2020年高考物理一輪復習 第15章 第67講 光的波動性 電磁波 相對論學案（含解析）（選修3-4）.doc

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第67講　光的波動性　電磁波　相對論 考點一　光的干涉、衍射和偏振 一、光的干涉 1．產(chǎn)生條件(必要) 兩列光的頻率相同，且具有恒定的相位差，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣。 2．楊氏雙縫干涉 (1)原理圖：如圖所示。 (2)產(chǎn)生明、暗條紋的條件 ①當光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)，光屏上出現(xiàn)亮條紋。 ②當光的路程差Δr＝r2－r1＝(2k＋1)(k＝0,1，2，…)，光屏上出現(xiàn)暗條紋。 (3)相鄰兩亮條紋或暗條紋間距公式：Δx＝λ。 (4)干涉圖樣 ①單色光：中央為亮條紋，兩邊為明暗相間的等距條紋。 ②白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋，且中央亮條紋是白色，這是干涉導致的色散。 3．薄膜干涉 (1)薄膜干涉原理 如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到透明薄膜上，從薄膜的兩個表面反射的兩列光波相互疊加而發(fā)生干涉。 (2)產(chǎn)生明、暗條紋的條件 在兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr，等于薄膜厚度的2倍。 ①在P1、P2處，Δr＝nλ(n＝1,2，…)，薄膜上出現(xiàn)明條紋； ②在Q處，Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2，…)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋。 (3)圖樣特點：單色光照射薄膜時形成明暗相間的條紋，白光照射薄膜時形成彩色條紋，即發(fā)生色散。同一條亮(或暗)條紋對應的薄膜的厚度相等。 (4)薄膜干涉的應用 ①增透膜：照相機、望遠鏡的鏡頭表面經(jīng)常鍍了一層透光的膜，膜的上表面與玻璃表面反射的光發(fā)生干涉，使反射光減弱，增加透光度。由于只有一定波長(頻率)的光干涉時才會相消，所以鍍膜鏡頭看起來是有顏色的。 ②干涉法檢查平整度：如圖所示，兩板之間形成一楔形空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢查平面是平整光滑的，我們會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋；若被檢查平面不平整，則干涉條紋發(fā)生彎曲。 二、光的衍射 1．產(chǎn)生明顯衍射的條件 只有當障礙物的尺寸與光的波長差不多，甚至比光的波長還小時，衍射現(xiàn)象才會明顯。 2．衍射圖樣特點 (1)單縫衍射：單色光的衍射圖樣為中間寬且亮的條紋，兩側(cè)是明暗相間的條紋，條紋寬度漸窄且暗；白光的衍射圖樣為中間寬且亮的白條紋，兩側(cè)是漸窄且暗的彩色條紋，這是衍射中的色散。 (2)除了單縫衍射，典型的還有圓孔衍射和圓盤衍射，圖樣為明暗相間的圓環(huán)，越往外圓環(huán)間距越小，其中圓盤衍射影的中心可能出現(xiàn)泊松亮斑。 3．光的干涉和衍射的比較 三、光的偏振 1．偏振：光波只沿某個特定的方向振動。 2．自然光：太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同，這種光叫做自然光。 3．偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，只沿某個特定方向振動的光。光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波。 4．偏振光的形成 (1)自然光通過偏振片后，就得到了偏振光。 (2)自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和折射，反射光和折射光就是部分偏振光或完全偏振光。 5．偏振光的理論意義及應用 (1)理論意義：光的干涉和衍射現(xiàn)象充分說明了光是波，但不能確定光波是橫波還是縱波，光的偏振現(xiàn)象說明了光波是橫波。 (2)應用：照相機鏡頭、立體電影、消除車燈眩光等。 1．