高考物理一轮复习 第十五章 光学 电磁波 相对论 2 光的波动性 电磁波 相对论课件.ppt

第2节光的波动性电磁波相对论 2 一 光的干涉1 定义 在两列光波的叠加区域 某些区域的光被加强 出现亮纹 某些区域的光被减弱 出现暗纹 且加强和减弱互相间隔的现象叫做光的干涉现象 2 条件 两列光的频率相等 且具有恒定的相位差 才能产生稳定的干涉现象 3 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频率相等的相干光 屏上某点到双缝的路程差是波长的整数倍处出现亮条纹 路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹 相邻的明条纹 或暗条纹 之间距离 x与波长 双缝间距d及屏到双缝距离l的关系为 x 4 薄膜干涉 利用薄膜 如肥皂液薄膜 前后表面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相同 4 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 1 单缝衍射和圆孔衍射图样的比较 5 6 2 泊松亮斑 圆盘衍射 当光照到不透明 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亮斑 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横波 7 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电场 变化的电场能够在周围空间产生磁场 2 电磁波 1 电磁场在空间由近及远的传播 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 f f是电磁波的频率 8 3 电磁波的发射 1 发射条件 开放电路和高频振荡信号 所以对要传输的信号进行调制 2 调制方式 调幅 使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变 调频 使高频电磁波的频率随信号的强弱而变 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相等时 激起的振荡电流最强 这就是电谐振现象 2 使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐 能够调谐的接收电路叫作调谐电路 3 从经过调制的高频振荡中 检 出调制信号的过程 叫做检波 检波是调制的逆过程 也叫做解调 9 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 可见光 紫外线 x射线 射线 10 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大而增大 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大于静止时的质量m0 3 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 11 1 请用麦克斯韦的电磁场理论说明电磁波是怎样产生的 提示麦克斯韦关于电磁场理论的主要论点 变化的磁场产生电场 变化的电场产生磁场 如果在空间某区域有不均匀变化的电场 那么这个变化的电场就在空间引起变化的磁场 这个变化的磁场又引起新的变化的电场 于是 变化的电场和变化的磁场交替产生 由近及远地向周围传播 这就产生了电磁波 2 通过阅读教材 归纳分析电磁波和机械波的波速各有什么特点 提示电磁波可以在真空中传播且波速一定 在介质中不同频率的电磁波的波速不同 而机械波不能在真空中传播 其波速由介质决定 与频率无关 12 考点一 考点二 考点三 考点一光的干涉现象的理解及应用 师生共研 1 光的双缝干涉现象 1 明暗条纹的判断方法 如图所示 光源s1 s2发出的光到屏上p点的路程差r2 r1 k k 0 1 2 时 光屏上出现明条纹 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 x 其中l是双缝到光屏的距离 d是双缝间的距离 是光波的波长 13 考点一 考点二 考点三 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 在p1 p2处 两个表面反射回来的两列光波的路程差 r等于波长的整数倍 即 r n n 0 1 2 薄膜上出现明条纹 在q处 两列反射回来的光波的路程差 r等于半波长的奇数倍 即 r 2n 1 n 0 1 2 薄膜上出现暗条纹 14 考点一 考点二 考点三 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 15 考点一 考点二 考点三 例1 多选 关于光学镜头增透膜 以下说法中正确的是 a 增透膜是为了减少光的反射损失 增加透射光的强度b 增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的c 增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的d 因为增透膜的厚度一般适合绿光反射时相互抵消 红光 紫光的反射不能完全抵消 所以涂有增透膜的镜头呈淡紫色e 涂有增透膜的镜头 进入的光线全部相互抵消 因此这种镜头的成像效果较好 答案 解析 16 考点一 考点二 考点三 例2 2016 四川成都模拟 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 已知p点与s1和s2距离之差为2 1 10 6m 今有a b两种单色光 已知a光在折射率为n 1 5的介质中波长为4 10 7m 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 临界角为37 sin37 0 6 cos37 0 8 现在空气中分别用a b两种单色光做双缝干涉实验 问p点是亮条纹还是暗条纹 若用a光照射时 把其中一条缝遮住 试分析光屏上能观察到的现象 17 考点一 考点二 考点三 解析 设a光在空气中波长为 1 在介质中波长为 2 1 n 2 1 5 4 10 7m 6 10 7m根据路程差 x 2 1 10 6m 由此可知 从s1和s2到p点的路程差 x是a光波长 1的3 5倍 所以p点为暗条纹 由此可知 b光在空气中波长 3为 18 考点一 考点二 考点三 可见 从s1和s2到p点的路程差 x是b光波长 3的4倍 用b光作光源 