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22届高中物理一轮总复习 38 光的波动性 电磁波 相对论（新高考）课件PPT
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这是一份22届高中物理一轮总复习 38 光的波动性 电磁波 相对论（新高考）课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，必备知识预案自诊，知识梳理，考点自诊，关键能力学案突破，对点演练等内容，欢迎下载使用。
一、光的干涉1.定义:在两列光波的叠加区域,某些区域的光被 ,出现亮纹,某些区域的光被 ,出现暗纹,且 和 互相间隔的现象叫作光的干涉现象。 2.条件:两列光的 ,且具有恒定的相位差,才能产生稳定的干涉现象。
3.双缝干涉:由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是__________ 的相干光,屏上某点到双缝的路程差是 处出现亮条纹;路程差是半波长的 处出现暗条纹。相邻的明条纹(或暗条纹)之间距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝距离l的关系为 。
4.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂液薄膜) 反射的光相遇而形成的。图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度 。
二、光的衍射1.发生明显衍射的条件:只有当障碍物的尺寸与光的波长 ,甚至比光的波长 的时候,衍射现象才会明显。
2.衍射条纹的特点:(1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较
(2)泊松亮斑(圆盘衍射):当光照到 (选填“透明”或“不透明”)的半径很小的小圆盘上时,在圆盘的阴影中心出现 (在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。
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、电磁波、电磁波谱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(1)电磁场在空间由近及远的传播,形成 。 (2)电磁波的传播不需要 ,可在真空中传播,在真空中不同频率的电磁波传播速度 (都等于光速)。 (3)不同频率的电磁波,在同一介质中传播,其速度是不同的,频率越高,波速越 。 (4)v=λf,f是电磁波的频率。
3.电磁波的发射(1)发射条件: 电路和 信号,所以对要传输的信号进行调制。 (2)调制方式①调幅:使高频电磁波的 随信号的强弱而变。 ②调频:使高频电磁波的 随信号的强弱而变。
4.无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率 时,激起的振荡电流 ,这就是电谐振现象。 (2)使接收电路产生电谐振的过程叫作 。能够调谐的接收电路叫作 电路。 (3)从经过调制的高频振荡信号中“检”出调制信号的过程,叫作 。检波是 的逆过程,也叫作解调。
5.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,光速与光源、观测者间的相对运动 关系。 2.相对论的质速关系(1)物体的质量随物体速度的增大而 ,物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系:m= 。 (2)物体运动时的质量总要 静止时的质量m0。
1.判断下列说法的正误。(1)太阳光通过三棱镜形成彩色光谱,这是光的干涉的结果。( )(2)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。( )(3)光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象。( )(4)均匀变化的磁场产生均匀变化的电场,场向外传播便形成了电磁波。( )(5)光速不变原理指出,光在真空中的传播速度在不同惯性参考系中都是相同的。( )
2.用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹,在光源与单缝之间加上红色滤光片后( )A.干涉条纹消失B.彩色条纹中的红色条纹消失C.中央条纹变成暗条纹D.中央条纹变成红色
答案 D解析 当用白光做干涉实验时,频率相同的色光,相互叠加干涉,在光屏上形成彩色条纹,中央形成白色的亮条纹;当在光源与单缝之间加上红色滤光片后,只有红光能通过单缝,然后通过双缝后相互叠加干涉,在光屏上形成红色干涉条纹,光屏中央为加强点,所以中央条纹变成红色亮条纹,D正确。
3.(多选)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
答案 ABC 解析 电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s,与电磁波的频率无关,A项正确;周期性变化的电场产生周期性变化的磁场,周期性变化的磁场又产生周期性变化的电场,它们相互激发向周围传播,就形成了电磁波,B项正确;电磁波是横波,因此其电场强度和磁感应强度均与传播方向垂直,C项正确;光是电磁波,利用光纤对光的全反射可以传播信息,D项错误。
4.(新教材人教版选择性必修第一册P94T3改编)在双缝干涉实验中,光屏上某点P到双缝S1和S2的距离差为7.5×10-7 m,如果用波长2.5×10-7 m的光照射双缝,试通过计算分析P点出现的是亮条纹还是暗条纹。
答案亮条纹解析因为距离差是波长的3倍,因此P点出现亮条纹。
1.光的双缝干涉现象(1)明暗条纹的判断方法①如图所示,光源S1、S2发出的光到屏上P点的路程差r2-r1=kλ(k=0,1,2,…)时,光屏上出现明条纹。②光的路程差r2-r1=(2k+1) (k=0,1,2,…)时,光屏上出现暗条纹。(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。
2.薄膜干涉(1)如图所示,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。
(2)明、暗条纹的判断①在P1、P2处,两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍,即Δr=nλ(n=0,1,2,…),薄膜上出现明条纹。②在Q处,两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍,即Δr=(2n+1) (n=0,1,2,…),薄膜上出现暗条纹。
(3)薄膜干涉的应用干涉法检查平面如图所示,两板之间形成一楔形空气膜,用单色光从上向下照射,如果被检平面是平整光滑的,我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹;若被检平面不平整,则干涉条纹发生弯曲。
【典例1】 如图所示,在双缝干涉实验中,S1和S2为双缝,P是光屏上的一点,P点与S1和S2距离之差为2.1×10-6 m,已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为4×10-7 m;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,cs 37°=0.8);分别用A、B两种单色光做双缝干涉实验,问P点处将出现亮条纹还是暗条纹?
