2024高考物理一輪復習第十四章振動和波第3節(jié)光的波動性電磁波教案魯科版

PAGE10-第3節(jié)光的波動性電磁波教材梳理·自主預習學問梳理一、光的干涉1.產(chǎn)生條件:兩列光的頻率相同,振動方向相同,且具有恒定的相位差,才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣.2.兩種典型的干涉(1)楊氏雙縫干涉①原理如圖所示②明、暗條紋的條件(ⅰ)單色光:形成明暗相間的條紋,中心為明條紋.a.光的路程差δ=r2-r1=kλ(k=0,1,2,…),光屏上出現(xiàn)明條紋.b.光的路程差δ=r2-r1=(2k+1)(k=0,1,2,…),光屏上出現(xiàn)暗條紋.(ⅱ)白光:光屏上出現(xiàn)彩色條紋,且中心亮條紋是白色(填寫顏色).③條紋間距公式:Δy=λ.(2)薄膜干涉①相干光:光照耀到透亮薄膜上,從薄膜的兩個表面反射的兩列光波.②圖樣特點:同雙縫干涉,同一條亮(或暗)紋對應薄膜的厚度相等.單色光照耀薄膜時形成明暗相間的條紋,白光照耀薄膜時,形成彩色條紋.二、光的衍射1.發(fā)生明顯衍射的條件:只有當障礙物的尺寸與光的波長相差不多,甚至比光的波長還小的時候,衍射現(xiàn)象才會明顯.2.衍射條紋的特點(1)單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較.單縫衍射圓孔衍射單色光中心為亮且寬的條紋,兩側為明暗相間的條紋,且越靠外,亮條紋的亮度越弱,寬度越小①中心是大且亮的圓形亮斑,四周分布著明暗相間的同心圓環(huán),且越靠外,圓形亮紋的亮度越弱,寬度越?、诹镰h(huán)或暗環(huán)間的距離隨圓孔半徑的增大而減小白光中心為亮且寬的白色條紋,兩側為亮度漸漸變暗、寬度漸漸變窄的彩色條紋,其中最靠近中心的色光是紫光,離中心最遠的是紅光中心是大且亮的白色亮斑,四周是不等間距的彩色的同心圓環(huán)(2)泊松亮斑(圓盤衍射):當光照到不透亮的半徑很小的小圓盤上時,在圓盤的陰影中心出現(xiàn)亮斑(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)).三、光的偏振1.偏振:光波只沿某一特定的方向振動.2.自然光:太陽、電燈等一般光源發(fā)出的光,包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光,而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同,這種光叫做自然光.3.偏振光:在垂直于傳播方向的平面上,只沿某個特定方向振動的光.光的偏振證明光是橫波.自然光通過偏振片后,就得到了偏振光.四、電磁波譜1.麥克斯韋預言了電磁波的存在,并說明光是電磁波,赫茲通過試驗證明白電磁波的存在.2.電磁波:電磁場(電磁能量)由近及遠地向四周傳播形成電磁波.(1)電磁波是橫波,在空間傳播不須要介質(zhì).(2)v=λf對電磁波同樣適用.(3)電磁波能產(chǎn)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象.(4)電磁波的波速:真空中電磁波的波速與光速相同,c=3.0×1083.電磁波譜:按電磁波的波長從長到短分布是無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線,形成電磁波譜.小題檢測1.思索推斷(1)自然光是偏振光.(×)(2)陽光下茂密的樹陰中地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的.(×)(3)電磁波同機械波一樣能發(fā)生干涉、衍射、反射、折射等現(xiàn)象.(√)(4)楊氏雙縫干涉試驗中,若僅將入射光從紅光改為紫光,則相鄰亮條紋間距肯定變小.(√)(5)光的干涉和衍射現(xiàn)象說明白光是波,也能說明光是橫波.(×)2.(多選)下列關于光的說法中正確的是(AB)A.在楊氏雙縫干涉試驗中,用紅光代替黃光作為入射光可增大干涉條紋的間距B.白光通過雙縫后產(chǎn)生的干涉條紋是彩色的,其緣由是不同色光的波長不同C.