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第4课时光的干涉、衍射和偏振电磁波与相对论[知识梳理]知识点一、光的干涉1．产生条件：两列光的相同，振动方向，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样。频率相同2.两种典型的干涉：(1)杨氏双缝干涉。①原理如图1所示。②明、暗条纹的条件(Ⅰ)单色光：形成的条纹，中央为明条纹。a．光的路程差Δr＝r2－r1＝(k＝0,1,2，…)，光屏上出现明条纹。b．光的路程差Δr＝r2－r1＝(2k＋1)λ2(k＝0,1,2，…)，光屏上出现暗条纹。明暗相间kλ图1(Ⅱ)白光：光屏上出现条纹，且中央亮条纹是(填写颜色)。③相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距公式：Δx＝ldλ。(2)薄膜干涉。①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。②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明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色条纹。彩色白色反射厚度知识点二、光的衍射偏振1．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。单缝衍射圆孔衍射单色光中央为亮且宽的条纹，两侧为明暗相间的条纹，且越靠外，亮条纹的亮度越弱，宽度越小①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小；②亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而减小白光中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度逐渐变暗、宽度变窄的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光，离中央最远的是红光中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色的同心圆环②泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到(选填“透明”或“不透明”)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2．光的偏振现象(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，包括在垂直于传播方向上沿振动的光，而且沿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知识点三、电磁波谱、电磁波及其应用1．麦克斯韦电磁场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．电磁场变化电场在周围空间产生磁场，变化磁场在周围空间产生电场，变化的电场和磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场。电场磁场3．电磁波(1)电磁场在空间由近及远的传播，形成。(2)电磁波的传播不需要，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度是的(都等于光速)。(3)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。(4)v＝λf，f是电磁波的频率。电磁波介质相同小4．电磁波的发射(1)发射条件：电路和信号，所以要对传输信号进行(包括调幅和调频)。(2)调制方式①调幅：使高频电磁波的随信号的强弱而变。调幅广播(AM)一般使用中波和短波波段。②调频：使高频电磁波的随信号的强弱而变。调频广播(FM)和电视广播都采用调频的方法调制。开放高频振荡调制振幅频率5．无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率时，激起的振荡电流，这就是电谐振现象。(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)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫做。检波是的逆过程，也叫做。最强调谐调谐检波调制解调相等6．电磁波谱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10－33×1011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10－111019知识点四、狭义相对论的基本假设及狭义相对论的其他结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。(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，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。相同相同(1)相对质量①物体的质量随物体速度的增加而，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系：m＝m01－vc2。②物体运动时的质量总要静止时的质量m0。增大大于2．狭义相对论的其他结论(2)质能关系用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：E＝。(3)时间间隔的相对性Δt＝Δτ1－vc2。(4)长度的相对性l＝l01－vc2。mc2知识点五、激光的特性及应用1．激光是自然界没有的光，是人类制造出来的光。2．激光特点：(1)相干性好；(2)方向性好(平行度好)；(3)亮度高。[题组自测]题组一光的干涉、衍射和偏振1．(多选)下列属于光的干涉现象的是()解析图A属于单缝衍射，图B属于薄膜干涉，图C属于薄膜干涉，图D属于白光的色散，故属于光的干涉现象的是B、C。答案BC2．图2为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则()A．甲为紫光的干涉图样B．乙为紫光的干涉图样C．丙为红光的干涉图样D．丁为红光的干涉图样图2解析干涉图样的条纹间距是均匀的，且干涉条纹间距Δx＝ldλ，而红光的波长较长，所以甲为红光的干涉图样，乙为紫光的干涉图样；而衍射图样是不均匀的，中央亮纹的宽度与波长成正比，所以丙为红光的衍射图样，丁为紫光的衍射图样，只有选项B正确。答案B3．(多选)如图3所示，偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向。下列四种入射光束中，能在P的另一侧观察到透射光的是()图3A．太阳光B．沿竖直方向振动的光C．沿水平方向振动的光D．