2020届高考物理总复习 第十四单元 课时4 光的波动性 电磁波和相对论课件 新人教版.ppt

第十四单元 选修3 4 课时4光的波动性电磁波和相对论 磨剑 课前自学 悟剑 课堂精讲 必备知识 1 光的干涉 衍射及偏振 1 两种衍射图样 小孔衍射 明暗相间的同心圆环 越向外 环间距离越小 单缝衍射 明暗相间的平行条纹 中央条纹较宽 两侧条纹较窄 若用白光做单缝衍射实验 则中央亮处为白色 2 光的干涉和衍射的关系 光的干涉和衍射 都证明了光的波动性 只有波才可以发生干涉和衍射现象 光的干涉和衍射有一定的联系 光的双缝干涉中就有光的衍射 光的干涉条纹中 各条纹能量分布较均匀 而在光的衍射条纹中 中央亮纹所具有的能量 超过了总能量的一半 3 自然光与偏振光 自然光 自然光的一般概念是 光振动沿各个方向均匀分布的光 即包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光 而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同 偏振光 偏振光的一般概念是 光振动沿不同方向分布不均匀的光 包括两种情况 一种是只有沿单一方向振动的光 通常称为完全偏振光 即线偏振光 另一种是包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光 但沿不同方向振动的光波的强度都不同 这种光通常称为部分偏振光 温馨提示 产生稳定干涉的条件 两列光的频率相等且振动状态相同 相干光源可用同一束光分成两列获得 双缝干涉图样 单色光时是明暗相间条纹 且宽度相等 白光时是彩色条纹 2 电磁波 1 麦克斯韦电磁场理论 变化的磁场能够在周围空间产生电场 变化的电场能够在周围空间产生磁场 2 电磁波 电磁场在空间由近及远的传播 形成电磁波 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相同 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 v f f是电磁波的频率 3 电磁波的发射 发射条件 开放电路和高频振荡信号 所以要对传输信号进行调制 调幅或调频 调制方式 a 调幅 使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变 b 调频 使高频电磁波的频率随信号的强弱而变化 4 电磁波谱 按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排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 可见光 紫外线 X射线 射线 温馨提示 无线电波的接收 当接收电路的固有频率跟接收到无线电波的频率相等时 激起的振荡电流最强 这就是电谐振现象 使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐 能够调谐的接收电路叫作调谐电路 从经过调制的高频振荡中 检 出调制信号的过程 叫作检波 检波是调制的逆过程 也叫作解调 基础过关 1 2018安徽芜湖9月模拟 如图为双缝干涉的实验示意图 若要使干涉条纹的间距变大 可改用波长更 选填 长 或 短 的单色光 或是使双缝与光屏间的距离 选填 增大 或 减小 长增大 C 2 2018湖北荆州五校联考 下列光学现象的说法中正确的是 A 用光导纤维束传送图像信息 这是光的衍射的应用B 太阳光通过三棱镜形成彩色光谱 这是光的干涉的结果C 在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物 可使景象更清晰D 透过平行于日光灯的窄缝看正常发光的日光灯时能观察到彩色条纹是光的色散现象 ACD 3 2018陕西延安阶段考试 多选 目前雷达发射的电磁波频率多在200MHz至1000MHz的范围内 下列关于雷达和电磁波的说法正确的是 A 真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0 3m 1 5m之间B 电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的C 测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达与目标之间的距离D 波长越短的电磁波 反射性能越强 BD 4 2018河南洛阳诊断考试 多选 下列说法中符合实际的是 A 医院里常用X射线对病房和手术室消毒B 医院里常用紫外线对病房和手术室消毒C 在人造卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的分辨能力D 在人造卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力 AB 5 2018江西新余单元检测 多选 在相对论中 下列说法正确的有 A 一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速B 质量 长度的测量结果都与物体相对观察者的相对运动状态有关C 时间的测量结果与物体相对观察者的运动状态无关D 在某一惯性系中发生于同一时刻 不同地点的两个事件 在其他一切惯性系中也是同时发生的 B 6 2018四川西昌质量检测 下列说法错误的是 A 相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关B 光的偏振现象说明光是一种纵波C 在光的双缝干涉实验中 若仅将入射光由绿光变为红光 则条纹间距变宽D 赫兹用实验证实了电磁波的存在 ACD 1 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 2 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 电磁波在真空中传播速度不变 与频率无关 A项正确 电磁波由周期性变化的电场和变化的磁场互相激发得到 B项正确 电磁波传播方向与电场方向 磁场方向均垂直 C项正确 光是一种电磁波 光可在光导纤维中传播 D项错误 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 E项错误 一光的干涉现象 例1 BDE 