2012课堂高考物理大一轮361度全程复习课件：光的波动 电磁波 相对论

第四节光的波动电磁波相对论1.杨氏双缝干涉(1)原理如图13－4－1所示．(2)明、暗条纹的条件①单色光a．光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现明条纹．b．光的路程差r2－r1＝(2k＋1)λ2(k＝0,1,2…)，光屏上出现暗条纹．②白光：光屏上出现彩色条纹．(3)条纹间距公式：Δx＝ldλ2．薄膜干涉(1)如图13－4－2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．(3)原理分析①单色光a．在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δx等于波长的整数倍．Δx＝nλ(n＝1,2,3…)，薄膜上出现明条纹．b．在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δx等于半波长的奇数倍Δx＝(2n＋1)λ2(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹．②白光：薄膜上出现水平彩色条纹．【应用提示】(1)只有相干光才能形成稳定的干涉图样．(2)单色光形成明暗相间的干涉条纹，白光形成彩色条纹．(3)在实验装置不变的条件下，红光的干涉条纹间距最大，紫光的干涉条纹间距最小．(4)应用①增透膜②用干涉法检查平面用干涉法检查平面：如图13－4－3甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，入射光从空气膜的上下表面反射出两列光波，形成干涉条纹．如果被检测平面是光滑平整的，得到的干涉图样必是等间距的．如果某处凹下去，则对应明纹(或暗纹)提前出现，如图13－4－3乙所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图13－4－3丙所示(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左向右的位置顺序上)．(2010·樟州模拟)把一个半径很大凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入(如图13－4－4甲所示)，这时可以看到亮暗相间的同心圆(如图13－4－4乙)．这个现象是牛顿首先发现的，这些同心圆叫做牛顿环，为了使同一级圆环的半径变大(例如从中心数起的第二道圆环)，则应A．将凸透镜的半径变大B．将凸透镜的半径变小C．改用波长更长的单色光照射D．改用波长更短的单色光照射【标准解答】当凸透镜的半径R变大时，如图所示，R1＜R2，同一路程差对应的厚度M1N1将外移至M2N2，即这一级的圆环变大，A对，B错．当只改变光的波长时，同一级圆环对应的薄膜厚度将变厚，即该级圆环的半径变大，C对D错．【答案】AC(2011·安庆检测)劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图13－4－5甲所示，用两张纸片夹在两块平板玻璃之间的一端将两块平板玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图13－4－5乙所示．现若从图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹()A．变疏B．变密C．不变D．消失【解析】该干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜的厚度相等；(2)任意相邻明条纹所对应的薄膜厚度差恒定．由以上特点知，当撤去一张纸片后，劈形空气薄膜的坡度变小，相同水平距离上，光程差变化减小，条纹变宽，条纹数量减小(变疏)，故A正确．【答案】A1.发生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸跟光的波长相差不多，甚至比光的波长还要小．2．常见的衍射图样(1)单缝衍射：单色光的衍射图样为中间宽且亮的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；白光的衍射图样为中间宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹．(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环．(3)泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时，在圆盘的阴影中心出现的亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)．3．衍射与干涉的比较【应用提示】(1)白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同．(2)区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分．4．自然光与偏振光的区别(1)自然光：在任意一个垂直于光传播方向振动的光波的强度都相同．(2)偏振光：在垂直于光传播方向的平面内，只沿某一个特定方向上振动的光．5．偏振光的产生方式(1)起偏器和检偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器；第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器．(2)自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．(1)肥皂泡在太阳光照射下呈现的彩色是________现象；露珠在太阳光照射下呈现的彩色是________现象；通过狭缝看太阳光时呈现的彩色是________现象．(2)凡是波都具有衍射现象，而把光看做直线传播的条件是________．要使光产生明显的衍射，条件是______．(3)当狭缝的宽度很小并保持一定时，用红光和紫光照射狭缝，看到的衍射条纹的主要区别是______________．(4)如图13－4－6所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象，这个实验表明_________.【自主解答】(1)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色散现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象．(2)障碍物或孔的尺寸比波长大得多时，可把光看做沿直线传播；障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时，可产生明显的衍射现象．(3)红光的中央亮纹宽，红光的中央两侧的亮纹离中央亮纹远．(4)这个实验说明了光是一种横波．【答案】(1)光的干涉光的色散光的衍射(2)、(3)见自主解答(4)光是一种横波1.电磁波的特点(1)电磁波的传播不需要介质，在真空中的传播速度均为3.0×108m/s.(2)电磁波是横波；(3)电磁波传播电磁场的能量．(4)电磁波能发生反射、折射、干涉、衍射现象．2．电磁波与机械波的区别3.电磁波谱的分析应用4.