人教版高考物理一輪復(fù)習(xí)第13章機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波光電磁波與相對(duì)論第4講光的波動(dòng)性電磁波相對(duì)論學(xué)案

這是一份人教版高考物理一輪復(fù)習(xí)第13章機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波光電磁波與相對(duì)論第4講光的波動(dòng)性電磁波相對(duì)論學(xué)案，共12頁。學(xué)案主要包含了堵點(diǎn)疏通，對(duì)點(diǎn)激活等內(nèi)容，歡迎下載使用。
第4講　光的波動(dòng)性　電磁波　相對(duì)論知識(shí)點(diǎn)1　光的干涉1．產(chǎn)生條件兩列光的頻率相同，振動(dòng)方向相同，且具有恒定的相位差，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣。2．兩種典型的干涉(1)楊氏雙縫干涉。①原理如圖所示。②明、暗條紋的條件。(Ⅰ)單色光：形成明暗相間的條紋，中央為明條紋。a．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)，光屏上出現(xiàn)明條紋。b．光的路程差Δr＝r2－r1＝(2k＋1)(k＝0,1,2，…)，光屏上出現(xiàn)暗條紋。(Ⅱ)白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋，且中央亮條紋是白色(填寫顏色)。③相鄰兩個(gè)亮條紋或暗條紋的中心間距公式：Δx＝λ。(2)薄膜干涉。①相干光：光照射到透明薄膜上，從薄膜的兩個(gè)表面反射的兩列光波。②圖樣特點(diǎn)：同雙縫干涉，同一條亮(或暗)紋對(duì)應(yīng)薄膜的厚度相等。單色光照射薄膜時(shí)形成明暗相間的條紋，白光照射薄膜時(shí)，形成彩色條紋。知識(shí)點(diǎn)2　光的衍射1．發(fā)生明顯衍射的條件：只有當(dāng)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(shí)候，衍射現(xiàn)象才會(huì)明顯。2．衍射條紋的特點(diǎn)：(1)單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較。 單縫衍射圓孔衍射單色光中央為亮且寬的條紋，兩側(cè)為明暗相間的條紋，且越靠外，亮條紋的亮度越弱，寬度越小①中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環(huán)，且越靠外，圓形亮條紋的亮度越弱，寬度越小②亮環(huán)或暗環(huán)間的距離隨圓孔半徑的增大而越小白光中央為亮且寬的白色條紋，兩側(cè)為亮度逐漸變暗、寬度逐漸變窄的彩色條紋，其中最靠近中央的色光是紫光，離中央最遠(yuǎn)的是紅光中央是大且亮的白色亮斑，周圍是不等間距的彩色的同心圓環(huán)(2)泊松亮斑(圓盤衍射)：當(dāng)光照射到不透明的半徑很小的小圓盤上時(shí)，在圓盤的陰影中心出現(xiàn)亮斑(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán))。知識(shí)點(diǎn)3　光的偏振1．偏振現(xiàn)象橫波只沿某一特定方向振動(dòng)，稱為波的偏振現(xiàn)象。2．自然光若光源發(fā)出的光，包含著在垂直于光傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同，這種光叫自然光。3．偏振光在垂直于光傳播方向的平面上，只沿一個(gè)特定方向振動(dòng)的光，叫偏振光。例如：自然光通過偏振片后，就得到了偏振光。見示意圖。知識(shí)點(diǎn)4　電磁波與相對(duì)論1．電磁波的產(chǎn)生(1)麥克斯韋電磁場理論變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場。(2)電磁場變化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系成為一個(gè)完整的整體，這就是電磁場。(3)電磁波電磁場(電磁能量)由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播形成電磁波。①電磁波是橫波，在空間傳播不需要介質(zhì)；②真空中電磁波的速度為3.0×108 m/s；③v＝λf對(duì)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．電磁波的發(fā)射和接收(1)發(fā)射電磁波的條件①要有足夠高的振蕩頻率。②電路必須開放，使振蕩電路的電場和磁場分散到盡可能大的空間。(2)調(diào)制有調(diào)幅和調(diào)頻兩種方式，解調(diào)是調(diào)制的逆過程。(3)電磁波譜①定義：按電磁波的波長從長到短分布是無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線，形成電磁波譜；遞變規(guī)律：直線傳播能力增強(qiáng)，衍射能力減弱。②電磁波譜的特性、應(yīng)用電磁波譜特性應(yīng)用紅外線熱效應(yīng)紅外線遙感紫外線化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、能殺菌醫(yī)用消毒、防偽X射線貫穿性強(qiáng)檢查、醫(yī)用透視γ射線貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)用治療3．