2019版高考物理总复习 选考部分 机械振动 机械波 光 电磁波 相对论简介 基础课4 光的干涉、衍射和偏振 电磁波与相对论学案

1、基础课4光电磁波的干涉、衍射和偏振与相对论知识筛选光的干涉、衍射和偏振1.光干涉(1)定义：在两排光波重叠的区域，有些区域相互增强，有亮条纹，而有些区域相互减弱，有暗条纹，增强区域和减弱区域相互分离。(2)条件：两束光束具有相同的频率和恒定的相位差。(3)双缝干涉图样的特点：单色光照射时形成明暗间距相等的干涉条纹；当被白光照射时，中心是白色亮条纹，其余是彩色条纹。2.光的衍射明显衍射的条件：只有当障碍物的大小接近甚至小于光的波长时，衍射现象才会明显。3.光的偏振(1)自然光：包括在垂直于传播方向的所有方向振动的光，并且在所有方向振动的光波的强度是相同的。(2)偏振光：在垂直于光传播方向的平面上

2、，只在特定方向振动的光。(3)偏振光的形成(1)让自然光通过偏振器形成偏振光。自然光在两种介质的界面被反射和折射，反射光和折射光可以变成部分偏振光或完全偏振光。(4)光的偏振表明光是一种横波。电磁波1.麦克斯韦电磁场理论变化的磁场可以在周围空间中产生电场，变化的电场可以在周围空间中产生磁场。2.电磁波(1)电磁场在空间中从近到远传播，形成电磁波。(2)电磁波可以在没有介质的真空中传播。在真空中，不同频率的电磁波具有相同的传播速度(都等于光速)。(3)不同频率的电磁波在同一介质中传播。它们的速度不同。频率越高，波速越小。(4) v= f，f是电磁波的频率。3.电磁波发射(1)传输条件：开路和高频

3、振荡信号，因此传输信号应进行调制(调幅或调频)。(2)调制模式调幅：使高频电磁波的振幅随信号强度而变化。调频：使高频电磁波的频率随信号强度而变化。4.无线电波接收(1)当接收电路的固有频率等于接收到的无线电波的频率时，激励的振荡电流最强，这就是电谐振现象。(2)使接收电路产生电谐振的过程称为调谐，可调谐的接收电路称为调谐电路。(3)从调制高频振荡中“检测”调制信号的过程称为检测。检测是调制的逆过程，也称为解调。5.电磁波谱：根据电磁波的频率或波长将电磁波排列成一个光谱，称为电磁波谱。电磁波谱从长波长到短波长排列为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、x光和伽马射线。相对论1.狭义相对论的两个基本

4、假设(1)狭义相对论：在不同的惯性参考系中，所有的物理定律都是相同的。(2)光速不变原理：在不同的惯性参考系中，真空中的光速是相同的，与光源和观察者之间的相对运动无关。2.质能关系m是物体的质量，e是物体的能量，爱因斯坦的质量-能量方程是e=mc2。肖品快速训练1.思考和判断(1)阳光通过棱镜形成光谱，这是光干涉的结果。()(2)泊松亮点支持光的波动理论。()(3)光学透镜上的防反射膜利用光的干涉现象。()(4)在光的双缝干涉实验中，如果只有入射光由红光变为紫光，相邻亮条纹之间的距离会变小。()(5)均匀变化的磁场产生均匀变化的电场，并向外传播形成电子C.在同一双狭缝获得的干涉条纹中，红光比绿

5、光宽D.光的色散现象是由光的干涉现象引起的E.光的偏振表明光是一种横波回答ACE3.(2018年云南师范大学附属中学模拟)(多项选择)以下陈述是正确的()A.水中的气泡看起来很亮，因为一些光被衍射了。B.雷达发射的电磁波是由均匀变化的电场或磁场产生的C.当拍摄窗口中的物体时，在相机前增加一个偏光镜，以减弱窗户玻璃表面的反射光D.红色和蓝色激光在不同介质中传播时可能具有相同的波长E.狭义相对论认为，在不同的惯性参考系统中，真空中的光速是相同的分析水中的气泡看起来明亮的原因是，当光从水中发射到气泡时，一些光被完全反射，选项A是错误的。均匀变化的电场或磁场只能产生恒定的磁场或电场，而不能形成电磁波。