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，一切物理规律都是相同的．(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相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系．5．时间和空间的相对性(1)时间间隔的相对性：Δt＝Δτ1－vc2(2)长度的相对性：l＝l01－vc2一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小．6．相对论的质速关系(1)物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系：m＝m01－vc2(2)物体运动时的质量m总要大于静止时的质量m0.7．质能方程：E＝mc2.(2010·北京高考)属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中A．真空中光速不变B．时间间隔具有相对性C．物体的质量不变D．物体的能量与质量成正比【解析】狭义相对论的两条假设分别是：在任何惯性系中真空中的光速不变和一切物理规律相同．故A对．【答案】A狭义相对论的简单应用长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关，物体在运动方向长度缩短了．一艘宇宙飞船的船身长度为L0＝90m，相对地面以u＝0.8c的速度在一观测站的上空飞过．(1)观测站的观测人员测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？(2)宇航员测得船身通过观测站的时间间隔为多少？【标准解答】(1)观测站测得船身的长度为L＝L01－u2/c2＝901－0.82m＝54m通过观测站的时间间隔为Δt＝Lu＝54m0.8c＝2.25×10－7s.(2)宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为Δt＝L0u＝90m0.8c＝3.75×10－7s.【答案】(1)2.25×10－7s(2)3.75×10－7s1．假设一列火车在沿平直的轨道飞快行驶，如图12－4－12所示，车厢中央的光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁与后壁，这是两个事件，下列说法正确的是()A．车厢内的观察者认为闪光先到达后壁，后到达前壁B．车厢内的观察者认为闪光同时到达前壁与后壁C．车厢外的观察者认为闪光先到达后壁，后到达前壁D．车厢外的观察者认为闪光同时到达前壁与后壁【解析】因光源位于车厢的中央，又光向前、向后传播的速度相同，故车厢内的观察者认为闪光同时到达前壁与后壁，所以A错误、B正确；但车厢外的观察者认为，因在闪光向两壁运动的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的闪光传播的路程长，到达前壁的时刻也就迟些，故车厢外的观察者认为闪光先到达后壁、后到达前壁，所以C正确、D错误．【答案】BC2．(2009·天津高考)已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光()A．在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大B．以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大C．从该玻璃中射入空气发生反射时，红光临界角较大D．用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较大【解析】蓝光在玻璃中的折射率大，由v＝cn可知，蓝光的速度较小，A错；以相同的入射角从空气斜射入玻璃中，蓝光的折射率大，向法线靠拢偏折得多，折射角应较小，B错；从玻璃射入空气发生全反射时的临界角由公式sinC＝1n可知，红光的折射率小，临界角大，C正确；用同一装置进行双缝干涉实验，由公式Δx＝Ldλ可知蓝光的波长短，相邻条纹间距小，D错．【答案】C3．(2009·上海高考)如图13－4－18为双缝干涉的实验示意图，若要使干涉条纹的间距变大可改用波长更______(填“长”或“短”)的单色光，或是使双缝与光屏间的距离_____(填“增大”或“减小”)．【解析】依据双缝干涉条纹间距公式Δx＝ldλ，可知要使干涉条纹的间距变大，需要改用波长更长的单色光，或增大双缝与屏之间的距离l.【答案】长增大4．用某一单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离为0.25mm，在距离双缝为1.2m处的光屏上，测得5条亮纹间的距离为7.5mm，试求所用单色光的波长．【解析】已知Δx＝xn－1＝7.55－1×10－3m，l＝1.20m，d＝0.25×10－3m，根据公式Δx＝ldλ得波长λ＝dlΔx＝0.25×10－3×7.5×10－31.20×4m≈3.906×10－7m.【答案】3.906×10－7m5．登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力．有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜．他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，所要消除的紫外线的频率为ν＝8.1×1014Hz，(1)他设计的这种“增反膜”所依据的原理是________.(2)这种“增反膜”的厚度至少是多少？(3)以下有关薄膜干涉的说法正确的是()A．薄膜干涉说明光具有波动性B．如果薄膜的厚度不同，产生的干涉条纹一定不平行C．干涉条纹一定是彩色的D．利用薄膜干涉也可以使光“增透”【解析】(1)为了减少进入眼睛的紫外线，应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射后形成的反射光叠加后加强，从而使透射的紫外线减弱．(2)路程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ′的整数倍，即2d＝Nλ′(N＝1,2…)，因此，膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的12，紫外线在真空中的波长是λ＝c/ν≈3.7×10－7m.在膜中的波长是λ′＝λ/n≈2.47×10－7m，故膜的厚度至少是1.23×10－7m.(3)干涉和衍射都证明光具有波动性；如果薄膜厚度均匀变化，则干涉条纹一定平行；白光的干涉为彩色条纹，单色光的干涉则为该色光颜色；当膜的厚度为四分之一波长时，两反射光叠加后减弱则会“增透”．故选项A、D正确．【答案】(1)两反射光叠加后加强(2)1.23×10－7m(3)AD5．登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力．有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜．他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，所要消除的紫外线的频率为ν＝8.1×1014Hz，(1)他设计的这种