高考物理总复习第十三章振动与波光电磁波与相对论第4讲光的波动性电磁波相对论教案高三全册物理教案

第4讲光的波动性电磁波相对论

知识排查

光的干涉、衍射和偏振

1.光的干涉

(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。

(2)条件：两束光的频率相同、相位差恒定。

(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹。

2.光的衍射

发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长小的时候，衍射现象才明显。

3.光的偏振

(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。

(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。

(3)偏振光的形成

①让自然光通过偏振片形成偏振光。

②让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。

(4)光的偏振现象说明光是一种横波。

电磁波

1.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磁场。

2.电磁波

(1)电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波。

(2)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相同(都等于光速)。

(3)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。

(4)v＝λf，f是电磁波的频率。

3.电磁波的发射

(1)发射条件：开放电路和高频振荡信号，所以要对传输信号进行调制(调幅或调频)。

(2)调制方式

①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。

②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。

4.无线电波的接收

(1)当接收电路的固有频率跟接收到无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象。

(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路。

(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫做检波。检波是调制的逆过程，也叫做解调。

5.电磁波谱：按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱叫做电磁波谱。

按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。

相对论

1.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，一切物理规律都是相同的。

(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。

2.质能关系

用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为E＝mc2。,

小题速练

1.思考判断

(1)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。( )

(2)泊松亮斑支持了光的波动说。( )

(3)光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象。( )

(4)光的双缝干涉实验中，若仅将入射光从红光改为紫光，则相邻亮条纹间距一定变小。( )

(5)太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光。( )

(6)均匀变化的磁场产生均匀变化的电场向外传播便形成了电磁波。( )

(7)光速不变原理指出光在真空中传播速度在不同惯性参考系中都是相同的。( ) 答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)√ (6)× (7)√ 2.(多选)下列说法正确的是( ) A.紫外线比红外线更容易发生衍射现象

B.经过同一双缝所得的干涉条纹，红光比绿光条纹宽度大

C.光的色散现象都是由于光的干涉现象引起的

D.光的偏振现象说明光是一种横波 答案 BD

3.(多选)关于电磁波，下列说法正确的是( ) A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波

C.电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直

D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输

解析 电磁波在真空中传播的速度均为光速，与频率无关，选项A 正确；电磁波是变化的电场和变化的磁场互相激发得到的，选项B 正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，选项C 正确；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，选项D 错误。 答案 ABC

4.属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中( ) A.真空中光速不变 B.时间间隔具有相对性 C.物体的质量不变 D.物体的能量与质量成正比 答案 A

光的干涉现象

1.双缝干涉

(1)光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同。

(2)双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即Δx ＝l d

λ。

(3)用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹。 2.亮暗条纹的判断方法

(1)如图所示，光源S 1、S 2发出的光到屏上某点的路程差r 2－r 1＝kλ(k ＝0，1，2…)时，光屏上出现亮条纹。

(2)光的路程差r 2－r 1＝(2k ＋1)λ

2

(k ＝0，1，2…)时，光屏上出现暗条纹。

3.条纹间距：Δx ＝l

d

λ，其中l 是双缝到光屏的距离，d 是双缝间的距离，λ是光波的波长。 4.薄膜干涉

(1)如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。

(2)光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA ′和后表面BB ′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加，两列光波同相叠加，出现明纹；反相叠加，出现暗纹。 (3)条纹特点

①单色光：明暗相间的水平条纹； ②白光：彩色水平条纹。

【例1】 (2018·北京理综，3)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后( ) A.干涉条纹消失

B.彩色条纹中的红色条纹消失

C.中央条纹变成暗条纹

D.中央条纹变成红色

解析 在光源与单缝之间加上红色滤光片后，只透过红光，屏上出现红光(单色光)的干涉条纹，故选项A 、B 、C 错误，D 正确。 答案 D

1.(多选)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是( ) A.改用红色激光 B.改用蓝色激光 C.减小双缝间距

D.将屏幕向远离双缝的位置移动

解析 根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距Δx ＝L d

λ 可知，要使Δx 增大，可以增大波长或增大双缝到屏的距离或缩小双缝间的距离，所以选项A 、C 、D 正确，B 错误。 答案 ACD