沿与竖直方向成45°角方向振动的光解析偏振片只让沿某一方向振动的光通过，当偏振片的透振方向与光的振动方向不同时，透射光的强度不同，它们平行时最强，而垂直时最弱。太阳光是自然光，光波可沿任何方向振动，所以在P的另一侧能观察到透射光；沿竖直方向振动的光，振动方向与偏振片的透振方向相同，当然可以看到透射光；沿水平方向振动的光，其振动方向与透振方向垂直，所以看不到透射光；沿与竖直方向成45°角方向振动的光，其振动方向与透振方向不垂直，仍可看到透射光。答案ABD题组二电磁波、相对论4．关于电磁波，下列说法正确的是()A．雷达是用X光来测定物体位置的设备B．使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调C．用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光D．均匀变化的电场可以产生恒定的磁场解析雷达是利用微波来定位的，A项错误；使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制，B项错误；钞票是利用紫外线的荧光作用，C项错误；均匀变化的电场可以产生恒定的磁场，D项正确。答案D5．关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是()A．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息B．手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同D．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同解析电磁波、声波都能够传递信息，A项错误；手机通话时将人的声音转化为电信号并通过电磁波传递，B正确；医院“B超”的超声波属于声波，传播速度远小于光速，C错误；红外线与X射线相比频率低，波长长，D错误。答案B6．属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中()A．真空中光速不变B．时间间隔具有相对性C．物体的质量不变D．物体的能量与质量成正比解析狭义相对论的两条假设分别是：在任何惯性系中真空中的光速不变和一切物理规律相同。答案A考点一光的干涉现象1．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Δx＝ldλ。2．用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白色条纹，两侧为彩色条纹。【例1】(2014·全国大纲卷，17)在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589nm的光，在距双缝1.00m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两明纹中心间距为0.350cm，则双缝的间距为()A．2.06×10－7mB．2.06×10－4mC．1.68×10－4mD．1.68×10－3m解析在双缝干涉实验中，相邻明条纹间距Δx、双缝间距d与双缝到屏的距离L间的关系为Δx＝Ldλ，则双缝间距d＝LλΔx＝1.00×589×10－90.350×10－2m≈1.68×10－4m。答案C【变式训练】1．一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色亮纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是()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．上述说法都不正确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。答案A考点二光的衍射、偏振自然光和偏振光的比较自然光(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起偏器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，且沿各个方向振动的光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【例2】下列关于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，可使景像更清晰D．透过平行于日光灯的窄缝观察正常发光的日光灯时能看到彩色条纹，这是光的色散现象解析根据光的干涉、衍射、偏振、色散各现象的特点分析求解。用光导纤维束传送图像信息，这是光的全反射的应用，A错误；太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的色散现象，是光的折射的结果，B错误；在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物，可减弱反射光，从而使景像更清晰，C正确；透过平行于日光灯的窄缝观察正常发光的日光灯时能看到彩色条纹，这是光的衍射现象，D错误。答案C【变式训练】2．(多选)2013年9月12日国务院办公厅下发文件《大气污染防治行动计划》，以改善人们的生活环境。其中雾霾天气严重影响人们的身体健康，发生雾霾天气时能见度只有几米，天气变黄变暗，这是由于这种情况下()A．只有波长较短的一部分光才能到达地面B．只有波长较长的一部分光才能到达地面C．只有频率较大的一部分光才能到达地面D．只有频率较小的一部分光才能到达地面解析根据光发生明显衍射的条件，发生雾霾天气时，只有波长较长、频率较小的一部分光发生衍射绕过空气中的颗粒物到达地面，选项A、C错误，B、D正确。答案BD考点三电磁场理论、电磁波及应用【例3】(2014·四川卷，2)电磁波已广泛运用于很多领域。下列关于电磁波的说法符合实际的是()A．电磁波不能产生衍射现象B．常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机C．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度D．光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同解析干涉、衍射是波所特有的现象，所以电磁波能产生衍射现象，选项A错误；常用的遥控器是通过发出红外线来遥控电视机的，选项B错误；利用多普勒效应可以判断遥远天体相对地球的速度，选项C正确；根据光速不变原理，在不同的惯性系中，光速是相同的，选项D错误。答案C【变式训练】3．现代生活中，人们已更多地与电磁波联系在一起，并且越来越依赖于电磁波，关于电磁场和电磁波，以下说法正确的是()A．把带电体和永磁体放在一起，即可以在其周围空间中产生电磁波B．手机、电视、光纤通信都是通过电磁波来传递信息的C．医院中用于检查病情的“B超”是利用了电磁波的反射原理D．车站、机场安全检查时“透视”行李箱的安检装置是利用红外线实现成像的解析要产生电磁波，必须要有变化的磁场与变化的电场，即电磁场，电磁场在介质