1.(多选)(2017全国卷Ⅱ)在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是( )A.改用红色激光B.改用蓝色激光C.减小双缝间距D.将屏幕向远离双缝的位置移动E.将光源向远离双缝的位置移动
答案ACD 解析设双缝间的距离为d,屏幕离双缝间的距离为L,两相邻亮条纹的间距为Δx,照射光的波长为λ,由 可知,要增大两相邻条纹的间距,可以改用红光或减小双缝间距或将屏幕向远离双缝的位置移动,故选项A、C、D正确,选项B错误;将光源向远离双缝的位置移动,屏幕和双缝间的距离保持不变,所以两相邻亮条纹的间距不变,故选项E错误。
2.(多选)(2020浙江宁波期中)利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度。如图甲所示,现使透明标准板M和待检工件N间形成一楔形空气薄层,并用单色光照射,可观察到如图乙所示的干涉条纹,条纹的弯曲处P和Q对应于A和B处,下列判断中正确的是( )A.N的上表面A处向上凸起B.N的上表面B处向上凸起C.条纹的c、d点对应处的薄膜厚度相同D.条纹的d、e点对应处的薄膜厚度相同
答案 BC 解析 薄膜干涉是等厚干涉,即明条纹处空气膜的厚度相同。条纹的c、d点在同一条纹上,故c、d点对应处的薄膜厚度相同,从弯曲的条纹可知,A处检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同,知A处凹陷,B处检查平面右边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同,知B处凸起,故A错误,B正确;由图可知,c、d在同一条纹上,则条纹的c、d点对应处的薄膜厚度也相同,C正确;d、e点不在同一条纹上,所以对应的薄膜厚度不同,D错误。
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.光的偏振(1)自然光与偏振光的比较
(2)偏振光的应用:加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。
3.(2019江苏卷)将两支铅笔并排放在一起,中间留一条狭缝,通过这条狭缝去看与其平行的日光灯,能观察到彩色条纹,这是由于光的 (选填“折射”“干涉”或“衍射”)。当缝的宽度 (选填“远大于”或“接近”)光波的波长时,这种现象十分明显。
答案衍射 接近解析眼睛通过平行于日光灯的狭缝看到彩色条纹属于光的衍射现象;狭缝的宽度接近或远小于光的波长时衍射现象更明显。
4.(2019北京卷)利用图1所示的装置(示意图),观察光的干涉、衍射现象,在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是( )A.甲对应单缝,乙对应双缝B.甲对应双缝,乙对应单缝C.都是单缝,甲对应的缝宽较大D.都是双缝,甲对应的双缝间距较大
答案 A解析 单缝衍射条纹中间亮条纹最宽、最亮,双缝干涉条纹中央亮条纹与两侧亮条纹等宽、等亮,由此可以判断甲一定为单缝、乙一定为双缝,故只有选项A正确。
5.(多选)如图所示,偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向。下列四种入射光束中,能在P的另一侧观察到透射光的是( )A.太阳光B.沿竖直方向振动的光C.沿水平方向振动的光D.沿与竖直方向成45°角方向振动的光
答案 ABD 解析 偏振片只让沿某一方向振动的光通过,当偏振片的透振方向与光的振动方向不同时,透射光的强度不同,它们平行时最强,而垂直时最弱(没有透射光)。太阳光是自然光,光波在垂直于光的传播方向的平面内沿任意方向振动,所以在P的另一侧能观察到透射光;沿竖直方向振动的光,振动方向与偏振片的透振方向相同,可以看到透射光;沿水平方向振动的光,其振动方向与透振方向垂直,看不到透射光;沿与竖直方向成45°角方向振动的光,其振动方向与透振方向不垂直,仍可看到透射光。
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,如图所示。
(2)电磁波与机械波的比较
3.对狭义相对论的理解(1)惯性系:如果牛顿运动定律在某个参考系中成立,这个参考系叫作惯性系。相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。(2)光速的大小与选取的参考系无关。(3)狭义相对论认为物体的质量m与物体的速度v有关,其关系式为4.相对论质能关系用m表示物体的质量,E表示它具有的能量,则爱因斯坦质能方程为E=mc2。
6.(2020浙江高三月考)近场通信是一种短距高频的无线电技术,其主要结构就是线圈和电容组成的类似LC振荡电路的并联谐振电路,其终端有主动、被动和双向三种模式,最常见的被动模式广泛应用于公交卡、门禁卡、校园一卡通等,刷卡时,电路发生电谐振,给电容器充电,达到一定电压后,在读卡设备发出的射频场中响应,被读或写入信息。下列说法正确的是( )A.LC电路的电容器在充电时,电流增大B.如果增大LC电路中电容器两极板间距离,振荡周期将增大C.LC电路中,电容器充电时,线圈中自感电动势增大D.电磁波发射时,使电磁波随各种信号而改变的技术叫电谐振
