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第4讲光的波动性电磁波相对论简介【基础知识必备】一、光的干涉1．产生干涉的条件两列光的__________，______________，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样．频率相同振动方向相同2．杨氏双缝干涉观察干涉图样，总结明暗条纹出现的规律：(1)原理如图所示．(2)明、暗条纹的条件．①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为________．a．光的路程差Δr＝r2－r1＝____(k＝0,1,2…)，光屏上出现明条纹．明条纹kλb．光的路程差Δr＝r2－r1＝(2k＋1)λ2(k＝0,1,2…)，光屏上出现________．②白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是______(填写颜色)．(3)条纹间距公式：Δx＝______.暗条纹白色ldλ3．薄膜干涉(1)相干光：光照射到透明薄膜上，从__________________反射的两列光波．(2)图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的厚度______．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．薄膜的两个表面相等【知识对点自测】1．判一判(1)光的颜色取决于折射率．()(2)只有频率相同的两列光波才能产生干涉．()(3)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光．()答案：(1)×(2)√(3)×2．(多选)下列属于光的干涉现象的是()解析：BC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.二、光的衍射光的偏振现象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．(2)衍射条纹的特点相差不多还小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__________的条纹，且越靠外，亮条纹的亮______，宽度______①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着________的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度______，宽度______②亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而______明暗相间越弱越小明暗相间越弱越小减小白光中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度__________、宽度__________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__________逐渐变暗逐渐变窄同心圆环②泊松亮斑(圆盘衍射)当光照射到不透明的_________________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)．半径很小的小圆盘亮斑2．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，这种光叫作自然光．(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【知识对点自测】3．让太阳光垂直照射一块遮光板，板上有一个可以自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时，在孔后的屏上将先后出现()A．由大变小的三角形光斑，直至光斑消失B．由大变小的三角形光斑、明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失C．由大变小的三角形光斑，明暗相间的条纹，直至黑白色条纹消失D．由大变小的三角形光斑、圆形光斑、明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失解析：D当孔足够大时，由于光的直线传播，所以屏上首先出现的是三角形光斑，之后随着孔的继续缩小，出现小孔成像，成的是太阳的像，故为小圆形光斑，随着孔的进一步缩小，当尺寸与光波波长相当时，出现明暗相间的衍射条纹，最后随孔的闭合而全部消失，所以只有D正确．4．如图所示的4种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光通过同一个双缝干涉仪形成的干涉图样和黄光、紫光通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分代表亮纹)，那么1、2、3、4四个图中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．蓝黄红紫解析：B由于双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹．又双缝干涉条纹的间距Δx＝ldλ，在l、d都不变的情况下，干涉条纹间距Δx与波长λ成正比，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距比蓝光干涉条纹间距大，即1、3分别对应红光和蓝光．而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，黄光波长比紫光波长长，则黄光的中央条纹较宽较亮，故2、4分别对应紫光和黄光．综上所述，1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是红、紫、蓝、黄，选项B正确．三、电磁波与相对论1．电磁波(1)电磁波的产生①麦克斯韦电磁场理论变化的磁场产生______，变化的电场产生______．②电磁场变化的电场和变化的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电磁波电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波．(ⅰ)电磁波是横波，在空间传播________介质．(ⅱ)真空中电磁波的速度为________m/s.(ⅲ)v＝λf对电磁波__________．(ⅳ)电磁波能产生反射、折射、______和衍射等现象．