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2019年高考物理人教版一轮复习第13章机械振动与机械波 光 电磁波与相对论:第13章 第4讲光的波动性 电磁波 相对论

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 第 十三 章

机械振动与机械波 光 电磁波与相对论

   第4讲 光的波动性 电磁波 相对论
1      知识梳理自测

2      核心考点突破

3      2年高考模拟
知识梳理自测
      •光的干涉 
•  1.产生条件
•  两列光的频率________ 相同,振动方向相同   ________,且具有
恒定的相位差,才能产生稳定的干涉图样。
•  2.两种典型的干涉
•  (1)杨氏双缝干涉。
•  ①原理如图所示。
•  ②明、暗条纹的条件。
•  (Ⅰ)单色光:形成明暗相间______________ 的条纹,中央为明条
纹。                   Kλ 

•  a.光的路程差Δr=r2-r1=________(k=0,1,2,…),
光屏上出现明条纹。         彩色                 白色 

•  b.光的路程差Δr=r2-r1=________(k=0,1,2,…),

光屏上出现暗条纹。
•  (Ⅱ)白光:光屏上出现________条纹,且中央亮条纹是
________(填写颜色)。
•  ③相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距公式:Δx=
________。
•  (2)薄膜干涉。
•  ①相干光:光照射到透明薄膜上,从薄膜的两个表面反射
____________的两列光波。
•  ②图样特点:同双缝干涉,同一条亮(或暗)纹对应薄膜厚度 
的________相等。单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹
,白光照射薄膜时,形成彩色条纹。
      •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相差不多 
长____________还小,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。单缝衍射       圆孔衍射
                      ①中央是大且亮的圆形亮斑,
     中央为亮且宽的条纹          明暗相间 
       明暗相间           周围分布着__________的同
     ,两侧为                         越弱      越小 
                      心圆环,且越靠外,圆形亮条
      越小       越弱
单色   _____ _____的条纹       越小 
                      纹的亮度______,宽度
 光   ,且越靠外,亮条纹
                      _______
     的亮度________逐渐变暗 ,宽
       逐渐变窄           ②亮环或暗环间的距离随圆孔
     度________                 同心圆环 
                      半径的增大而________
     中央为亮且宽的白色
     条纹,两侧为亮度
     __________、宽度    中央是大且亮的白色亮斑,周
白光   __________的彩色    围是不等间距的彩色的
     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)泊松亮斑(圆盘衍射):
•  当光照射到不透明的半径很小的小圆盘____________________ 上时,在
圆盘的阴影中心出现亮斑     ________(在阴影外还有不等间距的明
暗相间的圆环)。
      •光的偏振 
•  1.偏振现象
•  横波只沿某一特定方向____________ 振动,称为波的偏振现象
。
•  2.自然光
                 强度 
•  若光源发出的光,包含着在垂直于光传播方向上沿一切
方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波的________都
相同,这种光叫自然光。
•  3.偏振光
•  在垂直于光传播方向的平面上,只沿一个特定方向          _________振
动的光,叫偏振光。
•  例如:自然光通过偏振片后,就得到了偏振光。见示意
图。
      •电磁波与相对论 
•  1.电磁波的产生
•  (1)麦克斯韦电磁场理论
              电场
•  变化的磁场产生________     ,变化的电场产生磁场    ________
。
•  (2)电磁场
•  变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的
整体,这就是电磁场。
•  (3)电磁波
•  电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波。
•  ①电磁波是横波,在空间传播不需要       ________介质;
                  3.0×108 
•  ②真空中电磁波的速度为___________m/s;
               同样适用 
•  ③v=λf对电磁波______________。
                      干涉 
•  ④电磁波能产生反射、折射、________和衍射等现象。
•  2.电磁波的发射和接收
•  (1)发射电磁波的条件
•  ①要有足够高的振荡频率____________ 。
          开放
•  ②电路必须________   ,使振荡电路的电场和磁场分散到
         调幅
尽可能大的空间。 
•  (2)调制有________和调频两种方式,解调是调制的逆
                            无线电波 
过程。
•  (3)电磁波谱
•  ①定义:按电磁波的波长从长到短分布是___________
、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线,形成电磁波
谱;递变规律:直线传播能力增强,衍射能力减弱。
•  ②电磁波谱的特性、应用
 电磁波
                 特性                 应用
   谱
 红外线           ________热效应        红外线遥感
         化学效应、__________、
 紫外线             荧光效应           医用消毒、防伪
                能杀菌
 X射线           贯穿性强             检查、医用透视
                               工业探伤、医用治
 γ射线          贯穿本领最强
                                     疗
•  3.狭义相对论
•  (1)狭义相对论的两个基本假设
                                          相同
•  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。
                                        相同
•  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没有
关系。
•  (2)相对论的质速关系

