2020版高考物理新创新一轮复习通用版讲义：第十四章第82课时　光的波动性　电磁波　相对论（双基落实课）

第82课时　光的波动性　电磁波　相对论(双基落实课)

点点通(一)　光的干涉

1．定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。

2．条件：两束光的频率相同、相位差恒定。

3．双缝干涉图样特点：单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹(如图)；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹。

 [小题练通]

1．(2018·北京高考)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

解析：选D　在光源与单缝之间加上红色滤光片后，只透过红光，屏上出现红光(单色光)的干涉条纹，D正确。

2．(粤教教材原题)下列现象中，属于光的干涉现象的是(　　)

A．肥皂泡上的彩色条纹

B．雨后天边出现彩虹

C．早晨东方的天边出现红色朝霞

D．荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮

解析：选A　肥皂泡上的彩色条纹属于干涉现象，雨后彩虹属于光的色散现象，朝霞属于光的折射现象，水珠晶莹透亮属于全反射现象，故只有A正确。

3．(教科教材原题)在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹。若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，这时可以观察到的现象是(　　)

A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失

B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在

C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮

D．屏上无任何光亮

解析：选C　只有频率相同的光才能发生干涉，形成稳定的干涉条纹，故A、B错误；屏上没有干涉条纹，但屏上仍有光亮，故C正确，D错误。

4.(鲁科教材原题)在如图所示的双缝干涉实验中，使用波长λ为600 nm的橙色光照射，在光屏中心P0点呈现亮条纹。若P0点上方的P点到S1、S2的路程差恰为λ，现改用波长为400 nm的紫光照射，则(　　)

A．P0和P都呈现亮条纹

B．P0为亮条纹，P为暗条纹

C．P0为暗条纹，P为亮条纹

D．P0和P都呈现暗条纹

解析：选B　由题意可知，PS2－PS1＝λ＝λ′，故当改用紫光照射时，光到P点的路程差为半波长的奇数倍，P变为暗条纹，P0仍为亮条纹，B正确。

 [融会贯通]

(1)只有频率相同(颜色相同)的光，相位差恒定时，才能发生干涉，形成稳定的干涉图样。

(2)光的干涉、衍射和光的色散都可以形成彩色条纹，但条纹的形状、条纹形成的原因是不相同的。

(3)光发生干涉时，路程差为半波长的偶数倍，则形成亮条纹；路程差为半波长的奇数倍，则形成暗条纹。

点点通(二)　光的衍射和光的偏振

1．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相差不多，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

(3)双缝干涉与单缝衍射图样对比：单色光的双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹宽度不均匀，中央条纹最宽，两边依次变窄。

2．光的干涉、衍射比较

3.光的偏振

(1)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，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，只沿着某个特定的方向振动的光。

(3)偏振光的形成

①让自然光通过偏振片形成偏振光。

②让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光都是偏振光。

(4)光的偏振现象说明光是一种横波。

 [小题练通]

1．(粤教教材原题)用点光源发出的光照射一个障碍物，在屏上形成的阴影的边缘部分模糊不清，产生的原因是(　　)

A．光的反射　　　　　　　　 B．光的折射

C．光的干涉  D．光的衍射

解析：选D　阴影的边缘部分模糊不清，是光的衍射造成的，故D正确。

2.(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同。观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列叙述中正确的是(　　)

A．这里应用的是光的衍射现象

B．这里应用的是光的干涉现象

C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗

D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细

解析：选AD　由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以是光的衍射现象，当抽制的丝变细的时候，丝的直径较接近激光的波长，条纹间距变宽，A、D正确。

3．(鲁科教材原题)将两个紧靠在一起的偏振片放在一盏灯的前面，此时没有光通过。如果将其中的一个偏振片逐渐旋转180°，在旋转过程中，将会产生的现象是(　　)

A．透过偏振片的光先增强，然后又减弱到零

B．透过偏振片的光先增强，然后减弱到非零的最小值

C．透过偏振片的光在整个过程中都增强

D．透过偏振片的光先增强，再减弱，然后又增强

解析：选A　开始时没有光通过，说明两偏振片的透振方向垂直，其中一个偏振片旋转180°的过程中，透过偏振片的光先增强然后又减弱到零，故A正确。

 [融会贯通]

