2019年高考物理总复习 选考3-4 第4课时 光的波动性 电磁波 相对论课件 教科版.ppt

第4课时光的波动性电磁波相对论 基础回顾 核心探究 演练提升 基础回顾自主梳理 融会贯通 知识梳理 一 光的干涉1 产生条件 两列光的相同 振动方向相同 且具有恒定的相位差 才能产生稳定的干涉图样 频率 2 两种典型的干涉 1 杨氏双缝干涉 原理如图所示 明 暗条纹的条件 单色光 形成的条纹 中央为明条纹 明暗相间 a 光的路程差 r r2 r1 k 0 1 2 光屏上出现明条纹 b 光的路程差 r r2 r1 k 0 1 2 光屏上出现暗条纹 白光 光屏上出现条纹 且中央亮条纹是 填写颜色 k 彩色 白色 条纹间距公式 x 2 薄膜干涉 相干光 光照射到透明薄膜上 从薄膜的两个表面的两列光波 图样特点 同双缝干涉 同一条亮 或暗 纹对应薄膜的相等 单色光照射薄膜时形成的条纹 白光照射薄膜时 形成彩色条纹 反射 厚度 明暗相间 二 光的衍射1 发生明显衍射的条件 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 相差不多 还小 2 衍射条纹的特点 1 单缝衍射和圆孔衍射图样的比较 明暗相间 越弱 越小 明暗相间 越弱 越小 减小 逐渐变暗 逐渐变窄 同心圆环 2 泊松亮斑 圆盘衍射 当光照到的半径很小的小圆盘上时 在圆盘的阴影中心出现 在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环 不透明 亮斑 三 光的偏振1 偏振 光波只沿的方向的振动 2 自然光 太阳 电灯等普通光源发出的光 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都相同 这种光叫做自然光 3 偏振光 在于传播方向的平面上 只沿某个特定方向振动的光 光的偏振证明光是 自然光通过偏振片后 就得到了偏振光 某一特定 一切方向 强度 垂直 横波 四 电磁波的产生 发射和接收1 麦克斯韦电磁理论 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 电磁场 交替产生 形成不可分割的统一体 称为电磁场 3 电磁波 电磁场 电磁能量 由近及远地向周围传播形成电磁波 1 电磁波是横波 在空间传播介质 2 v f对电磁波 3 电磁波能产生反射 折射 和衍射等现象 电场 磁场 变化的电场和变化的磁场 不需要 同样适用 干涉 4 发射电磁波的条件 1 采用 使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间 2 要有足够高的 5 调制 有和两种方法 6 电磁波的传播 1 电磁波可以通过电缆 光缆进行有线传输 也可实现无线传输 2 电磁波的波速 真空中电磁波的波速与光速相同 c m s 开放电路 振荡频率 调幅 调频 3 0 108 7 电磁波的接收 1 当振荡电路的固有频率跟传播来的电磁波的频率时 电路里激起的感应电流就 这种现象叫做电磁谐振 2 使接收电路产生电谐振的过程叫做 能够调谐的接收电路叫做电路 3 调谐电路中通过改变来改变电路的固有频率 使它跟某一个电台发射的频率 这个频率的电磁波在接收电路里激起的感应电流最强 这样即可选出该电台 五 电磁波谱1 定义 按电磁波的波长从长到短分布是 红外线 可见光 紫外线 X射线和 射线 形成电磁波谱 相等 最强 调谐 调谐 电容 相同 无线电波 2 电磁波谱的特性 应用 热效应 荧光 效应 六 相对论简介1 狭义相对论的两个基本假设 1 爱因斯坦相对性原理 对不同的惯性系 物理规律 包括力学的和电磁的 都是 2 光速不变原理 光在真空中运动的速度在任何惯性系中测得的数值都是 2 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 则爱因斯坦质能关系式E 一样的 相同的 mc2 自主检测 1 思考判断 1 光的干涉和衍射现象说明了光是波 也能说明光是横波 2 真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的 3 在双缝干涉实验中 双缝的作用是使一束光变成两束完全相同的相干光 4 波长不同的电磁波在本质上完全不同 5 阳光在水面的反射光是偏振光 6 光的颜色取决于折射率 7 电磁波以一定的速度在空间传播 在传播过程中满足v f 8 电磁波同机械波一样能发生干涉 衍射 反射 折射等现象 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 2 2018 上海杨浦区调研 如图所示 把酒精灯放在肥皂液薄膜前 从薄膜上可看到明暗相间的条纹 能解释这一现象产生原因的是 示意图中实线 虚线为光照射到薄膜上时 从膜的前后表面分别反射形成的两列波 C 解析 波峰和波峰 波谷与波谷叠加的点 出现亮纹 波峰与波谷叠加的点 出现暗纹 