（江蘇專版）2020版高考物理第十三章第4節(jié)光的波動性電磁波相對論講義（含解析）.docx

光的波動性 電磁波 相對論,(1)光的顏色取決于折射率。()(2)只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉。()(3)在雙縫干涉實驗中，雙縫的作用是使白光變成單色光。()(4)陽光下茂密的樹蔭中地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的。()(5)自然光是偏振光。()(6)電場周圍一定存在磁場，磁場周圍一定存在電場。()(7)無線電波不能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象。()(8)波長不同的電磁波在本質(zhì)上完全不同。()(9)真空中的光速在不同慣性參考系中是不同的。()突破點(一)光的干涉、衍射及偏振1光的干涉(1)明暗條紋的判斷方法單色光a如圖所示，光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P點的路程差r2r1k(k0,1,2，)時，光屏上出現(xiàn)亮條紋。b光的路程差r2r1(2k1)(k0,1,2，)時，光屏上出現(xiàn)暗條紋。白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋。中央條紋為亮條紋。(2)雙縫干涉條紋是等間距的相鄰亮條紋(或暗條紋)間的距離與波長成正比(裝置已確定的情況下)。利用雙縫干涉實驗可測量光波的波長。(3)薄膜干涉如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上時，在膜的前表面AA和后表面BB分別反射出來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加。原理分析單色光a在P1、P2處，兩個表面反射回來的兩列光波的路程差r等于波長的整數(shù)倍，即rn(n1,2,3，)，薄膜上出現(xiàn)亮條紋。b在Q處，兩列反射回來的光波的路程差r等于半波長的奇數(shù)倍，即r(2n1)(n0,1,2,3，)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋。白光：薄膜上出現(xiàn)水平彩色條紋。(4)薄膜干涉的應(yīng)用干涉法檢查平面如圖所示，兩板之間形成一楔形空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢平面是平整光滑的，會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋；若被檢平面不平整，則干涉條紋發(fā)生彎曲。2光的干涉和衍射的比較(1)干涉和衍射的比較干涉衍射現(xiàn)象光在重疊區(qū)域出現(xiàn)加強或減弱的現(xiàn)象光繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象產(chǎn)生條件兩束光頻率相同、相位差恒定障礙物或孔的尺寸與波長差不多或更小典型實驗楊氏雙縫實驗單縫衍射、圓孔衍射和不透明圓盤衍射圖樣不同點條紋寬度條紋寬度相等條紋寬度不等，中央最寬條紋間距各相鄰條紋間距相等各相鄰條紋間距不等亮度情況清晰條紋，亮度基本相等中央條紋最亮，兩邊變暗圖樣相同點干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象；干涉、衍射都有明暗相間的條紋(2)對光的衍射的理解干涉和衍射是波的特征，波長越長，干涉和衍射現(xiàn)象越明顯。在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是明顯與不明顯的差別。衍射現(xiàn)象說明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況，只有在光的波長比障礙物小得多時，光才可以看做是沿直線傳播的。典例(2018徐州二模)如圖所示的4種明暗相間的條紋，分別是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器和同一單縫衍射儀器形成的圖樣(灰黑色部分表示亮條紋)。則屬于藍光的干涉圖樣的是()解析雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，所有亮條紋寬度相同且等間距，根據(jù)雙縫干涉條紋間距x可知，波長越大，x越大，故左邊第一個是紅光的，第三個是藍光的。