2019年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第14章 選考部分 第4講 光的干涉、衍射和偏振 電磁波與相對論學(xué)案 新人教版

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1、第四講　光的干涉、衍射和偏振　電磁波與相對論 一、 二、 1．判斷正誤 (1)光的顏色由光的頻率決定．(　　) (2)只有頻率相同的兩列光波才有可能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉．(　　) (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．(　　) 答案

2、：(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)×　(8)×　(9)× 2．下列屬于光的干涉現(xiàn)象的是(　　) 答案：BC 3．關(guān)于生活中遇到的各種波，下列說法正確的是(　　) A．電磁波可以傳遞信息，聲波不能傳遞信息 B．手機在通話時涉及的波既有電磁波又有聲波 C．太陽光中的可見光和醫(yī)院“B超”中的超聲波傳播速度相同 D．遙控器發(fā)出的紅外線波長和醫(yī)院“CT”中的X射線波長相同 答案：B 4．關(guān)于狹義相對論的說法，不正確的是(　　) A．狹義相對論認為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的 B．狹義相對論認為在一切慣性參考系中，光在真空中的速度

3、都等于c，與光源的運動無關(guān) C．狹義相對論只涉及無加速運動的慣性系 D．狹義相對論在任何情況下都適用 答案：D 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Δx＝λ. (3)用白光照射雙縫時，形成的干涉條紋的特點：中央為白條紋，兩側(cè)為彩色條紋． 2．亮暗條紋的判斷方法 (1)如圖所示，光源S1、S2發(fā)出的光到屏上某點的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)時，光屏上出現(xiàn)亮條紋． (2)光的路程差r2－r1＝(2k＋1)(k＝0

4、,1,2…)時，光屏上出現(xiàn)暗條紋． 3．條紋間距：Δx＝λ，其中l(wèi)是雙縫到光屏的距離，d是雙縫間的距離，λ是光波的波長． 4．薄膜干涉 (1)形成：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′分別反射回來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加． (2)亮、暗條紋的判斷 ①在P1、P2處，兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr等于波長的整數(shù)倍，即Δr＝nλ(n＝1,2,3…)，薄膜上出現(xiàn)亮條紋． ②在Q處，兩列反射回來的光波的路程差Δr等于半波長的奇數(shù)倍，即Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋

5、． 1．(2012·全國卷)(多選)在雙縫干涉實驗中，某同學(xué)用黃光作為入射光．為了增大干涉條紋的間距，該同學(xué)可以采用的方法有(　　) A．改用紅光作為入射光 B．改用藍光作為入射光 C．增大雙縫到屏的距離 D．增大雙縫之間的距離 解析：選AC　雙縫干涉實驗中，干涉條紋間距Δx＝λ，要增大干涉條紋間距Δx，可以增大λ、l或減小d，λ紅>λ黃，λ藍<λ黃，故A、C正確，B、D錯誤． 2．(2017·安徽合肥二模)如圖所示，兩束平行單色光a、b從空氣射入玻璃三棱鏡，出射光為①和②，對這兩束光，下列說法正確的是(　　) A．出射光①是a光 B．在該三棱鏡中a光的傳播速度比b光

6、的大 C．從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時，a光的臨界角比b光的小 D．分別通過同一雙縫干涉裝置，a光形成的相鄰亮條紋間距大 解析：選C　由圖可知，a光的偏折角大于b光的偏折角，故a光的折射率大于b光的折射率，通過三棱鏡右側(cè)面后a光的偏折程度較大，則知出射光①是b光，故A錯誤．根據(jù)v＝分析知，在該三棱鏡中a光的傳播速度比b光的小，故B錯誤．根據(jù)sin C＝分析知，a光的臨界角比b光的小，故C正確．a(chǎn)光的折射率大于b光的折射率，則a光的頻率大于b光的頻率，a光的波長小于b光的波長，而雙縫干涉條紋的間距與波長成正比，則分別通過同一雙縫干涉裝置，a光形成的相鄰亮條紋間距小，故D錯誤． 3．(1

7、)如圖所示，在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，光具座上放置的光學(xué)元件依次為①光源、②________、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏．對于某種單色光，為增加相鄰亮紋(暗紋)間的距離，可采取________或________的方法． (2)如果將燈泡換成激光光源，該實驗照樣可以完成，這時可以去掉的部件是________(填數(shù)字代號)． (3)轉(zhuǎn)動測量頭的手輪，使分劃板中心刻線對準第1條亮紋，讀下手輪的讀數(shù)如圖甲所示．繼續(xù)轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線對準第10條亮紋，讀下手輪的讀數(shù)如圖乙所示．則相鄰兩亮條紋的間距是________ mm. (4)如果已經(jīng)量得雙

8、縫的間距是0.30 mm、雙縫和光屏之間的距離是900 mm，則待測光的波長是________ m．(取三位有效數(shù)字) 解析：(1)由實驗原理可知②③④分別是濾光片、單縫、雙縫．由Δx＝λ可知，要增加相鄰亮紋(暗紋)間的距離，可采取的辦法有：①增大雙縫到光屏間的距離(或選用較長的遮光筒)；②減小雙縫之間的距離． (2)由于激光是相干光源，故可以去掉的部件是②、③. (3)甲圖讀數(shù)是0.045 mm，乙圖讀數(shù)是14.535 mm，它們的差值是14.490 mm，中間跨越了10－1＝9個條紋間距，所以相鄰兩亮條紋間距是Δx＝ mm＝1.610 mm. (4)光的波長λ＝＝5.37×10－7

