《2018年高考物理一轮复习 第十三章 振动与波 光学 相对论 第4讲 光的波动性 电磁波 相对论课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018年高考物理一轮复习 第十三章 振动与波 光学 相对论 第4讲 光的波动性 电磁波 相对论课件（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、课标版 物理,第4讲 光的波动性 电磁波 相对论,一、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。,亮,暗,相同,白色亮,彩色,自测1 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
2、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 答案 A 白光包含各种颜色的光,各色光的波长不同,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,所以在中央白色亮条纹两侧出 现彩色条纹,A正确。,二、光的衍射 1.光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。 2.衍射条纹的特点: (1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较。,相差不多,还小,明暗相间,越弱,越小,明暗相间,越弱,越小,减小,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
3、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)。 自测2 关于单缝衍射图样,以下说法正确的是 ( ) A.黄光和蓝光透过相同宽度的狭缝衍射时,黄光的中央条纹较窄,条纹间距 较小 B.在单缝衍射中,狭缝越窄,中央亮条纹的宽度也越窄,明暗条纹间距离越小 C.单色光单缝衍射图样是明暗相间的平行条纹,且各亮条纹的高度和宽度 基本相同 D.用白光观察单缝衍射,中央亮条纹最宽,且是白色的,不透明,亮斑,答案 D 在单缝衍射中,入射光波长越大,狭缝越窄,中央亮条纹越宽,相 邻条纹间距越大;单缝衍射的条纹宽度和亮度不相同,其中中央亮条纹最宽 最亮,越向外条纹越窄,亮度越小;
4、故A、B、C选项错误。白光的单缝衍射 图样中中央亮条纹最宽且为白色,而两侧出现彩色条纹,故D选项正确。,三、光的偏振 1.自然光: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: (1)让自然光通过 形成偏振光。 (2)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,偏振片,折射,横,四、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 ,变化的电场能够在周
5、围空间 产生 。 2.电磁场 变化电场在周围空间产生磁场,变化磁场在周围空间产生电场,变化的电场 和磁场总是相互联系成为一个完整的整体,这就是电磁场。 3.电磁波 (1)电磁场在空间由近及远地向周围传播,形成 。 (2)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 电磁波传播速度是 的(都等于光速)。,电场,磁场,电磁波,介质,相同,(3)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 。 (4)v=f,f是电磁波的频率。 4.电磁波的发射 (1)发射条件: 电路和足够高的 ,要对传输信号 进行 (包括调幅和调频)。 (2)调制方式 a.调幅:使高频振荡的
6、随信号的强弱而变。调幅广播(AM)一般 使用中波和短波波段。 b.调频:使高频振荡的 随信号的强弱而变。调频广播(FM)和电 视广播都采用调频的方法调制。,小,开放,振荡频率,调制,振幅,频率,5.无线电波的接收 (1)当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率 时,激起 的感应电流 ,这就是电谐振现象。 (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)由调谐电路接收到的感应电流,是经过调制的高频电流,还不是我们需要 的声音或图像信号。因此还要使声音或图像信号从高频电流中还原出来, 这个过程是 的逆过程,所以叫做 。调幅波的解调也 叫 。 6.电磁波谱:按照电
7、磁波的 或 的大小顺序把它们排 列成谱叫做电磁波谱。,相等,最强,调谐,调谐,调制,解调,检波,频率,波长,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。 自测4 (辨析题) (1)电场周围一定存在磁场,磁场周围一定存在电场。 ( ) (2)无线电波不能发生干涉和衍射现象。 ( ) (3)波长不同的电磁波在本质上完全不同。 ( ) 答案 (1) (2) (3),可见光,五、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,光速与光源和观测者间的相
8、对运动没有关系。 2.相对论的质速关系 (1)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:m= 。 (2)物体运动时的质量总要 静止时的质量m0。,相同,相同,增大,大于,3.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= 。 自测5 下列关于狭义相对论的说法中错误的是 ( ) 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 D 狭