p点为亮条纹 遮住一条细缝 a光通过另一条缝会发生单缝衍射现象 光屏上仍出现明 暗相间的条纹 但中央条纹最宽最亮 两边条纹变窄变暗 答案 见解析 19 考点一 考点二 考点三 规律总结1 双缝干涉中亮暗条纹的分析步骤和注意问题 1 一般解题步骤 由题设情况依 空 n 介 求得光在真空 或空气 中的波长 由屏上出现亮 暗条纹的条件判断光屏上出现的是亮条纹还是暗条纹 根据亮条纹的判断式 r k k 0 1 2 或暗条纹的判断式 r 2k 1 k 0 1 2 判断出k的取值 从而判断条纹数 20 考点一 考点二 考点三 2 应注意的问题 空 n 介可以根据c 空 v 介 n 三个式子推导得到 两列光发生干涉的条件是两列光的频率相同 振动方向相同 相位差恒定 相干光的获得方法 a 将一束光分成两束而获得 此法称为分光法 b 利用激光 2 对薄膜干涉的两点理解 1 薄膜干涉是由于光在薄膜前后两个表面上反射的光引起的 一般来说 在不同厚度的薄膜上的光程差不同 所以同一厚度薄膜的两个表面反射的光发生干涉即形成同一条纹 2 薄膜干涉中条纹间距与厚度变化快慢有关 厚度变化越快 条纹间距越小 21 考点一 考点二 考点三 突破训练1 在双缝干涉实验中 分别用红色和绿色的激光照射同一双缝 在双缝后的屏幕上 红光的干涉条纹间距 x1与绿光的干涉条纹间距 x2相比 x1 选填 或 x2 若实验中红光的波长为630nm 双缝与屏幕的距离为1 00m 测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10 5mm 则双缝之间的距离为mm 答案 解析 22 考点一 考点二 考点三 考点二光的衍射及偏振现象 师生共研 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 23 考点一 考点二 考点三 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 24 考点一 考点二 考点三 例3如图为条纹总宽度相同的4种明暗相间的条纹 其中有两种是红光 蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样 还有两种是黄光 紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样 灰黑色部分表示亮纹 则图中从左向右排列 亮条纹的颜色依次是 a 红黄蓝紫b 红紫蓝黄c 蓝紫红黄d 蓝黄红紫 答案 解析 25 考点一 考点二 考点三 例4 多选 如图所示 电灯s发出的光先后经过偏振片a和b 人眼在p处迎着入射光方向 看不到光亮 则 a 图中a光为偏振光b 图中b光为偏振光c 以sp为轴将b转过180 后 在p处将看到光亮d 以sp为轴将b转过90 后 在p处将看到光亮e 无论以sp为轴将b转过多大角度后 在p处都将看不到光亮 答案 解析 26 考点一 考点二 考点三 方法归纳光的干涉和衍射的本质光的干涉和衍射都属于光的叠加 从本质上看 干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理 都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波 在屏上叠加形成的 27 考点一 考点二 考点三 突破训练2 多选 抽制高强度纤维细丝的过程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 答案 解析 28 考点一 考点二 考点三 3 奶粉中碳水化合物 糖 的含量是一个重要指标 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 偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度 这一角度 称为 旋光度 的值只与糖溶液的浓度有关 将 的测量值与标准值相比较 就能确定被测样品的含糖量了 如图所示 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 29 考点一 考点二 考点三 1 偏振片a的作用是 2 偏振现象证明了光是一种 3 多选 以下说法正确的是 a 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处光强度最强 偏振片b转过的角度等于 d 将偏振片a转动一个角度 使得o处光强度最强 偏振片a转过的角度等于 答案 解析 30 考点一 考点二 考点三 考点三电磁场和电磁波相对论 多维探究 1 对麦克斯韦电磁场理论的理解 31 考点一 考点二 考点三 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 32 考点一 考点二 考点三 33 考点一 考点二 考点三 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 因为光速是从麦克斯韦方程组中推导出来的 无任何前提条件 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m m0为物体静止时的质量 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 34 考点一 考点二 考点三 考向1电磁场和电磁波例5 1 关于电磁场和电磁波 下列说法不正确的是 a 均匀变化的电场在它的周围产生稳定的磁场b 电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的 且都与波的传播方向垂直c 电磁波和机械波一样依赖于介质传播d 只要空间中某个区域有振荡的电场或磁场 就能产生电磁波 2 目前雷达发射的电磁波频率多在200mhz至1000mhz的范围内 请回答下列关于雷达和电磁波的有关问题 雷达发射电磁波的波长范围是多少 能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离 35 考点一 考点二 考点三 解析 1 由麦克斯韦电磁场理论可知 均匀变化的电场在它的周围产生稳定的磁场 a选项不符合题意 因电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的 且与波的传播方向垂直 所以电磁波是横波 b选项不符合题意 电磁波可以在真空中传播 c选项符合题意 只要空间中某个区域有振荡的电场或磁场 就在周期性变化的电场周围空间产生同周期变化的磁场或电场 周期性变化的磁场或电场又在它周围空间产生同周期变化的电场或磁场