2024年高考物理第一轮复习课件:第十三章 第2讲 光的波动性 电磁波和相对论
展开[自主落实]一、光的干涉1.产生干涉的条件两列光的频率____,振动方向____,且具有恒定的相位差,才能产生稳定的干涉图样。
2.杨氏双缝干涉(1)原理如图所示。
(2)形成亮、暗条纹的条件①单色光:形成________的条纹,中央为亮条纹。光的路程差r2-r1=____(k=0,1,2,…),光屏上出现______。光的路程差r2-r1=______________(k=0,1,2,…),光屏上出现______。②白光:光屏上出现____条纹,且中央亮条纹是____(填写颜色)。③条纹间距公式:Δx=____。
3.薄膜干涉(1)相干光:光照射到透明薄膜上,从____的两个表面反射的两列光波。(2)图样特点:同双缝干涉,同一条亮(或暗)纹对应薄膜的厚度____。单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹,白光照射薄膜时,形成彩色条纹。
二、光的衍射1.发生明显衍射的条件:只有当障碍物的尺寸与光的波长________,甚至比光的波长还小的时候,衍射现象才会明显。2.衍射条纹的特点
(1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较
(2)泊松亮斑(圆盘衍射)当光照射到不透明的_______________上时,在圆盘的阴影中心出现_____(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。三、光的偏振现象1.偏振:光波只沿_________的方向振动。2.自然光:太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光,包含着在垂直于传播方向上沿_________振动的光,而且沿各个方向振动的光波的_____都相同,这种光叫作自然光。
3.偏振光:在_____于传播方向的平面上,只沿某个特定方向振动的光。光的偏振证明光是______。自然光通过偏振片后,就得到了偏振光。4.偏振光的应用:应用于照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等。
四、电磁波的产生 电磁波的发射、传播1.麦克斯韦电磁场理论与电磁场如图所示:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场;_________________________总是相互联系成为一个完整的整体,这就是电磁场。
2.电磁波(1)产生:电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波。①电磁波是_____(选填“纵波”或“横波”),在空间传播不需要_____。②真空中电磁波的速度为________ m/s。③公式v=λf对电磁波同样适用。④电磁波能产生反射、_____、干涉和_____等现象。
(2)电磁波的发射①发射条件:足够高的振荡频率和____电路。②调制分类:____和____。(3)电磁波的接收①调谐:使接收电路产生______的过程。②解调:使声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程。3.电磁波谱按电磁波的波长从长到短分布是________、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线,形成电磁波谱。
五、狭义相对论的基本假设 质能关系1.狭义相对论的两个基本假设(1)狭义相对性原理在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是______。(2)光速不变原理真空中的光速在不同的惯性参考系中都是______,光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。2.质能关系用m表示物体的质量,E表示它具有的能量,则爱因斯坦质能方程为:E=____。
[自我诊断]一、判断题(1)只有频率相同的两列光波才能产生干涉。( )(2)在双缝干涉实验中,双缝的作用是使白光变成单色光。( )(3)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。( )(4)自然光是偏振光。( )(5)无线电波不能发生干涉和衍射现象。( )(6)波长不同的电磁波在本质上完全不同。( )(7)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的。( )
二、选择题1.用手捏紧叠在一起的两块平板玻璃时,若板间存在薄空气层,从平板玻璃的上表面常会看到彩色条纹。产生这一现象的原因是( )A.光的折射 B.光的衍射C.光的干涉 D.光的偏振
2.在如图所示的双缝干涉实验中,用波长λ=600 nm的橙色光照射,在光屏中心点P0呈现亮条纹。若点P0上方的点P到S1、S2的路程差恰为λ,现改用波长为400 nm的紫光照射,则( )A.P0和P都呈现亮条纹B.P0为亮条纹,P为暗条纹C.P0为暗条纹,P为亮条纹D.P0和P都呈现暗条纹
3.一束自然光通过起偏器照射到光屏上,下列选项中光屏上不亮的是(起偏器上用箭头表示其透射方向)( )
2.亮暗条纹的判断方法(1)如图所示,经过双缝S1、S2的光到屏上某点的路程差r2-r1=kλ(k=0,1,2,…)时,光屏上出现亮条纹。
4.薄膜干涉(1)如图所示,竖直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形。
(2)光照射到薄膜上时,在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来,形成两列频率相同的光波,并且叠加,两列光波同相叠加,出现亮条纹;反相叠加,出现暗条纹。(3)条纹特点:①单色光:明暗相间的水平条纹;②白光:彩色水平条纹。
【例1】 (2019·北京卷)利用图1所示的装置(示意图),观察光的干涉、衍射现象,在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是( )
A.甲对应单缝,乙对应双缝B.甲对应双缝,乙对应单缝C.都是单缝,甲对应的缝宽较大D.都是双缝,甲对应的双缝间距较大[解析] 单缝衍射图样的中央条纹亮且宽,相邻条纹间距不等;双缝干涉图样中相邻条纹间距相等。根据题目中给出的甲、乙两种图样可知,甲是单缝衍射的图样,乙是双缝干涉的图样,A选项正确。
【例2】 (2021·江苏卷)铁丝圈上附有肥皂膜,竖直放置时,肥皂膜上的彩色条纹上疏下密,由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是 ( )
[解析] 薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹,在入射光为复色光时,出现彩色条纹,由于重力作用,肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大,由于干涉条纹的间距上疏下密,故越向下肥皂膜厚度变化越大,故C正确,A、B、D错误。