不需要同样适用干涉3×1082．电磁波的发射和接收(1)发射电磁波的条件①要有足够高的___________；②电路必须_____，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间．(2)调制有_____和调频两种方式，解调是调制的逆过程．振荡频率开放调幅(3)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γ射线，形成电磁波谱；递变规律：直线传播能力增强，衍射能力减弱．无线电波②电磁波谱的特性、应用电磁波谱特性应用红外线_______红外线遥感紫外线化学效应、_________、能杀菌医用消毒、防伪X射线贯穿性强检查、医用透视γ射线贯穿本领最强工业探伤、医用治疗热效应荧光效应3.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，一切物理规律都是相同的．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相同的，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系．(2)相对论的质速关系①物体的质量随物体速度的增加而增大，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m总要大于静止时的质量m0.(3)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，则爱因斯坦质能方程为：E＝_____.mc2考向一光的干涉现象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Δx＝ldλ.(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．亮暗条纹的判断方法(1)如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)时，光屏上出现亮条纹．(2)光的路程差r2－r1＝(2k＋1)λ2(k＝0,1,2…)时，光屏上出现暗条纹．3．条纹间距：Δx＝ldλ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是光波的波长．4．薄膜干涉(1)形成：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)亮、暗条纹的判断①在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝1,2,3…)，薄膜上出现亮条纹．②在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹．(3)薄膜干涉的应用干涉法检查平面如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲．【典例1】(多选)(2017·课标Ⅱ)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【解析】ACD由Δx＝Ldλ可知，改用波长更长的激光照射在双缝上，相邻亮条纹的间距Δx增大，A项正确，B项错误；减小双缝间距d，相邻亮条纹的间距Δx增大，C项正确；将屏幕向远离双缝的位置移动，增大了屏幕与双缝的距离L，相邻亮条纹的间距Δx增大，D项正确；相邻亮条纹的间距与光源到双缝的距离无关，E项错误．【针对训练】1．在双缝干涉实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，则()A．中间条纹间距较两侧更宽B．不同色光形成的条纹完全重合C．双缝间距离越大条纹间距离也越大D．遮住一条缝后屏上仍有明暗相间的条纹解析：D据干涉图样的特征可知，干涉条纹特征是等间距、彼此平行，故选项A错误；不同色光干涉条纹分布位置不相同，因此选项B错误；据公式Δx＝ldλ可知，双缝间距d越大，干涉条纹距离越小，故选项C错误；遮住一条缝后，变成了单缝衍射，光的衍射也有衍射条纹，故选项D正确．2．(2017·上海单科)用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜，所观察到的干涉条纹为()解析：B由于在光的干涉中亮、暗条纹的位置取决于两列光波相遇时通过的路程之差，则在薄膜干涉中取决于入射点处薄膜的厚度．因肥皂液薄膜在重力作用下形成了一个上薄下厚的楔形膜，厚度相等的位置在同一条水平线上，故同一条干涉条纹必然是水平的，由此可知只有选项B正确．考向二光的衍射和偏振1．对光的衍射的理解(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．2．自然光与偏振光的比较自然光是直接从光源发出的光，偏振光是通过偏振器后的光．自然光在垂直于光的传播方向的平面内，光振动的方向沿各个方向，且沿各个方向光振动的强度相同；偏振光在垂直于光的传播方向的平面内，光振动的方向沿特定方向．3．偏振光要点提示偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特征，即存在一个偏振方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了．【典例2】(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可以判断细丝粗细的变化()A．这里应用的是光的衍射现象B．这里应用的是光的干涉现象C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细【解析】AD若障碍物的尺寸与光的波长相比差不多或更小，衍射现象较明显，即当丝越细时，屏上条纹越宽，故选项A、D正确．【针对训练】3.如图所示，当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑，这是光的____(填“干涉”“衍射”或“直线传播”)现象，这一实验支持了光的______(填“波动说”“微粒说”或“光子说”)．解析：激光束照射不透明圆盘，在圆盘后的阴影中心形成亮斑，说明激光绕过了圆盘，所以这种现象应是光的衍射，证实了光具有波动性．答案：衍射波动说考向三电磁波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名称项目电磁波机械波产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点(波源)的振动产生波的特点横波纵波或横波波速在真空中等于光速c＝3×108m/s在空气中不大(如声波波速在空气中一般为340m/s)是