2020届二轮复习光的干涉、衍射和偏振电磁波与相对论课件（41张） 41页

　 光的干涉、衍射和偏振　电磁波与相对论 知识排查 光的干涉 1. 条件： 两光源必须具有相同的 _____ 和 ________ 。 2 . 双缝干涉图样特点 (1) 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。 频率 振动方向 白色亮 彩色 3 . 薄膜干涉： 利用薄膜 ( 如肥皂液薄膜 ) _________ 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 ______ 。 前后表面 相同 光的衍射 1. 光的明显衍射的条件： 只有当障碍物或孔的尺寸 ______ 光的波长时，衍射现象才是明显的。 2 . 衍射条纹的特点 接近 3 . 双缝干涉与单缝衍射图样对比 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。 光的偏振 1. 自然光： 在垂直于传播方向的平面内，光波可沿任何方向振动，光振动在平面内的分布是大致 _____ 的，所以不显 _____ 性。 2 . 偏振光的形成 (1) 让自然光通过 _______ 形成偏振光。 (2) 让自然光在两种介质的界面发生反射和 _____ ，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。 均匀 3. 光的偏振现象说明光是一种 ____ 波。 偏振 偏振片 折射 横 1. 麦克斯韦电磁场理论 变化的磁场周围会产生 _____ ，变化的电场周围会产生 _____ 。 电场 电磁波 2 . 电磁波 (1) 电磁场在空间由近及远的传播，形成 _______ 。 (2) 电磁波的传播不需要 ______ ，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度 ______ ( 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 ____ 。 (4) v ＝ λf ， f 是电磁波的频率。 磁场 电磁波 介质 相同 小 3 . 电磁波的发射 (1) 发射条件： ______ 电路和 _________ 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：使电磁波的 ______ 随信号而改变，频率始终保持不变。 ② 调频：使电磁波的 ______ 随信号而改变。 开放 高频振荡 振幅 频率 5 . 电磁波谱： 按照电磁波的 ______ 或 ______ 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、 ________ 、紫外线、 X 射线、 γ 射线。 相同 4 . 无线电波的接收 (1) 当接收电路的固有频率跟接收到无线电波的频率 ______ 时，电磁波会使接收电路中产生 ______ 的电流，这就是电谐振现象。 (2) 对空间存在的各种频率电磁波，需要选择某一种特定的 ______ 接收，这个选择过程叫做 ______ ，能够调谐的接收电路叫做 ______ 电路。 (3) 从高频载波中把音频信号 “ 检 ” 出来的过程，叫做 ______ 。检波是 ______ 的逆过程，也叫 ______ 。 最强 频率 调谐 调谐 检波 调制 解调 频率 波长 可见光 1. 狭义相对论的两条基本原理 (1) 狭义相对性原理：物理规律 ( 力学、电磁力学、光学等 ) 对于所有惯性系都具有 ______ 的形式。 (2) 光速不变原理：在任何惯性系中，光在真空中的速度恒为 c ，与光源和观测者的运动无关。 相同 相对论 2 . 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 ＝ _____ 。 mc 2 小题速练 1. 思考判断 (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能产生干涉。 ( 　　 ) (3) 肥皂泡上呈现彩色水平条纹，是由光的色散产生的。 ( 　　 ) (4) 在 “ 双缝干涉 ” 实验中，双缝的作用是使白光变成单色光。 ( 　　 ) (5) 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。 ( 　　 ) (6) 自然光是偏振光。 ( 　　 ) (7) 电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场。 ( 　　 ) (8) 无线电波不能发生干涉和衍射现象。 ( 　　 ) (9) 波长不同的电磁波在本质上完全不同。 ( 　　 ) (10) 真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的。 ( 　　 ) 答案　 (1) √ 　 (2) √ 　 (3) × 　 (4) × 　 (5) × 　 (6) × 　 (7) × 　 (8) × 　 (9) × 　 (10) × 2. ( 多选 ) 以下说法中正确的是 ( 　　 ) A. 对于同一障碍物，波长越大的光波越容易绕过去 B. 白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的一种干涉现象 C. 红光由空气进入水中，波长变长、颜色不变 D. 用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉 E. 不管光源与观察者是否存在相对运动，观察者观察到的光速是不变的 解析　 对于同一障碍物，它的尺寸 d 不变，波长 λ 越长的光越容易满足 d ≤ λ ，越容易绕过障碍物，所以 A 项正确；白光通过三棱镜出现彩色条纹是光的色散现象， B 项错误；波的频率由波源决定，波速由介质决定，所以红光从空气进入水中，频率 f 不变，波速 v 变小，由 v ＝ λf 得，波长 λ 变小，所以 C 项错误；检查平面的平整度是利用了光的干涉，所以 D 项正确；由光速不变原理知 E 项正确。 答案　 ADE 3. ( 多选 ) 下列关于电磁波的说法正确的是 ( 　　 ) A. 