机械波光电磁波光的波动性电磁波相对论教科版

第4讲光的波动性电磁波相对论2013届高考一轮物理复习课件选修3-4机械振动机械波光电磁波相对论（教科版）光的干涉和衍射比较表光的干涉、衍射和偏振Ⅰ(考纲要求)内容干涉衍射现象在光重叠区域出现加强或减弱的现象光绕过障碍物偏离直线传播的现象产生条件两束光频率相同、相位差恒定障碍物或孔的尺寸与波长差不多或小得多1.内容干涉衍射典型实验杨氏双缝实验单缝衍射(圆孔衍射、不透明圆盘衍射)图样特点不同点条纹宽度条纹宽度相等条纹宽度不等，中央最宽条纹间距各相邻条纹等间距各相邻条纹间距不等亮度情况清晰条纹，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薄膜干涉(1)相干光来自于薄膜的前、后表面(或上、下表面)反射回来的两列反射光．(2)薄膜干涉的应用：增透膜；检查工件的平整度．2.3．自然光和偏振光的比较表自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过偏振片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，且沿各个方向光振动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1．明、暗条纹的条件(1)单色光2．观察薄膜干涉条纹时，应该与光源处在薄膜的同一侧观察实验：用双缝干涉测光的波长测量头的构造及使用如图1－4－1甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会向左右移动，测量时，应使分划板中心刻度对齐条纹的中心，如图1－4－1乙，记下此时手轮上的读数．图1－4－1两次读数数之差就就表示这这两条条条纹间的的距离．．注意事项项(1)保证灯丝丝、单缝缝、双缝缝、测量量头与遮遮光筒共共轴．(2)保持单缝缝和双缝缝平行.麦克斯韦韦电磁场场理论变化的磁磁场能够够在周围围空间产产生电场场，变化化的电场场能够在在周围空空间产生生磁场．．电磁场变化电场场在周围围空间产产生磁场场，变化化磁场在在周围空空间产生生电场，，变化的的电场和和磁场成成为一个个完整的的整体，，这就是是电磁场场．电磁波(1)电磁场在在空间由由近及远远的传播播，形成成电磁波波．(2)电磁波的的传播不不需要介介质，可可在真空空中传播播，在真真空中不不同频率率的电磁磁波传播播速度是是相同的的(都等于光光速)．变化的电电场产生生磁场，，变化的的磁场产产生电场场Ⅰ电磁波的的产生、、发射及及接收，，电磁波波及其传传播Ⅰ(考纲要求)1.2．3．(3)不同频率的的电磁波，，在同一介介质中传播播，其速度度是不同的的，频率越越高，波速速越小．(4)v＝λf，f是电磁波的的频率．电磁波的发发射发射条件：：____电路和_________信号，所以以要对传输输信号进行行_____(包括调频和和调幅)．①调幅：使使高频电磁磁波的_____随信号的强强弱而变．．调幅广播播(AM)一般使用中中波和短波波波段．②调频：使使高频电磁磁波的_____随信号的强强弱而变．．调频广播播(FM)和电视广播播都采用调调频的方法法调制．4．开放高频振荡调制振幅频率无线电波的的接收(1)当接收电路路的固有频频率跟接收收到的无线线电波的频频率____时，激起的的振荡电流流_____，这就是电电谐振现象象．(2)使接收电路路产生电谐谐振的过程程叫做_____．能够调谐谐的接收电电路叫做_____电路．(3)从经过调制制的高频振振荡中“检”出调制信号号的过程，，叫做_____．检波是_____的逆过程，，也叫做_____.5．