高考物理复习专题知识点35-光的波动性_电磁波_相对论简介 3页

光的波动性 电磁波 相对论简介 ‎ 一．考点整理 基本概念 ‎ ‎1．光的干涉和衍射 内容 干涉 衍射 现象 在光重叠区域出现加强或减弱现象 光 障碍物偏离直线传播的现象 产生条件 两束光频率 、相位差恒定 障碍物或孔尺寸与波长差不多或小得多 典型实验 杨氏双缝干涉实验 单缝衍射、圆孔衍射、不透明圆盘衍射 图样特点 不同点 条纹宽度 条纹宽度 ‎ 条纹宽度不等， 最宽 条纹间距 各相邻条纹间距 ‎ 各相邻条纹间距不等 亮度情况 清晰条纹，亮度基本 ‎ 中央条纹 ，两边 ‎ 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．薄膜干涉：‎ ‎① 相干光来自于薄膜的前、后表面（或上、下表面）反射回来的两列 光；‎ ‎② 薄膜干涉的应用：增透膜；检查工件的平整度，如图所示．‎ ‎3．自然光和偏振光 自然光（非偏振光）‎ 偏振光 光的来源 直接从光源发出的光 自然光通过偏振片后的光 光的振动方向 在 于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向光振动的强度 ‎ 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向 ‎4．激光的特点及应用：⑴ 激光的 好、 好，可以精确测距．⑵ 激光的单色性好、相干性好，可以像无线电波一样进行调制，用来传递信息；还可以用来全息照相．⑶ 激光的亮度高，可以利用激光切割、焊接，医学上用激光做“光刀”来切开皮肤；进行激光核聚变．‎ ‎5．麦克斯韦电磁场理论： 的磁场能够在周围空间产生电场， 的电场能够在周围空间产生磁场．‎ ‎6．电磁场：变化电场在周围空间产生磁场，变化磁场在周围空间产生电场，变化的电场和磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场．‎ ‎7．电磁波：电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波．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是相同的（都等于光速）．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．v = λf，f是电磁波的频率．‎ ‎8．电磁波谱：‎ 电磁波谱 特性 应用 真空中波长/m 频率/Hz 递变规律 无线电波 波动性强，‎ 易发生衍射 无线电技术 ‎>10－3‎ ‎<3×1011‎ 波 长 减 小 频 率 增 大 红外线 热效应 红外线遥感 ‎10－3～10－7‎ ‎1011～1015‎ 可见光 引起视觉 照明、摄影 ‎10－7‎ ‎1015‎ 紫外线 化学效应、‎ 荧光效应、‎ 能杀菌 医用消毒、防伪 ‎10－7～10－9‎ ‎1015～1017‎ X射线 贯穿性强 检查、‎ 医用透视 ‎10－8～10－11‎ ‎1016～1019‎ γ射线 贯穿本领最强 工业探伤、医用治疗 ‎<10－11‎ ‎>1019‎ ‎9．狭义相对论：‎ ‎⑴ 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．‎ ‎⑵ 狭义相对论时空观与经典时空观：经典时空观认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间是没有联系的，而相对论认为空间和时间与物质 有关．经典时空观是相对论在低速运动时的特例．‎ ‎⑶“同时”的相对性：在经典物理学上，如果两个事件在一个参考系中认为是同时的，在另一个参考系中一定也是同时的，而根据爱因斯坦的两个假设，同时是 的．‎ ‎⑷ 长度的相对性：经典物理学认为，一条杆的长度不会因为观察者与杆做相对运动而不同．如果与杆相对静止的人认为杆长l0，与杆相对运动的人认为杆长是l，则两者之间关系为l = _______，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度 ．‎ ‎⑸ 相对论质能关系：爱因斯坦质能方程E = ．‎ ‎ 二．思考与练习 思维启动 ‎ ‎1．如图是双缝干涉实验装置的示意图，S为单缝，S1、S2为双缝，P为光屏．用绿光从左边照射单缝S时，可在光屏P上观察到干涉条纹．下列说法正确的是 （ ）‎ A．减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离减小 B．增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离增大 C．将绿光换为红光，干涉条纹间的距离减小 D．将绿光换为紫光，干涉条纹间的距离增大 ‎2．激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛．下面关于激光的叙述正确的是 （ ）‎ A．激光是纵波 B．频率相同的激光在不同介质中的波长相同 C．两束频率不同的激光能产生干涉现象 D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离 ‎3．下列关于电磁波的说法正确的是 （ ）‎ A．电磁波必须依赖介质传播 B．电磁波可以发生衍射现象 C．