答案 C解析 LC电路的电容器在充电时,电流减小,故A错误;增大LC电路中电容器两极板间距离,电容器的电容会变小,根据T=2π 可知,LC电路的振荡周期将减小,故B错误;LC电路中,电容器充电时,电流减小得越来越快,线圈中的自感电动势增大,故C正确;电磁波发射时,使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制,故D错误。
7.测温枪是通过传感器接收红外线,得出感应温度数据,使用时只要将测温枪靠近皮肤表面,修正皮肤与实际体温的温差便能准确显示体温,下列说法正确的是( )A.测温枪利用的红外线也可用于杀菌消毒B.红外线是波长比紫外线长的电磁波C.红外线的穿透能力很强,接受红外线照射是会伤害身体的D.红外线的频率大于X光的频率
答案 B解析 紫外线可用于杀菌消毒,红外线具有热效应,故A错误;由电磁波谱可知,红外线是波长比紫外线长的电磁波,故B正确;红外线的热作用很强,接受红外线照射是不会伤害身体的,故C错误;由电磁波谱可知,红外线的频率小于X光的频率,故D错误。
8.(多选)(2017江苏卷)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟,飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢,下列说法正确的有( )A.飞船上的人观测到飞船上的钟较快B.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢C.地球上的人观测到地球上的钟较快D.地球上的人观测到地球上的钟较慢
答案 AC 解析根据相对论,运动的时钟变慢,这是一种观测效应。结合运动的相对性,故飞船上的人观测到地球上的钟变慢,认为飞船上的钟变快。地球上的人观测到飞船上的钟变慢,认为地球上的钟变快。
9.(多选)下列说法正确的是( )A.偏振光可以是横波也可以是纵波B.光从空气射入水中时,频率保持不变C.若观察者逐渐远离波源,则所接收到的波的频率小于波源的频率D.电磁波谱中γ射线的波长最长E.光学镜头上的增透膜是利用了光的干涉现象
答案 BCE 解析 光的本质是电磁波,都属于横波,也只有横波才能发生偏振现象,故A错误;光的频率由光源的频率决定,与介质无关,故B正确;由多普勒效应原理可知,观察者与波源相对远离时,所接收到的波的频率小于波源的频率,故C正确;电磁波谱中γ射线的频率最大,故波长最短,故D错误;光学镜头上的增透膜是利用了薄膜干涉原理,故E正确。
一、注意事项1.调节双缝干涉仪时,要注意调节光源的高度,使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。2.放置单缝和双缝时,缝要相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上。3.调节测量头时,应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐,记清此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐,记下此时手轮上的读数,两次读数之差就表示这两个条纹间的距离。4.不要直接测Δx,要测几个条纹的间距,计算得Δx,这样可以减小误差。5.白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外边。
二、误差分析1.双缝到屏的距离l的测量存在误差。2.测条纹间距Δx带来的误差如下:(1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度。(2)误认为Δx为亮(暗)条纹的宽度。(3)分划板刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于条纹中心。(4)测量多条亮条纹间的距离时读数不准确,此间距中的条纹数未数清。
【典例2】 (2019全国卷Ⅱ)某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时,接通电源使光源正常发光:调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题:
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可 ; A.将单缝向双缝靠近B.将屏向靠近双缝的方向移动C.将屏向远离双缝的方向移动D.使用间距更小的双缝(2)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx,则单色光的波长λ= ; (3)某次测量时,选用的双缝的间距为0.300 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为 nm(结果保留3位有效数字)。
规律方法用双缝干涉测光的波长问题的解决方法明确双缝干涉条纹间距公式Δx= λ中各物理量的意义,其中Δx是相邻两条亮条纹(或暗条纹)的中心间距,d是双缝之间的距离,l是双缝到屏的距离,λ为光的波长。
