搜索
第十四章振动和波光相对论(选修3－4)高考总复习·物理第41讲光的波动性电磁波和相对论高考总复习·物理板块一板块二板块三课时达标目录板块一︿︿[知识梳理]1．光的干涉(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现_____条纹，某些区域相互减弱，出现____条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象．亮暗(2)条件：两束光的频率_____、相位差恒定．(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为_________条纹，其余为______条纹．相同白色亮彩色2．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①单缝衍射：单色光的衍射图样为中间_________的单色条纹，两侧是__________的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；白光的衍射图样为中间宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹．相差不多还小宽且亮明暗相间②圆孔衍射：明暗相间的_________圆环．③泊松亮斑(圆盘衍射)：明暗相间的________圆环，中心有一亮斑称为___________.不等距不等距泊松亮斑3．光的偏振(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿___________振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同．(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个______的方向振动的光．(3)光的偏振现象说明光是一种____波．一切方向特定横4．电磁场与电磁波(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)电磁波：_______由近及远地向周围传播形成电磁波．电磁波是横波，在空间传播_______介质；真空中电磁波的速度为________m/s；电磁波的传播速度与波长和频率的关系是_______.(3)电磁波谱：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．这种顺序排列形成电磁波谱．电场磁场电磁场不需要3.0×108c＝λf无线电波5．相对论(1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考中，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惯性参考系中都是______的，光速跟光源、观察者间的相对运动没有关系．相同相同[基础小练]判断下列说法是否正确(1)光的颜色由光的频率决定．()(2)只有频率相同的两列光波才有可能产生稳定的干涉．()(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)电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场．()(7)无线电波不能发生干涉和衍射现象．()(8)波长不同的电磁波在本质上完全不同．()(9)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的．()×××××板块二︿︿[考法精讲]考法一光的干涉、衍射和偏振1．光的双缝干涉现象(1)明暗条纹的判断方法①如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上P点的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现明条纹．②光的路程差r2－r1＝(2k＋1)λ2(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现暗条纹．(2)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．2．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，光才可以看作是沿直线传播的．3．单缝衍射与双缝干涉的比较两种现象比较项目单缝衍射双缝干涉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不同点亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹4.干涉与衍射的本质光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理．在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹．5．光的偏振(1)自然光与偏振光的比较类别自然光(非偏振光)偏振光光的来源从普通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(2)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等．【自主练1】(2018·北京卷)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后()A．干涉条纹消失B．彩色条纹中的红色条纹消失C．中央条纹变成暗条纹D．中央条纹变成红色D解析当用白光做干涉实验时，频率相同的色光，相互叠加干涉，在光屏上形成彩色条纹，中央形成白色的亮条纹；当在光源与单缝之间加上红色滤光片后，只有红光能通过单缝，然后通过双缝后相互叠加干涉，在光屏上形成红色干涉条纹，光屏中央为加强点，所以中央条纹变成红色亮条纹，选项D正确，A、B、C错误．【自主练2】(2019·上海宝山区二模)用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘，发现在不透明圆板的阴影中心，有一个亮斑，产生这个亮斑的原因是()A．光的反射B．光的衍射C．光的折射D．光的干涉B解析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，亮斑的周围是明暗相间的环状衍射条纹，这就是泊松亮斑，是激光绕过不透光的圆盘发生衍射形成的．