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1、1.光的干涉、衍射及偏振 (1)两种衍射图样:小孔衍射,明暗相间的同心圆环,越向外,环间距离越小。单缝衍射,明暗相间的平行条纹,中央条纹较宽,两侧条纹较窄。若用白光做单缝衍射实验,则中央亮处为白色。(2)光的干涉和衍射的关系: 光的干涉和衍射,都证明了光的波动性,只有波才可以发生干涉和衍射现象。 光的干涉和衍射有一定的联系,光的双缝干涉中就有光的衍射。光的干涉条纹中,各条纹能量分布较均匀;而在光的衍射条纹中,中央亮纹所具有的能量,超过了总能量的一半。(3)自然光与偏振光:自然光,自然光的一般概念是“光振动沿各个方向均匀分布的光”,即包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿着各个方向振动的
2、光波的强度都相同。偏振光:偏振光的一般概念是“光振动沿不同方向分布不均匀的光”,包括两种情况,一种是只有沿单一方向振动的光,通常称为完全偏振光,即线偏振光;另一种是包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,但沿不同方向振动的光波的强度都不同,这种光通常称为部分偏振光。【温馨提示】产生稳定干涉的条件,两列光的频率相等且振动状态相同,相干光源可用同一束光分成两列获得。双缝干涉图样,单色光时是明暗相间条纹,且宽度相等,白光时是彩色条纹。2.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电场,变化的电场能够在周围空间产生磁场。(2)电磁波:电磁场在空间由近及远的传播,形成电磁波。电磁波的
3、传播不需要介质,可在真空中传播,在真空中不同频率的电磁波传播速度相同(都等于光速)。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,波速越小。v=f,f是电磁波的频率。(3)电磁波的发射:发射条件,开放电路和高频振荡信号,所以要对传输信号进行调制(调幅或调频)。调制方式,a.调幅,使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。b.调频,使高频电磁波的频率随信号的强弱而变化。(4)电磁波谱:按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱。按波长由长到短排列的电磁波谱为:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线。【温馨提示】无线电波的接收,当接收电路的固有频率跟接收到无线电波
4、的频率相等时,激起的振荡电流最强,这就是电谐振现象;使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐,能够调谐的接收电路叫作调谐电路;从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程,叫作检波;检波是调制的逆过程,也叫作解调。3.相对论 (1)狭义相对论的两个基本假设: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。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)质速关系: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-vc2。物体运动时的质量总要大于静止时的质量m0。(3)质能关系:
5、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。【温馨提示】对于狭义相对论的相对性原理来说,力学规律对惯性系都是相同的,由于光速是不变的,造成了一些与经典理论不同的结论,这些结论在低速的世界里是不易搞清的,但从天体的物理现象中却得到了证实。1.(2018安徽芜湖9月模拟)如图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(选填“长”或“短”)的单色光,或是使双缝与光屏间的距离(选填“增大”或“减小”)。答案长增大2.(2018湖北荆州五校联考)下列光学现象的说法中正确的是()。A.用光导纤维束传送图像信息,这是光的衍射的应用B.太阳光通过三棱镜形成彩色光
6、谱,这是光的干涉的结果C.在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物,可使景象更清晰D.透过平行于日光灯的窄缝看正常发光的日光灯时能观察到彩色条纹是光的色散现象答案C3.(2018陕西延安阶段考试)(多选)目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1000 MHz的范围内。下列关于雷达和电磁波的说法正确的是()。A.真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3 m1.5 m之间B.电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的C.测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达与目标之间的距离D.波长越短的电磁波,反射性能越强答案ACD4.(2018河南洛阳诊断考试)(多选)下列说法中符合实际的是
7、()。A.医院里常用X射线对病房和手术室消毒B.医院里常用紫外线对病房和手术室消毒C.在人造卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的分辨能力D.在人造卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力答案BD5.(2018江西新余单元检测)(多选)在相对论中,下列说法正确的有()。A.一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速B.质量、长度的测量结果都与物体相对观察者的相对运动状态有关C.时间的测量结果与物体相对观察者的运动状态无关D.在某一惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件,在其他一切惯性系中也是同时发生的答案AB6.(2018四川西昌质量检测)下列说法错误的是()
