2020届高考物理总复习 第4课时 光的波动性 电磁波 相对论课件 教科版选修3-4

第4课时光的波动性电磁波相对论基础回顾核心探究演练提升基础回顾自主梳理·融会贯通知识梳理一、光的干涉1.产生条件:两列光的相同,振动方向相同,且具有恒定的相位差,才能产生稳定的干涉图样.频率2.两种典型的干涉(1)杨氏双缝干涉①原理如图所示.②明、暗条纹的条件.(ⅰ)单色光:形成的条纹,中央为明条纹.明暗相间a.光的路程差Δr=r2-r1=(k=0,1,2…),光屏上出现明条纹.b.光的路程差Δr=r2-r1=(k=0,1,2…),光屏上出现暗条纹.(ⅱ)白光:光屏上出现条纹,且中央亮条纹是(填写颜色).212kkλ彩色白色③条纹间距公式:Δx=.ld(2)薄膜干涉.①相干光:光照射到透明薄膜上,从薄膜的两个表面的两列光波.②图样特点:同双缝干涉,同一条亮(或暗)纹对应薄膜的相等.单色光照射薄膜时形成的条纹,白光照射薄膜时,形成彩色条纹.反射厚度明暗相间二、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,甚至比光的波长的时候,衍射现象才会明显.相差不多还小2.衍射条纹的特点(1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较.单缝衍射圆孔衍射单色光中央为亮且宽的条纹,两侧为的条纹,且越靠外,亮条纹的亮度,宽度_____①中央是大且亮的圆形亮斑,周围分布着的同心圆环,且越靠外,圆形亮条纹的亮度,宽度______②亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而______白光中央为亮且宽的白色条纹,两侧为亮度________、宽度的彩色条纹,其中最靠近中央的色光是紫光,离中央最远的是红光中央是大且亮的白色亮斑,周围是不等间距的彩色的__________明暗相间越弱越小明暗相间越弱越小减小逐渐变暗逐渐变窄同心圆环(2)泊松亮斑(圆盘衍射):当光照到的半径很小的小圆盘上时,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).不透明亮斑三、光的偏振1.偏振:光波只沿的方向的振动.2.自然光:太阳、电灯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,而且沿着各个方向振动的光波的都相同,这种光叫做自然光.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.某一特定一切方向强度垂直横波四、电磁波的产生、发射和接收1.麦克斯韦电磁理论: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.电磁场:交替产生,形成不可分割的统一体,称为电磁场.3.电磁波:电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波.(1)电磁波是横波,在空间传播介质.(2)v=λf对电磁波.(3)电磁波能产生反射、折射、和衍射等现象.电场磁场变化的电场和变化的磁场不需要同样适用干涉4.发射电磁波的条件(1)采用,使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间;(2)要有足够高的.5.调制:有和两种方法.6.电磁波的传播(1)电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输,也可实现无线传输.(2)电磁波的波速:真空中电磁波的波速与光速相同,c=m/s.开放电路振荡频率调幅调频3.0×1087.电磁波的接收(1)当振荡电路的固有频率跟传播来的电磁波的频率时,电路里激起的感应电流就,这种现象叫做电磁谐振.(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)调谐电路中通过改变来改变电路的固有频率,使它跟某一个电台发射的频率,这个频率的电磁波在接收电路里激起的感应电流最强,这样即可选出该电台.五、电磁波谱1.定义: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.相等最强调谐调谐电容相同无线电波2.电磁波谱的特性、应用电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特性应用递变规律无线电波3×101110-3波动性强,易发生衍射无线电技术红外线1011～101510-3～10-7________红外线遥感可见光101510-7引起视觉照明、摄影紫外线1015～101710-7～10-9化学效应、_________、能杀菌医用消毒、防伪X射线1016～101910-8～10-11贯穿性强检查、医用透视γ射线101910-11贯穿本领最强工业探伤、医用治疗热效应荧光效应六、相对论简介1.狭义相对论的两个基本假设(1)爱因斯坦相对性原理:对不同的惯性系,物理规律(包括力学的和电磁的)都是.(2)光速不变原理:光在真空中运动的速度在任何惯性系中测得的数值都是.2.相对论质能关系:用m表示物体的质量,E表示它具有的能量,则爱因斯坦质能关系式E=.一样的相同的mc2自主检测1.思考判断(1)光的干涉和衍射现象说明了光是波,也能说明光是横波.()(2)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的.()(3)在双缝干涉实验中,双缝的作用是使一束光变成两束完全相同的相干光.()(4)波长不同的电磁波在本质上完全不同.()(5)阳光在水面的反射光是偏振光.()(6)光的颜色取决于折射率.()(7)电磁波以一定的速度在空间传播,在传播过程中满足v=λf.()(8)电磁波同机械波一样能发生干涉、衍射、反射、折射等现象.()答案:(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√(6)×(7)√(8)√2.(2018·上海杨浦区调研)如图所示,把酒精灯放在肥皂液薄膜前,从薄膜上可看到明暗相间的条纹,能解释这一现象产生原因的是(示意图中实线、虚线为光照射到薄膜上时,从膜的前后表面分别反射形成的两列波)()C解析:波峰和波峰、波谷与波谷叠加的点,出现亮纹;波峰与波谷叠加的点,出现暗纹,肥皂泡薄膜在重力作用下应该上薄下厚,故选C.3.(多选)电磁波与声波比较,下列说法中正确的是()A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质B.