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1、第2节 光的波动性 电磁波 相对论,-2-,一、光的干涉 1.定义:在两列光波的叠加区域,某些区域的光被 加强 ,出现亮纹,某些区域的光被 减弱 ,出现暗纹,且 加强 和 减弱 互相间隔的现象叫作光的干涉现象。 2.条件:两列光的 频率相等 ,且具有恒定的相位差,才能产生稳定的干涉现象。,-3-,3.双缝干涉:由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是 频率相等 的相干光,屏上某点到双缝的路程差是 波长的整数倍 处出现亮条纹;路程差是半波长的 奇数倍 处出现暗条纹。相邻的明条纹(或暗条纹)之间距离x与波长、双缝间距d及屏到双缝距离l的关系为 x= 。 4.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂液薄膜)
2、 前后表面 反射的光相遇而形成的。图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度 相同 。,-4-,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 相差不多 ,甚至比光的波长 还小 的时候,衍射现象才会明显。 2.衍射条纹的特点: (1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较,-5-,(2)泊松亮斑(圆盘衍射):当光照到 不透明 (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 亮斑 (在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。,-6-,三、光的偏振 1.自然光:包含着在垂直于传播方向上沿 一切方向 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:
3、在垂直于光的传播方向的平面上,只沿着某个 特定 的方向振动的光。 3.偏振光的形成: (1)让自然光通过 偏振片 形成偏振光。 (2)让自然光在两种介质的界面发生反射和 折射 ,反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。 4.光的偏振现象说明光是一种 横 波。,-7-,四、电磁场、电磁波、电磁波谱 1.麦克斯韦电磁场理论 变化的磁场能够在周围空间产生 电场 ,变化的电场能够在周围空间产生 磁场 。 2.电磁波 (1)电磁场在空间由近及远的传播,形成 电磁波 。 (2)电磁波的传播不需要 介质 ,可在真空中传播,在真空中不同频率的电磁波传播速度 相同 (都等于光速)。 (3)不同频率的电磁波
4、,在同一介质中传播,其速度是不同的,频率越高,波速越 小 。 (4)v=f,f是电磁波的频率。,-8-,3.电磁波的发射 (1)发射条件: 开放 电路和 高频振荡 信号,所以对要传输的信号进行调制。 (2)调制方式 调幅:使高频电磁波的 振幅 随信号的强弱而变。 调频:使高频电磁波的 频率 随信号的强弱而变。 4.无线电波的接收 (1)当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率 相等 时,激起的振荡电流 最强 ,这就是电谐振现象。 (2)使接收电路产生电谐振的过程叫作 调谐 。能够调谐的接收电路叫作 调谐 电路。 (3)从经过调制的高频振荡信号中“检”出调制信号的过程,叫作 检波 。检波是
5、调制 的逆过程,也叫作解调。,-9-,5.电磁波谱 按照电磁波的 频率 或 波长 的大小顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱。 按波长由长到短排列的电磁波谱为:无线电波、红外线、 可见光 、紫外线、X射线、射线。,-10-,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,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大而 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= 。 (2)物体运动
6、时的质量总要 大于 静止时的质量m0。,-11-,命题点一,命题点二,命题点三,光的干涉现象的理解及应用 1.光的双缝干涉现象 (1)明暗条纹的判断方法 如图所示,光源S1、S2发出的光到屏上P点的路程差r2-r1=k(k=0,1,2,)时,光屏上出现明条纹。 光的路程差r2-r1=(2k+1) (k=0,1,2,)时,光屏上出现暗条纹。 (2)条纹间距:x= ,其中l是双缝到光屏的距离,d是双缝间的距离,是光波的波长。,-12-,命题点一,命题点二,命题点三,2.薄膜干涉 (1)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
