（江浙選考1）2020版高考物理總復習 第十四章 光學　電磁波 第33講 光的波動性 電磁波課件

1、第第3333講光的波動性電磁波講光的波動性電磁波 -2- -3- 考點一考點二實驗 光的干涉、衍射與偏振 核心知識整合核心知識整合 1.光的干涉 (1)干涉條件:兩列光的相同,相位差恒定,振動方向一致。 (2)雙縫干涉圖樣:明暗相間、間距的條紋,中央為條紋。 (3)雙縫干涉圖樣分析 對于兩個頻率、相位和振動方向都相同的光源,光屏上出現亮條 紋(或暗條紋)的條件。 亮條紋:光的路程差r=r2-r1=;暗條紋:光的路 程差r=r2-r1=;相鄰的亮條紋(或暗條紋)的 間距:。 頻率 相等亮 k(k=0,1,2,) -4- 考點一考點二實驗 (4)應用 雙縫干涉測波長。 薄膜干涉檢查表面的平整程度:

2、如果被檢表面是平的,產生的 干涉條紋就;如果干涉條紋發(fā)生,則表示被檢測 表面微有凸起或凹下,從彎曲的程度就可以了解被測表面的平整情 況。 增透膜:在透鏡或棱鏡的表面上涂上一層薄膜(一般用氟化鎂), 當薄膜的厚度適當時,光在薄膜的兩個表面上反射路程差恰好等于 波長,因而互相抵消,這就大大減小了光的反射損失,增強了 透射光的強度,這種薄膜叫增透膜。 平行彎曲 半個 -5- 考點一考點二實驗 2.光的衍射 (1)光的衍射現象是的現象。 (2)各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生。 (3)產生明顯衍射的條件: 。 3.光的偏振 (1)自然光:在與光波傳播方向垂直的平面內有沿方向振 動強度都的光。如太陽、日

3、光燈等普通光源發(fā)出的光。 (2)偏振光:在與光波傳播方向垂直的平面內只有沿著 振動的光。如自然光經偏振片作用后的 光,稱為偏振光。只有波才有偏振現象。 (3)獲得偏振光的方法:讓自然光通過;讓自然 光在介質表面入射,反射光和折射光都是偏振光。 (4)應用:利用偏振片攝影、觀看立體電影、消除車燈眩光等。 光離開直線路徑而繞到障礙物陰影里 衍射 障礙物或孔的尺寸跟光的波長相差不 多或比光的波長小 各個 相同 某一個特定方向 橫 偏振片 -6- 考點一考點二實驗 4.激光 (1)激光是人工產生的相干光。是頻率相同,相位差恒定,偏振方 向一致的光。 (2)激光的平行度好。即激光的光束高度平行,這樣激光

4、的能量就 不容易發(fā)散,激光在傳播很遠距離后仍能保持一定的強度。 激光的亮度高,通過人工調制的激光可在瞬間集中能量發(fā)射在很 小的區(qū)域內,可以有很大的能量和摧毀力。 -7- 考點一考點二實驗 關鍵能力提升關鍵能力提升 命題點一命題點一光的干涉光的干涉 【例1】 如圖所示,用頻率為f的單色光(激光)垂直照射雙縫,在光 屏的P點出現第3條暗條紋,已知光速為c,則P到雙縫S1、S2的距離之 差|r1-r2|應為() 方法技巧雙縫到光屏上P點的距離之差是波長的整數倍,則出現 明條紋,路程之差是半波長的奇數倍,則出現暗條紋。 答案解析解析 關閉 答案解析 關閉 -8- 考點一考點二實驗 【例2】 關于光學鏡

