（新课标）河南省2015高考物理总复习讲义 第12章 第4讲 光的波动性 电磁波 相对论

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1、 第4讲　光的波动性　电磁波　相对论 知识一　光的干涉 1．条件 两列光的频率相同，相位和振动情况都完全相同的光相遇． 2．典型的干涉实验 (1)双缝干涉 ①产生明暗条纹的条件：双缝处光振动情况完全相同，光屏上某点与两个狭缝的路程差是光波波长的整数倍(即半波长的偶数倍)处出现亮条纹，与两个狭缝的路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹． ②条纹的特点：相邻亮条纹(或暗条纹)的间距相等，且Δx＝λ，其中λ为波长，d为双缝间距，l为缝到屏的距离．实验装置不变的条件下，红光干涉条纹的间距最大，紫光的干涉条纹间距最小；若换用白光，在屏上得到彩色条纹、且中央为白色． (2)薄膜干涉 ①

2、薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂膜)前后两表面的反射光波相遇而形成的干涉． ②图样特点：同一条亮(或暗)条纹对应薄膜厚度相等． 单色光在肥皂膜上(上薄下厚)形成水平状的明暗相间的条纹，白光入射时形成彩色条纹． 知识二　光的衍射和光的偏振 1．光发生明显衍射的条件 当障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显． 2．衍射条纹的特点 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色条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹． 3．自然光和偏振光 (1)自然光 包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动

3、的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫自然光．如由太阳、电灯等普通光源发出的光． (2)偏振光 在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动的光．如自然光经偏振片作用后的光． 知识三　电磁波的特点和狭义相对论 1．电磁波的特点 (1)电磁波是横波，电场强度E和磁感应强度B的方向都与传播方向垂直． (2)电磁波传播时不需要任何介质，在真空中传播的速度最大，c＝3108 m/s. 1 / 10 (3)电磁波本身是一种物质，它具有能量． (4)具有波的特征，能产生反射、折射、衍射、干涉等现象． 2．相对论的简单知识 (1)狭义相对论的基本假设 ①

4、狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的． 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相同的． (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＝l0. (3)相对论速度变换公式：u＝. (4)相对论质量：m＝. (5)质能方程：E＝mc2. 　(1)机械波的传播需要介质，而电磁波传播不需要介质，可以在真空中传播． (2)机械波在液体和固体中的速度比空气中大，而电磁波在液体和固体中的传播速度比空气中的小． 考点一　光的干涉条纹的形成分析 一、杨氏双缝干涉 1．原理如图12－4－1所示． 图12

5、－4－1 2．明、暗条纹的条件 (1)单色光 ①光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现明条纹． ②光的路程差r2－r1＝(2k＋1)(k＝0,1,2…)，光屏上出现暗条纹． (2)白光：光屏上出现彩色条纹． 3．条纹间距公式：Δx＝λ. 二、薄膜干涉 1．薄膜特点：如图12－4－2所示，由于重力作用，皂膜上薄下厚． 图12－4－2 2．相干光线：薄膜前表面AA′和后表面BB′的反射光线叠加． 3．亮纹条件：在P1、P2处，薄膜厚度的2倍为前后表面反射光的光程差，当光程差等于波长整数倍时，形成亮条纹． 4．暗纹条件：在Q处，光程

6、差等于半波长的奇数倍时，形成暗条纹． 　(多选)(2012大纲版全国高考)在双缝干涉实验中，某同学用黄光作为入射光．为了增大干涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有(　　) A．改用红光作为入射光 B．改用蓝光作为入射光 C．增大双缝到屏的距离 D．增大双缝之间的距离 【解析】　根据Δx＝λ，要增大条纹间距Δx，将L、λ增大或将d减小均可以，红光比黄光波长大，故A选项正确；而蓝光比黄光波长小，故B选项错误；增大双缝到屏的距离L，则Δx增大，故C选项正确；增大双缝间距d，则Δx变小，故D选项错误． 【答案】　AC 考点二　单缝衍射与双缝干涉的比较 一、不同点 1．条纹宽度：单缝

