2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第十四章光學(xué)電磁波第二節(jié)光的波動(dòng)性電磁理論相對(duì)論學(xué)案新人教版

PAGE10-其次節(jié)光的波動(dòng)性電磁理論相對(duì)論eq\a\vs4\al(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(diǎn)：?jiǎn)紊庹找珪r(shí)，形成明暗相間的等間距的干涉條紋；白光照耀時(shí)，中心為白色亮條紋，其余為彩色條紋.2.光的衍射發(fā)生明顯衍射的條件：只有當(dāng)障礙物的尺寸與光的波長(zhǎng)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.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.（2）偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上，只沿著某個(gè)特定的方向振動(dòng)的光.（3）偏振光的形成.①讓自然光通過(guò)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(shuō)明光是一種橫波.1.（多選）下列屬于光的干涉現(xiàn)象的是（）ABCD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.答案：BCeq\a\vs4\al(二、電磁波和相對(duì)論)1.電磁場(chǎng)、電磁波、電磁波譜（1）麥克斯韋電磁場(chǎng)理論.改變的磁場(chǎng)能夠在四周空間產(chǎn)生電場(chǎng)，改變的電場(chǎng)能夠在四周空間產(chǎn)生磁場(chǎng).（2）電磁波.①電磁場(chǎng)在空間由近及遠(yuǎn)的傳播，形成電磁波.②電磁波的傳播不須要介質(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.④v＝λf，f是電磁波的頻率.（3）電磁波的放射.①放射條件：開(kāi)放電路和高頻、振蕩信號(hào)，所以要對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行調(diào)制（調(diào)幅或調(diào)頻）.②調(diào)制方式.a.調(diào)幅：使高頻電磁波的振幅隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變.b.調(diào)頻：使高頻電磁波的頻率隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變.（4）無(wú)線電波的接收.①當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到無(wú)線電波的頻率相等時(shí)，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(guò)程叫作調(diào)諧，能夠調(diào)諧的接收電路叫作調(diào)諧電路.③從經(jīng)過(guò)調(diào)制的高頻振蕩中“檢”出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程，叫作檢波.檢波是調(diào)制的逆過(guò)程，也叫作解調(diào).（5）電磁波譜：依據(jù)電磁波的頻率或波長(zhǎng)的大小依次把它們排列成譜叫作電磁波譜.按波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短排列的電磁波譜為：無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、r射線.2.相對(duì)論（1）狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(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，光速和光源、觀測(cè)者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有關(guān)系.（2）質(zhì)速關(guān)系.①物體的質(zhì)量隨物體速度的增加而增大，物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m與靜止時(shí)的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系：m＝eq\f(m0,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2))).②物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量總要大于靜止時(shí)的質(zhì)量m0.（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(ài)因斯坦質(zhì)能方程為：E＝mc2.2.關(guān)于生活中遇到的各種波，下列說(shuō)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(shí)涉及的波既有電磁波又有聲波C.太陽(yáng)光中的可見(jiàn)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(zhǎng)和醫(yī)院“CT”中的X射線波長(zhǎng)相同解析：電磁波和聲波都能傳遞信息，比如人們之間的語(yǔ)言溝通，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；太陽(yáng)光中的可見(jiàn)光屬于電磁波，而“B超”中的超聲波屬于機(jī)械波，它們的傳播速度不同，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；遙控器發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)比X射線波長(zhǎng)大得多，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；手機(jī)在通話時(shí)涉及的波既有電磁波又有聲波，選項(xiàng)B正確.答案：B光是一種電磁波，具有波的特性能發(fā)生干涉、衍射和偏振現(xiàn)象.光同時(shí)具有粒子性，能照耀金屬時(shí)產(chǎn)生光電子，這就是光的物質(zhì)性.考點(diǎn)一質(zhì)點(diǎn)、參考系和位移1.光的雙縫干涉現(xiàn)象（1）明暗條紋的推斷方法.①如圖所示，光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P點(diǎn)的路程差r2－r1＝kλ（k＝0，1，2，…）時(shí)，光屏上出現(xiàn)明條紋.