6、雷达发射的电磁波必须由周期性变化的电场或周期性变化的磁场产生。选项B是错误的；当拍摄窗口中的物体时，可以在摄像机前添加偏光镜，以减弱窗户玻璃表面的反射光。选项三是正确的；红色和蓝色激光在同一介质中传播时具有不同的频率、不同的波速和不同的波长，而红色和蓝色激光在不同介质中传播时可能具有相同的波长，因此选项D是正确的；根据狭义相对论，真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，选项E是正确的。回答CDE光的干涉现象1.双缝干涉(1)光可以干涉的条件：两个光具有相同的频率和相同的振动速度。(2)双缝干涉形成的条纹间距相等，两个相邻亮条纹或相邻暗条纹之间的距离与波长成正比，即 x=。(3)当用白光照射双

7、接缝时，干涉条纹的特征是中心有白色条纹，两侧有彩色条纹。2.明暗条纹的判断方法(1)如图1所示，当从光源S1和S2到屏幕上某一点的距离差R2-R1为k (k=0，1，2，)，明亮的条纹出现在光屏上。图1(2)当光程差R2-R1=(2k 1) (k=0，1，2.)，深色条纹出现在浅色屏幕上。3.条纹间距： x=，其中l为双缝到光屏的距离，d为双缝之间的距离，为光波的波长。2.薄膜干涉(1)如图2所示，由于重力的作用，垂直皂膜形成顶部薄底部厚的楔形。图2(2)当光照射薄膜时，它分别从薄膜的前表面AA和后表面BB反射，形成具有相同频率的两行光波，这两行光波叠加，并且这两行光波在相位上叠加，产生亮线；

8、反向叠加，出现黑线。(3)条纹特征：单色光：明暗相间的水平条纹；白光：彩色水平条纹。1.国家卷二，2017，34(1)(多选)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射双缝，干涉图样显示在狭缝后的屏幕上。要增加干涉图案中两个相邻亮条纹之间的距离，可选方法是()A.切换到红色激光B.切换到蓝色激光C.减少双接缝之间的距离D.将屏幕移离双接缝E.将光源移离双接缝从解析上讲，根据干涉图样中两相邻亮条纹之间的距离 x=，要增加 x，我们可以增加波长，增加双缝与屏幕之间的距离或减少双缝之间的距离，所以选项A、C和D是正确的，而B和E是错误的。回答自动呼叫分配器2.(多种选择)如图3所示，它是A光和B光通过同一个双

9、缝干涉装置后在屏幕上形成的干涉图案，然后()图3A.在相同的均匀介质中，a光的传播速度大于b光B.在真空中，甲乙光的传播速度是一样的C.当光从真空注入同一介质进行全反射时，其全反射临界角很小根据标题图，B光的干涉条纹间距大于A光的干涉条纹间距。从两个狭缝间干涉条纹间距的公式 x=可知，B光的波长大于A光的波长。从=可以看出，在同一介质中，B光的频率小于A光的频率，那么B光的折射率小于A光的折射率，从N=可以看出，A光在介质中的传播速度小于B光，所以选项A是错误的。在真空中，甲和乙的传播速度是相同的，即光速。选项B是正确的；当从真空注入同一介质时，不会发生全反射，选项c是错误的；根据临界角公式，

10、当从同一介质全反射时，光的折射率较大，而光全反射的临界角较小，因此选项D是正确的。由于B光的波长大于A光的波长，根据衍射现象明显的条件，在相同条件下，B光比A光更容易产生明显的衍射现象，选项E是正确的。回答BDE光的衍射和光的偏振1.对光的衍射的理解(1)衍射是波的特征，波长越长，衍射现象越明显。在任何情况下，衍射现象都会发生，只有明显和不明显的差异。(2)衍射现象表明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有当光的波长远小于障碍物的波长时，光才能被认为是沿直线传播的。2.自然光和偏振光的比较自然光(非偏振光)偏光光源从光源直接发出的光自然光穿过偏振器后的光光的振动方向在垂直于光传播方向的平面中，

