2017届高考物理一轮总复习 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论 第4讲 光的波动性 电磁波 相对论_图文

第 4 讲 光的波动性 电磁波 相对论

基础

知识回顾

知识点一 光的干涉 1.光的干涉 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 间隔的现象叫做光的干涉现象. 2.干涉条件 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.

3.双缝干涉 由同一光源发出的光经双缝后,在屏上出现明暗相间的 条纹.白光的双缝干涉的条纹是中央为 白色 条纹,两边为 彩色 条纹,单色光的双缝干涉中相邻两个亮条纹或暗条纹
的中心间距为 Δx=dl λ.l 为双缝到光屏的距离,d 为两缝之间 的距离.
4.薄膜干涉 利用薄膜(如肥皂液薄膜) 前后两面 反射的光相遇而形 成的.干涉图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度 相同 .

知识点二 光的衍射 1.光的衍射现象 光在遇到障碍物时,偏离直线传播方向而照射到阴影区 域的现象. 2.光发生明显衍射现象的条件 当孔或障碍物的尺寸比光波波长小,或者跟光波波长 相差不多 时,光才能发生明显的衍射现象.

3.衍射图样 (1)单缝衍射:中央为亮条纹,向两侧有明暗相间的条纹, 但间距和亮度不同.白光衍射时,中央仍为白光,最靠近中 央的是 紫光 ,最远离中央的是 红光 . (2)圆孔衍射:明暗相间的不等距圆环. (3)泊松亮斑:光照射到一个半径很小的圆板后,在圆板 的阴影中心出现 亮 斑,这是光能发生衍射的有力证据之一.

知识点三 光的偏振 1.偏振光:在跟光传播方向垂直的平面内,光振动在某 一方向较强而在另一些方向振动较弱的光即为偏振光.光的 偏振现象证明光是 横波 (填“横波”或“纵波”). 2.自然光:太阳、电灯等普通光源发出的光,包括在垂 直于传播方向上沿 各个方向 振动的光,而且沿各个方向振 动的光波的强度都相同,这种光叫做自然光. 3.偏振光的产生:通过两个共轴的偏振片观察自然光, 第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光,叫做起偏器, 第二个偏振片的作用是检验光是否是偏振光,叫做 检偏器 .

知识点四 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.电磁场 变化电场在周围空间产生磁场,变化磁场在周围空间产 生电场,变化的电场和磁场总是相互联系成为一个完整的整 体,这就是电磁场.

3.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是 相同 的(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.

4.电磁波的发射 (1)发射条件: 开放 电路和 高频振荡 信号,所以要 对传输信号进行 调制 (包括调幅和调频). (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.调幅 广播(AM)一般使用中波和短波波段. ②调频:使高频电磁波的 频率 随信号的强弱而变.调频 广播(FM)和电视广播都采用调频的方法调制.

5.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做 调谐 .能够调谐 的接收电路叫做 调谐 电路. (3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程, 叫做 检波 .检波是 调制 的逆过程,也叫做 解调 .

6.电磁波谱

知识点五 狭义相对论的基本假设 质速关系、相对论 质能关系式
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加而 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:
m0 m=_____1_-__????v_c_????2_. (2)物体运动时的质量总要 大于 静止时的质量 m0. 3.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 .

1.光的颜色取决于折射率( ) [答案] × 2.只有频率相同的两列光波才能产生干涉( ) [答案] √

3.在双缝干涉实验中,双缝的作用是使白光变成单色光

[答案] ×

()

4.自然光是偏振光( )

[答案] ×

5.电磁波的传播需要介质( )

[答案] ×

6.电场周围一定存在磁场,磁场周围一定存在电场

[答案] ×

()

7.电谐振就是电磁振荡中的“共振”( )
[答案] √ 8.无线电波不能发生干涉和衍射现象( ) [答案] ×

9.波长不同的电磁波在本质上完全相同( )
[答案] √ 10.真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的( ) [答案] × 11.若物体能量增大,则它的质量增大( )
[答案] √

考点

互动探究

[核心提示] 2 个条件:光发生干涉和衍射的条件 3 种现象:光的干 涉、光的衍射和光的偏振 1 个区别:干涉图象和衍射图象 的区别 1 个公式:双缝条纹间距公式:Δx=dl λ 1 个理论: 麦克斯韦电磁场理论 2 种假设:爱因斯坦狭义相对论的两 个基本假设

考点一 光的干涉、衍射及偏振 1.光的干涉 (1)明暗条纹的判断方法 ①单色光

a.如右图所示,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.
b.光的路程差 r2-r1=(2k+1)2λ(k=0,1,2……)时,光屏 上出现暗条纹.
②白光:光屏上出现彩色条纹. ③中央条纹为明条纹.