9、 m. 答案：(1)濾光片　單縫　雙縫　增加雙縫到光屏間的距離(或選用較長的遮光筒)　減小雙縫之間的距離 (2)②③　(3)1.610　(4)5.37×10－7 考點二 光的衍射和偏振現(xiàn)象 1．對光的衍射的理解 (1)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． (2)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，光才可以看作是沿直線傳播的． 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，中央最寬 條紋寬度相等 條紋 間距

10、 各相鄰條紋間距不等 各相鄰條紋等間距 亮度 情況 中央條紋最亮，兩邊變暗 條紋清晰，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．光的干涉和衍射的本質(zhì) 光的干涉和衍射都屬于光的疊加，從本質(zhì)上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理，都可認為是從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波，在屏上疊加形成的． 4．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 從普遍光源發(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)，光振動沿任意方向，且沿各個

11、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(yīng)用：加偏振濾光片的照相機鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等． 4．(2014·江蘇卷)某同學(xué)用單色光進行雙縫干涉實驗，在屏上觀察到圖(甲)所示的條紋，僅改變一個實驗條件后，觀察到的條紋如(乙)圖所示．他改變的實驗條件可能是(　　) A．減小光源到單縫的距離 B．減小雙縫之間的距離 C．減小雙縫到光屏之間的距離 D．換用頻率更高的單色光源 解析：選B　在雙縫干涉中，相鄰明條紋間的距離Δx＝λ，由題圖知干涉條紋間距變寬，故可增大l、λ或減小d.根據(jù)c＝λν知要增大λ，應(yīng)減小ν.選

12、項B正確，選項A、C、D錯誤． 5．(多選)下列關(guān)于光的說法中正確的是(　　) A．分別用紅光和紫光在同一裝置上做干涉實驗，相鄰紅光干涉條紋間距小于相鄰紫光干涉條紋間距 B．雨后天空出現(xiàn)的彩虹是光的衍射現(xiàn)象 C．水面油膜呈現(xiàn)彩色條紋是光的干涉現(xiàn)象 D．醫(yī)學(xué)上用光導(dǎo)纖維制成內(nèi)窺鏡，用來檢查人體內(nèi)臟器官的內(nèi)部．它利用了光的全反射原理 解析：選CD　根據(jù)Δx＝λ，因紅光波長較長，故相鄰紅光條紋間距大，A錯；雨后天空出現(xiàn)的彩虹是光的折射和色散綜合作用的結(jié)果，B錯；水面油膜呈現(xiàn)彩色條紋是白光在油膜前后兩表面的反射光相遇疊加的結(jié)果，屬于干涉，故C正確；醫(yī)學(xué)上用光導(dǎo)纖維制成內(nèi)窺鏡，應(yīng)用的是全反射

13、原理，D正確. 考點三 電磁波與相對論 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)電磁波與機械波的比較 名稱 項目 電磁波 機械波 產(chǎn)生 由周期性變化的電場、磁場產(chǎn)生 由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生 波的特點 橫波 縱波或橫波 波速 在真空中等于光速c＝3×108 m/s 在空氣中不大(如聲波波速在空氣中一般為340 m/s) 是否需要 介質(zhì) 不需要介質(zhì)(在真空中仍可傳播) 必須有介質(zhì)(真空中不能傳播) 能量傳播 電磁能 機械能 6．(2016·

14、全國卷Ⅱ)(多選)關(guān)于電磁波，下列說法正確的是(　　) A．電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關(guān) B．周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā)，形成電磁波 C．電磁波在真空中自由傳播時，其傳播方向與電場強度、磁感應(yīng)強度均垂直 D．利用電磁波傳遞信號可以實現(xiàn)無線通信，但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸 E．電磁波可以由電磁振蕩產(chǎn)生，若波源的電磁振蕩停止，空間的電磁波隨即消失 解析：選ABC　電磁波在真空中的傳播速度為光速c，與頻率無關(guān)，A正確；周期性變化的電場和磁場可相互激發(fā)形成電磁波，B正確；電磁波是橫波，在真空中自由傳播時傳播方向與電場方向、磁場方向垂直，C正確；電磁波可以在介質(zhì)中傳

15、播，所以可以通過光纜進行有線傳輸，也可以不需要介質(zhì)進行傳輸，即無線傳輸，D錯誤；電磁振蕩停止，已產(chǎn)生的電磁波仍能繼續(xù)傳播而獨立存在，E錯誤． 7．(2018·四川宜賓二診)下列關(guān)于電磁波的說法正確的是(　　) A．麥克斯韋首先從理論上預(yù)言了電磁波，并用實驗證實了電磁波的存在 B．電磁波能發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象和多普勒效應(yīng)，但不能發(fā)生偏振現(xiàn)象 C．X射線是一種波長比紫外線短的電磁波，醫(yī)學(xué)上可用來檢查人體內(nèi)病變和骨骼情況 D．紅外線的顯著作用是熱作用，溫度較低的物體不能輻射紅外線 解析：選C　麥克斯韋首先從理論上預(yù)言了電磁波，赫茲用實驗證實了電磁波的存在，A錯誤；電磁波能發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象和多普勒效應(yīng)，由于電磁波是橫波，也能發(fā)生偏振現(xiàn)象，B錯誤；X射線是一種波長比紫外線短的電磁波，穿透本領(lǐng)很強，在醫(yī)學(xué)上主要應(yīng)用是透視，可檢查人體內(nèi)病變和骨骼情況，C正確；任何物體都可以輻射紅外線，D錯誤． 8