【物理】2018届一轮复习人教版光的波动性电磁波相对论学案 7页

第77课时　光的波动性　电磁波　相对论(双基落实课)‎ ‎[命题者说]　本课时内容都是需要简单认识和了解的内容。包括光的干涉、衍射、光的偏振、电磁场的初步知识和电磁波、相对论的初步知识等。高考涉及这些考点时，都是考查记忆和了解的最基本的内容。‎ 一、光的干涉、衍射及偏振 ‎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，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。‎ ‎(2)条件：两束光的频率相同、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，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹，如图：‎ ‎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：‎ ‎(3)两种图样对比：‎ 单色光的双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹宽度不均匀，中央条纹最宽，两边依次变窄。‎ ‎3．光的偏振 ‎(1)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，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：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。‎ ‎[小题练通]‎ ‎1．关于下列光学现象，说法正确的是(　　)‎ A．水中蓝光的传播速度比红光快 B．光从空气射入玻璃时不可能发生全反射 C．在岸边观察前方水中的一条鱼，鱼的实际深度比看到的要深 D．分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更宽 E．偏振现象说明光是纵波 解析：选BCD　在介质中，红、橙、黄、绿、青、蓝、紫各色光随着频率的增大，其折射率也增大，根据v＝知，水中蓝光的传播速度比红光慢，选项A错误；光从光密介质射入光疏介质时，才可能发生全反射，光从空气射入玻璃时，不会发生全反射，选项B正确；在岸边观察水中的鱼，视深h′＝，故视深h′小于鱼的实际深度h，选项C正确；蓝光比红光的波长短，由干涉条纹宽度Δx＝λ知，用红光时得到的条纹间距比蓝光的宽，选项D正确。偏振现象说明光是横波，选项E错误。‎ ‎2．(2017·周口二模)如图所示的4种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器和同一单缝衍射仪器形成的图样(灰黑色部分表示亮条纹)。则属于蓝光的干涉图样的是(　　)‎ 解析：选C　双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有亮条纹宽度相同且等间距，根据双缝干涉条纹间距Δx＝λ可知，波长λ越大，Δx越大，故左边第一个是红光的，第三个是蓝光的。单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越粗，故从左向右依次是红光(双缝干涉)、蓝光(单缝衍射)、蓝光(双缝干涉)和红光(单缝衍射)。由以上分析可知，A、B、D错误，C正确。‎ 区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法 ‎(1)根据条纹的宽度区分：双缝干涉条纹的宽度相同，而单缝衍射的条纹中央亮条纹最宽，两侧的亮条纹逐渐变窄。‎ ‎(2)根据条纹的间距区分：双缝干涉条纹的间距是相等的，而单缝衍射的条纹越向两侧条纹间距越窄。‎ ‎(3)根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央亮条纹往两侧亮度变化很小，而单缝衍射条纹中央亮条纹最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗。‎ 二、电磁场理论和电磁波 ‎1.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，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＝λf，f是电磁波的频率。‎ ‎3．电磁波的发射 ‎(1)发射条件：开放电路和高频振荡信号，所以要对传输信号进行调制(调幅或调频)。‎ ‎(2)调制方式 ‎①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。‎ ‎②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做调谐。能够调谐的接收电路叫做调谐电路。‎ ‎(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫做检波。检波是调制的逆过程，也叫做解调。‎ ‎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做电磁波谱。‎ 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、γ射线。‎ ‎[小题练通]‎ ‎(2016·全国甲卷)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 解析：选ABC　电磁波在真空中的传播速度等于光速，与电磁波的频率无关，选项A正确； 周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，选项B正确；电磁波传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直，选项C正确；电磁波可以通过光缆传输，选项D错误；电磁波波源的电磁振荡停止，波源不再产生新的电磁波，但空间中已产生的电磁波仍可继续传播，选项E错误。‎ ‎(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。‎ 三、相对论初步知识 ‎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。‎ ‎1．关于光的干涉，下列说法中正确的是(　　)‎ A．