【典例3】 (2020山东青岛高三一模)某实验小组在用双缝干涉测光的波长的实验中,将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上,如图甲所示。双缝间距d=0.20 mm,测得屏与双缝间的距离L=500 mm。然后,接通电源使光源正常工作:
(1)某同学在测量时,转动手轮,在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准亮条纹A的中心,如图乙所示,则游标卡尺的读数为 cm;然后他继续转动手轮,使分划板中心刻线对准亮条纹B的中心,若游标卡尺的读数为1.67 cm,此时主尺上的 cm刻度与游标尺上某条刻度线对齐;入射光的波长λ= m; (2)若实验中发现条纹太密,可采取的改善办法有 (写一条即可)。
答案(1)1.11 3.2×10-7 (2)减小双缝间距d(或者增大双缝到干涉屏的距离L)
规律方法熟记求解相邻两条亮条纹(或暗条纹)间的距离的公式Δx=中各物理量的意义。a1是使分划板的中心刻线对齐某条亮纹的中央时记下的手轮上的读数,将该条纹记为第1条亮纹,a2是转动手轮,使分划板中心刻线移动至另一条亮纹的中央时记下的手轮上的读数,并将该条纹记为第n条亮纹。
10.(2020山东济南高三二模)如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图,现要利用这套装置来测量某种单色光的波长。
(1)装置示意图中有三个电学元件的名称空缺,关于它们的说法正确的是 。 A.①是双缝,③是滤光片 B.②是双缝,③是单缝 C.②是单缝,③是双缝(2)用20分度的游标卡尺测量双缝间距如图乙所示,双缝间距d= mm。
(3)图丙为实验得到的干涉条纹,用测量头测出了第1条和第6条亮纹中心间的距离为Δx,已知双缝到光屏的距离为l,则所测单色光波长的计算式为λ= (用题中所给的字母表示)。
解析(1)为获取单色线光源,光源后面要有滤光片、单缝、双缝,则①是滤光片,②是单缝,③是双缝,故AB错误,C正确。(2)游标卡尺读数d=0.2 cm+1×0.05 mm=2 mm+0.05 mm=2.05 mm
11.(2020山东省实验中学高三模拟)利用如图甲所示装置研究双缝干涉现象,安装好仪器,调整光源的位置,使光源发出的光能平行地进入遮光筒并照亮光屏。放置单缝和双缝,使缝相互平行,调整各部件的间距,观察白光的双缝干涉图样,在光源和单缝间放置滤光片,使单一颜色的光通过后观察单色光的双缝干涉图样。用米尺测出双缝到屏的距离L,用测量头测出相邻的两条亮(或暗)纹间的距离Δx,换用不同颜色的滤光片,观察干涉图样的异同,并求出相应的波长。
(1)(多选)关于该实验,下列说法正确的是 (填正确选项标号)。 A.增大单缝到双缝的距离,干涉条纹间距变窄B.将蓝色滤光片换成红色滤光片,干涉条纹间距变窄C.换一个两缝之间距离较大的双缝,干涉条纹间距变窄D.去掉滤光片后,将观察到彩色的干涉条纹
(2)实验装置中分划板与螺旋测微器相连,第一次分划板中心刻度线对齐第1条亮纹中心,螺旋测微器读数为1.990 mm,转动手轮第二次分划板中心刻度线对齐第10条亮纹中心,螺旋测微器的示数如图乙所示。已知双缝的间距为0.5 mm,从双缝到屏的
距离为1 m,则图乙中螺旋测微器的示数是 mm,求得相邻亮纹的间距Δx为 mm,所测光波的波长为 m(波长的结果保留两位有效数字)。
答案(1)CD (2)13.870 1.320 6.6×10-7
一、光的干涉1.定义:在两列光波的叠加区域,某些区域的光被 ,出现亮纹,某些区域的光被 ,出现暗纹,且 和 互相间隔的现象叫作光的干涉现象。 2.条件:两列光的 ,且具有恒定的相位差,才能产生稳定的干涉现象。
3.双缝干涉:由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是__________ 的相干光,屏上某点到双缝的路程差是 处出现亮条纹;路程差是半波长的 处出现暗条纹。相邻的明条纹(或暗条纹)之间距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝距离l的关系为 。
4.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂液薄膜) 反射的光相遇而形成的。图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度 。
二、光的衍射1.发生明显衍射的条件:只有当障碍物的尺寸与光的波长 ,甚至比光的波长 的时候,衍射现象才会明显。
2.衍射条纹的特点:(1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较
(2)泊松亮斑(圆盘衍射):当光照到 (选填“透明”或“不透明”)的半径很小的小圆盘上时,在圆盘的阴影中心出现 (在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。
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、电磁波、电磁波谱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(1)电磁场在空间由近及远的传播,形成 。 (2)电磁波的传播不需要 ,可在真空中传播,在真空中不同频率的电磁波传播速度 (都等于光速)。 (3)不同频率的电磁波,在同一介质中传播,其速度是不同的,频率越高,波速越 。 (4)v=λf,f是电磁波的频率。
