2020-2021学年 高二物理 光的干涉与衍射 电磁波 相对论 期末复习强化学案Word版含答案
文档属性
| 名称 | 2020-2021学年 高二物理 光的干涉与衍射 电磁波 相对论 期末复习强化学案Word版含答案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-05-14 13:35:12 | ||
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文档简介
光的干涉与衍射 电磁波 相对论
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________条纹，某些区域相互减弱，出现________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________条纹，其余为________条纹．
2．薄膜干涉
(1)相干光：光照射到透明薄膜上，从________的两个表面反射的两列光波．
(2)图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的厚度________．单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色条纹．
3．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________，甚至比光的波长________的时候，衍射现象才会明显．
(2)衍射条纹的特点
4．光的偏振
(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿________振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同．
(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个________的方向振动的光．
(3)偏振光的形成
①让自然光通过________形成偏振光．
②让自然光在两种介质的界面发生反射和________，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光．
(4)光的偏振现象说明光是一种横波．
知识点二 光的偏振现象
1．偏振：光波只沿________的方向振动．
2．自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿________振动的光，而且沿各个方向振动的光波的________都相同，这种光叫做自然光．
3．偏振光：在________于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光．光的偏振证明光是________．自然光通过偏振片后，就得到了偏振光．
4．偏振光的应用：应用于照相机镜头、________、消除车灯眩光等．
知识点三 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．
(1)电磁波是________(选填“纵波”或“横波”)，在空间传播不需要________．
(2)真空中电磁波的速度为________．
(3)公式v＝λf对电磁波同样适用．
(4)电磁波能产生反射、________、干涉和________等现象．
2．电磁波的发射
(1)发射条件：足够高的振荡频率和________电路．
(2)调制分类：________和________．
3．电磁波的接收
(1)调谐：使接收电路产生________的过程．
(2)解调：使声音或图象信号从高频电流中还原出来的过程．
4．电磁波谱
按电磁波的波长从长到短分布是________、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，形成电磁波谱．
知识点四 狭义相对论的基本假设 质能关系
1．狭义相对论的两个基本假设
(1)狭义相对性原理
在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是________．
(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________，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系．
2．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＝________.
思考辨析
(1)光的颜色由光的频率决定．( )
(2)只有频率相同的两列光波才能产生干涉．( )
(3)在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是使白光变成单色光．( )
(4)阳光下茂密的树林中，地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的．( )
(5)自然光是偏振光．( )
(6)电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场．( )
(7)无线电波不能发生干涉和衍射现象．( )
(8)波长不同的电磁波在本质上完全不同．( )
(9)真空中的光速在不同惯性参考系中是相同的．( )
教材改编
[人教版选修3－4·P62·T1、T2、T3，P61·做一做改编](多选)下列说法正确的是( )
A．通过两支铅笔的狭缝平行对着日光灯管，会看到彩色条纹，这是光的衍射现象
B．减小游标卡尺两个卡脚之间狭缝的宽度，单色线光源通过狭缝产生的衍射条纹中央亮纹变窄
C．太阳光通过三角形孔，当孔缩小时，先形成三角形光斑，最后形成太阳的像
D．透过羽毛观察白炽灯，会看到彩色光晕，这是光的衍射
E．减小不透光的挡板上的狭缝宽度，单色线光源通过狭缝产生的衍射现象更明显
考点一 光的干涉现象
师生共研
题型1|双缝干涉
1．条纹间距公式：Δx＝ldλ，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.