(2018衡水模擬)如圖所示，市場上有種燈具俗稱“冷光燈”，用它照射物品時能使被照物品處產(chǎn)生的熱效應大大降低，從而廣泛地應用于博物館、商店等處。這種燈降低熱效應的原因之一是在燈泡后面放置的反光鏡玻璃表面上鍍一層薄膜(例如氟化鎂)，這種膜能消除不鍍膜時玻璃表面反射回來的熱效應最顯著的紅外線。以λ表示紅外線的波長，則所鍍薄膜的最小厚度應為(　　) A.λ B.λ C.λ D．λ 答案　B 解析　紅外線最顯著的特點之一就是熱效應，當光照射物體時，一般都伴隨著大量的紅外線。在燈泡后面放置的反光鏡玻璃表面上鍍一層薄膜(相當于增透膜)，當增透膜最小厚度等于紅外線在其中傳播的波長的時，燈泡發(fā)出的紅外線射到增透膜后，從增透膜的前后表面反射回來的兩束紅外線發(fā)生干涉，相互抵消，使反射的紅外線強度減弱，達到冷光效果。故B正確。 2．光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波，下列現(xiàn)象中不能反映光的偏振特性的是(　　) A．一束自然光相繼通過兩個偏振片，以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個偏振片，透射光強度發(fā)生變化 B．立體電影是利用了光的偏振現(xiàn)象 C．日落時分，拍攝水面下的景物，在照相機鏡頭前裝上偏振片可以使景象更清晰 D．光學鏡頭上的增透膜 答案　D 解析　一束自然光相繼通過兩個偏振片，以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個偏振片，當看到透射光的強度發(fā)生變化時，則說明光的振動方向與傳播方向相垂直，能反映光的偏振特性，A不符合題意；立體電影是利用了光的偏振現(xiàn)象，能反映光的偏振特性，B不符合題意；在日落時分，拍攝水面下的景物，在照相機鏡頭前裝上偏振片，由于反射光太強，加偏振片可以將反射的偏振光過濾，使圖象清晰，C不符合題意；光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象，與光的偏振無關(guān)，D符合題意。 3．[教材母題]　(人教版選修3－4 P62T3)太陽光照著一塊遮光板，遮光板上有一個較大的三角形孔。太陽光透過這個孔，在光屏上形成一個三角形光斑。請說明：遮光板上三角形孔的尺寸不斷減小時，光屏上的圖形將怎樣變化？說出其中的道理。 [變式子題]　讓太陽光垂直照射一塊大的遮光板，板上有一個可以自由收縮的三角形孔，當此三角形孔緩慢縮小直至完全閉合時，在孔后的屏上將先后出現(xiàn)(　　) A．由大變小的三角形光斑，直至光斑消失 B．由大變小的三角形光斑，明暗相間的彩色條紋，直至條紋消失 C．由大變小的三角形光斑，明暗相間的黑白色條紋，直至黑白色條紋消失 D．由大變小的三角形光斑，小圓形光斑，明暗相間的彩色條紋，直至條紋消失 答案　D 解析　三角形孔稍大時，據(jù)光的直線傳播規(guī)律，屏上應是三角形光斑；逐漸減小三角形孔，到一定程度又符合小孔成像原理，屏上呈現(xiàn)小圓形亮斑，即為太陽的像；再減小三角形孔，至其大小與光的波長可比時，屏上又會呈現(xiàn)出彩色條紋，這是光通過小孔后的衍射圖樣。D正確。 考點二　用雙縫干涉測光的波長 一、實驗目的 1．觀察白光及單色光的雙縫干涉圖樣。 2．掌握用公式Δx＝λ測定單色光的波長的方法。 二、實驗原理 如圖所示，光源發(fā)出的光，經(jīng)濾光片成為單色光，單色光通過單縫后相當于線光源，經(jīng)雙縫后產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，通過屏可以觀察到明暗相間的干涉條紋。若雙縫到屏的距離用l表示，雙縫間的距離用d表示，相鄰兩條亮條紋(暗條紋)間的距離用Δx表示，由Δx＝λ可得入射光的波長為λ＝，實驗中d是已知的，測出l、Δx即可測出光的波長λ。 三、實驗器材 雙縫干涉儀(包括：光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、光屏及測量頭，其中測量頭又包括：分劃板、目鏡、手輪等)、學生電源、導線、刻度尺。 四、實驗步驟與數(shù)據(jù)處理 1．觀察雙縫干涉圖樣 (1)將光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如圖所示。 (2)接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光。 (3)調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達光屏。 (4)安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫的縫平行，兩者間距約5～10 cm，不安裝濾光片時，可觀察白光的干涉條紋。 (5)在單縫和光源間放上紅色濾光片，觀察單色光的干涉條紋。 2．測定單色光的波長 (1)在遮光筒有光屏的一端安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋。 (2)如圖甲所示，轉(zhuǎn)動測量頭的手輪，使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，如圖乙所示，記下手輪上的讀數(shù)a1，將該條紋記為第1亮條紋；轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線移動至另一條亮條紋的中央，記下此時手輪上的讀數(shù)a2，將該亮條紋記為第n亮條紋，則相鄰兩亮條紋間距Δx＝。 (3)用刻度尺測量雙縫到光屏間的距離l。 (4)將l、d、Δx代入Δx＝λ，求出紅光的波長λ。 (5)多次重復上述步驟，求出波長的平均值。 (6)換用綠色濾光片，重復上述實驗。 五、實驗注意事項 1．放置單縫和雙縫時，必須使縫互相平行。 2．要保證光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒和屏的中心在同一條軸線上。 3．測量頭的中心刻線要對著亮紋的中心。 4．要多測幾個亮紋中心間的距離，再求Δx。 六、實驗誤差分析 1．l的測量誤差 因雙縫到屏的距離較長，l的測量應選用毫米刻度尺測量，并用多次測量求平均值的辦法減小誤差。 2．測條紋間距Δx帶來的誤差 (1)干涉條紋沒有調(diào)到最清晰的程度。 (2)分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于條紋中心。 (3)測量多條亮紋間距時讀數(shù)不準確。 1．(2018石家莊模擬)用雙縫干涉測量光的波長的實驗裝置如圖甲所示，已知單縫與雙縫間的距離L1＝100 mm，雙縫與屏的距離L2＝700 mm，雙縫間距d＝0.25 mm。用測量頭來測量相鄰亮條紋中心間的距離。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板左右移動，讓分劃板的中心刻線對準亮條紋的中心，如圖乙所示。 (1)某同學發(fā)現(xiàn)，多次實驗中，條紋有豎直的，有水平的，也有傾斜的，出現(xiàn)這些問題的原因是_____________________________。 (2)當分劃板的中心刻線對準第1個亮條紋的中心時讀數(shù)x1＝2.190 mm，對準第4個亮條紋的中心時讀數(shù)如圖丙所示，其讀數(shù)x2＝________ mm。 A．7.869 B．7.86 C．7.36 D．5.869 (3)寫出計算波長的表達式λ＝________(用d、L1、L2、x1、x2表示)，根據(jù)已知數(shù)據(jù)和(2)中測得的數(shù)據(jù)，求解得到的波長為________ nm。 答案　(1)見解析　(2)A　(3)　676 解析　(1)單縫和雙縫是豎直的，條紋就是豎直的；單縫和雙縫是水平的，條紋就是水平的；單縫和雙縫是平行且傾斜的，條紋就是傾斜的。 (2)x2＝7.869 mm。 (3)由題意知Δx＝＝ 根據(jù)Δx＝λ 得λ＝ 代入數(shù)據(jù)解得λ＝676 nm。 2．對用雙縫干涉測量光的波長的實驗： (1)備有下列儀器： A．白熾燈 B．雙縫 C．單縫 D．濾光片 E．白色光屏 把以上儀器裝在光具座上時，正確的排列順序應該是：____________(填寫字母代號)。 (2)已知雙縫到光屏之間的距離L＝500 mm，雙縫之間的距離d＝0.50 mm，單縫到雙縫之間的距離s＝100 mm，某同學在用測量頭測量時，調(diào)整手輪，在測量頭目鏡中先看到分劃板中心刻線對準A亮條紋的中心，然后他繼續(xù)轉(zhuǎn)動，使分劃板中心刻線對準B亮條紋的中心，如圖所示，前后兩次測量頭的讀數(shù)分別為x1＝11.150 mm，x2＝15.650 mm。則入射光的波長λ＝________m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 (3)實驗中發(fā)現(xiàn)條紋太密，難以測量，可以采用的改善辦法有________。 A．改用波長較長的光(如紅光)作為入射光 B．增大雙縫到屏的距離 C．增大雙縫到單縫的距離 D．