【物理】2018届一轮复习人教版第37讲光的波动性电磁波相对论学案 16页

第37讲　光的波动性　电磁波　相对论 Ø 教材知识梳理 一、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________条纹，某些区域相互减弱，出现________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________条纹，其余为________条纹．‎ 二、光的衍射 ‎1．定义：光在传播的过程中遇到障碍物时，________直线传播绕到障碍物阴影里去的现象．‎ ‎2．发生明显衍射的条件：障碍物或小孔的尺寸跟光的波长________，甚至比光的波长________时，衍射现象明显．‎ ‎3．衍射图样特点 ‎(1)单缝衍射：单色光的衍射图样为中间宽且亮的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，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：明暗相间的不等距圆环．‎ ‎(3)圆盘衍射：明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑称为________亮斑(证实光的波动性)．‎ 三、光的偏振 ‎1．自然光：包含着在垂直于传播方向上沿________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________的方向振动的光．‎ ‎3．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 ‎4．光的偏振现象说明光是一种________波．‎ 四、电磁场与电磁波 ‎1．麦克斯韦电磁场理论 变化的磁场能够在周围空间产生________，变化的电场能够在周围空间产生________．‎ ‎2．电磁波 ‎________由近及远地传播形成电磁波．电磁波是________波，在空间传播不需要依靠介质．真空中电磁波的速度为________ m/s；电磁波的传播速度v等于波长λ和频率f的乘积，即v＝________．‎ ‎3．电磁波的发射和接收 ‎(1)发射条件：①要有________的频率；②采用________电路．‎ ‎(2)调制：使电磁波随各种信号而改变叫调制．使高频电磁波的________随信号的强弱而变化为调幅，使高频电磁波的________随信号的强弱而变化为调频．‎ ‎(3)接收：‎ ‎①当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率________时，激起的振荡电流最强，称为电谐振现象．‎ ‎②从经过调制的高频电流中将声音或图像信号还原出来的过程，叫作________，它是调制的逆过程，调幅波的解调也叫________．‎ ‎(4)电磁波谱：按照电磁波的________或________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、________、紫外线、X射线、γ射线．‎ 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________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 ‎(1)时间间隔的相对性：Δt＝________．‎ ‎(2)长度的相对性：l＝________．‎ ‎3．相对论质量(质速关系)：m＝________．‎ ‎4．质能方程(质能关系)：E＝________．‎ ‎【思维辨析】‎ ‎(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)在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是使白光变成单色光．(　　)‎ ‎(4)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．(　　)‎ ‎(5)自然光是偏振光．(　　)‎ ‎(6)电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场．(　　)‎ ‎(7)无线电波不能发生干涉和衍射现象．(　　)‎ ‎(8)波长不同的电磁波在本质上完全不同．(　　)‎ ‎(9)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的．(　　)‎ ‎【物理学史】 ‎ ‎17世纪下半叶，以牛顿为首的“粒子说”和以惠更斯为首的“波动说”都能解释几何光学问题，但大家更倾向 “粒子说”.19世纪初，波动光学初步形成，其中托马斯·杨圆满地解释了“薄膜颜色”和双狭缝干涉现象，大家又倾向“波动说”．典型实验证据有：双缝干涉、单缝衍射、泊松亮斑、薄膜干涉、偏振等.1860年前后，麦克斯韦预言光就是一种电磁波，并且这个结论在1888年为赫兹的实验证实．但是同时赫兹发现了光电效应，特别是1905年爱因斯坦运用量子论解释了光电效应，这又支持了光的“粒子性”，后来还有康普顿效应．所以，光的本质是电磁波，但具有波粒二象性．最终人们意识到任何物体都有波粒二象性，即存在物质波．‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ Ø 考点互动探究 ‎　考点一　光的双缝干涉现象 ‎1．亮、暗条纹的条件 ‎ (1)亮条纹：屏上观察点到双缝的路程差等于波长的整数倍，即Δs＝nλ(n＝0，1，2…)．‎ ‎(2)暗条纹：屏上观察点到双缝的路程差等于半波长的奇数倍，即Δs＝(2n＋1)(n＝0，1，2，…)．‎ ‎2．条纹间距：Δx＝λ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是光波的波长．‎ ‎1 [2016·成都模拟] 如图15371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和S2距离之差为2.1×10－6 m，今分别用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？