(新課改省份專用)2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十四章 第2節(jié) 光的波動性 電磁波 相對論學(xué)案(含解析).doc
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第2節(jié) 光的波動性 電磁波 相對論 一、光的干涉、衍射和偏振 1.光的干涉 (1)定義:在兩列光波疊加的區(qū)域,某些區(qū)域相互加強,出現(xiàn)條紋,某些區(qū)域相互減弱,出現(xiàn)條紋,且加強區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象。 (2)條件:兩束光的頻率相同、相位差恒定。 (3)雙縫干涉圖樣特點:單色光照射時,形成明暗相間的等間距的干涉條紋;白光照射時,中央為白色亮條紋,其余為彩色條紋。 (4)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是入射光波的波長。 2.光的衍射 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。 3.光的偏振 (1)自然光: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。 (2)偏振光:在垂直于光的傳播方向的平面上,只沿著某個特定的方向振動的光。 (3)偏振光的兩種形成方式 ①讓自然光通過偏振片形成偏振光。 ②讓自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和折射,反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光。 (4)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種波。 (5)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。 二、電磁波 1.麥克斯韋電磁場理論 變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場,變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場。 2.電磁波及其傳播 (1)電磁場在空間由近及遠(yuǎn)的傳播,形成電磁波。電磁波是橫波。 (2)電磁波的傳播不需要介質(zhì),在真空中不同頻率的電磁波傳播速度都等于光速。但在同一介質(zhì)中,不同頻率的電磁波傳播速度是不同的,頻率越高,波速越(可聯(lián)系v=理解記憶)。 (3)波速公式:v=λf,f是電磁波的頻率。 3.電磁波的發(fā)射與接收 (1)發(fā)射電磁波需要開放的高頻振蕩電路,并對電磁波根據(jù)信號的強弱進(jìn)行調(diào)制(兩種方式:調(diào)幅、調(diào)頻)。 (2)接收電磁波需要能夠產(chǎn)生電諧振的調(diào)諧電路,再把信號從高頻電流中解調(diào)出來。調(diào)幅波的解調(diào)也叫檢波。 4.電磁波譜 按照電磁波的頻率或波長的大小順序把它們排列成的譜。按波長由長到短排列的電磁波譜為:無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。 三、相對論 1.狹義相對論的兩個基本假設(shè) (1)狹義相對性原理:在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是相同的。 (2)光速不變原理:真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的,光速和光源、觀測者間的相對運動沒有關(guān)系。 2.質(zhì)速關(guān)系 (1)物體的質(zhì)量隨物體速度的增加而增大,物體以速度v運動時的質(zhì)量m與靜止時的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系: m=。 (2)物體運動時的質(zhì)量總要大于靜止時的質(zhì)量m0。 3.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。 [深化理解] 1.光發(fā)生干涉現(xiàn)象是有條件的,光發(fā)生衍射現(xiàn)象是沒有條件的,但發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象是有條件的。 2.圓孔衍射和圓盤衍射圖樣最明顯的區(qū)別在于中心的亮斑,前者的較大,后者的很小且有陰影包圍。 3.只有橫波才能發(fā)生偏振現(xiàn)象。 4.不同的電磁波有不同的特性,產(chǎn)生機理也不同,但可能具有相同的頻率。 [基礎(chǔ)自測] 一、判斷題 (1)只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉。(√) (2)在雙縫干涉實驗中,雙縫的作用是使白光變成單色光。() (3)陽光下茂密的樹蔭中地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的。() (4)自然光是偏振光。() (5)無線電波不能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象。() (6)波長不同的電磁波在本質(zhì)上完全不同。() (7)真空中的光速在不同慣性參考系中是不同的。() 二、選擇題 1.(多選)下列屬于光的干涉現(xiàn)象的是( ) 解析:選BC A項為單縫衍射現(xiàn)象,B、C項為薄膜干涉現(xiàn)象,D項為光的色散現(xiàn)象。 2.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 解析:選B 電磁波、聲波等一切波都可以傳遞能量和信息,A錯誤;手機在通話時需要聲音信號與電信號的相互轉(zhuǎn)換,電信號以電磁波的形式在空中傳播,B正確;超聲波是聲波,在空氣中傳播速度約為340 m/s,C錯誤;由電磁波譜分布情況可知,紅外線的波長比X射線的波長長,D錯誤。 3.關(guān)于狹義相對論的說法,不正確的是( ) A.狹義相對論認(rèn)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(rèn)為在一切慣性參考系中,光在真空中的速度都等于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 高考對本節(jié)內(nèi)容的考查,主要集中在光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象,有時涉及電磁波與相對論知識,通常以選擇題的形式呈現(xiàn),難度一般。 