機械波的比較 2016 全國 34 1 關于電磁波 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生 若波源的電磁振蕩停止 空間的電磁波隨即消失 例3 答案 5 2016 北京理綜 14 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 光需要介質才能傳播 答案 6 2016 天津理綜 1 如圖所示 我國成功研發(fā)的反隱身先進米波雷達堪稱隱身飛機的克星 它標志著我國雷達研究又創(chuàng)新的里程碑 米波雷達發(fā)射無線電波的波長在1 10m范圍內 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 和機械波一樣須靠介質傳播C 同光波一樣會發(fā)生反射現(xiàn)象D 不可能產生干涉和衍射現(xiàn)象 答案 7 如圖所示 兩艘飛船A B沿同一直線同向飛行 相對地面的速度均為v v接近光速c 地面上測得它們相距為L 則A測得兩飛船間的距離 選填 大于 等于 或 小于 L 當B向A發(fā)出一光信號 A測得該信號的速度為 答案 解析 大于 c 或光速 狹義相對論的兩個基本原理之一就是光速不變原理 因此A測得信號的速度仍等于c或光速 以地面為參考系 在運動方向有尺縮效應現(xiàn)象 而B相對A是靜止 沒有尺縮效應現(xiàn)象 則A測得兩飛船距離應大于L 課時作業(yè) 5 1 關于光學鏡頭增透膜 以下說法中正確的是A 增透膜是為了減少光的反射損失 增加透射光的強度B 增透膜的厚度等于入射光在真空中波長的C 增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長的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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 把一平行玻璃板壓在另一個平行玻璃板上 一端用薄片墊起 構成空氣劈尖 讓單色光從上方射入 如圖所示 這時可以看到明暗相間的條紋 下面關于條紋的說法中正確的是A 干涉條紋是光在空氣尖劈膜的前后兩表面反射形成的兩列光波疊加的結果B 干涉條紋中的暗條紋是上述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結果C 將上玻璃板平行上移 條紋逆向劈尖移動D 觀察薄膜干涉條紋時 應在入射光的另一側 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波 下列現(xiàn)象中不能反映光的偏振特性的是A 一束自然光相繼通過兩個偏振片 以光束為軸旋轉其中一個偏振片 透射光的強度發(fā)生變化B 一束自然光入射到兩種介質的分界面上 當反射光線與折射光線之間的夾角恰好是90 時 反射光是偏振光C 日落時分 拍攝水面下的景物 在照相機鏡頭前裝上偏振濾光片可以使景像更清晰D 通過手指間的縫隙觀察日光燈 可以看到彩色條紋 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 在垂直于傳播方向的平面上 沿著某個特定方向振動的光是偏振光 A B選項反映了光的偏振特性 C是偏振現(xiàn)象的應用 D是光的衍射現(xiàn)象 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4 抽制高強度纖維細絲可用激光監(jiān)控其粗細 如圖所示 激光束越過細絲時產生的條紋和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫規(guī)律相同 觀察光束經過細絲后在光屏上所產生的條紋即可判斷細絲粗細的變化 下列敘述中正確的是A 這里應用的是光的衍射現(xiàn)象B 這里應用的是光的干涉現(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 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 由于是激光束越過細絲即繞過障礙物 所以是光的衍射現(xiàn)象 當抽制的絲變細的時候 絲的直徑較接近激光的波長 條紋間距就大 A D對 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 如圖所示 當用激光照射直徑小于激光束的不透明圓盤時 在圓盤后屏上的陰影中心出現(xiàn)了一個亮斑 這是光的 填 干涉 衍射 或 直線傳播 現(xiàn)象 這一實驗支持了光的 填 波動說 微粒說 或 光子說 答案 解析 圓盤后屏上的陰影中心出現(xiàn)了一個亮斑 一定不是光的直線傳播現(xiàn)象造成的 是光在傳播過程中繞過障礙物形成的現(xiàn)象 屬于光的衍射 衍射是波的特性 所以這一實驗支持了光的波動說 波動說 衍射 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6 一艘太空飛船靜止時的長度為30m 他以0 6c c為光速 的速度沿長度方向飛行越過地球 下列說法正確的是A 飛船上的觀測者測得該飛船的長度小于30mB 地球上的觀測者測得該飛船的長度小于30mC 飛船上的觀測者測得地球上發(fā)來的光信號速度小于cD 地球上的觀測者測得飛船上發(fā)來的光信號速度小于c 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 飛船上的觀測者測得飛船的長度不變 仍為30m 由可知 地球上的觀測者測得該飛船的長度小于30m A錯 B對 由光速不變原理可知 C D錯誤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 7 關于麥克斯韋的電磁場理論 下列說法正確的是A 穩(wěn)定的電場產生穩(wěn)定的磁場B 均勻變化的電場產生均勻變化的磁場 均勻變化的磁場產生均勻變化的電場C 變化的電場產生的磁場一定是變化的D 振蕩的電場在周圍空間產生的磁場也是振蕩的 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 麥克斯韋的電磁場理論要點是 變化的磁場 電場 要在周圍空間產生電場 磁場 若磁場 電場 的變化是均勻的 產生的電場 磁場 是穩(wěn)定的 若磁場 電場 的變化是振蕩的 產生的電場 磁場 也是振蕩的 由此可判定正確答案為D項 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8 關于電磁波及其應用 下列說法正確的是A 麥克斯韋首先通過實驗證實了電磁波的存在B 電磁波是橫波且能夠發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象C 電磁波的接收要經過調諧和調制兩個過程D 微波能使食物中的水分子的熱運動加劇從而實現(xiàn)加熱的目的 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 9 以下說法正確的是A 相對論認為空間和時間與物質的運動狀態(tài)有關B 光的偏振現(xiàn)象說明光是一種縱波C 在光的雙縫干涉實驗中 若僅將入射光由綠光變?yōu)榧t光 則條紋間距變寬D 赫茲用實驗證實了電磁波的存在 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 相對論認為時間和空間與物質的運動狀態(tài)是相聯(lián)系的 與物質的運動狀態(tài)有關 故A正確 偏振是橫波的特有現(xiàn)象 光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波 故B錯誤 由 x 知入射光由綠光變紅光 則條紋間距將變寬 C正確 麥克斯韋預言電磁波的存在 赫茲用實驗證實了電磁波的存在 故D正確 故選A C D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 以下物理學知識的相關敘述 其中正確的是A 用透明的標準樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的偏振B 麥克斯韋預言了電磁波的存在 赫茲用實驗證實了電磁波的存在C 交警通過發(fā)射超聲波測量車速是利用了波的干涉原理D 狹義相對論認為 在不同的慣性參考系中 一切物理規(guī)律都是相同的 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 用透明的標準樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的干涉 A錯誤 麥克斯韋預言了電磁波的存在 赫茲用實驗證實了電磁波的存在 故B正確 交警通過發(fā)射超聲波測量車速是利用了多普勒效應 C錯誤 根據(jù)相對性原理 在所有慣性系中 物理定律有相同的表達形式 即一切物理規(guī)律都是相同的 故D正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10