5、頭增透膜,以下說法中錯誤的是 () A.增透膜是為了減少光的反射損失,增加透射光的強度 B.增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長的四分之一 C.增透膜利用光的干涉原理 D.涂有增透膜的鏡頭,各種色光的反射光全部相互抵消,因此這種 鏡頭的成像效果較好 易錯警示增透膜的原理:光的干涉現象,增透膜厚度為光的波長, 波在薄膜前后表面反射后,光程差為光在膜中波長的一半,反射減 弱,增加透射。 答案解析解析 關閉 答案解析 關閉 -9- 考點一考點二實驗 【例3】 (多選)把一個上表面是平面下表面是凸面的凸透鏡壓 在一塊平面玻璃上,讓單色光從上方垂直射入,從上往下看凸透鏡, 可以看到亮暗相間的圓環(huán)狀條紋。下

6、列說法正確的是() A.圓環(huán)狀條紋是光經凸透鏡上下兩個玻璃表面之間反射引起的 干涉造成的 B.圓環(huán)狀條紋是兩個玻璃表面之間的空氣膜引起的薄膜干涉造 成的 C.如果將凸透鏡的凸面曲率半徑增大而其他條件保持不變,觀察 到的圓環(huán)亮紋間距變大 D.如果改用波長更長的單色光照射而其他條件保持不變,觀察到 的圓環(huán)亮紋間距變小 答案解析解析 關閉 牛頓環(huán)實驗反映的是光的干涉現象,呈現條紋是由于兩個玻璃表面之間的 空氣膜上下表面所反射的光發(fā)生了干涉。亮暗條紋相間則與光程差是半 波長的奇偶數倍有關。而條紋寬窄的差異,則是空氣膜變化率的不同所導 致的:變化率越大,光程差半波長的奇偶數倍更替得就越頻繁,使得條紋更

7、加密集,從而使條紋看起來更窄。這里應該結合劈尖的知識去理解:越陡, 空氣膜厚度變化率越大,條紋也隨之變密變窄;若換一個曲率半徑更大的 凸透鏡,仍然相同的水平距離但空氣層的厚度變小,所以觀察到的圓環(huán)狀 條紋間距變大;如果改用波長更長的單色光照射而其他條件保持不變,觀 察到的圓環(huán)亮紋間距變大;綜上所述,選項BC正確,AD錯誤。 答案解析 關閉 BC -10- 考點一考點二實驗 方法技巧薄膜干涉的原理是光在“薄膜”前后表面反射的光發(fā)生 了干涉,所以首先需要找到“薄膜”在哪里。 -11- 考點一考點二實驗 命題點二命題點二光的衍射光的衍射 【例4】 (多選)如圖所示,甲、乙、丙、丁四個圖是不同的單色

8、光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣。分析各圖樣的特點可以得出 的正確結論是() A.甲、乙是光的干涉圖樣 B.丙、丁是光的衍射圖樣 C.形成甲圖樣光的波長比形成乙圖樣光的波長短 D.形成丙圖樣光的波長比形成丁圖樣光的波長短 E.形成丙圖樣光的波長比形成丁圖樣光的波長長 方法技巧波長越長、障礙物尺寸越小,衍射時中央亮條紋寬度越 寬。 答案解析解析 關閉 由圖樣可得甲和乙是等間距的,丙和丁是不等間距的且中間最寬,所以甲 和乙是干涉條紋,丙和丁是衍射條紋,AB正確;其中甲比乙的條紋間距大, 故形成甲圖樣光的波長比形成乙圖樣光的波長長,C錯誤;丙比丁的條紋間 距大,形成丙圖樣光的波長比形成丁圖樣光的波長長

9、,D錯誤,E正確。 答案解析 關閉 ABE -12- 考點一考點二實驗 【例5】 (多選)(2017浙江寧波諾丁漢大學附屬中學期中)抽制高 強度纖維細絲可用激光監(jiān)控其粗細,如圖所示,激光束越過細絲時 產生的條紋和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫規(guī)律相同。觀察光 束經過細絲后在光屏上所產生的條紋即可判斷細絲粗細的變化,下 列敘述中正確的是() A.這里應用的是光的衍射現象 B.這里應用的是光的干涉現象 C.如果屏上條紋變寬,表明抽制的絲變粗 D.如果屏上條紋變寬,表明抽制的絲變細 答案解析解析 關閉 當障礙物的尺寸與波的波長相當或小于波的波長,會發(fā)生明顯的衍射現象, 該裝置的原理是運用光的衍射現象,