7、射回来,形成两列频率相同的光波,并且叠加。 (2)明、暗条纹的判断 在P1、P2处,两个表面反射回来的两列光波的路程差r等于波长的整数倍,即r=n(n=0,1,2,),薄膜上出现明条纹。 在Q处,两列反射回来的光波的路程差r等于半波长的奇数倍,即r=(2n+1) (n=0,1,2,),薄膜上出现暗条纹。,-13-,命题点一,命题点二,命题点三,(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。,-14-,命题点一,命题点二,命题点三,典例1(20
8、18湖南天心区期末)如图所示为光的双缝干涉实验装置示意图,下列说法正确的是( ) A.若P点是亮条纹,说明该处是光的加强区域,P点到双缝的路程差为半波长的奇数倍 B.照射单缝S的单色光的频率越大,光屏上出现的条纹间距越大 C.若将单缝S去掉,再将S1缝封住仅留下S2,则白光通过S2光屏上会出现彩色条纹,但不是干涉条纹 D.撤去双缝同时逐渐增大单缝宽度,光屏上一直出现明暗条纹,答案,解析,-15-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练 1.(2017北京卷)物理学原理在现代科技中有许多重要应用。例如,利用波的干涉,可将无线电波的干涉信号用于飞机降落的导航。如图所示,两个可发射无线电波的天线对称
9、地固定于飞机跑道两侧,它们类似于杨氏干涉实验中的双缝。两天线同时都发出波长为1和2的无线电波。飞机降落过程中,当接收到1和2的信号都保持最强时,表明飞机已对准跑道。下列说法正确的是( ) A.天线发出的两种无线电波必须一样强 B.导航利用了1与2两种无线电波之间的干涉 C.两种无线电波在空间的强弱分布稳定 D.两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合,答案,解析,-16-,命题点一,命题点二,命题点三,2.(多选)(2017全国卷,34(1)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
10、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,答案,解析,-17-,命题点一,命题点二,命题点三,3.(2018福建晋江期末)关于光学镜头增透膜,以下说法中错误的是( ) A.增透膜是为了减少光的反射损失,增加透射光的强度 B.增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的四分之一 C.增透膜利用光的干涉原理 D.涂有增透膜的镜头,各种色光的反射光全部相互抵消,因此这种镜头的成像效果较好,答案,解析,-18-,命题点一,命题点二,命题点三,光的衍射及偏振现象 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
11、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。,-19-,命题点一,命题点二,命题点三,2.光的偏振 (1)自然光与偏振光的比较,(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。,-20-,命题点一,命题点二,命题点三,典例2(2017福建永定月考)如图为条纹总宽度相同的4种明暗相间的条纹,其中有两种是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样,还有两种是黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(灰黑色部分表示亮纹)。则图中从左向右排列,亮条
12、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,答案,解析,-21-,命题点一,命题点二,命题点三,单色光双缝干涉图样是以中央明纹为中心在两边对称等间距排列的条纹,亮度从中央向两边逐渐减小;单缝衍射的图样是间距不等的明暗条纹,中央最宽最亮,两旁的亮条纹强度逐渐递减。,-22-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练 4.(2018北京丰台一模)单缝衍射实验中所产生图样的 中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的波长、缝 屏距离的关系,和双缝干涉实验中所产生图样的相邻 两亮条纹间距与双缝间距、光的波长、缝屏距离的 关系相同,利用单缝衍射实验可以测量金属的线膨胀 系数,线
13、膨胀系数是表征物体受热时长度增加程度的物理量。如图是实验的示意图,挡光片A固定,挡光片B放置在待测金属棒上端,A、B间形成平直的狭缝,激光通过狭缝,在光屏上形成衍射图样,温度升高,金属棒膨胀使得狭缝宽度发生变化,衍射图样也随之发生变化。在激光波长已知的情况下,通过测量缝屏距离和中央亮条纹宽度,可算出狭缝宽度及变化,进而计算出金属的线膨胀系数。下列说法正确的是( ),-23-,命题点一,命题点二,命题点三,A.使用激光波长越短,其他实验条件不变,中央亮条纹宽度越宽 B.相同实验条件下,金属的膨胀量越大,中央亮条纹宽度越窄 C.相同实验条件下,中央亮条纹宽度变化越大,说明金属膨胀量越大 D.狭缝到
