高考物理經(jīng)典習(xí)題解析第15章光電磁波第2講光的波動性電磁波和相對論

高考物理經(jīng)典習(xí)題解析第2講光的波動性電磁波和相對論一、光的干涉、衍射和偏振1.光的干涉(1)定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某些區(qū)域相互加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)暗條紋，且加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象。(2)條件：兩束光的頻率相同、相位差恒定。(3)雙縫干涉圖樣特點：單色光照射時，形成明暗相間的等間距的干涉條紋；白光照射時，中央為白色亮條紋，其余為彩色條紋。2.光的衍射發(fā)生明顯衍射的條件：在障礙物的尺寸與光的波長相差不多，甚至比光的波長還小的時候，衍射現(xiàn)象十分明顯。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的光，而且沿著各個方向振動的光波的強(qiáng)度都相同。(2)偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上，只沿著某個特定的方向振動的光。(3)偏振光的形成①讓自然光通過偏振片形成偏振光。②讓自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和折射，反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光。(4)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波。【自測1】(多選)下列屬于光的干涉現(xiàn)象的是()答案BC解析圖A屬于單縫衍射，圖B屬于薄膜干涉，圖C屬于薄膜干涉，圖D屬于白光的色散，故屬于光的干涉現(xiàn)象的是B、C。二、電磁波和相對論1.電磁振蕩(1)振蕩電流：大小和方向都做周期性迅速變化的電流，叫作振蕩電流，振蕩電流實際上就是交變電流，不過習(xí)慣上指頻率很高的交變電流。(2)振蕩電路：產(chǎn)生振蕩電流的電路，最基本的振蕩電路為LC振蕩電路。LC振蕩電路：由線圈和電容器組成的電路叫作LC振蕩電路，是最簡單的振蕩電路。LC振蕩電路產(chǎn)生的振蕩電流按正弦規(guī)律變化。2.麥克斯韋電磁場理論變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場，變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場。3.電磁波(1)變化的電場和磁場，形成了電磁波。(2)電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可在真空中傳播，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度相同(都等于光速)。(3)不同頻率的電磁波，在同一介質(zhì)中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越小。(4)v＝λf，f是電磁波的頻率。4.電磁波的發(fā)射(1)發(fā)射條件：開放電路和高頻振蕩信號，要對傳輸信號進(jìn)行調(diào)制(調(diào)幅或調(diào)頻)。(2)調(diào)制方式①調(diào)幅：使高頻電磁波的振幅隨信號的強(qiáng)弱而變。②調(diào)頻：使高頻電磁波的頻率隨信號的強(qiáng)弱而變。5.無線電波的接收(1)當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的無線電波的頻率相等時，激起的振蕩電流最強(qiáng)，這就是電諧振現(xiàn)象。(2)使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧，能夠調(diào)諧的接收電路叫做調(diào)諧電路。(3)從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩中“檢”出調(diào)制信號的過程，叫作檢波。檢波是調(diào)制的逆過程，也叫做解調(diào)。6.電磁波譜：按照電磁波的頻率或波長的大小順序把它們排列成譜叫作電磁波譜。按波長由長到短排列的電磁波譜為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。7.相對論(1)狹義相對論的兩個基本假設(shè)①狹義相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的。②光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，光速和光源、觀測者間的相對運動沒有關(guān)系。