②光的路程差r2－r1＝（2k＋1）eq\f(λ,2)（k＝0，1，2，…）時(shí)，光屏上出現(xiàn)暗條紋.（2）條紋間距：Δx＝eq\f(l,d)λ，其中l(wèi)是雙縫到光屏的距離，d是雙縫間的距離，λ是光波的波長(zhǎng).2.薄膜干涉（1）如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形.光照耀到薄膜上時(shí)，在膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射回來(lái)，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加.（2）明、暗條紋的推斷.①在P1、P2處，兩個(gè)表面反射回來(lái)的兩列光波的路程差Δr等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即Δr＝nλ（n＝0，1，2，…），薄膜上出現(xiàn)明條紋.②在Q處，兩列反射回來(lái)的光波的路程差Δr等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，即Δr＝（2n＋1）eq\f(λ,2)（n＝0，1，2，…），薄膜上出現(xiàn)暗條紋.（3）薄膜干涉的應(yīng)用.干涉法檢查平面如圖所示，兩板之間形成一楔形空氣膜，用單色光從上向下照耀，假如被檢平面是平整光滑的，我們會(huì)視察到平行且等間距的明暗相間的條紋；若被檢平面不平整，則干涉條紋發(fā)生彎曲.eq\a\vs4\al(典例)（2024·湖南天心區(qū)期末）如圖所示為光的雙縫干涉試驗(yàn)裝置示意圖，下列說(shuō)法正確的是（）A.若P點(diǎn)是亮條紋，說(shuō)明該處是光的加強(qiáng)區(qū)域，P點(diǎn)到雙縫的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍B.照耀單縫S的單色光的頻率越大，光屏上出現(xiàn)的條紋間距越大C.若將單縫S去掉，再將S1縫封住僅留下S2，則白光通過(guò)S2光屏上會(huì)出現(xiàn)彩色條紋，但不是干涉條紋D.撤去雙縫同時(shí)漸漸增大單縫寬度，光屏上始終出現(xiàn)明暗條紋[思維點(diǎn)撥]發(fā)生干涉的條件是兩列光的頻率相同；當(dāng)路程差是半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)，出現(xiàn)明條紋，路程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，出現(xiàn)暗條紋；依據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式推斷條紋間距的改變，并依據(jù)干涉條紋間距公式Δx＝eq\f(L,d)λ，即可求解.解析：在雙縫干涉試驗(yàn)的裝置中，縫的寬度跟光的波長(zhǎng)相差不多，若P點(diǎn)是亮條紋，說(shuō)明該處是光的加強(qiáng)區(qū)域，P點(diǎn)到雙縫的路程差為波長(zhǎng)的偶數(shù)倍，故A錯(cuò)誤；照耀單縫S的單色光的頻率越大，波長(zhǎng)越短，光屏上出現(xiàn)的條紋間距越小，故B錯(cuò)誤；若將單縫S去掉，再將S1縫封住僅留下S2，則白光通過(guò)S2光屏上會(huì)出現(xiàn)單縫衍射的彩色條紋，故C正確；撤去雙縫同時(shí)漸漸增大單縫寬度，光屏上將先出現(xiàn)衍射條紋后出現(xiàn)亮區(qū)，故D錯(cuò)誤.答案：C解決本題的關(guān)鍵是知道干涉條紋，當(dāng)路程差是半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)，出現(xiàn)明條紋；路程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，出現(xiàn)暗條紋，并駕馭干涉條紋間距公式的內(nèi)容.考點(diǎn)二光的衍射和光的偏振1.對(duì)光的衍射的理解（1）干涉和衍射是波的特征，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，干涉和衍射現(xiàn)象越明顯.在任何狀況下都可以發(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(shuō)明“光沿直線傳播”只是一種特別狀況，只有在光的波長(zhǎng)比障礙物小得多時(shí)，光才可以看作是沿直線傳播的.2.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(lái)源從一般光源發(fā)出的光自然光通過(guò)起偏器后的光光的振動(dòng)方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿隨意方向，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（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、消退車(chē)燈眩光等.eq\a\vs4\al(典例)如圖為條紋總寬度相同的4種明暗相同的條紋，其中有兩種是紅光、藍(lán)光各自通過(guò)同一個(gè)雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣，還有兩種是黃光、紫光各自通過(guò)同一個(gè)單縫形成的衍射圖樣（灰黑色部分表示亮紋）.則圖中從左向右排列，亮條紋的顏色依次是（）A.紅黃藍(lán)紫B.紅紫藍(lán)黃C.藍(lán)紫紅黃D.藍(lán)黃紅紫[思維點(diǎn)撥]熟識(shí)白光的干涉和衍射條紋的特點(diǎn).解析：由于雙縫干涉條紋是等間距的，而單縫衍射條紋除中心亮條紋最寬最亮之外，兩側(cè)條紋亮度、寬度都漸漸減小，因此1、3為雙縫干涉條紋，2、4為單縫衍射條紋.雙縫干涉條紋的寬度（即相鄰明、暗條紋間距）Δx＝eq\f(l,d)λ，紅光波長(zhǎng)比藍(lán)光波長(zhǎng)長(zhǎng)，則紅光干涉條紋間距大于藍(lán)光干涉條紋間距，所以1、3分別對(duì)應(yīng)于紅光和藍(lán)光.而在單縫衍射中，當(dāng)單縫寬度肯定時(shí)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射越明顯，即中心條紋越寬越亮，所以2、4分別對(duì)應(yīng)于紫光和黃光.綜上所述，1、2、3、4四個(gè)圖中亮條紋的顏色依次是紅、紫、藍(lán)、黃，B正確.答案：B單色光雙縫干涉圖樣是以中心明紋為中心在兩邊對(duì)稱等間距排列的條紋，亮度從中心向兩邊漸漸減?。粏慰p衍射的圖樣是間距不等的明暗條紋，中心最寬最亮，兩旁的亮條紋強(qiáng)度漸漸遞減.考點(diǎn)三電磁場(chǎng)和電磁波相對(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，如圖所示.（2）電磁波與機(jī)械波的比較.