高考物理一轮复习第十五单元光学电磁波相对论第2讲光的波动性电磁波相对论学案新人教版

第2讲光的波动性电磁波相对论

考纲考情核心素养

►光的干涉、衍射和偏振现象Ⅰ

►电磁波的产生Ⅰ

►电磁波的发射、传播和接收Ⅰ

►电磁波谱Ⅰ

►狭义相对论的基本假设Ⅰ

►质能关系Ⅰ

实验:用双缝干涉测光的波长

►光的衍射、光的干涉、光的偏振、电

磁波．

►麦克斯韦电磁理论、狭义相对论.

物理观念

全国卷5年3考

高考指数★★★★☆

►用双缝干涉测光的波长.科学思维

知识点一光的干涉、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,出现明条纹,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

(1)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,甚至比光的波长还小的时候,衍射现象才会明显．

(2)衍射条纹的特点(如图所示)

直观情景

3.光的偏振

(1)偏振现象:横波只沿某一特定方向振动,称为波的偏振现象． (2)自然光通过偏振片后,就得到了偏振光.

直观情景

知识点二 电磁场和电磁波

1．麦克斯韦电磁场理论与电磁场

如图所示:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场；变化的电场和磁场总是相互联系成为一个完整的整体,这就是电磁场．

2．电磁波

(1)产生:电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波． (2)电磁波的性质

①电磁波是横波(选填“纵波”或“横波”),在空间传播不需要介质． ②真空中电磁波的速度为光速． ③公式v ＝λf 对电磁波同样适用．

④电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象．

知识点三 相对论

1．狭义相对论的两个基本假设

(1)狭义相对论原理: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．质速关系

(1)物体的质量随物体速度的增加而增大,物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量

m 0之间有如下关系:m ＝

m 0

1－⎝ ⎛⎭

⎪⎫v c 2.

(2)物体运动时的质量总要大于静止时的质量m 0.

3．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.

1．思考判断

(1)只有频率相同的两列光波才能产生干涉．( √)

(2)在双缝干涉实验中,双缝的作用是使白光变成单色光．( ×)

(3)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．( ×)

(4)自然光是偏振光．( ×)

(5)无线电波不能发生干涉和衍射现象．( ×)

(6)波长不同的电磁波在本质上完全不同．( ×)

(7)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的．( ×)

2.(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( AD )

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．如果屏上条纹变窄,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

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,丝的直径较接近激光的波长,条纹间距就大,A、D正确．

3．(多选)下列关于电磁波的说法正确的是( ABE )

A．麦克斯韦提出了电磁场理论,赫兹用实验证实了电磁波的存在

B．各种电磁波在真空中的传播速度与光速一样

C．经过调幅后的电磁波是横波,经过调频后的电磁波是纵波

D．红外线是波长比可见光波长还长的电磁波,常用于医院和食品消毒

E．电磁波由真空进入介质,速度变小,频率不变

解析:麦克斯韦提出了电磁场理论,赫兹用实验证实了电磁波的存在,选项A正确；各种电磁波在真空中的传播速度为c＝3×108 m/s,与光速相同,选项B正确；电磁波是横波,调频或调幅后的电磁波仍是横波,选项C错误；医院和食品消毒常用的是紫外线,选项D错误；电

磁波由真空进入介质,速度变小,频率不变,选项E正确．

4．(多选)在狭义相对论中,下列说法正确的是( ABC )

A．一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速

B．质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的

C．惯性系中的观察者,观察一个与他做相对运动的时钟时,会看到这个时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些

D．大型粒子加速器能够将带电粒子加速至光速的99.9%,如果继续加速,粒子的速度将超过光速

解析:根据狭义相对论的速度变换公式可知,光速是物体的极限速度,选项A正确；由质量相对性、长度相对性和时间间隔的相对性可知,选项B、C均正确；光速为极限速度,任何速度都不能超过真空中的光速,选项D错误．

5．一艘太空飞船静止时的长度为30 m,它以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行经过地球,下列说法正确的是( B )

A．飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 m

B．地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m

C．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c

D．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c

解析:根据狭义相对论,在静止的观察者看来,沿自身长度方向运动的杆缩短．而光速相对于任何惯性系来说总是不变,故选项B正确．

考点1 光的干涉

题型1 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:

如图所示,相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1.