10、如果屏上條紋變寬,則金屬絲變細。 故AD正確,BC錯誤。 答案解析 關閉 AD -13- 考點一考點二實驗 命題點三命題點三偏振偏振 【例6】 如圖所示,兩光屏間放有兩個透振方向相互平行的偏振 片,現讓太陽光沿軸線通過光屏M上的小孔照射到偏振片P上,再通 過偏振片Q,現以光的傳播方向為軸使偏振片P由圖示位置旋轉90 度,下列說法正確的是() A.MN間為偏振光 B.PQ間為自然光 C.PQ間的光線亮度逐漸變暗 D.光屏N上的亮線逐漸變暗 答案解析解析 關閉 MP間為自然光,經過偏振片P后變?yōu)槠窆?因此PN間為偏振光,故A錯 誤;MP間為自然光,經過偏振片P后變?yōu)槠窆?因此PQ間為偏振光,故

11、B 錯誤;由于自然光沿著各個方向振動的光波的強度都相同,因此經過偏振 片P后,使偏振片P由圖示位置旋轉90度的過程中,PQ間的光線亮度不變, 故C錯誤;自然光沿軸線通過光屏M上的小孔照射到偏振片P上,再使偏振 片P由圖示位置旋轉90度的過程中,當偏振片P與偏振片Q垂直時,光屏沒 有亮度,則關于光屏上光的亮度逐漸變暗,故D正確。 答案解析 關閉 D -14- 考點一考點二實驗 易錯警示本題考查了光的偏振,解題的關鍵是掌握自然光和偏振 光的概念,注意兩者的區(qū)別,另外要明確偏振片的作用。當兩偏振 片垂直時,經過第一個偏振片的偏振光的振動方向會與另一偏振片 的透振方向垂直,因此不能透過。 方法技巧1.

12、并不是僅當光的振動方向與偏振片的透振方向平行 時,光才會通過偏振片。 2.當光的振動方向與偏振片的透振方向成某一夾角時,會有部分 光通過。 3.光的偏振說明光是橫波。只有橫波才有偏振現象。 -15- 考點一考點二實驗 電磁振蕩與電磁波 核心知識整合核心知識整合 1.電磁振蕩 (1)振蕩電流:大小和方向都做周期性變化的電流叫振蕩電流,振 蕩電流的頻率很高,是高頻正弦式交變電流。 (2)振蕩電路:能夠產生振蕩電流的電路叫振蕩電路,LC回路是一 種簡單的振蕩電路。 -16- 考點一考點二實驗 (3)LC電磁振蕩規(guī)律 -17- 考點一考點二實驗 -18- 考點一考點二實驗 2.電磁場和電磁波 (1)麥

13、克斯韋電磁場理論的兩個主要觀點: ,。 (2)電磁場:按照麥克斯韋的電磁場理論,變化的和 總 是相互聯(lián)系的,形成一個不可分離的統(tǒng)一體,稱為。 (3)變化的電場和磁場從產生的區(qū)域由近及遠地向周圍空間傳播, 就形成。 電磁波是(選填“橫波”或“縱波”);電磁波的傳播_ 介質,在中也能傳播。在真空中的波速c=m/s。 3.電磁波譜 按電磁波的或大小的順序排列成譜,叫電磁波 譜。按波長從長到短的順序排列,依次是、紅外 線、紫外線、X射線、射線。 變化的磁場產生電場變化的電場產生磁場 電場磁場 電磁場 電磁波 橫波不需要 真空3.0108 波長 頻率 無線電波 可見光 -19- 考點一考點二實驗 -20