考點一 光的干涉現(xiàn)象[多維探究類] 考法(一) 雙縫干涉 [例1] (多選)(2017全國卷Ⅱ改編)在雙縫干涉實驗中,用綠色激光照射在雙縫上,在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣。若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距,可選用的方法是( ) A.改用紅色激光 B.改用藍(lán)色激光 C.減小雙縫間距 D.將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動 [解析] 由Δx=λ可知,改用波長更長的激光照射在雙縫上,相鄰亮條紋的間距Δx增大,A項正確,B項錯誤;減小雙縫間距d,相鄰亮條紋的間距Δx增大,C項正確;將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動,增大了屏幕與雙縫的距離l,相鄰亮條紋的間距Δx增大,D項正確。 [答案] ACD [題型技法] 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=0,1,2…)時,光屏上出現(xiàn)暗條紋。 考法(二) 薄膜干涉 [例2] 劈尖干涉是一種薄膜干涉,其裝置如圖甲所示,將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃上,在一端夾入兩張紙片,從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜。當(dāng)光垂直入射后,從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示,干涉條紋有如下特點: (1)任意一條亮條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等; (2)任意相鄰亮條紋和暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定。 現(xiàn)若在圖甲的裝置中抽去一張紙片,則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后,從上往下觀察到的干涉條紋( ) A.變疏 B.變密 C.不變 D.消失 [解析] 如圖所示,若抽去一張紙片,則三角截面空氣層的傾角變小,則干涉條紋變疏,A正確。 [答案] A [題型技法] 薄膜干涉的理解和應(yīng)用 (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。 (3)應(yīng)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射,如果被檢查平面是平整光滑的,我們會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋;若被檢查平面不平整,則干涉條紋發(fā)生彎曲。 [題點全練] 1.[對生活中常見光現(xiàn)象的認(rèn)識] (多選)在五彩繽紛的大自然中,我們常常會見到一些彩色光的現(xiàn)象,下列現(xiàn)象中屬于光的干涉的是( ) A.灑水車噴出的水珠在陽光照耀下出現(xiàn)的彩色現(xiàn)象 B.小孩兒吹出的肥皂泡在陽光照耀下出現(xiàn)的彩色現(xiàn)象 C.雨后天晴馬路上油膜在陽光照耀下出現(xiàn)的彩色現(xiàn)象 D.用游標(biāo)卡尺兩測量爪的狹縫觀察日光燈的燈光出現(xiàn)的彩色現(xiàn)象 解析:選BC A屬于光的色散現(xiàn)象;B、C屬于光的薄膜干涉現(xiàn)象;D屬于光的單縫衍射現(xiàn)象。 2.[雙縫干涉中亮、暗條紋的判斷] 如圖所示,在雙縫干涉實驗中,S1和S2為雙縫,P是光屏上的一點,已知P點與S1和S2距離之差為2.110-6 m,今分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實驗,問P點是亮條紋還是暗條紋? (1)已知A光在折射率為n=1.5的介質(zhì)中波長為410-7 m; (2)已知B光在某種介質(zhì)中波長為3.1510-7 m,當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時,臨界角為37(sin 37=0.6,cos 37=0.8)。 解析:(1)設(shè)A光在空氣中波長為λ1,在介質(zhì)中波長為λ2, 由n==得 λ1=nλ2=1.5410-7 m=610-7 m 根據(jù)路程差Δx=2.110-6 m 所以N1===3.5 由此可知,從S1和S2到P點的路程差Δx是波長λ1的3.5倍,所以P點為暗條紋。 (2)根據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系sin C=得 n′== 由此可知,B光在空氣中波長λ3為 λ3=n′λ介=3.1510-7 m=5.2510-7 m 所以N2===4 可見,用B光做光源,P點為亮條紋。 答案:(1)暗條紋 (2)亮條紋 考點二 光的衍射和偏振現(xiàn)象[基礎(chǔ)自修類] [題點全練] 1.[單縫衍射] (多選)抽制高強度纖維細(xì)絲可用激光監(jiān)控其粗細(xì),如圖所示,激光束越過細(xì)絲時產(chǎn)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(jīng)過細(xì)絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可判斷細(xì)絲粗細(xì)的變化,下列敘述中正確的是( ) A.這里應(yīng)用的是光的衍射現(xiàn)象 B.這里應(yīng)用的是光的干涉現(xiàn)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(xì) 解析:選AD 由于是激光束越過細(xì)絲即繞過障礙物,所以是光的衍射現(xiàn)象,當(dāng)抽制的絲變細(xì)的時候,絲的直徑較接近激光的波長,條紋間距變寬,A、D正確。 2.[干涉、衍射的圖樣比較] (多選)下列所示的圖片、示意圖大都來源于課本,關(guān)于這些圖的判斷中,準(zhǔn)確無誤的是( ) A.