增大雙縫間距 答案　(1)ADCBE(2)6.410－7(3)AB 解析　(1)正確的排列次序應該是ADCBE。 (2)條紋間距Δx＝≈0.64 mm。則λ＝Δx＝6.410－7 m。 (3)由Δx＝λ可知，要增大條紋間距，可用波長更長的入射光或增大雙縫到屏的距離、減小雙縫間距，故A、B正確，C、D錯誤。 考點三　電磁波與相對論 一、電磁場理論與電磁波 1．麥克斯韋電磁場理論 變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場，變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場。 2．電磁波 (1)電磁場在空間由近及遠的傳播，形成電磁波。 (2)電磁波是橫波。電磁波的電場、磁場、傳播方向三者兩兩垂直，如圖所示。 (3)與機械波不同，電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可在真空中傳播，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度相同(都等于光速)。c＝λf。 (4)機械波在介質(zhì)中傳播的速度只與介質(zhì)有關(guān)，而電磁波在介質(zhì)中傳播的速度與介質(zhì)和頻率均有關(guān)。v＝λf。 (5)電磁波具有反射、折射、衍射、干涉的特性。 3．電磁波的發(fā)射與接收 (1)電磁波的發(fā)射 ①發(fā)射條件：應用開放電路；振蕩頻率足夠高。 ②調(diào)制：為了利用電磁波傳遞聲音、圖像等信號，就要對傳輸信號進行調(diào)制，常用的調(diào)制方式有兩種： a．調(diào)幅：使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變。 b．調(diào)頻：使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變。 (2)電磁波的接收 ①當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相等時，激起的振蕩電流最強，這就是電諧振現(xiàn)象。 ②使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧。能夠調(diào)諧的接收電路叫做調(diào)諧電路。 ③從經(jīng)過調(diào)制的高頻電流中“檢”出調(diào)制信號的過程，叫做解調(diào)。它是調(diào)制的逆過程。調(diào)幅波的解調(diào)也叫做檢波。 4．電磁波譜 按照電磁波的波長或頻率的大小順序把它們排列成譜叫做電磁波譜。 按波長由長到短排列的電磁波譜為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。 (1)對電磁波譜的理解 ①波長不同的電磁波，表現(xiàn)出不同的特性。其中波長較長的無線電波和紅外線等，易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象；波長較短的紫外線、X射線、γ射線等，穿透能力較強。 ②電磁波譜中，相鄰兩波段的電磁波的波長并沒有很明顯的界線，如紫外線和X射線、X射線和γ射線都有重疊，但它們產(chǎn)生的機理不同。 (2)不同電磁波的特點及應用 ①無線電波波動性強，應用于通信、廣播、天體物理研究。 ②紅外線熱效應強，應用于遙控、遙測、加熱、紅外攝像、紅外制導。 ③可見光感光性強，應用于照明、照相等。 ④紫外線化學作用、熒光效應強，應用于殺菌、防偽等。 ⑤X射線穿透力強，應用于檢查、探測、醫(yī)用透視。 ⑥γ射線穿透力最強，應用于工業(yè)探傷、醫(yī)用治療。 二、相對論初步 1．經(jīng)典的相對性原理 (1)表述一：力學規(guī)律在任何慣性系中都是相同的。 (2)表述二：在一個慣性參考系內(nèi)進行的任何力學實驗都不能判斷這個慣性參考系是否相對于另一個慣性系做勻速直線運動。 (3)表述三：任何慣性參考系都是平權(quán)的。 2．狹義相對論的兩個基本假設(shè) (1)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。 3．狹義相對論的幾個結(jié)論 (1)長度的相對性 狹義相對論中的長度公式l＝l0中，l0是相對于桿靜止的觀察者測出的桿的長度，而l可認為桿沿桿的長度方向以速度v運動時，靜止的觀察者測出的桿的長度，還可以認為是桿不動，而觀察者沿桿的長度方向以速度v運動時測出的桿的長度。 (2)時間間隔的相對性 時間間隔的相對性公式Δt＝中，Δτ是相對事件發(fā)生地靜止的觀察者測量同一地點的兩個事件發(fā)生的時間間隔，而Δt則是相對于事件發(fā)生地以速度v運動的觀察者測量同一地點的同樣兩個事件發(fā)生的時間間隔。也就是說：在相對運動的參考系中觀測，事件變化過程的時間間隔變大了，這就是狹義相對論中的時間膨脹(動鐘變慢)。 (3)相對論的質(zhì)速關(guān)系 ①物體的質(zhì)量隨物體速度的增大而增大，物體以速度v運動時的質(zhì)量m與靜止時的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系：m＝。 ②物體運動時的質(zhì)量總要大于靜止時的質(zhì)量m0。 (4)相對論質(zhì)能關(guān)系 用m表示物體的質(zhì)量，E表示它具有的能量，則愛因斯坦質(zhì)能方程為E＝mc2。 1．間諜衛(wèi)星上裝有某種遙感照相機，可用來探測軍用和民用目標。這種照相機能拍到晚上關(guān)燈行駛的汽車，即使車隊離開也瞞不過它。這種遙感照相機敏感的電磁波屬于(　　) A．可見光波段 B．紅外波段 C．紫外波段 D．X射線波段 答案　B 解析　紅外線是看不見的光，它的波長比可見光的紅光還長，它的熱作用比較強，并且不同的物體輻射的紅外線的波長和強度不同，利用靈敏的紅外線探測器吸收物體發(fā)出的紅外線，然后用電子儀器對接受到的信號進行處理，就可以察知被探物體的特征，可制成熱譜儀、夜視儀等，題中這種遙感照相機敏感的電磁波屬于紅外線。B正確。 2．(2016全國卷Ⅱ)(多選)關(guān)于電磁波，下列說法正確的是(　　) A．電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關(guān) B．周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā)，形成電磁波 C．電磁波在真空中自由傳播時，其傳播方向與電場強度、磁感應強度均垂直 D．利用電磁波傳遞信號可以實現(xiàn)無線通信，但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸 E．電磁波可以由電磁振蕩產(chǎn)生，若波源的電磁振蕩停止，空間的電磁波隨即消失 答案　ABC 解析　電磁波在真空中的傳播速度為3108 m/s，與頻率無關(guān)，A項正確；由麥克斯韋電磁場理論可知，B項正確；變化的電場和磁場相互激發(fā)，且相互垂直，形成的電磁波的傳播方向與電場和磁場均垂直，C項正確；電磁波可以通過電纜、光纜傳播，D項錯誤；電磁振蕩停止后，電磁波可以在空間繼續(xù)傳播，直到能量消耗完為止，E項錯誤。 3．[教材母題]　(人教版選修3－4 P104T4)A、B、C是三個完全相同的時鐘，A放在地面上，B、C分別放在兩個火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飛行，vB＜vC。地面上的觀察者認為哪個時鐘走得最慢？哪個走得最快？ [變式子題]　(多選)用相對論的觀點判斷，下列說法正確的是(　　) A．時間是絕對的，空間是相對的 B．時間和空間都是絕對的，在任何參考系中一個事件發(fā)生的時間和一個物體的長度總不會改變 C．在地面上的人看來，高速運動的飛船中的時鐘會變慢，但是飛船中的宇航員卻看到時鐘是準確的 D．在地面上的人看來，高速運動的飛船在運動方向上會變窄，而飛船中的宇航員卻感覺到地面上的人看起來比飛船中的人扁一些 E．當物體運動的速度v?c時，“時間膨脹”和“長度收縮”效應可忽略不計 答案　CDE 解析　時間和空間都是相對的，A、B錯誤；根據(jù)“時間膨脹”和“長度收縮”效應，C、D正確；當速度v?c時，1－2≈1，所以“時間膨脹”和“長度收縮”效應可忽略不計，E正確。 課后作業(yè) [鞏固強化練] 1．(多選)下列說法正確的是(　　) A．肥皂泡呈現(xiàn)的彩色是光的干涉現(xiàn)象，露珠呈現(xiàn)的彩色是光的色散現(xiàn)象，通過狹縫看太陽光呈現(xiàn)的彩色是光的衍射現(xiàn)象 B．光纖通信、全息照相及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的全反射原理 C．做雙縫干涉實驗時，用綠光照射單縫，在光屏P上觀察到干涉條紋，用紅光代替綠光照射單縫將得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣 D．相對論認為：豎直向上高速運動的球在水平方向上變扁了 E．