7、衍射条纹宽度不等，中央最宽．双缝干涉条纹宽度相等． 2．条纹间距：单缝衍射各相邻条纹间距不等．双缝干涉各相邻条纹等间距． 3．亮度情况：单缝衍射中央条纹最亮，两边变暗．双缝干涉条纹清晰，亮度基本相等 二、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 ——————[1个示范例]—————— 　(2013大纲版全国卷)下列现象中，属于光的衍射的是(　　) A．雨后天空出现彩虹 B．通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹 C．海市蜃楼现象 D．日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹 【解析】　出现彩虹是大气对光的散射造成的；海市蜃楼是光的折射与全反射现象造成的；肥皂膜

8、上的彩色条纹是薄膜干涉的结果；通过狭缝观察日光灯看到彩色条纹是光的衍射现象，选项B正确． 【答案】　B ——————[1个预测例]—————— 　如图12－4－3所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样．分析各图样的特点可以得出的正确结论是(　　) 图12－4－3 A．a、b是光的干涉图样 B．c、d是光的干涉图样 C．形成a图样的光的波长比形成b图样光的波长短 D．形成c图样的光的波长比形成d图样光的波长短 【解析】　干涉条纹是等距离的条纹，因此，a、b图是干涉图样，c、d图是衍射图样，故A项正确，B项错误；由公式Δx＝λ可知，条纹宽

9、的入射光的波长长，所以a图样的光的波长比b图样的光的波长长，故C项错误；c图样的光的波长比d图样的光的波长长，故D项错误． 【答案】　A 考点三　实验：用双缝干涉测光的波长 一、实验装置(如图12－4－4所示) 图12－4－4 二、实验方法 1．根据公式Δx＝λ得λ＝Δx. 2．用刻度尺测出双缝到光屏的距离l，用测量头调节清晰的干涉条纹，测出n个亮纹间的距离a，则Δx＝.双缝间距d是已知的，这样就可以计算出波长λ. 三、实验步骤 1．将光源、单缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安装在光具座上； 2．接好光源，打开开关，使灯丝正常发光； 3．调节各器材的高度，使光源灯丝发出的一束

10、光，能沿轴线到达光屏； 4．安装双缝，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约5 cm～10 cm，观察白光的干涉条纹； 5．在单缝和双缝间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹，安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹； 6．使分划板中心刻线对齐某明(或暗)条纹的中央，记下手轮上的读数a1，转动手轮使分划板中心刻线移动，记下干涉条纹的条数n和移动后手轮的读数a2，a1与a2的差即为n条亮纹的间距； 7．用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)； 8．重复测量、计算，求平均值作为波长的测量结果； 9．换用不同的滤光片，重复实验． 四、注意事项 1．实验时应调整光源、单缝、双缝和光屏、测量头

11、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． 2．分划板上的刻线应与干涉条纹的亮(暗)线平行，否则会增大测量的误差． 3．双缝、测量头安装到遮光筒上时要装到底，使各部件的定位面紧密吻合，否则会影响测量结果． 4．双缝干涉演示仪的测量头有两种，一种相当于螺旋测微器，一种相当于游标卡尺，具体应用时要加以区别． 5．测量双缝至屏的距离l，要多次测量取平均值，同时要固定好双缝及屏，切勿松动． 　(2012福建高考)在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图12－4－5)：

12、 图12－4－5 (1)下列说法哪一个是错误的________．(填选项前的字母) 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＝ (2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图12－4－6，其示数为________mm. 图12－4－6 【解析】　(1)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． (2)按读数规则，读出示数为：1.5 mm＋47.00.01 mm＝1.970

13、mm. 【答案】　(1)A　(2)1.970 mm 1．一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，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间距不同 B．各色光的速度不同，造成条纹的间距不同 C．各色光的强度不同，造成条纹的间距不同 D．各色光通过双缝到达一确定点的距离不同 【解析】　各色光的频率不同，波长不同，在屏上得到的干涉条纹的宽度不同，各种颜色的条纹叠加后得到彩色条纹．A正确． 【答案】　A 2．汽车行驶时常会滴下一些油滴，滴下的油滴在带水路面上会形成一层薄油膜，并显现彩色，这是由于(　　) A．空气的

