第4講光的波動(dòng)性電磁波和相對(duì)論(實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測光的波長)一、光的干涉1．產(chǎn)生條件兩列光的

相同，振動(dòng)方向

，且具有恒定的相位差，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣。頻率相同2．兩種典型的干涉(1)楊氏雙縫干涉①原理如圖所示。②明、暗條紋的條件明暗相間

kλ

彩色

白色

(2)薄膜干涉①相干光：光照射到透明薄膜上，從薄膜的兩個(gè)表面

的兩列光波。②圖樣特點(diǎn)：同雙縫干涉，同一條亮(或暗)紋對(duì)應(yīng)薄膜的

相等。單色光照射薄膜時(shí)形成明暗相間的條紋，白光照射薄膜時(shí)，形成彩色條紋。反射厚度二、光的衍射偏振1．光的衍射(1)發(fā)生明顯衍射的條件：只有當(dāng)障礙物的尺寸與光的波長

，甚至比光的波長

的時(shí)候，衍射現(xiàn)象才會(huì)明顯。相差不多還小(2)衍射條紋的特點(diǎn)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央為亮且寬的條紋，兩側(cè)為

的條紋，且越靠外，亮條紋的亮度

，寬度中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著

的同心圓環(huán)，且越靠外，圓形亮條紋的亮度

，寬度

；亮環(huán)或暗環(huán)間的距離隨圓孔半徑的增大而明暗相間越弱越小明暗相間越弱越小減?、诓此闪涟?圓盤衍射)：當(dāng)光照到

(選填“透明”或“不透明”)的半徑很小的小圓盤上時(shí)，在圓盤的陰影中心出現(xiàn)

(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán))。白光中央為亮且寬的白色條紋，兩側(cè)為亮度

、寬度

的彩色條紋，其中最靠近中央的色光是紫光，離中央最遠(yuǎn)的是紅光中央是大且亮的白色亮斑，周圍是不等間距的彩色的逐漸變暗變窄同心圓環(huán)不透明亮斑2．光的偏振現(xiàn)象(1)偏振光波只沿

的方向的振動(dòng)。(2)自然光太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包括在垂直于傳播方向上沿

振動(dòng)的光，而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的

都相同，這種光叫作自然光。(3)偏振光在

于傳播方向的平面上，只沿某個(gè)特定方向振動(dòng)的光。光的偏振證明光是

。自然光通過偏振片后，就得到了偏振光。某一特定一切方向強(qiáng)度垂直橫波三、電磁波與相對(duì)論1．電磁波的產(chǎn)生(1)麥克斯韋電磁場理論變化的磁場產(chǎn)生

，變化的電場產(chǎn)生

。(2)電磁場變化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系成為一個(gè)完整的整體，這就是電磁場。電場磁場(3)電磁波電磁場(電磁能量)由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播形成電磁波。①電磁波是橫波，在空間傳播

介質(zhì)；②真空中電磁波的速度為

m/s；③v＝λf對(duì)電磁波

；④電磁波能產(chǎn)生反射、折射、

和衍射等現(xiàn)象。不需要3.0×108同樣適用干涉2．電磁波的發(fā)射和接收(1)發(fā)射電磁波的條件①要有足夠高的

；②電路必須

，使振蕩電路的電場和磁場分散到盡可能大的空間。(2)調(diào)制有

和調(diào)頻兩種方式，解調(diào)是調(diào)制的逆過程。(3)電磁波譜①定義：按電磁波的波長從長到短分布是

、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線，形成電磁波譜；遞變規(guī)律：直線傳播能力增強(qiáng)，衍射能力減弱。振蕩頻率開放調(diào)幅無線電波②電磁波譜的特性及應(yīng)用電磁波譜特性應(yīng)用紅外線紅外線遙感紫外線化學(xué)效應(yīng)、

、能殺菌醫(yī)用消毒、防偽X射線貫穿性強(qiáng)檢查、醫(yī)用透視γ射線貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)用治療熱效應(yīng)熒光效應(yīng)3.狹義相對(duì)論(1)狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)①狹義相對(duì)性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是

的。②光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都是

的，光速與光源、觀測者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系。相同相同大于

4．相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系：用m表示物體的質(zhì)量，E表示它具有的能量，則愛因斯坦質(zhì)能方程為E＝