3.电磁波的发射(1)发射条件: 电路和 信号,所以对要传输的信号进行调制。 (2)调制方式①调幅:使高频电磁波的 随信号的强弱而变。 ②调频:使高频电磁波的 随信号的强弱而变。
4.无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率 时,激起的振荡电流 ,这就是电谐振现象。 (2)使接收电路产生电谐振的过程叫作 。能够调谐的接收电路叫作 电路。 (3)从经过调制的高频振荡信号中“检”出调制信号的过程,叫作 。检波是 的逆过程,也叫作解调。
5.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,光速与光源、观测者间的相对运动 关系。 2.相对论的质速关系(1)物体的质量随物体速度的增大而 ,物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系:m= 。 (2)物体运动时的质量总要 静止时的质量m0。
1.判断下列说法的正误。(1)太阳光通过三棱镜形成彩色光谱,这是光的干涉的结果。( )(2)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。( )(3)光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象。( )(4)均匀变化的磁场产生均匀变化的电场,场向外传播便形成了电磁波。( )(5)光速不变原理指出,光在真空中的传播速度在不同惯性参考系中都是相同的。( )
2.用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹,在光源与单缝之间加上红色滤光片后( )A.干涉条纹消失B.彩色条纹中的红色条纹消失C.中央条纹变成暗条纹D.中央条纹变成红色
答案 D解析 当用白光做干涉实验时,频率相同的色光,相互叠加干涉,在光屏上形成彩色条纹,中央形成白色的亮条纹;当在光源与单缝之间加上红色滤光片后,只有红光能通过单缝,然后通过双缝后相互叠加干涉,在光屏上形成红色干涉条纹,光屏中央为加强点,所以中央条纹变成红色亮条纹,D正确。
3.(多选)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
答案 ABC 解析 电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s,与电磁波的频率无关,A项正确;周期性变化的电场产生周期性变化的磁场,周期性变化的磁场又产生周期性变化的电场,它们相互激发向周围传播,就形成了电磁波,B项正确;电磁波是横波,因此其电场强度和磁感应强度均与传播方向垂直,C项正确;光是电磁波,利用光纤对光的全反射可以传播信息,D项错误。
4.(新教材人教版选择性必修第一册P94T3改编)在双缝干涉实验中,光屏上某点P到双缝S1和S2的距离差为7.5×10-7 m,如果用波长2.5×10-7 m的光照射双缝,试通过计算分析P点出现的是亮条纹还是暗条纹。
答案亮条纹解析因为距离差是波长的3倍,因此P点出现亮条纹。
1.光的双缝干涉现象(1)明暗条纹的判断方法①如图所示,光源S1、S2发出的光到屏上P点的路程差r2-r1=kλ(k=0,1,2,…)时,光屏上出现明条纹。②光的路程差r2-r1=(2k+1) (k=0,1,2,…)时,光屏上出现暗条纹。(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。
2.薄膜干涉(1)如图所示,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。
(2)明、暗条纹的判断①在P1、P2处,两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍,即Δr=nλ(n=0,1,2,…),薄膜上出现明条纹。②在Q处,两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍,即Δr=(2n+1) (n=0,1,2,…),薄膜上出现暗条纹。
(3)薄膜干涉的应用干涉法检查平面如图所示,两板之间形成一楔形空气膜,用单色光从上向下照射,如果被检平面是平整光滑的,我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹;若被检平面不平整,则干涉条纹发生弯曲。
【典例1】 如图所示,在双缝干涉实验中,S1和S2为双缝,P是光屏上的一点,P点与S1和S2距离之差为2.1×10-6 m,已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为4×10-7 m;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,cs 37°=0.8);分别用A、B两种单色光做双缝干涉实验,问P点处将出现亮条纹还是暗条纹?