(2)相對論時空觀①如果相對于地面以v運動的慣性參考系上的人觀察到與其一起運動的物體完成某個運動的時間間隔為Δτ，地面上的人觀察到該物體完成這個動作的時間間隔為Δt，那么兩者之間的關(guān)系是Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2)))。②如果與桿相對靜止的人測得桿長是l0，沿著桿的方向，以v相對桿運動的人測得桿長是l，那么兩者之間的關(guān)系是l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2))。(3)質(zhì)能關(guān)系用m表示物體的質(zhì)量，E表示它具有的能量，則愛因斯坦質(zhì)能方程為E＝mc2。【自測2】關(guān)于生活中遇到的各種波，下列說法正確的是()A.電磁波可以傳遞信息，聲波不能傳遞信息B.手機(jī)在通話時涉及的波既有電磁波又有聲波C.太陽光中的可見光和醫(yī)院“B超”中的超聲波傳播速度相同D.遙控器發(fā)出的紅外線波長和醫(yī)院“CT”中的X射線波長相同答案B解析電磁波可以傳遞信息，如電視信號；聲波也可以傳遞信息，如人說話，故A錯誤；手機(jī)用電磁波傳遞信息，人說話發(fā)出聲波，故B正確；太陽光中的可見光是電磁波，在真空中的傳播速度約為3×108m/s，“B超”中的超聲波是聲波，常溫下，在空氣中的速度大約為340m/s，故C錯誤；遙控器發(fā)出的紅外線和醫(yī)院“CT”中的X射線頻率不同，波速相同，根據(jù)c＝λf可知波長不同，故D錯誤?！咀詼y3】關(guān)于狹義相對論的說法，不正確的是()A.狹義相對論認(rèn)為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的B.狹義相對論認(rèn)為在一切慣性參考系中，光在真空中的速度都等于c，與光源的運動無關(guān)C.狹義相對論只涉及無加速運動的慣性參考系D.狹義相對論在任何情況下都適用答案D命題點一光的干涉現(xiàn)象1.雙縫干涉(1)條紋間距公式：Δx＝eq\f(l,d)λ，對同一雙縫干涉裝置，光的波長越長，干涉條紋的間距越大。(2)明暗條紋的判斷方法如圖1所示，圖1相干光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P′點的路程差為Δr＝r2－r1。當(dāng)Δr＝kλ(k＝0，1，2…)時，光屏上P′處出現(xiàn)亮條紋。當(dāng)Δr＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0，1，2…)時，光屏上P′處出現(xiàn)暗條紋。2.薄膜干涉圖2(1)形成原因：如圖2所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上時，在膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射回來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加。(2)亮暗條紋的判斷方法兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr，等于薄膜厚度的2倍。在P1、P2處，Δr＝nλ(n＝1，2，3…)，薄膜上出現(xiàn)亮條紋。在Q處，Δr＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0，1，2，3…)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋。類型1光的雙縫干涉【例1】(2020·山東卷，3)雙縫干涉實驗裝置的截面圖如圖3所示。光源S到S1、S2的距離相等，O點為S1、S2連線中垂線與光屏的交點。光源S發(fā)出的波長為λ的光，經(jīng)S1出射后垂直穿過玻璃片傳播到O點，經(jīng)S2出射后直接傳播到O點，由S1到O點與由S2到O點，光傳播的時間差為Δt。玻璃片厚度為10λ，玻璃對該波長光的折射率為1.5，空氣中光速為c，不計光在玻璃片內(nèi)的反射。以下判斷正確的是()圖3A.Δt＝eq\f(5λ,c) B.Δt＝eq\f(15λ,2c)C.Δt＝eq\f(10λ,c) D.Δt＝eq\f(15λ,c)答案A解析波長為λ的光在玻璃片中的傳播速度v＝eq\f(c,n)，通過10λ的距離，光傳播的時間差Δt＝eq\f(10λn,c)－eq\f(10λ,c)＝eq\f(5λ,c)，選項A正確?！咀兪?】(多選)(2020·浙江杭州市教學(xué)質(zhì)量檢測)如圖4所示，在利用雙縫干涉測量光的波長的實驗中，單縫S0、雙縫中點O、屏上的P0點位于雙縫S1和S2的中垂線上，屏上P點處在P0上方的第3條亮條紋(不包括P0點處的亮條紋)的中心。已知入射光在真空中的波長為λ，真空中的光速為c，雙縫S1與S2之間距離為d，雙縫到屏的距離為l，若整個裝置處于真空中，則下列說法正確的是()圖4A.來自雙縫S1和S2的光傳播到P點處的時間差為eq\f(3λ,c)B.屏上P點和P0點之間僅能觀察到兩條暗條紋C.僅將單縫S0向左(保持S0在雙縫的中垂線上)移動的過程中，P點處能觀察到暗條紋D.