2020届高考物理总复习课件:第4课时光的波动性电磁波相对论课件教科版选修3-4.pdf
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1、第第4 4课时 光的波动性 电磁波 相对论课时 光的波动性 电磁波 相对论 基础回顾基础回顾 核心探究核心探究 演练提升演练提升 基础回顾基础回顾 自主梳理自主梳理融会贯通融会贯通 知识梳理知识梳理 一、光的干涉一、光的干涉 1.1.产生条件产生条件: :两列光的两列光的 相同相同, ,振动方向相同振动方向相同, ,且具有恒定的相位差且具有恒定的相位差, ,才能才能 产生稳定的干涉图样产生稳定的干涉图样. . 频率频率 2.2.两种典型的干涉两种典型的干涉 (1)(1)杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 原理如图所示原理如图所示. . 明、暗条纹的条件明、暗条纹的条件. . ()()单色光单色光: :形
2、成形成 的条纹的条纹, ,中央为明条纹中央为明条纹. .明暗相间明暗相间 a.a.光的路程差光的路程差r=rr=r2 2-r-r1 1= = (k=0,1,2),(k=0,1,2),光屏上出现明条纹光屏上出现明条纹. . b.b.光的路程差光的路程差r=rr=r2 2-r-r1 1= = (k=0,1,2),(k=0,1,2),光屏上出现暗条纹光屏上出现暗条纹. . ()()白光白光: :光屏上出现光屏上出现 条纹条纹, ,且中央亮条纹是且中央亮条纹是 ( (填写颜色填写颜色).). 21 2 k kk 彩色彩色 白色白色 条纹间距公式条纹间距公式:x=:x= . . l d (2)(2)薄膜
3、干涉薄膜干涉. . 相干光相干光: :光照射到透明薄膜上光照射到透明薄膜上, ,从薄膜的两个表面从薄膜的两个表面 的两列光波的两列光波. . 图样特点图样特点: :同双缝干涉同双缝干涉, ,同一条亮同一条亮( (或暗或暗) )纹对应薄膜的纹对应薄膜的 相等相等. .单色光单色光 照射薄膜时形成照射薄膜时形成 的条纹的条纹, ,白光照射薄膜时白光照射薄膜时, ,形成彩色条纹形成彩色条纹. . 反射反射 厚度厚度 明暗相间明暗相间 二、光的衍射二、光的衍射 1.1.发生明显衍射的条件发生明显衍射的条件: :只有当障碍物的尺寸与光的波长只有当障碍物的尺寸与光的波长 , ,甚至比甚至比 光的波长光的波
4、长 的时候的时候, ,衍射现象才会明显衍射现象才会明显. . 相差不多相差不多 还小还小 2.2.衍射条纹的特点衍射条纹的特点 (1)(1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较单缝衍射和圆孔衍射图样的比较. . , , 最靠近中央的色光最靠近中央的色光 是紫光是紫光, ,离中央最离中央最 远的是红光远的是红光 的的_ 明暗相间明暗相间 越弱越弱 越小越小 明暗相间明暗相间 越弱越弱 越小越小 减小减小 逐渐变暗逐渐变暗 逐渐变窄逐渐变窄 同心圆环同心圆环 (2) (2)泊松亮斑泊松亮斑( (圆盘衍射圆盘衍射):):当光照到当光照到 的半径很小的小圆盘上时的半径很小的小圆盘上时, ,在在 圆盘的阴影中心
5、出现圆盘的阴影中心出现 ( (在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环).). 不透明不透明 亮斑亮斑 三、光的偏振三、光的偏振 1.1.偏振偏振: :光波只沿光波只沿 的方向的振动的方向的振动. . 2.2.自然光自然光: :太阳、电灯等普通光源发出的光太阳、电灯等普通光源发出的光, ,包含着在垂直于传播方向上沿包含着在垂直于传播方向上沿 振动的光振动的光, ,而且沿着各个方向振动的光波的而且沿着各个方向振动的光波的 都相同都相同, ,这这 种光叫做自然光种光叫做自然光. . 3.3.偏振光偏振光: :在在 于传播方向的平面上于传播方向的平面上, ,只沿某个特
6、定方向振动的光只沿某个特定方向振动的光. .光光 的偏振证明光是的偏振证明光是 . .自然光通过偏振片后自然光通过偏振片后, ,就得到了偏振光就得到了偏振光. . 某一特定某一特定 一切方向一切方向 强度强度 垂直垂直 横波横波 四、电磁波的产生、发射和接收四、电磁波的产生、发射和接收 1.1.麦克斯韦电磁理论麦克斯韦电磁理论: :变化的磁场能够在周围空间产生变化的磁场能够在周围空间产生 , ,变化的电变化的电 场能够在周围空间产生场能够在周围空间产生 . . 2.2.电磁场电磁场: : 交替产生交替产生, ,形成不可分割的统一体形成不可分割的统一体, , 称为电磁场称为电磁场. . 3.3.
