（通用版）2023高考物理一輪復(fù)習(xí)第14章振動(dòng)波動(dòng)光電磁波與相對(duì)論第4節(jié)第4節(jié)光的波動(dòng)性電磁波相對(duì)論教師用書

PAGEPAGE2第4節(jié)光的波動(dòng)性電磁波相對(duì)論知識(shí)點(diǎn)1光的干預(yù)1．條件兩列光的頻率相同，相位和振動(dòng)情況都完全相同的光相遇．2．雙縫干預(yù)(1)條紋間距公式：Δx＝eq\f(L,d)λ，其中λ為波長(zhǎng)，d為雙縫間距，l為雙縫到屏的距離．(2)薄膜干預(yù)：利用薄膜(如肥皂膜)前后兩外表的反射光波相遇而形成的干預(yù)．知識(shí)點(diǎn)2光的衍射1．光發(fā)生明顯衍射的條件當(dāng)障礙物的尺寸跟光的波長(zhǎng)相比相差不多，甚至比光的波長(zhǎng)還小的時(shí)候，衍射現(xiàn)象才會(huì)明顯．2．衍射條紋的特點(diǎn)單色光的衍射圖樣為中間寬且亮的單色條紋，兩側(cè)是明暗相間的條紋，條紋寬度比中央窄且暗；白光的衍射圖樣為中間寬且亮的白色條紋，兩側(cè)是漸窄且暗的彩色條紋．知識(shí)點(diǎn)3光的偏振1．自然光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同，這種光叫自然光．如由太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的光．2．偏振光在垂直于傳播方向的平面上，只沿著一個(gè)特定的方向振動(dòng)的光．如自然光經(jīng)偏振片作用后的光．知識(shí)點(diǎn)4電磁波的特點(diǎn)和狹義相對(duì)論1．電磁波的特點(diǎn)(1)電磁波是橫波，電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向都與傳播方向垂直．(2)電磁波傳播時(shí)不需要任何介質(zhì)，在真空中傳播的速度最大，c＝3×108m/s.(3)電磁波本身是一種物質(zhì)，它具有能量．(4)具有波的特征，能產(chǎn)生反射、折射、衍射、干預(yù)等現(xiàn)象．2．相對(duì)論的簡(jiǎn)單知識(shí)(1)狹義相對(duì)論的根本假設(shè)：①狹義相對(duì)性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的．②光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都是相同的．(2)時(shí)間和空間的相對(duì)性：①時(shí)間間隔的相對(duì)性Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)).②長(zhǎng)度的相對(duì)性l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2).(3)相對(duì)論速度變換公式：u＝eq\f(u′＋v,1＋\f(u′v,c2)).(4)質(zhì)能方程：E＝mc2.知識(shí)點(diǎn)5實(shí)驗(yàn)：用雙縫干預(yù)測(cè)光的波長(zhǎng)1．實(shí)驗(yàn)裝置(如圖14-4-1所示)圖14-4-12．實(shí)驗(yàn)原理(1)根據(jù)公式Δx＝eq\f(l,d)λ得λ＝eq\f(d,l)Δx.(2)用刻度尺測(cè)出雙縫到光屏的距離l，用測(cè)量頭調(diào)節(jié)清晰的干預(yù)條紋，測(cè)出n個(gè)亮紋間的距離a，那么Δx＝eq\f(a,n－1).雙縫間距d是的，這樣就可以計(jì)算出波長(zhǎng)λ.3．考前須知(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)調(diào)整光源、單縫、雙縫和光屏、測(cè)量頭共軸，單縫和雙縫安裝時(shí)應(yīng)豎直且相互平行，遮光筒的軸線要與光具座導(dǎo)軌平行．假設(shè)不共軸或單縫與雙縫不平行那么會(huì)引起干預(yù)條紋亮度小，不清晰，不便于觀察和測(cè)量．(2)分劃板上的刻線應(yīng)與干預(yù)條紋的亮(暗)線平行，否那么會(huì)增大測(cè)量的誤差．(3)雙縫、測(cè)量頭安裝到遮光筒上時(shí)要裝到底，使各部件的定位面緊密吻合，否那么會(huì)影響測(cè)量結(jié)果．(4)雙縫干預(yù)演示儀的測(cè)量頭有兩種，一種相當(dāng)于螺旋測(cè)微器，一種相當(dāng)于游標(biāo)卡尺，具體應(yīng)用時(shí)要加以區(qū)別．(5)測(cè)量雙縫至屏的距離l，要屢次測(cè)量取平均值，同時(shí)要固定好雙縫及屏，切勿松動(dòng)．光的干預(yù)、衍射及偏振1.楊氏雙縫干預(yù)(1)原理(如圖14-4-2所示)圖14-4-2(2)明、暗條紋的條件：①單色光a．光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)，光屏上出現(xiàn)明條紋．b．光的路程差r2－r1＝(2k＋1)·eq\f(λ,2)(k＝0,1,2，…)，光屏上出現(xiàn)暗條紋．②白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋．(3)條紋間距公式：Δx＝eq\f(l,d)λ.2．薄膜干預(yù)(1)薄膜特點(diǎn)：如圖14-4-3所示，由于重力作用，薄膜上薄下厚．圖14-4-3(2)相干光線：薄膜前外表AA′和后外表BB′的反射光線疊加．(3)亮紋條件：在P1、P2處，薄膜厚度的2倍為前后外表反射光的光程差，當(dāng)光程差等于波長(zhǎng)整數(shù)倍時(shí)，形成亮條紋．(4)暗紋條件：在Q處，光程差等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，形成暗條紋．3．單縫衍射與雙縫干預(yù)的比擬單縫衍射雙縫干預(yù)不同點(diǎn)條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度情況中央條紋最亮，兩邊變暗條紋清晰，亮度根本相等相同點(diǎn)干預(yù)、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干預(yù)、衍射都有明暗相間的條紋4.自然光和偏振光的比擬自然光(非偏振光)偏振光光的來(lái)源直接從光源發(fā)出的光自然光通過(guò)起偏振器后的光光的振動(dòng)方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿任意方向，且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光的強(qiáng)度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿特定方向[題組通關(guān)]1．(2022·吉林模擬)以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．光在介質(zhì)中傳播的速度僅由介質(zhì)本身所決定B．雨后路面上的油膜形成的彩色條紋是由光的干預(yù)形成的C．楊氏雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)兩縫間的距離以及擋板和屏的距離一定時(shí)，紅光干預(yù)條紋的相鄰條紋間距比藍(lán)光干預(yù)條紋的相鄰條紋間距小D．光的偏振特征說(shuō)明光是橫波E．水中的氣泡看起來(lái)特別明亮，是因?yàn)楣鈴乃湎驓馀輹r(shí)，一局部光在界面上發(fā)生了全反射的緣故BDE[光在介質(zhì)中傳播的速度由介質(zhì)本身及光的頻率共同決定，故A錯(cuò)誤．油膜形成的彩色條紋，是油膜的前后外表反射光，進(jìn)行光的疊加，形成的干預(yù)條紋，故B正確．根據(jù)光的干預(yù)條紋間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，紅光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，那么紅光干預(yù)條紋的相鄰條紋間距比藍(lán)光干預(yù)條紋的相鄰條紋間距大，故C錯(cuò)誤．光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是一種橫波而不是縱波，故D正確．水中的氣泡看起來(lái)特別明亮，是因?yàn)楣鈴乃湎驓馀輹r(shí)，即從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，一局部光在界面上發(fā)生了全反射，故E正確．]2．(2022·河南省實(shí)驗(yàn)中學(xué)模擬)以下關(guān)于光的說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是()A．雨后彩虹是由于太陽(yáng)光入射到水滴中發(fā)生全反射形成的B．“和諧號(hào)〞動(dòng)車組高速行駛時(shí)，地面上測(cè)得其車廂長(zhǎng)度將明顯變短C．在雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)中，用紅光代替黃光作為入射光可增大干預(yù)條紋的間距D．白光通過(guò)雙縫后產(chǎn)生的干預(yù)條紋是彩色的，其原因是不同色光的波長(zhǎng)不同E．光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)發(fā)生折射是因?yàn)楣庠诓煌橘|(zhì)中的傳播速度不同CDE[雨后彩虹是由于太陽(yáng)光入射到水滴中發(fā)生折射形成的，故A錯(cuò)誤；“和諧號(hào)〞動(dòng)車組高速行駛時(shí)，其速度遠(yuǎn)小于光速c，故狹義相對(duì)論的“尺縮效應(yīng)〞不明顯，車廂長(zhǎng)度不會(huì)明顯變短，故B錯(cuò)誤；雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)中，用紅光代替黃光后，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，那么導(dǎo)致干預(yù)條紋的間距增大，故C正確；白光通過(guò)雙縫后產(chǎn)生干預(yù)，因波長(zhǎng)不一，導(dǎo)致干預(yù)條紋間距不同，從而出現(xiàn)彩色條紋，故D正確；光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)發(fā)生折射是因?yàn)楣庠诓煌橘|(zhì)的折射率不同，根據(jù)c＝nv，可知，傳播速度也不同，故E正確．]