当Δr＝kλ(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现明条纹．当Δr＝(2k＋1)λ2(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现暗条纹．
例1 如图所示，在“杨氏双缝干涉”的实验中，激光的波长为5. 30×10－7 m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7 m，则在P点出现的应是________(选填“明条纹”或“暗条纹”)．现改用波长为6.30×10－7 m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将________(选填“变宽”“变窄”或“不变”)．
题型2|薄膜干涉
1．形成原因：
如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加．
2．明暗条纹的判断方法：两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr.在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝0,1,2,3…)．薄膜上出现明条纹．在Q处，Δr＝(2n＋1) λ2(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹．
例2 (多选)如图所示为一竖直的肥皂膜的横截面，用单色光照射薄膜，在薄膜上产生明暗相间的条纹，下列说法正确的是( )
A．薄膜上的干涉条纹是竖直的
B．薄膜上的干涉条纹是水平的
C．用蓝光照射薄膜所产生的干涉条纹的间距比用红光照射时的小
D．干涉条纹是光线在薄膜前、后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
E．干涉条纹的间距是不相等的
练1 下列现象中涉及光的干涉原理的是________．
练2 (多选)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样．若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是( )
A．改用红色激光
B．改用蓝色激光
C．减小双缝间距
D．将屏幕向远离双缝的位置移动
E．将光源向远离双缝的位置移动
练3 (1)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，则两列光的____________相同．如图所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在________(选填“A”“B”或“C”)点会出现暗条纹．
(2)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长λ＝5.89×10－7 m，双缝间的距离d＝1 mm，双缝到屏的距离l＝2 m．求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距．
考点二 光的衍射和偏振现象
自主演练
1．对光的衍射的理解
(1)干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明显．在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别．
(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看作是沿直线传播的．
2．自然光与偏振光的比较
自然光(非偏振光)
偏振光
光的来源
直接从光源发出的光
自然光通过偏振片后的光
光的振动方向
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向光振动的强度相同
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向
3.偏振光的应用：照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等．
[多维练透]
1．(多选)关于光现象及其应用，下列说法正确的是( )
A．全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光相干性高的特点
B．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的偏振现象
C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加装一个偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度
D．当观察者向静止的光源运动时，观察者接收到的光波频率低于光源的频率
E．一束单色光由空气射入玻璃，这束光的速度变慢，波长变短
2．(多选)光的偏振现象说明光是横波．下列现象中能反映光的偏振特性的是( )
A．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化
B．一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光
C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰
D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色干涉条纹
E．阳光在水面的反射光是自然光
3．(多选)对如图所示的图片、示意图或实验装置，下列判断准确无误的是( )
A．甲图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑”
B．乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度
C．丙图是双缝干涉原理图，若P到S1、S2的路程差是半波长的偶数倍，则P处是亮纹
D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现竖直干涉条纹
E．戊图是振动图象，其振幅为8 cm，振动周期为4 s
考点三 实验：用双缝干涉测光的波长
师生共研
1．基本原理与操作
装置及器材
操作要领
(1)安装：将光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上．
(2)调节：接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光．调节各部件的中心在同一高度．
(3)测量头读数：应使测量头分划板中心刻线和条纹的中心对齐，读出手轮上的读数.
2.数据处理与分析：
(1)数据处理
用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式Δx＝ldλ得λ＝dlΔx计算波长，重复测量、计算，求出波长的平均值．
(2)误差分析
①测条纹间距Δx时带来误差．
②测量双缝到光屏间距离l时产生误差．
(3)注意事项
①保证灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒共轴．
②保持单缝和双缝平行．
例3 [2019·全国Ⅱ卷，34(2)]某同学利用图示装置测量某种单色光的波长．实验时，接通电源使光源正常发光：调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹．回答下列问题：
(ⅰ)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可________________；
A．将单缝向双缝靠近
B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更小的双缝
(ⅱ)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝____________；
(ⅲ)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm.则所测单色光的波长为________________nm(结果保留3位有效数字)．
练4 在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、放大镜，如图1所示．
(1)M、N、P三个光学元件依次为________．
A．滤光片、单缝、双缝 B．单缝、滤光片、双缝
C．单缝、双缝、滤光片 D．滤光片、双缝、单缝
(2)分划板在图2中A、B位置时游标卡尺读数xA＝11.1 mm，xB＝________ mm，相邻两条纹间距Δx＝________ mm.
练5 现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D、透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在图甲所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长．
(1)本实验的步骤有：
①调节单缝与双缝的间距为5～10 cm，并使单缝与双缝相互平行；
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；
③取下遮光筒右侧的元件，打开光源，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；
④用米尺测出双缝到屏的距离；用测量头(读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离；
⑤将测得的数据代入公式求出红光的波长．
以上步骤合理的顺序是________．(只填步骤代号)
(2)将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图乙所示；同方向转动测量头，使分划板的中心刻线与第5条亮纹中心对齐，此时手轮上的示数如图丙所示．则图乙中手轮上的示数是________ mm；图丙中手轮上的示数是________ mm.
