《全品高考复习方案》2020届高考物理一轮复习课件：第15单元 光学 电磁波 相对论 第38讲 光的波动性 电磁波 相对论 .ppt

教材知识梳理考点互动探究教师备用习题,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,相等,白色亮,彩色,二、光的衍射 1.定义:光在传播的过程中遇到障碍物时, 直线传播绕到障碍物阴影里去的现象. 2.发生明显衍射的条件:障碍物或小孔的尺寸跟光的波长 ,甚至比光的波长 时,衍射现象明显.,偏离,差不多,还小,3.衍射图样特点 (1)单缝衍射:单色光的衍射图样为中间宽且亮的单色条纹,两侧是明暗相间的条纹,条纹宽度比中央窄且暗;白光的衍射图样为中间宽且亮的白条纹,两侧是渐窄且暗的彩色条纹. (2)圆孔衍射:明暗相间的不等距圆环. (3)圆盘衍射:明暗相间的不等距圆环,中心有一亮斑称为 亮斑(证实光的波动性).,泊松,三、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.光的偏振现象说明光是一种 波. 四、电磁场与电磁波 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围空间产生 .,一切方向,特定,横,电场,磁场,2.电磁波: 由近及远地传播形成电磁波.电磁波是 波,在空间传播不需要依靠介质.真空中电磁波的速度为 m/s;电磁波的传播速度v等于波长和频率f的乘积,即v= . 3.电磁波谱:按照电磁波的 或 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、 、紫外线、X射线、射线.,电磁场,横,3×108,f,频率,波长,可见光,五、相对论 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.,相同,相同,【辨别明理】(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能产生干涉. ( ) (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. ( ) (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. ( ),答案 (1)() (2)() (3)(×) (4)(×) (5)(×) (6)(×) (7)(×) (8)(×) (9)(×),【物理学史】 17世纪下半叶,以牛顿为首的“粒子说”和以惠更斯为首的“波动说”都能解释几何光学问题,但大家更倾向 “粒子说”.19世纪初,波动光学初步形成,其中托马斯·杨圆满地解释了“薄膜颜色”和双狭缝干涉现象,大家又倾向“波动说”.典型实验证据有:双缝干涉、单缝衍射、泊松亮斑、薄膜干涉、偏振等.1860年前后,麦克斯韦预言光就是一种电磁波,并且这个结论在1888年被赫兹的实验证实.但是同时赫兹发现了光电效应,特别是1905年爱因斯坦运用量子论解释了光电效应,这又支持了光的“粒子性”,后来还有康普顿效应.所以,光的本质是电磁波,但具有波粒二象性.最终人们意识到任何物体都有波粒二象性,即存在物质波.,考点一 光的双缝干涉现象,例1 如图38-1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2.1×10-6 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4×10-7 m; (2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10-7 m,当B光从这种 介质射向空气时,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.,图38-1,变式题 一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到干涉条纹,除中央白色亮纹外,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,考点二 用双缝干涉实验测量光的波长,考向一 实验原理与实验操作,2.实验步骤 (1)安装仪器 将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如图38-2所示. 接好光源,打开开关,使白炽灯正常发光.调节各部件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏. 安装单缝和双缝,中心位于 遮光筒的轴线上,使双缝和单 缝相互平行.,图38-2,例2 现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件,要把它们放在如图38-3所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长. (1)将白光光源C放在光具座最左端, 依次放置其他光学元件,由左至右, 表示各光学元件的字母排列顺序 应为C、 、 、 、A.,图38-3,(2)本实验的步骤有: 取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度,使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮; 按合理的顺序在光具座上放置各光学元件,并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上; 用刻度尺测量双缝到屏的距离; 用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离. 在操作步骤时还应注意 和 .,答案 (1)E D B (2)放置单缝、双缝时,必须使缝平行 单缝、双缝间的距离要适当,解析 (1)滤光片E可以从白光中选出单色红光,单缝D是获取线光源,双缝B是获得相干光源,最后成像在毛玻璃屏A上.所以排列顺序为:C、E、D、B、A. (2)在操作步骤时应注意的事项有:放置单缝、双缝时,必须使缝平行;单缝、双缝间的距离要适当;要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上.,变式题 在观察光的双缝干涉现象的实验中: (1)将激光束照在如图38-4甲所示的双缝上,在光屏上观察到的现象是图乙中的 .,图38-4,(2)换用间距更小的双缝,保持双缝到光屏的距离不变,在光屏上观察到的干涉条纹将 ;保持双缝间距不变,减小光屏到双缝的距离,在光屏上观察到的干涉条纹将 .