7、电磁波电磁波: :电磁场电磁场( (电磁能量电磁能量) )由近及远地向周围传播形成电磁波由近及远地向周围传播形成电磁波. . (1)(1)电磁波是横波电磁波是横波, ,在空间传播在空间传播 介质介质. . (2)v=f(2)v=f对电磁波对电磁波 . . (3)(3)电磁波能产生反射、折射、电磁波能产生反射、折射、 和衍射等现象和衍射等现象. . 电场电场 磁场磁场 变化的电场和变化的磁场变化的电场和变化的磁场 不需要不需要 同样适用同样适用 干涉干涉 4.4.发射电磁波的条件发射电磁波的条件 (1)(1)采用采用 , ,使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间使振荡电路的电场和磁场分散到尽
8、可能大的空间; ; (2)(2)要有足够高的要有足够高的 . . 5.5.调制调制: :有有 和和 两种方法两种方法. . 6.6.电磁波的传播电磁波的传播 (1)(1)电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输, ,也可实现无线传输也可实现无线传输. . (2)(2)电磁波的波速电磁波的波速: :真空中电磁波的波速与光速相同真空中电磁波的波速与光速相同,c= ,c= m/s. m/s. 开放电路开放电路 振荡频率振荡频率 调幅调幅调频调频 3.03.010108 8 7.7.电磁波的接收电磁波的接收 (1)(1)当振荡电路的固有频率跟传播来的电磁波的频率当振荡电
9、路的固有频率跟传播来的电磁波的频率 时时, ,电路里激起电路里激起 的感应电流就的感应电流就 , ,这种现象叫做电磁谐振这种现象叫做电磁谐振. . (2)(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做使接收电路产生电谐振的过程叫做 , ,能够调谐的接收电路能够调谐的接收电路 叫做叫做 电路电路. . (3)(3)调谐电路中通过改变调谐电路中通过改变 来改变电路的固有频率来改变电路的固有频率, ,使它跟某一个电台使它跟某一个电台 发射的频率发射的频率 , ,这个频率的电磁波在接收电路里激起的感应电流最强这个频率的电磁波在接收电路里激起的感应电流最强, , 这样即可选出该电台这样即可选出该电台. . 五、电
10、磁波谱五、电磁波谱 1.1.定义定义: :按电磁波的波长从长到短分布是按电磁波的波长从长到短分布是 、红外线、可见光、红外线、可见光、 紫外线、紫外线、X X射线和射线和射线射线, ,形成电磁波谱形成电磁波谱. . 相等相等 最强最强 调谐调谐 调谐调谐 电容电容 相同相同 无线电波无线电波 2.2.电磁波谱的特性、应用电磁波谱的特性、应用 热效应热效应 荧光荧光 效应效应 六、相对论简介六、相对论简介 1.1.狭义相对论的两个基本假设狭义相对论的两个基本假设 (1)(1)爱因斯坦相对性原理爱因斯坦相对性原理: :对不同的惯性系对不同的惯性系, ,物理规律物理规律( (包括力学的和电磁的包括力
11、学的和电磁的) ) 都是都是 . . (2)(2)光速不变原理光速不变原理: :光在真空中运动的速度在任何惯性系中测得的数值都是光在真空中运动的速度在任何惯性系中测得的数值都是 . . 2.2.相对论质能关系相对论质能关系: :用用m m表示物体的质量表示物体的质量,E,E表示它具有的能量表示它具有的能量, ,则爱因斯坦质则爱因斯坦质 能关系式能关系式E=E= . . 一样的一样的 相同的相同的 mcmc2 2 自主检测自主检测 1.1.思考判断思考判断 (1)(1)光的干涉和衍射现象说明了光是波光的干涉和衍射现象说明了光是波, ,也能说明光是横波也能说明光是横波.(.( ) ) (2)(2)
12、真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的.(.( ) ) (3)(3)在双缝干涉实验中在双缝干涉实验中, ,双缝的作用是使一束光变成两束完全相同的相干光双缝的作用是使一束光变成两束完全相同的相干光.(.( ) ) (4)(4)波长不同的电磁波在本质上完全不同波长不同的电磁波在本质上完全不同.(.( ) ) (5)(5)阳光在水面的反射光是偏振光阳光在水面的反射光是偏振光.(.( ) ) (6)(6)光的颜色取决于折射率光的颜色取决于折射率.(.( ) ) (7)(7)电磁波以一定的速度在空间传播电磁波以一定的速度在空间传播, ,在传播过程中满足在传播过程中满