泊松亮斑證明白光沿直線傳播,支持了光的微粒學說D.偏振光可以是橫波,也可以是縱波解析:雙縫干涉試驗中,用紅光代替黃光后,波長變長,則導致干涉條紋的間距增大,故A正確;白光通過雙縫后產(chǎn)生干涉,因波長不一,導致干涉條紋間距不同,從而出現(xiàn)彩色條紋,故B正確;泊松亮斑反映了光線繞過圓盤后在中心背影中疊加成亮斑,恰證明白光的波動學說,故C錯誤;光是橫波,偏振光也是橫波,故D錯誤.3.下列說法中正確的是(D)A.麥克斯韋首先通過試驗證明白電磁波的存在B.兩支鉛筆靠在一起,自然光從筆縫中通過后就成了偏振光C.紅光由空氣進入水中,波長變長,故頻率降低D.用透亮的標準樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的干涉解析:麥克斯韋預言了電磁波的存在,赫茲首先通過試驗證明白電磁波的存在,故A錯誤;兩支鉛筆靠在一起,中間的縫遠遠大于光的波長,因此,光從中通過時不會成為偏振光,故B項錯誤;紅光從空氣進入水中,由v=λf得,頻率f不變,波速v變小,波長λ變小,所以C項錯誤.檢查平面的平整度是利用了光的干涉,所以D項正確.4.某防空雷達放射的電磁波頻率為f=3×103MHz,屏幕上尖形波顯示,從放射到接收經(jīng)驗時間Δt=0.4ms,那么被監(jiān)視的目標到雷達的距離為km;該雷達發(fā)出的電磁波的波長為m.

解析:電磁波傳播速度c=3×108m/s,從放射到接收的時間內(nèi)電磁波傳播一個來回,因此距離s=cΔt=60km,電磁波的波長λ==0.1m.答案:600.1考點研析·感悟提升考點一光的干涉現(xiàn)象1.雙縫干涉(1)光能夠發(fā)生干涉的條件:兩光的頻率相同,振動步調(diào)相同.(2)雙縫干涉形成的條紋是等間距的,兩相鄰亮條紋或相鄰暗條紋間距離與波長成正比,即Δy=λ.(3)用白光照耀雙縫時,形成的干涉條紋的特點:中心為白條紋,兩側為彩色條紋.(4)明暗條紋的推斷方法①如圖所示,光源S1,S2發(fā)出的光到屏上P點的路程差r2-r1=kλ(k=0,1,2,…)時,光屏上出現(xiàn)明條紋.②光的路程差r2-r1=(2k+1)(k=0,1,2,…)時,光屏上出現(xiàn)暗條紋.2.薄膜干涉(1)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.(2)光照耀到薄膜上時,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,兩列光波同相疊加,出現(xiàn)明紋;反相疊加,出現(xiàn)暗紋.(3)條紋特點:①單色光:明暗相間的水平條紋;②白光:彩色水平條紋.(4)薄膜干涉的應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耀,假如被檢平面是平整光滑的,會視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.[例1](多選)如圖所示是楊氏雙縫干涉試驗示意圖,其中S1,S2為雙縫,D為光屏,試驗中視察到屏上O點為中心亮條紋的中心,P1為第一級亮條紋的中心,若將雙縫間的距離變小,其他條件不變,則(AD)A.屏上的干涉條紋的間距將變大B.屏上的O點可能出現(xiàn)暗條紋C.屏上P1位置仍舊可能為亮條紋的中心D.屏上P1位置可能為暗條紋的中心解析:由Δy=λ知,d變小,Δy變大,A正確;O點到S1,S2光程差仍舊為零,仍為中心亮條紋,B錯誤;Δy變大,P1到雙縫的光程差小于一個波長,不行能是亮條紋的中心,但可能為暗條紋的中心,故C錯誤,D正確.題組訓練1.(薄膜干涉)(多選)如圖(甲)所示,在一塊平板玻璃上放置一平凸薄透鏡,在兩者之間形成厚度不勻稱的空氣膜,讓一束單一波長的光垂直入射到該裝置上,結果在上方視察到如圖(乙)所示的同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀干涉條紋,稱為牛頓環(huán),以下說法正確的是(BD)A.干涉現(xiàn)象是由凸透鏡上表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的B.