2020高考物理一轮总复习 第十四章 振动和波 光 相对论 基础课4 光的波动性 电磁波 相对论课件

第十四章振动和波光相对论(选修3－4)光的波动性电磁波相对论栏目导航123板块一双基巩固板块二考点突破板块三跟踪检测双基巩固固双基、明易错、强化记忆板块一填一填|——知识体系一、光的干涉1．产生条件两列光的____________相同，振动方向____________，且具有恒定的相位差才能产生稳定的干涉图样．频率相同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．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)．③相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距公式：Δx＝_________.明暗相间kλ(2k＋1)λ2彩色白色ldλ(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明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色条纹．反射厚度二、光的衍射偏振1．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____________明暗相间越弱越小明暗相间越弱越小减小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____________逐渐变暗变窄同心圆环②泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到____________(选填“透明”或“不透明”)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2．光的偏振现象(1)偏振光波只沿____________的方向振动．(2)自然光太阳、电灯等普通光源发出的光，包括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三、电磁波与相对论1．电磁波的产生(1)麦克斯韦电磁场理论变化的磁场产生____________，变化的电场产生____________.(2)电磁场变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场．电场磁场(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真空中电磁波的速度为____________m/s；③v＝λf对电磁波____________；④电磁波能产生反射、折射、____________和衍射等现象．不需要3.0×108同样适用干涉2．电磁波的发射和接收(1)发射电磁波的条件①要有足够高的____________；②电路必须____________，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间．(2)调制有____________和调频两种方式，解调是调制的逆过程．(3)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；递变规律：直线传播能力增强，衍射能力减弱．振荡频率开放调幅无线电波②电磁波谱的特性及应用电磁波谱特性应用红外线____________红外线遥感紫外线化学效应、____________、能杀菌医用消毒、防伪X射线贯穿性强检查、医用透视γ射线贯穿本领最强工业探伤、医用治疗热效应荧光效应3.狭义相对论(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____________的，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系．相同相同(2)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＝________________.②物体运动时的质量m总要____________静止时的质量m0.4．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，则爱因斯坦质能方程为E＝____________.m01－vc2大于mc2判一判|——易混易错(1)光的颜色取决于折射率．()(2)只有频率相同的两列光波才能产生稳定干涉．()(3)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光．()(4)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．()(5)自然光是偏振光．()(6)电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场．()(7)无线电波不能发生干涉和衍射现象．()(8)波长不同的电磁波在本质上完全不同．()(9)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的．()×√×××××××记一记|——规律结论1．光发生干涉时，单色光能形成明暗相间的条纹，白光能形成彩色条纹，条纹间距与波长成正比．2．光发生干涉现象是有条件的，光发生衍射现象是没有条件的，但发生明显的衍射现象是有条件的．3．圆孔衍射和圆盘衍射图样最明显的区别在于中心的亮斑，前者的较大，后者的很小且有阴影包围．4．不同的电磁波有不同的特性，产生机理也不同，但可能具有相同的频率．考点突破记要点、练高分、考点通关板块二考点一光的干涉现象——自主练透|记要点|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＝ldλ.(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．亮暗条纹的判断方法(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)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．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．|练高分|1．(多选)(2017年全国卷Ⅱ)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E．将光源向远离双缝的位置移动解析：选ACD据Δx＝ldλ可知改用红色激光、减小双缝间距、屏幕向远离双缝的位置移动可增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，故选ACD.2．(多选)如图所示是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()A．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E．在相同的条件下，b光比a光更容易产生明显的衍射现象解析：选BDE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；由于b光的波长比a光的大，根据发生明显衍射现象的条件可知，在相同的条件下，b光比a光更容易产生明显的衍射现象，选项E正确．3.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、S2距离之差为2.1×10－6m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？(1)已知A光在折射率为1.5的介质中波长为4×10－7m；(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°；(3)若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象．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＝λ1λ2，得λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7m＝6×10－7m根据路程差Δr＝2.1×10－6m，可知N1＝Δrλ1＝2.1×10－6m6×10－7m＝3.5由此可知，从S1和S2到P点的路程差是波长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＝1sin37°＝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路程差Δr和波长λ3的关系为N2＝Δrλ3＝2.1×10－6m5.25×10－7m＝4可见，用B光做光源，P点为亮条纹．(3)若让A光照射S1，B光照射S2，这时既不能发生干涉，也不发生衍射，此时在光屏上只能观察到亮光．答案：(1)暗条纹(2)亮条纹(3)见解析考点二光的衍射和光的偏振现象——自主练透|记要点|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|练高分|1．(多选)光的偏振现象说明光是横波．下列现象中能反映光的偏振特性的是()A．一束自然光相继通过两个偏振片中，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E．阳光在水面上的反射光是自然光解析：选ABC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，D项错误；阳光在水面上的反射光是偏振光，故选项E错误．2．(多选)关于波的干涉和衍射，下列说法正确的是()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