僅將屏向右(保持P0在雙縫的中垂線上)移動的過程中，P點處能觀察到暗條紋答案AD解析來自雙縫S1和S2的光傳播到P點處的路程差為3λ，則時間差為eq\f(3λ,c)，選項A正確；由題意可知，屏上P點和P0點之間能觀察到三條暗條紋，選項B錯誤；根據(jù)Δx＝eq\f(l,d)λ可知，僅將單縫S0向左(保持S0在雙縫的中垂線上)移動的過程中，條紋間距不變，則P點處仍是亮條紋，選項C錯誤；根據(jù)Δx＝eq\f(l,d)λ可知，僅將屏向右(保持P0在雙縫的中垂線上)移動的過程中，l變大，則條紋間距變大，則P點處能觀察到暗條紋，選項D正確。類型2光的薄膜干涉【例2】(多選)(2020·山東濱州第二次模擬)如圖5所示，在觀察薄膜干涉現(xiàn)象時，把鐵絲圈P在肥皂水中蘸一下，讓它掛上一層薄薄的液膜、在酒精燈火焰上撒食鹽，用肥皂液膜觀察燈焰S的像，下列說法正確的是()圖5A.在酒精燈上撒一些食鹽、目的是為了燈焰能發(fā)出的光更亮B.實驗時應(yīng)觀察液膜反射酒精燈的光，使我們看到燈焰的像C.實驗時應(yīng)在另一側(cè)透過液膜觀察火焰，來觀察薄膜干涉現(xiàn)象D.用不同波長的光做這個實驗，條紋的間距是不一樣的答案BD解析在酒精燈的燈芯上撒一些食鹽，燈焰就能發(fā)出明亮的黃光，所以目的是為了燈焰能發(fā)出明亮的黃光，故A錯誤；用酒精燈的黃光照射豎直放置的液膜，液膜反射的光使我們看到燈焰的像，故B正確；當(dāng)黃色的光線照射到肥皂膜上時從肥皂膜的前后兩個表面分別反射兩列光，這兩列光的頻率相同，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，所以實驗時應(yīng)在酒精燈一側(cè)來觀察薄膜干涉現(xiàn)象，故C錯誤；發(fā)生薄膜干涉時，相鄰兩條亮條紋(或暗條紋)的間距與入射光在膜中的波長有關(guān)，所以用不同波長的光做這個實驗，條紋的間距是不一樣的，故D正確?！咀兪?】(多選)(2020·江西九江市第二次模擬)圖6甲是用光的干涉法來檢查物體平面平整程度的裝置，其中A為標(biāo)準(zhǔn)平板，B為被檢查其平面的物體，C為入射光，圖乙和圖丙分別為兩次觀察到的干涉條紋，下列說法正確的是()圖6A.圖示條紋是由A的下表面反射光和B的上表面反射光發(fā)生干涉形成的B.當(dāng)A、B之間某處距離為入射光的半波長奇數(shù)倍時，對應(yīng)條紋是暗條紋C.若所觀察的條紋是圖乙，被檢查表面上有洞狀凹陷D.若所觀察的條紋是圖丙，被檢查表面上有溝狀凹陷答案AD解析薄膜干涉形成的條紋是膜的上下表面的發(fā)射光干涉產(chǎn)生，故A正確；當(dāng)A、B之間某處上下反射光的光程差為入射光的半波長奇數(shù)倍時，對應(yīng)條紋是暗亮條紋，故B錯誤；薄膜干涉是等厚干涉，即亮條紋處空氣膜的厚度相等，亮條紋右偏說明被檢查表面上有凸起，故C錯誤；圖丙中亮條紋左偏說明被檢查表面上有溝狀凹陷，故D正確。命題點二光的衍射和偏振現(xiàn)象1.對光的衍射的理解(1)波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯。在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是明顯與不明顯的差別。(2)衍射現(xiàn)象說明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況，只有在光的波長比障礙物小得多時，光才可以看做是沿直線傳播的。2.單縫衍射與雙縫干涉的比較單縫衍射雙縫干涉不同點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，亮度基本相同相同點干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋3.光的干涉和衍射的本質(zhì)光的干涉和衍射都屬于波的疊加，從本質(zhì)上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理。都可認(rèn)為是從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波，在屏上疊加形成的。4.光的偏振(1)自然光與偏振光的比較類別自然光(非偏振光)偏振光光的來源從普通光源發(fā)出的光自然光通過起偏器后的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光沿任意方向振動，且沿各個方向振動的光的強(qiáng)度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光沿特定方向振動(2)偏振光的應(yīng)用：加偏振濾光片的照相機(jī)鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等?！纠?】(多選)(2020·江蘇蘇北四市第一次調(diào)研)下列說法正確的有()A.光的偏振現(xiàn)象說明光是一種縱波B.紅外線比紫外線更容易發(fā)生衍射C.白光下鍍膜鏡片看起來有顏色，是因為光發(fā)生了衍射D.