1、选修34 波与相对论 第四单元 光的波动性 电磁波 相对论选修34 波与相对论 创新大课堂知识整合基础知识点一 光的干涉和衍射填一填一、光的干涉1产生条件(1)两列光的_相同，振动方向相同，且具有恒定的_，才能产生稳定的干涉图样(2)将同一列光波分解为两列光波，可以获得相干光源，_和薄膜干涉都是用此方法获得相干光源频率相位差双缝干涉选修34 波与相对论 创新大课堂2两种典型的干涉(1)杨氏双缝干涉：原理如图所示明、暗条纹的条件：()单色光：形成_的条纹，中央为明条纹明暗相间选修34 波与相对论 创新大课堂a光的路程差 r2r1_(k0,1,2)，光屏上出现明条纹b光的路程差 r2r1_0,1,
2、2)，光屏出现暗条纹()白光：光屏上出现_条纹，且中央亮条纹是_(填写颜色)条纹间距公式：x_.k彩色白色(2k1)2ld选修34 波与相对论 创新大课堂(2)薄膜干涉：相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个_反射的两列光波 图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的_相等 应用：_，利用光的干涉检查平整度表面厚度增透膜选修34 波与相对论 创新大课堂二、光的衍射1光的衍射光绕过_偏离直线传播的现象2发生明显衍射的条件只有当障碍物的尺寸与光的波长_，甚至比光的波长_的时候，衍射现象才会明显障碍物相差不多还小选修34 波与相对论 创新大课堂3衍射条纹的特点(1)单缝衍射：单色光的衍射图
3、样为中间宽_的单色条纹，两侧是_的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；白光的衍射图样为中间宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹(2)圆孔衍射：明暗相间的_圆环(3)泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到_(选填“透明”或“不透明”)的半径很小的小圆盘上时，在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)且亮明暗相间不等距不透明亮斑选修34 波与相对论 创新大课堂练一练(2013上海卷)白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的()A传播速度不同 B强度不同C振动方向不同D频率不同【解析】不同色光频率不同，波长不同，产生的干涉图样中相邻条纹间的距离不同，从而出现彩色条纹，D项正确
4、【答案】D选修34 波与相对论 创新大课堂知识点二 光的偏振现象填一填1偏振光波只沿_的方向振动2自然光太阳、电灯等普通光源发出的光，在垂直于传播方向的平面内，光波可以沿_振动，光振动在平面内的分布是_的，所以不显示偏振性，这种光叫做自然光某一个特定任何方向大致均匀选修34 波与相对论 创新大课堂3偏振光在_于传播方向的平面上，只沿某一方向振动的光光的偏振证明光是_自然光通过偏振片后，就得到了偏振光垂直横波选修34 波与相对论 创新大课堂练一练光的偏振现象说明光是横波下列现象中不能反映光的偏振特性的是()A一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化B一束自
5、然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90时，反射光是偏振光C日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使影像更清晰D通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹选修34 波与相对论 创新大课堂【解析】由光的偏振现象的知识可知A、B、C均反映了光的偏振特性，只有D选项是利用手指间的狭缝去观察光的衍射现象，故选D.【答案】D选修34 波与相对论 创新大课堂知识点三 电磁场与电磁波填一填1电磁波的产生(1)麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生_，变化的电场产生_(2)电磁场：变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个_，_这就是电磁场磁场电场完整的整体选
6、修34 波与相对论 创新大课堂(3)电磁波：电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波 电磁波是横波，在空间传播_介质 真空中电磁波的速度为_ m/s.vf对电磁波_ 电磁波能产生反射、折射、_和衍射等现象不需要3108同样适用干涉选修34 波与相对论 创新大课堂2电磁波的发射与接收(1)发射电磁波的条件：要有足够高的_；电路必须_，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间(2)调制有_和调频两种方式，解调是调制的逆过程振荡频率开放调幅选修34 波与相对论 创新大课堂(3)电磁波谱：定义：按电磁波的波长从长到短分布是_、红外线、可见光、紫外线、X射线和射线，形成电磁波谱 电磁波谱的特性
7、、应用：无线电波电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特性应用递变规律无线电波103波动性强，易发生衍射无线电技术红外线10111015103107_红外线遥感可见光1015107引起视觉照明、摄影热效应选修34 波与相对论 创新大课堂电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特性应用递变规律紫外线10151017107109化学效应、_能杀菌医用消毒、防伪X射线101610191081011贯穿性强检查、医用透视射线10191011贯穿本领工业探伤、最强医用治疗荧光效应选修34 波与相对论 创新大课堂练一练下列关于电磁波的说法正确的是()A电磁波必须依赖介质传播B电磁波可以发生衍射现象C电磁波不会发生偏振现
8、象D电磁波无法携带信息传播【解析】电磁波可以在真空中传播，能发生干涉、衍射、偏振等现象，并且它可以传递信息，可知只有B项正确【答案】B选修34 波与相对论 创新大课堂知识点四 相对论填一填1狭义相对论的基本假设(1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是_的(2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是_的相同相同选修34 波与相对论 创新大课堂2时间和空间的相对性(1)时间间隔的相对性：t_.(2)长度的相对性：ll0_.3相对论的速度变换公式u_.x1vc21vc2uv1uvc2选修34 波与相对论 创新大课堂4相对论质量m_.5质能方程_.m01vc2Emc2选
