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第4讲光的波动性电磁波相对论知识排查光的干涉1.产生条件两列光的频率相同，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。图12.两种典型的干涉(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：形成明暗相间的条纹，中央为明条纹。a.光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ(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。(ⅱ)白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(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。光的衍射偏振1.光的衍射现象：光在遇到障碍物时，偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射。2.光发生明显衍射现象的条件：当孔或障碍物的尺寸比光波波长小，或者跟光波波长相差不多时，光才能发生明显的衍射现象。3.衍射图样(1)单缝衍射：中央为亮条纹，两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同。白光衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光。(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环。(3)泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板后，在圆板的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一。4.光的偏振现象(1)偏振光波只沿某一特定的方向的振动。(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一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光。(3)偏振光在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光。光的偏振证明光是横波。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。电磁波与相对论1.电磁波的产生(1)麦克斯韦电磁场理论变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。(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。(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，在空间传播不需要介质；②真空中电磁波的速度为3.0×108m/s；③v＝λf对电磁波同样适用；④电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。2.电磁波的发射和接收(1)发射电磁波的条件①要有足够高的振荡频率；②电路必须开放，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。(2)调制有调幅和调频两种方式，解调是调制的逆过程。(3)电磁波谱①定义：按电磁波的波长从长到短分布是无线电波、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。②电磁波谱的特性、应用电磁波谱特性应用无线电波波动性强、易发生衍射无线电技术红外线热效应红外线遥感可见光引起视觉照明、摄影紫外线化学效应、荧光效应、能杀菌消毒医用消毒、防伪X射线贯穿本领强检查、医用透视γ射线贯穿本领最强工业探伤、医用治疗3.狭义相对论(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－（vc）2。②物体运动时的质量m总要大于静止时的质量m0。(3)长度的相对性沿相对运动方向上长度缩短(尺缩效应)l＝l01－（vc）2(4)时间间隔的相对性(钟慢效应)Δt＝Δτ1－（vc）24.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。小题速练思考判断(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)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。()(4)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。()(5)自然光是偏振光。()(6)阳光在水面的反射光是偏振光。()(7)电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场。()(8)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的。()答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)√(7)×(8)×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.薄膜干涉(1)如图2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2(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：①单色光：明暗相间的水平条纹；②白光：彩色水平条纹。【例1】(2016·江苏单科，12B)(1)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，则两列光的__________相同。如图3所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在________(选填“A”“B”或“C”)点会出现暗条纹。图3(2)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长λ＝5.89×10－7m，双缝间的距离d＝1mm，双缝到屏的距离l＝2m。求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距。解析(1)从两狭缝发出的光，它们的频率相同，是干涉光，在波峰与波谷相遇的区域中，振动相互抵消，会出现暗条纹，即在C点出现暗条纹。(2)相邻亮条纹的中心间距Δx＝ldλ由题意知，亮条纹的数目n＝10解得L＝nlλd，代入数据得L＝1.178×10－2m。答案(1)频率C(2)1.178×10－2m【例2】如图4甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，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________。图4A.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解析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平板玻璃的上表面，故选项A正确，B错误；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，故选项C正确，D错误。答案AC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3】(2018·启东中学模拟)奶粉中碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，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，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图5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。图5(1)偏振片A的作用是______________________________________________________________________________________________________________________。(2)偏振现象证明了光是一种________。(3)以下说法中正确的是________。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处光强度最强，偏振片B转过的角度等于αD.将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片A转过的角度等于α答案(1)把自然光变成偏振光(2)横波(3)ACD电磁波1.对麦克斯韦电磁场理论的理解2.对电磁波的理解图6(1)电磁波是横波。电磁波的电场E、磁场B、传播方向v三者两两垂直，如图6所示。(2)电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度与介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关。【例4】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.光需要介质才能传播解析电磁波可以在真空中传播，且传播速度为光速c，选项A正确，D错误；声波为纵波，可以在固、液、气介质中传播，选项B、C错误。答案A狭义相对论的简单应用狭义相对论问题的求解技巧(1)解决“同时”的相对性问题，可从三个方面入手：①令观察者静止，判断被观察者因相对运动而引起的位置变化。②结合光速不变原理，分析光传播到两个事件所用的时间。③光先传播到的事件先发生，光后传播到的事件后发生。(2)“动尺缩短”是沿运动方向上的长度比其相对静止时测量的长度要短一些，在垂直于运动方向上的长度没有变化。(3)“动钟变慢”是两个不同惯性系进行时间比较的结果，也是相对的，即两个惯性系中的观察者都发现对方的钟变慢了。【例5】(2016·江苏单科，12B)一艘太空飞船静止时的长度为30m，他以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解析飞船上的观察者测得飞船的长度不变，仍为30m，由l＝l01－（vc）2l0可知，地球上的观察者测得该飞船的长度小于30m，选项A错，B对；由光速不变原理可知，选项C、D错误。答案B1.(2018·江苏省连云港市高三第二次调研考试)下列说法中正确的是________。A.雷达是利用声波的反射来测定物体的位置的B.在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变窄C.考虑相对论效应，一条沿自身长度方向运动的杆的长度总比杆静止时的长度短D.调谐是电磁波发射应该经历的过程，调制是电磁波接收应该经历的过程解析雷达是利用无线电波的反射来确定物体目标的仪器，A项错误；根据公式Δx＝Ldλ，双缝干涉条纹宽度正比于波长，红光波长比绿光大，它干涉条纹宽，B项错误；相对论效应是对不同参考系而言的，相对地面高速运动的杆在自身参考系内测量就是静止的原长，而地面观察者测量时发现其长度变短，C项正确；发射电磁波需要将低频信号加到高频信号上，此过程称为调制，接收到电磁波时，选择所需要的频率信号，称为调谐，D项错误。答案C2.(2018·常州市高三模拟)小行星以速度u高速飞向地球的同时发出频率为ν的光，则________。图7A.该光相对小行星的速度为c＋uB.该光相对小行星的速度为cC.地球上接收到的小行星所发光的频率大于νD.地球上接收到的小行星所发光的频率等于ν解析由光速不变原理可知该光相对小行星的速度为c，故选项B正确；根据多普勒效应可知，当光源靠近观察者时接收到的光频率大于ν，故选项C正确。答案BC3.(2017·江苏单科)(1)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法