交警可以利用多普勒效應(yīng)對行駛的汽車進(jìn)行測速答案BD解析光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波，故A錯誤；當(dāng)波長與障礙物的尺寸差不多或大于障礙物的尺寸，可以發(fā)生明顯的衍射，故對同一障礙物，波長越長越容易發(fā)生明顯的衍射；根據(jù)電磁波譜可知紅外線比紫外線的波長更長，則紅外線更容易出現(xiàn)明顯衍射現(xiàn)象，B正確；白光下鍍膜鏡片看起來有顏色，是因為鏡片的前后表面的反射光相遇后發(fā)生光的干涉現(xiàn)象，且只有一定波長(一定顏色)的光干涉時，才會相互加強(qiáng)，所以看起來有顏色，故C錯誤；交警借助測速儀根據(jù)微波發(fā)生多普勒效應(yīng)時，反射波的頻率與發(fā)射波的頻率有微小差異，對差異進(jìn)行精確測定，再比對與速度的關(guān)系，就能用電腦自動換算成汽車的速度，故D正確?！咀兪?】(2021·1月江蘇新高考適應(yīng)性考試，1)小華通過偏振太陽鏡觀察平靜水面上反射的陽光，轉(zhuǎn)動鏡片時發(fā)現(xiàn)光有強(qiáng)弱變化，下列說法能夠解釋這一現(xiàn)象的是()A.陽光在水面反射時發(fā)生了偏振，鏡片起起偏器的作用B.陽光在水面反射時發(fā)生了偏振，鏡片起檢偏器的作用C.陽光在水面反射時沒有發(fā)生偏振，鏡片起起偏器的作用D.陽光在水面反射時沒有發(fā)生偏振，鏡片起檢偏器的作用答案B解析發(fā)現(xiàn)光有強(qiáng)弱變化說明水面上反射的陽光是偏振光，而陽光本身是自然光，在反射時發(fā)生了偏振，當(dāng)偏振片的方向與光的偏振方向平行時，通過的光最強(qiáng)，而當(dāng)偏振片的方向與光的偏振方向垂直時，通過的光最弱，因此鏡片起到檢偏器的作用，故選B。命題點三電磁振蕩、電磁波與相對論1.電磁振蕩的特點LC電路工作過程具有對稱性和周期性。(1)兩個物理過程①放電過程：電場能轉(zhuǎn)化為磁場能，q↓→i↑，電流從正極板流向負(fù)極板。②充電過程：磁場能轉(zhuǎn)化為電場能，q↑→i↓，電流從負(fù)極板流向正極板。(2)兩個特殊狀態(tài)①充電完畢狀態(tài)：磁場能向電場能轉(zhuǎn)化完畢，電場能最大，磁場能最小(為零)。②放電完畢狀態(tài)：電場能向磁場能轉(zhuǎn)化完畢，磁場能最大，電場能最小(為零)。(3)在一個周期內(nèi)，充電、放電各兩次，振蕩電流的方向改變兩次；電場能(或磁場能)完成兩次周期性變化。2.對麥克斯韋電磁場理論的理解3.對電磁波的理解(1)電磁波是橫波。電磁波的電場、磁場、傳播方向三者兩兩垂直，如圖7所示。圖7(2)電磁波與機(jī)械波的比較名稱項目電磁波機(jī)械波產(chǎn)生由周期性變化的電場、磁場產(chǎn)生由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生波的特點橫波縱波或橫波波速在真空中等于光速c＝3×108m/s在空氣中不大(如聲波波速在空氣中一般為340m/s)是否需要介質(zhì)不需要介質(zhì)(在真空中仍可傳播)必須有介質(zhì)(真空中不能傳播)能量傳播電磁能機(jī)械能類型1對電磁振蕩的理解【例4】(多選)LC振蕩電路中，某時刻的磁場方向如圖8所示，則()圖8A.若磁感應(yīng)強(qiáng)度正在減弱，則電容器正在充電，電流方向由b向aB.若磁感應(yīng)強(qiáng)度正在減弱，則電場能正在增大，電容器上極板帶負(fù)電C.若磁感應(yīng)強(qiáng)度正在增強(qiáng)，則電場能正在減小，電容器上極板帶正電D.若磁感應(yīng)強(qiáng)度正在增強(qiáng)，則電容器正在充電，電流方向由a向b答案ABC解析若磁場正在減弱，則電流在減小，是電容器的充電過程，根據(jù)安培定則可確定電流由b向a，電場能增大，上極板帶負(fù)電，故選項A、B正確；若磁場正在增強(qiáng)，則電流在增大，是放電過程，電場能正在減小，根據(jù)安培定則，可判斷電流由b向a，上極板帶正電，故選項C正確，D錯誤。【變式4】(多選)如圖9所示為LC振蕩電路中電容器極板上的電荷量q隨時間t變化的曲線，由圖可知()圖9A.在t1時刻，電路中的磁場能最小B.在t1～t2時間內(nèi)，電路中的電流值不斷變小C.在t2～t3時間內(nèi)，電容器正在充電D.在t4時刻，電容器中的電場能最小答案ACD解析在t1時刻，電容器極板上電荷量q為最大值，兩板間電場能最大，線圈中磁場能最小，選項A正確；在t1～t2時間內(nèi)，電容器極板上電荷量q從正的峰值降為零，電場能正在不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿?，電路中的電流正在不斷增大，選項B錯誤；在t2～t3時間內(nèi)，電容器極板上電荷量q又不斷增大，表明電容器正在反向充電，選項C正確；在t4時刻，電容器放電結(jié)束，極板上電荷量為零，電場能也為零，已全部轉(zhuǎn)化為磁場能，選項D正確。類型2對電磁波的理解【例5】(2020·天津卷，3)新冠肺炎疫情突發(fā)，中華兒女風(fēng)雨同舟、守望相助，筑起了抗擊疫情的巍峨長城。