1.(多选)(2017全国卷Ⅱ)在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是( )A.改用红色激光B.改用蓝色激光C.减小双缝间距D.将屏幕向远离双缝的位置移动E.将光源向远离双缝的位置移动
答案ACD 解析设双缝间的距离为d,屏幕离双缝间的距离为L,两相邻亮条纹的间距为Δx,照射光的波长为λ,由 可知,要增大两相邻条纹的间距,可以改用红光或减小双缝间距或将屏幕向远离双缝的位置移动,故选项A、C、D正确,选项B错误;将光源向远离双缝的位置移动,屏幕和双缝间的距离保持不变,所以两相邻亮条纹的间距不变,故选项E错误。
2.(多选)(2020浙江宁波期中)利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度。如图甲所示,现使透明标准板M和待检工件N间形成一楔形空气薄层,并用单色光照射,可观察到如图乙所示的干涉条纹,条纹的弯曲处P和Q对应于A和B处,下列判断中正确的是( )A.N的上表面A处向上凸起B.N的上表面B处向上凸起C.条纹的c、d点对应处的薄膜厚度相同D.条纹的d、e点对应处的薄膜厚度相同
答案 BC 解析 薄膜干涉是等厚干涉,即明条纹处空气膜的厚度相同。条纹的c、d点在同一条纹上,故c、d点对应处的薄膜厚度相同,从弯曲的条纹可知,A处检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同,知A处凹陷,B处检查平面右边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同,知B处凸起,故A错误,B正确;由图可知,c、d在同一条纹上,则条纹的c、d点对应处的薄膜厚度也相同,C正确;d、e点不在同一条纹上,所以对应的薄膜厚度不同,D错误。
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.光的偏振(1)自然光与偏振光的比较
(2)偏振光的应用:加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。
3.(2019江苏卷)将两支铅笔并排放在一起,中间留一条狭缝,通过这条狭缝去看与其平行的日光灯,能观察到彩色条纹,这是由于光的 (选填“折射”“干涉”或“衍射”)。当缝的宽度 (选填“远大于”或“接近”)光波的波长时,这种现象十分明显。
答案衍射 接近解析眼睛通过平行于日光灯的狭缝看到彩色条纹属于光的衍射现象;狭缝的宽度接近或远小于光的波长时衍射现象更明显。
4.(2019北京卷)利用图1所示的装置(示意图),观察光的干涉、衍射现象,在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是( )A.甲对应单缝,乙对应双缝B.甲对应双缝,乙对应单缝C.都是单缝,甲对应的缝宽较大D.都是双缝,甲对应的双缝间距较大
答案 A解析 单缝衍射条纹中间亮条纹最宽、最亮,双缝干涉条纹中央亮条纹与两侧亮条纹等宽、等亮,由此可以判断甲一定为单缝、乙一定为双缝,故只有选项A正确。
5.(多选)如图所示,偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向。下列四种入射光束中,能在P的另一侧观察到透射光的是( )A.太阳光B.沿竖直方向振动的光C.沿水平方向振动的光D.沿与竖直方向成45°角方向振动的光
答案 ABD 解析 偏振片只让沿某一方向振动的光通过,当偏振片的透振方向与光的振动方向不同时,透射光的强度不同,它们平行时最强,而垂直时最弱(没有透射光)。太阳光是自然光,光波在垂直于光的传播方向的平面内沿任意方向振动,所以在P的另一侧能观察到透射光;沿竖直方向振动的光,振动方向与偏振片的透振方向相同,可以看到透射光;沿水平方向振动的光,其振动方向与透振方向垂直,看不到透射光;沿与竖直方向成45°角方向振动的光,其振动方向与透振方向不垂直,仍可看到透射光。
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,如图所示。
(2)电磁波与机械波的比较
3.对狭义相对论的理解(1)惯性系:如果牛顿运动定律在某个参考系中成立,这个参考系叫作惯性系。相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。(2)光速的大小与选取的参考系无关。(3)狭义相对论认为物体的质量m与物体的速度v有关,其关系式为4.相对论质能关系用m表示物体的质量,E表示它具有的能量,则爱因斯坦质能方程为E=mc2。