(1)光遇到障碍物就会发生衍射，但只有在一定条件下才能发生明显的衍射现象。

(2)单缝衍射、圆孔衍射、圆板衍射会形成不同的衍射图样，要注意准确识别。

(3)偏振片只能让振动方向平行于透振方向的光通过。

点点通(三)　电磁场理论和电磁波

1．麦克斯韦电磁场理论

变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场。

2．电磁波

(1)变化的电场和变化的磁场在空间由近及远地向周围传播，形成电磁波。

(2)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度相同(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，波速越小。

(4)v＝λf，f是电磁波的频率。

(5)电磁波是横波，能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。

3．电磁波的发射

(1)发射条件：开放电路和足够高的振荡频率，为了利用电磁波传递信号，要对信号进行调制(调幅或调频)。

(2)调制方式

①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。

②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。

4．电磁波的接收

(1)当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这就是电谐振现象。

(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐。能够调谐的接收电路叫做调谐电路。

(3)从经过调制的高频电流中“检”出调制信号的过程，叫做解调。解调是调制的逆过程，也叫做检波。

5．电磁波谱

按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱叫做电磁波谱。

按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。它们的特性及典型应用如下：

[小题练通]

1．(多选)(2018·江苏高考)梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子在空中产生电磁波。该电磁波(　　)

A．是横波

B．不能在真空中传播

C．只能沿着梳子摇动的方向传播

D．在空气中的传播速度约为3×108 m/s

解析：选AD　电磁波是横波，传播方向与振动方向垂直，可以沿任意方向传播，既能在真空中传播，也能在介质中传播。电磁波在空气中的传播速度约为3×108 m/s，故选项A、D正确。

2．(粤教教材原题)下列磁感应强度B随时间t变化的图像中，能在磁场周围产生稳定电场的是(　　)

解析：选B　根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场周围才能产生稳定的电场，故B正确。

3．(多选)比较机械波和电磁波，下列结论中正确的是(　　)

A．它们都可发生反射、折射、干涉和衍射现象

B．它们在本质上是相同的，只是频率不同而已

C．机械波传播的速度由介质决定，电磁波的传播速度由频率决定

D．机械波的传播需要介质，电磁波可以在真空中传播

解析：选AD　机械波和电磁波本质是不同的，B错误；它们都可以发生反射、折射、干涉和衍射现象，A正确；机械波传播需要介质，而电磁波可以在真空中传播，D正确；机械波和电磁波的传播速度都和介质有关，C错误。

4．(鲁科教材原题)调谐电路的可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率电台发出的信号，要收到该电台的信号，应采用的方法是(　　)

A．增加调谐电路中线圈的圈数

B．加大电源电压

C．减少调谐电路中线圈的圈数

D．减小电源电压

解析：选C　根据f＝结合题意，要提高调谐电路的固有频率，需要减小L，故要减少电路中线圈的圈数，C正确。

 [融会贯通]

(1)变化的磁场产生电场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，只有均匀变化的磁场产生稳定的电场。

(2)电磁波和机械波既有本质的不同，又有相同的特性，要注意通过对比来进行区分。

(3)调谐电路也是一个LC振荡电路，固有周期T＝2π，固有频率f＝，可以通过改变电容或电感来调节其固有频率。

点点通(四)　狭义相对论的简单应用

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，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。

2．相对论的时空观

(1)运动的时钟变慢，Δt＝。

(2)运动的尺子变短，l＝l0。

 [小题练通]

1．惯性系S中有一边长为1的正方形，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞船上测得该正方形的图像是(　　)

解析：选C　根据相对论的时空观，沿高速运动方向即x方向物体的长度要变短，垂直于运动方向即y方向物体的长度不变，故从飞船上测得的正方形的图像应为C。

2．(粤教教材原题)相对于地球的速度为v的一飞船，要到离地球为5光年的星球上去。若飞船的宇航员测得该旅程为3光年，则v应为(　　)

A．　　　 　B．　　　 　C．　　　 　D．

解析：选D　根据l＝l0 ，得v＝c＝c，故D正确。

3．(教科教材原题)一飞船以0.95c的速率飞过地球上空时，在地球上测得它的长度是18 m。求此飞船的固有长度。

解析：根据l＝l0 ，得l0＝≈57.65 m。

答案：57.65 m