14、- 考點一考點二實驗 4.電磁波的發(fā)射與調制 在電磁波發(fā)射技術中,使電磁波隨各種信號而改變的技術叫調制。 (1)調幅:使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變叫調幅。 (2)調頻:使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變叫調頻。 (3)電磁波的發(fā)射示意圖(如圖所示)。 -21- 考點一考點二實驗 5.電磁波的接收 (1)電諧振:當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同 時,接收電路中產生的振蕩電流最強,這種現象叫作電諧振。 (2)調諧:使接收電路產生電諧振的過程叫調諧。能夠調諧的接收 電路叫作調諧電路。調諧的方法一般是改變電路中的L或C。 (3)解調(檢波):使聲音或圖像信號從高頻電流中還原出來,叫

15、作解 調。解調是調制的逆過程,調幅波的解調也叫檢波。 (4)電磁波的接收:天線接收到的所有的電磁波,經調諧選擇出所 需要的電磁波,再經解調取出攜帶的信號,放大后再還原成聲音或 圖像的過程。 -22- 考點一考點二實驗 關鍵能力提升關鍵能力提升 命題點一命題點一LC振蕩回路振蕩回路 【例7】 (多選)LC振蕩電路中,某時刻的磁場方向如圖所示,則( ) A.若磁場正在減弱,則電容器正在充電,電流由b向a B.若磁場正在減弱,則電場能正在增大,電容器上極板帶負電 C.若磁場正在增強,則電場能正在減小,電容器上極板帶正電 D.若磁場正在增強,則電容器正在充電,電流方向由a向b 答案解析解析 關閉 若磁

16、場正在減弱,則電流在減小,是充電過程,根據安培定則可確定電流由 b向a,電場能增大,上極板帶負電,故選項A、B正確;若磁場正在增強,則電 流在增大,是放電過程,電場能正在減小,根據安培定則,可判斷電流由a向b, 上極板帶正電,故選項C正確,D錯誤。 答案解析 關閉 ABC -23- 考點一考點二實驗 命題點二命題點二電磁波的發(fā)射與接收電磁波的發(fā)射與接收 【例8】 (多選)有關無線電波的發(fā)射和接收的說法中正確的有( ) A.發(fā)射的無線電波必須要進行調諧 B.發(fā)射的無線電波必須要進行調制 C.接收電臺信號時必須要進行調諧 D.要能通過收音機收聽廣播必須要進行解調 答案解析解析 關閉 把要傳遞的電信

17、號加到高頻振蕩電路上叫調制,要發(fā)射信號必須先調制;A 錯,B對;使接收電路產生電諧振的過程叫做調諧,接收信號時要先進行調 諧,C對;要能通過收音機收聽廣播必須要進行解調,再把信號送到揚聲器 中。D對。 答案解析 關閉 BCD -24- 考點一考點二實驗 【例9】 用一臺簡易收音機收聽某一電臺的廣播,必須經過的兩 個過程是() A.調制和解調B.調諧和解調 C.調制和調諧D.調頻和調幅 答案解析解析 關閉 首先要通過調諧,從眾多的電磁波中選出需要的電磁波,然后通過解調將 信號從高頻電流中取出,所以這兩個過程是調諧和解調。故B正確,A、C、 D錯誤。故選B。 答案解析 關閉 B -25- 考點一考

18、點二實驗 命題點二命題點二電磁波的應用電磁波的應用電磁波譜電磁波譜 【例10】 現代生活中,人們已更多地與電磁波聯(lián)系在一起,并且 越來越依賴于電磁波,關于電磁場和電磁波,以下說法正確的是( ) A.把帶電體和永磁體放在一起,即可以在其周圍空間中產生電磁 波 B.手機、電視、光纖通信都是通過電磁波來傳遞信息的 C.醫(yī)院中用于檢查病情的“B超”是利用了電磁波的反射原理 D.車站、機場安全檢查時“透視”行李箱的安檢裝置是利用紅外 線實現成像的 答案解析解析 關閉 要產生電磁波,必須要有變化的磁場與變化的電場,即電磁場,電磁場在介 質中傳播產生電磁波,A錯誤;通過電磁波可以實現各種通信,B正確;“B超

