（新課標）河南省2015高考物理總復(fù)習講義 第12章 第4講 光的波動性 電磁波 相對論

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1、 第4講　光的波動性　電磁波　相對論 知識一　光的干涉 1．條件 兩列光的頻率相同，相位和振動情況都完全相同的光相遇． 2．典型的干涉實驗 (1)雙縫干涉 ①產(chǎn)生明暗條紋的條件：雙縫處光振動情況完全相同，光屏上某點與兩個狹縫的路程差是光波波長的整數(shù)倍(即半波長的偶數(shù)倍)處出現(xiàn)亮條紋，與兩個狹縫的路程差是半波長的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋． ②條紋的特點：相鄰亮條紋(或暗條紋)的間距相等，且Δx＝λ，其中λ為波長，d為雙縫間距，l為縫到屏的距離．實驗裝置不變的條件下，紅光干涉條紋的間距最大，紫光的干涉條紋間距最小；若換用白光，在屏上得到彩色條紋、且中央為白色． (2)薄膜干涉 ①

2、薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂膜)前后兩表面的反射光波相遇而形成的干涉． ②圖樣特點：同一條亮(或暗)條紋對應(yīng)薄膜厚度相等． 單色光在肥皂膜上(上薄下厚)形成水平狀的明暗相間的條紋，白光入射時形成彩色條紋． 知識二　光的衍射和光的偏振 1．光發(fā)生明顯衍射的條件 當障礙物的尺寸可以跟光的波長相比，甚至比光的波長還小的時候，衍射現(xiàn)象才會明顯． 2．衍射條紋的特點 單色光的衍射圖樣為中間寬且亮的單色條紋，兩側(cè)是明暗相間的條紋，條紋寬度比中央窄且暗；白光的衍射圖樣為中間寬且亮的白色條紋，兩側(cè)是漸窄且暗的彩色條紋． 3．自然光和偏振光 (1)自然光 包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動

3、的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同，這種光叫自然光．如由太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光． (2)偏振光 在垂直于傳播方向的平面上，只沿著一個特定的方向振動的光．如自然光經(jīng)偏振片作用后的光． 知識三　電磁波的特點和狹義相對論 1．電磁波的特點 (1)電磁波是橫波，電場強度E和磁感應(yīng)強度B的方向都與傳播方向垂直． (2)電磁波傳播時不需要任何介質(zhì)，在真空中傳播的速度最大，c＝3108 m/s. 1 / 10 (3)電磁波本身是一種物質(zhì)，它具有能量． (4)具有波的特征，能產(chǎn)生反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象． 2．相對論的簡單知識 (1)狹義相對論的基本假設(shè) ①

4、狹義相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的． ②光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的． (2)時間和空間的相對性 ①時間間隔的相對性：Δt＝. ②長度的相對性：l＝l0. (3)相對論速度變換公式：u＝. (4)相對論質(zhì)量：m＝. (5)質(zhì)能方程：E＝mc2. 　(1)機械波的傳播需要介質(zhì)，而電磁波傳播不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播． (2)機械波在液體和固體中的速度比空氣中大，而電磁波在液體和固體中的傳播速度比空氣中的小． 考點一　光的干涉條紋的形成分析 一、楊氏雙縫干涉 1．原理如圖12－4－1所示． 圖12

5、－4－1 2．明、暗條紋的條件 (1)單色光 ①光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出現(xiàn)明條紋． ②光的路程差r2－r1＝(2k＋1)(k＝0,1,2…)，光屏上出現(xiàn)暗條紋． (2)白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋． 3．條紋間距公式：Δx＝λ. 二、薄膜干涉 1．薄膜特點：如圖12－4－2所示，由于重力作用，皂膜上薄下厚． 圖12－4－2 2．相干光線：薄膜前表面AA′和后表面BB′的反射光線疊加． 3．亮紋條件：在P1、P2處，薄膜厚度的2倍為前后表面反射光的光程差，當光程差等于波長整數(shù)倍時，形成亮條紋． 4．暗紋條件：在Q處，光程

