2022届新教材高考物理一轮复习第十四章光学电磁波相对论第2节光的波动性电磁波相对论学案新人教版

1、第2节光的波动性电磁波相对论必备知识预案自诊知识梳理一、光的干涉1.定义:在两列光波的叠加区域,某些区域的光被,出现亮纹,某些区域的光被,出现暗纹,且和互相间隔的现象叫作光的干涉现象。2.条件:两列光的,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形成两束振动情况总是的相干光,屏上某点到双缝的路程差是处出现亮条纹;路程差是半波长的处出现暗条纹。相邻的明条纹(或暗条纹)之间距离x与波长、双缝间距d及屏到双缝距离l的关系为。4.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂液薄膜)反射的光相遇而形成的。图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度。二、光的衍射1.发生明显衍射的条

2、件:只有当障碍物的尺寸与光的波长,甚至比光的波长的时候,衍射现象才会明显。2.衍射条纹的特点:(1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较衍射类型单缝衍射圆孔衍射单色光中央为亮且宽的条纹,两侧为的条纹,且越靠外,亮条纹的亮度,宽度中央是大且亮的圆形亮斑,周围分布着的同心圆环,且越靠外,圆形亮条纹的亮度越,宽度越;亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而白光中央为亮且宽的白色条纹,两侧为亮度、宽度的彩色条纹,其中最靠近中央的色光是紫光,离中央最远的是红光中央是大且亮的白色亮斑,周围是不等间距的彩色的(2)泊松亮斑(圆盘衍射):当光照到(选填“透明”或“不透明”)的半径很小的小圆盘上时,在圆盘的阴影中心出现(在

3、阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。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.偏振光的形成:(1)让自然光通过形成偏振光。(2)让自然光在两种介质的界面发生反射和,反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。4.光的偏振现象说明光是一种波。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,变化的电场能够在周围空间产生。2.电磁波(1)电磁场在空间由近及远的传播,形成。(2)电磁波的传播不需要,可在真空中传播,在真空中不同频率的电磁波

4、传播速度(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。(4)v=f,f是电磁波的频率。3.电磁波的发射(1)发射条件:电路和信号,所以对要传输的信号进行调制。(2)调制方式调幅:使高频电磁波的随信号的强弱而变。调频:使高频电磁波的随信号的强弱而变。4.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时,激起的振荡电流,这就是电谐振现象。(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作。能够调谐的接收电路叫作电路。(3)从经过调制的高频振荡信号中“检”出调制信号的过程,叫作。检波是的逆过程,也叫作解调。5.电磁波谱按照电磁波的或的大小顺序把它们排

5、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。五、相对论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,光速与光源、观测者间的相对运动关系。2.相对论的质速关系(1)物体的质量随物体速度的增大而,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:m=m01-vc2。(2)物体运动时的质量总要静止时的质量m0。考点自诊1.判断下列说法的正误。(1)太阳光通过三棱镜形成彩色光谱,这是光的干涉的结果。()(2)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮

6、斑是光的衍射形成的。()(3)光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象。()(4)均匀变化的磁场产生均匀变化的电场,场向外传播便形成了电磁波。()(5)光速不变原理指出,光在真空中的传播速度在不同惯性参考系中都是相同的。()2.用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹,在光源与单缝之间加上红色滤光片后()a.干涉条纹消失b.彩色条纹中的红色条纹消失c.中央条纹变成暗条纹d.中央条纹变成红色3.(多选)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

7、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4.(新教材人教版选择性必修第一册p94t3改编)在双缝干涉实验中,光屏上某点p到双缝s1和s2的距离差为7.510-7 m,如果用波长2.510-7 m的光照射双缝,试通过计算分析p点出现的是亮条纹还是暗条纹。关键能力学案突破考点一光的干涉现象的理解及应用(师生共研)1.光的双缝干涉现象(1)明暗条纹的判断方法如图所示,光源s1、s2发出的光到屏上p点的路程差r2-r1=k(k=0,1,2,)时,光屏上出现明条纹。光的路程差r2-r1=(2k+1)2(k=0,1,2,)时,光屏上出现暗条纹。(2)条纹间距:x=ld,其中l是双缝到