•  ①物体的质量随物体速度的增加而增大,物体以速度v运

                   大于
动时的质量m与静止时的质量          m0之间有如下关系:m=

____________。
  mc2

•  ②物体运动时的质量m总要________静止时的质量m0。
•  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=________。
•  思维诊断:
•  (1)光的颜色取决于折射率×      。(  )
•  (2)只有频率相同的两列光波才能产生干涉。√            (  )
•  (3)在双缝干涉实验中,双缝的作用是使白光变成单色光×
。(  )                                   ×
•  (4)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。(  )
                           ×
•  (5)自然光是偏振光。(  )
                            ×
     电场周围一定存在磁场,磁场周围一定存在电场。                    
•  (6)                          ×           (
)
•  (7)无线电波不能发生干涉和衍射现象。(  )
•  (8)波长不同的电磁波在本质上完全不同。(  )
•  (9)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的。(  )
 AD 


• [解析] 干涉、衍射是波特有的现象,A正确;障碍物尺
寸比波长小或与波长差不多才能发生明显的衍射现象,B错
误;两列频率相同的波叠加才能产生稳定的干涉图样,C错
误,D正确。
                                         D 


•  [解析] 波发生明显衍射现象的条件是:孔、缝的宽度
或障碍物的尺寸与波长相比差不多或比波长更短。由于无线
电波的波长比较大,和楼房的线度相近,远大于光波的波长
,故无线电波相对于建筑墙体可以发生明显的衍射现象,而
光波相对于建筑墙体无法发生明显的衍射现象,故只有D正
确。
AD 

BDE 

核心考点突破
       •光的干涉、衍射及偏振 
•  1.双缝干涉与单缝衍射的比较:
    内容            干涉                衍射
             在光叠加区域出现        光绕过障碍物偏离直线
    现象
             加强或减弱的现象        传播的现象
             两束光频率相同、        障碍物或孔的尺寸与波
  产生条件
             相位差恒定           长差不多或更小
                             单缝衍射(圆孔衍射、
  典型实验         杨氏双缝干涉
                                  圆盘衍射)
      条纹宽                    条纹宽度不等、中央最
               条纹宽度相等
图       度                            宽
   不
样     条纹间    各相邻条纹间距相
   同                         各相邻条纹间距不等
特       距          等
   点
点     亮度情    清晰条纹,亮度基        中央条纹最亮,两边变
        况         本相等                暗
             干涉、衍射都是波特有的现象;干涉、衍
   相同点
             射都有明暗相间的条纹
•  2.自然光和偏振光的比较:自然光(非偏振光)         偏振光
 光的来                         自然光通过起偏器后
          直接从光源发出的光
   源                               的光
        在垂直于光的传播方向
                            在垂直于光的传播方
 光的振    的平面内,光振动沿任
                            向的平面内,光振动
 动方向    意方向,且沿各个方向
                            沿特定方向
        振动的光的强度相同
•  特别提醒:(1)从本质上讲,衍射条纹的形成与干涉条纹
的形成具有相似的原理,衍射条纹可以认为从单缝通过多列
频率相同的光波在屏上叠加形成的干涉图样。
•  (2)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,衍射现象说明只有在光的波长比障碍物小得多时
才可看作沿直线传播。
A 
•  [解析] 干涉图样条纹间的距离都是相等的,衍射图样
最中间的条纹最粗,向两旁依次变细,故A、C是干涉图样
,B、D是衍射图样;又由于蓝光波长较红光短,所以蓝光
形成的干涉图样条纹间的距离较小,所以A是蓝光形成的干
涉图样。

〔类题演练 1 〕


                              ABD 
•  [解析] 太阳光包含垂直传播方向向各个方向振动的光
,当太阳光照射P时能在P的另一侧观察到偏振光,故A正确
;沿竖直方向振动的光能通过偏振片,故B正确;沿水平方
向振动的光不能通过偏振片,因为它们已经相互垂直,故C
错误;沿与竖直方向成45°角振动的光也能通过偏振片,故
D正确。
〔类题演练 2 〕


                       BCE 

〔类题演练 3 〕


•  (1)已知A光在空气中的波长为6×10-7m
,问P点是亮条纹还是暗条纹?
•  (2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10
-7m,当B光从这种介质射向空气时,临界
•  (3)若让A光照射S    ,B光照射S    ,试分析光屏上能观察
角为37°,问P点是亮条纹还是暗条纹?1      2
到的现象。

•  (4)设光屏上O为到S1和S2路程相等的点,则B光在PO间
有几条暗纹?
•  答案:(1)暗条纹 (2)亮条纹 (3)见解析 (4)4条

•实验:用双缝干涉测光的波长 
•  3.实验步骤:
•  (1)安装仪器:


•  ①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。
•  ②接好光源,打开开关,使白炽灯正常发光。调节各部
件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。
•  ③安装单缝和双缝,中心位于遮光筒的轴线上,使双缝
和单缝的缝平行。

