2019版高考物理一轮复习 专题十五 光学、电磁波与相对论 第2讲 光的波动性 电磁波 相对论课件.ppt

第2讲光的波动性电磁波相对论 考点1 光的干涉 亮 暗 1 定义 在两列光波叠加的区域 某些区域相互加强 出现 条纹 某些区域相互减弱 出现 条纹 且 加强区域和减弱区域相互间隔的现象 相等 2 条件 两束光的频率 相位差恒定 3 双缝干涉图样特点 单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹 白光照射时 中央为 条纹 其余为 条纹 白色亮 彩色 考点2 光的衍射 偏离 1 定义 光在传播的过程中遇到障碍物时 直线 传播绕到障碍物阴影里去的现象 差不多 还小 2 发生明显衍射的条件 障碍物或小孔的尺寸跟光的波长 甚至比光的波长 时 衍射现象明显 3 衍射图样特点 单色 窄且暗 白色 1 单缝衍射 单色光的衍射图样为中间宽且亮的 条纹 两侧是明暗相间的条纹 条纹宽度比中央 白光的衍射图样为中间宽且亮的 条纹 两侧是渐窄且 暗的彩色条纹 圆环 泊松 2 圆孔衍射 明暗相间的不等距 3 圆盘衍射 明暗相间的不等距圆环 中心有一亮斑称为 亮斑 证实光的波动性 考点3 光的偏振 一切方向 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 特定 3 偏振光的形成 偏振片 折射 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 横 考点4 电磁场与电磁波 1 麦克斯韦电磁场理论 电场 磁场 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 电磁场 横 2 电磁波 由近及远地传播形成电磁波 电磁波是 波 在空间传播不需要依靠介质 真空中电磁波的速度为 m s 电磁波的传播速度v等于波长 和频率f的乘积 即v 3 108 f 3 电磁波的发射和接收 足够高 开放 1 发射条件 要有 的频率 采用 电路 2 调制 使电磁波随各种信号而改变叫调制 使高频电磁波的 随信号的强弱而变化为调幅 使高频电磁波的 随信号的强弱而变化为调频 振幅 频率 3 接收 相等 当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率 时 激起的振荡电流最强 称为电谐振现象 从经过调制的高频电流中将声音或图像信号还原出来的过程 叫做 它是调制的逆过程 调幅波的解调也叫 4 电磁波谱 按照电磁波的 或 的大小顺 序把它们排列成谱叫做电磁波谱 频率 波长 可见光 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 解调 检波 考点5 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 相同 相同 mc2 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 2 质能方程 质能关系 E 基础自测 1 多选 2016年北京卷改编 下列说法正确的是 A 电磁波在真空中以光速c传播B 在空气中传播的声波是横波C 声波只能在空气中传播D 光的传播不需要介质E 电磁波是横波 解析 光波属于电磁波 光波在真空中的速度也就是电磁波在真空中的速度 选项A正确 空气中的声波是振源的振动造成空气密度的变化而产生的 它存在密部和疏部 属于纵波 选项B错误 声波不仅仅能在空气中传播 在固体 液体中都可以传播 选项C错误 光波属于电磁波 电磁波是通过电磁场的交替变化传递的 不需要介质 选项D正确 电磁波是横波 E项正确 答案 ADE 2 多选 2016年天津卷改编 我国成功研发的反隐身先进 米波雷达 堪称隐身飞机的克星 它标志着我国雷达研究又一创新的里程碑 米波雷达 发射无线电波的波长在1 10m 范围内 则对该无线电波的判断正确的是 A 米波的频率比厘米波频率低B 和机械波一样需靠介质传播C 同光波一样会发生反射现象D 不可能产生干涉和衍射现象E 波长越长的无线电波越易发生衍射现象答案 ACE 的条纹如图乙所示 他改变的实验条件不可行的是 3 多选 某同学用单色光进行 双缝干涉 实验 在屏上观察到图15 2 1甲所示的条纹 仅改变一个实验条件后 观察到 乙 甲图15 2 1A 减小光源到单缝的距离B 减小双缝之间的距离C 增大双缝到光屏之间的距离D 换用频率更高的单色光源E 增大双缝之间的距离答案 ADE 4 多选 关于以下几种电磁波的作用 下列说法正确的是 A 用红外线热像仪检测通过它的发热病人 是利用了物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同B 刑侦上用紫外线拍摄指纹照片 因为紫外线波长短 分辨率高C 红外线遥感技术利用了红外线的显著热效应D 验钞机之所以利用紫外线验钞是因为紫外线具有荧光效应E 阴极射线是一种频率极高的电磁波答案 ABD 热点1 光的干涉 热点归纳 1 明暗条纹的判断方法 1 单色光 如图15 2 2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 图15 2 2 2 白光 光屏上出现彩色条纹 3 中央条纹为明条纹 2 双缝干涉形成的条纹是等间距的 两相邻明条纹或相邻 法错误的是 考向1 对双缝干涉现象的理解 典题1 一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到干涉条纹 除中央白色亮条纹外 两侧还有彩色条纹 则下列说 A 各色光的波长不同 因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同B 各色光的速度不同 因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同C 各色光的强度不同 因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同D 屏上呈现内紫外红的条纹E 屏上条纹不按一定的规律分布 解析 白光包含各种颜色的光 它们的波长不同 在相同条件下做双缝干涉实验时 它们的干涉条纹间距不同 所以在中央亮条纹两侧出现彩色条纹 紫光的条纹间距最小 因而最里面的是紫色条纹 答案 BCE 考向2 明暗条纹位置的确定 典题2 如图15 2 3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的距离之差为2 1 10 6m 分别用A B两种单色光在空气中做双缝干涉实验 问P点是 亮条纹还是暗条纹 图15 2 3 1 已知A光在折射率为n 1 5的介质中波长为4 10 7m 2 已知B光在某种介质中的波长为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 解 1 设A光在空气中波长为 1 在介质中波长为 2 由 1 n 2 