8、光屏的距离,d是双缝间的距离,是光波的波长。2.薄膜干涉(1)如图所示,竖直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形。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。(2)明、暗条纹的判断在p1、p2处,两个表面反射回来的两列光波的路程差r等于波长的整数倍,即r=n(n=0,1,2,),薄膜上出现明条纹。在q处,两列反射回来的光波的路程差r等于半波长的奇数倍,即r=(2n+1)2(n=0,1,2,),薄膜上出现暗条纹。(3)薄膜干涉的应用干涉法检查平面如图所示,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

9、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。【典例1】如图所示,在双缝干涉实验中,s1和s2为双缝,p是光屏上的一点,p点与s1和s2距离之差为2.110-6 m,已知a光在折射率为n=1.5的介质中波长为410-7 m;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);分别用a、b两种单色光做双缝干涉实验,问p点处将出现亮条纹还是暗条纹?解题指导审题关键词句分析解读n=1.5的介质中波长为410-7m求出在真空中的波长b光从这种介质射向空气时,临界角为37求出折射率破题1.由v=cn

10、,=vf求出光的频率,由=cf求出光在空气中的波长,看光程差是半波长的奇数倍还是偶数倍。2.由临界角求出折射率,由v=cn,=vf求出光的频率,由=cf求出光在空气中的波长,看光程差是半波长的奇数倍还是偶数倍。对点演练1.(多选)(2017全国卷)在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是()a.改用红色激光b.改用蓝色激光c.减小双缝间距d.将屏幕向远离双缝的位置移动e.将光源向远离双缝的位置移动2.(多选)(2020浙江宁波期中)利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度。如图甲所示,现使透明标准板m和待检工件n间形

11、成一楔形空气薄层,并用单色光照射,可观察到如图乙所示的干涉条纹,条纹的弯曲处p和q对应于a和b处,下列判断中正确的是()a.n的上表面a处向上凸起b.n的上表面b处向上凸起c.条纹的c、d点对应处的薄膜厚度相同d.条纹的d、e点对应处的薄膜厚度相同考点二光的衍射及偏振现象(自主探究)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.光的偏振(1)自然光与偏振光的比较类别自然光(非偏振光)偏振光光

12、的来源从普通光源发出的光自然光通过起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿任意方向,且沿各个方向振动的光的强度相同在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿特定方向(2)偏振光的应用:加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。对点演练3.(2019江苏卷)将两支铅笔并排放在一起,中间留一条狭缝,通过这条狭缝去看与其平行的日光灯,能观察到彩色条纹,这是由于光的(选填“折射”“干涉”或“衍射”)。当缝的宽度(选填“远大于”或“接近”)光波的波长时,这种现象十分明显。4.(2019北京卷)利用图1所示的装置(示意图),观察光的干涉、衍射现象,在光屏上得到如图2

13、中甲和乙两种图样。下列关于p处放置的光学元件说法正确的是()图1图2a.甲对应单缝,乙对应双缝b.甲对应双缝,乙对应单缝c.都是单缝,甲对应的缝宽较大d.都是双缝,甲对应的双缝间距较大5.(多选)如图所示,偏振片p的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向。下列四种入射光束中,能在p的另一侧观察到透射光的是()a.太阳光b.沿竖直方向振动的光c.沿水平方向振动的光d.沿与竖直方向成45角方向振动的光考点三电磁振荡、电磁场和电磁波相对论时空观(自主探究)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

14、比较项目电磁波机械波产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点(波源)的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c=3108 m/s,在介质中与频率有关与介质有关,与频率无关(如声波波速在空气中一般为340 m/s)是否需要介质不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(真空中不能传播)能量传播电磁能机械能3.对狭义相对论的理解(1)惯性系:如果牛顿运动定律在某个参考系中成立,这个参考系叫作惯性系。相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。(2)光速的大小与选取的参考系无关。(3)狭义相对论认为物体的质量m与物体的速度v有关,其关系式为m=m01-vc2(m0为物体静止时的质量

15、)。4.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。对点演练6.(2020浙江高三月考)近场通信是一种短距高频的无线电技术,其主要结构就是线圈和电容组成的类似lc振荡电路的并联谐振电路,其终端有主动、被动和双向三种模式,最常见的被动模式广泛应用于公交卡、门禁卡、校园一卡通等,刷卡时,电路发生电谐振,给电容器充电,达到一定电压后,在读卡设备发出的射频场中响应,被读或写入信息。下列说法正确的是()a.lc电路的电容器在充电时,电流增大b.如果增大lc电路中电容器两极板间距离,振荡周期将增大c.lc电路中,电容器充电时,线圈中自感电动势增大d.电磁波发射时,

