2020版新一線高考物理（新課標(biāo)）一輪復(fù)習(xí)教學(xué)案：第14章第4節(jié)　光的波動性　電磁波　相對論

第4節(jié)　光的波動性　電磁波　相對論知識點(diǎn)一| 光的干涉、衍射及偏振(對應(yīng)學(xué)生用書第214頁)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(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)暗條紋，且加強(qiáng)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(diǎn)：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(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(qiáng)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①讓自然光通過偏振片形成偏振光。②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。(1)只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉。 (√)(2)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫的作用是使白光變成單色光。 (×)(3)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。 (×)(4)自然光是偏振光。  (×)考法1　光的干涉現(xiàn)象1．(多選)(2017·全國卷Ⅱ)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用綠色激光照射在雙縫上，在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣。若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，可選用的方法是(　　)A．改用紅色激光B．改用藍(lán)色激光C．減小雙縫間距D．將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動E．將光源向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動ACD　[在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中相鄰亮條紋的間距Δx＝λ，因此要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距可減小雙縫間的距離，增大屏幕與雙縫的距離，換用波長更長或頻率更小的光做光源。故選A、C、D。]2．(2015·全國卷Ⅰ)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，分別用紅色和綠色的激光照射同一雙縫，在雙縫后的屏幕上，紅光的干涉條紋間距Δx1與綠光的干涉條紋間距Δx2相比，Δx1________Δx2(選填“>”“＝”或“<”)。若實(shí)驗(yàn)中紅光的波長為630 nm，雙縫與屏幕的距離為1.00 m，測得第1條到第6條亮條紋中心間的距離為10.5 mm，則雙縫之間的距離為________mm。解析：由公式Δx＝λ可知，Δx1＞Δx2。相鄰亮條紋之間的距離為Δx＝ mm＝2.1 mm，雙縫間的距離d＝，代入數(shù)據(jù)得d＝0.300 mm。答案：＞　0.300[考法指導(dǎo)]　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。考法2　光的衍射3．(2019·日照模擬)光傳感器可用來測量光屏上的光強(qiáng)分布。如圖甲所示為某同學(xué)利用單縫做的一個光學(xué)實(shí)驗(yàn)，圖乙為該同學(xué)使用光傳感器對該實(shí)驗(yàn)所采集到的光屏上的光強(qiáng)分布圖象，則該同學(xué)所做的實(shí)驗(yàn)是光的________(選填“干涉”或“衍射”)實(shí)驗(yàn)；根據(jù)圖乙可以看出，光屏上中央亮條紋的光強(qiáng)分布特點(diǎn)是___________________________________________________________。甲　　　　　　　　　　　　　乙解析：由圖乙可知，條紋中間亮、兩邊窄，是衍射條紋；根據(jù)光的衍射原理，則光屏上中央亮條紋的光強(qiáng)分布特點(diǎn)是中間強(qiáng)兩邊弱。答案：衍射　中間強(qiáng)兩邊弱考法3　光的偏振4．奶粉中碳水化合物(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)(多選)以下說法正確的是________。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)?/span>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。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，通過B到達(dá)O的光的強(qiáng)度不是最大，但當(dāng)B轉(zhuǎn)過了一個角度，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(xiàng)A、C、D正確。答案：(1)把自然光變成偏振光　(2)橫波　(3)ACD知識點(diǎn)二| 電磁場　電磁波　相對論(對應(yīng)學(xué)生用書第215頁)1．電磁波的特點(diǎn)(1)電磁波是橫波，電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向都與傳播方向垂直。(2)電磁波傳播時不需要任何介質(zhì)，在真空中傳播的速度最大，c＝3×108 m/s。(3)電磁波本身是一種物質(zhì)，它具有能量。(4)具有波的特征，能產(chǎn)生反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象。2．相對論的簡單知識(1)狹義相對論的基本假設(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。(2)時間和空間的相對性：①時間間隔的相對性Δt＝。②長度的相對性l＝l0。(3)相對論速度變換公式：u＝。(4)質(zhì)能方程：E＝mc2。(1)均勻變化的磁場產(chǎn)生均勻變化的電場向外傳播便形成了電磁波。 (×)(2)在真空中傳播的電磁波，當(dāng)它的頻率增加時，它的傳播速度不變，波長變短。  (√)(3)光速不變原理指出光在真空中傳播速度在不同慣性參考系中都是相同的。  (√)(4)波長不同的電磁波在本質(zhì)上完全不同。 (×)1．(多選)(2016·全國卷Ⅱ)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(shí)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(xiàng)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(xiàng)B正確；電磁波傳播方向與電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直，選項(xiàng)C正確；電磁波可以通過光纜傳輸，選項(xiàng)D錯誤；電磁波波源的電磁振蕩停止，波源不再產(chǎn)生新的電磁波，但空間中已產(chǎn)生的電磁波仍可繼續(xù)傳播，選項(xiàng)E錯誤。]2．如圖所示，兩艘飛船A、B沿同一直線同向飛行，相對地面的速度均為v(v接近光速c)。地面上的人測得它們相距為L，則飛船A上的人測得兩飛船間的距離________(選填“大于”“等于”或“小于”)L。當(dāng)B向A發(fā)出一光信號，飛船A上的人測得該信號的速度為________。解析：狹義相對論的兩個基本原理之一就是光速不變原理，因此飛船A上的人測得信號的速度仍等于c(或光速)，以地面為參考系，在運(yùn)動方向有尺縮效應(yīng)現(xiàn)象，而B相對A是靜止的，沒有尺縮效應(yīng)現(xiàn)象，則飛船A上的人測得兩飛船距離應(yīng)大于L。答案：大于　c(或光速)知識點(diǎn)三| 實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測光的波長(對應(yīng)學(xué)生用書第215頁)1．實(shí)驗(yàn)裝置圖及實(shí)驗(yàn)器材雙縫干涉儀、光具座、光源、學(xué)生電源、導(dǎo)線、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭、刻度尺。2．實(shí)驗(yàn)原理(1)根據(jù)公式Δx＝λ得λ＝Δx。(2)用刻度尺測出雙縫到光屏的距離l，用測量頭調(diào)節(jié)清晰的干涉條紋，測出n個亮紋間的距離a，則Δx＝。雙縫間距d是已知的，這樣就可以計(jì)算出波長λ。3．注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)時應(yīng)調(diào)整光源、單縫、雙縫和光屏、測量頭共軸，單縫和雙縫安裝時應(yīng)豎直且相互平行，遮光筒的軸線要與光具座導(dǎo)軌平行。若不共軸或單縫與雙縫不平行則會引起干涉條紋亮度小，不清晰，不便于觀察和測量。(2)分劃板上的刻線應(yīng)與干涉條紋的亮(暗)線平行，否則會增大測量的誤差。(3)雙縫、測量頭安裝到遮光筒上時要裝到底，使各部件的定位面緊密吻合，否則會影響測量結(jié)果。(4)雙縫干涉演示儀的測量頭有兩種，一種相當(dāng)于螺旋測微器，一種相當(dāng)于游標(biāo)卡尺，具體應(yīng)用時要加以區(qū)別。(5)測量雙縫至屏的距離l，要多次測量取平均值，同時要固定好雙縫及屏，切勿松動。(1)實(shí)驗(yàn)安置時，要使遮光筒軸線與導(dǎo)軌平行。 (√)(2)為了減少實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)多次測雙縫到屏間距，求平均值。 (√)(3)選光源時，球形光源比線狀光源好。 (×)1．在“用雙縫干涉測光的波長”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。(1)某同學(xué)以線狀白熾燈為光源，對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)并觀察了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點(diǎn)，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(dāng)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)如圖甲所示，該讀數(shù)為________ mm。甲　　　　　　　乙　　　(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。則在這種情況下來測量干涉條紋的間距Δx時，測量值________(選填“大于”“小于”或“等于”)實(shí)際值。解析：(1)為了獲得清晰的干涉的亮條紋，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)，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(shí)際值Δx實(shí)＝Δx測cos θ，θ為條紋與分劃板間的夾角，故Δx實(shí)＜Δx測。答案：(1)AD　(2)0.700　(3)大于2．(2019·信陽模擬)在“用雙縫干涉測光的波長”的實(shí)驗(yàn)中，請按照題目要求回答下列問題。(1)圖中甲、乙兩圖都是光的條紋形狀示意圖，其中干涉圖樣是________。甲　　　　　　乙丙(2)將下表中的光學(xué)元件放在圖丙所示的光具座上組裝成用雙縫干涉測光的波長的實(shí)驗(yàn)裝置，并用此裝置測量紅光的波長。元件代號ABCDE元件名稱光屏雙縫白光光源單縫透紅光的濾光片將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件的排列順序應(yīng)為____________。(填寫元件代號)(3)已知該裝置中雙縫間距d＝0.50 mm，雙縫到光屏的距離L＝0.50 m，在光屏上得到的干涉圖樣如圖(a)所示，分劃板在圖中A位置時游標(biāo)卡尺如圖(b)所示，則其示數(shù)為________ mm；在B位置時游標(biāo)卡尺如圖(c)所示。由以上所測數(shù)據(jù)可以得出形成此干涉圖樣的單色光的波長為________ m。解析：(1)題圖甲中的條紋間距和亮度相同，是干涉圖樣，圖乙是衍射圖樣。(2)光源發(fā)出的白光，各種頻率都有，加上E后通過的只有紅光了，變成單色光，加上D和B，就得到兩列頻率相同、步調(diào)一致的相干光，最后放置光屏，干涉條紋呈現(xiàn)在光屏上，所以順序?yàn)?/span>CEDBA。(3)A位置的示數(shù)為111.10 mm，B位置的示數(shù)為115.45 mm，題圖(a)中A、B之間的距離為(115.45－111.10) mm＝4.35 mm，則相鄰條紋的間距為Δx＝ mm，再根據(jù)公式Δx＝λ，代入數(shù)據(jù)得波長為5.4×10－7 m。答案：(1)甲　(2)CEDBA(3)111.10　5.4×10－7