麦克斯韦提出了电磁场理论，赫兹用实验证实了电磁波的存在 B. 各种电磁波在真空中的传播速度与光速一样 C. 经过调幅后的电磁波是横波，经过调频后的电磁波是纵波 D. 红外线是波长比可见光波长还长的电磁波，常用于医院和食品消毒 E. 电磁波由真空进入介质，速度变小，频率不变 解析　 麦克斯韦提出了电磁场理论，赫兹用实验证实了电磁波的存在，选项 A 正确；各种电磁波在真空中的传播速度为 c ＝ 3 × 10 8 m/s ，与光速相同，选项 B 正确；电磁波是横波，调频或调幅后的电磁波仍是横波，选项 C 错误；医院和食品消毒常用的是紫外线，选项 D 错误；电磁波由真空进入介质，速度变小，频率不变，选项 E 正确。 答案　 ABE 4. 如图 1 所示， A 、 B 两幅图是由同一束单色光分别入射到圆孔而形成的图样，其中图 A 是光的 __________( 选填 “ 干涉 ” 或 “ 衍射 ” ) 图样。由此可以判断出图 A 所对应的圆孔的孔径 __________( 选填 “ 大于 ” 或 “ 小于 ” ) 图 B 所对应的圆孔的孔径。 图 1 答案　 衍射　小于 光的干涉、衍射、偏振 1. 光的干涉、衍射比较 内容 干涉 衍射 现象 在光叠加区域出现加强或减弱的现象 光绕过障碍物偏离直线传播的现象 产生条件 两束光频率相同、相位差恒定 障碍物或孔的尺寸与波长差不多或更小 典型实验 杨氏双缝干涉 单缝衍射 ( 圆孔衍射、圆盘衍射 ) 图样特点 不同点 条纹宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等、中央最宽 条纹间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等 亮度情况 清晰条纹，亮度基本相等 中央条纹最亮，两边变暗 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 2. 亮暗条纹的判断方法 (1) 如图 2 所示，光源 S 1 、 S 2 发出的光到屏上某点的路程差 r 2 － r 1 ＝ kλ ( k ＝ 0 ， 1 ， 2 … ) 时，光屏上出现亮条纹。 3. 薄膜干涉 (1) 如图 3 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。 (2) 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，形成两列频率相同的光波，并且叠加，两列光波同相叠加，出现亮纹；反相叠加，出现暗纹。 (3) 条纹特点： ① 单色光：明暗相间的水平条纹； ② 白光：彩色水平条纹。 4. 自然光和偏振光的比较   自然光 ( 非偏振光 ) 偏振光 光的来源 直接从光源发出的光 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 【例 1 】 　 ( 多选 ) [2017· 全国卷 Ⅱ ， 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 　 ACD 【例 2 】 　 ( 多选 ) 光在科学技术，生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 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象是利用光的全反射现象 D. 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象 E. 在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，则干涉条纹间距变窄 答案　 ACE 1. ( 多选 ) 光的偏振现象说明光是横波。下列现象中能反映光的偏振特性的是 ( 　　 ) A. 一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化 B. 一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是 90° 时，反射光是偏振光 C. 日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰 D. 通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹 E. 阳光在水面的反射光是自然光 解析　 在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光是偏振光，选项 A 、 B 反映了光的偏振特性；选项 C 是偏振现象的应用；选项 D 是光的衍射现象， D 项错误；阳光在水面的反射光是偏振光，故选项 E 错误。 答案　 ABC 2.( 多选 ) 如图 4 所示是 a 、 b 两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则 ( 　　 ) 图 4 A. 在同种均匀介质中， a 光的传播速度比 b 光的大 B. 在真空中 a 、 b 两光传播速度相同 C. 从真空射入同种介质发生全反射时， a 光全反射临界角小 D. 从同种介质射入真空发生全反射时， a 光全反射临界角小 E. 在相同的条件下， b 光比 a 光更容易产生明显的衍射现象 答案 　 BDE 3. ( 多选 ) ABCDE 为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图， AB ⊥ BC ，由 a 、 b 两种单色光组成的细光束从空气垂直于 AB 射入棱镜，经两次反射后光线垂直于 BC 射出，且在 CD 、 AE 边只有 a 光射出，光路图如图 5 所示，则 a 、 b 两束光 ( 　　 ) A. a 光的频率比 b 光的频率小 B. b 光比 a 光更容易发生衍射现象 C. 在棱镜内， a 光的传播速度比 b 光的大 D. 以相同的入射角从空气斜射入水中， b 光的折射角较小 E. 分别通过同一双缝干涉装置， a 光的相邻亮条纹间距较小 答案　 ACD 实验：用双缝干涉测光的波长 注意事项 (1) 光源灯丝最好是线状灯丝，并与单缝平行且靠近； (2) 实验时应调整光源、单缝、双缝和光屏、测量头共轴，单缝和双缝安装时应竖直且相互平行，遮光筒的轴线要与光具座导轨平行，若不共轴或单缝与双缝不平行，则会引起干涉条纹亮度小、不清晰，不便于观察和测量； (3) 白光干涉观察到的是彩色条纹，中央亮条纹的中间部分是白色，边缘是红色。 