6、差等于半波長的奇數(shù)倍時，形成暗條紋． 　(多選)(2012大綱版全國高考)在雙縫干涉實驗中，某同學用黃光作為入射光．為了增大干涉條紋的間距，該同學可以采用的方法有(　　) A．改用紅光作為入射光 B．改用藍光作為入射光 C．增大雙縫到屏的距離 D．增大雙縫之間的距離 【解析】　根據(jù)Δx＝λ，要增大條紋間距Δx，將L、λ增大或?qū)減小均可以，紅光比黃光波長大，故A選項正確；而藍光比黃光波長小，故B選項錯誤；增大雙縫到屏的距離L，則Δx增大，故C選項正確；增大雙縫間距d，則Δx變小，故D選項錯誤． 【答案】　AC 考點二　單縫衍射與雙縫干涉的比較 一、不同點 1．條紋寬度：單縫

7、衍射條紋寬度不等，中央最寬．雙縫干涉條紋寬度相等． 2．條紋間距：單縫衍射各相鄰條紋間距不等．雙縫干涉各相鄰條紋等間距． 3．亮度情況：單縫衍射中央條紋最亮，兩邊變暗．雙縫干涉條紋清晰，亮度基本相等 二、相同點 干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象；干涉、衍射都有明暗相間的條紋 ——————[1個示范例]—————— 　(2013大綱版全國卷)下列現(xiàn)象中，屬于光的衍射的是(　　) A．雨后天空出現(xiàn)彩虹 B．通過一個狹縫觀察日光燈可看到彩色條紋 C．海市蜃樓現(xiàn)象 D．日光照射在肥皂膜上出現(xiàn)彩色條紋 【解析】　出現(xiàn)彩虹是大氣對光的散射造成的；海市蜃樓是光的折射與全反射現(xiàn)象造成的；肥皂膜

8、上的彩色條紋是薄膜干涉的結(jié)果；通過狹縫觀察日光燈看到彩色條紋是光的衍射現(xiàn)象，選項B正確． 【答案】　B ——————[1個預(yù)測例]—————— 　如圖12－4－3所示，a、b、c、d四個圖是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣．分析各圖樣的特點可以得出的正確結(jié)論是(　　) 圖12－4－3 A．a(chǎn)、b是光的干涉圖樣 B．c、d是光的干涉圖樣 C．形成a圖樣的光的波長比形成b圖樣光的波長短 D．形成c圖樣的光的波長比形成d圖樣光的波長短 【解析】　干涉條紋是等距離的條紋，因此，a、b圖是干涉圖樣，c、d圖是衍射圖樣，故A項正確，B項錯誤；由公式Δx＝λ可知，條紋寬

9、的入射光的波長長，所以a圖樣的光的波長比b圖樣的光的波長長，故C項錯誤；c圖樣的光的波長比d圖樣的光的波長長，故D項錯誤． 【答案】　A 考點三　實驗：用雙縫干涉測光的波長 一、實驗裝置(如圖12－4－4所示) 圖12－4－4 二、實驗方法 1．根據(jù)公式Δx＝λ得λ＝Δx. 2．用刻度尺測出雙縫到光屏的距離l，用測量頭調(diào)節(jié)清晰的干涉條紋，測出n個亮紋間的距離a，則Δx＝.雙縫間距d是已知的，這樣就可以計算出波長λ. 三、實驗步驟 1．將光源、單縫、遮光筒、毛玻璃屏依次安裝在光具座上； 2．接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光； 3．調(diào)節(jié)各器材的高度，使光源燈絲發(fā)出的一束

10、光，能沿軸線到達光屏； 4．安裝雙縫，使雙縫與單縫的縫平行，二者間距約5 cm～10 cm，觀察白光的干涉條紋； 5．在單縫和雙縫間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋，安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋； 6．使分劃板中心刻線對齊某明(或暗)條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)a1，轉(zhuǎn)動手輪使分劃板中心刻線移動，記下干涉條紋的條數(shù)n和移動后手輪的讀數(shù)a2，a1與a2的差即為n條亮紋的間距； 7．用刻度尺測量雙縫到光屏的距離l(d是已知的)； 8．重復(fù)測量、計算，求平均值作為波長的測量結(jié)果； 9．換用不同的濾光片，重復(fù)實驗． 四、注意事項 1．實驗時應(yīng)調(diào)整光源、單縫、雙縫和光屏、測量頭