电磁波不会发生偏振现象 D．电磁波无法携带信息传播 ‎4．属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中 （ ）‎ A．真空中光速不变 B．时间间隔具有相对性 C．物体的质量不变 D．物体的能量与质量成正比 ‎ 三．考点分类探讨 典型问题 ‎ ‎〖考点1〗光的干涉现象 ‎【例1】如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30×10－7 m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7 m．则在这里出现的应是________（选填“明条纹”或“暗条纹”）．现改用波长为6.30×10－7 m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将________（选填“变宽”、变窄或“不变”）‎ ‎【变式跟踪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、S2距离之差为2.1×10－6 m，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？‎ ‎⑴ 已知A光在折射率为n = 1.5的介质中波长为4×10－‎7m；‎ ‎⑵ 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°；‎ ‎⑶ 若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象 ‎〖考点2〗光的偏振和衍射 ‎【例2】如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧．旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是 （ ）‎ A．A、B均不变 B．A、B均有变化 C．A不变，B有变化 D．A有变化，B不变 ‎【变式跟踪2】在单缝衍射实验中，下列说法正确的是 （ ）‎ A．其他条件不变，将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄 B．其他条件不变，使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄 C．其他条件不变，换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽 D．其他条件不变，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽 ‎〖考点3〗电磁场和电磁波 ‎【例3】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 ‎【变式跟踪3】关于电磁波，下列说法正确的是 （ ）‎ A．雷达是用X光来测定物体位置的设备 B．使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调 C．用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光 D．均匀变化的电场可以产生恒定的磁场 ‎〖考点4〗狭义相对论的简单应用 ‎【例4】如图所示，强强乘坐速度为0.9 c（c为光速）的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为________（填写选项前的字母）‎ A．‎0.4c B．‎0.5c C．‎0.9c D．‎‎1.0c ‎【变式跟踪4】 在狭义相对论中，下列说法中哪些是正确的 （ ）‎ ‎① 一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速；② 质量、长度、时间的测量结果都随物体与观察者的相对运动状态而改变；③ 惯性系中的观察者观察一个与他做匀速相对运动的时钟时，会看到这个时钟比与他相对静止的时钟走得慢些．‎ A．①③是正确的 B．①②是正确的 C．①②③是正确的 D．②③是正确的 ‎ 四．考题再练 高考试题 ‎ ‎1．【2013·上海】某半导体激光器发射波长为1.5×10‎-6m，功率为5.0×10-3W的连续激光．已知可见光波长的数量级为10‎-7m，普朗克常量h = 6.63×10-34J·s，该激光器发出的 （ ）‎ A．是紫外线 B．是红外线 C．光子能量约为1.3×10-18J D．光子数约为每秒3.8×1016个 ‎【预测1】电磁波与机械波相比较有 （ ）‎ A．电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质 B．电磁波在任何介质中的传播速率都相同，机械波在同一介质中的传播速率相同 C．电磁波与机械波都不能产生干涉现象 D．电磁波与机械波都能产生衍射现象 ‎2．【2013·江苏】如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的______也相等 A．速度 B．动能 C．动量 D．总能量 ‎【预测2】光的偏振现象说明光是横波．