由空气进入水中时,电磁波速度变小,声波速度变大C.由空气进入水中时,电磁波波长变小,声波波长变大D.电磁波和声波在介质中的传播速度,都是由介质决定的,与频率无关解析:A,B均与事实相符,所以A,B正确;根据λ=vf,电磁波速度变小,频率不变,波长变小;声波速度变大,频率不变,波长变大,所以C正确;电磁波在介质中的速度,与介质有关,也与频率有关,在同一种介质中,频率越大,波速越小,所以D错误.ABC核心探究分类探究·各个击破考点一光的干涉现象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.(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=λ.(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.ld2.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.【典例1】如图所示,在双缝干涉实验中,S1和S2为双缝,P是光屏上的一点,已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10-6m,今分别用A,B两种单色光在空气中做双缝干涉实验,问:(1)已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为4×10-7m,P点是亮条纹还是暗条纹?(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10-7m,当B光从这种介质射向空气时,临界角为37°(sin37°=0.6,cos37°=0.8),P点是亮条纹还是暗条纹?(3)若用A光照射时,把其中一条缝遮住,试分析光屏上能观察到的现象.〚思路点拨〛根据路程差Δx和波长λ的关系判断条纹特点:Δx=kλ(k=0,1,2,…)为亮条纹,Δx=(2k+1)2(k=0,1,2,…)为暗条纹.解析:(1)设A光在空气中波长为λ1,在介质中波长为λ2,由n=cv=12得λ1=nλ2=1.5×4×10-7m=6×10-7m根据路程差Δx=2.1×10-6m所以N1=1x=672.110m610m=3.5由此可知,从S1和S2到P点的路程差Δx是波长λ1的3.5倍,所以P点为暗条纹.(2)根据临界角与折射率的关系sinC=1n得n=o1sin37=53.由此可知,B光在空气中波长λ3为λ3=nλ介=53×3.15×10-7m=5.25×10-7m所以N2=3x=672.110m5.2510m=4.由此可知,P点为亮条纹.(3)光屏上仍出现明暗相间的条纹,但中央条纹最宽最亮,两边条纹变窄变暗.答案:见解析反思总结杨氏双缝干涉实验条纹的特点内容干涉现象在光叠加区域出现加强或减弱的现象产生条件两束光频率相同、相位差恒定图样特点条纹宽度条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距相等亮度情况清晰条纹,亮度基本相等【针对训练】(2018·湖北襄阳第二次适应性考试)(多选)如图(甲)所示是用干涉法来检查某块厚玻璃板上表面是否平整的装置,所用红色光是用普通光源加红色滤光片产生的,从上往下观察到的干涉条纹如图(乙)、(丙)所示,则下列判断正确的是()A.若观察到的条纹如图(乙)所示,则说明厚玻璃板上表面是平整的B.若观察到的条纹如图(丙)所示,则厚玻璃板上表面有下凹的位置C.若观察到的条纹如图(丙)所示,则厚玻璃板上表面有上凸的位置D.若是用黄色滤光片产生的黄色光做该实验,则干涉条纹变密E.若是用黄色滤光片产生的黄色光做该实验,则干涉条纹变疏ABD解析:薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的反射光干涉产生的,若观察到的条纹如图(乙)所示,则说明厚玻璃板上表面是平整的.故A正确;薄膜干涉是等厚干涉,即明条纹处空气膜的厚度相同.从弯曲的条纹可知,检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同,知该处凹陷,故B正确,C错误.若是用黄色滤光片产生的黄色光做该实验,则波长变短,干涉条纹变密,故D正确,E错误.考点二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尺寸小得多时,光才可以看做是沿直线传播的.2.自然光和偏振光的比较自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿任意方向,且沿各个方向振动的光的强度相同在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿特定方向【典例2】(2018·上海虹口区期中)如图为红光、蓝光分别通过单缝、双缝所呈现的图样,则()A.甲为蓝光的衍射图样B.乙为红光的干涉图样C.丙为红光的衍射图样D.丁为蓝光的干涉图样D解析:单缝衍射条纹是中间明亮且宽大,越向两侧宽度越小越暗,而波长越大,中央亮条纹越粗,故甲、乙是衍射图样,且甲为红光的单缝衍射图样,乙为蓝光的衍射图样,故A,B错误;双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹,所有条纹宽度相同且等间距,故丙、丁是干涉图样,根据双缝干涉条纹间距公式Δx=ldλ可知波长λ越大,Δx越大,故丙为红光的干涉图样,丁为蓝光的干涉图样,故C错误,D正确.反思总结双缝干涉与单缝衍射的比较内容干涉衍射现象在光叠加区域出现加强或减弱的现象光绕过障碍物偏离直线传播的现象产生条件两束光频率相同、相位差恒定障碍物或孔的尺寸与波长差不多或更小典型实验杨氏双缝干涉单缝衍射(圆孔衍射、圆盘衍射)图样特点不同点条纹宽度条纹宽度相等条纹宽度不等、中央最宽条纹间距各相邻条纹间距相等各相邻条纹间距不等亮度情况清晰条纹,亮度基本相等中央条纹最亮,两边变暗相同点干涉、衍射都是波特有的现象;干涉、衍射都有明暗相间的条纹1.[光的衍射](2018·上海普陀区质量调研)用点光源照射一个不透光的障碍物,其背后屏上阴影的中央出现了亮斑,原因是()A.光的反射B.光的衍射C.光的折射D.光的干涉多维训练B解析:当光照射到障碍物上时,光离开直线路径绕到障碍物的阴影里去的现象,叫做光的衍射现象,所以障碍物背后屏上阴影的中央出现了亮斑,是光的衍射,故B正确;A,C,D错误.2.[光的偏振现象](2018·四川绵阳南山中学月考)(多选)碳水化