11、共軸，單縫和雙縫安裝時應(yīng)豎直且相互平行，遮光筒的軸線要與光具座導(dǎo)軌平行．若不共軸或單縫與雙縫不平行則會引起干涉條紋亮度小，不清晰，不便于觀察和測量． 2．分劃板上的刻線應(yīng)與干涉條紋的亮(暗)線平行，否則會增大測量的誤差． 3．雙縫、測量頭安裝到遮光筒上時要裝到底，使各部件的定位面緊密吻合，否則會影響測量結(jié)果． 4．雙縫干涉演示儀的測量頭有兩種，一種相當于螺旋測微器，一種相當于游標卡尺，具體應(yīng)用時要加以區(qū)別． 5．測量雙縫至屏的距離l，要多次測量取平均值，同時要固定好雙縫及屏，切勿松動． 　(2012福建高考)在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中(實驗裝置如圖12－4－5)：

12、 圖12－4－5 (1)下列說法哪一個是錯誤的________．(填選項前的字母) A．調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時，應(yīng)放上單縫和雙縫 B．測量某條干涉亮紋位置時，應(yīng)使測微目鏡分劃板中心刻線與該亮紋的中心對齊 C．為了減少測量誤差，可用測微目鏡測出n條亮紋間的距離a，求出相鄰兩條亮紋間距Δx＝ (2)測量某亮紋位置時，手輪上的示數(shù)如圖12－4－6，其示數(shù)為________mm. 圖12－4－6 【解析】　(1)放上單縫和雙縫后，由于發(fā)生干涉現(xiàn)象沒法調(diào)節(jié)光源的高度，故A項錯誤． (2)按讀數(shù)規(guī)則，讀出示數(shù)為：1.5 mm＋47.00.01 mm＝1.970

13、mm. 【答案】　(1)A　(2)1.970 mm 1．一束白光通過雙縫后在屏上觀察到干涉條紋，除中央白色條紋外，兩側(cè)還有彩色條紋，其原因是(　　) A．各色光的波長不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋間距不同 B．各色光的速度不同，造成條紋的間距不同 C．各色光的強度不同，造成條紋的間距不同 D．各色光通過雙縫到達一確定點的距離不同 【解析】　各色光的頻率不同，波長不同，在屏上得到的干涉條紋的寬度不同，各種顏色的條紋疊加后得到彩色條紋．A正確． 【答案】　A 2．汽車行駛時常會滴下一些油滴，滴下的油滴在帶水路面上會形成一層薄油膜，并顯現(xiàn)彩色，這是由于(　　) A．空氣的

14、折射 B．膜的上、下表面反射形成光的干涉 C．光的衍射 D．水的折射 【解析】　白光射到油膜上，從膜的上、下表面反射回來，形成相干光源．由于各種色光波長不同，所產(chǎn)生的干涉條紋的寬度不同，所以各色光在薄膜上形成干涉條紋呈現(xiàn)彩色，所以B項正確． 【答案】　B 3．如圖12－4－7所示，讓太陽光或白熾燈光通過偏振片P和Q，以光的傳播方向為軸旋轉(zhuǎn)偏振片P或Q，可以看到透射光的強度會發(fā)生變化，這是光的偏振現(xiàn)象．這個實驗表明(　　) 圖12－4－7 A．光是電磁波　　　 B．光是一種橫波 C．光是一種縱波 D．光是概率波 【解析】　偏振現(xiàn)象是橫波特有的，光的偏振現(xiàn)象說明

15、光是一種橫波，B正確． 【答案】　B 4．如圖12－4－8所示的4幅明暗相間的條紋圖樣，分別是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋)．則下面的四幅圖從左到右排列，亮條紋的顏色依次是(　　) 圖12－4－8 A．紅　黃　藍　紫　　　　　 B．紅　紫　藍　黃 C．藍　紫　紅　黃 D．藍　黃　紅　紫 【解析】　雙縫干涉條紋是等間距的條紋，單縫衍射條紋是中間最寬、兩邊越來越窄的條紋，因此1、3是干涉條紋，2、4是衍射條紋．干涉條紋中，光的波長越長，條紋越寬，因此1是紅光，3是藍光．同一單縫衍射條紋