甲圖是小孔衍射的圖樣,乙圖為“泊松亮斑” B.甲圖為“泊松亮斑”,乙圖是小孔衍射的圖樣 C.丙圖是雙縫干涉圖樣,丁圖是單縫衍射圖樣 D.丙圖是單縫衍射圖樣,丁圖是雙縫干涉圖樣 解析:選AC “泊松亮斑”是“小圓盤”產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象,形成的衍射圖樣是陰影中心有一個“亮斑”,而小孔衍射的圖樣是中間有“亮斑”,無陰影,選項A正確,B錯誤;丙圖很明顯是雙縫干涉的圖樣,因干涉圖樣中的條紋間距是相等的,單縫衍射圖樣中的條紋間距是不相等的,中間最寬、最亮,丁圖是單縫衍射圖樣,選項C正確,D錯誤。 3.[光的偏振的應(yīng)用] 奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一個重要指標(biāo),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(zhuǎn)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(guān),將α的測量值與標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)動B,使到達(dá)O處的光最強,然后將被測樣品P置于A、B之間。 (1)偏振片A的作用是________________________________________________________。 (2)偏振現(xiàn)象證明了光是一種________。 (3)以下說法中正確的是________。 A.到達(dá)O處光的強度會明顯減弱 B.到達(dá)O處光的強度不會明顯減弱 C.將偏振片B轉(zhuǎn)動一個角度,使得O處光強度最強,偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于α D.將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度,使得O處光強度最強,偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于α 解析:(1)自然光源發(fā)出的光不是偏振光,但當(dāng)自然光經(jīng)過偏振片后就變成了偏振光,因此偏振片A的作用是把自然光變成偏振光。 (2)偏振現(xiàn)象證明了光是一種橫波。 (3)因為A、B的透振方向一致,故A、B間不放糖溶液時,自然光通過偏振片A后變成偏振光,通過B后到O。當(dāng)在A、B間加上糖溶液時,由于糖溶液的旋光作用,使通過A的偏振光的振動方向轉(zhuǎn)動了一定角度,使通過B到達(dá)O的光的強度不是最大,但當(dāng)B轉(zhuǎn)過一個角度,恰好使透振方向與經(jīng)過糖溶液后的偏振光的振動方向一致時,O處光強又為最強,故B的旋轉(zhuǎn)角度即為糖溶液的旋光度。若偏振片B不動而將A旋轉(zhuǎn)一個角度,再經(jīng)糖溶液旋光后光的振動方向恰與B的透振方向一致,則A轉(zhuǎn)過的角度也為α,故選項A、C、D正確。 答案:(1)把自然光變成偏振光 (2)橫波 (3)ACD [名師微點] 1.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 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 2.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(rèn)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。 考點三 電磁波與相對論[基礎(chǔ)自修類] [題點全練] 1.[電磁波的理解] (多選)(2016全國卷Ⅱ改編)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 解析:選ABC 電磁波在真空中的傳播速度等于光速,與電磁波的頻率無關(guān),選項A正確; 周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā),形成電磁波,選項B正確;電磁波的傳播方向與電場強度、磁感應(yīng)強度均垂直,選項C正確;電磁波可以通過光纜傳輸,選項D錯誤。 2.[電磁波的特性] (2016天津高考)如圖所示,我國成功研發(fā)的反隱身先進(jìn)米波雷達(dá)堪稱隱身飛機的克星,它標(biāo)志著我國雷達(dá)研究又創(chuàng)新的里程碑。米波雷達(dá)發(fā)射無線電波的波長在1~10 m范圍內(nèi),則對該無線電波的判斷正確的是( ) A.米波的頻率比厘米波頻率高 B.和機械波一樣須靠介質(zhì)傳播 C.同光波一樣會發(fā)生反射現(xiàn)象 D.不可能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象 解析:選C 由ν=可知,波長越長,頻率越低,故米波的頻率比厘米波頻率低,選項A錯誤;無線電波是電磁波,它的傳播不須靠介質(zhì),選項B錯誤;無線電波與光波一樣具有波的特性,會發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象,選項C正確,D錯誤。 3.[狹義相對論的理解] (多選)(2017江蘇高考)接近光速飛行的飛船和地球上各有一只相同的銫原子鐘,飛船和地球上的人觀測這兩只鐘的快慢,下列說法正確的有( ) A.飛船上的人觀測到飛船上的鐘較快 B.飛船上的人觀測到飛船上的鐘較慢 C.地球上的人觀測到地球上的鐘較快 D.地球上的人觀測到地球上的鐘較慢 解析:選AC 相對論告訴我們,運動的鐘會變慢,由于飛船上的人相對飛船上的鐘是靜止的,而觀測到地球上的鐘是高速運動的,因此飛船上的人觀測到飛船上的鐘相對于地球上的鐘快,A項正確,B項錯誤;同樣,地球上的人觀測到飛船上的鐘是高速運動的,因此地球上的人觀測到地球上的鐘比飛船上的鐘快,C項正確,D項錯誤。 [名師微點] LC電路振蕩過程中各量的變化規(guī)律 電路 狀態(tài) 時刻t 0 T 電荷量q 最多 0 最多 0 最多 電場能 最大 0 最大 0 最大 電流i 0 最大 0 最大 0 磁場能 0 最大 0 最大 0 振蕩 規(guī)律 電流i(順時針方向為正)與電容器電荷量q (上極板電荷量)的周期性變化- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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