(3)已知双缝到屏的距离为0.500 m，使用的双缝间距为2.8×10－4 m，由此可求得所测红光波长为λ＝______ m(结果保留三位有效数字)．
考点四 电磁场和电磁波 相对论
自主演练
1．对麦克斯韦电磁场理论的理解
2．电磁波谱的特性及应用
电磁波谱
特性
应用
递变规律
无线电波
容易发生衍射
通信和广播
红外线
热效应
红外线遥感
可见光
引起视觉
照明等
紫外线
荧光效应，能杀菌
灭菌消毒、防伪
X射线
穿透能力强
医用透视、安检
γ射线
穿透能力很强
工业探伤、医用治疗
3.电磁波和机械波的比较
机械波
电磁波
产生
质点的振动
周期性变化的电磁场
传播
介质
传播需要介质
传播不需要介质
波速
由介质决定，与频率无关
与介质及频率都有关
类型
横波或纵波
横波
[多维练透]
4．(多选)关于电磁波，下列说法正确的是( )
A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关
B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波
C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直
D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输
E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失
5．(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是( )
A．X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变
B．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高
C．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
D．在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线
E．在电磁波谱中，无线电波一般可用于通信
6．[2020·江西七校联考](多选)下列说法正确的是( )
A．波的传播过程中，质点的振动频率等于波源的振动频率
B．爱因斯坦狭义相对论指出，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
C．当某列声波产生多普勒效应时，相应声源的振动频率一定发生变化
D．物体做受迫振动时，驱动力的频率越高，受迫振动的物体振幅越大
E．X射线的频率比无线电波的频率高
第4讲 光的干涉与衍射 电磁波 相对论
基础落实
知识点一
1．(1)亮 暗 (2)相同 (3)白色亮 彩色
2．(1)薄膜 (2)相等
3．(1)相差不多 还小
4．(1)一切方向 (2)特定 (3)①偏振片 ②折射
知识点二
1．某一特定
2．一切方向 强度
3．垂直 横波
4．立体电影
知识点三
1．(1)横波 介质 (2)c＝3×108 m/s
(4)折射 衍射
2．(1)开放 (2)调幅 调频
3．电谐振
4．无线电波
知识点四
1．(1)相同的 (2)相同的
2．mc2
思考辨析
(1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)× (7)× (8)× (9)√
教材改编
答案：ADE
考点突破
例1 解析：因为7.95×10-75.30×10-7＝32， 即P点距双缝的路程差为半波长的奇数倍，所以P点出现的是暗条纹．根据干涉条纹间距公式Δx＝ldλ可知，当单色光的波长变长时，干涉条纹间距变宽．
答案：暗条纹 变宽
例2 解析：光在肥皂膜的前、后表面反射形成相干光，其波程差与薄膜厚度有关，在重力作用下，肥皂膜形成上薄下厚的的楔形，在同一水平面上厚度相等，形成亮纹(或暗纹)，因此，干涉条纹应是水平的，故选项A错误，选项B、D正确；蓝光的波长小于红光的波长，因此用蓝光照射薄膜所产生的干涉条纹的间距比红光的小，故C正确；干涉条纹间距是相等的，选项E错误．
答案：BCD
练1 解析：内窥镜中的光导纤维利用的是全反射的原理，A错误；全息照相利用的是光的干涉原理，B正确；镜头玻璃的颜色利用的是薄膜干涉原理，C正确；D是光的衍射现象，D错误．
答案：BC
练2 解析：在双缝干涉实验中相邻亮条纹的间距Δx＝ldλ，因此要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距可减小双缝间的距离，增大屏幕与双缝的距离，换用波长更长或频率更小的光做光源．故选A、C、D.
答案：ACD
练3 解析：(1)要形成光的干涉，两列光的频率应该相同，在题图所示的干涉区域放置光屏，波峰与波谷相遇的C点会出现暗纹．
(2)相邻的亮条纹的中心间距Δx＝ldλ
由题意知，亮条纹的数目n＝10
则第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距L＝nlλd
代入数据得L＝1.178×10－2 m.