13、足v=f.(v=f.( ) ) (8)(8)电磁波同机械波一样能发生干涉、衍射、反射、折射等现象电磁波同机械波一样能发生干涉、衍射、反射、折射等现象.(.( ) ) 答案答案: : (1)(1) (2)(2) (3)(3) (4)(4) (5)(5) (6)(6) (7)(7) (8)(8) 2.2.(2018(2018上海杨浦区调研上海杨浦区调研) )如图所示如图所示, ,把酒精灯放在肥皂液薄膜前把酒精灯放在肥皂液薄膜前, ,从薄膜上从薄膜上 可看到明暗相间的条纹可看到明暗相间的条纹, ,能解释这一现象产生原因的是能解释这一现象产生原因的是( (示意图中实线、虚示意图中实线、虚 线为光照射到
14、薄膜上时线为光照射到薄膜上时, ,从膜的前后表面分别反射形成的两列波从膜的前后表面分别反射形成的两列波)()( ) ) C C 解析解析: :波峰和波峰、波谷与波谷叠加的点波峰和波峰、波谷与波谷叠加的点, ,出现亮纹出现亮纹; ;波峰与波谷叠加的点波峰与波谷叠加的点, , 出现暗纹出现暗纹, ,肥皂泡薄膜在重力作用下应该上薄下厚肥皂泡薄膜在重力作用下应该上薄下厚, ,故选故选C.C. 3 3.(.(多选多选) )电磁波与声波比较电磁波与声波比较, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( ( ) ) A.A.电磁波的传播不需要介质电磁波的传播不需要介质, ,声波的传播需要介质声波的传播需要介质
15、 B.B.由空气进入水中时由空气进入水中时, ,电磁波速度变小电磁波速度变小, ,声波速度变大声波速度变大 C.C.由空气进入水中时由空气进入水中时, ,电磁波波长变小电磁波波长变小, ,声波波长变大声波波长变大 D.D.电磁波和声波在介质中的传播速度电磁波和声波在介质中的传播速度, ,都是由介质决定的都是由介质决定的, ,与频率无关与频率无关 ABCABC 核心探究核心探究 分类探究分类探究各个击破各个击破 考点一 光的干涉现象考点一 光的干涉现象 1.1.双缝干涉双缝干涉 (1)(1)光能够发生干涉的条件光能够发生干涉的条件: :两光的频率相同两光的频率相同, ,振动步调相同振动步调相同.
16、 . (2)(2)双缝干涉形成的条纹是等间距的双缝干涉形成的条纹是等间距的, ,两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与 波长成正比波长成正比, ,即即x= .x= . (3)(3)用白光照射双缝时用白光照射双缝时, ,形成的干涉条纹的特点形成的干涉条纹的特点: :中央为白条纹中央为白条纹, ,两侧为彩色两侧为彩色 条纹条纹. . l d 2.2.薄膜干涉薄膜干涉 (1)(1)如图所示如图所示, ,竖直的肥皂薄膜竖直的肥皂薄膜, ,由于重力的作用由于重力的作用, ,形成上薄下厚的楔形形成上薄下厚的楔形. . (2)(2)光照射到薄膜上时光照射到薄膜上时, ,在膜的前表面
17、在膜的前表面AAAA和后表面和后表面BBBB分别反射出来分别反射出来, ,形成形成 两列频率相同的光波两列频率相同的光波, ,并且叠加并且叠加, ,两列光波同相叠加两列光波同相叠加, ,出现明纹出现明纹; ;反相叠加反相叠加, ,出出 现暗纹现暗纹. . (3)(3)条纹特点条纹特点: :单色光单色光: :明暗相间的水平条纹明暗相间的水平条纹; ;白光白光: :彩色水平条纹彩色水平条纹. . 【典例典例1 1】 如图所示如图所示, ,在双缝干涉实验中在双缝干涉实验中,S,S1 1和和S S2 2为双缝为双缝,P,P是光屏上的一点是光屏上的一点, , 已知已知P P点与点与S S1 1和和S S
18、2 2距离之差为距离之差为2.12.11010-6 -6 m, m,今分别用今分别用A,BA,B两种单色光在空气中两种单色光在空气中 做双缝干涉实验做双缝干涉实验, ,问问: : (1)(1)已知已知A A光在折射率为光在折射率为n=1.5n=1.5的介质中波长为的介质中波长为4 41010-7 -7 m,P m,P点是亮条纹还是暗点是亮条纹还是暗 条纹条纹? ? (2)(2)已知已知B B光在某种介质中波长为光在某种介质中波长为3.153.151010-7 -7 m, m,当当B B光从这种介质射向空气时光从这种介质射向空气时, , 临界角为临界角为3737(sin 37(sin 37=0.