(均选填“变宽”“变窄”或“不变”),答案 (1)A (2)变宽 变窄, 要点总结,(1)光源灯丝最好是线状灯丝,并与单缝平行且靠近; (2)实验时应调整光源、单缝、双缝和光屏、测量头共轴,单缝和双缝安装时应竖直且相互平行,遮光筒的轴线要与光具座导轨平行,若不共轴或单缝与双缝不平行,则会引起干涉条纹亮度小、不清晰,不便于观察和测量; (3)白光干涉观察到的是彩色条纹,中央亮条纹的中间部分是白色,边缘是红色.,考向二 数据处理与误差分析,例3 2015·全国卷 在双缝干涉实验中,分别用红色和绿色的激光照射同一双缝,在双缝后的屏幕上,红光的干涉条纹间距x1与绿光的干涉条纹间距x2相比,x1 (选填“”“=”或“”)x2.若实验中红光的波长为630 nm,双缝到屏幕的距离为1.00 m,测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm,则双缝之间的距离为 mm.,答案 0.300,变式题 在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,实验装置如图38-5所示. (1)某同学以线状白炽灯为光源,对实验装置进行调节并观察了实验现象后,总结出以下几点: A.灯丝与单缝和双缝必须平行放置 B.干涉条纹与双缝垂直 C.干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关 D.干涉条纹的间距与光的波长有关 以上几点中,你认为正确的是 .,图38-5,(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时,手轮上的示数如图38-6甲所示,其读数为 mm. (3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图38-6乙所示.则在这种情况下来测量干涉条纹的间距x时,测量值 (选填“大于”“小于”或“等于”)实际值.,图38-6,答案 (1)AD (2)0.700 (3)大于, 要点总结,光波波长很小,x、L的测量对波长的影响很大.L用毫米刻度尺测量,x用测量头上的游标尺测量.实验时可测多条亮条纹间距求x及采用多次测量求的平均值法减小误差.应注意: (1)干涉条纹应调整到最清晰的程度; (2)x不是亮(暗)条纹的宽度; (3)分划板刻线应与干涉条纹平行,中心刻线应恰好位于条纹中心; (4)测量多条亮条纹间的距离时,此间距中的条纹数应准确.,考点三 薄膜干涉的理解及应用,1.薄膜干涉 如图38-7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.,图38-7,2.薄膜干涉的应用 (1)检查精密零件的表面是否平整 如图38-8所示,将被检查平面和放在上面的透明标准样板的一端之间垫一薄片,使标准样板的平面与被检查平面间形成一个楔形空气薄层,单色光从上面照射,入射光在空气层的上表面a和下表面b反射出两列光波叠 加,从反射光中看到干涉条纹,根据干涉条纹的形 状来确定工件表面的情况.,图38-8,若被检查平面平整则干涉图样是等间距明暗相间的平行直条纹.若某处凹下,则对应亮(暗)条纹提前出现,如图38-9甲所示;若某处凸起,则对应亮(暗)条纹延后出现,如图乙所示.,图38-9,1.(薄膜干涉的理解)(多选)在研究材料A的热膨胀特性时,可采用如图38-10所示的干涉实验法,A的上表面是一光滑平面,在A的上方放一个透明的平行板B,B与A上表面平行,在它们之间形成一个厚度均匀的空气膜.现在用波长为的单色光垂直照射,同时对A缓慢加热,在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化.当温度为t1时最亮,然后亮度逐渐减弱至最暗;当温度升到t2时,亮度再一次回到最亮,则 ( ) A.出现最亮时,B上表面反射光与A上表面反射光叠加后加强 B.出现最亮时,B下表面反射光与A上表面反射光叠加后加强,图38-10,答案 BD,答案 ACD,3.(薄膜干涉的应用)(多选)把一个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38-11所示,这时可以看到亮暗相间的条纹.下面关于条纹的说法中正确的是 ( ) A.将薄片远离劈尖移动使劈角变小时,条纹变疏 B.将薄片向着劈尖移动使劈角变大时,条纹变疏 C.将上玻璃板平行上移,条纹向着劈尖移动 D.将上玻璃板平行上移,条纹远离劈尖移动,图38-11,答案 AC,4.(多选)如图38-12甲所示,在一块平板玻璃上放置一平薄凸透镜,在两者之间形成厚度不均匀的空气膜,让一束单一波长的光垂直入射到该装置上,结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹, 称为牛顿环,以下说法正确的是 ( ) A.干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上 表面反射光叠加形成的 B.干涉现象是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的 C.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的 D.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的,图38-12,答案 AC,考点四 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.,2.自然光与偏振光的比较 3.偏振光的应用:照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等.,1.(光的偏振)(多选)如图38-13所示,电灯S发出的光先后经过偏振片A和B,人眼在P处迎着入射光方向,看不到光亮,则 ( ) A.图中a光为偏振光 B.图中b光为偏振光 C.以SP为轴将B转过180°后,在P处将看到光亮 D.以SP为轴将B转过90°后,在P处将看到光亮,图38-13,答案 BD,解析 自然光沿各个方向发散是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只沿着某一特定方向振动的光.