在真空中傳播的電磁波，當它的頻率增加時，它的傳播速度不變，波長變短 答案　ACE 解析　根據(jù)光現(xiàn)象的成因知，A正確；全息照相不是利用光的全反射原理，而是和光的干涉有關(guān)，B錯誤；由Δx＝λ可知用紅光代替綠光，波長變大，相鄰條紋間距變大，C正確；相對論認為：高速運動的物體在運動方向上長度變短，D錯誤；在真空中傳播的電磁波，傳播速度不變，由v＝λf知頻率增加時，波長變短，E正確。 2．(多選)關(guān)于電磁波譜，下列說法中正確的是(　　) A．X射線對生命物質(zhì)有較強的作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變 B．γ射線是波長最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高 C．紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射 D．在電磁波譜中，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是γ射線 E．在電磁波譜中，無線電波一般可用于通信 答案　ABE 解析　紫外線比紫光的波長短，更不容易發(fā)生干涉和衍射，C錯誤；在電磁波譜中，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是無線電波，D錯誤。A、B、E的說法正確。 3．關(guān)于光的性質(zhì)，下列說法不正確的是(　　) A．光在介質(zhì)中的速度小于光在真空中的速度 B．雙縫干涉說明光具有粒子性 C．光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播 D．光的衍射現(xiàn)象說明光是一種波 答案　B 解析　由n＝>1可得A正確；干涉、衍射是波所特有的現(xiàn)象，所以B錯誤，D正確；光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播，C正確。 4．愛因斯坦相對論的提出，是物理學思想的重大革命，因為它(　　) A．揭示了時間、空間并非絕對不變的屬性 B．借鑒了法國科學家拉瓦錫的學說 C．否定了牛頓力學的原理 D．修正了能量、質(zhì)量互相轉(zhuǎn)化的理論 答案　A 解析　狹義相對論和廣義相對論揭示了時空的可變性，使人們能進一步去研究高速運動的物體，A正確。拉瓦錫是著名化學家，B錯誤。牛頓的經(jīng)典力學體系適用對象是低速、宏觀物體，是相對論低速時的特例，所以相對論并沒有否定牛頓力學的原理，C錯誤。質(zhì)能方程是愛因斯坦首先提出的，D錯誤。 5．(多選)下列說法正確的是(　　) A．偏振光可以是橫波，也可以是縱波 B．光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象 C．光纖通信及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的全反射原理 D．X射線在磁場中能偏轉(zhuǎn)，穿透能力強，可用來進行人體透視 E．聲源與觀察者相對靠近時，觀察者所接收的頻率大于聲源振動的頻率 答案　BCE 解析　光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波，偏振光是橫波，A錯誤；光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象，B正確；用光導纖維傳播信號是利用了光的全反射，C正確；X射線穿透力較強，但它不帶電，不能在磁場中偏轉(zhuǎn)，D錯誤；根據(jù)多普勒效應可知聲源與觀察者相對靠近時，觀察者所接收的頻率大于聲源振動的頻率，E正確。 6．對于機械波和電磁波，下面說法中正確的是(　　) A．它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象 B．它們在本質(zhì)上是相同的，只是頻率不同而已 C．它們都可能是橫波，也可能是縱波 D．機械波的傳播速度只取決于介質(zhì)，跟頻率無關(guān)；而電磁波的傳播速度與介質(zhì)無關(guān)，只跟頻率有關(guān) 答案　A 解析　機械波和電磁波本質(zhì)是不同的，但都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象，故A正確，B錯誤；電磁波是橫波，電磁波的傳播速度不僅與介質(zhì)有關(guān)，也跟頻率有關(guān)，C、D錯誤。 