志愿者用非接觸式體溫測量儀，通過人體輻射的紅外線測量體溫，防控人員用紫外線燈在無人的環(huán)境下消殺病毒，為人民健康保駕護(hù)航。紅外線和紫外線相比較()A.紅外線的光子能量比紫外線的大B.真空中紅外線的波長比紫外線的長C.真空中紅外線的傳播速度比紫外線的大D.紅外線能發(fā)生偏振現(xiàn)象，而紫外線不能答案B解析根據(jù)電磁波譜可知，紅外線的頻率小于紫外線的頻率，真空中紅外線的波長大于紫外線的波長，由光子能量公式可知，紅外線光子能量小于紫外線光子能量，選項A錯誤，B正確；真空中任何光的傳播速度都相等，所以真空中紅外線的傳播速度等于紫外線的傳播速度，選項C錯誤；由于光是橫波，都能夠發(fā)生偏振現(xiàn)象，所以紅外線和紫外線都能夠發(fā)生偏振現(xiàn)象，選項D錯誤?！咀兪?】(2020·7月浙江選考，4)在抗擊新冠病毒的過程中，廣泛使用了紅外體溫計測量體溫，如圖10所示。下列說法正確的是()圖10A.當(dāng)體溫超過37.3℃時人體才輻射紅外線B.當(dāng)體溫超過周圍空氣溫度時人體才輻射紅外線C.紅外體溫計是依據(jù)體溫計發(fā)射紅外線來測體溫的D.紅外體溫計是依據(jù)人體溫度越高，輻射的紅外線強(qiáng)度越大來測體溫的答案D解析一切物體都在輻射紅外線，溫度越高，其輻射紅外線的強(qiáng)度越大，A、B、C項錯誤，D項正確。【變式6】(2020·江蘇卷，13B)(1)電磁波廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代醫(yī)療中。下列屬于電磁波應(yīng)用的醫(yī)用器械有________。A.殺菌用的紫外燈B.拍胸片的X光機(jī)C.治療咽喉炎的超聲波霧化器D.檢查血流情況的“彩超”機(jī)(2)我國的光纖通信技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。光纖內(nèi)芯(內(nèi)層玻璃)的折射率比外套(外層玻璃)的________(選填“大”或“小”)。某種光纖的內(nèi)芯在空氣中全反射的臨界角為43°，則該內(nèi)芯的折射率為________。(sin43°＝0.68，cos43°＝0.73，結(jié)果保留2位有效數(shù)字)(3)國際宇航聯(lián)合會將2020年度“世界航天獎”授予我國“嫦娥四號”任務(wù)團(tuán)隊。“嫦娥四號”任務(wù)創(chuàng)造了多項世界第一。在探月任務(wù)中，“玉兔二號”月球車朝正下方發(fā)射一束頻率為f的電磁波，該電磁波分別在月壤層的上、下表面被反射回來，反射波回到“玉兔二號”的時間差為Δt。已知電磁波在月壤層中傳播的波長為λ，求該月壤層的厚度d。答案(1)AB(2)大1.5(3)eq\f(fλΔt,2)解析(1)紫外線和X光從本質(zhì)上說是電磁波，A、B項正確；治療咽喉炎的超聲波霧化器和檢查血流情況的“彩超”機(jī)用的都是超聲波，超聲波屬于機(jī)械波，C、D項錯誤。(2)當(dāng)電磁波傳播到光纖內(nèi)芯與外套界面時發(fā)生全反射，所以內(nèi)芯的折射率比外套的折射率大；由臨界角與折射率的關(guān)系可知，內(nèi)芯的折射率n＝eq\f(1,sin43°)≈1.5。(3)電磁波的傳播速度v＝fλ根據(jù)題意2d＝vΔt解得d＝eq\f(fλΔt,2)。類型3對狹義相對論的理解和應(yīng)用【例6】如圖11所示，兩艘飛船A、B沿同一直線同向飛行，相對地面的速度均為v(v接近光速c)。地面上的人測得它們相距為L，則飛船A上的人測得兩飛船間的距離__________(選填“大于”“等于”或“小于”)L。當(dāng)B向A發(fā)出一光信號，飛船A上的人測得該信號的速度為__________________。圖11答案大于c(或光速)解析狹義相對論的兩個基本原理之一就是光速不變原理，因此飛船A上的人測得信號的速度仍等于c(或光速)，以地面為參考系，在運動方向有尺縮效應(yīng)現(xiàn)象，而B相對A是靜止的，沒有尺縮效應(yīng)現(xiàn)象，則飛船A上的人測得兩飛船距離應(yīng)大于L?！咀兪?】(多選)以下說法中正確的是()A.用透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的偏振B.麥克斯韋利用實驗證實了電磁波的存在C.交警通過發(fā)射超聲波測量車速是利用了波的多普勒效應(yīng)D.狹義相對論認(rèn)為在不同的慣性參考系中一切物理規(guī)律都是相同的答案CD解析用透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的干涉，故A錯誤；麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲利用實驗證實了電磁波的存在，故B錯誤；交警通過發(fā)射超聲波測量車速是利用了波的多普勒效應(yīng)，故C正確；根據(jù)狹義相對論原理，在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的，故D正確。