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(课标通用)2021高考物理一轮复习 14 波与相对论 第四节 光的波动性 电磁波 相对论课件

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文档简介:

14波与相对论[选修3-4]第四节光的波动性电磁波相对论知识架构答案1.频率相位差(2k+1)λ2白色Ldλ最亮最宽亮斑较大亮斑很小2.3×108m/s干涉无线电波可见光基础自测判断正误(1)只有频率相同的两列光波才能产生干涉.()(2)在双缝干涉实验中,双缝的作用是使白光变成单色光.()(3)当光照到不透明的半径很小的圆盘上时也会产生衍射现象.()(4)颜色不同的光可以发生干涉现象.()(5)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.()(6)太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光.()(7)横波、纵波都能发生偏振现象.()(8)当振动情况完全相同的两个光源与屏上某点的距离之差等于0时,出现亮条纹.()(9)阳光在水面的反射光是偏振光.()(10)电场周围一定存在磁场,磁场周围一定存在电场.()(11)无线电波不能发生干涉和衍射现象.()(12)波长不同的电磁波在本质上完全不同.()(13)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的.()(14)电磁波的传播需要介质.()(15)电谐振就是电磁振荡中的“共振”.()(16)若物体能量增大,则它的质量增大.()答案:(1)√(2)×(3)√(4)×(5)×(6)√(7)×(8)√(9)√(10)×(11)×(12)×(13)×(14)×(15)√(16)√考点突破1.光的干涉(1)产生明、暗条纹的判断方法(S1、S2为两个相同的光源)图14-4-1①如图14-4-1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,光屏上出现亮条纹.②光的路程差r2-r1=(2k+1)λ2(k=0,1,2,„)时,光屏上出现暗条纹.(2)双缝干涉①单色光:中央为亮条纹,两侧为明暗相间、等间距的条纹.②白光:中央为白色亮条纹、两侧为彩色条纹.③条纹间距公式:Δx=ldλ,利用双缝干涉实验可测量光波的波长.(3)薄膜干涉①如图14-4-2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.图14-4-2②光照射到薄膜上时,在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来,形成两列频率相同的光波,并且叠加.③单色光:在薄膜上出现明暗相间的水平条纹.a.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=1,2,3,„),薄膜上出现亮条纹,如在P1、P2处.b.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)λ2(n=0,1,2,3,„),薄膜上出现暗条纹,如在Q处.④白光:薄膜上出现水平彩色条纹.(4)薄膜干涉的应用图14-4-3干涉法检查平面如图14-4-3所示,两板之间形成一楔形空气膜,用单色光从上向下照射,如果被检查平面是平整光滑的,会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹;若被检查平面不平整,则干涉条纹发生弯曲.2.三种衍射图样的特点(1)单缝衍射①单色光:中央为亮且宽的条纹,两侧为明暗相间的条纹,且越靠外,亮条纹的亮度越弱,宽度越小;中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝的宽度有关,入射光的波长越长,单缝越窄,中央亮条纹的宽度及条纹间距就越宽.②白光:中央为亮且宽的白色条纹,两侧为亮度逐渐变暗、宽度逐渐变窄的彩色条纹,其中最靠近中央的色光是紫光,离中央最远的是红光.(2)圆孔衍射①单色光:中央是大且亮的圆形亮斑,周围分布着明暗相间的同心圆环,且越靠外,圆形亮条纹的亮度越弱,宽度越小;中央圆形亮斑的大小与入射光的波长及圆孔大小有关,入射光的波长越长,圆孔越小,中央亮斑的直径越大;亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而减小.②白光:中央是大且亮的白色亮斑,周围是彩色的同心圆环.(3)圆盘衍射——泊松亮斑图样中央有个亮斑——泊松亮斑,周围分布着明暗相间的同心圆环,而且背景是明亮的;亮环或暗环的间距随圆盘半径的增大而减小.3.光的干涉和衍射的比较【典例1】(2017年高考·课标全国卷Ⅱ)(多选)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【解析】据Δx=ldλ可知改用红色激光、减小双缝间距、屏幕向远离双缝的位置移动可增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,故选ACD.【答案】ACD变式训练1(2019年信阳月考)如图14-4-4所示的4种明暗相间的条纹,分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器和同一单缝衍射仪器形成的图样(灰黑色部分表示亮条纹).则属于蓝光的干涉图样的是()图14-4-4解析:双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹,所有亮条纹宽度相同且等间距,根据双缝干涉条纹间距Δx=ldλ可知,波长λ越大,Δx越大,故左边第一个是红光的,第三个是蓝光的.单缝衍射条纹是中间明亮且宽大,越向两侧宽度越小越暗,而波长越大,中央亮条纹越宽,故从左向右依次是红光(双缝干涉)、蓝光(单缝衍射)、蓝光(双缝干涉)和红光(单缝衍射).由以上分析可知,A、B、D错误,C正确.答案:C变式训练2劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图14-4-5甲所示,在两块平板玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜,当光垂直入射后,从上往下看到的干涉条纹如图14-4-5乙所示,干涉条纹有如下特点:(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等;(2)任意相邻两条明条纹所对应的薄膜厚度差恒定,现若在图甲装置中抽去一张纸片,则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后,从上往下观察到的干涉条纹()图14-4-5A.变疏B.变密C.不变D.消失解析:撤去一张纸后劈形空气的薄膜的劈度减缓,相同水平距离上,劈度厚度变化减小,以致波程变化减小,条纹变宽,条纹数量变少(变疏),故A正确.答案:A1.偏振光的产生方式(1)自然光通过起偏器:通过两个共轴的偏振片观察自然光,第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光,叫起偏器.第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光,叫检偏器.