分析光的干預(yù)、衍射及偏振的幾點(diǎn)注意1．白光發(fā)生光的干預(yù)、衍射和光的色散都可出現(xiàn)彩色條紋，但光學(xué)本質(zhì)不同．2．區(qū)分干預(yù)和衍射，關(guān)鍵是理解其本質(zhì)，實(shí)際應(yīng)用中可從條紋寬度、條紋間距、亮度等方面加以區(qū)分．3．光的干預(yù)條紋和衍射條紋都是光波疊加的結(jié)果，從本質(zhì)上講，衍射條紋的形成與干預(yù)條紋的形成具有相似的原理．在衍射現(xiàn)象中，可以認(rèn)為從單縫通過(guò)兩列或多列頻率相同的光波，它們?cè)谄辽席B加形成單縫衍射條紋．4．不能認(rèn)為偏振片就是刻有狹縫的薄片，偏振片并非刻有狹縫，而是具有一種特征，即存在一個(gè)偏振方向，只讓平行于該方向振動(dòng)的光通過(guò)，其他振動(dòng)方向的光被吸收了．電磁場(chǎng)與電磁波相對(duì)論1.對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解2.對(duì)電磁波的理解(1)電磁波是橫波．電磁波的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、傳播方向三者兩兩垂直．(2)電磁波與機(jī)械波不同，機(jī)械波在介質(zhì)中傳播的速度只與介質(zhì)有關(guān)，電磁波在介質(zhì)中傳播的速度與介質(zhì)和頻率均有關(guān)．3．電磁波譜分析及應(yīng)用4.對(duì)“同時(shí)〞的相對(duì)性的理解(1)經(jīng)典的時(shí)空觀：在同一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中觀察也是同時(shí)的．(2)相對(duì)論的時(shí)空觀：“同時(shí)〞具有相對(duì)性，即在同一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中觀察就不一定是同時(shí)發(fā)生的．[題組通關(guān)]1．以下說(shuō)法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是()A．根據(jù)狹義相對(duì)論可知，時(shí)間的測(cè)量結(jié)果與物體相對(duì)觀察者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)B．波的圖象表示介質(zhì)中“某個(gè)質(zhì)點(diǎn)〞在“各個(gè)時(shí)刻〞的位移C．當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的波的頻率比波源頻率小D．在波的傳播過(guò)程中，質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有隨波傳播走，但能量和運(yùn)動(dòng)形式可以傳播走E．電磁波具有反射、折射、干預(yù)、衍射和偏振等現(xiàn)象，但不會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)ABE[根據(jù)狹義相對(duì)論，時(shí)間也是相對(duì)的，A錯(cuò)誤；波的圖象表示介質(zhì)中“所有質(zhì)點(diǎn)〞在“同一時(shí)刻〞的位置，B錯(cuò)誤；由多普勒效應(yīng)可知，當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到波的頻率比波源頻率小，C正確；在波的傳播過(guò)程中，傳播的就是運(yùn)動(dòng)形式和能量，D正確；電磁波具有反射、折射、干預(yù)、衍射和偏振等現(xiàn)象，也會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)，E錯(cuò)誤．]2．(2022·全國(guó)甲卷)關(guān)于電磁波，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：92492432】A．電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無(wú)關(guān)B．周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以祖互激發(fā)，形成電磁波C．電磁波在真空中自由傳播時(shí)，其傳播方向與電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直D．利用電磁波傳遞信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，但電磁波不能通過(guò)電纜、光纜傳輸E．