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第4讲光的波动电磁波相对论简介基础过关知识梳理1.(2018南通一模)下列说法中正确的是 (B)A.分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验,蓝光的条纹间距宽B.光纤通信利用了全反射的原理C.肥皂泡呈现彩色条纹是由光的折射现象造成的D.动车组高速行驶时,在地面上测得车厢的长明显变短基础自测解析双缝干涉实验中条纹间距与波长成正比,由于红光的波长比蓝光的波长大,所以红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距,故A项错误;光纤通信利用了全反射的原理,故B项正确;肥皂泡呈现彩色条纹是光在前后膜的反射光叠加产生干涉形成的,故C项错误;根据狭义相对论可知,当列车的速度接近光速时,沿着速度方向长度才明显变短,故D项错误。2.(多选)(2018南通三调)下列说法中正确的有 (AD)A.汽车减震系统的固有周期远大于外界冲击力的周期B.照相机镜头涂有增透膜,各种颜色的可见光能几乎全部透过镜头C.观看3D电影时,观众戴的偏振眼镜两个镜片的透振方向相平行D.车站行李安检机采用X射线,X射线穿透能力比紫外线强解析汽车减震系统的固有周期远大于外界冲击力的周期,能避免共振,选项A正确;照相机镜头涂有增透膜,让人眼敏感的黄绿光通过,选项B错误;观看3D电影时,观众戴的偏振眼镜两个镜片的透振方向相垂直,选项C错误;车站行李安检机采用X射线,X射线穿透能力比紫外线强,选项D正确。考点一光的干涉考点二光的衍射考点突破考点三光的偏振考点四电磁场与电磁波考点五相对论考点一光的干涉1.薄膜干涉现象如图所示,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,形成两列频率相同的光波,并且叠加。白光:薄膜上出现水平彩色条纹。2.应用用干涉法检查平面的平整程度,两板之间形成一楔形空气膜,用单色光从上向下照射,如果被检平面是平整的,我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹;若被检平面不平整,则干涉条纹发生弯曲。例1用如图所示的实验装置在暗室中探究光的性质,左侧是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐),右侧是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈,下列说法中正确的是 (B)A.条纹呈黄白相间分布B.条纹的分布情况由薄膜的厚度决定C.酒精灯火焰发出两种不同颜色的光照射到薄膜上,形成干涉条纹D.在图示的情况下,从肥皂薄膜的左面观察时,在薄膜上可看到衍射条纹解析观察到的干涉图样是明暗相间的条纹,不是黄白相间的条纹,故A项错误;薄膜干涉是前后两面反射的光形成的,则条纹的分布情况由薄膜的厚度决定,故B项正确;酒精灯火焰发出的光照射到薄膜上,由膜前后表面反射,获得两种相同频率的光(颜色相同),从而进行叠加,形成干涉条纹,故C项错误;观察到的是干涉图样不是衍射条纹,故D项错误。例2[2016江苏单科,12B(1)、(2)](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,即两列光的相同。如图所示,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。 (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。答案(1)频率C(2)1.178×10-2m解析(1)只有频率相同的两列波相遇时才可能发生干涉。在相遇区域内,某时刻波峰与波峰相遇处、波谷与波谷相遇处是振动加强点,而波峰与波谷相遇处是振动减弱点,故A、B两点位于亮条纹上,C点处于暗条纹上。(2)相邻亮条纹的中心间距Δx= λ第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距L=10Δx代入数据得L=1.178×10-2mld考点二光的衍射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a.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;b.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.单缝衍射与双缝干涉的比较单缝衍射双缝干涉 不同点条纹宽度条纹宽度不等,中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度中央条纹最亮,两边变暗条纹清晰,亮度基本相同相同点干涉、衍射都是波特有的现象,属于波的叠加;干涉、衍射都有明暗相间的条纹例3(多选)下列所示的图片、示意图大都来源于课本,关于这些图的下列判断中,准确无误的是 (AC) A.甲图是小孔衍射的图样,乙图为“泊松亮斑”B.甲图为“泊松亮斑”,乙图是小孔衍射的图样C.丙图是双缝干涉图样,丁图是单缝衍射图样D.丙图是单缝衍射图样,丁图是双缝干涉图样解析“泊松亮斑”是“小圆盘”产生的衍射现象,形成的衍射图样是阴影中心有一个“亮斑”,而小孔衍射的图样是中间有“亮斑”,无阴影,选项A正确,B项错误;因干涉图样中的条纹间距是相等的,单缝衍射图样中的条纹间距是不相等的,且中间最宽、最亮,故丙图是双缝干涉的图样,丁图是单缝衍射图样,选项C正确,D错误。例4(多选)(2018盐城中学模拟)抽制细丝时可以用激光监控其粗细,如图所示,激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同,观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化,下列叙述中正确的是 (AD)A.这是利用光的衍射现象B.这是利用光的干涉现象C.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗了D.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细了解析由于激光束越过细丝,即通过障碍物,所以为光的衍射现象;当抽制的细丝变细的时候,丝的直径较接近激光的波长,衍射条纹变宽。