‎ ‎(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m；‎ ‎(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)；‎ ‎(3)若用A光照射时，把其中一条缝遮住，试分析光屏上能观察到的现象．‎ 图15371‎ 式题 (对双缝干涉现象的理解)一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色亮纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是(　　)‎ A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 B．各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 C．各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 D．上述说法都不正确 ‎　考点二　用双缝干涉实验测量光的波长 考向一　实验原理与实验操作 ‎1．实验原理 单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δ x与双缝间的距离d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ之间满足λ＝.‎ ‎2．实验步骤 ‎ (1)安装仪器 ‎①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图15372所示．‎ 图15372‎ ‎②接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光．调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏．‎ ‎③安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝相互平行．‎ ‎(2)观察与记录 ‎①调整单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光的干涉条纹．‎ ‎②在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．‎ ‎③调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条亮条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数a2，则相邻两亮条纹间的距离Δx＝.‎ ‎④换用不同的滤光片，测量其他色光的波长．‎ ‎2 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15373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．‎ 图15373‎ ‎(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)本实验的步骤有：‎ ‎①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮；‎ ‎②按合理的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用刻度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________．‎ 式题 (测量＋误差)在“光的双缝干涉”的实验中：‎ ‎(1)将激光束照在如图15374甲所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图乙中的________．‎ 图15374‎ ‎ (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________．(均选填“变宽”“变窄”或“不变”)‎ ‎■ 要点总结 ‎(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．‎ 考向二　数据处理与误差分析 ‎3 [2015·全国卷Ⅰ] 在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1________(填“＞”“＝”或“＜”)Δx2.若实验中红光的波长为630 nm，双缝到屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为________mm.‎ 式题 (注意事项＋误差分析)[2016·厦门联考] 在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，实验装置如图15375所示．‎ 图15375‎ ‎(1)某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点：‎ A．灯丝与单缝和双缝必须平行放置 B．干涉条纹与双缝垂直 C．干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关 D．干涉条纹的间距与光的波长有关 以上几点中，你认为正确的是________．‎ ‎(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图15376甲所示，该读数为________ mm.‎ 图15376‎ ‎(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图乙所示．则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时，测量值________(填“大于”“小于”或“等于”)实际值．‎ ‎■ 要点总结 光波波长很小，Δx、L的测量对波长λ的影响很大．L用毫米刻度尺测量，Δx用测量头上的游标尺测量．实验时可测多条亮条纹间距求Δx及采用多次测量求λ的平均值法减小误差．应注意：‎ ‎①干涉条纹应调整到最清晰的程度；‎ ‎②Δx不是亮(暗)条纹的宽度；‎ ‎③分划板刻线应与干涉条纹平行，中心刻线应恰好位于条纹中心；‎ ‎④测量多条亮条纹间的距离时，此间距中的条纹数应准确．‎ ‎　考点三　薄膜干涉的理解及应用 ‎1.