高考物理人教版一轮复习课件-12光的干涉和衍射 43页

光的干涉和衍射[想一想]在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为Δx＝0.6μm；若分别用频率为f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝时，P点会出现亮条纹还是暗条纹？ [记一记]一、光的干涉1．产生条件(1)两列光的相同，振动方向相同，且具有恒定的，才能产生稳定的干涉图样。(2)将同一列光波分解为两列光波，可以获得相干光源，和薄膜干涉都是用此方法获得相干光源。频率相位差双缝干涉 2.两种典型的干涉(1)杨氏双缝干涉：①原理如图12－4－1所示。②明、暗条纹的条件：图12－4－1明暗相间kλ彩色白色 (2)薄膜干涉：①相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个反射的两列光波。②图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的相等。③应用：，利用光的干涉检查平整度。二、光的衍射1．光的衍射光绕过偏离直线传播的现象。表面厚度增透膜障碍物 2．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。3．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。(2)圆孔衍射：明暗相间的圆环。(3)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)。相差不多还小宽且亮明暗相间不等距不透明亮斑 [试一试]1．如图12－4－2所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法正确的是()A．人从右侧向左看，可看到彩色条纹B．人从左侧向右看，可看到彩色条纹C．彩色条纹水平排列D．彩色条纹竖直排列图12－4－2 解析：一束白光照射到薄膜上经薄膜两个界面上反射回来的光再相遇时产生干涉现象，这样当人从左侧向右看时，可以看到彩色条纹，选项B正确，A错误。由于薄膜从上向下逐渐加厚，在同一水平线上的厚度相同，故彩色条纹是水平排列的，选项C正确，D错误。答案：BC 电磁场与电磁波[想一想]电磁波在传播过程中，每处的电场方向与磁场方向有何关系？它们与电磁波的传播方向有何关系？[提示]垂直　垂直 [记一记]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，这就是电磁场。电场磁场完整的整体 (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。不需要3×108同样适用干涉 2．电磁波的发射与接收(1)发射电磁波的条件：①要有足够高的；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。振荡频率开放调幅无线电波 电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特　性应　用递变规律无线电波＜3×1011＞10－3波动性强，易发生衍射无线电技术红外线1011～101510－3～10－7红外线遥感②电磁波谱的特性、应用：衍射能力减弱直线传播能力增强_______热效应 电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特　性应　用递变规律可见光101510－7引起视觉照明、摄影紫外线1015～101710－7～10－9化学效应、__________能杀菌医用消毒、防伪X射线1016～101910－8～10－11贯穿性强检查、医用透视γ射线＞1019＜10－11贯穿本领最强工业探伤、医用治疗衍射能力减弱直线传播能力增强荧光效应 [试一试]2．下列说法正确的是()A．麦克斯韦证明了光的电磁说的正确性B．红外线的显著作用是热作用，紫外线最显著的作用是化学作用C．X射线的穿透本领比γ射线更强D．X射线与γ射线的产生机理不同，因此它们的频率范围界线分明，不可能重叠 解析：麦克斯韦提出了光的电磁说，赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性。X射线是原子的内层电子受激发而产生的，γ射线是原子核受激发而产生的，产生机理确实不同，但X射线和γ射线都有一个较大的频率范围，较高频率的X射线与较低频率的γ射线产生了重叠，其他相邻电磁波间也存在重叠。综上所述，A、D选项不正确，B选项与事实一致，C选项与事实相反；所以只有选项B正确。答案：B 相对论[想一想]设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k倍，则粒子运动时的质量等于其静止质量的多少倍？粒子运动速度是光速的多少倍？ [记一记]1．狭义相对论的基本假设(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。2．时间和空间的相对性相同相同(2)长度的相对性：l＝。 3．相对论的速度变换公式u＝。4．相对论质量m＝。5．质能方程。E＝mc2 [试一试]3．惯性系S中有一边长为l的正方形(如图12－4－3所示)，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是()图12－4－3答案：C 光的干涉与衍射1.衍射与干涉的比较干涉、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相同点清晰条纹，亮度基本相等中央条纹最亮，两边变暗亮度各相邻条纹等间距各相邻条纹间距不等条纹间距条纹宽度相等条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度不同点双缝干涉单缝衍射两种现象比较项目 2．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。 [例1](2011·北京高考)如图12－4－4所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以()A．增大S1与S2的间距B．减小双缝屏到光屏的距离C．将绿光换为红光D．将绿光换为紫光图12－4－4 [答案]C 对电磁场理论的认识(1)恒定的磁场周围没有电场产生，同理，恒定的电场周围也没有磁场产生。(2)变化的磁场产生电场。(3)变化的电场产生磁场。(4)周期性变化的电场和周期性变化的磁场相互联系，形成一个不可分离的统一的场，就是电磁场。 [例2]下列关于电磁场的说法中正确的是()A．只要空间某处有变化的电场或磁场，就会在其周围产生电磁场，从而形成电磁波B．任何变化的电场周围一定有磁场C．振荡电场和振荡磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场D．电磁波的理论在先，实践证明在后[审题指导]分析麦克斯韦的电磁场理论时，要注意“变化”“均匀变化”“周期性变化”这几种说法的不同。 [尝试解题]根据麦克斯韦的电磁场理论可知选项A错，若电场或磁场的变化是均匀的，则不能形成电磁波，只能形成稳定的磁场或电场，B项正确。若电场的变化是非均匀的，则可形成电磁场，由电磁场的定义可知C正确。英国物理学家麦克斯韦从理论上预见了电磁波的存在，并指出电磁波的特点。例如：电磁波的传播不需要介质，它在真空中的速度等于光速，电磁波是横波等，进而说明光是电磁波家庭中的一员，二十多年后德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在，所以D正确。[答案]BCD [随堂巩固落实]1．用如图12－4－5所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图甲是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图乙是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈。将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是()图12－4－5 A．当金属线圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30°B．当金属线圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90°C．当金属线圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30°D．干涉条纹保持不变解析：薄膜干涉现象的条纹与薄膜厚度有关；金属线圈缓慢旋转薄膜厚度情况仍然是沿竖直方向自上而下逐渐变厚，所以条纹形状不变，故D正确。答案：D 2.在观察光的衍射实验中，观察到如图12－4－6所示的清晰的亮暗相间的图样，根据图样判断障碍物或孔的情况，下列说法正确的是()A．很小的不透明圆板B．很大的中间有大圆孔的不透明挡板C．很大的不透明圆板D．很大的中间有小圆孔的不透明挡板解析：该图样为圆孔衍射的图样，选项D正确。答案：D图12－4－6 3．下列说法正确的是()A．雨后天空中出现彩虹是阳光经云层衍射造成的B．自然光斜射到玻璃、水面上时，反射光和折射光都是偏振光，入射角变化时偏振的程度也有所变化C．测量星球上某些元素发出的光波频率，然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，就可以算出星球靠近或远离我们的速度，这利用的是多普勒效应 D．“日出江花红胜火”，早晨看到的太阳是红彤彤的，这是太阳光中波长较长的红光衍射能力强的结果解析：雨后天空中出现彩虹是光的折射造成的，选项A错误；早晨看到的太阳是红彤彤的，是由于红光的穿透能力强而不是衍射能力强，选项D错误。答案：BC 4．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 答案：A （给有能力的学生加餐）1．电子的电荷量为1.6×10－19C，质量为9.1×10－31kg，一个电子被电压为106V的电场加速后，关于该电子的质量和速度，以下说法正确的是()A．电子的质量不变B．电子的质量增大C．电子的速度可以达到1.9cD．电子的速度不可能达到c解析：电子经高电压加速后，速度增大，但不可能达到c，由狭义相对论可知，电子的速度增大，质量增大，故B、D正确。答案：BD 2．某电路中电场随时间变化的图象如图1所示，能发射电磁波的电场是()图1 解析：由麦克斯韦电磁场理论，当空间出现恒定的电场时(如A图)，由于其不激发磁场，故无电磁波产生；当出现均匀变化的电场时(如B图、C图)，会激发出磁场，但磁场恒定，不会再在较远处激发起电场，故也不会产生电磁波。只有周期性变化的电场(如D图)才会激发出周期性变化的磁场，其又激发出周期性变化的电场……如此不断激发，便会形成电磁波。答案：D 3.(2012·宁波八校联考)如图2所示，偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向。下列四种入射光束中，能在P的另一侧观察到透射光的是()A．太阳光B．沿竖直方向振动的光C．沿水平方向振动的光D．沿与竖直方向成45°角振动的光图2 解析：由于太阳光是自然光，能够通过偏振片P；沿竖直方向振动的光，能够通过偏振片P；沿水平方向振动的光，不能够通过偏振片P；沿与竖直方向成45°角振动的光，部分能够通过偏振片P；所以选项ABD正确。答案：ABD 4．(2012·潍坊重点中学联考)2009年诺贝尔物理学奖授予科学家高锟以及威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。3名得主的成就分别是发明光纤电缆和电荷耦合器件(CCD)图像传感器。光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法中正确的是()A．为使拍摄的水面下景物更清晰，可利用偏振现象在照相机镜头前加一偏振片，减少反射光的影响B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C．在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 解析：为使拍摄的水面下景物更清晰，可利用偏振现象在照相机镜头前加一偏振片，减少反射光的影响，选项A正确；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射现象，选项B错误；在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象，选项C错误；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，选项D正确。答案：AD 5．(2012·全国高考)在双缝干涉实验中，某同学用黄光作为入射光，为了增大干涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有()A．改用红光作为入射光B．改用蓝光作为入射光C．增大双缝到屏的距离D．增大双缝之间的距离解析：根据双缝干涉实验条纹间隔公式，为了增大干涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有，改用波长较长的红光作为入射光，增大双缝到屏的距离L，减小双缝之间的距离d，选项A、C正确。答案：AC 6．电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是()A．无线电波、红外线、紫外线、γ射线B．红外线、无线电波、γ射线、紫外线C．γ射线、红外线、紫外线、无线电波D．紫外线、无线电波、γ射线、红外线解析：在电磁波家族中，按波长由长到短分别有无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，所以A项对。答案：A