2023版（教科版）高考步步高大一輪復(fù)習(xí)講義第十四章機械振動與機械波光電磁波與相對論-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

一、光的干涉、衍射和偏振
1.光的干涉
(1)定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某些區(qū)域相互加強，出現(xiàn)亮條紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)暗條紋，且加強區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象。
(2)條件：兩束光的頻率相同、相位差恒定。
(3)雙縫干涉圖樣特點：單色光照射時，形成明暗相間的等間距的干涉條紋；白光照射時，中央為白色亮條紋，其余為彩色條紋。
2.光的衍射
發(fā)生明顯衍射的條件：只有當障礙物的尺寸與光的波長相差不多，甚至比光的波長還小的時候，衍射現(xiàn)象才會明顯。
3.光的偏振
(1)自然光：包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同。
(2)偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上，只沿著某個特定的方向振動的光。
(3)偏振光的形成：讓自然光通過偏振片形成偏振光；讓自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和折射，反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光。
(4)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波。
【自測1】 (多選)下列屬于光的干涉現(xiàn)象的是(　　)

答案　BC
解析　圖A屬于單縫衍射，圖B屬于薄膜干涉，圖C屬于薄膜干涉，圖D屬于白光的色散，故B、C正確。
二、電磁波和相對論
1.麥克斯韋電磁場理論
變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場，變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場。
2.電磁波
(1)電磁場在空間由近及遠的傳播，形成電磁波。
(2)電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可在真空中傳播，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度相同(都等于光速)。
(3)不同頻率的電磁波，在同一介質(zhì)中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越小。
(4)v＝λf，f是電磁波的頻率。
3.電磁波的發(fā)射
(1)發(fā)射條件：開放電路和高頻振蕩信號，要對傳輸信號進行調(diào)制(調(diào)幅或調(diào)頻)。
(2)調(diào)制方式：
調(diào)幅：使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變。
調(diào)頻：使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變。
4.無線電波的接收
(1)當接收電路的固有頻率跟接收到的無線電波的頻率相等時，激起的振蕩電流最強，這就是電諧振現(xiàn)象。
(2)使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧，能夠調(diào)諧的接收電路叫做調(diào)諧電路。
(3)從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩中“檢”出調(diào)制信號的過程，叫做檢波。檢波是調(diào)制的逆過程，也叫做解調(diào)。
5.電磁波譜：按照電磁波的頻率或波長的大小順序把它們排列成譜叫做電磁波譜。
按波長由長到短排列的電磁波譜為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。
6.相對論
(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，光速和光源、觀測者間的相對運動沒有關(guān)系。
(3)質(zhì)速關(guān)系
物體的質(zhì)量隨物體速度的增加而增大，物體以速度v運動時的質(zhì)量m與靜止時的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系：m＝。物體運動時的質(zhì)量m總要大于靜止時的質(zhì)量m0。
(4)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。
【自測2】關(guān)于生活中遇到的各種波，下列說法正確的是(　　)
A.電磁波可以傳遞信息，聲波不能傳遞信息
B.手機在通話時涉及的波既有電磁波又有聲波
C.太陽光中的可見光和醫(yī)院“B超”中的超聲波傳播速度相同
D.遙控器發(fā)出的紅外線波長和醫(yī)院“CT”中的X射線波長相同
答案　B

考點一　光的干涉現(xiàn)象
1.雙縫干涉
(1)條紋間距公式：Δx＝λ，對同一雙縫干涉裝置，光的波長越長，干涉條紋的間距越大。
(2)明暗條紋的判斷方法
如圖1所示，相干光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P′點的路程差為Δr＝r2－r1。

圖1
當Δr＝kλ(k＝0，1，2…)時，光屏上P′處出現(xiàn)亮條紋。
當Δr＝(2k＋1)(k＝0，1，2…)時，光屏上P′處出現(xiàn)暗條紋。
2.薄膜干涉
(1)形成原因：如圖2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。