19、6,cos 37=0.6,cos 37=0.8),P=0.8),P点是亮条纹还是暗条纹点是亮条纹还是暗条纹? ? (3)(3)若用若用A A光照射时光照射时, ,把其中一条缝遮住把其中一条缝遮住, ,试分析光屏上能观察到的现象试分析光屏上能观察到的现象. . (3)(3)光屏上仍出现明暗相间的条纹光屏上仍出现明暗相间的条纹, ,但中央条纹最宽最亮但中央条纹最宽最亮, ,两边条纹变窄变暗两边条纹变窄变暗. . 答案答案: :见解析见解析 反思总结反思总结 杨氏双缝干涉实验条纹的特点杨氏双缝干涉实验条纹的特点 【针对训练针对训练】 (2018(2018湖北襄阳第二次适应性考试湖北襄阳第二次适应性考
20、试)()(多选多选) )如图如图( (甲甲) )所示是所示是 用干涉法来检查某块厚玻璃板上表面是否平整的装置用干涉法来检查某块厚玻璃板上表面是否平整的装置, ,所用红色光是用普通所用红色光是用普通 光源加红色滤光片产生的光源加红色滤光片产生的, ,从上往下观察到的干涉条纹如图从上往下观察到的干涉条纹如图( (乙乙) )、( (丙丙) )所示所示, , 则下列判断正确的是则下列判断正确的是( ( ) ) A.A.若观察到的条纹如图若观察到的条纹如图( (乙乙) )所示所示, ,则说明厚玻璃板上表面是平整的则说明厚玻璃板上表面是平整的 B.B.若观察到的条纹如图若观察到的条纹如图( (丙丙) )所
21、示所示, ,则厚玻璃板上表面有下凹的位置则厚玻璃板上表面有下凹的位置 C.C.若观察到的条纹如图若观察到的条纹如图( (丙丙) )所示所示, ,则厚玻璃板上表面有上凸的位置则厚玻璃板上表面有上凸的位置 D.D.若是用黄色滤光片产生的黄色光做该实验若是用黄色滤光片产生的黄色光做该实验, ,则干涉条纹变密则干涉条纹变密 E.E.若是用黄色滤光片产生的黄色光做该实验若是用黄色滤光片产生的黄色光做该实验, ,则干涉条纹变疏则干涉条纹变疏 ABDABD 解析解析: :薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的反射光干涉产生的薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的反射光干涉产生的, ,若观若观 察到的条纹如图察到的条
22、纹如图( (乙乙) )所示所示, ,则说明厚玻璃板上表面是平整的则说明厚玻璃板上表面是平整的. .故故A A正确正确; ; 薄膜干涉是等厚干涉薄膜干涉是等厚干涉, ,即明条纹处空气膜的厚度相同即明条纹处空气膜的厚度相同. .从弯曲的条纹可从弯曲的条纹可 知知, ,检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同, ,知该处凹知该处凹 陷陷, ,故故B B正确正确,C,C错误错误. .若是用黄色滤光片产生的黄色光做该实验若是用黄色滤光片产生的黄色光做该实验, ,则波长则波长 变短变短, ,干涉条纹变密干涉条纹变密, ,故故D D正确正确,E,E错误
23、错误. . 考点二 光的衍射和偏振现象考点二 光的衍射和偏振现象 1.1.对光的衍射的理解对光的衍射的理解 (1)(1)衍射是波的特征衍射是波的特征, ,波长越长波长越长, ,衍射现象越明显衍射现象越明显. .任何情况下都可以发生衍任何情况下都可以发生衍 射现象射现象, ,只有明显与不明显的差别只有明显与不明显的差别. . (2)(2)衍射现象说明衍射现象说明“光沿直线传播光沿直线传播”只是一种特殊情况只是一种特殊情况, ,只有在光的波长比只有在光的波长比 障碍物尺寸小得多时障碍物尺寸小得多时, ,光才可以看做是沿直线传播的光才可以看做是沿直线传播的. . 2.2.自然光和偏振光的比较自然光和
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