A、D正确。考点三光的偏振光的偏振现象的理论意义及应用(1)理论意义:光的干涉和衍射现象充分说明了光是波,但不能确定光波是横波还是纵波。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。例5如图所示,白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q,A点位于P、Q之间,B点位于Q右侧。旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是 (C) A.A、B均不变B.A、B均有变化C.A不变,B有变化D.A有变化,B不变解析白炽灯光经过偏振片P后成为完全偏振光,旋转P时P、Q间偏振光的振动方向改变,但光的强度不变,B、D错误。由于偏振片Q的透振方向不变,故旋转P时Q右侧的偏振光强度发生周期性变化,故A错误,C正确。方法点拨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,光沿一切方向振动,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,光沿某一特定方向振动考点四电磁场与电磁波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。 3.电磁波谱的特性、应用:频率/Hz真空中波长/m特性应用递变规律无线电波3×101110-3波动性强,易发生衍射无线电技术 红外线1011~101510-3~10-7热效应红外线遥感可见光101510-7引起视觉照明、摄影紫外线1015~101610-7~10-9化学效应、荧光效应、杀菌医用消毒、防伪X射线1016~101910-9~10-11贯穿本领强检查、医用透视γ射线101910-11贯穿本领最强工业探伤、医用治疗例6(多选)(2018南通调研)下列说法中符合实际的有 (BD)A.电视机遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机B.根据多普勒效应可以算出宇宙中的星球靠近或远离地球的速度C.可见光和医院“B超”中的超声波在空气中的传播速度相同D.电磁波和声波均能产生干涉、衍射、反射和折射现象解析常用红外线脉冲信号来遥控电视,故选项A错误;由于波源与接受者的相对位移的改变,而导致接收频率的变化,称为多普勒效应,所以根据多普勒效应,可以算出宇宙中的星球相对于地球的运动速度,故选项B正确;可见光和超声波在空气中的传播速度是不相等的,故选项C错误;干涉、衍射、反射和折射现象都是波的特性,电磁波和声波均能产生干涉、衍射、反射和折射现象,故选项D正确。例7(多选)(2019盐城中学月考)下列说法正确的是 (CD)A.机械波在介质中传播的速度与波的频率有关B.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同C.根据麦克斯韦电磁理论,电磁波中的电场和磁场相互垂直,电磁波是横波D.当声源和观察者背向运动时,观察者接收到的频率小于声源发出声波的频率解析机械波在介质中传播的速度由介质决定,A项错误;遥控器发出的红外线波长比医院“CT”中的X射线波长长,B项错误;根据麦克斯韦电磁理论,电磁波中的电场和磁场相互垂直,电磁波是横波,C项正确;当声源和观察者背向运动时,观察者接收到的频率小于声源发出声波的频率,D项正确。方法技巧电磁波与机械波的比较电磁波机械波研究对象电磁现象力学现象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(很大)(c=3×108m/s)在空气中不大(如声波波速一般为340m/s)介质需要不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(在真空中不能传播)能量传播电磁能机械能考点五相对论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。2.时间和空间的相对性(1)时间间隔的相对性:Δt= 。(2)长度的相对性:l=l0 。21()τvc21()vc3.相对论速度变换公式:u= 。2''1uvuvc4.相对论质量:m= 。021()mvc5.质能方程:E=mc2。例8(多选)(2018常州模拟)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 (BC)A.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变大,故选项C正确。例9[2016江苏单科,12B(1)]一艘太空飞船静止时的长度为30m,它以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 (B)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解析飞船上的观测者相对飞船是静止的,测得飞船长度为静止长度30m,A错误。地球上的观测者相对飞船的速度为0.6c,测得飞船的长度l=l0 =0.8l0=24m,B正确。由光速不变原理知光信号的速度与参考系无关,C、D皆错误。21()vc随堂巩固1.(2018苏州调研)下列说法正确的是 (C)A.光的偏振现象说明光是一种纵波B.雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的,这是光的折射现象C.激光全息照相时利用了激光相干性好的特性D.在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由红光改为绿光,则干涉条纹间距变宽解析光的偏振现象说明光是一种横波,A错误;雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的,这是薄膜干涉现象,B错误;激光全息照相时利用了激光高度相干的特性,C正确,光的双缝干涉条纹间距Δx= λ,由于λ红λ绿,所以若仅将入射光由红光改为绿光,条纹间距会变窄,D错误。ld2.(2018盐城三模)如图所示,宽度为l的宇宙飞船沿其长度方向以0.9c(c为真空中的光速)远离地球,地球上的人看到宇宙飞船宽度(选填“大于”“等于”或“小于”)l。飞船和地面上各有一只铯原子钟,地球上的人观察到(选填“飞