肥皂泡薄膜在重力作用下应该上薄下厚 故选C 3 多选 电磁波与声波比较 下列说法中正确的是 A 电磁波的传播不需要介质 声波的传播需要介质B 由空气进入水中时 电磁波速度变小 声波速度变大C 由空气进入水中时 电磁波波长变小 声波波长变大D 电磁波和声波在介质中的传播速度 都是由介质决定的 与频率无关 ABC 核心探究分类探究 各个击破 考点一光的干涉现象 1 双缝干涉 1 光能够发生干涉的条件 两光的频率相同 振动步调相同 2 双缝干涉形成的条纹是等间距的 两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比 即 x 3 用白光照射双缝时 形成的干涉条纹的特点 中央为白条纹 两侧为彩色条纹 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 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 两列光波同相叠加 出现明纹 反相叠加 出现暗纹 3 条纹特点 单色光 明暗相间的水平条纹 白光 彩色水平条纹 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 已知P点与S1和S2距离之差为2 1 10 6m 今分别用A B两种单色光在空气中做双缝干涉实验 问 1 已知A光在折射率为n 1 5的介质中波长为4 10 7m P点是亮条纹还是暗条纹 2 已知B光在某种介质中波长为3 15 10 7m 当B光从这种介质射向空气时 临界角为37 sin37 0 6 cos37 0 8 P点是亮条纹还是暗条纹 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 3 光屏上仍出现明暗相间的条纹 但中央条纹最宽最亮 两边条纹变窄变暗 答案 见解析 反思总结杨氏双缝干涉实验条纹的特点 针对训练 导学号58826295 2018 湖北襄阳第二次适应性考试 多选 如图 甲 所示是用干涉法来检查某块厚玻璃板上表面是否平整的装置 所用红色光是用普通光源加红色滤光片产生的 从上往下观察到的干涉条纹如图 乙 丙 所示 则下列判断正确的是 A 若观察到的条纹如图 乙 所示 则说明厚玻璃板上表面是平整的B 若观察到的条纹如图 丙 所示 则厚玻璃板上表面有下凹的位置C 若观察到的条纹如图 丙 所示 则厚玻璃板上表面有上凸的位置D 若是用黄色滤光片产生的黄色光做该实验 则干涉条纹变密E 若是用黄色滤光片产生的黄色光做该实验 则干涉条纹变疏 ABD 解析 薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的反射光干涉产生的 若观察到的条纹如图 乙 所示 则说明厚玻璃板上表面是平整的 故A正确 薄膜干涉是等厚干涉 即明条纹处空气膜的厚度相同 从弯曲的条纹可知 检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同 知该处凹陷 故B正确 C错误 若是用黄色滤光片产生的黄色光做该实验 则波长变短 干涉条纹变密 故D正确 E错误 考点二光的衍射和偏振现象 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 任何情况下都可以发生衍射现象 只有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尺寸小得多时 光才可以看做是沿直线传播的 2 自然光和偏振光的比较 典例2 2018 上海虹口区期中 如图为红光 蓝光分别通过单缝 双缝所呈现的图样 则 A 甲为蓝光的衍射图样B 乙为红光的干涉图样C 丙为红光的衍射图样D 丁为蓝光的干涉图样 D 反思总结双缝干涉与单缝衍射的比较 1 光的衍射 2018 上海普陀区质量调研 用点光源照射一个不透光的障碍物 其背后屏上阴影的中央出现了亮斑 原因是 A 光的反射B 光的衍射C 光的折射D 光的干涉 多维训练 B 解析 当光照射到障碍物上时 光离开直线路径绕到障碍物的阴影里去的现象 叫做光的衍射现象 所以障碍物背后屏上阴影的中央出现了亮斑 是光的衍射 故B正确 A C D错误 2 导学号58826296 光的偏振现象 2018 四川绵阳南山中学月考 多选 碳水化合物 糖 的含量是食品安全检验的一个重要的指标 可以用 旋光法 来测量糖溶液的浓度 从而鉴定含糖量 偏振光通过糖的水溶液后 偏振方向会相对传播方向向左或向右旋转一个角度 这一角度 称为 旋光度 的值只与糖溶液的浓度有关 将 的测量与标准值进行比较 就能确定被测样品的含糖量 如图所示 S是自然光源 A B是偏振片 转动B 使到达O处的光最强 然后将被测样品P置于A B之间 则下列说法正确的是 A 到达O处光的强度会明显减弱B 到达O处光的强度不会明显减弱C 将偏振片B转动一个角度 使得O处光强度最大 偏振片B转过的角度等于 D 将偏振片A转动一个角度 