1.(薄膜干涉) (2021·浙江卷改编)肥皂膜的干涉条纹如图所示,条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是( )A.过肥皂膜最高和最低点的截面可能是梯形B.肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹C.肥皂膜从形成到破裂,条纹的宽度和间距不会发生变化D.将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°,条纹也会跟着转动90°
解析:由于表面张力的作用,过肥皂膜最高点和最低点的截面应是一个圆滑的曲面,A项错误;薄膜前后两个表面的反射光频率相同,发生了干涉现象,形成干涉条纹,B项正确;从形成到破裂,由于重力的影响,肥皂膜会上薄下厚,且厚度会改变,故条纹宽度会改变,C项错误;由于重力作用,当把柄向上转动90°时,条纹不会随之转动,D项错误。
2. (薄膜干涉)(2021·山东卷)用平行单色光垂直照射一层透明薄膜,观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像,可能正确的是( )
3.(增透膜)有种灯具俗称“冷光灯”,用它照射物品能使被照物品产生的热效应大大降低,从而被广泛应用。这种灯降低热效应的原理是灯泡后面放置的反光镜的表面上镀有一层薄膜(如氟化镁),该膜能消除不镀膜时表面反射回来的热效应最显著的红外线,以λ表示红外线在真空中的波长,n表示薄膜对该红外线的折射率,则所镀薄膜的厚度最小应为(不计半波损失)( )
1.对光的衍射的理解(1)衍射是波的特征,波长越长,衍射现象越明显。任何情况下都可以发生衍射现象,只是明显与不明显的差别。(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况,只有在光的波长比障碍物小得多时,光才可以看作是沿直线传播的。
光的衍射和光的偏振现象
2.自然光和偏振光的比较
【例3】 关于波的干涉和衍射,下列说法错误的是( )A.衍射是一切波特有的现象B.两列波发生干涉时,振动加强区域的质点的位移一定始终最大C.声波容易发生衍射是因为声波的波长较长D.观察薄膜干涉时,应该在入射光的同一侧
[解析] 衍射是一切波特有的现象,选项A正确;两列波发生干涉时,振动加强区域的质点振动始终加强,不是位移始终最大,选项B错误;声波容易发生衍射是因为声波的波长较长,选项C正确;薄膜干涉是薄膜前后两个面的反射光相互叠加、发生干涉在薄膜上出现的现象,因此应在入射光的同一侧观察,选项D正确。
【例4】 光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用。下列说法正确的是( )A.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的色散现象B.用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C.在光导纤维束内传送图像是利用光的折射现象D.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
[解析] 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象,选项A错误;用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射现象,选项B错误;在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象,选项C错误;光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象,选项D正确。
【例5】 (2019·江苏卷)将两支铅笔并排放在一起,中间留一条狭缝,通过这条狭缝去看与其平行的日光灯,能观察到彩色条纹,这是由于光的_________(选填“折射”“干涉”或“衍射”)。当缝的宽度________ (选填“远大于”或“接近”)光波的波长时,这种现象十分明显。[解析] 通过两支并排放在一起的铅笔观察与其平行的日光灯,看到的彩色条纹是单缝衍射条纹,是由光的衍射产生的。当缝的宽度接近光波的波长时,单缝衍射现象十分明显。
1.电磁波与机械波的主要区别(1)电磁波传播不需要介质,机械波传播需要介质。(2)电磁波是横波,机械波可能是横波,也可能是纵波。
2.电磁波谱的特性及应用
【例6】 电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有( )A.治疗胆结石的碎石机B.拍胸片的X光机C.治疗咽喉炎的超声波雾化器D.检查血流情况的“彩超”机[解析] X光机是利用X射线的穿透作用工作的;治疗胆结石的碎石机、超声波雾化器和“彩超”机是利用超声波工作的。
【例7】 (2020·浙江卷)在抗击新冠病毒的过程中,广泛使用了红外体温计测量体温,如图所示。下列说法正确的是( )A.当体温超过37.3 ℃时人体才辐射红外线B.当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线C.红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的D.红外体温计是依据人体温度越高,辐射的红外线强度越大来测体温的
[解析] 所有物体都会辐射出红外线,A、B错误;红外体温计是依据人体发射红外线来测体温的,且人体温度越高,辐射的红外线强度越大,C错误,D正确。
【例8】 关于电磁波,下列说法正确的是( )A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形成电磁波C.电磁波在真空中自由传播时,其传播方向与电场强度、磁感应强度均平行D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信,但电磁波不能通过电缆、光缆传输
[解析] 电磁波在真空中传播的速度均为光速,与频率无关,选项A错误;电磁波是周期性变化的电场和周期性变化的磁场互相激发得到的,选项B正确;电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直,选项C错误;光是一种电磁波,光可在光导纤维中传播,选项D错误。
【例9】 下列说法错误的是( )A.相对论与量子力学否定了经典力学理论B.真空中的光速在任何惯性参考系中都是相同的C.狭义相对论只适用于惯性参考系D.肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象,露珠呈现的彩色是光的折射现象,通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象
[解析] 相对论并不否定经典力学,它是相对论在一定条件下的特殊情形,选项A错误;根据光速不变原理,真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,选项B正确;根据狭义相对论的基本假设可知,选项C正确;根据光现象的成因知,选项D正确。
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