泊松最初做本实验的目的是推翻光的波动性，而实验结果却证明了光的波动性．考法二薄膜干涉的理解及应用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′分别反射出来，相互叠加，发生干涉．2．原理分析(1)单色光①在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于薄膜中波长的整数倍．Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现明条纹．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．Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出现暗条纹．(2)白光：薄膜上出现水平彩色条纹．3．薄膜干涉的应用干涉法检查平面是否平整．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；若被检平面不平整，则干涉条纹发生弯曲．【自主练3】(2019·上海松江区二模)如图所示，竖直放置的铁丝框中的肥皂膜，在太阳光的照射下会形成()A．彩色的水平干涉条纹B．彩色的竖直干涉条纹C．黑白相间的水平干涉条纹D．黑白相间的竖直干涉条纹A解析太阳光照射肥皂膜，因为太阳光是复色光，在膜的前后表面反射光在前表面叠加发生干涉，形成彩色水平干涉条纹，故选项A正确，B、C、D错误．【自主练4】(2019·天门中学高三模拟)(多选)下列关于科学技术应用的说法正确的是()A．全息照片的拍摄利用了光的干涉现象B．交通警察用监视器测量汽车的速度时可利用多普勒效应C．光导纤维利用了光的折射现象D．照相机的镜头表面镀有一层膜使照相效果更好，是利用了光的衍射现象E．用声呐探测水中的暗礁、潜艇，利用了波的反射现象ABE解析全息照片的拍摄利用了光的干涉现象，选项A正确；交通警察用监视器测量汽车的速度时可利用多普勒效应，选项B正确；光导纤维利用了光的全反射现象，选项C错误；照相机的镜头表面镀有一层膜使照相效果更好，是利用了光的干涉现象，选项D错误；用声呐探测水中的暗礁、潜艇，利用了波的反射现象，选项E正确．考法三电磁场和电磁波1．电磁场如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……，变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场．2．电磁波的波速、波长与频率的关系：c＝λf，λ＝cf.①同一种电磁波在不同介质中传播时，频率不变(频率由波源决定)，波速、波长发生改变．在介质中的速度都比在真空中速度小．②不同电磁波在同一种介质中传播时，传播速度不同，频率越高波速越小，频率越低波速越大．3．电磁波与机械波的比较机械波电磁波研究对象研究力学现象研究电磁现象周期性变化的物理量位移随时间和空间做周期性变化电场E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化传播传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关传播无需介质，在真空中波速总是c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关系产生由质点(波源)的振动产生由周期性变化的电流(电磁振荡)激发纵波还是横波可以是纵波也可以是横波横波联系都具有波的一切特性，例如干涉、衍射、反射、折射等性质，它们的波速、波长与频率的关系都是v＝λf，都能传播能量【自主练5】(2019·北京西城区二模)下列说法正确的是()A．光波的传播需要介质B．在真空中电磁波的传播速度小于光速C．X射线、γ射线都是电磁波D．发声体振动时在空气中产生的声波是横波C解析光波的传播不需要介质，在真空中就能传播，选项A错误；在真空中电磁波的传播速度等于光速，选项B错误；X射线、γ射线都是电磁波，选项C正确；发声体振动时在空气中产生的声波是纵波，选项D错误．【自主练6】(2019·中国人民大学附属中学高三模拟)降噪耳机越来越受到年轻人的喜爱．某型号降噪耳机工作原理如图所示，降噪过程包括如下几个环节：首先，由安置于耳机内的微型麦克风采集耳朵能听到的环境中的中、低频噪声(比如100Hz～1000Hz)；接下来，将噪声信号传至降噪电路，降噪电路对环境噪声进行实时分析、运算等处理工作；在降噪电路处理完成后，通过扬声器向外发出与噪声相位相反、振幅相同的声波来抵消噪声；最后，我们的耳朵就会感觉到噪声减弱甚至消失了.下列对于该降噪耳机的说法，正确的是()A．该耳机正常使用时，降噪电路发出的声波与周围环境的噪声能够完全抵消B．该耳机正常使用时，该降噪耳机能够消除来自周围环境中所有频率的噪声C．如果降噪电路能处理的噪声频谱宽度变小，则该耳机降噪效果一定会更好D．如果降噪电路处理信息的速度大幅度变慢，则耳机使用者可能会听到更强的噪声答案D解析因周围环境产生的噪声频率在100Hz～1000Hz范围之内，而降噪电路只能发出某一种与噪声相位相反、振幅相同的声波来抵消噪声，所以降噪电路发出的声波与周围环境的噪声不能够完全抵消，即不能完全消除来自周围环境中所有频率的噪声，选项A、B错误；如果降噪电路能处理的噪声频谱宽度变大，则该耳机降噪效果一定会更好，选项C错误；如果降噪电路处理信息的速度大幅度变慢，则在降噪电路处理完成后，通过扬声器可能会向外发出与噪声相位相同、振幅相同的声波来加强噪声，则耳机使用者可能会听到更强的噪声，选项D正确．考法4用双缝干涉测光的波长实验原理如图所示，光源发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系式为：Δx＝ldλ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ.两条相邻亮(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出．测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图所示．【自主练7】(2019·南京、盐城一模)(多选)如图所示的四种明暗相间条纹，是红光、紫光分别通过同一个双缝干涉仪形成的干涉图样和通过同一个单缝形成的衍射图样．图中黑色部分代表亮纹，下列四图由红光形成的图样是()AD解析双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，根据双缝干涉条纹间距Δx＝Ldλ，由于红光的波长较长，所以红光的双缝干涉条纹间距较大，故A为红光的双缝干涉图样；单缝衍射条纹是中