19、” 是利用了超聲波的反射原理,C錯誤;車站、機場安全檢查時“透視”行李箱 的安檢裝置是利用X射線實現成像的,D錯誤。 答案解析 關閉 B -26- 考點一考點二實驗 【例11】 電磁波有:A.可見光B.紅外線C.紫外線D.無線電 波E.射線F.倫琴射線 (1)按頻率由小到大的順序是。 (2)可對物體進行加熱的是,激發(fā)物質發(fā)光的是,可 用來檢查人體病變或骨折的是,能使種子發(fā)生變異培育新品 種的是。 答案:(1)DBACFE(2)BCFE 解析:頻率由小到大的順序是:無線電波、紅外線、可見光、 紫外線、倫琴射線、射線;故順序是DBACFE; 對物體進行加熱的是紅外線B,激發(fā)物質發(fā)光的是紫外線C,可

20、 用來檢查人體病變或骨折的是倫琴射線F;能使種子發(fā)生變異培育 新品種的是射線E。 -27- 考點一考點二實驗 用雙縫干涉測量光的波長(同時練習使用測量頭) 核心知識整合核心知識整合 1.實驗裝置圖 2.實驗目的 (1)觀察雙縫干涉現象。 (2)會利用雙縫干涉測定光的波長。 -28- 考點一考點二實驗 3.實驗原理 如圖所示,光源發(fā)出的光,經過濾光片后變成,單色光 通過單縫S,這時單縫S相當于一單色光源,光波同時到達雙縫S1和 S2,S1、S2雙縫相當于兩個步調完全一致的單色光源,通過S1、 S2后的單色光在屏上相遇并疊加。當路程差P1S2-P1S1=2k(k=0,1, 2,)時,在P1點疊加時

21、得到條紋;當路程差P2S2-P2S1=(2k+1) (k=0,1,2,)時,在P2點疊加時得到條紋。相鄰兩條明條紋間距 為x,與,及 有 關,其關系式為,只要測出l、d、x,根據這一關系就 可求出光波的波長。 單色光 相干 明 暗 入射光波長 雙縫S1、S2間距d雙縫與屏的距離l -29- 考點一考點二實驗 4.實驗器材 雙縫干涉儀、刻度尺、測量頭。 5.實驗步驟 (1)實驗裝置,從左至右依次為光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光 筒、屏,讓它們等高地固定在光具座上。 (2)取下濾光片和單縫,在光具座上只裝上光源和遮光筒(不帶雙 縫),調節(jié)光源亮度,使它發(fā)出的一束光能沿著把 屏照亮。 (3)放好單縫

22、和雙縫,其間距約為510cm,要使縫互相平行,中心大 致位于,這時在屏上就會看到白色的干涉 條紋。 (4)在單縫與光源之間放上濾光片,觀察單色光的干涉條紋。 遮光筒的軸線 遮光筒的軸線上 -30- 考點一考點二實驗 -31- 考點一考點二實驗 6.注意事項 (1)單縫與雙縫相互平行。 (2)單縫、雙縫的中心應位于遮光筒的軸線上。 (3)測n條亮紋之間的距離a時,分劃板的中心刻線應在條紋的中心。 -32- 考點一考點二實驗 關鍵能力提升關鍵能力提升 命題點一命題點一實驗原理與操作實驗原理與操作 【例12】 (實驗原理與操作)現有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源 C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學元件