課時限時練(限時：30分鐘)1.(2020·浙江省山水聯(lián)盟開學(xué)考)如圖1所示，一束激光照射在雙縫上，在縫后屏上得到干涉條紋，下列說法中正確的是()圖1A.增大雙縫到光屏的距離，條紋間距變小B.入射光波長不變，光強(qiáng)增大，條紋間距不變C.增大激光器到雙縫的距離，條紋間距變大D.若僅將雙縫和光屏置于水中，同等條件下條紋間距變大答案B解析干涉條紋中相鄰兩個明條紋或暗條紋的中心間距為Δx＝eq\f(l,d)λ，增大雙縫到光屏的距離，即增大l，條紋間距變大，所以A錯誤；入射光波長不變，光強(qiáng)增大，不會改變條紋間距，即條紋間距不變，所以B正確；條紋間距與激光器到雙縫的距離無關(guān)，所以增大激光器到雙縫的距離，條紋間距不變，所以C錯誤；若僅將雙縫和光屏置于水中，根據(jù)v＝eq\f(c,n)可知，光的傳播速度變小，頻率不變，則根據(jù)λ＝eq\f(v,f)，可知，光的波長變短，則條紋間距變小，所以D錯誤。2.(2020·蘇、錫、常、鎮(zhèn)四市二模)用紅光、藍(lán)光分別做雙縫干涉實驗，用黃光、紫光分別做單縫衍射實驗，得到的圖樣如圖2所示(黑色部分表示亮紋)。則在下面的四個圖中從左往右排列，亮條紋的顏色依次是()圖2A.紅、黃、藍(lán)、紫 B.紅、紫、藍(lán)、黃C.藍(lán)、紫、紅、黃 D.藍(lán)、黃、紅、紫答案B解析雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，所有條紋寬度相同且等間距，因此第一個和第三個是雙縫干涉現(xiàn)象，根據(jù)雙縫干涉條紋間距Δx＝eq\f(l,d)λ可知，波長越長，Δx越大，因此第一個是紅光，第三個是藍(lán)光。單縫衍射條紋是中間明亮且寬大，越向兩側(cè)寬度越小越暗，而波長越長，中間亮條紋越粗，因此第二個和第四個是單縫衍射圖樣，而第二個是紫光，第四個是黃光。綜上所述，從左到右依次是紅、紫、藍(lán)、黃，故A、C、D錯誤，B正確。3.(2020·北京市海淀區(qū)上學(xué)期期末)關(guān)于電磁波，下列說法中正確的是()A.變化的電場一定在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場B.麥克斯韋首先預(yù)言了電磁波的存在，法拉第最先用實驗證實了電磁波的存在C.電磁波和機(jī)械波都依賴于介質(zhì)才能傳播D.各種頻率的電磁波在真空中的傳播速率都相同答案D解析均勻變化的電場能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，故A錯誤；麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲最先用實驗證明了電磁波的存在，故B錯誤；電磁波的傳播不需要介質(zhì)，機(jī)械波的傳播需要介質(zhì)，故C錯誤；各種頻率的電磁波在真空中的傳播速率都相同，均為光速，故D正確。4.(2020·山東省濟(jì)南市第一次模擬)2020年初，在抗擊2019－nCoV，紅外線體溫計發(fā)揮了重要作用。下列關(guān)于紅外線的說法中正確的是()A.紅外線的波長比紅光短B.利用紅外線的熱效應(yīng)可以加熱物體C.紅外遙感是利用紅外線的穿透能力強(qiáng)D.高溫物體輻射紅外線，低溫物體不輻射紅外線答案B解析紅外線的波長比紅光的波長更長，故A錯誤；紅外線是一種看不見的光，通過紅外線的照射，可以使物體的溫度升高，故B正確；人們利用紅外線來實行遙控和遙感，是因為紅外線波長長，更容易發(fā)生衍射，故C錯誤；一切物體都向外輻射紅外線，故D錯誤。5.(2020·山東淄博市4月模擬)汽車無人駕駛技術(shù)已逐漸成熟，最常用的是ACC自適應(yīng)巡航控制，它可以控制無人車在前車減速時自動減速、前車加速時自動跟上去。汽車使用的傳感器主要是毫米波雷達(dá)，該雷達(dá)會發(fā)射和接收調(diào)制過的無線電波，再通過因波的時間差和多普勒效應(yīng)造成的頻率變化來測量目標(biāo)的相對距離和相對速度。若該雷達(dá)發(fā)射的無線電波的頻率為f，接收到的回波的頻率為f′，則()A.當(dāng)f′＝f時，表明前車一定做勻速直線運動B.當(dāng)f′＝f時，表明前車一定處于靜止?fàn)顟B(tài)C.當(dāng)f′＞f時，表明前車正在減速行駛D.當(dāng)f′＜f時，表明前車正在減速行駛答案C解析當(dāng)聲源和觀察者之間的距離不變化時，觀察者接收到的頻率和聲源發(fā)出的頻率相等，故當(dāng)f＝f′時，說明二者之間的距離不變，表明前車與無人車速度相同，但不一定做勻速直線運動，也不一定靜止，故A、B錯誤；當(dāng)f′＞f時，說明接收到的頻率增大，說明兩車距離減小，表明前車在減速行駛，故C正確；當(dāng)f′＜f時，說明接收到的頻率減小，說明兩車距離增大，表明前車在加速行駛，故D錯誤。6.(2020·山東青島市上學(xué)期期末)如圖3所示，為LC振蕩電路中電容器極板上所帶電荷量隨時間變化的q－t圖像，下面判斷正確的是()圖3A.t1時刻，振蕩電路中的電流最大B.t2時刻，電容器C兩極板間電勢差最大C.t3時刻電感線圈中磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度正在減小D.