答案：(1)频率 C (2)1.178×10－2 m
1．解析：通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的衍射现象，选项B错误；当观察者向静止的光源运动时，观察者接收到的光波频率高于光源的频率，选项D错误．
答案：ACE
2．解析：在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光是偏振光，选项A、B反映了光的偏振特性；选项C是偏振现象的应用；选项D是光的衍射现象，D项错误；阳光在水面的反射光是偏振光，故选项E错误．
答案：ABC
3．解析：题图甲是小孔衍射的图样，但不是“泊松亮斑”，故A错．题图丁是薄膜干涉现象的实验装置图，但其干涉条纹应为水平的，故D错．
答案：BCE
例3 解析：本题是“利用双缝干涉测光的波长”实验．考查了学生的实验能力，培养了学生实事求是的科学态度，建立了结果来源于实验的价值观．
(ⅰ)增加目镜中观察到的条纹个数必须要减小条纹间距，由公式Δx＝ldλ可知B正确．
(ⅱ)由于第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则相邻两条暗条纹的中心间距Δx′＝Δxn-1，单色光的波长λ＝Δx'dl＝Δx·dn-1l.
(ⅲ)λ＝Δx·dn-1l＝7.56×10-3×0.300×10-34-1×1.20 m＝6.30×10－7 m＝630 nm.
答案：(ⅰ)B (ⅱ)Δx·dn-1l (ⅲ)630
练4 解析：(1)为了获取单色的线光源，透镜后面应放置滤光片、单缝，单缝形成的相干线光源产生的光经过双缝产生干涉现象，因此，M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝、双缝，A正确．
(2)B位置的读数xB＝15 mm＋2×0.1 mm＝15.2 mm，
所以Δx＝15.2-11.16 mm≈0.7 mm.
答案：(1)A (2)15.2 0.7
练5 解析：(1)为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝，所以步骤合理的顺序为③②①④⑤.
(2)题图乙的固定刻度读数为1 mm，可动刻度读数为0.01×13.0 mm＝0.130 mm.则最终读数为1.130 mm.题图丙的固定刻度读数为5.5 mm，可动刻度读数为0.01×38.0 mm＝0.380 mm，则最终读数为5.880 mm.
(3)相邻亮纹的间距Δx＝5.880-1.1304 mm＝1.187 5 mm.根据Δx＝ldλ得，λ＝dΔxl＝1.187 5×10-3×2.8×10-40.500 m＝6.65×10－7m．
答案：(1)③②①④⑤ (2)1.130 5.880 (3)6.65×10－7
4．解析：电磁波在真空中的传播速度为光速，A选项正确；电磁波是由周期性变化的电场和磁场相互激发产生的，B选项正确；传播速度方向、电场方向、磁场方向三者两两垂直，C选项正确；电磁波可以通过光缆传播，D选项错误；当电磁振荡消失后，电磁波可继续传播，E选项错误．
答案：ABC
5．解析：紫外线比紫光的波长短，更不容易发生干涉和衍射，C错误．在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是无线电波，D错误．
答案：ABE
6．解析：声波发生多普勒效应时，相应声源的振动频率不变，C错；物体做受迫振动时，驱动力的频率与物体的固有频率相同时，振幅最大，D错．
答案：ABE
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________条纹，某些区域相互减弱，出现________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________条纹，其余为________条纹．
2．薄膜干涉
(1)相干光：光照射到透明薄膜上，从________的两个表面反射的两列光波．
(2)图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的厚度________．单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色条纹．
3．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________，甚至比光的波长________的时候，衍射现象才会明显．
(2)衍射条纹的特点
4．光的偏振
(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿________振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同．
(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个________的方向振动的光．
(3)偏振光的形成
①让自然光通过________形成偏振光．
②让自然光在两种介质的界面发生反射和________，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光．
(4)光的偏振现象说明光是一种横波．
知识点二 光的偏振现象
1．偏振：光波只沿________的方向振动．
2．自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿________振动的光，而且沿各个方向振动的光波的________都相同，这种光叫做自然光．
3．偏振光：在________于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光．光的偏振证明光是________．自然光通过偏振片后，就得到了偏振光．
4．偏振光的应用：应用于照相机镜头、________、消除车灯眩光等．
知识点三 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．
(1)电磁波是________(选填“纵波”或“横波”)，在空间传播不需要________．
(2)真空中电磁波的速度为________．
(3)公式v＝λf对电磁波同样适用．
(4)电磁波能产生反射、________、干涉和________等现象．
2．电磁波的发射
(1)发射条件：足够高的振荡频率和________电路．
(2)调制分类：________和________．
3．电磁波的接收
(1)调谐：使接收电路产生________的过程．
(2)解调：使声音或图象信号从高频电流中还原出来的过程．
4．电磁波谱
按电磁波的波长从长到短分布是________、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，形成电磁波谱．
知识点四 狭义相对论的基本假设 质能关系
1．狭义相对论的两个基本假设
(1)狭义相对性原理
在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是________．
(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________，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系．
2．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＝________.