圖2
(2)亮暗條紋的判斷方法
兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr，等于薄膜厚度的2倍。
在P1、P2處，Δr＝nλ(n＝1，2，3…)，薄膜上出現(xiàn)亮條紋。
在Q處，Δr＝(2n＋1)(n＝0，1，2，3…)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋。

1.(光的雙縫干涉)(多選)如圖3所示，在利用雙縫干涉測量光的波長的實驗中，單縫S0、雙縫中點O、屏上的P0點位于雙縫S1和S2的中垂線上，屏上P點處在P0上方的第3條亮條紋(不包括P0點處的亮條紋)的中心。已知入射光在真空中的波長為λ，真空中的光速為c，雙縫S1與S2之間距離為d，雙縫到屏的距離為l，若整個裝置處于真空中，則下列說法正確的是(　　)

圖3
A.P點到雙縫S1和S2的路程差為3λ
B.來自雙縫S1和S2的光傳播到P點處的時間差為
C.屏上P點和P0點之間僅能觀察到兩條暗條紋
D.僅將單縫S0向左(保持S0在雙縫的中垂線上)移動的過程中，P點處能觀察到暗條紋
E.僅將屏向右(保持P0在雙縫的中垂線上)移動的過程中，P點處能觀察到暗條紋
答案　ABE
解析　來自雙縫S1和S2的光傳播到P點處的路程差為3λ，則時間差為，選項A、B正確；由題意可知，屏上P點和P0點之間能觀察到三條暗條紋，選項C錯誤；根據(jù)Δx＝λ可知，僅將單縫S0向左(保持S0在雙縫的中垂線上)移動的過程中，條紋間距不變，則P點處仍是亮條紋，選項D錯誤；根據(jù)Δx＝λ可知，僅將屏向右(保持P0在雙縫的中垂線上)移動的過程中，l變大，則條紋間距變大，則P點處能觀察到暗條紋，選項E正確。
2.(薄膜干涉)(2021·山東卷)用平行單色光垂直照射一層透明薄膜，觀察到如圖4所示明暗相間的干涉條紋。下列關(guān)于該區(qū)域薄膜厚度d隨坐標x的變化圖像，可能正確的是(　　)

圖4

答案　D
解析　從薄膜的上下表面分別反射的兩列光是相干光，其光程差為Δx＝2d，即光程差為薄膜厚度的2倍，當光程差Δx＝nλ時，此處出現(xiàn)亮條紋，相鄰亮條紋之間的薄膜的厚度差為λ，在圖中相鄰亮條紋(或暗條紋)之間的距離變大，薄膜層的厚度逐漸變小，因條紋寬度逐漸變寬，則薄膜的厚度不是均勻減小，故選項D正確。
考點二　光的衍射現(xiàn)象
1.單縫衍射與雙縫干涉的比較

單縫衍射
雙縫干涉
不
同
點
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
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
2.光的干涉和衍射的本質(zhì)
光的干涉和衍射都屬于光的疊加，從本質(zhì)上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理，都可認為是從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波，在屏上疊加形成的。

3.(光的衍射的理解)(2019·江蘇卷)將兩支鉛筆并排放在一起，中間留一條狹縫，通過這條狹縫去看與其平行的日光燈，能觀察到彩色條紋，這是由于光的________(選填“折射”“干涉”或“衍射”)。當縫的寬度________(選填“遠大于”或“接近”)光波的波長時，這種現(xiàn)象十分明顯。
答案　衍射　接近
解析　通過兩支并排放在一起的鉛筆觀察與其平行的日光燈，看到的彩色條紋是單縫衍射條紋；產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或孔的尺寸跟波長相等或相差不多。
4.(光的衍射的應(yīng)用)(多選)霧霾天氣嚴重影響人們的身體健康，霧霾天氣時能見度只有幾米，天氣變黃變暗，這是由于這種情況下(　　)
A.只有波長較短的一部分光才能到達地面
B.只有波長較長的一部分光才能到達地面
C.只有頻率較大的一部分光才能到達地面
D.只有頻率較小的一部分光才能到達地面
答案　BD
解析　根據(jù)光發(fā)生明顯衍射的條件，霧霾天氣時，只有波長較長、頻率較小的一部分光發(fā)生衍射繞過空氣中的顆粒物到達地面，選項A、C錯誤，B、D正確。
考點三　光的偏振
自然光和偏振光的比較