狹義相對(duì)論(1)狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)①狹義相對(duì)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(duì)運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系。(2)相對(duì)論的質(zhì)速關(guān)系①物體的質(zhì)量隨物體速度的增加而增大，物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m與靜止時(shí)的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系：m＝。②物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m總要大于靜止時(shí)的質(zhì)量m0。4．相對(duì)論質(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。雙基自測一、堵點(diǎn)疏通1．光的顏色取決于折射率。(　×　)2．只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉。(　√　)3．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫的作用是使白光變成單色光。(　×　)4．陽光下茂密的樹蔭中地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的。(　×　)5．自然光是偏振光。(　×　)6．電場周圍一定存在磁場，磁場周圍一定存在電場。(　×　)7．無線電波不能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象。(　×　)8．波長不同的電磁波在本質(zhì)上完全不同。(　×　)9．真空中的光速在不同慣性參考系中是不同的。(　×　)二、對(duì)點(diǎn)激活1．下列現(xiàn)象中，屬于光的干涉現(xiàn)象的是(　A　)A．肥皂泡上的彩色條紋B．雨后天邊出現(xiàn)彩虹C．早晨東方的天邊出現(xiàn)紅色朝霞D．荷葉上的水珠在陽光下晶瑩透亮[解析]　肥皂泡上的彩色條紋屬于干涉現(xiàn)象，雨后彩虹屬于光的色散現(xiàn)象，朝霞屬于光的折射現(xiàn)象，水珠晶瑩透亮屬于全反射現(xiàn)象，故只有A正確。2．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋。若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，這時(shí)可以觀察到的現(xiàn)象是(　C　)A．只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失B．紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的雙縫干涉條紋依然存在C．任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮D．屏上無任何光亮[解析]　只有頻率相同的光才能發(fā)生干涉，形成穩(wěn)定的干涉條紋，故A、B錯(cuò)誤；屏上沒有干涉條紋，但屏上仍有光亮，故C正確，D錯(cuò)誤。3．將兩個(gè)緊靠在一起的偏振片放在一盞燈的前面，此時(shí)沒有光通過。如果將其中的一個(gè)偏振片逐漸旋轉(zhuǎn)180°，在旋轉(zhuǎn)過程中，將會(huì)產(chǎn)生的現(xiàn)象是(　A　)A．透過偏振片的光先增強(qiáng)，然后又減弱到零B．透過偏振片的光先增強(qiáng)，然后減弱到非零的最小值C．透過偏振片的光在整個(gè)過程中都增強(qiáng)D．透過偏振片的光先增強(qiáng)，再減弱，然后又增強(qiáng)[解析]　開始時(shí)沒有光通過，說明兩偏振片的透振方向垂直，其中一個(gè)偏振片旋轉(zhuǎn)180°的過程中，透過偏振片的光先增強(qiáng)然后又減弱到零，故A正確。4．關(guān)于生活中遇到的各種波，下列說法正確的是(　B　)A．聲波可以傳遞信息，電磁波不能傳遞信息B．手機(jī)在通話時(shí)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[解析]　聲波、電磁波都能傳遞能量和信息，A項(xiàng)錯(cuò)誤；在手機(jī)通話過程中，既涉及電磁波又涉及聲波，B項(xiàng)正確；可見光屬于電磁波，B超中的超聲波是聲波，波速不同，C項(xiàng)錯(cuò)誤；紅外線波長較X射線波長長，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO考點(diǎn)一　光的干涉、衍射及偏振1．雙縫干涉與單縫衍射的比較：內(nèi)容干涉衍射現(xiàn)象在光疊加區(qū)域出現(xiàn)加強(qiáng)或減弱的現(xiàn)象光繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象產(chǎn)生條件兩束光頻率相同、相位差恒定障礙物或孔的尺寸與波長差不多或更小典型實(shí)驗(yàn)楊氏雙縫干涉單縫衍射(圓孔衍射、圓盤衍射)圖樣特點(diǎn)不同點(diǎn)條紋寬度條紋寬度相等條紋寬度不等、中央最寬條紋間距各相鄰條紋間距相等各相鄰條紋間距不等亮度情況清晰條紋，亮度基本相等中央條紋最亮，兩邊變暗相同點(diǎn)干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象；干涉、衍射都有明暗相間的條紋2．