8、。A.相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关B.光的偏振现象说明光是一种纵波C.在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由绿光变为红光,则条纹间距变宽D.赫兹用实验证实了电磁波的存在答案B1.(2017全国卷,34)(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解析在双缝干涉实验中相邻亮条纹的间距x=ld,因此要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距可减小双缝间的距离,增大屏幕与双缝的距离,换用波长更长或频率更
9、小的光作光源。故A、C、D三项正确。答案ACD2.(2016全国卷,34)(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解析电磁波在真空中传播速度不变,与频率无关,A项正确;电磁波由周期性变化的电场和变化的磁场互相激发得到,B项正确;电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直,C项正确;光是一种电磁波,
10、光可在光导纤维中传播,D项错误;电磁波具有能量,电磁振荡停止后,已形成的电磁波仍会在介质或真空中继续传播,E项错误。答案ABC见自学听讲P258一光的干涉现象1.双缝干涉(1)条纹间距公式:x=ld,对同一双缝干涉装置,光的波长越长,干涉条纹的间距越大。(2)明暗条纹的判断方法:如图所示,光源S1、S2发出的光到屏上P点的路程差r=r2-r1。当r=k(k=0,1,2,)时,光屏上P处出现明条纹。当r=(2k+1)2(k=0,1,2,)时,光屏上P处出现暗条纹。例1(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
11、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x=Ld可知,b光 的波长比a光的大。由=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,A项错误;在真空中a、b两光传播速度相同,均为光速,B项正确;从真空射入同种介质不会发生全反射,C项错误;由介质射入真空发生全反射的临界角公式sin C=1
12、n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,D项正确;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,E项正确。答案BDE变式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2.110-6 m,现分别用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n=1.5的介质中波长为410-7 m。(2)已知B光在某种介质中波长为3.1510-7 m,当B光从这种介质射向空气时,临界角为37(sin 37=0.6,cos 37
13、=0.8)。(3)若用A光照射时,把其中一条缝遮住,请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1,在介质中波长为2,由n=cv=12得1=610-7 m已知路程差r=2.110-6 m所以N1=r1=3.5由此可知,P点为暗条纹。(2)根据临界角与折射率的关系sin C=1n得n=53由此可知,B光在空气中波长3=n介=5.2510-7 m所以N2=r3=4可见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(1)暗条纹(2)亮条纹(3)见解析2.薄膜干涉(1)薄膜干涉如图所示,竖直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形,光照射
14、到薄膜上时,在膜的前表面AA和后表面BB分别反射回来,形成两列频率相同的光波,并且叠加。在P1、P2处,从两个表面处反射回来的两列光波的路程差x等于波长的整数倍,即x=n(n=0,1,2,),薄膜上出现亮条纹。在Q处,从两个表面处反射回来的两列光波的路程差x等于半波长的奇数倍,即x=(2n+1)2(n=0,1,2,),薄膜上出现暗条纹。(2)薄膜干涉的应用检查精密零件的表面是否平整如图所示,将被检查平面和放在上面的透明标准样板的一端之间垫一薄片,使标准样板的平面与被检查平面间形成一个楔形空气薄层,单色光从上面照射,入射光在空气层的上表面a和下表面b反射出两列光波叠加,从反射光中看到干涉条纹,根
15、据干涉条纹的形状来确定工件表面的情况。若被检查平面平整则干涉图样是等间距明暗相间的平行直条纹。若某处凹下,则对应亮(暗)条纹提前出现,如图甲所示;若某处凸起,则对应亮(暗)条纹延后出现,如图乙所示。增透膜在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂上一层薄膜(如氟化镁),当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的14时,在薄膜的两个面上的反射光的光程差恰好等于半个波长,因而相互抵消,达到减小反射光、增大透射光强度的目的。例2(多选)如图甲所示,在一块平板玻璃上放置一平薄凸透镜,在两者之间形成厚度不均匀的空气膜,让一束单一波长的光垂直入射到该装置上,结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹,称为牛顿环,以下说法正确的是()。A.干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B.干涉现象是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的D.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的解析由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜,所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和玻