误差分析 (1) 测条纹间距 Δ y 时带来误差。 (2) 测量双缝到光屏间距离 l 时产生误差。 图 6 【例 3 】 　现有毛玻璃屏 A 、双缝 B 、白光光源 C 、单缝 D 和透红光的滤光片 E 等光学元件，要把它们放在如图 6 所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。 (1) 将白光光源 C 放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为 C 、 __________ 、 A 。 (2) 本实验的操作步骤有： ① 取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮； ② 按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上； ③ 用米尺测量双缝到屏的距离； ④ 用测量头 ( 其读数方法同螺旋测微器 ) 测量数条亮纹间的距离。 在操作步骤 ② 时还应注意 ______________________ 和 ______________________ 。 解析　 (1) 双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为光源、滤光片、单缝、双缝、屏，因此应填， E 、 D 、 B 。 (2) 单缝与双缝的间距为 5 ～ 10 cm ，使单缝与双缝相互平行。 答案　 (1) EDB 　 (2) 单缝与双缝的间距为 5 ～ 10 cm 　使单缝与双缝相互平行 1. 在观察光的双缝干涉现象的实验中： (1) 将激光束照在如图 7 乙所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图甲中的 ________ 。 (2) 换用间隙更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光屏上观察到的条纹宽度将 ________ ；保持双缝间隙不变，减小光屏到双缝的距离，在光屏上观察到的条纹宽度将 ________( 以上均选填 “ 变宽 ”“ 变窄 ” 或 “ 不变 ” ) 。 解析　 (1) 双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹， A 图正确； 答案　 (1)A 　 (2) 变宽　变窄 图 8 2. 在 “ 用双缝干涉测光的波长 ” 实验中， (1) 将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第 1 条亮纹，此时手轮上的示数如图 8 甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第 6 条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数 __________mm ，求得相邻亮纹的间距Δ y 为 __________mm 。 (2) 已知双缝间距 d 为 2.0 × 10 － 4 m ，测得双缝到屏的距离 l 为 0.700 m ，由计算公式 λ ＝ __________ ，求得所测红光波长为 __________mm 。 电磁波与相对论 1. 电磁波的四大特点 (1) 电磁波是横波，在空间传播不需要介质。 (2) 在真空中电磁波的传播速度为 3 × 10 8 m/s 。 (3) v ＝ λf 对电磁波同样适用。 (4) 电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。 2. 电磁波谱的特性及应用 电磁波谱 特性 应用 递变规律 无线电波 容易发生衍射 通信和广播 红外线 热效应 红外线遥感 可见光 引起视觉 照明等 紫外线 荧光效应，能杀菌 灭菌消毒、防伪 X 射线 穿透能力强 医用透视、安检 γ 射线 穿透能力很强 工业探伤、医用治疗 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　 电磁波在真空中传播的速度均为光速，与频率无关，选项 A 正确；电磁波是变化的电场和变化的磁场互相激发得到的，选项 B 正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，选项 C 正确；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，选项 D 错误；电磁振荡停止后，电磁波仍会在介质或真空中继续传播，选项 E 错误。 答案　 ABC 【例 4 】 　 ( 多选 ) [2016· 全国卷 Ⅱ ， 34(1)] 关于电磁波，下列说法正确的是 ( 　　 ) 1. ( 多选 ) 关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 电磁波可以传递信息，声波也能传递信息 B. 手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波 C. 太阳光中的可见光和医院 “ B 超 ” 中的超声波传播速度相同 D. 遥控器发出的红外线波长和医院 “CT” 中的 X 射线波长相同 E. 由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大 答案　 ABE 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 解析　 相对论并不否定经典力学，它是在一定条件下的特殊情形，故选项 A 错误；根据光速不变原理，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故选项 B 正确；根据狭义相对论的基本假设可知，选项 C 正确；根据光现象的成因知，选项 D 正确；全息照相不是利用全反射，而是和光的干涉有关，选项 E 错误。 答案 　 BCD 2. ( 多选 ) 下列说法正确的是 ( 　　 )