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1、第4讲 光的波动性 电磁波和相对论,第十二章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论,内容索引,基础 知识梳理,命题点一 光的干涉现象,命题点二 光的衍射和偏振现象,命题点三 电磁波与相对论,课时作业,基础知识梳理,1,一、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. 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
2、的波长 ，甚至比光的波长 的时候，衍射现象才会明显.,亮,暗,相同,白色亮,彩色,相差不多,还小,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 让自然光通过 形成偏振光. 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.,一切方向,特定,折射,偏振片,横,二、电磁波和相对论 1.电磁场、电磁波、电磁波谱 (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
3、电场能够在周围空间产生 .,电场,磁场,(2)电磁波 电磁场在空间由近及远的传播，形成 . 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). 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 . vf，f是电磁波的频率.,电磁波,小,介质,相同,(3)电磁波的发射 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). 调制方式 a.调幅：使高频电磁波的 随信号的强弱而变. b.调频：使高频电磁波的 随信号的强弱而变.,开放,频率,高频振荡,振幅,(4)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的频率 时，激起的
4、振荡电流 ，这就是电谐振现象. 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. 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 .,相等,调谐,最强,调谐,检波,调制,解调,(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、射线.,频率,可见光,波长,2.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 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.
5、 (2)质速关系 物体的质量随物体速度的增加而 ，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：,相同,增大,物体运动时的质量总要 静止时的质量m0. (3)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 .,大于,mc2,1.判断下列说法是否正确. (1)光的颜色由光的频率决定.( ) (2)只有频率相同的两列光波才有可能产生稳定的干涉.( ) (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.
6、( ) (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.( ),2.(多选)下列属于光的干涉现象的是,答案,解析,图A属于单缝衍射，图B属于薄膜干涉，图C属于薄膜干涉，图D属于白光的色散，故属于光的干涉现象的是B、C.,3.关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是 A.电磁波可以传递信息，声波不能传递信息 B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波 C.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同 D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同,答案,解析,电磁波和声波都能传递信息，
7、比如人们之间的语言交流，选项A错误； 太阳光中的可见光属于电磁波，而“B超”中的超声波属于机械波，它们的传播速度不同，选项C错误； 遥控器发出的红外线波长比X射线波长大得多，选项D错误，正确选项为B.,4.关于狭义相对论的说法，不正确的是 A.狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的 B.狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c，与 光源的运动无关 C.狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系 D.狭义相对论在任何情况下都适用,答案,解析,狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，选项A正确； 狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都
8、等于c(光速不变原理)，与光源的运动无关，选项B正确； 狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系，故选项C正确，D错误.,命题点一 光的干涉现象,2,1.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x (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r2r1k(k0,1,2)时，光屏上出现亮条纹.,(2)光的路程差r2r1(2k1) (k0,1,2)时，光屏上出现暗条纹. 3.条纹间距
9、 x ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，是光波的波长.,4.薄膜干涉 (1)形成：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.,(2)亮、暗条纹的判断 在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差r等于波长的整数倍，即rn(n1,2,3)，薄膜上出现亮条纹. 在Q处，两列反射回来的光波的路程差r等于半波长的奇数倍，即r(2n1) (n0,1,2,3)，薄膜上出现暗条纹.,(3)薄膜干涉的应用 干涉法检查平面如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如
10、果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲.,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 2.1106 m，今分别用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n1.5的介质中波长为4107 m；,【例1】,答案,解析,暗条纹,1n21.54107 m6107 m 根据路程差x2.1106 m,由此可知，从S1和S2到P点的路程差x是波长1的3.5倍，所以P点为暗条纹.,(2)已知B光在某种介质中波长为3.15107 m，当B光
11、从这种介质射向空气时，临界角为37(sin 370.6，cos 370.8)；,答案,解析,亮条纹,由此可知，B光在空气中波长3为,可见，用B光做光源，P点为亮条纹.,(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.,答案,解析,见解析,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.,1.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；
12、(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,答案,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.,2.一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是 A.各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 B.各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 C.各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 D.上述说法都不正确,白光包含各
13、种颜色的光，它们的波长不同，在相同条件下做双缝干涉实验时，它们的干涉条纹间距不同，所以在中央亮条纹两侧出现彩色条纹，A正确.,答案,解析,命题点二 光的衍射和偏振现象,3,1.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.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.单缝衍射与双缝干涉的比较,3.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
14、上叠加形成的.,4.光的偏振 (1)自然光与偏振光的比较,(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.,如图所示的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,A.红黄蓝紫 B.红紫蓝黄 C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫,【例2】,答案,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.双缝干涉条纹的宽度(即相邻亮、
15、暗条纹间距)x 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.,区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法 1.根据条纹的宽度区分：双缝干涉条纹的宽度相同，而单缝衍射中央亮条纹最宽，两侧的亮条纹逐渐变窄. 2.根据条纹的间距区分：双缝干涉条纹的间距是相等的，而单缝衍射的条纹越向两侧条纹间距越窄. 3.根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央亮条纹往两侧亮度变化很小，而单缝衍射条纹中央亮条纹最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗.,3.奶粉中碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，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，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度，这一角度称为“旋光度”，的值只与糖溶液的浓度有关，将的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了.如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到
