（鲁京津琼）2020版高考物理总复习 第十三章 振动与波 光 电磁波与相对论 第4讲 光的波动性 电

第4讲光的波动性电磁波相对论知识排查光的干涉、衍射和偏振1.光的干涉(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现____条纹，某些区域相互减弱，出现____条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。(2)条件：两束光的频率_______、相位差恒定。(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为_______条纹，其余为_______条纹。亮暗相同白色亮彩色2.光的衍射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_____的时候，衍射现象才明显。3.光的偏振(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿_________振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个_______的方向振动的光。(3)偏振光的形成①让自然光通过________形成偏振光。②让自然光在两种介质的界面发生反射和______，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。(4)光的偏振现象说明光是一种_____波。相差不多小一切方向特定偏振片折射横电磁波1.麦克斯韦电磁场理论变化的磁场能够在周围空间产生______，变化的电场能够在周围空间产生______。2.电磁波(1)电磁场在空间由近及远的传播，形成_________。(2)电磁波的传播不需要______，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度______(都等于光速)。(3)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越_____。(4)v＝λf，f是电磁波的频率。电场磁场电磁波介质相同小3.电磁波的发射(1)发射条件：______电路和___________信号，所以要对传输信号进行调制(调幅或调频)。(2)调制方式①调幅：使高频电磁波的______随信号的强弱而变。②调频：使高频电磁波的______随信号的强弱而变。开放高频振荡振幅频率4.无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接收到无线电波的频率______时，激起的振荡电流______，这就是电谐振现象。(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做______，能够调谐的接收电路叫做______电路。(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫做______。检波是______的逆过程，也叫做______。5.电磁波谱：按照电磁波的______或______的大小顺序把它们排列成谱叫做电磁波谱。按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、__________、紫外线、X射线、γ射线。相等最强调谐调谐检波调制解调频率波长可见光相对论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_______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，光速和光源、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＝_____。,mc2相同小题速练(1)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。()(2)泊松亮斑支持了光的波动说。()(3)光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象。()(4)光的双缝干涉实验中，若仅将入射光从红光改为紫光，则相邻亮条纹间距一定变小。()(5)太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光。()(6)均匀变化的磁场产生均匀变化的电场向外传播便形成了电磁波。()(7)光速不变原理指出光在真空中传播速度在不同惯性参考系中都是相同的。()1.思考判断答案(1)×(2)√(3)√(4)√(5)√(6)×(7)√A.紫外线比红外线更容易发生衍射现象B.经过同一双缝所得的干涉条纹，红光比绿光条纹宽度大C.光的色散现象都是由于光的干涉现象引起的D.光的偏振现象说明光是一种横波答案BD2.(多选)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无关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、磁感应强度均垂直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3.(多选)关于电磁波，下列说法正确的是()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正确；电磁波是变化的电场和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正确；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，选项D错误。答案ABCA.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4.属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中()答案A光的干涉现象1.双缝干涉(1)光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同。(3)用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹。(2)双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即Δx＝ldλ。(1)如图所示，光源S1、S2发出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。2.亮暗条纹的判断方法(2)光的路程差r2－r1＝(2k＋1)λ2(k＝0，1，2…)时，光屏上出现暗条纹。3.条纹间距：Δx＝ldλ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是光波的波长。(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。4.薄膜干涉(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，出现明纹；反相叠加，出现暗纹。(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。A.干涉条纹消失B.彩色条纹中的红色条纹消失C.中央条纹变成暗条纹D.中央条纹变成红色【例1】(2018·北京理综，3)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后()解析在光源与单缝之间加上红色滤光片后，只透过红光，屏上出现红光(单色光)的干涉条纹，故选项A、B、C错误，D正确。答案D1.(多选)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是()A.改用红色激光B.改用蓝色激光C.减小双缝间距D.将屏幕向远离双缝的位置移动答案ACD解析根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距Δx＝Ldλ可知，要使Δx增大，可以增大波长或增大双缝到屏的距离或缩小双缝间的距离，所以选项A、C、D正确，B错误。图1A.在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大B.在真空中a、b两光传播速度相同C.从真空射入同种介质发生全反射时，a光全反射临界角小D.从同种介质射入真空发生全反射时，a光全反射临界角小2.(多选)如图1所示是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则()答案BD解析根据题图可知，b光的干涉条纹间距大于a光的干涉条纹间距。由双缝干涉条纹间距公式Δx＝Ldλ可知，b光的波长比a光的大。由λ＝cf可知，b光的频率比a光的小，则在同种介质中，b光的折射率小于a光，根据n＝cv可知，在介质中，a光的传播速度比b光的小，选项A错误；在真空中a、b两光传播速度相同，均为光速，选项B正确；从真空射入同种介质不会发生全反射，选项C错误；由介质射入真空发生全反射的临界角公式sinC＝1n可知，a光折射率较大，从同种介质射入真空发生全反射时a光全反射临界角小，选项D正确。光的衍射和偏振现象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，只有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。2.单缝衍射与双缝干涉的比较单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹图2A.红黄蓝紫B.红紫蓝黄C.蓝紫红黄D.蓝黄红紫【例2】如图2所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)。在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是()答案B解析双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽、最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹。双缝干涉相邻亮(或暗)条纹间距Δx＝ldλ，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即1、3分别对应于红光和蓝光。而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，2、4分别对应于紫光和黄光。综上所述，1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，B正确。1.光的偏振现象说明光是横波。下列现象中与光的偏振特性无关的是()A.一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化B.一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光C.日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰D.通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹解析在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光是偏振光，选项A、B反映了光的偏振特性；选项C是偏振现象的应用；选项D是光的衍射现象。故选项D符合题目要求。答案D图32.(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图3所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同。观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列叙述中正确的是()A.这里应用的是光的衍射现象B.这里应用的是光的干涉现象C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细解析由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以是光的衍射现象，当抽制的丝变细的时候，丝的直径较接近激光的波长，条纹间距就大，选项A、D正确。答案AD电磁波与相对论1.对麦克斯韦电磁场理论的理解2.电磁波与机械波的比较名称项目电磁波机械波产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点(波源)的振动产生传播介质不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(真空中不能传播)波的种类横波既有横波也有纵波速度特点由介质和频率决定，在真空中等于光速(很大)(c＝3×108m/s)仅由介质决定能量都能携带能量并传播能量速度公式v＝λf遵循规律都能发生反射、折射、干涉、衍射等现象(1)对“同时”的相对性的理解：“同时”具有相对性，即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察就不一定是同时发生的。(2)长度的相对性：狭义相对论中的长度公式3.对狭义相对论的理解l＝l01－vc2。(3)时间间隔的相对性：时间间隔的相对性公式Δt＝Δτ1－vc2，在相对运动的参考系中观测，事件变化过程的时间间隔变大了，即动钟变慢。A.飞船上的人观测到飞船上的钟较快B.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢C.地球上的人观测到地球上的钟较快D.地球上的人观测到地球上的钟较慢【例3】(多选)(2017·江苏单科)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有()解析由相对论知识Δt＝Δτ1－vc2知，Δt＞Δτ，则地面上的人观察飞船上的时间进程比地面上慢，即地球上的人观测到地球上的钟较快，同理可知，飞船上的人观测到飞船上的钟较快，A、C正确，B、D错误。答案AC1.(多选)[2018·江苏单科，12B(1)]梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子在空中产生电磁波。该电磁波()A.是横波B.不能在真空中传播C.只能沿着梳子摇动的方向传播D.