9、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,mc2,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。,考点一 光的干涉 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.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。,
10、(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: 单色光:明暗相间的水平条纹; 白光:彩色水平条纹。,典例1 (2015四川成都模拟)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,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,
11、临界角为37(sin 37=0.6,cos 37=0.8); (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 (1)暗条纹 (2)亮条纹 (3)见解析 解析 (1)设A光在空气中波长为1,在介质中波长为2, 由n= = ,得1=n2=1.5410-7 m=610-7 m 根据光程差x=2.110-6 m 所以N1= = =3.5 由此可知,从S1和S2到P点的光程差x是波长1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sin C= 得,n1= = 由此可知,B光在空气中波长3为 3=n1介= 3.1510-7 m=5.2510-7 m 所以N2=
12、= =4 P点为亮条纹。 (3)若用A光照射时,把其中一条缝遮住,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。,亮暗条纹的判断方法 (1)如图所示,两个相同频率的光源发出的光到屏上P点的路程差r2-r1=k(k= 0,1,2)时,光屏上出现亮条纹。 (2)光的路程差r2-r1=(2k+1) (k=0,1,2)时,光屏上出现暗条纹。,1-1 (2014大纲全国,17,6分)在双缝干涉实验中,一钠灯发出的波长为589 nm的光,在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两明纹中心间 距为0.350 cm,则双缝的间距为 ( ) A.2.0610-7 m B.2.0
13、610-4 m C.1.6810-4 m D.1.6810-3 m 答案 C 由x= 可得双缝间距d= = m=1.6810-4 m, 选项C正确。,1-2 (多选)把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上,一端用薄片垫起,构 成空气劈尖,让单色光从上方射入,如图所示,这时可以看到明暗相间的条 纹。下面关于条纹的说法中正确的是 ( ) A.干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的前后两表面反射形成的两列 光波叠加的结果 B.干涉条纹中的暗纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 C.将上玻璃板平行上移,条纹向着劈尖移动 D.观察薄膜干涉条纹时,应在入射光的另一侧,答案 AC 根据薄膜干涉的产生原理
14、,上述现象是由空气劈尖膜的前后 表面反射的两列光叠加而成的,当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时,振 动加强,形成亮条纹,所以A项正确,B项错误;因相干光是反射光,故观察薄膜 干涉时,应在入射光的同一侧,故D项错误;条纹的位置与空气膜的厚度是对 应的,当上玻璃板平行上移时,可等效看做是同一厚度的空气膜向劈尖移 动,故条纹向着劈尖移动,故C项正确。,考点二 光的衍射 1.对光的衍射的理解 (1)干涉和衍射是波的特征,波长越长,干涉和衍射现象越明显。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
15、以看做是沿直线传播的。 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。,典例2 让太阳光垂直照射一块遮光板,板上有一个可以自由收缩的三角 形孔,当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时,在孔后的屏上将先后出现 ( ) A.由大变小的三角形光斑,直至光斑消失,B.由大变小的三角形光斑、明暗相间的彩色条纹,直至条纹消失 C.由大变小的三角形光斑,明暗相间的条纹,直至黑白色条纹消失 D.由大变小的三角形光斑,小圆形光斑,明暗相间的彩色条纹,直至条纹消失 答案 D 当孔足够大时,由于光的直线传播,所以屏上首先出现的是三 角形光斑,之后随着孔的继续缩小,出现小孔成像,成的是太阳的像,故为小 圆形光斑,随着孔的进一步缩小,当尺寸与光波波长相当时,出现明暗相间 的衍射条纹,最后随孔的闭合而全部消失,所以只有D正确。,2-1 (2015福建龙岩调研)如图所示,a、b、c、d四个图是不同的单色光形 成的双缝干涉或单缝衍射图样。分析各图样的特点可以得出的正确结论 是