項(xiàng)目電磁波機(jī)械波產(chǎn)生由周期性改變的電場(chǎng)、磁場(chǎng)產(chǎn)生由質(zhì)點(diǎn)（波源）的振動(dòng)產(chǎn)生波的特點(diǎn)橫波縱波或橫波波速在真空中等于光速c＝3×108m/s，在介質(zhì)中與頻率有關(guān)與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無(wú)關(guān)（如聲波波速在空氣中一般為340m/s）是否須要介質(zhì)不須要介質(zhì)（在真空中仍可傳播）必需有介質(zhì)（真空中不能傳播）能量傳播電磁能機(jī)械能3.對(duì)狹義相對(duì)論的理解（1）慣性系：假如牛頓運(yùn)動(dòng)定律在某個(gè)參考系中成立，這個(gè)參考系叫作慣性系.相對(duì)一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系也是慣性系.（2）光速的大小與選取的參考系無(wú)關(guān).（3）狹義相對(duì)論認(rèn)為物體的質(zhì)量m與物體的速度v有關(guān)，其關(guān)系式為m＝eq\f(m0,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2)))（m0為物體靜止時(shí)的質(zhì)量）.4.相對(duì)論質(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(ài)因斯坦質(zhì)能方程為E＝mc2.eq\a\vs4\al(典例)（多選）關(guān)于電磁波，下列說(shuō)法正確的是（）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.周期性改變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以相互激發(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，若波源的電磁振蕩停止，空間的電磁波隨即消逝[思維點(diǎn)撥]熟識(shí)電磁波的相關(guān)特性逐一分析.解析：電磁波在真空中的傳播速度為光速，選項(xiàng)A正確；電磁波是由周期性改變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互激發(fā)產(chǎn)生的，選項(xiàng)B正確；傳播速度方向、電場(chǎng)方向、磁場(chǎng)方向三者兩兩垂直，選項(xiàng)C正確；電磁波可以通過(guò)光纜傳播，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；當(dāng)電磁振蕩消逝后，電磁波可接著傳播，選項(xiàng)E錯(cuò)誤.答案：AC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)生干涉、衍射現(xiàn)象；波長(zhǎng)較短的紫外線、X射線、γ射線等，穿透實(shí)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.1.（2024·北京卷）用雙縫干涉試驗(yàn)裝置得到白光的干涉條紋，在光源與單縫之間加上紅色濾光片后（）A.干涉條紋消逝B.彩色條紋中的紅色條紋消逝C.中心條紋變成暗條紋D.中心條紋變成紅色解析：在光源與單縫之間加上紅色濾光片后，只透過(guò)紅光，屏上出現(xiàn)紅光（單色光）的干涉條紋.答案：D2.（多選）（2024·全國(guó)卷Ⅱ）在雙縫干涉試驗(yàn)中，用綠色激光照耀在雙縫上，在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣.若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，可選用的方法是（）A.改用紅色激光B.改用藍(lán)色激光C.減小雙縫間距D.將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng)E.將光源向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng)解析：在雙縫干涉試驗(yàn)中相鄰亮條紋的間距Δx＝eq\f(l,d)λ，因此要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距可減小雙縫間的距離、增大屏幕與雙縫的距離、換用波長(zhǎng)更長(zhǎng)或頻率更小的光做光源.故選A、C、D正確.答案：ACD3.（多選）（2024·江蘇卷）梳子在梳頭后帶上電荷，搖動(dòng)這把梳子在空中產(chǎn)生電磁波.該電磁波（）A.是橫波B.不能在真空中傳播C.只能沿著梳子搖動(dòng)的方向傳播D.在空氣中的傳播速度約為3×108m/s解析：電磁波是橫波，傳播方向與振動(dòng)方向垂直，既能在真空中傳播，也能在介質(zhì)中傳播.電磁波在空氣中的傳播速度約為3×108m/s，故選項(xiàng)A、D正確.答案：AD4.奶粉中碳水化合物（糖）的含量是一個(gè)重要指標(biāo)，可以用“旋光法”來(lái)測(cè)量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量.偏振光通過(guò)糖的水溶液后，偏振方向會(huì)相對(duì)于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度α，這一角度α稱為“旋光度”，α的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將α的測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，就能確定被測(cè)樣品的含糖量了.如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動(dòng)B，使到達(dá)O處的光最強(qiáng)，然后將被測(cè)樣品P置于A、B之間.（1）偏振片A的作用是________________________.（2）偏振現(xiàn)象證明白光是一種.（3）（多選）以下說(shuō)法正確的是（）A.到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱B.到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱C.將偏振片B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最強(qiáng)，偏振片B轉(zhuǎn)過(guò)的角度等于αD.將偏振片A轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最強(qiáng)，偏振片A轉(zhuǎn)過(guò)的角度等于α解析：（1）自然光源發(fā)出的光不是偏振光，但當(dāng)自然光經(jīng)過(guò)偏振片后就變成了偏振光，因此偏振片A的