自然光(非偏振光)
偏振光
光的來源
直接從光源發(fā)出的光
自然光通過起偏器后的光
光的振動方向
在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿任意方向，且沿各個方向振動的光的強度相同
在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿特定方向

5.(多選)食品安全檢驗中碳水化合物(糖)的含量是一個重要指標，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的測量值與標準值相比較，就能確定被測樣品的含糖量了。如圖5所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動B，使到達O處的光最強，然后將被測樣品P置于A、B之間。以下說法中正確的是(　　)

圖5
A.到達O處光的強度會明顯減弱
B.到達O處光的強度不會明顯減弱
C.將偏振片B轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光強度最強，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于α
D.將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光強度最強，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于α
答案　ACD
解析　偏振光通過糖的水溶液后，若迎著射來的光線看，偏振方向會以傳播方向為軸線，旋轉(zhuǎn)一個角度α，所以到達O處光的強度會明顯減弱，故A正確，B錯誤；將偏振片B轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光強度最強，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于α，故C正確；同理，將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光強度最強，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于α，故D正確。
考點四　電磁波與相對論
1.電磁波與機械波的主要區(qū)別
(1)電磁波傳播不需要介質(zhì)，機械波傳播需要介質(zhì)。
(2)電磁波是橫波，機械波可能是橫波，也可能是縱波。
2.電磁波譜的特性及應(yīng)用
電磁波譜
特性
應(yīng)用
遞變規(guī)律
無線電波
容易發(fā)生衍射
通信和廣播

紅外線
熱效應(yīng)
紅外線遙感
可見光
引起視覺
照明等
紫外線
熒光效應(yīng)，能殺菌
滅菌消毒、防偽
X射線
穿透能力強
醫(yī)用透視、安檢
γ射線
穿透能力很強
工業(yè)探傷、醫(yī)用治療

6.(電磁波的產(chǎn)生及傳播)(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度、磁感應(yīng)強度均垂直
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
E.電磁波可以由電磁振蕩產(chǎn)生，若波源的電磁振蕩停止，空間的電磁波隨即消失
答案　ABC
解析　電磁波在真空中傳播的速度均為光速，與頻率無關(guān)，選項A正確；電磁波是變化的電場和變化的磁場互相激發(fā)得到的，選項B正確；電磁波傳播方向與電場方向、磁場方向均垂直，選項C正確；光是一種電磁波，光可在光導(dǎo)纖維中傳播，選項D錯誤；電磁振蕩停止后，電磁波仍會在介質(zhì)或真空中繼續(xù)傳播，選項E錯誤。
7.(電磁波的應(yīng)用)(多選)(2020·江蘇卷)電磁波廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代醫(yī)療中。下列屬于電磁波應(yīng)用的醫(yī)用器械有(　　)
A.殺菌用的紫外燈
B.拍胸片的X光機
C.治療咽喉炎的超聲波霧化器
D.檢查血流情況的“彩超”機
答案　AB
解析　紫外線和X光從本質(zhì)上說是電磁波，A、B項正確；治療咽喉炎的超聲波霧化器和檢查血流情況的“彩超”機用的都是超聲波，超聲波屬于機械波，C、D項錯誤。
考點五　實驗十六：用雙縫干涉實驗測量光的波長
1.實驗原理
單色光通過單縫后，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮(暗)條紋間距Δx與雙縫間距d、雙縫到屏的距離l、單色光波長λ之間滿足λ＝Δx。
2.觀察雙縫干涉圖樣
(1)將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如圖6所示。