7.如圖所示，在雙縫干涉實驗中，S1和S2為雙縫，P是光屏上的一點，已知P點與S1、S2距離之差為2.110－6 m，分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實驗，問P點是亮條紋還是暗條紋？ (1)已知A光在折射率為n＝1.5的介質(zhì)中波長為410－7 m； (2)已知B光在某種介質(zhì)中波長為3.1510－7 m，當B光從這種介質(zhì)射向空氣時，臨界角為37； (3)若讓A光照射S1，B光照射S2，試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象。 答案　(1)暗條紋 (2)亮條紋 (3)見解析 解析　(1)設(shè)A光在空氣中波長為λ1，在介質(zhì)中波長為λ2，由n＝， 得λ1＝nλ2＝1.5410－7 m＝610－7 m。 路程差Δr＝2.110－6 m 所以N1＝＝＝3.5 從S1和S2到P點的路程差是波長λ1的3.5倍，即的7倍，所以P點為暗條紋。 (2)根據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系sinC＝得 n′＝＝ 由此可知，B光在空氣中波長為 λ1′＝n′λ2′＝3.1510－7 m＝5.2510－7 m 故N2＝＝＝4 可見路程差為波長的整數(shù)倍，則用B光做光源，P點為亮條紋。 (3)若讓A光和B光分別照射S1和S2，因為A光和B光的頻率不同，所以不能發(fā)生干涉，在屏上不會出現(xiàn)干涉條紋，但在光屏上仍能觀察到亮光。 [真題模擬練] 8．(2018北京高考)用雙縫干涉實驗裝置得到白光的干涉條紋，在光源與單縫之間加上紅色濾光片后(　　) A．干涉條紋消失 B．彩色條紋中的紅色條紋消失 C．中央條紋變成暗條紋 D．中央條紋變成紅色 答案　D 解析　當用白光做干涉實驗時，頻率相同的色光，相互疊加干涉，在光屏上形成彩色條紋，中央形成白色的亮條紋；當在光源與單縫之間加上紅色濾光片后，只有紅光能通過單縫，然后通過雙縫后相互疊加干涉，在光屏上形成紅色干涉條紋，光屏中央為加強點，所以中央條紋變成紅色亮條紋，A、B、C錯誤，D正確。 9．(2017全國卷Ⅱ)(多選)在雙縫干涉實驗中，用綠色激光照射在雙縫上，在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣。若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，可選用的方法是(　　) A．改用紅色激光 B．改用藍色激光 C．減小雙縫間距 D．將屏幕向遠離雙縫的位置移動 E．將光源向遠離雙縫的位置移動 答案　ACD 解析　在雙縫干涉實驗中相鄰亮條紋的間距Δx＝λ，因此要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距可減小雙縫間的距離，增大屏幕與雙縫的距離，換用波長更長或頻率更小的光做光源。故選A、C、D。 10．(2017江蘇高考)(多選)接近光速飛行的飛船和地球上各有一只相同的銫原子鐘，飛船和地球上的人觀測這兩只鐘的快慢，下列說法正確的有(　　) A．飛船上的人觀測到飛船上的鐘較快 B．飛船上的人觀測到飛船上的鐘較慢 C．地球上的人觀測到地球上的鐘較快 D．地球上的人觀測到地球上的鐘較慢 答案　AC 解析　飛船上的人觀察鐘表時，是以飛船為參考系，看到地球上的鐘表在高速運動，觀察到地球上的鐘慢，飛船上的鐘快，選項A正確，B錯誤；同理地球上的人是以地球為參考系，觀察結(jié)果是地球上的鐘快，飛船上的鐘慢，選項C正確，D錯誤。 11．(2016天津高考)如圖所示是a、b兩光分別經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后在屏上形成的干涉圖樣，則(　　) A．在同種均勻介質(zhì)中，a光的傳播速度比b光的大 B．從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時a光臨界角大 C．照射在同一金屬板上發(fā)生光電效應時，a光的飽和電流大 D．若兩光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，產(chǎn)生a光的能級能量差大 答案　D 解析　由干涉條紋間距Δx＝λ可知，λa<λb，可知νa>νb。同種均勻介質(zhì)，對頻率大的光折射率更大，即na>nb，光在介質(zhì)中的傳播速度v＝，故vaEb，D正確。 12．(2018南充模擬)下列說法正確的是(　　) A．