9、修34 波与相对论 创新大课堂练一练(2015天津高三质检)下列说法正确的是()A光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一B由相对论知：mm01vc2，则物体的速度可以达到光速，此时其质量为无穷大C在地面附近有一高速飞过的火箭，地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了D根据广义相对论原理力学规律在不同参考系中是不同的选修34 波与相对论 创新大课堂【解析】狭义相对论有两个基本假设：光速不变原理及狭义相对性原理，A正确；据狭义相对论的两个结论：运动的物体变短和运动的时钟变慢可知，C正确；因物体的运动速度达不到光速，故B错误；按照广义相对论原理，不同参考系中观察到的物理规律均是相同的，
10、D错误【答案】AC选修34 波与相对论 创新大课堂热点考向剖析考向一 光的干涉、衍射和偏振1单缝衍射与双缝干涉的比较两种现象比较项目 单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度情况 中央条纹最高，两边变暗条纹清晰，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹选修34 波与相对论 创新大课堂2.自然光和偏振光的比较自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的强度相同在垂直于光的传播方向的平面
11、内，光振动沿特定方向选修34 波与相对论 创新大课堂典例1 如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1、S2距离之差为2.1106m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？选修34 波与相对论 创新大课堂(1)已知A光在折射率为1.5的介质中波长为4107m；(2)已知B光在某种介质中波长为3.15107m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37；(3)若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象选修34 波与相对论 创新大课堂【解题引路】光屏上某点与两个狭缝的路程差是光波波长的整数倍处出现亮条纹，与两个狭缝
12、的路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹【尝试解题】_选修34 波与相对论 创新大课堂【解析】(1)设 A 光在空气中波长为 1，在介质中波长为2，由 ncv12，得 1n21.54107m6107m，根据路程差 r2.1106m，所以 N1r12.11066107 3.5，由此可知，从 S1 和 S2 到 P 点的路程差是波长 1 的 3.5 倍，所以 P点为暗条纹选修34 波与相对论 创新大课堂(2)根据临界角与折射率的关系 sin C1n得 n1sin 3753，由此可知，B 光在空气中波长 3 为：3n 介533.15107m5.25107m路程差 r 和波长 3 的关系为：N2r3 2.
13、11065.251074，可见，用 B 光做光源，P 点为亮条纹(3)若让 A 光和 B 光分别照射 S1 和 S2，这时既不能发生干涉，也不发生衍射，此时在光屏上只能观察到亮光【答案】(1)暗条纹(2)亮条纹(3)见解析选修34 波与相对论 创新大课堂【名师点睛】条纹的特点：相邻明条纹(或暗条纹)的间距相等，且 xld，其中 为波长，d 为双缝间距，l 为双缝到屏的距离实验装置不变的条件下，红光的干涉条纹间距最大，紫光的干涉条纹间距最小；若换用白光，在屏上得到彩色条纹，且中央为白色选修34 波与相对论 创新大课堂针对训练1(2014大纲全国)在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589 nm的
14、光，在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样图样上相邻两明纹中心间距为0.350 cm，则双缝的间距为()A2.06107 m B2.06104 mC1.68104 mD1.68103 m选修34 波与相对论 创新大课堂【解析】用光导纤维传播电磁波信号利用了全反射，A不符合题意；一束白光通过三棱镜形成彩色光带利用了先的折射，是色散现象，B不符合题意；用平行光照射不透光的小圆盘，在圆盘的影的中心形成泊松亮斑，是光的衍射现象，D不符合题意；用透明的标准样板和单色平行光检查平面的平整度，是光的干涉现象，C符合题意【答案】C选修34 波与相对论 创新大课堂考向二 用双缝干涉测波长1思路方法在观察光的干涉
15、现象的实验中，将两片刀片合在一起，在涂有墨汁的玻璃片上划出不同间隙的双缝；按图所示的方法，让激光束通过自制的双缝选修34 波与相对论 创新大课堂(1)保持缝到光屏的距离不变，换用不同间隙的双缝，双缝的间隙越小，屏上明暗相间的条纹间距_(选填“越大”或“越小”)；(2)保持双缝的间隙不变，光屏到缝的距离越大，屏上明暗相间的条纹间距_(选填“越大”或“越小”)；(3)在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离都不变的条件下，用不同颜色的光做实验，发现用蓝色光做实验在屏上明暗相间的条纹间距比用红色光做实验时_(选填“大”或“小”)选修34 波与相对论 创新大课堂2知识储备选修34 波与相对论 创新大课堂3测量头
16、的构造及使用如图甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会向左右移动，测量时，应使分划板中心刻度对齐条纹的中心，如图乙所示，记下此时手轮上的读数选修34 波与相对论 创新大课堂典例2(2015徐州高三质检)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲)，并选用缝间距d0.20 mm的双缝屏从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离L700 mm.然后，接通电源使光源正常工作选修34 波与相对论 创新大课堂(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第1次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，图乙(