•  4.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。
•  特别提醒:(1)实验中滤光片的作用是获得单色光,要测
量某种单色光的波长,实验中必须使用滤光片。
•  (2)单缝相当于一个单色光光源,双缝相当于两个步调完
全一致的单色相干光源。
•  (1)将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学
元件,由左至右,表示各光学元件的字母排列顺序应为E      D     B     C、
_______、______、_______、A。
•  (2)本实验的步骤有:
•  ①取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度,使光束能直
接沿遮光简轴线把屏照亮;
•  ②按合理顺序在光具座上放置各光学元件,并使各元件
的中心位于遮光筒的轴线上;
•  ③用米尺测量双缝到屏的距离;
•  ④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间
                             单缝与双缝必须平行,其间距为5~10cm,保证光源、滤光片、
的距离。在操作步骤②时还应注意
单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上
_______________________________________________
________ _____________________________________
。
•  (3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐,将该
亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图甲所示。然后
同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对13.870 
齐,记下此时图乙中手轮上的示数为2.310       ________mm,求得相
邻亮纹的间距Δx为________mm。
•  (4)已知双缝间距d为2.0×10-4m,测得双缝到屏的距离l
                        6.6×102 
为0.700m,由计算式λ=________,求得所测红光波长为

__________nm。

•  [解析] (1)滤光片E是从白光中选出单色红光,单缝屏是

获取线光源,双缝屏是获得相干光源,最后成像在毛玻璃屏

上,所以排列顺序为C、E、D、B、A。(顺序不能交换)

•  (2)在操作步骤②时应注意的事项有:放置单缝、双缝时

,单缝、双缝间距离大约为5~10cm;使单缝与双缝相互平

行。

〔类题演练 4 〕
•  (1)保持缝到光屏的距离不变,换用不同间隙的双缝,双
缝的间隙越小,屏上明暗相间的条纹间距越大            ________(填“越大
”或“越小”);
• 越大(2) 保持双缝的间隙不变,光屏到缝的距离越大,屏上明
暗相间的条纹间距________(填“越大”或“越小”);
•  (3)在双缝的间隙和双缝与屏的距离都不变的条件下,用小
不同颜色的光做实验,发现用蓝色光做实验在屏上明暗相间
的条纹间距比用红色光做实验时_____ (填“大”或“小”);
•  (4)实验观察到光屏上呈现明暗相间的条纹,试运用波动
理论对明纹的形成予以解释。                   同一色光透过双缝的光形成相干光源,在光屏相遇,有的区域光振
•动加强,有的区域光振动减弱,光振动加强区域呈现明纹答:
_______________________________________________
______________ 
_______________________________________________
____________。

       •  电磁波与相对论 
•  对电磁波谱的四点说明
•  (1)波长不同的电磁波,表现出不同的特性。其中波长较
长的无线电波和红外线等,易发生干涉、衍射现象;波长较
短的紫外线、X射线、γ射线等,穿透能力较强。
•  (2)电磁波谱中,相邻两波段的电磁波的波长并没有很明
显的界线,如紫外线和X射线、X射线和γ射线都有重叠。
•  (3)不同的电磁波,产生的机理不同,无线电波是振荡电
路中自由电子的周期性运动产生的;红外线、可见光、紫外
线是原子的外层电子受到激发后产生的;X射线是原子的内
层电子受到激发后产生的;γ射线是原子核受到激发后产生
的。
•  (4)电磁波的能量随频率的增大而增大。
•  (1)X光机,D________。
•  (2)紫外线灯,C  ________。
•  (3)理疗医用“神灯”照射伤口,可使伤口愈合得较好。这
里的“神灯E  ”是利用________。
•  A.光的全反射             B.紫外线具有很强的荧光作
用
•  C.紫外线具有杀菌消毒作用            D.X射线的很强的贯
穿力
•  E.红外线具有显著的热效应            F.红外线波长较长,
易发生衍射
•  [解析] (1)X光机是用来透视人的体内器官的,因此需要
具有较强穿透力的电磁波,但又不能对人体造成太大的伤害
,因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大的伤害
的X射线,选择D。
•  (2)紫外线灯主要是用来杀菌的,因此它应用的是紫外线
的杀菌作用而非荧光作用,因此选择C。
•  (3)“神灯”又称红外线灯,主要是用于促进局部血液循环
,它利用的是红外线的热效应,使人体局部受热,血液循环
加快。因此选择E。
〔类题演练 5 〕
                                AD 


•  A.内窥镜是利用光的全反射原理制成的一种医疗设备
•  B.雷达是利用电磁波中的长波来测定物体位置的无线
电设备
•  C.肥皂泡在阳光下呈现彩色是光的折射现象
•  D.微波炉是利用微波使食物中的水分子热运动加剧,
温度升高
•  [解析] 光线在内窥镜中发生全反射,故内窥镜是利用
光的全反射原理制成的一种医疗设备,故A正确;雷达是利
用电磁波中的微波来测定物体位置的,故B错误;肥皂泡在
阳光下呈现彩色是光的干涉现象,故C错误;微波炉是利用
微波使水分子热运动加剧,温度升高,故D正确。
〔类题演练 6 〕

                                                         ABD 

2年高考模拟
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