下列现象中不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象更清晰 D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹 ‎ 五．课堂演练 自我提升 ‎ ‎1．用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象．图（a）是点燃的酒精灯（在灯芯上洒些盐），图（b）是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈．将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是 （ ）‎ A．当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°‎ B．当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°‎ C．当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°‎ D．干涉条纹保持原来状态不变 ‎2．电磁波与声波比较 （ ）‎ A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质 B．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大 C．由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大 D．电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质决定，与频率无关 ‎3．双缝干涉实验装置如图所示，绿光通过单缝S后、投射到具有双缝的挡板上，双缝S1和S2与单缝的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹，屏上O点距双缝S1和S2的距离相等，P点是距O点最近的第一条亮条纹．如果将入射的单色光换成红光或蓝光，讨论屏上O点及其上方的干涉条纹的情况是 （ ）‎ A．O点是红光的暗条纹 B．O点不是蓝光的亮条纹 C．红光的第一条亮条纹在P点的上方 D．蓝光的第一条亮条纹在P点的上方 ‎4．如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是 （ ）‎ A．同时被照亮　　　　　 B．A先被照亮 C．C先被照亮 D．无法判断 ‎5．如图所示，A、B两幅图是由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．‎ ‎6．在“用双缝干涉测光的波长”实验中，实验装置如图所示．‎ ‎⑴ 下列说法哪一个是错误的________‎ A．调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝 B．测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐 C．为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距Δx = a/(n–1)‎ ‎⑵ 测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图，其示数为________mm.‎ ‎7．⑴列举下列三种电磁波的一种应用：‎ 红外线_______________________________________________________‎ 紫外线_______________________________________________________‎ X射线_______________________________________________________‎ ‎⑵ 某居住地A位于某山脉的一边，山脉的另一边P处建有一无线电波发射站，如图所示．该发射站可发送频率为400 kHz的中波和频率为400 MHz的微波，‎ 已知无线电波在空气中的传播速度都为3×‎108 m/s，请回答．‎ ‎① 发射站发出的电磁波是经过干涉还是衍射后到达居住地A处的？‎ ‎② 若两种波的接收效果不同，请说明哪一种波的接收效果更好？为什么？‎ 参考答案：‎ ‎ 一．考点整理 基本概念 ‎ ‎1．绕过 相同 相等 中央 相等 相等 最亮 变暗 ‎2．反射 ‎3．垂直 相同 ‎4．平行度 方向性 ‎5．变化 变化 ‎9．相同 相同 运动状态 相对性 小 mc2‎ ‎ 二．思考与练习 思维启动 ‎ ‎1．B；由双缝干涉条纹间距公式Δx = (L/d)λ可知，减小双缝间的距离d，干涉条纹间的距离Δx增大，A错误；增大双缝到屏的距离L，干涉条纹间的距离增大，B正确；将绿光换为红光，入射光的波长增大，干涉条纹间的距离应增大，C错误；将绿光换为紫光，入射光的波长变短，干涉条纹间的距离应减小，D错误．‎ ‎2．D；电磁波是横波，A项错；光在不同介质中传播速度不同，波长也不同，B项错；相干光的条件是频率相同，C项错，D项正确．‎ ‎3．B；根据电磁波的产生机理及传播特性可知，电磁波的传播不需要介质，选项A错误；干涉、衍射是所有波都具有的共同特性，选项B正确；由于电磁波是横波，故能发生偏振现象，选项C错误；电磁波能够携带图象、声音等信息进行传播，选项D错误．