(2)双缝干涉条纹是等间距的,相邻明条纹(或暗条纹)间 的距离 Δx 与波长成正比(装置已确定的情况下).即 Δx=dl λ.
(3)薄膜干涉(等原干涉)
①如右图所示,竖直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形 成上薄下厚的楔形.

②光照射到薄膜上时,在膜的前表面 AA′和后表面 BB′分别反射出来,形成两列频率相同的光波,并且叠加.
③原理分析 单色光 a.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=1,2,3…),薄膜上出现明 条纹. b.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)2λ(n=0,1,2,3…),薄膜上出现暗 条纹. 白光:薄膜上出现水平彩色条纹.

(4)薄膜干涉的应用 干涉法检查平面如右图所示,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.

2.光的干涉和衍射的比较 (1)干涉和衍射的比较

内容 现象
产生条件 典型实验

干涉
在光重叠区域 出现加强或减 弱的现象
两束光频率相 同、相位差恒 定
杨氏双缝实验

衍射
光绕过障碍物偏离直线 传播的现象
障碍物或孔的尺寸与波 长差不多或更小
单缝衍射(圆孔衍射、 不透明圆盘衍射)

条纹 条纹宽度相 条纹宽度不等,中央最

宽度 等





不 同

条纹 各相邻条纹 间距 间距相等

各相邻条纹间距不等

样 特 点



亮度 情况

清晰条纹, 亮度基本相 等

中央条纹最亮,两边变 暗

相同点

干涉、衍射都是波特有的现象;干涉、 衍射都有明暗相间的条纹

(2)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.

[跟踪训练] 1.(2014·江苏卷)某同学用单色光进行双缝干涉实验,在 屏上观察到右图甲所示的条纹,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

[解析] 根据条纹间距公式 Δx=dl λ 可知,若增大条纹间 距,可以采取的措施有:换用波长更长、频率更低的单色光 源,减小双缝间的距离 d,增大双缝到屏的距离 l,故选项 B 正确.
[答案] B

2.下图所示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 C.蓝紫红黄

B.红紫蓝黄 D.蓝黄红紫

[解析] 由双缝干涉条纹间隔公式可知,左侧第一个是 红光通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样,第三个是蓝 光通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样;由单缝衍射可 知,左侧第二个是紫光通过同一个单缝形成的衍射图样,左 侧第四个是黄光通过同一个单缝形成的衍射图样,所以选项 B 正确.
[答案] B

3.(多选)(2015·上海虹口二模)英国物理学家托马斯·杨巧 妙地解决了相干光源问题,第一次在实验室观察到了光的干涉 现象.下图为实验装置简图,M 为竖直线状光源,N 和 O 均 为有狭缝的遮光屏,P 为像屏.现有四种刻有不同狭缝的遮光 屏,实验时正确的选择是( )

A.N 应选用遮光屏 1 C.O 应选用遮光屏 2

B.N 应选用遮光屏 3 D.O 应选用遮光屏 4

[解析] 根据双缝干涉的原理可知,N 应选用单缝遮光 屏 1,O 应选用双缝光屏 2,故 A、C 正确.
[答案] AC

考点二 电磁场和电磁波 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、传播方向三者 两两垂直,如图所示.

(2)电磁波与机械波的比较

名称 项目

电磁波

机械波

产生

由周期性变化的电 由质点(波源)的

场、磁场产生

振动产生

波的特点

横波

纵波或横波

波速

在真空中等于光速 在空气中不大(如

(很大),c=3×108 声波波速在空气

m/s

中一般为340 m/s)

是否需要 不需要介质(在真空 必须有介质(真空

介质 中仍可传播)

中不能传播)

能量传播

电磁能

机械能

3.对电磁波谱的四点说明 (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、衍射现象;波长较 短的紫外线、X 射线、γ 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 γ 射线都有重叠.

(3)不同的电磁波,产生的机理不同,无线电波是振荡电 路中自由电子的周期性运动产生的;红外线、可见光、紫外 线是原子的外层电子受到激发后产生的;X 射线是原子的内 层电子受到激发后产生的;γ 射线是原子核受到激发后产生 的.
(4)电磁波的能量随频率的增大而增大.