使得O处光强度最大 偏振片A转过的角度等于 ACD 解析 没有被测样品时 A B透振方向平行 O处光最强 当加上被测样品时 由于旋光作用 偏振光的振动方向会旋转一个角度 即振动方向与B的透振方向不平行 所以O处光的强度会明显减弱 要想使O处的光仍最强 可以旋转B一个角度或反方向旋转A相同角度 综合以上分析知 A C D正确 B错误 考点三电磁波与相对论 1 电磁波 1 电磁波的传播及波长 频率 波速 电磁波本身是一种物质 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 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 三者关系v f f是电磁波的频率 即为发射电磁波的LC振荡电路的频率f 改变L或C即可改变f 从而改变电磁波的波长 2 电磁波与机械波的比较 3 电磁波谱的产生机理 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 紫外线都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 射线是原子核受到激发产生的 2 相对论 1 对 同时 的相对性的理解 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 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u运动时 静止的观察者测量的长度 还可以认为杆不动 而观察者沿杆的长度方向以速度u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 中 0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 则是相对于事件发生地以速度u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 这叫做狭义相对论中的时间膨胀 动钟变慢 典例3 2018 安徽池州月考 多选 下列说法正确的是 A 变化的磁场产生变化的电场 变化的电场产生变化的磁场B 电磁波的频率与传播介质无关 等于激发电磁波的振荡电流的频率C 电磁波能独立存在D 增大LC振荡电路的C 可提高激发电磁波的频率E 改变LC振荡电路中的L C可改变激发电磁波的频率 BCE 解析 均匀变化的电场产生稳定的磁场 而非均匀变化的电场产生变化的磁场 故A错误 电磁波的频率与传播介质无关 等于激发电磁波的振荡电流的频率 故选项B正确 电磁波是变化的电磁场在空间的传播 不依赖物质 故C正确 根据f 可知 增大电容C 则振荡电路的频率减小 故D错误 E正确 误区警示关于电磁波产生的说明 1 能否产生电磁波 要看变化的电场和磁场是否能持续地再产生变化的磁场和电场 也就是说 所产生的磁场或电场必须是变化的 而不能是稳定的 2 LC振荡电路产生的振荡电场和振荡磁场都能产生电磁波 1 电磁波的产生 传播 多选 下列说法正确的是 A 变化的磁场产生变化的电场 变化的电场产生变化的磁场B 电磁波的频率与传播介质无关 等于激发电磁波的振荡电流的频率C 电磁波能独立存在D 增大LC振荡电路的电容C 可提高激发电磁波的频率E 改变LC振荡电路中的L C可改变激发电磁波的频率 BCE 多维训练 解析 均匀变化的电场产生稳定的磁场 而非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场 故选项A错误 电磁波的频率与传播介质无关 等于激发电磁波的振荡电流的频率 故选项B正确 电磁波是变化的电磁场在空间的传播 不依赖物质 故选项C正确 根据f 可知 增大电容C 则振荡电路的频率减小 故选项D错误 E正确 2 对狭义相对论的理解 2016 江苏卷 12B 一艘太空飞船静止时的长度为30m 它以0 6c c为光速 的速度沿长度方向飞行越过地球 下列说法正确的是 A 飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30mB 地球上的观测者测得该飞船的长度小于30mC 飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于cD 地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c B 解析 根据狭义相对论 沿运动方向的长度缩短 所以地球上的观测者测得该飞船的长度小于30m 飞船上的观测者测得飞船的长度等于30cm 选项A错误 B正确 根据光速不变原理 飞船上和地球上的观测者测得的光信号速度都等于c 选项C D错误 考点四用双缝干涉测量光的波长 1 原理与操作 2 处理与分析 1 误差分析 测条纹间距 x时带来误差 测量双缝到光屏间距离l时产生误差 2 注意事项 保证灯丝 单缝 双缝 