6.(2020浙江高三月考)近场通信是一种短距高频的无线电技术,其主要结构就是线圈和电容组成的类似LC振荡电路的并联谐振电路,其终端有主动、被动和双向三种模式,最常见的被动模式广泛应用于公交卡、门禁卡、校园一卡通等,刷卡时,电路发生电谐振,给电容器充电,达到一定电压后,在读卡设备发出的射频场中响应,被读或写入信息。下列说法正确的是( )A.LC电路的电容器在充电时,电流增大B.如果增大LC电路中电容器两极板间距离,振荡周期将增大C.LC电路中,电容器充电时,线圈中自感电动势增大D.电磁波发射时,使电磁波随各种信号而改变的技术叫电谐振
答案 C解析 LC电路的电容器在充电时,电流减小,故A错误;增大LC电路中电容器两极板间距离,电容器的电容会变小,根据T=2π 可知,LC电路的振荡周期将减小,故B错误;LC电路中,电容器充电时,电流减小得越来越快,线圈中的自感电动势增大,故C正确;电磁波发射时,使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制,故D错误。
7.测温枪是通过传感器接收红外线,得出感应温度数据,使用时只要将测温枪靠近皮肤表面,修正皮肤与实际体温的温差便能准确显示体温,下列说法正确的是( )A.测温枪利用的红外线也可用于杀菌消毒B.红外线是波长比紫外线长的电磁波C.红外线的穿透能力很强,接受红外线照射是会伤害身体的D.红外线的频率大于X光的频率
答案 B解析 紫外线可用于杀菌消毒,红外线具有热效应,故A错误;由电磁波谱可知,红外线是波长比紫外线长的电磁波,故B正确;红外线的热作用很强,接受红外线照射是不会伤害身体的,故C错误;由电磁波谱可知,红外线的频率小于X光的频率,故D错误。
8.(多选)(2017江苏卷)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟,飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢,下列说法正确的有( )A.飞船上的人观测到飞船上的钟较快B.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢C.地球上的人观测到地球上的钟较快D.地球上的人观测到地球上的钟较慢
答案 AC 解析根据相对论,运动的时钟变慢,这是一种观测效应。结合运动的相对性,故飞船上的人观测到地球上的钟变慢,认为飞船上的钟变快。地球上的人观测到飞船上的钟变慢,认为地球上的钟变快。
9.(多选)下列说法正确的是( )A.偏振光可以是横波也可以是纵波B.光从空气射入水中时,频率保持不变C.若观察者逐渐远离波源,则所接收到的波的频率小于波源的频率D.电磁波谱中γ射线的波长最长E.光学镜头上的增透膜是利用了光的干涉现象
答案 BCE 解析 光的本质是电磁波,都属于横波,也只有横波才能发生偏振现象,故A错误;光的频率由光源的频率决定,与介质无关,故B正确;由多普勒效应原理可知,观察者与波源相对远离时,所接收到的波的频率小于波源的频率,故C正确;电磁波谱中γ射线的频率最大,故波长最短,故D错误;光学镜头上的增透膜是利用了薄膜干涉原理,故E正确。
一、注意事项1.调节双缝干涉仪时,要注意调节光源的高度,使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。2.放置单缝和双缝时,缝要相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上。3.调节测量头时,应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐,记清此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐,记下此时手轮上的读数,两次读数之差就表示这两个条纹间的距离。4.不要直接测Δx,要测几个条纹的间距,计算得Δx,这样可以减小误差。5.白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外边。
二、误差分析1.双缝到屏的距离l的测量存在误差。2.测条纹间距Δx带来的误差如下:(1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度。(2)误认为Δx为亮(暗)条纹的宽度。(3)分划板刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于条纹中心。(4)测量多条亮条纹间的距离时读数不准确,此间距中的条纹数未数清。