[跟踪训练] 1.(多选)应用麦克斯韦的电磁场理论判断如图所示的电 场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图象中(每个选项中的上 图是表示变化的场,下图是表示变化的场产生的另外的场), 正确的是( )

[解析] A 图中的上图磁场是稳定的,由麦克斯韦的电磁 场理论可知周围空间不会产生电场,A 错误;B 图中的上图 是均匀变化的电场,应该产生稳定的磁场,下图的磁场是稳 定的,B 正确;C 图中的上图是振荡的磁场,它能产生同频 率的振荡电场,且相位相差π2,C 正确;D 图的上图是振荡电 场,在其周围空间产生振荡的磁场,但是下图与上图相比较,
相位相差应为π2而不是 π,D 错误. [答案] BC

2.(2014·四川卷)电磁波已广泛运用于很多领域.下列关 于电磁波的说法符合实际的是( )
A.电磁波不能产生衍射现象 B.常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视 机 C.根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运 动速度 D.光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值 可能不同

[解析] 干涉、衍射是波所特有的现象,所以电磁波能 产生衍射现象,选项 A 错误;常用的遥控器是通过发出红外 线来遥控电视机的,选项 B 错误;利用多普勒效应可以判断 遥远天体相对地球的速度,选项 C 正确;根据光速不变原理, 在不同的惯性系中,光速是相同的,选项 D 错误.
[答案] C

3.(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干涉、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 γ 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

[解析] 无线电波的波长长,易发生衍射现象,A 正确.紫 外线的频率比可见光高,B 错.任何物体都能辐射红外线, D 错.故选 A、C.
[答案] AC

4.关于电磁波,下列说法正确的是( ) A.雷达是用 X 光来测定物体位置的设备 B.使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调 C.用红外线照射时,大额钞票上用荧光物质印刷的文 字会发出可见光 D.变化的电场可以产生磁场

[解析] 雷达是用微波测定物体的位置的设备,A 错; 使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制,B 错;使钞票上 的荧光物质发出可见光的是紫外线,C 错;根据麦克斯韦电 磁场理论,变化的电场可以产生磁场,D 正确.
[答案] D

考点三 狭义相对论的简单应用 1.对“同时”的相对性的理解 (1)经典的时空观:在同一个惯性系中不同地点同时发生 的两个事件,在另一个惯性系中观察也是同时的. (2)相对论的时空观:“同时”具有相对性,即在同一个 惯性系中不同地点同时发生的两个事件,在另一个惯性系中 观察就不一定是同时发生的.

2.对“长度的相对性”的理解:狭义相对论中的长度公 式:l=l0 1-????vc????2中,l0 是相对于杆静止的观察者测出的杆 的长度,而 l 可认为杆沿杆的长度方向以速度 v 运动时,静 止的观察者测量的长度,还可以认为是杆不动,而观察者沿 杆的长度方向以速度 v 运动时测出的杆的长度.

3.对“时间间隔的相对性”的理解:时间间隔的相对性

公式:Δt=

Δτ 中 1-????vc ????2

Δτ

是相对事件发生地静止的观察者

测量同一地点的两个事件发生的时间间隔,而 Δt 则是相对于

事件发生地以速度 v 运动的观察者测量同一地点的同样两个

事件发生的时间间隔.也就是说:在相对运动的参考系中观

测,事件变化过程的时间间隔变大了,这叫作狭义相对论中

的时间膨胀.(动钟变慢)

4.对相对论速度变换公式的理解:速度变换公式 u= 1u+′u+′c2vv.式中 u 是物体相对静止参考系的速度,v 是运动参 考系相对静止参考系的速度,u′是物体相对运动参考系的速 度(u′与 v 同向取正值,反之取负值).

长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关, 物体在运动方向长度缩短了.一艘宇宙飞船的船身长度为 L0 =90 m,相对地面以 u=0.8c 的速度在一观测站的上空飞过.
(1)观测站的观测人员测得飞船的船身通过观测站的时 间间隔是多少?
(2)宇航员测得船身通过观测站的时间间隔为多少?