11、光在任何方向振动，并且在所有方向振动的光的强度是相同的在垂直于光传播方向的平面中，光在特定方向振动1.(2018重庆模拟)(多项选择)以下说法正确()A.在惯性系统中，无论光源和观察者之间是否有相对运动，观察者观察到的光速都是恒定的。B.水面油膜的颜色是光的干涉现象C.光纤束中的图像传输是基于光的色散现象d、声源向静止的观察者移动，观察者接收到的频率小于声源的频率E.没有看到它的人首先听到它，因为声波的波长很长，衍射现象很容易发生回答ABE2.(多种选择)关于波的干涉和衍射，以下陈述是正确的()A.衍射是所有搬运工都有的现象B.当两列波干涉时，振动增强区域中的粒子位移必须总是最大的C.声波易于

12、衍射，因为声波的波长较长D.当观察薄膜的干涉时，它应该在入射光的同一侧E.用于医院体检的“b超”利用了超声波的衍射原理解析衍射是所有波特都有的现象。选项甲是正确的。当两个列车波相互干扰时，振动加强区的质点振动总是得到加强，但位移总是最大，选项B是错误的；声波易于衍射，因为声波的波长较长，选项C是正确的；薄膜干涉是指薄膜上出现两列频率相同的反射光的现象，因此应该在入射光的同一侧观察，选项d是正确的；用于医院体检的“b超”使用超声波的反射原理，选项E是错误的。回答自动呼叫分配器3.(多种选择)光的偏振表明光是一种横波。下列现象可以反映光的偏振特性是()A.一束自然光连续通过两个偏振器，其中一个偏振

13、器以光束为轴旋转，从而改变透射光的强度B.一束自然光入射到两种介质之间的界面上。当反射光和折射光之间的夹角正好为90时，反射光就是偏振光C.日落时，拍下下面的风景用标尺测量双缝到光屏的距离l，用公式 x=计算波长= x，重复测量和计算，得到波长的平均值。(2)误差分析(1)测量条纹间距 x会带来误差。测量双缝与光幕之间的距离l时出现误差。(3)注意事项确保灯丝、单缝、双缝、测量头和遮光管同轴。保持单缝和双缝平行。1.在观察光的双缝干涉现象的实验中：(1)如图4b所示，将激光束照射在双接缝上，在光屏上观察到的现象如图4a所示。图4(2)切换到间隙较小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，光屏上观察到

14、的条纹宽度为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _；保持两个狭缝之间的间隙不变，减小光屏与双狭缝之间的距离，光屏上观察到的条纹宽度将为_ _ _ _ _ _ _ _(以上都用“加宽”、“变窄”或“不变”填充)。分析(1)双缝干涉图样为等宽、明暗交替的平行条纹，A图正确；(2)根据 x=，当两个狭缝之间的距离d减小时，条纹间距变宽；当从双接缝到屏幕的距离l减小时，条纹间距变窄。答案(1)A (2)变得越来越宽越来越窄2.(2018北京海淀区模拟)如图5A所示，在“双缝干涉测波长”实验中，实验仪器按要求安装在光学工作台上，选择了狭缝间距d=0.20 mm的双缝屏。然后，打开电源，使

15、光源正常工作。众所周知，图像屏幕和双缝屏幕之间的距离是l=700mm毫米。图5(1)已知测量头上主尺的最小刻度为毫米，副尺(游标)有20个刻度。同学调整手轮后，从测量头的目镜上看，十字线的中心刻度线与某一条A的中心对齐，如图b所示。此时，测量头上的主尺和游标的指示如图C所示，因此指示为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _毫米；然后转动手轮，使十字线的中心刻度线与条纹B的中心对齐。条纹A和条纹B之间的距离为8.40毫米。根据上述测量结果，通过滤光器透射到双缝的彩色光的波长=_ _ _ _ _ _ _ m可以通过计算得到(保留2个有效数字)。(2)另一名学生根据实验装置安装仪器，观察到光的干扰明显。如果他修改了实验装置，他仍然可以在图像屏幕上观察到清晰的条纹，并且条纹的数量增加了。下列可能达到这种效果的变化是_ _ _ _ _ _。A.仅在单缝和双缝之间移动过滤器B.只需稍微增加单接缝和双接缝之间的距离C.仅互换单接缝和双接缝的位置d .仅将红色过滤器改为绿色过滤器分析(1)测量头上的数字为50.05毫米=0.25毫米；A条纹和B条纹之间的中心距离为8.40毫米，并且有五个条纹间隔开，因此相邻条纹之间的距离为 x=1.68毫米，并且通过滤光器发射到双缝的彩色光的波长=4.810-7米由 x=计算。