‎ ‎4．A ‎ 三．考点分类探讨 典型问题 ‎ 例1答案：暗条纹　变宽 解析：因为 7.95×10－7/5.30×10－7 = 1.5，即半波长的奇数倍，所以出现暗条纹．根据条纹间距公式 Δx = (L/d)λ，当单色光的波长变长时，条纹间距变宽．‎ 变式1 答案：⑴ 暗条纹 ⑵ 亮条纹 ⑶ 见解析 解析：⑴ 设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n = λ1/λ2，得λ1 = nλ2 = 1.5×4×10－7m = 6×10－7m，根据路程差Δr = 2.1×10－6m，所以N1 = Δr/λ1 = 3.5，由此可知，从S1和S2到P点的路程差是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹．‎ ‎⑵ 根据临界角与折射率的关系sinC = 1/n得n = 1/sin37° = 5/3，由此可知，B光在空气中波长λ3为：λ3 = nλ介 = 5.25×10－7m，由路程差Δr和波长λ的关系N2 =Δr/λ3 = 4，可见，用B光做光源，P点为亮条纹．‎ ‎⑶ 若让A光和B光分别照射S1和S2，这时既不能发生干涉，也不发生衍射，此时在光屏上只能观察到亮光．‎ 例2 C；白炽灯光包含各方向的光，且各个方向的光强度相等，所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同，故A点光的强度不变；白炽灯光经偏振片P后为偏振光，当Q旋转时，只有与P的偏振方向一致时才有光透过Q，因此B点的光强有变化，选项C正确．‎ 变式2 ACD；当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，条纹间距也越大，黄光波长大于绿光波长，所以条纹间距变窄，A、C正确；当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射条纹间距也会变宽，B错误；当光的波长一定，单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽，D正确．‎ 例3 A；变化的磁场就能产生电场，A正确．若只有电场和磁场而电场和磁场都稳定或电场、磁场仅均匀变化都不能产生电磁波，C错．光也是电磁波，在真空和介质中传播的速度不同，可判断B错．D选项中没强调是“均匀”介质，若介质密度不均匀会发生折射，故D错．‎ 变式3 D；雷达是利用微波来定位的，A项错误；使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制，B项错误；钞票是利用紫外线的荧光作用，C项错误；均匀变化的电场可以产生恒定的磁场，D项正确．‎ 例4 D；根据光速不变原理可知：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故D正确．‎ 变式4 C；由爱因斯坦狭义相对论可知，①②③说法均对，故正确答案为C．‎ ‎ 四．考题再练 高考试题 ‎ ‎1．BD 预测1 AD；电磁波传播不需要介质，且在不同介质中，传播速度不同，即v = c/n；故A正确、B错误；电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象，故C错、D正确．‎ ‎2．C 预测2 D；由光的偏振现象的知识可知A、B、C均反映了光的偏振特性，只有D选项是利用手指间的狭缝去观察光的衍射现象，故选D．‎ ‎ 五．课堂演练 自我提升 ‎ ‎1．D；金属丝圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，A、B、C错误，D正确．‎ ‎2．ABC；可以根据电磁波的特点和声波的特点进行分析，选项A、B均与事实相符，所以A、B项正确；根据λ = v/f，电磁波速度变小，频率不变，波长变小；声波速度变大，频率不变，波长变大，所以选项C正确；电磁波在介质中的速度与介质有关，也与频率有关，所以选项D错误．‎ ‎3．C；O点处光程差为零，对于任何光都是振动加强点，均匀亮条纹，故A、B错；红光的波长较长，蓝光的波长较短，根据Δx = (l/d)λ可知，C正确．‎ ‎4．　C；因列车沿AC方向接近光速行驶，根据“同时”的相对性，即前边的事件先发生，后边的事件后发生可知C先被照亮，C对．‎ ‎5．答案：衍射 小于 解析：A中出现明暗相间的条纹，B中出现圆形亮斑．只有障碍物或孔的尺寸比光波波长小或跟波长相差不多时，才能发生明显的衍射现象．图A是光的衍射图样，由于光波波长很短，约在10－7 m数量级上，所以图A对应的圆孔的孔径比图B所对应的圆孔的孔径小．图B的形成可以用光的直线传播解释．‎ ‎6．答案：⑴ A　⑵ ‎‎1.970 mm 解析：⑴ 放上单缝和双缝后，由于发生干涉现象没法调节光源的高度，故A项错误．‎ ‎⑵ 按读数规则，读出示数为：‎1.5 mm + 47.0×‎0.01 mm = ‎1.970 mm.‎ ‎7．⑴ 红外线主要是热作用，如红外线烤箱；紫外线有荧光和杀菌作用，如验钞机，消毒；X射线主要是穿透作用，如X射线透视．‎ ‎⑵ ① 无线电波绕过山脉到达A处，发生了衍射现象．‎ ‎② 频率为400 kHz的中波接收效果更好，因为它的波长长，衍射现象更明显．‎