思考辨析
(1)光的颜色由光的频率决定．( )
(2)只有频率相同的两列光波才能产生干涉．( )
(3)在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是使白光变成单色光．( )
(4)阳光下茂密的树林中，地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的．( )
(5)自然光是偏振光．( )
(6)电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场．( )
(7)无线电波不能发生干涉和衍射现象．( )
(8)波长不同的电磁波在本质上完全不同．( )
(9)真空中的光速在不同惯性参考系中是相同的．( )
教材改编
[人教版选修3－4·P62·T1、T2、T3，P61·做一做改编](多选)下列说法正确的是( )
A．通过两支铅笔的狭缝平行对着日光灯管，会看到彩色条纹，这是光的衍射现象
B．减小游标卡尺两个卡脚之间狭缝的宽度，单色线光源通过狭缝产生的衍射条纹中央亮纹变窄
C．太阳光通过三角形孔，当孔缩小时，先形成三角形光斑，最后形成太阳的像
D．透过羽毛观察白炽灯，会看到彩色光晕，这是光的衍射
E．减小不透光的挡板上的狭缝宽度，单色线光源通过狭缝产生的衍射现象更明显
考点一 光的干涉现象
师生共研
题型1|双缝干涉
1．条纹间距公式：Δx＝ldλ，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.
当Δr＝kλ(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现明条纹．当Δr＝(2k＋1)λ2(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现暗条纹．
例1 如图所示，在“杨氏双缝干涉”的实验中，激光的波长为5. 30×10－7 m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7 m，则在P点出现的应是________(选填“明条纹”或“暗条纹”)．现改用波长为6.30×10－7 m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将________(选填“变宽”“变窄”或“不变”)．
题型2|薄膜干涉
1．形成原因：
如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加．
2．明暗条纹的判断方法：两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr.在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝0,1,2,3…)．薄膜上出现明条纹．在Q处，Δr＝(2n＋1) λ2(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹．
例2 (多选)如图所示为一竖直的肥皂膜的横截面，用单色光照射薄膜，在薄膜上产生明暗相间的条纹，下列说法正确的是( )
A．薄膜上的干涉条纹是竖直的
B．薄膜上的干涉条纹是水平的
C．用蓝光照射薄膜所产生的干涉条纹的间距比用红光照射时的小
D．干涉条纹是光线在薄膜前、后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
E．干涉条纹的间距是不相等的
练1 下列现象中涉及光的干涉原理的是________．
练2 (多选)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样．若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是( )
A．改用红色激光
B．改用蓝色激光
C．减小双缝间距
D．将屏幕向远离双缝的位置移动
E．将光源向远离双缝的位置移动
练3 (1)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，则两列光的____________相同．如图所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在________(选填“A”“B”或“C”)点会出现暗条纹．
(2)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长λ＝5.89×10－7 m，双缝间的距离d＝1 mm，双缝到屏的距离l＝2 m．求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距．
考点二 光的衍射和偏振现象
自主演练
1．对光的衍射的理解
(1)干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明显．在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别．
(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看作是沿直线传播的．
2．自然光与偏振光的比较
自然光(非偏振光)
偏振光
光的来源
直接从光源发出的光
自然光通过偏振片后的光
光的振动方向
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向光振动的强度相同
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向
3.偏振光的应用：照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等．
[多维练透]
1．(多选)关于光现象及其应用，下列说法正确的是( )
A．全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光相干性高的特点
B．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的偏振现象
C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加装一个偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度
D．当观察者向静止的光源运动时，观察者接收到的光波频率低于光源的频率
E．一束单色光由空气射入玻璃，这束光的速度变慢，波长变短
2．(多选)光的偏振现象说明光是横波．下列现象中能反映光的偏振特性的是( )
A．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化
B．一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光
C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰
D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色干涉条纹
E．阳光在水面的反射光是自然光
3．(多选)对如图所示的图片、示意图或实验装置，下列判断准确无误的是( )
A．甲图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑”
B．乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度
C．丙图是双缝干涉原理图，若P到S1、S2的路程差是半波长的偶数倍，则P处是亮纹
D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现竖直干涉条纹
E．戊图是振动图象，其振幅为8 cm，振动周期为4 s
考点三 实验：用双缝干涉测光的波长
师生共研
1．基本原理与操作
装置及器材
操作要领
(1)安装：将光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上．
(2)调节：接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光．调节各部件的中心在同一高度．
(3)测量头读数：应使测量头分划板中心刻线和条纹的中心对齐，读出手轮上的读数.