17、a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙(b)中游标尺上的读数x11.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数x2_mm；(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离x_mm；这种色光的波长_mm.选修34 波与相对论 创新大课堂【解题引路】因条纹间距很小，直接测量时误差很大，通常先测出多条明条纹间的距离再求其平均值来减小误差计算时注意所测条纹间隔的个数【尝试解题】_选修34 波与相对论 创新大课堂【解析】(1)主尺读数为 15 mm，游标尺读数为 10.02 mm0.02 mm，x2(150.02)mm15.02
18、mm.(2)由于图中数字标记的是暗纹，首先应根据暗纹所标数字给亮纹也标明条数，若图乙(a)中的中央刻线所对亮纹记为第 1条，则图丙(a)中的中央刻线所对亮纹为 n7，则 xx2x1n1 2.31 mm，由 xLd 得光的波长 xdL 6.6102 nm.【答案】(1)15.02(2)2.31 6.6102选修34 波与相对论 创新大课堂针对训练2(2014江苏物理)某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示他改变的实验条件可能是()A减小光源到单缝的距离B减小双缝之间的距离C减小双缝到光屏之间的距离D换用频率更高的单色光源选修34
19、 波与相对论 创新大课堂【解析】由 xLd 可知，条纹间距增大了，可能是光屏到双缝的距离增大了，或是双缝间距变小了，或是换用了波长更长、频率更低的可见光，B 正确，A、C、D 错误【答案】B选修34 波与相对论 创新大课堂考向三 对电磁场、电磁波的理解1电磁波的传播及波长、频率、波速(1)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度是相同的(都等于光速)(2)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小(3)三者关系 vf，f 是电磁波的频率，即为发射电磁波的LC 振荡电路的频率 f12 LC，改变 L 或 C 可改变 f，从而改变电磁波的
20、波长.选修34 波与相对论 创新大课堂2电磁波与机械波的比较名称项目 电磁波机械波研究对象电磁现象力学现象产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点(波源)的振动产生波的特点横波纵波或横波波速在真空中等于光速(很大)(c3108m/s)在空气中不大(如声波波速一般为340 m/s)介质需要不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(真空中不能传播)能量传播电磁能机械能选修34 波与相对论 创新大课堂典例3(2014四川理综)电磁波已广泛运用于很多领域下列关于电磁波的说法符合实际的是()A电磁波不能产生衍射现象B常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机C根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的
21、运动速度D光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同【尝试解题】_选修34 波与相对论 创新大课堂【解析】电磁波是一种波，可以产生衍射现象，A错误常用的遥控器用红外光信号来遥控电视，B错误多普勒效应常用来测量相对运动物体的速度，C正确光在真空中各种惯性系中测得的数值相同，D错误【答案】C选修34 波与相对论 创新大课堂针对训练3(2013四川理综)下列关于电磁波的说法，正确的是()A电磁波只能在真空中传播B电场随时间变化时一定产生电磁波C做变速运动的电荷会在空间产生电磁波D麦克斯韦第1次用实验证实了电磁波的存在选修34 波与相对论 创新大课堂【解析】电磁波是电磁场这种物质在空间的传播
22、，它既可在真空中传播，也可在介质中传播，A错误当电场随时间均匀变化时产生稳定的磁场，稳定的磁场不能再产生电场，故也就不能形成电磁波，B错误做变速运动的电荷产生变化的磁场，变化的磁场在其周围空间产生变化的电场电场、磁场交替产生，向外传播的过程就形成了电磁波，C正确麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，D错误【答案】C选修34 波与相对论 创新大课堂考向四 狭义相对论的理解及简单应用1速度变换公式u uv1uvc2.若 uvc 时，uc，从而证明了光速是速度的极限，也反证了光速不变原理选修34 波与相对论 创新大课堂2相对论质量mm01vc2从上式可以看出，当物体(一
23、般是粒子)的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量选修34 波与相对论 创新大课堂3质能方程Emc2.含义：反映物体质量和能量之间的关系由此会有两种能量表达：静止时的能量和运动时的能量；两能量之差就是物体的动能Ek，即EkEE0.选修34 波与相对论 创新大课堂典例4(2013江苏卷)如图所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c)地面上测得它们相距为L，则A测得两飞船间的距离_(选填“大于”“等于”或“小于”)L.当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为_【尝试解题】_选修34 波与相对论 创新大课堂【解析】根据爱因斯坦的相对论可知，相对静止时测得的
24、距离大于相对运动时测得的距离；根据光速不变原理，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，所以A测得该信号的速度仍为c.【答案】大于 c(或光速)选修34 波与相对论 创新大课堂针对训练4(2015通化高三模拟)如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是()A同时被照亮BA先被照亮CC先被照亮D无法判断选修34 波与相对论 创新大课堂【解析】因列车沿AC方向以接近光速行驶，根据“同时”的相对性，即前边的事件先发生，后边的事件后发生，可知C先被照亮，C正确【答案】C选修34 波与相对论 创新大课堂谢谢观看！