16、使电磁波随各种信号而改变的技术叫电谐振7.测温枪是通过传感器接收红外线,得出感应温度数据,使用时只要将测温枪靠近皮肤表面,修正皮肤与实际体温的温差便能准确显示体温,下列说法正确的是()a.测温枪利用的红外线也可用于杀菌消毒b.红外线是波长比紫外线长的电磁波c.红外线的穿透能力很强,接受红外线照射是会伤害身体的d.红外线的频率大于x光的频率8.(多选)(2017江苏卷)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟,飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢,下列说法正确的有()a.飞船上的人观测到飞船上的钟较快b.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢c.地球上的人观测到地球上的钟较快d.地球上的人观测到地

17、球上的钟较慢第2节光的波动性电磁波相对论必备知识预案自诊知识梳理一、光的干涉1.加强减弱加强减弱2.频率相等3.频率相等波长的整数倍奇数倍x=ld4.前后表面相同二、光的衍射1.相差不多还小2.(1)明暗相间越弱越小明暗相间弱小减小逐渐变暗逐渐变窄同心圆环(2)不透明亮斑三、光的偏振1.一切方向2.特定3.(1)偏振片(2)折射4.横四、电磁场、电磁波、电磁波谱1.电场磁场2.(1)电磁波(2)介质相同(3)小3.(1)开放高频振荡(2)振幅频率4.(1)相等最强(2)调谐调谐(3)检波调制5.频率波长可见光五、相对论1.(1)相同(2)相同没有2.(1)增大(2)大于考点自诊1.(1)(2)

18、(3)(4)(5)2.d当用白光做干涉实验时,频率相同的色光,相互叠加干涉,在光屏上形成彩色条纹,中央形成白色的亮条纹;当在光源与单缝之间加上红色滤光片后,只有红光能通过单缝,然后通过双缝后相互叠加干涉,在光屏上形成红色干涉条纹,光屏中央为加强点,所以中央条纹变成红色亮条纹,d正确。3.abc电磁波在真空中的传播速度为3108m/s,与电磁波的频率无关,a项正确;周期性变化的电场产生周期性变化的磁场,周期性变化的磁场又产生周期性变化的电场,它们相互激发向周围传播,就形成了电磁波,b项正确;电磁波是横波,因此其电场强度和磁感应强度均与传播方向垂直,c项正确;光是电磁波,利用光纤对光的全反射可以传

19、播信息,d项错误。4.答案亮条纹解析因为距离差是波长的3倍,因此p点出现亮条纹。关键能力学案突破典例1答案暗条纹亮条纹解析设a光在空气中波长为1,在介质中波长为2。由n=cv=12,得1=n2=1.5410-7m=610-7m光程差x=2.110-6m所以n1=x1=2.110-6m610-7m=3.5由此可知,从s1和s2到p点的光程差x是波长1的3.5倍,所以p点为暗条纹。根据临界角与折射率的关系sinc=1n得n1=1sin37=53由此可知,b光在空气中波长3为3=n1介=533.1510-7m=5.2510-7m所以n2=x3=2.110-6m5.2510-7m=4p点为亮条纹。对点

20、演练1.acd设双缝间的距离为d,屏幕离双缝间的距离为l,两相邻亮条纹的间距为x,照射光的波长为,由x=ld可知,要增大两相邻条纹的间距,可以改用红光或减小双缝间距或将屏幕向远离双缝的位置移动,故选项a、c、d正确,选项b错误;将光源向远离双缝的位置移动,屏幕和双缝间的距离保持不变,所以两相邻亮条纹的间距不变,故选项e错误。2.bc薄膜干涉是等厚干涉,即明条纹处空气膜的厚度相同。条纹的c、d点在同一条纹上,故c、d点对应处的薄膜厚度相同,从弯曲的条纹可知,a处检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同,知a处凹陷,b处检查平面右边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同,知b处凸起,故a错误,b正确;由图可知,c、d在同一条纹上,则条纹的c、d点对应处的薄膜厚度也相同,c正确;d、e点不在同一条纹上,所以对应的薄膜厚度不同,d错误。3.答案衍射接近解析眼睛通过平行于日光灯的狭缝看到彩色条纹属于光的衍射现象;狭缝的