第3課時　光的波動性　電磁波必備知識(一)　光的干涉現(xiàn)象1．[雙縫干涉]在如圖所示的雙縫干涉實驗中，使用波長λ為600 nm的橙色光照射，在光屏中心P0點(diǎn)呈現(xiàn)亮條紋。若P0點(diǎn)上方的P點(diǎn)到S1、S2的路程差恰為λ，現(xiàn)改用波長為400 nm的紫光照射，則(　　)A．P0和P都呈現(xiàn)亮條紋B．P0為亮條紋，P為暗條紋C．P0為暗條紋，P為亮條紋D．P0和P都呈現(xiàn)暗條紋 [系統(tǒng)歸納]　雙縫干涉的理解(1)條件：兩束光的頻率相同，相位差恒定。(2)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(diǎn)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。　 2．[薄膜干涉](2021·湖北三校聯(lián)考)如圖甲所示為用干涉法檢查平面平整程度的裝置。如圖乙所示干涉條紋彎曲處說明被檢查的平面在此處是________(填“凹下”或“凸起”)；若僅增大單色光的頻率，干涉條紋將________(填“變密”或“變疏”)；若僅減小薄片的厚度，干涉條紋將________(填“變密”或“變疏”)。 薄膜干涉的理解 (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)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。　　[精解詳析]1．選B　由題意可知，PS2－PS1＝λ＝λ′，故當(dāng)改用紫光照射時，光到P點(diǎn)的路程差為半波長的奇數(shù)倍，P變?yōu)榘禇l紋，P0仍為亮條紋，B正確。2．解析：薄膜干涉是等厚干涉，即明條紋處空氣膜的厚度相同，從彎曲的條紋可知，檢查平面左邊處的空氣膜與右邊的空氣膜厚度相同，知該處凹下；增大光的頻率，則波長變短，由Δx＝λ可知，干涉條紋將變密，若僅減小薄片的厚度，即d減小，干涉條紋將變疏。答案：凹下　變密　變疏 　　　　必備知識(二)　光的衍射和光的偏振　　　　　　　　　　　　1．[單縫衍射的應(yīng)用](多選)抽制高強(qiáng)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) [系統(tǒng)歸納]對光的衍射的理解(1)波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯。在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是明顯與不明顯的差別。(2)衍射現(xiàn)象說明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況，只有在光的波長比障礙物小得多時，光才可以看作是沿直線傳播的。　2．[干涉、衍射圖樣的比較](2019·北京高考)利用圖1所示的裝置(示意圖)，觀察光的干涉、衍射現(xiàn)象，在光屏上得到如圖2中甲和乙兩種圖樣。下列關(guān)于P處放置的光學(xué)元件說法正確的是(　　)A．甲對應(yīng)單縫，乙對應(yīng)雙縫B．甲對應(yīng)雙縫，乙對應(yīng)單縫C．都是單縫，甲對應(yīng)的縫寬較大D．都是雙縫，甲對應(yīng)的雙縫間距較大單縫衍射與雙縫干涉的比較 單縫衍射雙縫干涉不同點(diǎn)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，亮度基本相同相同點(diǎn)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　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(qiáng)，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(qiáng)度會明顯減弱B．到達(dá)O處光的強(qiáng)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(qiáng)度最強(qiáng)，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于αD．將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光強(qiáng)度最強(qiáng)，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于α 光的偏振(1)自然光與偏振光的比較類別自然光(非偏振光)偏振光光的來源從普通光源發(fā)出的光自然光通過偏振片后的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光沿任意方向振動，且沿各個方向振動的光的強(qiáng)度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光沿特定方向振動 (2)偏振光的應(yīng)用：加偏振濾光片的照相機(jī)鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等。　　[精解詳析]1．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)，即相當(dāng)于遮光板上的窄縫變窄，條紋間距變寬，A、D正確。2．選A　單縫衍射圖樣的中央條紋亮且寬，相鄰條紋間距不等；雙縫干涉圖樣中相鄰條紋間距相等。根據(jù)題目中給出的甲、乙兩種圖樣可知，甲是單縫衍射的圖樣，乙是雙縫干涉的圖樣，A選項正確。3．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后到達(dá)O處。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處的光的強(qiáng)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(qiáng)又為最強(qiáng)，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　　　　　　必備知識(三)　電磁波與相對論　　　　　　　　　　　　　1．[電磁波的理解](多選)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(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)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2．[電磁波的特性]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(jī)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(jī)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[系統(tǒng)歸納]1.電磁波的四大特點(diǎn)(1)電磁波是橫波，在空間傳播不需要介質(zhì)。(2)在真空中電磁波的傳播速度為3×108 m/s。(3)v＝λf對電磁波同樣適用。(4)電磁波能產(chǎn)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象。2．電磁波譜的特性及應(yīng)用　3．[狹義相對論的理解](多選)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4．[狹義相對論的結(jié)論應(yīng)用]一艘太空飛船靜止時的長度為30 m，他以0.6c(c為光速)的速度沿長度方向飛行越過地球，下列說法正確的是(　　)A．飛船上的觀測者測得該飛船的長度小于30 mB．地球上的觀測者測得該飛船的長度小于30 mC．飛船上的觀測者測得地球上發(fā)來的光信號速度小于cD．地球上的觀測者測得飛船上發(fā)來的光信號速度小于c 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，光速與光源、觀測者間的相對運(yùn)動沒有關(guān)系。2．狹義相對論的質(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。3．狹義相對論的三個有用的結(jié)論(1)運(yùn)動的時鐘變慢了。(2)運(yùn)動的尺子長度縮短了。(3)運(yùn)動的物體質(zhì)量增大了。 [精解詳析]1．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(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)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．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，選項D錯誤。3．選AC　相對論告訴我們，運(yùn)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(yùn)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(yùn)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。4．選B　飛船上的觀測者相對飛船靜止，測得的長度仍為30 m，而地球上的觀測者觀測高速飛行的飛船，長度縮短了，故A錯誤，B正確；根據(jù)狹義相對論的基本假設(shè)可知，飛船和地球上的觀測者測得光信號的速度均為c，C、D均錯誤。 

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