相等最强调谐调谐检波调制解调电磁波谱特性应用真空中波长/m频率/Hz递变规律无线电波波动性强，易发生衍射无线电技术>10－3<3×1011波长减小频率增大红外线热效应红外线遥感10－3～10－71011～1015可见光引起视觉照明、摄影10－71015紫外线化学效应、荧光效应、能杀菌医用消毒、防伪10－7～10－91015～1017X射线贯穿性强检查、医用透视10－8～10－111016～1019γ射线贯穿本领最强工业探伤、医用治疗<10－11>1019电磁波谱Ⅰ(考纲要求)狭义相对论论的两个基基本假设(1)狭义相对性性原理：在在不同的惯惯性参考系系中，一切切物理规律律都是相同同的．(2)光速不变原原理：真空空中的光速速在不同的的惯性参考考系中都是是相同的，，光速与光光源、观测测者间的相相对运动没没有关系．．相对论的质质速关系(1)物体的质量量随物体速速度的增加加而增大，，物体以速速度v运动时的质质量m与静止时的的质量m0之间有如下下关系：狭义相对论论的基本假假设Ⅰ(考纲要求)质速关系，，质能关系系Ⅰ(考纲要求)相对论质能能关系式Ⅰ(考纲要求)1．2．(2)物体运动时时的质量总总要大于静静止时的质质量m0.相对论质能能关系用m表示物体的的质量，E表示它具有有的能量，，则爱因斯斯坦质能方方程为：E＝mc2.3．理解质能关关系时应注注意质量和能量量是物体不不可分离的的属性．当当物体的质质量减少或或增加时，，必然伴随随着能量的的减少或增增加．如果果用Δm表示物体质质量的变化化量，ΔE表示能量的的变化量，，那么它们们的关系可可以表示为为ΔE＝Δmc2.该式表示，，随着一个个物体质量量的减少，，会释放出出一定的能能量；与此此同时，另另一个物体体吸收了能能量，质量量也会随之之增加．●特别提醒如图1－4－2是双缝干涉涉实验装置置的示意图图，S为单缝，S1、S2为双缝，P为光屏．用用绿光从左左边照射单单缝S时，可在光光屏P上观察到干干涉条纹．．下列说法法正确的是是()．图1－4－2A．减小双缝缝间的距离离，干涉条条纹间的距距离减小B．增大双缝缝到屏的距距离，干涉涉条纹间的的距离增大大C．将绿光换换为红光，，干涉条纹纹间的距离离减小D．将绿光换换为紫光，，干涉条纹纹间的距离离增大1．答案B用如图1－4－3所示的实验验装置观察察光的薄膜膜干涉现象象．图a是点燃的酒酒精灯(在灯芯上洒洒些盐)，图b是竖立的附附着一层肥肥皂液薄膜膜的金属丝丝圈．将金金属丝圈在在其所在的的竖直平面面内缓慢旋旋转，观察察到的现象象是()．图1－4－3A．当金属属丝圈旋旋转30°时干涉条条纹同方方向旋转转30°B．当金属属丝圈旋旋转45°时干涉条条纹同方方向旋转转90°C．当金属属丝圈旋旋转60°时干涉条条纹同方方向旋转转30°D．干涉条条纹保持持原来状状态不变变解析金属丝圈圈的转动动，改变变不了肥肥皂液膜膜的上薄薄下厚的的形状，，由干涉涉原理可可知干涉涉条纹与与金属丝丝圈在该该竖直平平面内的的转动无无关，仍仍然是水水平的干干涉条纹纹，A、B、C错误，D正确．答案D2．声波能绕绕过某一一建筑物物传播而而光波却却不能绕绕过该建建筑物，，这是因因为()．A．声波是是纵波，，光波是是横波B．声波振振幅大，，光波振振幅小C．声波波波长较长长，光波波波长很很短D．声波波波速较小小，光波波波速很很大解析意在考查查考生对对产生明明显波的的衍射条条件的理理解．根根据波产产生明显显衍射现现象的条条件——障碍物或或孔的尺尺寸与波波的波长长差不多多或比波波的波长长小可知知，声波波有明显显的衍射射而光波波的衍射射不明显显是因为为声波的的波长较较长，C正确．答案C3．(2011·广东梅州州二模)电磁波与与机械波波相比较较有()．A．电磁波波传播不不需要介介质，机机械波传传播需要要介质B．电磁波波在任何何介质中中的传播播速率都都相同，，机械波波在同一一介质中的的传播速速率相同同C．电磁波波与机械械波都不不能产生生干涉现现象D．