23、,要把它們放在如圖所示 的光具座上組裝成雙縫干涉裝置,用以測量紅光的波長。 -33- 考點一考點二實驗 (1)將白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光學元件,由左 至右,表示各光學元件的字母排列順序應為C、 A。 (2)本實驗的步驟有: 取下遮光筒左側的元件,調節(jié)光源高度,使光束能沿遮光筒的 軸線把屏照亮; 按合理的順序在光具座上放置各光學元件,并使各元件的中心 位于遮光筒的軸線上; 用刻度尺測量雙縫到屏的距離; 用測量頭(其讀數方法同螺旋測微器)測量數條亮條紋間的距 離。 在操作步驟時還應注意和。 -34- 考點一考點二實驗 答案:(1)EDB (2)放置單縫、雙縫時,必須使縫平行單縫、

24、雙縫間的距離要適 當 解析:(1)濾光片E可以從白光中選出單色紅光,單縫D是獲取線光 源,雙縫B是獲得相干光源,最后成像在毛玻璃屏A上。所以排列順 序為C、E、D、B、A。 (2)在操作步驟時應注意的事項有放置單縫、雙縫時,必須使縫 平行;單縫、雙縫間的距離要適當;要保證光源、濾光片、單縫、 雙縫和光屏的中心在同一軸線上。 -35- 考點一考點二實驗 命題點二命題點二實驗數據處理實驗數據處理 【例13】 (2018浙江金華十校期末)用圖甲所示的實驗裝置,做 “雙縫干涉測光的波長”實驗: 甲 (1)某同學通過測量頭的目鏡觀察單色光的干涉圖樣時,發(fā)現里面 的兩條紋與分劃板中心刻線未對齊,如圖乙所示

25、,若要使兩者對齊, 該同學應如何調節(jié)。 A.僅左右轉動透鏡B.僅旋轉單縫 C.僅旋轉雙縫D.僅旋轉測量頭 -36- 考點一考點二實驗 (2)在實驗中,雙縫間距d=0.5mm,雙縫與光屏間距離L=0.5m,用 某種單色光照射雙縫得到干涉圖象如圖丙,分劃板在圖中A、B位 置時游標卡尺讀數如圖丁,則圖丁中A位置的游標卡尺讀數為 mm,單色光的波長為m。(結果保留2位有效數 字) 答案:(1)D(2)11.16.410-7m -37- 考點一考點二實驗 解析:(1)發(fā)現里面的亮條紋與分劃板豎線未對齊,若要使兩者對 齊,該同學應調節(jié)測量頭,故ABC錯誤,D正確; -38- 1234 1.根據高中物理所學

26、知識,分析下列生活中的物理現象:聞其聲而 不見其人;夏天雷雨后路面上油膜呈現彩色;當正在鳴笛的火 車向著我們疾馳而來時,我們聽到汽笛聲的音調變高;觀眾在看 立體電影時要戴上特質的眼鏡,這樣看到電影畫面的效果和眼睛直 接觀看物體的效果一樣具有立體感;這些物理現象分別屬于波的( ) A.折射、干涉、多普勒效率、偏振 B.干涉、衍射、偏振、多普勒效應 C.衍射、偏振、折射、多普勒效應 D.衍射、干涉、多普勒效應、偏振 答案解析解析 關閉 “聞其聲而不見其人”,聽到聲音,卻看不見人,這是聲音的衍射;雨后路 面上的油膜形成的彩色條紋是由光的干涉形成的;當正在鳴笛的火車向 著我們急駛而來時,我們聽到汽笛聲的音調變高。音調變高就是頻率變高, 因此這是多普勒效應現象;觀眾用偏振眼鏡觀看,每只眼睛只看到相應 的偏振光圖象,即左眼只能看到左機映出的畫面,右眼只能看到右機映出 的畫面,這樣就會像直接觀看那樣產生立體感覺。這就是立體電影的原理。 綜上各結論可知選D。 答案解析 關閉 D -39- 1234 2.關于電磁波的應用,下列說法不正確的是() A.一切動物、墻壁、地面、車輛、飛機等都在不停地發(fā)射紅外線 B.一切物體都