薄膜干涉 如图15377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′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加．‎ 图15377‎ ‎(1)在P1、P2处，从两个表面处反射回来的两列光波的路程差Δx等于波长的整数倍，即Δx＝nλ(n＝0，1，2，…)，薄膜上出现亮条纹．‎ ‎(2)在Q处，从两个表面处反射回来的两列光波的路程差Δx等于半波长的奇数倍，即Δx＝(2n＋1)(n＝0，1，2，…)，薄膜上出现暗条纹．‎ ‎2．薄膜干涉的应用 ‎(1)检查精密零件的表面是否平整 如图所示，将被检查平面和放在上面的透明标准样板的一端垫一薄片，使样板的标准平面与被检查平面间形成一个楔形空气薄层，单色光从上面照射，入射光在空气层的上表面a和下表面b反射出两列光波叠加，从反射光中看到干涉条纹，根据干涉条纹的形状来确定工件表面的情况．‎ 图15378‎ 若被检查平面平整则干涉图样是等间距明暗相间的平行直条纹．若某处凹下，则对应亮(暗)条纹提前出现，如图(a)所示；若某处凸起，则对应亮(暗)条纹延后出现，如图(b)所示．‎ ‎(2)增透膜 在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂上一层薄膜(如氟化镁)，当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的时，在薄膜的两个面上的反射光的光程差恰好等于半个波长，因而相互抵消，达到减小反射光、增大透射光强度的目的．‎ ‎1．(多选)(薄膜干涉的理解)在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图15379所示的干涉实验法，A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个透明的平行板B，B与A上表面平行，在它们之间形成一个厚度均匀的空气膜．现在用波长为λ的单色光垂直照射，同时对A缓慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化．当温度为t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升到t2时，亮度再一次回到最亮，则(　　)‎ 图15379‎ A．出现最亮时，B上表面反射光与A上表面反射光叠加后加强 B．出现最亮时，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后加强 C．温度从t1升至t2过程中，A的高度增加 D．温度从t1升至t2过程中，A的高度增加 ‎2．(多选)(增透膜的应用)关于光学镜头增透膜，以下说法中正确的是(　　)‎ 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真空中波长的 C．增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的 D．因为增透膜的厚度一般适合绿光反射时相互抵消，红光、紫光的反射不能完全抵消，所以涂有增透膜的镜头呈淡紫色 E．涂有增透膜的镜头，进入的光线全部相互抵消，因此这种镜头的成像效果较好 ‎3．(多选)(薄膜干涉的应用)把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入如图153710所示，这时可以看到亮暗相间的条纹．下面关于条纹的说法中正确的是(　　)‎ 图153710‎ A．将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，条纹变疏 B．将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变疏 C．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动 D．将上玻璃板平行上移，条纹远离劈尖移动 ‎　考点四　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．‎ ‎2．自然光与偏振光的比较 类别 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，且沿各个方向光振动的强度相同 ‎　在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向 ‎3.偏振光的应用：照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等．‎ ‎1．(多选)(光的偏振)如图153711所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则(　　)‎ 图153711‎ A．图中a光为偏振光 B．图中b光为偏振光 C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮 D．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮 E．无论以SP为轴将B转过多大角度后，在P处都将看到光亮 ‎2．(光的衍射现象)让太阳光垂直照射一块遮光板，板上有一个可以自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时，在孔后的屏上将先后出现(　　)‎ A．由大变小的三角形光斑，直至光斑消失 B．由大变小的三角形光斑、明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失 C．由大变小的三角形光斑，明暗相间的条纹，直至黑白色条纹消失 D．由大变小的三角形光斑，小圆形光斑，明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失 ‎3．(干涉＋衍射)在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面看到彩色条纹，通过狭缝观察发光的白炽灯也会看到彩色条纹，这两种现象(　　)‎ A．都是光的衍射现象 B．都是光的干涉现象 C．前者是光的干涉现象，后者是光的衍射现象 D．前者是光的衍射现象，后者是光的干涉现象 ‎■ 要点总结 光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的．