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(dòng)方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿任意方向，且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光的強(qiáng)度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿特定方向特別提醒：(1)從本質(zhì)上講，衍射條紋的形成與干涉條紋的形成具有相似的原理，衍射條紋可以認(rèn)為從單縫通過多列頻率相同的光波在屏上疊加形成的干涉圖樣。(2)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，衍射現(xiàn)象說明只有在光的波長比障礙物小得多時(shí)才可看作沿直線傳播。例1　在研究材料A的熱膨脹特性時(shí)，可采用如圖所示的干涉實(shí)驗(yàn)法，A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一個(gè)透明的平行板B，B與A上表面平行，在它們中間形成一個(gè)厚度均勻的空氣膜，現(xiàn)在用波長為λ的單色光垂直照射，同時(shí)對(duì)A緩慢加熱，在B上方觀察到B板的亮度發(fā)生周期性變化，當(dāng)溫度為t1時(shí)最亮，然后亮度逐漸減弱至最暗；當(dāng)溫度升到t2時(shí)，亮度再一次達(dá)到最亮，則(　D　)A．出現(xiàn)最亮?xí)r，B上表面反射光與A上表面反射光疊加后加強(qiáng)B．出現(xiàn)最亮?xí)r，B下表面反射光與A上表面反射光疊加后相抵消C．溫度從t1升至t2過程中，A的高度增加D．溫度從t1升至t2過程中，A的高度增加[解析]　本題考查薄膜干涉問題。B板最亮?xí)r，是B板下表面的反射光與A上表面的反射光發(fā)生干涉，疊加后加強(qiáng)，故A、B錯(cuò)誤；溫度從t1升到t2的過程中，亮度由最亮變暗又變到最亮，當(dāng)路程差(即薄膜厚度的2倍)等于半波長的偶數(shù)倍，出現(xiàn)明條紋，知路程差減小λ，薄膜厚度減小，則A的高度增加，故D正確，C錯(cuò)誤。例2　奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一個(gè)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(huì)相對(duì)于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個(gè)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(dòng)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)以下說法中正確的是ACD。A．到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱B．到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱C．將偏振片B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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(dòng)一個(gè)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[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?yàn)锳、B的透振方向一致，故A、B間不放糖溶液時(shí)，自然光通過偏振片A后變成偏振光，通過B后到O。當(dāng)在A、B間加上糖溶液時(shí)，由于糖溶液的旋光作用，使通過A的偏振光的振動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一定角度，使通過B到達(dá)O的光的強(qiáng)度不是最大，但當(dāng)B轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，恰好使透振方向與經(jīng)過糖溶液后的偏振光的振動(dòng)方向一致時(shí)，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(dòng)而將A旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再經(jīng)糖溶液旋光后光的振動(dòng)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(xiàng)A、C、D正確。〔變式訓(xùn)練1〕(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(shí)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(　AD　)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)[解析]　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)的時(shí)候，絲的直徑較接近激光的波長，條紋間距就大，故A、D兩項(xiàng)正確。考點(diǎn)二　電磁波與相對(duì)論對(duì)電磁波譜的四點(diǎn)說明(1)波長不同的電磁波，表現(xiàn)出不同的特性。其中波長較長的無線電波和紅外線等，易發(fā)生干涉、明顯衍射現(xiàn)象；波長較短的紫外線、X射線、γ射線等，穿透能力較強(qiáng)。(2)電磁波譜中，相鄰兩波段的電磁波的波長并沒有很明顯的界線，如紫外線和X射線、X射線和γ射線都有重疊。