電磁波可以由電磁振蕩產(chǎn)生，假設(shè)波源的電磁振蕩停止，空間的電磁波隨即消失ABC[電磁波在真空中的傳播速度等于光速，與電磁波的頻率無(wú)關(guān)，選項(xiàng)A正確；周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以相互激發(fā)，形成電磁波，選項(xiàng)B正確；電磁波傳播方向與電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直，選項(xiàng)C正確；電磁波可以通過(guò)光纜傳輸，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；電磁波波源的電磁振蕩停止，波源不再產(chǎn)生新的電磁波，但空間中已產(chǎn)生的電磁波仍可繼續(xù)傳播，選項(xiàng)E錯(cuò)誤．]對(duì)電磁波的三點(diǎn)說(shuō)明1．波長(zhǎng)不同的電磁波，表現(xiàn)出不同的特性．其中波長(zhǎng)較長(zhǎng)的無(wú)線電波和紅外線等，易發(fā)生干預(yù)、衍射現(xiàn)象；波長(zhǎng)較短的紫外線、X射線、γ射線等，穿透能力較強(qiáng)．2．電磁波譜中，相鄰兩波段的電磁波的波長(zhǎng)并沒(méi)有很明顯的界線，如紫外線和X射線、X射線和γ射線都有重疊.3．不同的電磁波，產(chǎn)生的機(jī)理不同，無(wú)線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的；紅外線、可見(jiàn)光、紫外線是原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；X射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；γ射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的．用雙縫干預(yù)測(cè)光的波長(zhǎng)[母題]現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學(xué)元件，要把它們放在如圖14-4-4所示的光具座上組裝成雙縫干預(yù)裝置，用以測(cè)量紅光的波長(zhǎng)．圖14-4-4(1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為C、________、A.(2)本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟有：①取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；②按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上；③用米尺測(cè)量雙縫到屏的距離；④用測(cè)量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測(cè)微器)測(cè)量數(shù)條亮紋間的距離．在操作步驟②時(shí)還應(yīng)注意_____________________________________和__________________________________________________________．(3)將測(cè)量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對(duì)齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖14-4-5甲所示．然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對(duì)齊，記下此時(shí)圖乙中手輪上的示數(shù)______________mm，求得相鄰亮紋的間距Δx為____________mm.甲乙圖14-4-5(4)雙縫間距d為2.0×10－4m，測(cè)得雙縫到屏的距離l為0.700m，由計(jì)算公式λ＝________，求得所測(cè)紅光波長(zhǎng)為________mm.【解析】(1)雙縫干預(yù)儀各組成局部在光具座上的正確排序?yàn)椋汗庠?、濾光片、單縫、雙縫、屏，因此應(yīng)填：E、D、B.(2)單縫與雙縫的間距為5cm～10cm；使單縫與雙縫相互平行(3)甲圖的讀數(shù)為2.320mm乙圖的讀數(shù)為13.870mmΔx＝eq\f(13.870－2.320,6－1)mm＝2.310mm.(4)由Δx＝eq\f(l,d)λ可得：λ＝eq\f(d,l)Δx可求出λ＝eq\f(2.0×10－4,0.700)×2.310mm＝6.6×10－4mm.【答案】(1)E、D、B(2)單縫與雙縫的間距為5cm～10cm使單縫與雙縫相互平行(3)13.8702.310(4)eq\f(d,l)Δx6.6×10－4[母題遷移](2022·寧德模擬)在“用雙縫干預(yù)測(cè)量光的波長(zhǎng)〞的實(shí)驗(yàn)中，光具座上放置的光學(xué)元件如圖14-4-6所示．圖14-4-6(1)圖中②③④光學(xué)元件分別是()A．濾光片、單縫、雙縫B．單縫、雙縫、濾光片C．雙縫、濾光片、單縫D．單縫、濾光片、雙縫(2)以下操作能夠增大光屏上相鄰兩條亮紋之間距離的是()A．將紅色濾光片改為綠色濾光片B．增大雙縫之間的距離C．減小④和⑥之間的距離D．增大④和⑥之間的距離【解析】(1)A[在該裝置中，用雙縫