單縫衍射條紋是中間明亮且寬大，越向兩側(cè)寬度越小越暗，而波長越大，中央亮條紋越粗，故從左向右依次是紅光(雙縫干涉)、藍光(單縫衍射)、藍光(雙縫干涉)和紅光(單縫衍射)。由以上分析可知，A、B、D錯誤，C正確。答案C方法規(guī)律區(qū)分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法(1)根據(jù)條紋的寬度區(qū)分：雙縫干涉條紋的寬度相同，而單縫衍射的條紋中央亮條紋最寬，兩側(cè)的亮條紋逐漸變窄。(2)根據(jù)條紋的間距區(qū)分：雙縫干涉條紋的間距是相等的，而單縫衍射的條紋越向兩側(cè)條紋間距越窄。(3)根據(jù)亮條紋的亮度區(qū)分：雙縫干涉條紋，從中央亮條紋往兩側(cè)亮度變化很小，而單縫衍射條紋中央亮條紋最亮，兩側(cè)的亮條紋逐漸變暗。集訓(xùn)沖關(guān)1(2019泰州模擬)在雙縫干涉實驗中，保持狹縫間的距離及狹縫與屏的距離都不變，用不同的色光照射，則()A紅光的干涉條紋間距最大B紫光的干涉條紋間距最大C紅光與紫光的干涉條紋間距一樣大D用白光照射時會產(chǎn)生白色干涉條紋解析：選A根據(jù)條紋間距公式x，當狹縫間的距離d和狹縫到屏的距離l都不變時，因為紅光的波長比紫光的波長大，所以紅光干涉條紋的間距大，故A正確，B、C錯誤；用白光做雙縫干涉實驗時，會出現(xiàn)色散現(xiàn)象，光屏上會出現(xiàn)彩色條紋，D錯誤。2下列說法不正確的是()A檢驗工件平整度的操作中，如圖1所示，上面為標準件，下面為待檢測工件，通過干涉條紋可推斷：P為凹處，Q為凸處B圖2為光線通過小圓板得到的衍射圖樣C圖3的原理和光導(dǎo)纖維傳送光信號的原理一樣D圖4的原理和照相機鏡頭表面涂上增透膜的原理一樣解析：選D薄膜干涉是等厚干涉，即明條紋處空氣膜的厚度相同，從彎曲的條紋可知，P處空氣膜厚度與后面的相同，知P處凹陷，而Q處空氣膜厚度與前面的相同，知Q處凸起，故A正確；圖2為光線通過小圓板得到的衍射圖樣，若用光照射很小的不透明圓板時，后面會出現(xiàn)一亮點，故B正確；沙漠蜃景是光的全反射現(xiàn)象，且光導(dǎo)纖維利用了光的全反射現(xiàn)象，它們的原理相同，故C正確；立體電影是光的偏振，而照相機鏡頭表面涂上增透膜是利用光的干涉，它們的原理不相同，故D錯誤。3(2018江蘇高考)兩束單色光A、B的波長分別為A、B，且AB，則_(選填“A”或“B”)在水中發(fā)生全反射時的臨界角較大。用同一裝置進行楊氏雙縫干涉實驗時，可以觀察到_(選填“A”或“B”)產(chǎn)生的條紋間距較大。解析：因AB，根據(jù)c知，AB，同一介質(zhì)對頻率越高的光折射率越大，即nAnB，而sin C，故CACB，即A光在水中發(fā)生全反射時的臨界角較大。根據(jù)x知，xAxB，即A光產(chǎn)生的條紋間距較大。答案：AA突破點(二)電磁場和電磁波1對麥克斯韋電磁場理論的理解2對電磁波的理解(1)電磁波是橫波。電磁波的電場、磁場、傳播方向三者兩兩垂直，如圖所示。(2)電磁波與機械波不同，機械波在介質(zhì)中傳播的速度只與介質(zhì)有關(guān)，電磁波在介質(zhì)中傳播的速度與介質(zhì)和頻率均有關(guān)。3電磁波譜分析及應(yīng)用電磁波譜頻率/Hz真空中波長/m特性應(yīng)用遞變規(guī)律無線電波31011103波動性強，易發(fā)生衍射無線電技術(shù)紅外線10111015103107熱效應(yīng)紅外遙感可見光1015107引起視覺照明、攝影紫外線10151017107109化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、滅菌消毒醫(yī)用消毒、防偽X射線101610191081011貫穿本領(lǐng)強檢查、醫(yī)用透視射線10191011貫穿本領(lǐng)最強工業(yè)探傷、醫(yī)用治療特別提醒(1)波長不同的電磁波，表現(xiàn)出不同的特性。其中波長較長的無線電波和紅外線等，易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象；波長較短的紫外線、X射線、射線等，穿透能力較強。(2)電磁波譜中，相鄰兩波段的電磁波的波長并沒有很明顯的界線，如紫外線和X射線、X射線和射線都有重疊，但它們產(chǎn)生的機理不同。題點全練1多選(2018江蘇高考)梳子在梳頭后帶上電荷，搖動這把梳子在空中產(chǎn)生電磁波。