(3)不同的電磁波，產(chǎn)生的機(jī)理不同，無線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的；紅外線、可見光、紫外線是原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；X射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；γ射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的。(4)電磁波的能量隨頻率的增大而增大。例3　(多選)關(guān)于電磁波譜，下列說法中正確的是 (　ABE　)A．X射線對(duì)生命物質(zhì)有較強(qiáng)的作用，過量的X射線輻射會(huì)引起生物體的病變B．γ射線是波長最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高C．紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射D．在電磁波譜中，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是γ射線E．在電磁波譜中，無線電波一般可用于通信[解析]　紫外線比紫光的波長短，更不容易發(fā)生干涉和衍射，C錯(cuò)誤；在電磁波譜中，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是無線電波，D錯(cuò)誤。A、B、E的說法正確。〔變式訓(xùn)練2〕(多選)1905年，愛因斯坦提出了著名的狹義相對(duì)論，給物理科學(xué)帶來了巨大的進(jìn)步。根據(jù)狹義相對(duì)論的理論，下列說法中正確的是(　ABD　)A．在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的B．真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的C．根據(jù)狹義相對(duì)論可知，同時(shí)是絕對(duì)的D．根據(jù)狹義相對(duì)論可知，物體的長度、時(shí)間間隔和物體的質(zhì)量都是相對(duì)的E．根據(jù)狹義相對(duì)論可知，在相對(duì)地面以速度v高速運(yùn)動(dòng)的火車上，當(dāng)人以相對(duì)火車速度u′沿火車前進(jìn)的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，則該人相對(duì)地面的速度為u＝u′＋v[解析]　根據(jù)狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)可知，A、B正確；根據(jù)相對(duì)論的兩個(gè)假設(shè)，可得到直接推論，同時(shí)是相對(duì)的，C錯(cuò)誤；根據(jù)狹義相對(duì)論的結(jié)論可知，長度、時(shí)間間隔、質(zhì)量都是相對(duì)的，D正確；在高速運(yùn)動(dòng)的火車上，設(shè)車相對(duì)地面的速度為v，車上的人以速度u′沿著火車前進(jìn)的方向相對(duì)火車運(yùn)動(dòng)，根據(jù)相對(duì)論速度交換公式得他相對(duì)地面的速度u<u′＋v，E錯(cuò)誤。2年高考·1年模擬2 NIAN GAO KAO 1 NIAN MO NI1．(2020·山東卷，3)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的截面圖如圖所示。光源S到S1、S2的距離相等，O點(diǎn)為S1、S2連線中垂線與光屏的交點(diǎn)。光源S發(fā)出的波長為λ的光，經(jīng)S1出射后垂直穿過玻璃片傳播到O點(diǎn)，經(jīng)S2出射后直接傳播到O點(diǎn)，由S1到O點(diǎn)與由S2到O點(diǎn)，光傳播的時(shí)間差為Δt。玻璃片厚度為10λ，玻璃對(duì)該波長光的折射率為1.5，空氣中光速為c，不計(jì)光的玻璃片內(nèi)的反射。以下判斷正確的是(　A　)A．Δt＝　 B．Δt＝C．Δt＝　 D．Δt＝[解析]　光在玻璃中的傳播速度為v＝，可知時(shí)間差Δt＝－＝，故選A。2．(2020·浙江7月選考)在抗擊新冠病毒的過程中，廣泛使用了紅外體溫計(jì)測量體溫，如圖所示。下列說法正確的是(　D　)A．當(dāng)體溫超過37.3 ℃時(shí)人體才輻射紅外線B．當(dāng)體溫超過周圍空氣溫度時(shí)人體才輻射紅外線C．紅外體溫計(jì)是依據(jù)體溫計(jì)發(fā)射紅外線來測體溫的D．紅外體溫計(jì)的依據(jù)人體溫度越高，輻射的紅外線強(qiáng)度越大來測體溫的[解析]　人體在任何溫度下都會(huì)輻射紅外線，故A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤；人體溫度越高，輻射紅外線的強(qiáng)度越大，紅外體溫計(jì)正是根據(jù)這一特點(diǎn)來測體溫的，而不是利用紅外體溫計(jì)發(fā)射紅外線來測體溫的，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確。3．(2020·天津卷)新冠肺炎疫情突發(fā)，中華兒女風(fēng)雨同舟、守望相助，筑起了抗擊疫情的巍峨長城。志愿者用非接觸式體溫測量儀，通過人體輻射的紅外線測量體溫，防控人員用紫外線燈在無人的環(huán)境下消殺病毒，為人民健康保駕護(hù)航。紅外線和紫外線相比較(　B　)A．紅外線的光子能量比紫外線的大B．真空中紅外線的波長比紫外線的長C．真空中紅外線的傳播速度比紫外線的大D．紅外線能發(fā)生偏振現(xiàn)象，而紫外線不能[解析]　與紫外線相比，紅外線波長較長，頻率較低，由ε＝hγ得紅外線的光子能量比紫外線的小，A錯(cuò)誤，B正確。紅外線與紫外線均為電磁波，電磁波在真空中傳播速度為c。所以兩者在真空中的傳播速度相等，C錯(cuò)誤；紅外線與紫外線均為橫波，均可以發(fā)生偏振現(xiàn)象，D錯(cuò)誤。