。mc2 命題點(diǎn)一光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象

自主探究1．光的干涉、衍射的比較干涉衍射現(xiàn)象在光疊加區(qū)域出現(xiàn)加強(qiáng)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(shí)驗(yàn)楊氏雙縫干涉單縫衍射(圓孔衍射、圓盤衍射)圖樣特點(diǎn)不同點(diǎn)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，兩邊變暗相同點(diǎn)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.自然光與偏振光自然光(非偏振光)偏振光光的來源直接從光源發(fā)出的光自然光通過起偏器后的光光的振動(dòng)方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿任意方向，且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光的強(qiáng)度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿特定方向1．關(guān)于波的干涉和衍射，下列說法正確的是(

)A．衍射是一切波特有的現(xiàn)象B．兩列波發(fā)生干涉時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)的位移一定始終最大C．聲波容易發(fā)生衍射是因?yàn)槁暡ǖ牟ㄩL較長D．觀察薄膜干涉時(shí)，應(yīng)該在入射光的同一側(cè)E．醫(yī)院中用于體檢的“B超”利用了超聲波的衍射原理ACD

解析：衍射是一切波特有的現(xiàn)象，選項(xiàng)A正確；兩列波發(fā)生干涉時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)始終加強(qiáng)，不是位移始終最大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；聲波容易發(fā)生衍射是因?yàn)槁暡ǖ牟ㄩL較長，選項(xiàng)C正確；薄膜干涉是兩列頻率相同的反射光在薄膜上出現(xiàn)的現(xiàn)象，因此應(yīng)在入射光的同一側(cè)觀察，選項(xiàng)D正確；醫(yī)院中用于體檢的“B超”利用了超聲波的反射原理，選項(xiàng)E錯(cuò)誤。2．以下說法正確的是(

)A．光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波B．不透光圓片后面的陰影中心出現(xiàn)一個(gè)亮斑屬于光的干涉現(xiàn)象C．照相機(jī)鏡頭呈淡紫色屬于光的衍射現(xiàn)象D．光導(dǎo)纖維中內(nèi)層的折射率大于外層的折射率E．用點(diǎn)光源照射小圓孔，后面屏上會(huì)出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)，這是圓孔衍射現(xiàn)象ADE

解析：偏振是橫波的特有現(xiàn)象，光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波，故A正確；不透光圓片后面的陰影中心出現(xiàn)一個(gè)亮斑屬于光的衍射現(xiàn)象，故B錯(cuò)誤；光通過照相機(jī)鏡頭上的增透膜時(shí)，增透膜前后表面反射的光發(fā)生干涉，故照相機(jī)鏡頭呈淡紫色，故C錯(cuò)誤；光導(dǎo)纖維傳播信號(hào)利用了光的全反射原理，結(jié)合發(fā)生全反射的條件可知，光導(dǎo)纖維中內(nèi)層的折射率大于外層的折射率，故D正確；用點(diǎn)光源照射小圓孔，后面屏上會(huì)出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)，這是圓孔衍射現(xiàn)象，故E正確。3．如圖所示是a、b兩光分別經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后在屏上形成的干涉圖樣，則(

)A．在同種均勻介質(zhì)中，a光的傳播速度比b光的大B．在真空中a、b兩光傳播速度相同C．從真空射入同種介質(zhì)發(fā)生全反射時(shí)，a光全反射臨界角小D．從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時(shí)，a光全反射臨界角小E．在相同的條件下，b光比a光更容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象BDE

命題點(diǎn)二電磁場和電磁波

自主探究1．對(duì)麥克斯韋電磁場理論的理解2．對(duì)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(jī)械波不同，機(jī)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<3×1011>10－3波動(dòng)性強(qiáng)，易發(fā)生衍射無線電技術(shù)衍射能力減弱，直線傳播能力增強(qiáng)紅外線1011～101510－3～10－7熱效應(yīng)紅外遙感可見光101510－7引起視覺照明、攝影衍射能力減弱，直線傳播能力增強(qiáng)紫外線1015～101710－7～10－9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1016～101910－8～10－11貫穿本領(lǐng)強(qiáng)檢查、醫(yī)用透視γ射線>1019<10－11貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)用治療4．(2021·河南開封高三檢測)關(guān)于電磁波譜，下列說法正確的是(