2.数据处理与分析：
(1)数据处理
用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式Δx＝ldλ得λ＝dlΔx计算波长，重复测量、计算，求出波长的平均值．
(2)误差分析
①测条纹间距Δx时带来误差．
②测量双缝到光屏间距离l时产生误差．
(3)注意事项
①保证灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒共轴．
②保持单缝和双缝平行．
例3 [2019·全国Ⅱ卷，34(2)]某同学利用图示装置测量某种单色光的波长．实验时，接通电源使光源正常发光：调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹．回答下列问题：
(ⅰ)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可________________；
A．将单缝向双缝靠近
B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更小的双缝
(ⅱ)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝____________；
(ⅲ)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm.则所测单色光的波长为________________nm(结果保留3位有效数字)．
练4 在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、放大镜，如图1所示．
(1)M、N、P三个光学元件依次为________．
A．滤光片、单缝、双缝 B．单缝、滤光片、双缝
C．单缝、双缝、滤光片 D．滤光片、双缝、单缝
(2)分划板在图2中A、B位置时游标卡尺读数xA＝11.1 mm，xB＝________ mm，相邻两条纹间距Δx＝________ mm.
练5 现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D、透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在图甲所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长．
(1)本实验的步骤有：
①调节单缝与双缝的间距为5～10 cm，并使单缝与双缝相互平行；
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；
③取下遮光筒右侧的元件，打开光源，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；
④用米尺测出双缝到屏的距离；用测量头(读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离；
⑤将测得的数据代入公式求出红光的波长．
以上步骤合理的顺序是________．(只填步骤代号)
(2)将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图乙所示；同方向转动测量头，使分划板的中心刻线与第5条亮纹中心对齐，此时手轮上的示数如图丙所示．则图乙中手轮上的示数是________ mm；图丙中手轮上的示数是________ mm.
(3)已知双缝到屏的距离为0.500 m，使用的双缝间距为2.8×10－4 m，由此可求得所测红光波长为λ＝______ m(结果保留三位有效数字)．
考点四 电磁场和电磁波 相对论
自主演练
1．对麦克斯韦电磁场理论的理解
2．电磁波谱的特性及应用
电磁波谱
特性
应用
递变规律
无线电波
容易发生衍射
通信和广播
红外线
热效应
红外线遥感
可见光
引起视觉
照明等
紫外线
荧光效应，能杀菌
灭菌消毒、防伪
X射线
穿透能力强
医用透视、安检
γ射线
穿透能力很强
工业探伤、医用治疗
3.电磁波和机械波的比较
机械波
电磁波
产生
质点的振动
周期性变化的电磁场
传播
介质
传播需要介质
传播不需要介质
波速
由介质决定，与频率无关
与介质及频率都有关
类型
横波或纵波
横波
[多维练透]
4．(多选)关于电磁波，下列说法正确的是( )
A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关
B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波
C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直
D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输
E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失
5．(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是( )
A．X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变
B．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高
C．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
D．在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线
E．在电磁波谱中，无线电波一般可用于通信