14、折射 B．膜的上、下表面反射形成光的干涉 C．光的衍射 D．水的折射 【解析】　白光射到油膜上，从膜的上、下表面反射回来，形成相干光源．由于各种色光波长不同，所产生的干涉条纹的宽度不同，所以各色光在薄膜上形成干涉条纹呈现彩色，所以B项正确． 【答案】　B 3．如图12－4－7所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象．这个实验表明(　　) 图12－4－7 A．光是电磁波　　　 B．光是一种横波 C．光是一种纵波 D．光是概率波 【解析】　偏振现象是横波特有的，光的偏振现象说明

15、光是一种横波，B正确． 【答案】　B 4．如图12－4－8所示的4幅明暗相间的条纹图样，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)．则下面的四幅图从左到右排列，亮条纹的颜色依次是(　　) 图12－4－8 A．红　黄　蓝　紫　　　　　 B．红　紫　蓝　黄 C．蓝　紫　红　黄 D．蓝　黄　红　紫 【解析】　双缝干涉条纹是等间距的条纹，单缝衍射条纹是中间最宽、两边越来越窄的条纹，因此1、3是干涉条纹，2、4是衍射条纹．干涉条纹中，光的波长越长，条纹越宽，因此1是红光，3是蓝光．同一单缝衍射条纹

16、，波长越长，条纹越宽，因此2是紫光，4是黄光． 【答案】　B 5．(多选)下列说法中正确的是(　　) A．电磁波是横波 B．为了从高频电流中取出所携带的声音信号就要进行调制 C．红外线应用在遥感技术中是利用了它的穿透本领强的特性 D．医学上用透视或“CT”来检查人体内部器官，它们都 用到了X射线 【解析】　电磁波是横波，选项A正确．为了从高频电流中取出所携带的声音信号就要进行解调，选项B错误．红外线应用在遥感技术中是利用红外线探测器接收物体发出的红外线，可探知被探物体的特征，选项C错误．医学上用透视或“CT”来检查人体内部器官，它们都用到了X射线，选项D正确． 【答案】　AD

17、 6．光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是(　　) A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象 B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象 C．在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象 D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 【解析】　用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用薄膜干涉的原理，故选项A错；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散，故选项B错；在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射，故选项C错；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，选项D对． 【答案】　D 7．(2010北京高考)属于狭义相对论基本

18、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 【解析】　狭义相对论基本假设为：一是在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；二是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，即光速不变原理，由此可知A属于狭义相对论基本假设，故A正确，B、C、D错误． 【答案】　A 8．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 【解析】　不管磁场怎

19、样变化，只要是变化的磁场就可以在空间产生电场，所以均匀变化的磁场也能够在空间产生电场，A正确；电磁波的传播速度与介质和频率有关，相同频率的电磁波在不同的介质中传播速度不同，故B错误；恒定的电场(磁场)周围不会产生磁场(电场)，只有周期性变化的电场(磁场)才能产生电磁波，故C错误；电磁波只有在同种均匀介质中才能沿直线传播，若同一种介质是不均匀的，电磁波在其中的折射率是不一样的，在这样的介质中是沿曲线传播的，故D错误． 【答案】　A 9．(2013上海高考)白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的(　　) A．传播速度不同 B．强度不同 C．振动方向不同 D．频率不

20、同 【解析】　白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的频率不同． 【答案】　D 10．(2011北京高考)如图12－4－9所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹．要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以(　　) 图12－4－9 A．增大S1和S2的间距 B．减小双缝屏到光屏的距离 C．将绿光换为红光 D．将绿光换为紫光 【解析】　由双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ可知：增大S1与S2的间距d，Δx将减小，A项错误；减小双缝屏到光屏的距离L，Δx将减小，B项错误；红光波长大于绿光波长，λ变大，Δx将变大，C项正确；紫光波长小于绿光波长，λ变小，Δx将变小，D项错误． 【答案】　C 希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！