‎ ‎　考点五　电磁场和电磁波　电磁波谱 ‎1.对麦克斯韦电磁场理论的理解 ‎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153712所示．‎ 图153712‎ ‎(2)电磁波与机械波的比较 电磁波 机械波 产生 ‎　由周期性变化的电场、磁场产生 ‎　由质点(波源)的振动产生 波的特点 横波 纵波或横波 波速 ‎　在真空中等于光速(很大)，c＝3×108 m/s ‎　在空气中不大(如声波波速在空气中一般为340 m/s)‎ 是否需要介质 ‎　不需要介质(在真空中仍可传播)‎ ‎　必须有介质(真空中不能传播)‎ 能量传播 电磁能 机械能 ‎3.电磁波谱 图153713‎ ‎1．(多选)(对电磁波的理解)下列说法正确的是(　　)‎ A．根据麦克斯韦的电磁场理论，在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场 B．发射电磁波的两个重要条件是采用高频和开放性LC电路 C．机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象 D．机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播 E．电磁波只能在真空中传播，因此当电磁波遇到介质时，会被介质挡住 ‎2．(多选)(电磁波谱)关于电磁波谱，下列说法不正确的是(　　)‎ A．电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波 B．紫外线的频率比可见光的低，长时间照射可以促进钙的吸收，改善身体健康 C．X射线和γ射线的波长比较短，穿透力比较强 D．红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线 E．频率越高的电磁波在真空中传播的速度越快 ‎3．(多选)[2016·全国卷Ⅱ] 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 ‎4．(多选)下列说法正确的是(　　)‎ A．当处于电谐振时，所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流 B．当处于电谐振时，只有被接收的电磁波才能在接收电路中产生感应电流 C．由调谐电路接收的感应电流，再经过耳机就可以听到声音了 D．由调谐电路接收的感应电流，再经过检波、放大，通过耳机才可以听到声音 ‎5．(多选)实际的LC电磁振荡电路中，如果没有外界能量的适时补充，振荡电流的振幅总是要逐渐减小，下述各种情况中，可以使振幅减小的是(　　)‎ A．线圈的自感电动势对电流的阻碍作用 B．电路中的电阻对电流的阻碍作用 C．线圈铁芯上涡流产生的电热 D．向周围空间辐射电磁波 ‎■ 要点总结 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．‎ ‎　 考点六　相对论 ‎1．对“同时”的相对性的理解 ‎(1)经典的时空观：在同一个惯性参考系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性参考系中观察也是同时的．‎ ‎(2)相对论的时空观：“同时”具有相对性，即在同一个惯性参考系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性参考系中观察就不一定是同时发生的．‎ ‎2．对“长度的相对性”的理解 狭义相对论中的长度公式l＝l0，l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而l可认为杆沿杆的长度方向以速度v运动时，静止的观察者测量的长度，还可以认为是杆不动，而观察者沿杆的长度方向以速度v运动时测出的杆的长度．‎ ‎1．(多选)在狭义相对论中，下列说法正确的是(　　)‎ A．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 B．质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的 C．惯性系中的观察者，观察一个与他做匀速的相对运动的时钟时，会看到这个时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些 D．大型粒子加速器能够将带电粒子加速至光速的99.9%，如果继续加速，粒子的速度将能够超过光速 ‎2．[2016·江苏卷] 一艘太空飞船静止时的长度为30 m，它以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行经过地球，下列说法正确的是(　　)‎ A．飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 m B．地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m C．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c D．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c ‎3．(1)某火箭在地面上的长度为L0，发射后它在地面附近高速(约0.3c)飞过，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象，以下说法正确的是________．‎ A．下方地面上的人观察到火箭上的时间进程变快了 B．下方地面上的人观察到火箭变短了 C．火箭上的人观察到火箭变短了 D．火箭上的人看到下方地面上的所有物体都变短了 ‎ (2)在一飞船上测得飞船的长度为100 m，高度为10 m．当飞船以0.60c的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船有多高、多长？‎ ‎■ 要点总结 ‎(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．‎ 第37讲　光的波动性　电磁波　相对论 ‎【教材知识梳理】‎ 核心填空 一、1.亮　暗　2.相等　3.白色亮　彩色 二、1.偏离　2.差不多　还小　3.(3)泊松 三、1.