干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是勻稱改變的C.干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度是勻稱改變的D.若運用半徑小一些的凸薄透鏡,則干涉條紋的間距要變大解析:由于在凸透鏡和平板玻璃之間的空氣形成薄膜,所以形成相干光的反射面是凸透鏡的下表面和平板玻璃的上表面,故A錯誤;由于凸透鏡的下表面是圓弧面,所以形成的薄膜厚度不是勻稱改變的,形成不等間距的干涉條紋,故B正確,C錯誤;若運用半徑小一些的凸薄透鏡,則空氣薄膜上的厚度改變更快,則形成的干涉條紋的間距要變大,故D正確.2.(雙縫干涉)(2024·湖北武漢調(diào)研)如圖所示,擋板上有兩條狹縫S1和S2,它們到光屏上P1點的路程差為1.5×10-6m,S1,S2連線的中垂線與光屏的交點為O,P1與P2點關于O點對稱.用波長為600nm的單色光照耀狹縫S1和S2,則P1點為(選填“亮條紋”或“暗條紋”),P1與P2之間共有解析:兩條狹縫S1和S2到光屏上P1點的路程差為1.5×10-6m,由=2.5,可知為半波長的5倍,所以P1點為暗條紋,依據(jù)對稱性可知P1與P2之間共有5條亮條紋.答案:暗條紋5考點二光的衍射和偏振現(xiàn)象1.對光的衍射的理解(1)波長越長,衍射現(xiàn)象越明顯.在任何狀況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象,只是明顯與不明顯的差別.(2)衍射現(xiàn)象說明“光沿直線傳播”只是一種特別狀況,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.2.單縫衍射與雙縫干涉的比較單縫衍射雙縫干涉不同點條紋寬度條紋寬度不等,中心最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度狀況中心條紋最亮,兩邊變暗條紋清楚,亮度基本相等相同點干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象,屬于波的疊加;干涉、衍射都有明暗相間的條紋3.光的偏振(1)自然光與偏振光的比較類別自然光(非偏振光)偏振光光的來源從一般光源發(fā)出的光自然光通過起偏器后的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),光振動沿隨意方向,且沿各個方向振動的光的強度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),光振動沿特定方向(2)偏振光的應用:加偏振濾光片的照相機鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消退車燈眩光等.[例2]單色光源發(fā)出的光經(jīng)一狹縫,照耀到光屏上,可視察到的圖像是下圖中的(A)解析:在光的單縫衍射圖樣中,中間是寬度最大最亮的亮條紋,在中心亮條紋兩邊的亮條紋寬度越來越小,亮度也越來越低,故選項A正確.[針對訓練](2024·福建南平模擬)(多選)奶粉中碳水化合物(糖)的含量是一個重要指標,可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度,從而鑒定含糖量.偏振光通過糖的水溶液后,偏振方向會相對于傳播方向向左或向右旋轉一個角度α,這一角度α稱為“旋光度”,α的值只與糖溶液的濃度有關,將α的測量值與標準值相比較,就能確定被測樣品的含糖量了.如圖所示,S是自然光源,A,B是偏振片,轉動B,使到達O處的光最強,然后將被測樣品P置于A,B之間.以下說法中正確的是(ACD)A.到達O處光的強度會明顯減弱B.到達O處光的強度不會明顯減弱C.將偏振片B轉動一個角度,使得O處光強度最強,偏振片B轉過的角度等于αD.將偏振片A轉動一個角度,使得O處光強度最強,偏振片A轉過的角度等于α解析:偏振光通過糖的水溶液后,若迎著射來的光線看,偏振方向會以傳播方向為軸線,旋轉一個角度α,所以到達O處光的強度會明顯減弱,故A正確,B錯誤;將偏振片B轉動一個角度,使得O處光的強度最大,偏振片B轉過的角度等于α,故C正確;同理,將偏振片A轉動一個角度,使得O處光強度最大,偏振片A轉過的角度等于α,故D正確.