在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的 B．在双缝干涉现象里，入射光波长变短，相邻两个明条纹间距将变窄 C．只有频率相同的两列光波才能产生干涉 D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定 E．频率不同的光不可能叠加 解析：选ABC　在双缝干涉现象中，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，入射光的波长越长，相邻两个明条纹的间距越大；两列波产生干涉时，频率必须相同，任何两列光波都能叠加。‎ ‎2．(2017·洛阳检测)下列说法正确的是(　　)‎ A．用光导纤维束传输图像和信息，这是利用了光的全反射原理 B．紫外线比红外线更容易发生衍射现象 C．经过同一双缝所得的干涉条纹，红光比绿光条纹宽度大 D．光的色散现象都是由于光的干涉现象引起的 E．光的偏振现象说明光是一种横波 解析：‎ 选ACE　光导纤维束传输图像和信息，这是利用了光的全反射原理，故A正确；紫外线的波长比红外线短，不容易发生衍射现象，故B错误；同一双缝所得的干涉条纹，因红光的波长比绿光长，则干涉条纹宽度大，故C正确；色散现象可以由光的干涉或折射现象引起，故D错误；偏振是横波的特有现象，光的偏振现象说明光是一种横波，故E正确。‎ ‎3.如图所示，a、b两束光以不同的入射角由介质射向空气，结果折射角相同，下列说法正确的是(　　)‎ A．b在该介质中的折射率比a小 B．若用b做单缝衍射实验，要比用a做中央亮条纹更宽 C．用a更易观测到泊松亮斑 D．做双缝干涉实验时，用a光比用b光两相邻亮条纹中心的距离更大 E．b光比a光更容易发生明显的衍射现象 解析：选ABE　设折射角为θ1，入射角为θ2，由题设条件知，θ‎1a＝θ1b，θ‎2a<θ2b，由n＝，知na>nb，A正确；因为na>nb，所以λa<λb，又Δx＝λ，故Δxa<Δxb，B正确，D错误；而波长越长，衍射现象越明显，C错误；b光比a光更容易发生明显的衍射现象，E正确。‎ ‎4.如图所示，a是一偏振片，a的透振方向为竖直方向。下列四种入射光束哪几种照射a时能在a的另一侧观察到透射光(　　)‎ 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°的光 E．以上四种光都可以 解析：选ABD　根据光的偏振知识，只要光的振动方向不与偏振片的透振方向垂直，光都能通过偏振片。当光的振动方向与偏振片的透振方向相同时，透射光最强，当二者垂直时，光完全不能透过。当二者间的夹角在0°～90°逐渐增加时，透射光逐渐减弱。太阳光、沿竖直方向振动的光、沿与竖直方向成45°角振动的光均能通过偏振片。‎ ‎5．关于电磁波的发射和接收，下列说法中正确的是(　　)‎ A．为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，电路必须是闭合的 B．音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波 C．当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强 D．要使电视机的屏幕上有图像，必须要有检波过程 E．电视信号可以直接通过天线向外发射 解析：选BCD　有效发射电磁波，必须采用开放电路和高频发射；一般的音频电流和电视信号的频率较低，不能直接用来发射电磁波；电磁波接收原理是一种叫电谐振的现象，与机械振动中的共振有些相似；电视机显示图像时，必须通过检波过程，把有效的信号从高频调制信号中取出来，否则就不能显示，故A、E错误，B、C、D正确。‎ ‎6．在狭义相对论中，下列说法正确的是(　　)‎ A．所有惯性系中基本规律都是等价的 B．在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关 C．在不同惯性系中，光在真空中沿不同方向传播速度不相同 D．质量、长度、时间的测量结果不随物体与观察者的相对状态的改变而改变 E．时间与物体的运动状态有关 解析：选ABE　根据相对论的观点：在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的；且在一切惯性系中，光在真空中的传播速度都相等；质量、长度、时间的测量结果会随物体与观察者的相对状态的改变而改变，故选项A、B正确，C、D错误。在狭义相对论中，时间与物体的运动状态有关，E正确。‎ ‎7．在五彩缤纷的大自然中，我们常常会见到一些彩色光的现象，下列现象中属于光的干涉的是(　　)‎ A．洒水车喷出的水珠在阳光照耀下出现的彩色现象 B．小孩儿吹出的肥皂泡在阳光照耀下出现的彩色现象 C．雨后天晴马路上油膜在阳光照耀下出现的彩色现象 D．用游标卡尺两测量爪的狭缝观察日光灯的灯光出现的彩色现象 E．实验室用双缝实验得到的彩色条纹 解析：选BCE　A属于光的色散现象；B、C属于光的薄膜干涉现象；D属于光的单缝衍射现象；E属于光的双缝干涉现象。‎ ‎8．(2015·全国卷Ⅱ)如图，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线。则(　　)‎ A．在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度 B．在真空中，a光的波长小于b光的波长 C．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率 D．若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线a首先消失 E．分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距 解析：选ABD　通过光路图可看出，折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度，玻璃砖对a光的折射率大于b光的折射率，选项C错误。a光的频率大于b光的频率，波长小于b光的波长，选项B正确。由n＝知，在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度，选项A正确。入射角增大时，折射率大的光线首先发生全反射，a光首先消失，选项D正确。做双缝干涉实验时，根据Δx＝λ得a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距，选项E错误。‎