14、光屏距离越大,其他实验条件相同,测得金属的线膨胀系数越大,答案,解析,-24-,命题点一,命题点二,命题点三,5.(多选)(2018湖南天心期末)抽制高强度纤维细丝的过程可用激光监控其粗细,如图所示,激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的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,下列叙述正确的是( ) 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,答案,解析,-25-,命题点一,命题点二,命题点三,6.奶粉中碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标,可以用“
15、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,这一角度称为“旋光度”,的值只与糖溶液的浓度有关,将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。,-26-,命题点一,命题点二,命题点三,(1)偏振片A的作用是 。 (2)偏振现象证明了光是一种 。 (3)(多选)以下说法正确的是( ) 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
16、D.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,-27-,命题点一,命题点二,命题点三,答案:(1)把自然光变成偏振光 (2)横波 (3)ACD 解析:(1)自然光源发出的光不是偏振光,但当自然光经过偏振片后就变成了偏振光,因此偏振片A的作用是把自然光变成偏振光。 (2)偏振现象证明了光是一种横波。 (3)因为A、B的透振方向一致,故A、B间不放糖溶液时,自然光通过偏振片A后变成偏振光,通过B后到达O。当在A、B间加上糖溶液时,由于糖溶液的旋光作用,使通过A的偏振光的振动方向转动了一定角度,通过B到达O的光的强度不是最大,但当B转过了一个角度,恰好使透振方向与经过糖溶液
17、后的偏振光的振动方向一致时,O处光强又为最强,故B的旋转角度即为糖溶液的旋光度。若偏振片B不动而将A旋转一个角度,再经糖溶液旋光后光的振动方向恰与B的透振方向一致,则A转过的角度也为,故选项A、C、D正确。,-28-,命题点一,命题点二,命题点三,电磁场和电磁波 相对论 1.对麦克斯韦电磁场理论的理解,-29-,命题点一,命题点二,命题点三,2.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。,-30-,命题点一,命题点二,命题点三,(2)电磁波与机械波的比较,-31-,命题点一,命题点二,命题点三,3.对狭义相对论的理解 (1)惯性系:如果牛顿运动定律
18、在某个参考系中成立,这个参考系叫作惯性系。相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。 (2)光速的大小与选取的参考系无关。 (3)狭义相对论认为物体的质量m与物体的速度v有关,其关系式,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=mc2。,-32-,命题点一,命题点二,命题点三,典例3(多选)(2018吉林通榆月考)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、磁感应强度均垂直 D.利用电磁波传递信号可
19、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,答案,解析,-33-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练 7.(多选)(2018云南师大附中模拟)下列说法正确的是 ( ) A.水中的气泡看上去比较明亮是因为有一部分光发生了衍射现象 B.雷达发射的电磁波是由均匀变化的电场或磁场产生的 C.拍摄玻璃橱窗内的物品时,可在镜头前加一个偏振片来减弱橱窗玻璃表面的反射光 D.红色和蓝色的激光在不同介质中传播时波长可能相同 E.狭义相对论认为:真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的,答案,解析,-34-,命题点一,命题点二,命题
20、点三,8.(多选)(2018江苏卷)梳子在梳头后带上电荷,摇动这把梳子在空中产生电磁波.该电磁波( ) A.是横波 B.不能在真空中传播 C.只能沿着梳子摇动的方向传播 D.在空气中的传播速度约为3108 m/s,答案,解析,-35-,命题点一,命题点二,命题点三,9.(多选)(2018吉林长春质检)下列说法正确的是( ) A.相对论与量子力学否定了经典力学理论 B.真空中的光速在任何惯性参考系中都是相同的 C.狭义相对论只适用于惯性参考系 D.肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象,露珠呈现的彩色是光的色散现象,通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象 E.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,答案,解析,