测量头与遮光筒共轴 保持单缝和双缝平行 典例4 2018 天津静海五校期末 在 用双缝干涉测量光的波长 实验中 实验装置如图 甲 所示 1 以线状白炽灯为光源 对实验装置进行了调节并观察实验现象后 总结出以下几点 你认为正确的是 A 狭缝和光源必须平行放置B 各元件的中心可以不在遮光筒的轴线上C 双缝间距离越大呈现的干涉条纹越密D 若将滤光片移走则无干涉现象产生 解析 1 在用狭缝观察以线状白炽灯为光源的光的干涉现象时狭缝必须与灯丝平行 这时干涉条纹与狭缝平行 狭缝与灯丝垂直时观察不到明显的干涉条纹 故A正确 各元件的中心必须在遮光筒的轴线上 B错误 由 x 可知 条纹间距疏密程度与双缝间距有关 双缝间距离越大 条纹间距越小 呈现的干涉条纹越密 故C正确 去掉滤光片后 白光透过双缝 白光由七种色光组成 其波长不一样 则条纹间距不同 则形成彩色条纹 故D错误 答案 1 AC 2 当测量头中的分划板中心刻线对齐A条纹中心时 游标卡尺的示数如图 乙 c 所示 第二次分划板中心刻线对齐B条纹中心时 游标卡尺的示数如图 乙 d 所示 已知双缝间距为0 5mm 从双缝到屏的距离为1m 则图 乙 d 中游标卡尺示数为mm 所测光波的波长为m 保留两位有效数字 答案 2 16 76 6 10 7 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 丙 所示 则在这种情况下来测量干涉条纹的间距 x时 测量值实际值 填 大于 小于 或 等于 答案 3 大于 针对训练 2018 吉林大学附中月考 现有毛玻璃屏A 双缝B 白光光源C 单缝D 透红光的滤光片E等光学元件 要把它们放在图 甲 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 本实验的步骤有 调节单缝与双缝的间距为5 10cm 并使单缝与双缝相互平行 按合理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 取下遮光筒右侧的元件 打开光源 调节光源高度 使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮 用米尺测出双缝到屏的距离 用测量头 读数方法同螺旋测微器 测量数条亮纹间的距离 将测得的数据代入公式求出红光的波长 以上步骤合理的顺序是 只填步骤代号 解析 1 为获取单色线光源 白色光源后面要有滤光片 单缝 双缝 所以各光学元件的字母排列顺序应为 答案 1 答案 2 1 1305 880 2 将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐 将该亮纹定为第1条亮纹 此时手轮上的示数如图 乙 所示 然后同方向转动测量头 使分划板的中心刻线与第5条亮纹中心对齐 此时手轮上的示数如图 丙 所示 则图 乙 中手轮上的示数是mm 图 丙 中手轮上的示数是mm 答案 3 6 65 10 7 3 已知双缝到屏的距离为0 500m 使用的双缝间距为2 8 10 4m 由此可求得所测红光波长为 m 结果保留三位有效数字 演练提升真题体验 强化提升 1 双缝干涉实验的原理 2017 全国 卷 34 多选 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 ACD 2 光的干涉与光电效应 原子能级跃迁结合 2016 天津卷 2 如图是a b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样 则 A 在同种均匀介质中 a光的传播速度比b光的大B 从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大C 照射在同一金属板上发生光电效应时 a光的饱和电流大D 若两光均由氢原子能级跃迁产生 产生a光的能级能量差大 D 3 电磁波的产生与传播 2016 全国 卷 34 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E 电磁波可以由电磁振荡产生 若波源的电磁振荡停止 空间的电磁波随即消失 ABC 解析 任何电磁波在真空中传播速度均相同 周期性变化的电场和磁场相互激发 形成电磁波 电磁波为横波 即传播方向与电场强度 磁感应强度均垂直 电磁波可通过电缆 光缆传输 电磁波由电场和磁场的相互激发产生 即使电磁振荡停止 空间的电磁波仍可以继续传播 选项A B C正确 4 双缝干涉实验的数据分析 2015 全国 卷 34 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 x2 填 或 若实验中红光的波长为630nm 双缝与屏幕的距离为1 00m 测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10 5mm 则双缝之间的距离为mm 答案 0 300