從t4到t5過程中，磁場能逐漸轉(zhuǎn)化為電場能答案C解析在t1時刻，電路中的q最大，說明還沒放電，所以電路中無電流，則磁場能最小，故A錯誤；在t1到t2時刻電路中的q不斷減小，說明電容器在不斷放電，在t2時刻，電容器C電荷量剛好為零，則兩極板間電勢差最小，故B錯誤；在t2到t3時刻電路中的q不斷增加，說明電容器在不斷充電，磁場能減小，電場能增加，則t3時刻電感線圈中磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度正在減小，故C正確；從t4到t5過程中，電場能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場能，故D錯誤。7.(多選)(2020·浙江溫州市4月適應(yīng)性測試)如圖4甲所示的LC振蕩電路中，把通過P點向右的電流方向規(guī)定為電流的正方向，通過P點的電流變化規(guī)律如圖乙所示，則()圖4A.0.5s至1.0s時間內(nèi)，電容器在充電B.0.5s至1.0s時間內(nèi)，電容器的上極板帶正電C.1.0s至1.5s時間內(nèi)，Q點比P點電勢高D.1.0s至1.5s時間內(nèi)，磁場能正在轉(zhuǎn)化為電場能答案AC解析由圖乙可知，在0.5s至1s內(nèi)，電路電流在減小，電容器C正在充電，故A正確；由圖乙可知，在0.5s至1s內(nèi)，電流是正的，即經(jīng)過P點的電流向右，由于電路中做定向移動的帶電粒子是帶負(fù)電的電子，因此在該時間段內(nèi)，電子經(jīng)過P點向左移動，因此電容器上極板帶負(fù)電，故B錯誤；由圖乙可知，在1s至1.5s內(nèi)，通過電感線圈的電流向上，且增大，電感線圈產(chǎn)生自感電動勢，由楞次定律可知，電感線圈下端電勢高，上端電勢低，即Q點比P點電勢高，故C正確；由圖乙可知，在1s至1.5s內(nèi)，電路電流增大，磁場增大，磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，電路處于放電過程，電場能轉(zhuǎn)化為磁場能，故D錯誤。8.(2020·江蘇鹽城市第三次模擬)如圖5所示，α、β、γ三種射線的示意圖。下列說法中正確的是()圖5A.γ射線是電磁波，它的電離作用最強(qiáng)B.γ射線一般伴隨著α或β射線產(chǎn)生，它的貫穿能力最強(qiáng)C.α射線是原子核自發(fā)射出的氦核，它的電離作用最弱D.β射線是原子核外電子電離形成的電子流，它具有中等的貫穿能力答案B解析γ射線是電磁波，它的電離作用最弱，穿透本領(lǐng)最強(qiáng)，選項A錯誤；γ射線一般伴隨著α或β射線產(chǎn)生，它的貫穿能力最強(qiáng)，選項B正確；α射線是原子核自發(fā)射出的氦核，它的電離作用最強(qiáng)，選項C錯誤；β射線是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時放出的負(fù)電子，它具有中等的貫穿能力，選項D錯誤。9.(2020·山東青島市5月統(tǒng)一質(zhì)量檢測)測溫是防控新冠肺炎的重要環(huán)節(jié)。在公共場所常用如圖6所示的測溫槍為出入人員測溫，測溫槍是通過傳感器接收紅外線，得出感應(yīng)溫度數(shù)據(jù)，使用時只要將測溫槍靠近皮膚表面，修正皮膚與實際體溫的溫差便能準(zhǔn)確顯示體溫，下列說法正確的是()圖6A.測溫槍利用的紅外線也可用于殺菌消毒B.紅外線是波長比紫外線長的電磁波C.紅外線的穿透能力很強(qiáng)，接受紅外線照射是會傷害身體的D.紅外線的頻率大于X光的頻率答案B解析紫外線可用于殺菌消毒，紅外線具有熱效應(yīng)，故A錯誤；由電磁波譜可知，紅外線是波長比紫外線長的電磁波，故B正確；紅外線的熱作用很強(qiáng)，接受紅外線照射是不會傷害身體的，故C錯誤；由電磁波譜可知，紅外線的頻率小于X光的頻率，故D錯誤。10.(2020·山東威海市模擬考試)2020年我國將全面進(jìn)入萬物互聯(lián)的商用網(wǎng)絡(luò)新時代，即5G時代。所謂5G是指第五代通信技術(shù)，采用3300～5000MHz(1M＝106)頻段的無線電波?，F(xiàn)行的第四代移動通信技術(shù)4G，其頻段范圍是1880～2635MHz。未來5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率(指單位時間傳送的數(shù)據(jù)量大小)可達(dá)10Gbps(bps為bitspersecond的英文縮寫，即比特率、比特/秒)，是4G網(wǎng)絡(luò)的50～100倍。