該電磁波()A是橫波B不能在真空中傳播C只能沿著梳子搖動的方向傳播D在空氣中的傳播速度約為3108 m/s解析：選AD電磁波是橫波，傳播方向與振動方向垂直，既能在真空中傳播，也能在介質(zhì)中傳播。電磁波在空氣中的傳播速度約為3108 m/s，故選項A、D正確。2(2018連云港二模)下列說法中正確的是()A雷達是利用聲波的反射來測定物體的位置的B在光的雙縫干涉實驗中，若僅將入射光由綠光改為紅光，則干涉條紋間距變窄C考慮相對論效應(yīng)，一條沿自身長度方向運動的桿的長度總比桿靜止時的長度短D調(diào)諧是電磁波發(fā)射應(yīng)該經(jīng)歷的過程，調(diào)制是電磁波接收應(yīng)該經(jīng)歷的過程解析：選C雷達是利用無線電波的反射來確定物體目標的儀器，A錯誤；根據(jù)公式x，雙縫干涉條紋寬度正比于波長，紅光波長比綠光大，干涉條紋寬，B錯誤；相對論效應(yīng)是對不同參考系而言的，相對地面高速運動的桿在自身參考系內(nèi)測量就是靜止的長，而地面觀察者測量時發(fā)現(xiàn)其長度變短，C正確；發(fā)射電磁波需要將低頻信號加到高頻信號上，此過程稱為調(diào)制，接收到電磁波時，選擇所需要的頻率信號，稱為調(diào)諧，D錯誤。3多選(2018南京三模)下列說法正確的是()A共享單車是“新四大發(fā)明”之一，手機和互聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和單車之間都是通過紅外線傳遞信息的B我國新型隱形戰(zhàn)機J20由于使用了吸收雷達電磁波材料，在雷達屏幕上顯示的反射信息很小、很弱，因此很難被發(fā)現(xiàn)C發(fā)生沙塵暴時能見度只有幾十米，天空變黃發(fā)暗，這是由于發(fā)生沙塵暴時只有波長較長的一部分光才能到達地面D當聲源相對于觀察者運動時，觀察者聽到的聲音的音調(diào)一定變高解析：選BC共享單車是“新四大發(fā)明”之一，手機和互聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和單車之間都是通過電磁波傳遞信息的，故A錯誤；我國新型隱形戰(zhàn)機J20由于使用了吸收雷達電磁波材料，在雷達屏幕上顯示的反射信息很小、很弱，因此很難被發(fā)現(xiàn)，故B正確；發(fā)生沙塵暴時能見度只有幾十米，天空變黃發(fā)暗，這是由于發(fā)生沙塵暴時只有波長較長的一部分光才能到達地面，故C正確；當聲源離觀測者而去時，觀察者聽到的音調(diào)變得低沉，當聲源接近觀測者時，觀察者聽到的音調(diào)就變高，故D錯誤。突破點(三)狹義相對論的簡單應(yīng)用1慣性系：如果牛頓運動定律在某個參考系中成立，這個參考系叫做慣性系。相對一個慣性系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系。2光速的大小與選取的參考系無關(guān)，因為光速是從麥克斯韋方程組中推導(dǎo)出來的，無任何前提條件。3狹義相對論認為物體的質(zhì)量m與物體的速度v有關(guān)，其關(guān)系式為m。4對“長度的相對性”的理解：狹義相對論中的長度公式：ll0中，l0是相對于桿靜止的觀察者測出的桿的長度，而l可認為桿沿桿的長度方向以速度v運動時，靜止的觀察者測出的桿的長度，還可以認為是桿不動，而觀察者沿桿的長度方向以速度v運動時測出的桿的長度。5對“時間間隔的相對性”的理解：時間間隔的相對性公式t中，是相對事件發(fā)生地靜止的觀察者測量同一地點的兩個事件發(fā)生的時間間隔，而t則是相對于事件發(fā)生地以速度v運動的觀察者測量同一地點的同樣兩個事件發(fā)生的時間間隔。也就是說：在相對運動的參考系中觀測，事件變化過程的時間間隔變大了，這就是狹義相對論中的時間膨脹。(動鐘變慢)題點全練1多選(2017江蘇高考)接近光速飛行的飛船和地球上各有一只相同的銫原子鐘，飛船和地球上的人觀測這兩只鐘的快慢，下列說法正確的有()A飛船上的人觀測到飛船上的鐘較快B飛船上的人觀測到飛船上的鐘較慢C地球上的人觀測到地球上的鐘較快D地球上的人觀測到地球上的鐘較慢解析：選AC相對論告訴我們，運動的鐘會變慢，由于飛船上的人相對飛船上的鐘是靜止的，而觀測到地球上的鐘是高速運動的，因此飛船上的人觀測到飛船上的鐘相對于地球上的鐘快，A項正確，B項錯誤；同樣，地球上的人觀測到飛船上的鐘是高速運動的，因此地球上的人觀測到地球上的鐘比飛船上的鐘快，C項正確，D項錯誤。2(2019如皋模擬)如圖所示，質(zhì)量與身高均相同的甲、乙兩人分別乘坐速度為0.6c和0.8c(c為光速)的飛船同向運動。下列說法正