2020版高考物理一轮复习 第4讲 光的波动性 电磁波 相对论课件 新人教版选修3-4

选修3－4波与相对论第4讲光的波动性电磁波相对论考点1光的干涉考向1双缝干涉1．双缝干涉的条件和理解(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．(2018·北京卷)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()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D【解析】本题考查双缝干涉实验．用白光做双缝干涉实验时，屏上呈现彩色条纹，在光源与单缝间加红色滤光片，光源发出的白光照射滤光片后，仅有红光透过滤光片，故射到双缝上的光为红光，屏上呈现出的是红色干涉条纹，中央条纹为红色，选项D正确．1．(2019·唐山模拟)(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BD解析：结合干涉图样a、b，由Δx＝ldλ可知，λaλb，则fafb，在同种介质中，nanb，由v＝cn知vavb，A错误；在真空中，各种色光的传播速度相同，B正确；根据sinC＝1n知CaCb，故D正确；光从真空射入介质时不会发生全反射，C错误．考向2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．明暗条纹的判断(1)在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现亮条纹．(2)在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出现暗条纹．劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夹入两张纸片，从而在两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乙所示，干涉条纹有如下特点：(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻亮条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若在图甲的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A【解析】如图所示，若抽去一张纸片，则三角截面空气层的倾角变小，则干涉条纹变疏，A正确．2．用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象．图甲是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图乙是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈．将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是()DA．当金属线圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30°B．当金属线圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90°C．当金属线圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30°D．干涉条纹保持不变解析：金属线圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知干涉条纹与金属线圈在该竖直平面内的转动角度无关，仍然是水平的干涉条纹，A、B、C错误，D正确．考向3用双缝干涉测单色光的波长1．根据公式Δx＝ldλ得λ＝dlΔx.2．用刻度尺测出双缝到光屏的距离l，用测量头调节清晰的干涉条纹，测出n个亮纹间的距离a，则Δx＝an－1.双缝间距d是已知的，这样就可以计算出波长λ.(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E．将光源向远离双缝的位置移动ACD【解析】双缝干涉的条纹间距公式为Δx＝Ldλ，其中L是双缝到屏幕的距离，d是双缝间距，λ是入射光的波长，要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可以改用波长更长的红色激光，或仅减小d或仅增大L，故A、C、D正确．3．(2019·天津河东一模)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中(1)已知双缝到光屏之间的距离为L，双缝之间的距离为d，单缝到双缝之间的距离为s，某同学在用测量头测量时，现将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹(记作第1条)的中心，这时手轮上的示数用a表示，然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第6条亮纹的中心，这时手轮上的示数用b表示(ba)，由此可计算出实验中所测得的单色光的波长λ＝___________.b－ad5L(2)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离_________.A．增大单缝和双缝之间的距离sB．增大双缝和光屏之间的距离LC．将红色滤光片改为绿色滤光片D．增大双缝之间的距离dB解析：(1)根据题意可以知道相邻的两条亮条纹之间的距离为Δx＝b－a5，根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝Ldλ，可得λ＝b－ad5L；(2)根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝Ldλ，分析可得：相邻两条亮条纹之间的距离与单缝和双缝之间的距离s无关，故A错误；增大双缝和光屏之间的距离L，可增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离，故B正确；将红色滤光片改为绿色滤光片，波长λ减小，相邻两条亮条纹之间的距离减小，故C错误；增大双缝之间的距离d，相邻两条亮条纹之间的距离减小，故D错误．考点2光的衍射和偏振现象1．对光的衍射的理解(1)波长越长，衍射现象越明显．