电磁波波与机械械波都能能产生衍衍射现象象答案AD4．光的偏振振现象说说明光是是横波．．下列现现象中不不能反映映光的偏偏振特性性的是()．A．一束自自然光相相继通过过两个偏偏振片，，以光束束为轴旋旋转其中一个偏偏振片，，透射光光的强度度发生变变化B．一束自自然光入入射到两两种介质质的分界界面上，，当反射射光线与折射光光线之间间的夹角角恰好是是90°时，反射射光是偏偏振光C．日落时时分，拍拍摄水面面下的景景物，在在照相机机镜头前前装上偏偏振滤光片片可以使使景象更更清晰D．通过手手指间的的缝隙观观察日光光灯，可可以看到到彩色条条纹解析析由光光的的偏偏振振现现象象的的知知识识可可知知A、B、C均反反映映了了光光的的偏偏振振特特性性，，只只有有D选项项是是利利用用手手指指间间的的狭狭缝缝去去观观察察光光的的衍衍射射现现象象，，故故选选D.答案案D5．如图图1－4－4所示示，，A、B两幅幅图图是是由由单单色色光光分分别别入入射射到到圆圆孔孔而而形形成成的的图图样样，，其其中中图图A是光光的的________(填“干涉涉”或“衍射射”)图样样．．由由此此可可以以判判断断出出图图A所对对应应的的圆圆孔孔的的孔孔径径________(填“大于于”或“小于于”)图B所对对应应的的圆圆孔孔的的孔孔径径．．图1－4－46．解析析A中出出现现明明暗暗相相间间的的条条纹纹，，是是衍衍射射现现象象，，B中出出现现圆圆形形亮亮斑斑．．只只有有障障碍碍物物或或孔孔的的尺尺寸寸比比光光波波波波长长小小或或跟跟波波长长相相差差不不多多时时，，才才能能发发生生明明显显的的衍衍射射现现象象．．图图A是光光的的衍衍射射图图样样，，由由于于光光波波波波长长很很短短，，约约在在10－7m数量量级级上上，，所所以以图图A对应应的的圆圆孔孔的的孔孔径径比比图图B所对对应应的的圆圆孔孔的的孔孔径径小小．．图图B的形形成成可可以以用用光光的的直直线线传传播播解解释释．．答案案衍射射小小于于下面面列列出出一一些些医医疗疗器器械械的的名名称称和和这这些些器器械械运运用用的的物物理理现现象象．．请请将将相相应应的的字字母母填填写写在在运运用用这这种种现现象象的的医医疗疗器器械械后后面面的的空空格格上上．．(1)X光机机，，________.(2)紫外外线线灯灯，，________.(3)理疗疗医医用用“神灯灯”照射射伤伤口口，，可可使使伤伤口口愈愈合合得得较较好好．．这这里里的的“神灯灯”是利利用用________．A．光光的的全全反反射射B．紫紫外外线线具具有有很很强强的的荧荧光光作作用用C．紫紫外外线线具具有有杀杀菌菌消消毒毒作作用用D．X射线线的的很很强强的的贯贯穿穿力力E．红红外外线线具具有有显显著著的的热热效效应应F．红红外外线线波波长长较较长长，，易易发发生生衍衍射射7．解析析(1)X光机机是是用用来来透透视视人人的的体体内内器器官官的的，，因因此此需需要要具具有有较较强强穿穿透透力力的的电电磁磁波波，，但但又又不不能能对对人人体体造造成成太太大大的的伤伤害害，，因因此此采采用用了了穿穿透透能能力力比比较较强强又又不不会会给给人人体体造造成成太太大大的的伤伤害害的的X射线线，，选选择择D.(2)紫外外线线灯灯主主要要是是用用来来杀杀菌菌的的，，因因此此它它应应用用的的是是紫紫外外线线的的杀杀菌菌作作用用而而非非荧荧光光作作用用，，因因此此选选择择C.(3)“神灯”又称红红外线线灯，，主要要是用用于促促进局局部血血液循循环，，它利利用的的是红红外线线的热热效应应，使使人体体局部部受热热，血血液循循环加加快，，因此此选择择E.答案(1)D(2)C(3)E如图1－4－5所示，，在“用双缝缝干涉涉测光光的波波长”实验中中，光光具座座上放放置的的光学学元件件依次次为①①光源源、②②______、③______、④______、⑤遮遮光筒筒、⑥⑥光屏屏．