1 5 4 10 7m 6 10 7m 根据路程差 x 2 1 10 6m 可见 用A光做光源 P点为暗条纹 热点2 薄膜干涉 热点归纳 1 如图15 2 4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 图15 2 42 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 3 原理分析 1 单色光 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 1 2 3 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 2 白光 薄膜上出现水平彩色条纹 4 薄膜干涉的应用 1 检查精密零件的表面是否平整 如图15 2 5所示 将被检查平面和放在上面的透明标准样板的一端垫一薄片 使样板的标准平面与被检查平面间形成一个楔形空气薄层 单色光从上面照射 入射光在空气层的上表面a和下表面b反射出两列光波叠加 从反射光中看到干涉条纹 根据干涉条纹的形状来确定工件表面的情况 图15 2 5 若被检查平面平整则干涉图样是等间距明暗相间的平行直条纹 若某处凹下 则对应亮 暗 条纹提前出现 如图15 2 6甲所示 若某处凸起 则对应亮 暗 条纹延后出现 如图乙所示 甲 乙 图15 2 6 2 增透膜 在光学元件 透镜 棱镜 的表面涂上一层薄膜 如氟化镁 的反射光的光程差恰好等于半个波长 因而相互抵消 达到减小反射光 增大透射光强度的目的 考向 薄膜干涉的应用 典题3 多选 关于光学镜头增透膜 以下说法正确的是 A 增透膜是为了减少光的反射损失 增加透射光的强度 B 增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的C 增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的 1414 D 因为增透膜的厚度一般适合绿光反射时相互抵消 红光 紫光的反射不能完全抵消 所以涂有增透膜的镜头呈淡紫色E 涂有增透膜的镜头 进入的光线全部相互抵消 因此这种镜头的成像效果较好 解析 光学镜头前的增透膜是为了减少光的反射损失 增加透射光的强度 A正确 根据光的干涉理论 增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的四分之一 B错误 C正确 增透膜通常是针对人眼最敏感的绿光设计的 使从镜头反射的绿光干涉相消 而对太阳光中红光和紫光并没有显著削弱 所以看上去呈淡紫色 D正确 涂有增透膜的镜头 只能抵消某种色光的反射光线 E错误 答案 ACD 热点3 光的偏振 热点归纳 1 偏振光的产生方式 1 自然光通过起偏器 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 叫起偏器 第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光 叫检偏器 2 自然光射到两种介质的交界面上 如果光入射的方向合适 使反射光和折射光之间的夹角恰好是90 时 反射光和折射光都是偏振光 且偏振方向相互垂直 2 偏振光的理论意义及应用 1 理论意义 光的偏振现象说明了光波是横波 2 应用 照相机镜头 立体电影 消除车灯眩光等 典题4 2017年江苏调研 某同学在暑假一次旅行中发现一个奇怪的现象 他戴着某种墨镜用手机拍照 手机竖着拍没问题 而当把手机横过来拍时 发现手机黑屏了 而旁边的小伙伴却说手机屏是亮着的 这是光的 现象 该现象说明光是 填 横波 或 纵波 解析 这位同学手机竖着拍没问题 而当把手机横过来拍时 发现手机黑屏了 说明光不能透过 这是光的偏振现象 该现象说明光是横波 答案 1 偏振 2 横波 热点4 光的衍射 热点归纳 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 光才可以看做是沿直线传播的 3 光的干涉和衍射的比较 典题5 多选 2016年安徽合肥二模 下列说法正确的 是 A 光导纤维传输信号是利用光的干涉现象B 全息照相利用了激光相干性好的特性C 光的偏振现象说明光是横波D X射线比无线电波更容易发生干涉和衍射现象E 刮胡须的刀片的影子边缘模糊不清是光的衍射现象答案 BCE 热点5 电磁场和电磁波 热点归纳 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15 2 7所示 图15 2 7 2 电磁波与机械波不同 机械波在介质中传播的速度只与介质有关 电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关 3 电磁波谱分析及应用 考向1 对麦克斯韦电磁场理论的理解 典题6 多选 2016年新课标 卷 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变化的磁场可以相互激发 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 解析 电磁波在真空中传播速度不变 与频率无关 选项A正确 电磁波由周期性变化的电场和变化的磁场互相激发得到 选项B正确 电磁波传播方向与电场方向 磁场方向均垂直 选项C正确 光是一种电磁波 光可在光导纤维中传播 选项D错误 电磁波具有能量 电磁振荡停止后 已形成的电磁波仍会在介质或真空中继续传播 选项E错误 答案 ABC 考向2 电磁波的应用 典题7 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 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 温度较低的物体也能辐射红外线E 频率越高的电磁波在真空中传播的速度越快答案 ACD 方法技巧 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 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 射线都有重叠 但它们产生的机理不同 热点6 狭义相对论的基本假设和质能关系的简单应用 热点归纳 1 惯性系 如果牛顿运动定律在某个参考系中成立 这个参考系叫做惯性系 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 因为光速是从麦克斯韦方程组中推导出来的 无任何前提条件 典题8 下列说法正确的是 A 以0 75c的速度靠近地球的火箭向地球发出的光 在地球上测得其速度为cB 光在真空中传播的速度在不同惯性系可能不同C 爱因斯坦质能方程E mc2中的m是物体静止时的质量D 在不同的惯性参考系中 一切物理规律都是相同的 这是狭义相对论的一条基本假设E 狭义相对论认为 在惯性参考系中 光速与光源 观察者间的相对运动无关答案 ADE