16、，波長越長，條紋越寬，因此2是紫光，4是黃光． 【答案】　B 5．(多選)下列說法中正確的是(　　) A．電磁波是橫波 B．為了從高頻電流中取出所攜帶的聲音信號就要進行調(diào)制 C．紅外線應(yīng)用在遙感技術(shù)中是利用了它的穿透本領(lǐng)強的特性 D．醫(yī)學上用透視或“CT”來檢查人體內(nèi)部器官，它們都 用到了X射線 【解析】　電磁波是橫波，選項A正確．為了從高頻電流中取出所攜帶的聲音信號就要進行解調(diào)，選項B錯誤．紅外線應(yīng)用在遙感技術(shù)中是利用紅外線探測器接收物體發(fā)出的紅外線，可探知被探物體的特征，選項C錯誤．醫(yī)學上用透視或“CT”來檢查人體內(nèi)部器官，它們都用到了X射線，選項D正確． 【答案】　AD

17、 6．光在科學技術(shù)、生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用，下列說法正確的是(　　) A．用透明的標準平面樣板檢查光學平面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象 B．用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的衍射現(xiàn)象 C．在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的色散現(xiàn)象 D．光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象 【解析】　用透明的標準平面樣板檢查光學平面的平整程度是利用薄膜干涉的原理，故選項A錯；用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的色散，故選項B錯；在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的全反射，故選項C錯；光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象，選項D對． 【答案】　D 7．(2010北京高考)屬于狹義相對論基本

18、假設(shè)的是：在不同的慣性系中(　　) A．真空中光速不變 B．時間間隔具有相對性 C．物體的質(zhì)量不變 D．物體的能量與質(zhì)量成正比 【解析】　狹義相對論基本假設(shè)為：一是在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的；二是真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，即光速不變原理，由此可知A屬于狹義相對論基本假設(shè)，故A正確，B、C、D錯誤． 【答案】　A 8．下列關(guān)于電磁波的說法正確的是(　　) A．均勻變化的磁場能夠在空間產(chǎn)生電場 B．電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同 C．只要有電場和磁場，就能產(chǎn)生電磁波 D．電磁波在同種介質(zhì)中只能沿直線傳播 【解析】　不管磁場怎

19、樣變化，只要是變化的磁場就可以在空間產(chǎn)生電場，所以均勻變化的磁場也能夠在空間產(chǎn)生電場，A正確；電磁波的傳播速度與介質(zhì)和頻率有關(guān)，相同頻率的電磁波在不同的介質(zhì)中傳播速度不同，故B錯誤；恒定的電場(磁場)周圍不會產(chǎn)生磁場(電場)，只有周期性變化的電場(磁場)才能產(chǎn)生電磁波，故C錯誤；電磁波只有在同種均勻介質(zhì)中才能沿直線傳播，若同一種介質(zhì)是不均勻的，電磁波在其中的折射率是不一樣的，在這樣的介質(zhì)中是沿曲線傳播的，故D錯誤． 【答案】　A 9．(2013上海高考)白光通過雙縫后產(chǎn)生的干涉條紋是彩色的，其原因是不同色光的(　　) A．傳播速度不同 B．強度不同 C．振動方向不同 D．頻率不

20、同 【解析】　白光通過雙縫后產(chǎn)生的干涉條紋是彩色的，其原因是不同色光的頻率不同． 【答案】　D 10．(2011北京高考)如圖12－4－9所示的雙縫干涉實驗，用綠光照射單縫S時，在光屏P上觀察到干涉條紋．要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以(　　) 圖12－4－9 A．增大S1和S2的間距 B．減小雙縫屏到光屏的距離 C．將綠光換為紅光 D．將綠光換為紫光 【解析】　由雙縫干涉條紋間距公式Δx＝λ可知：增大S1與S2的間距d，Δx將減小，A項錯誤；減小雙縫屏到光屏的距離L，Δx將減小，B項錯誤；紅光波長大于綠光波長，λ變大，Δx將變大，C項正確；紫光波長小于綠光波長，λ變小，Δx將變小，D項錯誤． 【答案】　C 希望對大家有所幫助，多謝您的瀏覽！