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第十四章波与相对论(选修3-4)返回导航一、光的干涉现象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．2．杨氏双缝干涉(1)原理如图所示频率相同返回导航(2)亮、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＝kλ(k＝0，1，2，…)，光屏上出现亮条纹．b．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)．亮条纹暗条纹白色返回导航3．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)条纹对应的薄膜的厚度______．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．二、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__________，甚至比光的波长还____时，衍射现象才会明显．薄膜的两个表面相等相差不多小返回导航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2．衍射条纹的特点(1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较.返回导航白光中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度逐渐变暗、宽度逐渐变窄的彩色条纹，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返回导航(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)．三、光的偏振现象1．偏振：光波只沿_________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．不透明某个特定一切方向亮斑强度返回导航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．四、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______，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．垂直横波电场磁场返回导航(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________介质；②真空中电磁波的速度为_________m/s；③v＝λf对电磁波__________；④电磁波能产生反射、折射、______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___________；不需要3.0×108同样适用干涉振荡频率返回导航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．(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．开放调幅无线电波返回导航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②电磁波谱的特性、应用热效应荧光效应返回导航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_______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．相同相同返回导航(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_____静止时的质量m0.4．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＝______．大于mc2返回导航考点一光的干涉、衍射及偏振【例1】如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10－6m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？返回导航(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7m；(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)；(3)若用A光照射时，把其中一条缝遮住，试分析光屏上能观察到的现象．〖思路探究〗(1)同一束光在不同介质中传播时会发生怎样的变化？答案：颜色不变，频率不变，传播速度不同、波长不同．返回导航(2)双缝干涉图样中产生明暗条纹的条件是什么？答案：产生明条纹的条件是Δr＝nλ，产生暗条纹的条件是Δr＝(2n－1)λ2.规范解答：(1)设A光在空气中的波长为λ1，在介质中的波长为λ2，由n＝cv和v＝λf得n＝λ1λ2得λ1＝nλ2＝6×10－7m返回导航光的路程差Δr＝2.1×10－6m．所以N1＝Δrλ1＝3.5.P点为暗条纹．(2)根据临界角与折射率的关系sinC＝1n得n＝1sinC＝1sin37°＝53.由此可知，B光在空气中的波长λ3为返回导航λ3＝nλ介＝5.25×10－7m.N2＝Δrλ3＝4.可见用B光做光源，P点为亮条纹．(3)光屏上仍出现明、暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两边条纹逐渐变窄变暗，是衍射条纹．答案：(1)暗条纹(2)亮条纹(3)见规范解答返回导航亮、暗条纹的判断方法判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与波长的比值，要记住路程差等于波长整数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处为暗条纹．返回导航【例2】(光的衍射)下列现象中，属于光的衍射的是()A．雨后天空出现彩虹B．通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹C．海市蜃楼现象D．