(2)自然光射到两种介质的交界面上,如果光入射的方向合适,使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时,反射光和折射光都是偏振光,且偏振方向相互垂直.2.偏振光的理论意义及应用(1)理论意义:光的偏振现象说明了光波是横波.(2)应用:照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等.3.自然光和偏振光的比较自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿任意方向,且沿各个方向振动的光的强度相同在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿特定方向【典例2】(2019年河南商丘模拟)(多选)一段时间以来,“假奶粉事件”闹得沸沸扬扬,奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要的指标,可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度,从而鉴定含糖量.偏振光通过糖的水溶液后,偏振方向会相对传播方向向左或向右旋转一个角度α,这一角度α称为“旋光度”,α的值只与糖溶液的浓度有关,将α的测量值与标准值进行比较,就能确定被测样品的含糖量.如图14-4-6所示,S是自然光源,A、B是偏振片,转动B,使到达O处的光最强,然后将被测样品P置于A、B之间,则下列说法正确的是()图14-4-6A.到达O处光的强度会明显减弱B.到达O处光的强度不会明显减弱C.将偏振片B转动一个角度,使得O处光强度最大,偏振片B转过的角度等于αD.将偏振片A转动一个角度,使得O处光强度最大,偏振片A转过的角度等于α【解析】因为A、B的透振方向一致,故A、B间不放糖溶液时,自然光通过偏振片A后变成偏振光,通过偏振片B后到达O处.当在A、B间加上糖溶液时,由于糖溶液的旋光作用,使通过A的偏振光的振动方向转动了一定角度,使通过B到达O的光的强度会明显减弱,A正确,B错误;但当B转过一个角度,恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光的振动方向一致时,O处光强又为最强,则B的旋转角度等于糖溶液的旋光度α,C正确;若偏振片B不动,而将A旋转一个角度,使得O处光强度最大,则经糖溶液旋光后光的振动方向恰与B的透振方向一致,即A转过的角度等于α,D正确.【答案】ACD变式训练3(多选)如图14-4-7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()图14-4-7A.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°角振动的光解析:沿竖直方向振动的光能透过偏振片P,能在另一侧观察到透射光,太阳光是自然光,各个方向振动的光都有,因此有竖直方向振动的光,A、B正确.沿水平方向振动的光与偏振片的透振方向相互垂直,不能透过,C错误.沿与竖直方向成45°角振动的光也能透过偏振片P,但透过的光较少,能在P的另一侧观察到透射光,D正确.答案:ABD变式训练4如图14-4-8所示,白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q,A点位于P、Q之间,B点位于Q右侧.旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是()图14-4-8A.A、B均不变B.A、B均有变化C.A不变,B有变化D.A有变化,B不变解析:白炽灯光包含向各方向振动的光,且各个方向振动的光的强度相等,所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同,故A点光的强度不变;白炽灯光经偏振片P后变为偏振光,当P旋转时,只有与Q的偏振方向一致时才有光透过,因此B点的光强有变化,选项C正确.答案:C1.实验原理单色光通过单缝后,经双缝产生稳定的干涉图样,图样中相邻两条亮(暗)纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ之间满足λ=dΔxl.2.实验步骤(1)观察干涉条纹①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上.如图14-4-9所示.图14-4-9②接好光源,打开开关,使灯丝正常发光.③调节各器件的高度,使光源发出的光能沿轴线到达光屏.④安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝的缝平行,二者间距约5~10cm,这时,可观察白光的干涉条纹.⑤在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹.(2)测定单色光的波长①安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹.②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央,记下手轮上的读数a1,将该条纹记为第1条亮纹;转动手轮,使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央,记下此时手轮上的读数a2,将该条纹记为第n条亮纹.③用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的).④改变双缝间的距离d,双缝到屏的距离l,重复测量.3.数据处理(1)条纹间距Δx=a2-a1n-1.(2)波长λ=dlΔx.(3)计算多组数据,求λ的平均值.4.注意事项(1)安装时,注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上,并使单缝、双缝平行且间距适当.(2)光源灯丝最好为线状灯丝,并与单缝平行且靠近.(3)调节的基本依据是:照在光屏上的光很弱,主要原因是灯丝与单缝、双缝,测量头与遮光筒不共轴所致,干涉条纹不清晰一般原因是单缝与双缝不平行所致,故应正确调节.【典例3】在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图14-4-10),并选用缝间距d=0.2mm的双缝屏.从仪器注明的规格可知,像屏与双缝屏间的距离L=700mm.然后,接通电源使光源正常工作.图14-4-10图14-4-11(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50分度.某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,第1次映入眼帘的干涉条纹如图14-4-11(a)所示,图14-4-11(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号,此时图14-4-11(b)中游标尺上的读数x1=1.16mm;接着再转动手轮,映入眼帘的干涉条纹如图14-4-11(c)所示,此时图14-4-11(d)中游标卡尺上的读数x2=W.(2)利用上述测量结果,经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx=mm;这种色光的波长λ=nm.【解析】(1)由游标卡尺的读数规则可知x2=15.0mm+1×0.02mm=15.02mm;(2)图(a)中暗纹与图(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