15.2光的波动性 电磁波　相对论

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第2节　光的波动性电磁波　相对论

1-2-一、光的干涉1.定义:在两列光波的叠加区域,某些区域的光被加强,出现亮纹,某些区域的光被减弱,出现暗纹,且加强和减弱互相间隔的现象叫作光的干涉现象。2.条件:两列光的频率相等,且具有恒定的相位差,才能产生稳定的干涉现象。

2-3-3.双缝干涉:由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是频率相等的相干光,屏上某点到双缝的路程差是波长的整数倍处出现亮条纹;路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹。相邻的明条纹(或暗条纹)之间距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝距离l的关系为Δx=λ。4.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后表面反射的光相遇而形成的。图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度相同。

3-4-二、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相差不多,甚至比光的波长还小的时候,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

4-5-(2)泊松亮斑(圆盘衍射):当光照到不透明(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亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。

5-6-三、光的偏振1.自然光:包含着在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,只沿着某个特定的方向振动的光。3.偏振光的形成:(1)让自然光通过偏振片形成偏振光。(2)让自然光在两种介质的界面发生反射和折射,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横波。

6-7-四、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电场,变化的电场能够在周围空间产生磁场。2.电磁波(1)电磁场在空间由近及远的传播,形成电磁波。(2)电磁波的传播不需要介质,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)。(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,波速越小。(4)v=λf,f是电磁波的频率。

7-8-3.电磁波的发射(1)发射条件:开放电路和高频振荡信号,所以对要传输的信号进行调制。(2)调制方式①调幅:使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。②调频:使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。4.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相等时,激起的振荡电流最强,这就是电谐振现象。(2)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。(3)从经过调制的高频振荡信号中“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。

8-9-5.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、γ射线。

9-10-五、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,一切物理规律都是相同的。(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相同的,光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。2.相对论的质速关系(1)物体的质量随物体速度的增大而增大,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)物体运动时的质量总要大于静止时的质量m0。

10-11-命题点一命题点二命题点三光的干涉现象的理解及应用1.光的双缝干涉现象(1)明暗条纹的判断方法①如图所示,光源S1、S2发出的光到屏上P点的路程差r2-r1=kλ(k=0,1,2,…)时,光屏上出现明条纹。②光的路程差r2-r1=(2k+1)(k=0,1,2,…)时,光屏上出现暗条纹。(2)条纹间距:Δx=λ,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。

11-12-命题点一命题点二命题点三2.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。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)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=0,1,2,…),薄膜上出现明条纹。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)(n=0,1,2,…),薄膜上出现暗条纹。

12-13-命题点一命题点二命题点三(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,如果被检平面是平整光滑的,我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹;若被检平面不平整,则干涉条纹发生弯曲。

13-14-命题点一命题点二命题点三例1(2017·重庆沙坪坝区月考)右图是双缝干涉的实验示意图,S1和S2为双缝,P是光屏上的一点,整个装置置于空气中。(1)用单色光A做实验。已知P点与S1、S2距离之差为Δr=2.1×10-6m,A光在折射率n=1.5的介质中波长为4×10-7m。通过计算说明P处是亮条纹还是暗条纹;(2)用单色光B做双缝干涉实验,若已知双缝间距d=0.400mm,并测得双缝到屏的距离l=0.600m,第1条到第6条亮条纹中心间的距离x=4.875mm,求B光在空气中的波长。

14-15-命题点一命题点二命题点三答案:(1)P处是暗条纹(2)6.5×10-7m解析:(1)设A光在空气中的波长为λA,则λA=nλ=6×10-7m

15-16-命题点一命题点二命题点三即学即练1.(2017·北京卷)物理学原理在现代科技中有许多重要应用。例如,利用波的干涉,可将无线电波的干涉信号用于飞机降落的导航。如图所示,两个可发射无线电波的天线对称地固定于飞机跑道两侧,它们类似于杨氏干涉实验中的双缝。两天线同时都发出波长为λ1和λ2的无线电波。飞机降落过程中,当接收到λ1和λ2的信号都保持最强时,表明飞机已对准跑道。下列说法正确的是()A.天线发出的两种无线电波必须一样强B.导航利用了λ1与λ2两种无线电波之间的干涉C.两种无线电波在空间的强弱分布稳定D.两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合答案解析解析关闭答案解析关闭

16-17-命题点一命题点二命题点三2.(2017·河南郑州期中)2015年2月24日四川成都隧道发生瓦斯爆炸事故。瓦斯对隧道施工、煤矿采掘等过程的危害极大,某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率,于是他根据双缝干涉现象设计了一个监测仪,其原理如图所示。在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B,容器A与干净的空气相通,在容器B中通入矿井中的气体,观察屏上的干涉条纹,就能够监测瓦斯浓度。如果屏的正中央O点变为暗纹,说明B中气体()A.一定含瓦斯B.一定不含瓦斯C.不一定含瓦斯D.无法判断答案解析解析关闭答案解析关闭

17-18-命题点一命题点二命题点三3.(多选)关于光学镜头增透膜,以下说法正确的是()A.增透膜是为了减少光的反射损失,增加透射光的强度D.因为增透膜的厚度一般适合绿光反射时相互抵消,红光、紫光的反射不能完全抵消,所以涂有增透膜的镜头呈淡紫色E.涂有增透膜的镜头,进入的光线全部相互抵消,因此这种镜头的成像效果较好答案解析解析关闭答案解析关闭