考點三電磁波1.電磁波的傳播及波長、頻率、波速(1)電磁波本身是一種物質(zhì),電磁波的傳播不須要介質(zhì),可在真空中傳播,在真空中不同頻率的電磁波傳播速度是相同的(都等于光速).(2)不同頻率的電磁波,在同一介質(zhì)中傳播,其速度是不同的,頻率越高,波速越小.(3)三者關系:v=λf.2.電磁波與機械波的比較名稱項目電磁波機械波是否須要介質(zhì)不須要介質(zhì)(在真空中仍可傳播)必需有介質(zhì)(真空中不能傳播)描述的量電場強度E與磁感應強度B隨時間和空間周期性改變質(zhì)點的位移x、加速度a隨時間和空間周期性改變波的種類橫波既有橫波也有縱波速度特點由介質(zhì)和頻率確定,在真空中等于光速(很大)(c=3×108僅由介質(zhì)確定相同點能量都攜帶能量并傳播能量公式v=λf遵循規(guī)律均可發(fā)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象[例3](多選)下列說法正確的是(C)A.電磁波可以實現(xiàn)無線傳輸,但不能進行有線傳輸B.電磁波和機械波都只能在介質(zhì)中傳播C.麥克斯韋預言了電磁波的存在,之后赫茲用試驗證明白電磁波的存在D.電磁波是一種波,聲波也是一種波,理論上它們是同種性質(zhì)的波解析:電磁波可以進行有線傳輸,也可以實現(xiàn)無線傳輸,故A錯誤;電磁波在真空中也可以傳播,B錯誤;麥克斯韋預言了電磁波的存在,赫茲用試驗驗證了電磁波的存在,所以C正確.電磁波是一種波,聲波也是一種波,它們具有波的共性,但前者是電磁場在空間的傳播,后者是機械振動在介質(zhì)中的傳播,性質(zhì)不同,故D錯誤.[針對訓練]2019年10月1日,我國制造的具有“隱身實力”和強大攻擊力的第五代作戰(zhàn)飛機“殲20”(如圖)列裝飛越天安門上空.隱形飛機的原理是:在飛機研制過程中設法降低其可探測性,使之不易被敵方發(fā)覺、跟蹤和攻擊.依據(jù)你所學的物理學問,推斷下列說法中正確的是(B)A.運用隱藏色涂層,無論距你多近,即使你拿望遠鏡也不能看到它B.運用能汲取雷達電磁波的材料,在雷達屏幕上顯示的反射信息很小、很弱,很難被發(fā)覺C.運用汲取雷達電磁波涂層后,傳播到復合金屬機翼上的電磁波在機翼上不會產(chǎn)生感應電流D.主要是對發(fā)動機、噴氣尾管等因為高溫簡單產(chǎn)生紫外線輻射的部位實行隔熱、降溫等措施,使其不易被對方發(fā)覺解析:隱形飛機的原理是在飛機制造過程中運用能汲取雷達電磁波的材料,使反射的雷達電磁波很弱,在雷達屏幕上顯示的反射信息很小、很弱,飛機在雷達屏幕上很難被發(fā)覺,故B項正確.題組訓練1.(2009·福建卷,13)光在科學技術、生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應用,下列說法正確的是(D)A.用透亮的標準平面樣板檢查光學平面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象B.用三棱鏡視察白光看到的彩色圖樣是利用光的衍射現(xiàn)象C.在光導纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的色散現(xiàn)象D.光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象解析:用透亮的標準平面樣板檢查光學平面的平整程度是利用光的薄膜干涉現(xiàn)象,A錯誤;用三棱鏡視察白光看到的彩色圖樣是利用光的折射形成的色散現(xiàn)象,B錯誤;在光導纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的全反射現(xiàn)象,C錯誤;光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象,D正確.2.(2024·北京卷,14)利用圖1所示的裝置(示意圖),視察光的干涉、衍射現(xiàn)象,在光屏上得到如圖2中甲和乙兩種圖樣.下列關于P處放置的光學元件