在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，光才可以看做是沿直线传播的．2．光的偏振(1)自然光与偏振光的比较类别自然光(非偏振光)偏振光光的来源从普通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(2)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等．1．(多选)用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验，比普通光源效果更好，图象更清晰．如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况．下列说法正确的是()ADA．当做单缝实验时，光强分布如图乙所示B．当做单缝实验时，光强分布如图丙所示C．当做双缝实验时，光强分布如图乙所示D．当做双缝实验时，光强分布如图丙所示解析：当做单缝实验时，中间是亮条纹，两侧条纹亮度逐渐降低，且亮条纹的宽度不等，所以其光强分布如图乙所示，A项正确，B项错误；当做双缝实验时，在屏上呈现的是宽度相等的亮条纹，所以其光强分布如图丙所示，C项错误，D项正确．2．(多选)食品安全检验中碳水化合物(糖)的含量是个重要的指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量．偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值进行比较，就能确定被测样品的含糖量．如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将待测糖溶液P置于A、B之间，则下列说法正确的是()ACDA．到达O处光的强度会明显减弱B．到达O处光的强度不会明显减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于αD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α解析：没有待测糖溶液时，A、B透振方向平行，O处光最强，当加上待测糖溶液时，由于旋光作用，偏振光的振动方向会旋转一个角度，即振动方向与B的透振方向不再平行，所以O处光的强度会明显减弱；要想使O处的光仍最强，可以将B旋转一个角度或反方向将A旋转相同角度，此角度大小为α，A、C、D正确．3．如图是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．从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大C．照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大D．若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大D解析：由图可得，b光的干涉条纹间距较大，由Δx＝Ldλ可得，b光的波长较长，波长越长，频率越小，在同种均匀介质中传播速度越大，选项A错误；波长越长，同种介质中折射率越小，由sinC＝1n可得，全反射的临界角越大，b光发生全反射的临界角大，选项B错误；发生光电效应时，饱和光电流与光的强度有关，由于光的强度未知，选项C错误；a光的频率大，能量大，产生a光的能级能量差大，选项D正确．(1)单缝衍射与双缝干涉的比较(2)光的干涉和衍射的本质光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的．考点3电磁场、电磁波1．麦克斯韦电磁场理论理论内容变化的磁场能够产生电场，变化的电场能够产生磁场．根据这个理论，周期性变化的电场和磁场相互联系，交替产生，形成一个不可分割的统一体，即电磁场深度解决(1)变化的磁场产生的电场叫感应电场；变化的电场产生的磁场叫感应磁场(2)感应电场与感应磁场的场线都是闭合的曲线，而且相互正交、套连(3)感应电场的方向可由楞次定律判定，感应磁场的方向可由安培定则判定2.电磁波的特性1．(多选)应用麦克斯韦的电磁场理论判断如图所示的电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图象中(每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场)，正确的是()BC解析：均匀变化的电场产生稳定的磁场，周期性变化的电场产生周期性变化的磁场．2．(2018·江苏卷)(多选)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．在空气中的传播速度约为3×108m/sAD解析：电磁波为横波，电磁波的传播不需要介质，可以向周围各个方向传播，真空中传播速度最大，c＝3.0×108m/s，在空气中的传播速度与真空中的传播速度近似相等，故选A、D.3．(多选)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E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失ABC解析：电磁波在真空中传播速度等于光速，与频率无关，A正确；电磁波是周期性变化的电场和磁场互相激发得到的，B正确；电磁波传播方向与电场方向，磁场方向均垂直，C正确；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，D错误；电磁振荡停止后，电磁波仍会在介质或真空中继续传播，E错误．电磁波和机械波的对比电磁波机械波本质电磁现象力学现象产生机理由电磁振荡产生由机械振动产生周期性变化的量电场强度E与磁感应强度B随时间和空间周期性变化质点的位移s、加速度a随时间和空间周期性变化波的性质横波既有横波，又有纵波传播介质不需要介质，可在真空中传播只在弹性介质中传播速度特点由介质和频率决定仅由介质决定考点4相对论初步1．经典时空观和相对论时空观(1)经典时空观：在经典力学中，物体的质量是不随运动状态而改变的．在经典力学中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是相同的．(2)相对论时空观：在狭义相对论中，物体的质量是随物体的运动速度的增大而增大的．在狭义相对论中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是不同的．2．狭