对对于某某种单单色光光，为为增加加相邻邻亮纹纹(暗纹)间的距距离，，可采采取__________或__________的方法法．8．图1－4－5答案滤光片片单单缝屏屏双双缝屏屏增增大双双缝屏屏到光光屏的的距离离减减小两两缝间间距离离(1)在研究究材料料A的热膨膨胀特特性时时，可可采用用如图图1－4－6所示的的干涉涉实验验法．．A的上表表面是是一光光滑平平面，，在A的上方方放一一个透透明的的平行行板B，B与A上表面面平行行，在在它们们之间间形成成一厚厚度均均匀的的空气气膜．．现在在用波波长为为λ的单色色光垂垂直照照射，，同时时对A缓慢加加热，，在B上方观观察到到B板的亮亮度发发生周周期性性变化化．当当温度度为t1时最亮亮，然然后亮亮度逐逐渐减减弱至至最暗暗；当当温度度升高高到t2时，亮亮度再再一次次回到到最亮亮．考点一一光光的干干涉、、衍射射及偏偏振【典例例1】图1－4－6①在B板上方方观察察到的的亮暗暗变化化是由由哪两两个表表面的的反射射光叠叠加形形成的的？②温度度由t1升高到到t2时，A的高度度升高高多少少？(2)①肥皂皂泡在在太阳阳光照照射下下呈现现的彩彩色是是________现象；；露珠珠在太太阳光光照射射下呈呈现的的彩色色是________现象；；通过过狭缝缝看太太阳光光时呈呈现的的彩色色是________现象．．②凡是是波都都具有有衍射射现象象，而而把光光看做做直线线传播播的条条件是是________．要使使光产产生明明显的的衍射射，条条件是是________________________________________________________________.③当狭狭缝的的宽度度很小小并保保持一一定时时，用用红光光和紫紫光照照射狭狭缝，，看到到的衍衍射条条纹的的主要要区别别是_____________________________________________________________________________________________.④如图图1－4－7所示，，让太太阳光光或白白炽灯灯光通通过偏偏振片片P和Q，以光光的传传播方方向为为轴旋旋转偏偏振片片P或Q，可以以看到到透射射光的的强度度会发发生变变化，，这是是光的的偏振振现象象，这这个实实验表表明________________________________________________________________________.图1－4－7解析(1)①A、B间为空气薄薄膜，在B板上方观察察到的亮暗暗变化，是是由B的下表面反反射的光和和A的上表面反反射的光叠叠加产生的的．②当温度为为t1时，设空气气薄膜厚度度为d1，此时最亮亮说明：2d1＝kλ当温度为t2时，设空气气薄膜厚度度为d2，此时再一一次最亮说说明：2d2＝(k－1)λ(2)①肥皂泡呈呈现的彩色色是光的干干涉现象，，露珠呈现现的彩色是是光的色散散，通过狭狭缝看太阳阳光呈现的的彩色是光光的衍射现现象．②障碍物或或孔的尺寸寸比波长大大得多时，，可把光看看做沿直线线传播；障障碍物或孔孔的尺寸跟跟波长相差差不多或比比波长更小小时，可产产生明显的的衍射现象象．③红光的中中央亮纹宽宽，红光的的中央两侧侧的亮纹离离中央亮纹纹远．④这个实验验说明了光光是一种横横波．答案见解析【变式1】答案B现有毛玻璃璃屏A、双缝B、白光光源源C、单缝D和透红光的的滤光片E等光学元件件，要把它它们放在图图1－4－8所示的光具具座上组装装成双缝干干涉装置，，用以测量量红光的波波长．(1)将白光光源源C放在光具座座最左端，，依次放置置其他光学学元件，由由左至右，，表示各光光学元件的的字母排列列顺序应为为C、________、A.