【典例2】 (2019全国卷Ⅱ)某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时,接通电源使光源正常发光:调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题:
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可 ; A.将单缝向双缝靠近B.将屏向靠近双缝的方向移动C.将屏向远离双缝的方向移动D.使用间距更小的双缝(2)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx,则单色光的波长λ= ; (3)某次测量时,选用的双缝的间距为0.300 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为 nm(结果保留3位有效数字)。
规律方法用双缝干涉测光的波长问题的解决方法明确双缝干涉条纹间距公式Δx= λ中各物理量的意义,其中Δx是相邻两条亮条纹(或暗条纹)的中心间距,d是双缝之间的距离,l是双缝到屏的距离,λ为光的波长。
【典例3】 (2020山东青岛高三一模)某实验小组在用双缝干涉测光的波长的实验中,将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上,如图甲所示。双缝间距d=0.20 mm,测得屏与双缝间的距离L=500 mm。然后,接通电源使光源正常工作:
(1)某同学在测量时,转动手轮,在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准亮条纹A的中心,如图乙所示,则游标卡尺的读数为 cm;然后他继续转动手轮,使分划板中心刻线对准亮条纹B的中心,若游标卡尺的读数为1.67 cm,此时主尺上的 cm刻度与游标尺上某条刻度线对齐;入射光的波长λ= m; (2)若实验中发现条纹太密,可采取的改善办法有 (写一条即可)。
答案(1)1.11 3.2×10-7 (2)减小双缝间距d(或者增大双缝到干涉屏的距离L)
规律方法熟记求解相邻两条亮条纹(或暗条纹)间的距离的公式Δx=中各物理量的意义。a1是使分划板的中心刻线对齐某条亮纹的中央时记下的手轮上的读数,将该条纹记为第1条亮纹,a2是转动手轮,使分划板中心刻线移动至另一条亮纹的中央时记下的手轮上的读数,并将该条纹记为第n条亮纹。
10.(2020山东济南高三二模)如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图,现要利用这套装置来测量某种单色光的波长。
(1)装置示意图中有三个电学元件的名称空缺,关于它们的说法正确的是 。 A.①是双缝,③是滤光片 B.②是双缝,③是单缝 C.②是单缝,③是双缝(2)用20分度的游标卡尺测量双缝间距如图乙所示,双缝间距d= mm。
(3)图丙为实验得到的干涉条纹,用测量头测出了第1条和第6条亮纹中心间的距离为Δx,已知双缝到光屏的距离为l,则所测单色光波长的计算式为λ= (用题中所给的字母表示)。
解析(1)为获取单色线光源,光源后面要有滤光片、单缝、双缝,则①是滤光片,②是单缝,③是双缝,故AB错误,C正确。(2)游标卡尺读数d=0.2 cm+1×0.05 mm=2 mm+0.05 mm=2.05 mm
11.(2020山东省实验中学高三模拟)利用如图甲所示装置研究双缝干涉现象,安装好仪器,调整光源的位置,使光源发出的光能平行地进入遮光筒并照亮光屏。放置单缝和双缝,使缝相互平行,调整各部件的间距,观察白光的双缝干涉图样,在光源和单缝间放置滤光片,使单一颜色的光通过后观察单色光的双缝干涉图样。用米尺测出双缝到屏的距离L,用测量头测出相邻的两条亮(或暗)纹间的距离Δx,换用不同颜色的滤光片,观察干涉图样的异同,并求出相应的波长。
(1)(多选)关于该实验,下列说法正确的是 (填正确选项标号)。 A.增大单缝到双缝的距离,干涉条纹间距变窄B.将蓝色滤光片换成红色滤光片,干涉条纹间距变窄C.换一个两缝之间距离较大的双缝,干涉条纹间距变窄D.去掉滤光片后,将观察到彩色的干涉条纹
(2)实验装置中分划板与螺旋测微器相连,第一次分划板中心刻度线对齐第1条亮纹中心,螺旋测微器读数为1.990 mm,转动手轮第二次分划板中心刻度线对齐第10条亮纹中心,螺旋测微器的示数如图乙所示。已知双缝的间距为0.5 mm,从双缝到屏的
距离为1 m,则图乙中螺旋测微器的示数是 mm,求得相邻亮纹的间距Δx为 mm,所测光波的波长为 m(波长的结果保留两位有效数字)。
答案(1)CD (2)13.870 1.320 6.6×10-7
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