圖6
(2)接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光。
(3)調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿遮光筒軸線到達光屏。
(4)安裝單縫和雙縫，盡量使縫的中點位于遮光筒的軸線上，使單縫與雙縫平行，二者間距約為5～10 cm。
(5)在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋。
3.測定單色光的波長
(1)安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋。
(2)使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，記下此時手輪上的讀數(shù)，將該條紋記為第1條亮條紋；轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋的中央，記下此時手輪上的讀數(shù)，將該條紋記為第n條亮條紋。
(3)用刻度尺測量雙縫與光屏間距離l(d是已知的)。
(4)改變雙縫間的距離d，雙縫到屏的距離l，重復(fù)測量。
4.數(shù)據(jù)處理
(1)條紋間距Δx＝。
(2)波長λ＝Δx。
(3)計算多組數(shù)據(jù)，求λ的平均值。
5.注意事項
(1)安裝時，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行且間距適當。
(2)光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近。
(3)調(diào)節(jié)的基本依據(jù)：照在光屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫，測量頭與遮光筒不共軸所致；干涉條紋不清晰，一般原因是單縫與雙縫不平行所致。
【真題示例】 (2021·浙江6月選考)圖7所示是“用雙縫干涉測量光的波長”實驗的裝置。實驗中：

圖7
(1)觀察到較模糊的干涉條紋，要使條紋變得清晰，值得嘗試的是________(單選)。
A.旋轉(zhuǎn)測量頭
B.增大單縫與雙縫間的距離
C.調(diào)節(jié)撥桿使單縫與雙縫平行
(2)要增大觀察到的條紋間距，正確的做法是________(單選)。
A.減小單縫與光源間的距離
B.減小單縫與雙縫間的距離
C.增大透鏡與單縫間的距離
D.增大雙縫與測量頭間的距離
答案　(1)C　(2)D
解析　(1)若粗調(diào)后看不到清晰的干涉條紋，看到的是模糊不清的條紋，則最可能的原因是單縫與雙縫不平行，要使條紋變得清晰，值得嘗試的是調(diào)節(jié)撥桿使單縫與雙縫平行，故C正確。
(2)根據(jù)Δx＝λ可知要增大條紋間距可以增大雙縫到測量頭間的距離l，減小雙縫的間距d，故D正確。

8.在“用雙縫干涉測光的波長”的實驗中，實驗裝置如圖8所示。

圖8
(1)(多選)某同學(xué)以線狀白熾燈為光源，對實驗裝置進行調(diào)節(jié)并觀察了實驗現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點，正確的是(　　)
A.燈絲與單縫和雙縫必須平行放置
B.干涉條紋與雙縫垂直
C.干涉條紋的疏密程度與單縫寬度有關(guān)
D.干涉條紋的間距與光的波長有關(guān)
(2)當測量頭中的分劃板中心刻線對齊某條紋的中心時，手輪上的示數(shù)如圖9甲所示，該讀數(shù)為________ mm。
(3)如果測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，如圖乙所示。則在這種情況下測量干涉條紋的間距Δx時，測量值________(選填“大于”“小于”或“等于”)實際值。

圖9
答案　(1)AD　(2)0.700　(3)大于
解析　(1)為了獲得清晰的干涉的亮條紋，燈絲與單縫和雙縫必須平行放置，A正確；干涉條紋與雙縫平行，B錯誤；干涉條紋的間距Δx＝λ與單縫寬度無關(guān)，與光的波長有關(guān)，C錯誤，D正確。
(2)手輪的讀數(shù)為0.5 mm＋20.0×0.01 mm＝0.700 mm。
(3)條紋與分劃板不平行時，實際值Δx實＝Δx測cos θ，θ為條紋與分劃板間的夾角，故Δx實