高三物理一轮复习第十四章 第二讲光的波动性 电磁波 相对论学案

第十四章第二讲光的波动性电磁波相对论
课标要求
1.观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件。

知道其生产生活中的应用。

2.通过实验，了解激光的特性，能举例说明激光技术在生产生活中的应用。

3.通过实验，了解电磁波，知道电磁场的物质性。

了解电磁波的应用及其带来的影响。

4.了解相对论的时空观，知道质能关系的意义。

了解相对论与量子论对人类认识的影响。

5.知道光是一种电磁波。

知道光的能量是不连续的。

初步了解微观世界的量子化特征。

必备知识自主梳理
1.光的干涉定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现条纹，某些区域相互减弱，出现条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.
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.
3.麦克斯韦电磁场理论:变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生.
4.电磁场在空间由近及远的传播，形成.电磁波的传播不需要，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度(都等于光速).
5.狭义相对论的两个基本假设
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相同的，光速和光源、观测者间的相对运动没有关系.
关键能力考点突破
考点一光的干涉现象
例1（2020•山东）双缝干涉实验装置的截面图如图所示。

光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。

光源S发出的波长为λ的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由S1到O点与由S2到O点，光传播的时间差为△t．玻璃片厚度为10λ，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。

以下判断正确的是（）
A．△t＝B．△t＝C．△t＝D．△t＝
例2劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜.当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：
(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；
(2)任意相邻亮条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定.
现若在图甲的装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹()
A.变疏
B.变密
C.不变
D.消失
要点总结：
电势能大小的四种判断方法（这里要删掉）
双缝干涉
(1)条纹间距公式：Δx＝l
d
λ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大.
(2)明暗条纹的判断方法：
光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1.
考点二光的衍射和偏振现象
例3如图所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹).在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是()
A.红黄蓝紫
B.红紫蓝黄
C.蓝紫红黄
D.蓝黄红紫
例4奶粉中碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量.偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了.如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间.
(1)偏振片A的作用是_________________________________________________________.
(2)偏振现象证明了光是一种________.
(3)(多选)以下说法中正确的是()
A.到达O处光的强度会明显减弱
B.到达O处光的强度不会明显减弱
C.将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片B转过的角度等于α
D.将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片A转过的角度等于α
要点总结
光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的.
考点三电磁波与相对论
例5（2020•北京）随着通信技术的更新换代，无线通信使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相同时间内能够传输的信息量更大。

第5代移动通信技术（简称5G）意味着更快的网速和更大的网络容载能力，“4G改变生活，5G改变社会”。

与4G相比，5G使用的电磁波（）A．光子能量更大B．衍射更明显
C．传播速度更大D．波长更长
例6（2020•江苏）“测温枪”（学名“红外线辐射测温仪”）具有响应快、非接触和操作方便等
优点。

它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。

若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是（）
A．I增大，λ增大B．I增大，λ减小
C．I减小，λ增大D．I减小，λ减小
要点总结：
素养形成课后练
1.(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同.观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列叙述中正确的是()
A.这里应用的是光的衍射现象
B.这里应用的是光的干涉现象
C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗
D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细
2. （2020•江苏）电磁波广泛应用在现代医疗中。

下列属于电磁波应用的医用器械有（）
A．杀菌用的紫外灯
B．拍胸片的X光机
C．治疗咽喉炎的超声波雾化器
D．检查血流情况的“彩超”机
3.如图所示，两束单色光a、b分别照射到玻璃三棱镜AC面上，穿过三棱镜后垂直AB射出，a光和b光相比较，则()
A.a光的频率高
B.a光的波长短
C.a光在三棱镜中的速度小
D.对同一双缝干涉装置，a光的干涉条纹比b光的干涉条纹宽
第十四章第二讲光的波动性电磁波相对论答案
必备知识自主梳理
亮暗相差不多还小磁场电磁波介质相同相同
关键能力考点突破
例1答案A
【解答】解：由于玻璃对该波长光的折射率为n＝1.5，则光在该玻璃中传播速度为：v＝
光从S到S1和到S2的时间相等，设光从S1到O点的时间为t1，从S2到O点的时间为t2，O点到S2的距离为L，则有：
t1＝+
t2＝
光传播的时间差为：△t＝t1﹣t2＝﹣＝，故A正确、BCD错误。

【点评】本题主要是考查双缝干涉中光的传播和光的折射，弄清楚光传播的情况，结合折射定律求解波在玻璃中传播的速度即可得解。

例2答案 A
解析如图所示，若抽去一张纸片，则三角截面空气层的倾角变小，则干涉条纹变疏，A正确.
例3答案 B
解析双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽、最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹.双缝干涉条纹的宽度(即相邻亮、暗条纹间距)Δx＝l
λ，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即1、3
d
分别对应于红光和蓝光.而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，2、4分别对应于紫光和黄光.综上所述，1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，B正确.
例4答案(1)把自然光变成偏振光(2)横波(3)ACD
例题5【解答】解：A．因为5G使用的电磁波频率比4G高，根据E＝hγ可知，5G使用的电磁波比4G光子能量更大，故A正确；
B．发生明显衍射的条件是障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小；因5G使用的电磁波频率更高，即波长更短，故5G越不容易发生明显衍射，故B错误；
C．光在真空中的传播速度都是相同的；光在介质中的传播速度为v＝，5G的频率比4G高，而频率越大折射率越大光在介质中的传播速度越小，故C错误；
D．因5G使用的电磁波频率更高，根据v＝可知，波长更短，故D错误。

故选：A。

【点评】本题考查了电磁波在日常生活和生产中的广泛应用。

本题的解题关键是知道电磁波的信息传递量跟频率的关系以及波长、波速、频率之间的关系，是一道基础题。

例题6：【解答】解：根据黑体辐射实验的规律可知，随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度I都有增强，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故若人体温度升高，则人体热辐射强度I增大，辐射强度极大值对应的波长λ减小，故B正确，ACD错误。

故选：B。

【点评】本题以“测温枪”为背景命制试题，考查了黑体辐射实验的规律，要求学生对实验规律
要理解并强化记忆。

素养形成课后练
1答案AD
解析由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以是光的衍射现象，当抽制的丝变细的时候，即障碍物的尺寸变小，条纹变宽，A、D正确.
2答案AB
【解答】解：A、紫外灯发出的紫外线是电磁波，被细菌吸收会诱导细胞中核酸发生化学反应，从而杀灭细菌，故A正确；
B、X光机发射的X射线是波长很短的电磁波，X射线穿力很强，被人体各种组织吸收后，发生
不同强度的感光，从而获得X射线影像，故B正确；
C、治疗咽喉炎的超声波雾化器原理是利用高频声波将液态水分子打散产生水雾，便于用药吸收，
故C错误；
D、检查血流情况的“彩超”机是利用超声波的多普勒效应工作，故D错误。

故选：AB。

【点评】本题考查电磁波和超声波的应用，很基础，可见高考对原理的应用考查是一个重要的方向，平时学习要注意理论联系实际。

3答案 D
解析根据题图可以看出，经过玻璃三棱镜后，b光的偏折角度大，a光的偏折角度小，根据折射定知，玻璃三棱镜对b光的折射率大于对a光的折射率，则a光的频率低，b光的波长短，律n＝sin i
sin r
选项A、B错误；根据公式v＝c
知，a光在三棱镜中的速度大，选项C错误；根据干涉条纹间距公
n
式Δx＝l
λ知，对同一双缝干涉装置，a光的干涉条纹比b光的干涉条纹宽，选项D正确.
d。