多选 如图所示是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 在真空中a b两光传播速度相同C 从真空射入同种介质发生全反射时 a光全反射临界角小D 从同种介质射入真空发生全反射时 a光全反射临界角小E 在相同的条件下 b光比a光更容易产生明显的衍射现象 变式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 现分别用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 1 已知A光在折射率n 1 5的介质中波长为4 10 7m 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 3 若用A光照射时 把其中一条缝遮住 请分析光屏上能观察到的现象 1 暗条纹 2 亮条纹 3 见解析 2 薄膜干涉 1 薄膜干涉如图所示 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 薄膜干涉的应用 检查精密零件的表面是否平整如图所示 将被检查平面和放在上面的透明标准样板的一端之间垫一薄片 使标准样板的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 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 如图甲所示 若某处凸起 则对应亮 暗 条纹延后出现 如图乙所示 例2 多选 如图甲所示 在一块平板玻璃上放置一平薄凸透镜 在两者之间形成厚度不均匀的空气膜 让一束单一波长的光垂直入射到该装置上 结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹 称为牛顿环 以下说法正确的是 A 干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B 干涉现象是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C 干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的D 干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的 AC 由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜 所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和玻璃上表面 A项正确 由于凸透镜的下表面是圆弧面 所以形成的薄膜厚度不是均匀变化的 形成不等间距的干涉条纹 C项正确 二光的衍射和光的偏振现象 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小得多时 光才可以看作是沿直线传播的 2 自然光和偏振光的比较 例3 多选 关于波的干涉和衍射 下列说法正确的是 A 衍射是一切波特有的现象B 两列波发生干涉时 振动加强区域的质点的位移一定始终最大C 声波容易发生衍射是因为声波的波长较长D 观察薄膜干涉时 应该在入射光的同一侧E 医院中用于体检的 B超 利用了超声波的衍射原理 ACD 衍射是一切波特有的现象 A项正确 两列波发生干涉时 振动加强区域的质点振动始终加强 不是位移始终最大 B项错误 声波容易发生衍射是因为声波的波长较长 C项正确 薄膜干涉是两列频率相同的反射光在薄膜上出现的现象 因此应在入射光的同一侧观察 D项正确 医院中用于体检的 B超 利用了超声波的反射原理 E项错误 变式2 如图所示的4种明暗相间的条纹分别是红光 蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光 紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样 黑色部分表示亮条纹 在下面的4幅图中从左往右排列 亮条纹的颜色依次是 A 红黄蓝紫B 红紫蓝黄C 蓝紫红黄D 蓝黄红紫 B 三实验 用双缝干涉测光的波长 1 原理与操作 例4 A 在观察光的双缝干涉现象的实验中 1 将激光束照在如图乙所示的双缝上 在光屏上观察到的现象是图甲中的 2 换用间隙更小的双缝 保持双缝到光屏的距离不变 在光屏上观察到的条纹宽度将 保持双缝间隙不变 减小光屏到双缝的距离 在光屏上观察到的条纹宽度将 以上均选填 变宽 变窄 或 不变 变宽变窄 变式3 如图甲所示 在 用双缝干涉测光的波长 实验中 将实验仪器按要求安装在光具座上 并选用缝间距d 0 20mm的双缝屏 然后 接通电源使光源正常工作 已知像屏与双缝屏间的距离L 700mm 1 已知测量头上主尺的最小刻度是毫米 副尺 游标尺 上有20分度 某同学调整手轮后 从测量头的目镜看去 使分划板中心刻度线与某条纹A中心对齐 如图乙所示 此时测量头上主尺和游标尺的示数如图丙所示 则此示数为mm 再转动手轮 使分划板中心刻度线与某条纹B中心对齐 测得A条纹到B条纹间的距离为8 40mm 利用上述测量结果 经计算可得经滤光片射向双缝的色光的波长 m 结果保留2位有效数字 0 254 8 10 7 变式3 2 另一同学按实验装置安装好仪器后 观察到光的干涉现象很明显 若他对实验装置进行改动后 在像屏上仍能观察到清晰的条纹 且条纹数目有所增加 以下改动可能会实现这个效果的是 A 仅将滤光片移至单缝和双缝之间B 仅将单缝与双缝间距增大少许C 仅将单缝与双缝的位置互换D 仅将红色滤光片换成绿色滤光片 D 四电磁波与相对论 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 电磁波与机械波的比较 例5 多选 关于电磁波谱 下列说法正确的是 A X射线对生命物质有较强的作用 过量的X射线辐射会引起生物体的病变B 射线是波长最短的电磁波 它比X射线的频率还要高C 紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射D 在电磁波谱中 最容易发生衍射现象的是 射线E 在电磁波谱中 无线电波一般可用于通信 ABE 紫外线比紫光的波长短 更不容易发生干涉和衍射 C项错误 在电磁波谱中 最容易发生衍射现象的是无线电波 D项错误