一切方向　2.特定　3.(1)偏振片　(2)折射 ‎4．横 四、1.电场　磁场 ‎2．电磁场　横　3×108　λf ‎3．(1)①足够高　②开放　(2)振幅　频率　(3)①相等　②解调　检波　(4)频率　波长　可见光 五、1.(1)相同　(2)相同 ‎2．(1)　(2)l0 ‎3. ‎4．mc2‎ 思维辨析 ‎(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×‎ ‎(6)×　(7)×　(8)×　(9)×‎ ‎【考点互动探究】‎ 考点一 例1　(1)暗条纹　(2)亮条纹　(3)见解析 ‎[解析] (1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝＝得 λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m＝6×10－7 m．根据路程差Δx＝2.1×10－6 m.‎ 所以N1＝＝＝3.5‎ 由此可知，S1和S2到P点的路程差Δx是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹．‎ ‎(2)根据临界角与折射率的关系 sin C＝得n＝＝ 由此可知，B光在空气中波长λ3为 λ3＝nλ介＝×3.15×10－7 m＝5.25×10－7 m．所以N2＝＝＝4‎ 可见，用B光作为光源，P点为亮条纹．‎ ‎(3)光屏上仍出现明、暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两边条纹变窄变暗．‎ 变式题　A　[解析] 白光包含各种颜色的光，它们的波长不同，在相同条件下做双缝干涉实验时，它们的干涉条纹间距不同，所以在中央亮条纹两侧出现彩色条纹．‎ 考点二 例2　(1)E　D　B ‎(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行　单缝、双缝间的距离要适当 ‎[解析] (1)滤光片E可以从白光中选出单色红光，单缝D是获取线光源，双缝B是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上．所以排列顺序为：C、E、D、B、A.‎ ‎(2)在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间的距离要适当．‎ 变式题　(1)A　(2)变宽　变窄 ‎[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；‎ ‎(2)根据Δx＝λ知，双缝间的距离d减小时，条纹间距变宽；当双缝到屏的距离l减小时，条纹间距变窄．‎ 例3　＞　0.300‎ ‎[解析] 双缝干涉条纹间距Δx＝，红光波长较长，所以红光的双缝干涉条纹间距较大，即Δx1>Δx2.根据题中数据可得条纹间距Δx＝＝2.1 mm＝2.1×10－3 m，根据Δx＝可得d＝＝ m＝3.00×10－4 m＝0.300 mm.‎ 变式题　(1)AD　(2)0.700　(3)大于 ‎[解析] (1)为了获得清晰的干涉条纹，A正确．由干涉现象可知干涉条纹与双缝平行，B错误．干涉条纹的间距Δx＝λ与单缝宽度无关，C错误，D正确．‎ ‎(2)手轮的读数为0.5 mm＋20.0×0.01 mm＝0.700 mm.‎ ‎(3)条纹与分划板不平行时，实际值Δx实＝Δx测cos θ，θ为条纹与分划板的夹角，故Δx实<Δx测．‎ 考点三 ‎1．BD　[解析] 该装置利用B下表面反射光与A上表面反射光发生干涉的原理，若最亮，说明干涉加强，加强时路程差Δx＝nλ(n＝0，1，2，…)，由于t1和t2两温度为连续变化，且出现两次最亮，所以两次路程差为一个波长，t1到t2过程中，A的高度应增加半个波长．‎ ‎2．ACD　[解析] 光学镜头前的增透膜是为了减少光的反射损失，增加透射光的强度，选项A正确；根据光的干涉理论，增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的四分之一，选项B错误，选项C正确；增透膜通常是针对人眼最敏感的绿光设计的，使从镜头反射的绿光干涉相消，而对太阳光中红光和紫光并没有显著削弱，所以看上去呈淡紫色，选项D正确．涂有增透膜的镜头，只能抵消某种色光的反射光线，选项E错误．‎ ‎3．AC　[解析] 楔形空气层的上、下两个表面反射的两列光波发生干涉，空气层厚度相同的地方，两列波的路程差相同，故如果被测表面是平的，干涉条纹就是一组平行的直线，如图所示，当劈角α增大为β时，相邻的条纹由A、C处左移至A′、C′处．设CD－AB＝Δs，则C′D′－A′B′＝Δs，故AC＝，A′C′＝.因为β>α，所以AC>A′C′，故劈角变大时，条纹变密，反之，劈角变小时，条纹变疏，A正确，B错误；同理，当上玻璃板平行上移时，条纹向着劈尖移动，且间距不变，C正确，D错误．‎ 考点四 ‎1．BD　[解析] 自然光沿各个方向发散，是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只沿着某一特定方向振动的光．从电灯直接发出的光为自然光，则A错误；它通过A偏振片后，即变为偏振光，则B正确；设通过A的光沿竖直方向振动，P点无光亮，则B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光，将B转过180°后，P处仍无光亮，C错误；若将B转过90°，则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，D正确，E错误．‎ ‎2．D　[解析] 当孔足够大时，由于光的直线传播，所以屏上首先出现的是三角形光斑，之后随着孔的继续缩小，出现小孔成像，成的是太阳的像，故为小圆形光斑，随着孔的进一步缩小，当尺寸与光波波长相当时，出现明暗相间的衍射条纹，最后随孔的闭合而全部消失，所以只有D正确．‎ ‎3．C　[解析] 根据干涉和衍射的条件，两块玻璃板的空气层形成薄膜干涉，日光灯发出的光通过狭缝会发生衍射现象．‎ 考点五 ‎1．BCD　[解析] 在均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，在均匀变化的磁场周围产生恒定的电场，选项A错误；发射电磁波时必须采用高能量且要有尽可能大的空间传播电磁波，所以选项B正确；干涉和衍射是波的特性，机械波、电磁波都是波，这些特性都具有，选项C正确；机械波是机械振动在介质中传播形成的，所以机械波的传播需要介质，而电磁波是交替变化的电场和磁场由近及远的传播形成的，所以电磁波传播不需要介质，选项D正确；电磁波既可以在真空中传播，也可以在介质中传播，选项E错误．