日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹B解析：彩虹是光的色散现象，海市蜃楼是光的折射、全反射现象，肥皂膜上出现彩色条纹是薄膜干涉现象，选项A，C，D错误；通过狭缝观察日光灯看到彩色条纹是单缝衍射现象，选项B正确．返回导航【例3】[2017河南百校联盟4月联考，34(1)](多选)下列说法正确的是()A．在真空中传播的电磁波，频率越大，波长越短B．让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置，绿光形成的干涉条纹间距较大C．光纤通信、全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理D．要确定雷达和目标的距离需要直接测出电磁波从发射到被目标接收的时间E．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片，以减弱玻璃反射光的影响返回导航ABE解析：在真空中传播的不同频率的电磁波，传播速度均为c，由c＝λf可知，频率越大，波长越短，选项A正确；让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置，因绿光的波长大，因此绿光形成的干涉条纹间距较大，选项B正确；全息照相不是利用光的全反射原理，用的是光的干涉原理，选项C错误；雷达利用了电磁波的反射原理，雷达和目标的距离s＝12c·Δt，需直接测出的是电磁波从发射到接收到反射回来电磁波的时间间隔Δt，选项D错误；加偏振片的作用是减弱玻璃反射光的影响，选项E正确．返回导航名称项目电磁波机械波不同点产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点(波源)的振动产生传播介质不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(在真空中不能传播)波的特点横波横波或纵波考点二电磁波和电磁波谱1．电磁波与机械波的比较返回导航不同点速度特点由介质和频率决定，在真空中等于光速(很大)(c＝3×108m/s)仅由介质决定相同点能量都携带能量并传播能量速度公式v＝λf遵循规律均可发生反射、折射、干涉、衍射等现象返回导航2.对电磁波谱的说明(1)波长不同的电磁波，表现出不同的特性．其中波长较长的无线电波和红外线等，易发生干涉、衍射现象；波长较短的紫外线、X射线、γ射线等，穿透能力较强．(2)电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X射线、X射线和γ射线都有重叠，但它们产生的机理不同．返回导航【典例】(2018昆明模拟)下列关于电磁波的说法正确的是()A．均匀变化的磁场能够在空间产生电场B．电磁波在真空和介质中传播速度相同C．只要有电场和磁场，就能产生电磁波D．电磁波在同种介质中只能沿直线传播〖思路探究〗(1)变化的电、磁场一定会产生电磁波吗？答案：不一定．只有当电、磁场发生非均匀变化时才能产生电磁波．返回导航(2)同一频率的电磁波在不同的介质中传播速度是否相同？答案：同一频率的电磁波在不同介质中传播速度不同．解析：如果电场(或磁场)是均匀变化的，产生的磁场(或电场)是恒定的，不能产生新的电场(或磁场)，因而不能产生电磁波；电磁波的传播速度跟介质和频率有关，频率由波源决定，同一频率的电磁波在不同介质里波长不等，由v＝λf知不同介质中波的传播速度不同；波发生衍射现象时，不再沿直线传播，波发生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸大小跟光的波长差不多或比波长还要小．答案：A返回导航关于电磁波产生的说明(1)能否产生电磁波，要看变化的电场和磁场是否能持续地再产生变化的磁场和电场，也就是说，所产生的磁场或电场必须是变化的，而不能是稳定的．(2)LC振荡电路产生的振荡电场和振荡磁场都能产生电磁波．返回导航【变式题组】1．(电磁波谱的考查)(2018昆明模拟)(多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是()A．电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波B．紫外线的频率比可见光低，长时间照射可以促进钙的吸收，改善身体健康C．X射线和γ射线的波长比较短，穿透力比较强D．红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线AC解析：无线电波的波长长，易发生干涉、衍射现象；紫外线的频率比可见光高；任何物体都能辐射红外线．返回导航2．(2016全国卷Ⅱ)(多选)关于电磁波，下列说法正确的是()A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度垂直D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失返回导航ABC解析：电磁波在真空中的传播速度为3×108m/s，与电磁波的频率无关，A项正确；周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场又产生周期性变化的电场，它们相互激发向周围传播，就形成了电磁波，B项正确；电磁波是横波，因此其电场场度和磁感应强度均与传播方向垂直，C项正确；光是电磁波，利用光纤对光的全反射可以传播信息，D项错误；波源的电磁振荡停止后，已发出的电磁波不会立即消失，还要继续传播一段时间，E项错误．返回导航考点三用双缝干涉测光的波长1．原理与操作返回导航2．处理与分析(1)误差分析①测条纹间距Δx时带来误差．②测量双缝到光屏间距离l时产生误差．(2)注意事项①保证灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒共轴．②保持单缝和双缝平行．返回导航【典例】(1)如图(甲)所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为①光源、②____________、③__________、④__________、⑤遮光筒、⑥光屏．对于某种单色光，为增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离、可采取______________或__________________的方法．返回导航(2)如果将灯泡换成激光光源，该实验照