全息照片的拍攝利用了光的衍射原理 B．只有發(fā)生共振時，受迫振動的頻率才等于驅(qū)動力頻率 C．高速飛離地球的飛船中的宇航員認為地球上的時鐘變慢 D．鳴笛汽車駛近路人的過程中，路人聽到的聲波頻率與該波源的頻率相比減小 答案　C 解析　全息照相利用了激光的頻率單一，相干性好的特點，利用了光的干涉原理，故A錯誤；受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，當驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率時發(fā)生共振，故B錯誤；根據(jù)愛因斯坦相對論可知，t＝，所以高速飛離地球的飛船中的宇航員認為地球上的時鐘變慢，故C正確；根據(jù)多普勒效應可知，鳴笛汽車駛近路人的過程中，路人聽到的聲波頻率與該波源的頻率相比增大，故D錯誤。 13．(2018淮安質(zhì)檢)(多選)下列說法中正確的是(　　) A．地面附近有一高速水平飛過的火箭，地面上的人觀察到“火箭長度”要比火箭上的人觀察到的短一些 B．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，往往在鏡頭前加一個偏振片以減弱反射光的強度 C．在同種均勻介質(zhì)中傳播的聲波，頻率越高，波長也越長 D．玻璃內(nèi)氣泡看起來特別明亮，是因為光線從氣泡中射出的原因 答案　AB 解析　根據(jù)相對論可知，地面附近高速水平飛過的火箭，地面上的人觀察到的火箭長度比火箭上的人觀察到的要短一些，故A正確；拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，往往在鏡頭前加一個偏振片以減弱玻璃反射的光的強度，故B正確；在同種均勻介質(zhì)中傳播的聲波，波速一定，根據(jù)公式v＝λf可得，頻率越高，波長越短，C錯誤；玻璃中的氣泡看起來特別明亮是因為光從玻璃射向氣泡時，一部分光在界面上發(fā)生了全反射，D錯誤。 14．(2018湖南名校聯(lián)考)(多選)如圖所示，光源S從水下向真空發(fā)射一束由紅光和藍光組成的復色光，在A點該復色光分成a、b兩束，則下列說法正確的是(　　) A．b光是藍光 B．射出水面前a光的傳播速度較大，射出水面后a、b光傳播速度相同 C．逐漸增大入射角，a光最先發(fā)生全反射 D．b光比a光更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 E．a(chǎn)、b兩束光在任何情況下都不可以產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象 答案　ABE 解析　根據(jù)n＝，結(jié)合光路圖可知，b光折射率較大，b光是藍光，A正確；a光是紅光，折射率較小，由n＝知，射出水面前a光的傳播速度較大，射出水面后a、b光傳播速度相同，均為光速c，B正確；由n＝可知，b光的全反射臨界角較小，故逐漸增大入射角，b光最先發(fā)生全反射，C錯誤；a光波長比b光波長長，故a光更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，D錯誤；產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件是兩束光頻率相同，故知a、b兩束光在任何情況下都不可能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，E正確。 15．(2018江蘇高考)(1)梳子在梳頭后帶上電荷，搖動這把梳子在空中產(chǎn)生電磁波。該電磁波________。 A．是橫波 B．不能在真空中傳播 C．只能沿著梳子搖動的方向傳播 D．在空氣中的傳播速度約為3108 m/s (2)兩束單色光A、B的波長分別為λA、λB，且λA>λB，則________(選填“A”或“B”)在水中發(fā)生全反射時的臨界角較大。用同一裝置進行楊氏雙縫干涉實驗時，可以觀察到________(選填“A”或“B”)產(chǎn)生的條紋間距較大。 答案　(1)AD　(2)A　A 解析　(1)搖動的梳子在空中產(chǎn)生電磁波，電磁波是橫波，A正確；電磁波能在真空中傳播，B錯誤；電磁波傳播的方向與振動方向垂直，C錯誤；電磁波在空氣中傳播的速度約為3108 m/s，D正確。 (2)波長越長，頻率越小，折射率越小，根據(jù)sinC＝，可知臨界角越大，所以A光的臨界角大；雙縫干涉條紋的間距Δx＝λ，因為A光的波長較長，所以A光產(chǎn)生的條紋間距較大。