[尝试解答] (1)观测站测得船身的长度为 L=L0 1-u2/c2=90 1-0.82 m=54 m 通过观测站的时间间隔为 Δt=Lu=504.8mc =2.25×10-7 s (2)宇宙员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为 Δt=Lu0 =900.8mc =3.75×10-7 s. [答案] (1)2.25×10-7 s (2)3.75×10-7 s

[跟踪训练]

1.(多选)对于公式 m=

m0 ,下列说法中正确的是 1-????vc ????2

() A.公式中的 m0 是物体以速度 v 运动时的质量 B.当物体运动速度 v>0 时,物体的质量 m>m0,即物体 的质量改变了,故经典力学不再适用

C.当物体以较小的速度运动时,质量变化十分微小, 经典力学理论仍然适用,只有当物体以接近光速的速度运动 时,质量变化才明显,故经典力学仅适用于低速运动,而不 适用于高速运动
D.通常由于物体的速度太小,质量的变化不能引起我 们的感觉,在分析地球上物体的运动时,不必考虑质量变化

[解析] 公式中的 m0 是物体的静止时的质量,在 v 远小 于光速时,经典力学依然成立,故 A、B 错,C、D 对.
[答案] CD

2.关于狭义相对论的说法,不正确的是( ) A.狭义相对论认为在不同的惯性参考系中,一切物理 规律都是相同的 B.狭义相对论认为在一切惯性参考系中,光在真空中 的速度都等于 c,与光源的运动无关 C.狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系 D.狭义相对论任何情况下都适用

[解析] 狭义相对论认为在不同的惯性参考系中,一切 物理规律都是相同的,选项 A 正确;狭义相对论认为在一切 惯性参考系中,光在真空中的速度都等于 c(光速不变原理), 与光源的运动无关,选项 B 正确;狭义相对论只涉及无加速 运动的惯性系,故选项 C 正确,D 错误.
[答案] D

3.(1)你站在一条长木杆的中央附近,并且看到木杆落 在地上时是两头同时落地.所以,你认为这木杆是平着落到 了地上.而此时飞飞同学正以接近光速的速度从木杆前面掠 过,如图所示.她看到( )
A.两端同时落地 B.A 端比 B 端先落地 C.B 端比 A 端先落地 D.木杆是向右倾斜着落地的

(2)一张宣传画是边长为 5 m 的正方形,一高速列车以 2×108 m/s 速度接近此宣传画,在司机看来,这张宣传画是 什么样子?
(3)远方的一颗星以 0.8c 的速度离开地球,在地球上测得 它辐射出来的闪光按 5 昼夜的周期变化,求在此星球上测其 闪光周期为多大?

[解析] (1)令飞飞同学所在的参考系静止,则人和杆所 在的参考系将向 BA 方向运动,在杆下落的同时,假设在 AB 的中央有一光源开始发光,且光源向右运动经过杆落地时间 后,B 距光源比 A 距光源近了,根据光速不变原理可知,光 到达 B 所用时间比 A 短,故 B 事件先发生,即 B 先落地; 至于木杆向哪倾斜也是相对的,从飞飞的角度看,木杆是向 右倾斜着落地的.

(2)l=l0

1-????vc ????2

=5×

1-????23× ×110088????2 m≈3.7 m,

在垂直运动方向没有相对性,所以看到的是一张 3.7×5

m2 的宣传画.

(3)因为 Δt=

Δτ , 1-????vc ????2

所以 Δτ=Δt· 1-????vc????2,Δt=5 昼夜,v=0.8c,所以 Δτ =5× 1-?0.8?2=3(昼夜)
[答案] (1)CD (2)3.7×5 m2 的画 (3)3 昼夜

请做:课时跟踪训练(四十一)

基 础 知 识 回 顾 考 点 互 动 探 究
第65页

高考总复习·课标版·物理 课 时 跟 踪 训 练
必修1 第1章 第1讲


相关文档

2019年高考物理一轮复习第13章机械振动与机械波光电磁波与相对论第4讲光的波动性电磁波相对论习题新
(新课标)高考物理大一轮复习_第12章 机械振动 机械波 光电磁波与相对论 第4节 光的波动性、电磁波、相对
(新课标)2017届高考物理一轮总复习 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论 第4讲 光的波动性 电
2018版高考物理一轮复习第15章机械振动与机械波光电磁波与相对论第4讲光的波动性电磁波和相对论课后
2019高考物理一轮复习 第十四章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论 第4讲 光的波动性 电磁波
2019年高考物理一轮复习 第13章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论 第4讲 光的波动性 电磁
2019高考物理一轮复习 第十四章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论 第4讲 光的波动性 电磁波课件
(浙江专版)2019届高考物理一轮复习第12章机械振动与机械波、光、电磁波与相对论4第四节光的波动性
2019高考物理一轮复习 第十四章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论 第4讲 光的波动性 电磁波练习
「精品」高考物理一轮复习第12章机械振动与机械波、光、电磁波与相对论4第四节光的波动性随堂检测巩固落实
电脑版