考点二用用双缝缝干涉测光光的波长【典例2】图1－4－8(2)本实验的步步骤有：①取下遮光光筒左侧的的元件，调调节光源高高度，使光光束能直接接沿遮光筒筒轴线把屏屏照亮；②按合理顺顺序在光具具座上放置置各光学元元件，并使使各元件的的中心位于于遮光筒的的轴线上；；③用米尺测测量双缝到到屏的距离离；④用测量头头(其读数方法法同螺旋测测微器)测量数条亮亮纹间的距距离．在操作步骤骤②时还应应注意_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(3)将测量头的的分划板中中心刻线与与某亮纹中中心对齐，，将该亮纹纹定为第1条亮纹，此此时手轮上上的示数如如图1－4－9甲所示．然然后同方向向转动测量量头，使分分划板中心心刻线与第第6条亮纹中心心对齐，记记下此时图图1－4－9乙中手轮上上的示数______mm，求得相邻邻亮纹的间间距Δx为________mm.图1－4－9(4)已知双缝间间距d为2.0×10－4m，测得双缝缝到屏的距距离l为0.700m，由计算式式λ＝________，求得所测测红光波长长为________nm.解析(1)滤光片E是从白光中中选出单色色红光，单单缝屏是获获取线光源源，双缝屏屏是获得相相干光源，，最后成像像在毛玻璃璃屏．所以以排列顺序序为：C、E、D、B、A.(2)在操作步骤骤②时应注注意的事项项有：放置置单缝、双双缝时，必必须使缝平平行；单缝缝、双缝间间距离大约约为5～10cm；要保证光光源、滤光光片、单缝缝、双缝和和光屏的中中心在同一一轴线上．．(3)螺旋测微器器的读数应应该：先读读整数刻度度，然后看半刻刻度是否露露出，最后后看可动刻刻度，图乙读数为为13.870mm，图甲读数数为2.320mm，答案(1)E、D、B(2)放置单缝、、双缝时，，必须使缝缝平行；单单缝、双缝缝间距离大大约为5～10cm；要保证光光源、滤光光片、单缝缝、双缝和和光屏的中中心在同一一轴线上(3)13.8702.310(1)备有下列仪仪器：A．白炽灯B．双缝C．单缝D．滤光片E．白色光屏屏把以上仪器器装在光具具座上时，，正确的排排列顺序应应该是：________(填写字母代代号)．(2)已知双缝到到光屏之间间的距离L＝500mm，双缝之间间的距离d＝0.50mm，单缝到双双缝之间的的距离s＝100mm，某同学在在用测量头头测量时，，调整手轮轮，在测量量头目镜中中先看到分分划板中心心刻线对准准A条亮纹的中中心，然后后他继续转转动，使分分划板中心心刻线对准准B条亮纹的中中心，前后后两次游标标卡尺的读读数如图1－4－10所示．则入入射光的波波长λ＝________m(结果保留两两位有效数数字)．【变式2】图1－4－10(3)实验中发现现条纹太密密，难以测测量，可以以采用的改改善办法有有________．A．改用波长长较长的光光(如红光)作为入射光光B．增大双缝缝到屏的距距离C．增大双缝缝到单缝的的距离D．增大双缝缝间距解析(1)课本知识，，需熟练掌掌握基础知知识．(2)游标卡尺读读数精确度度为0.1mm，A位置主尺读读数为11mm，游标尺读读数为1，读数为s1＝11mm＋1×0.1mm＝11.1mm，同理B位置读数为为s2＝15.6mm，则条纹间间距答案(1)ADCBE(2)6.4×10－7(3)AB(1)麦克斯韦电电磁理论的的内容是：：_____________________.(2)电磁波在传传播过程中中，每处的的电场方向向和磁场方方向总是________的，并和该该处电磁波波的传播方方向________，这就说明明电磁波是是________波．(3)目前雷达发发射的电磁磁波频率多多在200MHz至1000MHz的范围内，，请回答下下列关于雷雷达和电磁磁波的有关关问题．①雷达发射射电磁波的的波长范围围是多少