18-19-命题点一命题点二命题点三光的衍射及偏振现象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,光才可以看作是沿直线传播的。

19-20-命题点一命题点二命题点三2.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。

20-21-命题点一命题点二命题点三例2(2017·福建龙岩月考)如图为条纹总宽度相同的4种明暗相间的条纹,其中有两种是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样,还有两种是黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(灰黑色部分表示亮纹)。则图中从左向右排列,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.蓝黄红紫答案解析解析关闭答案解析关闭

21-22-命题点一命题点二命题点三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。

22-23-命题点一命题点二命题点三即学即练4.(多选)(2017·浙江宁波期末)抽制高强度纤维细丝的过程可用激光监控其粗细,如图所示,激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同。观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化,下列叙述正确的是()A.这里应用的是光的衍射现象B.这里应用的是光的干涉现象C.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗D.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细答案解析解析关闭由于是激光束越过细丝即绕过障碍物,所以是光的衍射现象,当抽制的丝变细的时候,丝的直径较接近激光的波长,条纹间距就大,A、D对。答案解析关闭AD

23-24-命题点一命题点二命题点三5.(2017·广东佛山月考)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,使到达O处的光最强,然后将被测样品P置于A、B之间。

24-25-命题点一命题点二命题点三(1)偏振片A的作用是。(2)偏振现象证明了光是一种。(3)(多选)以下说法正确的是()A.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处光强度最强,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处光强度最强,偏振片A转过的角度等于α

25-26-命题点一命题点二命题点三答案:(1)把自然光变成偏振光(2)横波(3)ACD解析:(1)自然光源发出的光不是偏振光,但当自然光经过偏振片后就变成了偏振光,因此偏振片A的作用是把自然光变成偏振光。(2)偏振现象证明了光是一种横波。(3)因为A、B的透振方向一致,故A、B间不放糖溶液时,自然光通过偏振片A后变成偏振光,通过B后到达O。当在A、B间加上糖溶液时,由于糖溶液的旋光作用,使通过A的偏振光的振动方向转动了一定角度,通过B到达O的光的强度不是最大,但当B转过了一个角度,恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光的振动方向一致时,O处光强又为最强,故B的旋转角度即为糖溶液的旋光度。若偏振片B不动而将A旋转一个角度,再经糖溶液旋光后光的振动方向恰与B的透振方向一致,则A转过的角度也为α,故选项A、C、D正确。

26-27-命题点一命题点二命题点三电磁场和电磁波相对论1.对麦克斯韦电磁场理论的理解

27-28-命题点一命题点二命题点三2.对电磁波的理解(1)电磁波是横波。电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直,如图所示。

28-29-命题点一命题点二命题点三(2)电磁波与机械波的比较

29-30-命题点一命题点二命题点三3.对狭义相对论的理解(1)惯性系:如果牛顿运动定律在某个参考系中成立,这个参考系叫作惯性系。相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。(2)光速的大小与选取的参考系无关,因为光速是从麦克斯韦方程组中推导出来的,无任何前提条件。(3)狭义相对论认为物体的质量m与物体的速度v有关,其关系式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=mc2。

30-31-命题点一命题点二命题点三例3(多选)(2016·全国卷Ⅱ)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答案解析解析关闭电磁波在真空中的传播速度为光速,A选项正确;电磁波是由周期性变化的电场和磁场相互激发产生的,B选项正确;传播速度方向、电场方向、磁场方向三者两两垂直,C选项正确;电磁波可以通过光缆传播,D选项错误;当电磁振荡消失后,电磁波可继续传播,E选项错误。答案解析关闭ABC

31-32-命题点一命题点二命题点三即学即练6.(2016·天津卷)我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星,它标志着我国雷达研究又创新的里程碑。米波雷达发射无线电波的波长在1~10m范围内,则对该无线电波的判断正确的是()A.米波的频率比厘米波频率高B.和机械波一样须靠介质传播C.同光波一样会发生反射现象D.不可能产生干涉和衍射现象答案解析解析关闭答案解析关闭

32-33-命题点一命题点二命题点三7.(2016·北京卷)下列说法正确的是()A.电磁波在真空中以光速c传播B.在空气中传播的声波是横波C.声波只能在空气中传播D.光需要介质才能传播答案解析解析关闭电磁波在真空中的传播速度为光速c,A正确。声波是纵波,可以在不同介质中传播,B、C错误。光属于电磁波,电磁波的传播不需要介质,D错误。答案解析关闭A

33-34-命题点一命题点二命题点三8.(多选)(2017·江苏卷)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟,飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢,下列说法正确的有()A.飞船上的人观测到飞船上的钟较快B.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢C.地球上的人观测到地球上的钟较快D.地球上的人观测到地球上的钟较慢答案解析解析关闭根据相对论,运动的时钟变慢,这是一种观测效应。结合运动的相对性,故飞船上的人观测到地球上的钟变慢,认为飞船上的钟变快。地球上的人观测到飞船上的钟变慢,认为地球上的钟变快。答案解析关闭AC