从电灯直接发出的光为自然光,A错误;它通过A偏振片后,即变为偏振光,B正确;设通过A的光沿竖直方向振动,P点无光亮,则B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光,将B转过180°后,P处仍无光亮,C错误;若将B转过90°,则该偏振片将变为能通过沿竖直方向振动的光的偏振片,则偏振光能通过B,即在P处有光亮,D正确.,2.(光的衍射现象)让太阳光垂直照射一块大的遮光板,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,明暗相间的黑白色条纹,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,3.(干涉与衍射)在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面看到彩色条纹,通过狭缝观察发光的白炽灯也会看到彩色条纹,这两种现象 ( ) A.都是光的衍射现象 B.都是光的干涉现象 C.前者是光的干涉现象,后者是光的衍射现象 D.前者是光的衍射现象,后者是光的干涉现象,答案 C,4.(干涉与衍射)如图38-14所示,A、B两幅图是由同一束单色光分别入射到圆孔而形成的图样,其中图A是光的 (选填“干涉”或“衍射”)图样.由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径 (选填“大于”或“小于”)图B所对应的圆孔的孔径.,图38-14,答案衍射 小于,考点五 电磁场和电磁波 相对论,1.对麦克斯韦电磁场理论的理解,2.对电磁波的理解 (1)电磁波是横波.电磁波的电场、磁场、传播方向两两垂直,如图38-15所示.,图38-15,(2)电磁波与机械波的比较,1.(对电磁波的理解)(多选)下列说法正确的是 ( ) A.根据麦克斯韦的电磁场理论,在变化的电场周围一定产生变化的磁场,在变化的磁场周围一定产生变化的电场 B.发射电磁波的两个重要条件是采用高频和开放性LC电路 C.机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象 D.机械波的传播依赖于介质,而电磁波可以在真空中传播 E.电磁波只能在真空中传播,因此当电磁波遇到介质时,会被介质挡住,答案 BCD,解析 在均匀变化的电场周围产生恒定的磁场,在均匀变化的磁场周围产生恒定的电场,选项A错误;发射电磁波时必须采用高能量且要有尽可能大的空间传播电磁波,选项B正确;干涉和衍射是波的特性,机械波、电磁波都是波,这些特性都具有,选项C正确;机械波是机械振动在介质中传播形成的,所以机械波的传播需要介质,而电磁波是交替变化的电场和磁场由近及远的传播形成的,所以电磁波传播不需要介质,选项D正确;电磁波既可以在真空中传播,也可以在介质中传播,选项E错误.,2.(电磁波谱)(多选)关于电磁波谱,下列说法正确的是 ( ) A.电磁波中最容易表现出明显衍射现象的是无线电波 B.紫外线的频率比可见光低,长时间照射可以促进钙的吸收,改善身体健康 C.X射线和射线的波长比较短,穿透力比较强 D.红外线的显著作用是热作用,温度较低的物体不能辐射红外线 E.频率越高的电磁波在真空中传播的速度越快,答案 AC,3.(多选)2016·全国卷 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 ABC,4.(多选)在狭义相对论中,下列说法正确的是 ( ) A.一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速 B.质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的 C.惯性系中的观察者,观察一个与他做相对运动的时钟时,会看到这个时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些 D.大型粒子加速器能够将带电粒子加速至光速的99.9%,如果继续加速,粒子的速度将超过光速,答案ABC,5.2016·江苏卷 一艘太空飞船静止时的长度为30 m,它以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行经过地球,下列说法正确的是 ( ) A.飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 m B.地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m C.飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c D.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c,答案B, 要点总结,(1)波长不同的电磁波,表现出不同的特性.其中波长较长的无线电波和红外线等,易发生干涉、明显的衍射现象;波长较短的紫外线、X射线、射线等,穿透能力较强. (2)电磁波谱中,相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线,如紫外线和X射线、X射线和射线都有重叠,但它们产生的机理不同.,1.某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到如图甲所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如图乙所示.他改变的实验条件可能是 ( ) A.减小光源到单缝的距离 B.减小双缝之间的距离 C.减小双缝到光屏之间的距离 D.换用频率更高的单色光源,3.下列电磁波中,波长最长的是( ) A.无线电波 B.红外线 C.紫外线 D.射线,答案 A,解析 根据电磁波谱,波长由长到短的排列顺序是无线电波、红外线、紫外线、射线,选项A正确.,5.用双缝干涉测光的波长的实验装置如图甲所示,已知单缝与双缝的距离L1=60 mm,双缝与光屏的距离L2=700 mm,单缝宽d1=0.10 mm,双缝间距d2=0.25 mm.,甲,(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮条纹的中心时,手轮上的示数如图乙所示,则对准第1条时示数x1= mm,对准第4条时示数x2= mm,相邻两条亮条纹间的距离x= mm. (2)计算波长的公式= ;求得的波长是 (保留三位有效数字)nm.,