‎ ‎2．BDE　[解析] 无线电波的波长长，易发生衍射现象，A正确．紫外线的频率比可见光的高，B错误．任何物体都能辐射红外线，D错误．不同频率的电磁波在真空中传播速度相同，E错误．‎ ‎3．ABC　[解析] 电磁波在真空中传播速度不变，与频率无关，选项A正确；电磁波由周期性变化的电场和变化的磁场互相激发得到，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；电磁波具有能量，电磁振荡停止后，已形成的电磁波仍会在介质或真空中继续传播，选项E错误．‎ ‎4．AD　[解析] 当处于电谐振时，所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流，只不过频率跟谐振电路固有频率相等的电磁波在接收电路中激发的感应电流最强．由调谐电路接收的感应电流，要再经过检波(也就是调制的逆过程)、放大，通过耳机才可以听到声音，故 A、D正确．‎ ‎5．BCD　[解析] 线圈自感对电流的阻碍作用，是把电流的能量转化为磁场能，不会造成振荡能量的损失，振幅不会减小，A错误；电路中电阻对电流的阻碍作用使部分电能转化为内能，从而造成振荡能量的损失，使振幅减小，B正确；线圈铁芯上涡流产生的电热，也是由振荡能量转化来的，也会引起振荡能量的损失，使振幅减小，C正确；向周围空间辐射电磁波，使振荡能量以电磁波的形式散发出去，引起振荡能量的损失，使振幅减小，故D正确．‎ 考点六 ‎1．ABC　[解析] 根据狭义相对论的速度变换公式可知，光速是物体的极限速度，选项A正确；由质量相对性、长度相对性和时间间隔的相对性可知，选项B、C均正确；光速为极限速度，任何速度都不能超过真空中的光速，选项D错误．‎ ‎2．B　[解析] 根据狭义相对论，在静止的观察者看来，沿自身长度方向运动的杆缩短．而光速相对于任何惯性系来说总是不变，故选B.‎ ‎3．(1)B　(2)略　[解析] (1)由时间间隔的相对性知，下方地面上的人观察到火箭上的时间进程变慢了，A错误；由长度的相对性知，下方地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的人观察到火箭长度没变，B正确，C错误；火箭上的人看到在垂直运动方向上的物体的长度不变，D错误．‎ ‎(2)因为长度收缩只发生在运动方向上，与运动垂直的方向上没有这种效应，故测得的飞船的高度仍为原来的高度10 m．设飞船原长为l0，观测到飞船的长度为l，则根据尺缩效应有l＝l0＝100× m＝80 m.‎ ‎【教师备用习题】‎ ‎1．[2014·江苏卷] 某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到(甲)图所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如(乙)图所示．他改变的实验条件可能是(　　)‎ A．减小光源到单缝的距离 B．减小双缝之间的距离 C．减小双缝到光屏之间的距离 D．换用频率更高的单色光源 ‎[解析] B　根据Δx＝λ知，要使条纹间距变大，可减小双缝之间的距离，增大光的波长(即降低光的频率)或增大双缝到屏的距离，故只有B正确．‎ ‎2．[2014·四川卷] 电磁波已广泛运用于很多领域．下列关于电磁波的说法符合实际的是(　　)‎ A．电磁波不能产生衍射现象 B．常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机 C．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度 D．光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同 ‎[解析] C　衍射现象是波的特有现象，A错误；常用的遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机，B 错误；遥远天体和地球的距离发生变化时，遥远天体发出的电磁波由于相对距离发生变化而出现多普勒效应，所以能测出遥远天体相对地球的运动速度，C正确；光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值是相同的，即光速不变原理，D错误．‎ ‎3．[2014·上海卷] 下列电磁波中，波长最长的是(　　)‎ A．无线电波 B．红外线 C．紫外线 D．γ射线 ‎[解析] A　根据电磁波谱，波长由长到短的排列顺序是无线电波，红外线、紫外线、γ射线，选项A正确．‎ ‎5．[2013·浙江卷] 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，声波不能传递信息 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 ‎[解析] B　电磁波和声波均能传递信息，A错误；手机信号的传送由电磁波完成，通话过程中有声波，B正确；太阳光的可见光是光波，属电磁波，而“B超”中的超声波是机械波，传播速度不同，C错误；红外线波长比X射线波长长，D错误．‎ ‎6．用双缝干涉测光的波长的实验装置如图a所示，已知单缝与双缝的距离L1＝60 mm，双缝与光屏的距离L2＝700 mm，单缝宽d1＝0.10 mm，双缝间距d2＝0.25 mm.‎ ‎(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮条纹的中心时，手轮上的读数如图b所示，则对准第1条时读数x1＝________ mm，对准第4条时读数x2＝________ mm，相邻两条亮条纹间的距离Δx＝________ mm.‎ ‎(2)计算波长的公式λ＝________；求得的波长是________ nm(保留三位有效数字)．‎ ‎[答案] (1)2.190　7.869　1.893　(2)Δx　676‎ ‎[解析] (1)对准第1条时读数x1＝(2＋0.01×19.0) mm＝2.190 mm，对准第4条时读数x2＝(7.5＋0.01×36.9) mm＝7.869 mm，相邻两条亮条纹间的距离Δx＝＝1.893 mm.‎ ‎(2)由条纹间距Δx＝λ可得，波长λ＝＝6.76×10－7 m.‎