)A．X射線對(duì)生命物質(zhì)有較強(qiáng)的作用，過量的X射線輻射會(huì)引起生物體的病變B．γ射線是波長最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高C．紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射D．在電磁波譜中，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是γ射線E．在電磁波譜中，無線電波一般可用于通信ABE

解析：紫外線比紫光的波長短，更不容易發(fā)生干涉和衍射，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在電磁波譜中，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是無線電波，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。5．關(guān)于電磁波的發(fā)射和接收，下列說法正確的是(

)A．為了使振蕩電路有效地向空間輻射能量，電路必須是閉合的B．音頻電流的頻率比較低，不能直接用來發(fā)射電磁波C．當(dāng)接收電路的固有頻率與收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)D．要使電視機(jī)的屏幕上有圖像，必須要有檢波過程E．電視信號(hào)可以直接通過天線向外發(fā)射BCD

解析：有效發(fā)射電磁波，必須采用開放電路和高頻發(fā)射；一般的音頻電流和電視信號(hào)的頻率較低，不能直接用來發(fā)射電磁波；電磁波接收原理是一種叫電諧振的現(xiàn)象，與機(jī)械振動(dòng)中的共振有些相似；電視機(jī)顯示圖像時(shí)，必須通過檢波過程，把有效的信號(hào)從高頻調(diào)制信號(hào)中取出來，否則就不能顯示，故A、E錯(cuò)誤，B、C、D正確。易錯(cuò)警示對(duì)電磁波認(rèn)識(shí)的2點(diǎn)注意(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、γ射線等，穿透能力較強(qiáng)。(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γ射線都有重疊，但它們產(chǎn)生的機(jī)理不同。 命題點(diǎn)三相對(duì)論及簡單應(yīng)用

自主探究1．慣性系：如果牛頓運(yùn)動(dòng)定律在某個(gè)參考系中成立，這個(gè)參考系叫作慣性系。相對(duì)一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)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?yàn)楣馑偈菑柠溈怂鬼f方程組中推導(dǎo)出來的，無任何前提條件。3．相對(duì)論中五個(gè)公式6．在狹義相對(duì)論中，下列說法正確的有(

)A．一切運(yùn)動(dòng)物體相對(duì)于觀察者的速度都不能大于真空中的光速B．質(zhì)量、長度的測量結(jié)果都與物體相對(duì)觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)C.時(shí)間間隔的測量結(jié)果與物體相對(duì)觀察者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)D．在某一慣性系中發(fā)生于同一時(shí)刻、不同地點(diǎn)的兩個(gè)事件，在其他一切慣性系中也是同時(shí)發(fā)生的E．不管光源與觀察者是否存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，觀察者觀察到的光速是不變的ABE

解析：根據(jù)狹義相對(duì)論可知，光速是速度的極限值，而且是不變的，所以A、E正確；根據(jù)狹義相對(duì)論可知，長度、質(zhì)量、時(shí)間間隔都與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，且都給出了具體的計(jì)算公式，所以B正確，C錯(cuò)誤；同時(shí)是相對(duì)的，所以D錯(cuò)誤。7．(1)一列火車以速度v勻速行駛，車頭、車尾各有一盞燈，某時(shí)刻路基上的人看見兩燈同時(shí)亮了，那么車廂中的人看見的情況是什么呢？(2)一張宣傳畫是邊長為5m的正方形，一高速列車以2×108

m/s的速度接近此宣傳畫，在司機(jī)看來，這張宣傳畫是什么樣子？(3)遠(yuǎn)方的一顆星以0.8c的速度離開地球，在地球上測得它輻射出來的閃光按5晝夜的周期變化，求在此星球上測其閃光周期為多大？ 命題點(diǎn)四實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測光的波長

自主探究1．原理與操作3．注意事項(xiàng)(1)保證光源、單縫、雙縫、測量頭與遮光筒共軸。(2)保持單縫和雙縫平行。8．(2019·高考全國卷Ⅱ)某同學(xué)利用圖示裝置測量某種單色光的波長。實(shí)驗(yàn)時(shí)，接通電源使光源正常發(fā)光；調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋?；卮鹣铝袉栴}：(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù)，該同學(xué)可________；A．將單縫向雙縫靠近B．將屏向靠近雙縫的方向移動(dòng)C．將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動(dòng)D．使用間距更小的雙縫(2)若雙縫的間距為d，屏與雙縫