《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
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1、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
2、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
3、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,3108,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
4、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
5、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
6、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,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
7、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
8、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
9、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
10、“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“”“=”
11、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
12、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
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