下列說法正確的是()A.4G信號和5G信號都是縱波B.4G信號更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象C.4G信號和5G信號相遇能產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象D.5G信號比4G信號在真空中的傳播速度快答案B解析電磁波均為橫波，選項A錯誤；因5G信號的頻率更高，則波長小，故4G信號更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，選項B正確；兩種不同頻率的波不能發(fā)生干涉，選項C錯誤；任何電磁波在真空中的傳播速度均為光速，故傳播速度相同，選項D錯誤。11.(2020·浙江嘉興市5月教學(xué)測試)我們的生活已經(jīng)離不開電磁波，如GPS定位系統(tǒng)使用頻率為10.23MHz(1MHz＝106Hz)的電磁波，手機(jī)工作時使用頻率為800～1900MHz的電磁波，家用5GWi－Fi使用頻率約為5725MHz的電磁波，地鐵行李安檢時使用頻率為1018Hz的電磁波。關(guān)于這四種電磁波的說法正確的是()A.家用5GWi－Fi電磁波的衍射現(xiàn)象最明顯B.GPS定位系統(tǒng)使用的電磁波的能量最強(qiáng)C.地鐵行李安檢時使用的電磁波利用了其穿透本領(lǐng)D.手機(jī)工作時使用的電磁波是縱波且不能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象答案C解析電磁波波長越長，頻率越低，則衍射現(xiàn)象越明顯，GPS定位系統(tǒng)的電磁波衍射現(xiàn)象最明顯，故A錯誤；根據(jù)E＝hν可知，頻率越高，能量越強(qiáng)，則地鐵行李安檢時使用的能量最強(qiáng)，故B錯誤；地鐵行李安檢時使用的電磁波利用了其穿透本領(lǐng)，故C正確；電磁波是橫波，能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象，故D錯誤。12.(多選)[2020·浙江省名校聯(lián)盟創(chuàng)新卷(一)]無線話筒就是LC振蕩電路在實際中應(yīng)用的典型實例，某LC振蕩電路某時刻磁場方向如圖7所示，則下列說法正確的是()圖7A.若增加電容C的帶電荷量，振蕩電路的周期會變大B.若磁場正在減弱，則電容器上極板帶正電C.若電容器正在放電，則電容器上極板帶正電D.若電容器正在放電，則自感電動勢正在阻礙電流增大答案BD解析振蕩電路的周期公式為T＝2πeq\r(LC)，與電容器帶電荷量無關(guān)，故選項A錯誤；若磁場正在減弱，則說明電容器在充電，由右手定則可知，電容器上極板帶正電，所以選項B正確；若電容器正在放電，則線圈中磁場向下，則電容器下極板帶正電，故選項C錯誤；若電容器正在放電，則電流在增大，由楞次定律可知，自感電動勢在阻礙電流的增大，所以選項D正確。13.(多選)(2020·湖北荊門市上學(xué)期1月調(diào)考)下列說法正確的是()A.機(jī)械波在介質(zhì)中傳播的速度與波的頻率有關(guān)B.電磁波和機(jī)械波都需要通過介質(zhì)傳播C.根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，電磁波中的電場和磁場相互垂直，電磁波是橫波D.當(dāng)聲源和觀察者背向運動時，觀察者接收到的頻率小于聲源的頻率答案CD解析機(jī)械波在介質(zhì)中傳播的速度與波的頻率無關(guān)，故A錯誤；電磁波不需要通過介質(zhì)傳播，故B錯誤；根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，電磁波中的電場和磁場相互垂直，電磁波是橫波，故C正確；根據(jù)多普勒效應(yīng)，當(dāng)聲源和觀察者背向運動時，觀察者接收到的頻率小于聲源的頻率，故D正確。14.(多選)(2020·湖北華中師大第一附中期中)關(guān)于機(jī)械波與電磁波，下列說法中正確的是()A.機(jī)械波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)中后振動的質(zhì)點總是重復(fù)先振動的相鄰的質(zhì)點的振動，是受迫振動B.彈簧振子在四分之一個周期里運動的路程一定等于一個振幅C.有經(jīng)驗的戰(zhàn)士可以根據(jù)炮彈飛行的尖叫聲判斷炮彈是接近還是遠(yuǎn)去D.電磁波衍射能力由強(qiáng)到弱的順序是無線電波、可見光、紅外線、γ射線答案AC解析機(jī)械波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)中后振動的質(zhì)點總是重復(fù)先振動的相鄰的質(zhì)點的振動，是受迫振動，選項A正確；彈簧振子只有從平衡位置或者離平衡位置最遠(yuǎn)處開始振動計時，在四分之一個周期里運動的路程才等于一個振幅，選項B錯誤；有經(jīng)驗的戰(zhàn)士可以根據(jù)炮彈飛行的尖叫聲判斷炮彈是接近還是遠(yuǎn)去，這是根據(jù)多普勒效應(yīng)，選項C正確；波長越大的衍射能力越強(qiáng)，則電磁波衍射能力由強(qiáng)到弱的順序是無線電波、紅外線、可見光、γ射線，選項D錯誤。15.(多選)(2020·廣東廣州市二模)下列說法正確的是()A.光纖通信應(yīng)用了光的全反射原理B.單色光