6．[2020·江西七校联考](多选)下列说法正确的是( )
A．波的传播过程中，质点的振动频率等于波源的振动频率
B．爱因斯坦狭义相对论指出，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
C．当某列声波产生多普勒效应时，相应声源的振动频率一定发生变化
D．物体做受迫振动时，驱动力的频率越高，受迫振动的物体振幅越大
E．X射线的频率比无线电波的频率高
第4讲 光的干涉与衍射 电磁波 相对论
基础落实
知识点一
1．(1)亮 暗 (2)相同 (3)白色亮 彩色
2．(1)薄膜 (2)相等
3．(1)相差不多 还小
4．(1)一切方向 (2)特定 (3)①偏振片 ②折射
知识点二
1．某一特定
2．一切方向 强度
3．垂直 横波
4．立体电影
知识点三
1．(1)横波 介质 (2)c＝3×108 m/s
(4)折射 衍射
2．(1)开放 (2)调幅 调频
3．电谐振
4．无线电波
知识点四
1．(1)相同的 (2)相同的
2．mc2
思考辨析
(1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)× (7)× (8)× (9)√
教材改编
答案：ADE
考点突破
例1 解析：因为7.95×10-75.30×10-7＝32， 即P点距双缝的路程差为半波长的奇数倍，所以P点出现的是暗条纹．根据干涉条纹间距公式Δx＝ldλ可知，当单色光的波长变长时，干涉条纹间距变宽．
答案：暗条纹 变宽
例2 解析：光在肥皂膜的前、后表面反射形成相干光，其波程差与薄膜厚度有关，在重力作用下，肥皂膜形成上薄下厚的的楔形，在同一水平面上厚度相等，形成亮纹(或暗纹)，因此，干涉条纹应是水平的，故选项A错误，选项B、D正确；蓝光的波长小于红光的波长，因此用蓝光照射薄膜所产生的干涉条纹的间距比红光的小，故C正确；干涉条纹间距是相等的，选项E错误．
答案：BCD
练1 解析：内窥镜中的光导纤维利用的是全反射的原理，A错误；全息照相利用的是光的干涉原理，B正确；镜头玻璃的颜色利用的是薄膜干涉原理，C正确；D是光的衍射现象，D错误．
答案：BC
练2 解析：在双缝干涉实验中相邻亮条纹的间距Δx＝ldλ，因此要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距可减小双缝间的距离，增大屏幕与双缝的距离，换用波长更长或频率更小的光做光源．故选A、C、D.
答案：ACD
练3 解析：(1)要形成光的干涉，两列光的频率应该相同，在题图所示的干涉区域放置光屏，波峰与波谷相遇的C点会出现暗纹．
(2)相邻的亮条纹的中心间距Δx＝ldλ
由题意知，亮条纹的数目n＝10
则第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距L＝nlλd
代入数据得L＝1.178×10－2 m.
答案：(1)频率 C (2)1.178×10－2 m
1．解析：通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的衍射现象，选项B错误；当观察者向静止的光源运动时，观察者接收到的光波频率高于光源的频率，选项D错误．
答案：ACE
2．解析：在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光是偏振光，选项A、B反映了光的偏振特性；选项C是偏振现象的应用；选项D是光的衍射现象，D项错误；阳光在水面的反射光是偏振光，故选项E错误．
答案：ABC
3．解析：题图甲是小孔衍射的图样，但不是“泊松亮斑”，故A错．题图丁是薄膜干涉现象的实验装置图，但其干涉条纹应为水平的，故D错．
答案：BCE
例3 解析：本题是“利用双缝干涉测光的波长”实验．考查了学生的实验能力，培养了学生实事求是的科学态度，建立了结果来源于实验的价值观．
(ⅰ)增加目镜中观察到的条纹个数必须要减小条纹间距，由公式Δx＝ldλ可知B正确．
(ⅱ)由于第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则相邻两条暗条纹的中心间距Δx′＝Δxn-1，单色光的波长λ＝Δx'dl＝Δx·dn-1l.
(ⅲ)λ＝Δx·dn-1l＝7.56×10-3×0.300×10-34-1×1.20 m＝6.30×10－7 m＝630 nm.
答案：(ⅰ)B (ⅱ)Δx·dn-1l (ⅲ)630
练4 解析：(1)为了获取单色的线光源，透镜后面应放置滤光片、单缝，单缝形成的相干线光源产生的光经过双缝产生干涉现象，因此，M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝、双缝，A正确．
(2)B位置的读数xB＝15 mm＋2×0.1 mm＝15.2 mm，
所以Δx＝15.2-11.16 mm≈0.7 mm.
答案：(1)A (2)15.2 0.7
练5 解析：(1)为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝，所以步骤合理的顺序为③②①④⑤.
(2)题图乙的固定刻度读数为1 mm，可动刻度读数为0.01×13.0 mm＝0.130 mm.则最终读数为1.130 mm.题图丙的固定刻度读数为5.5 mm，可动刻度读数为0.01×38.0 mm＝0.380 mm，则最终读数为5.880 mm.
(3)相邻亮纹的间距Δx＝5.880-1.1304 mm＝1.187 5 mm.根据Δx＝ldλ得，λ＝dΔxl＝1.187 5×10-3×2.8×10-40.500 m＝6.65×10－7m．
答案：(1)③②①④⑤ (2)1.130 5.880 (3)6.65×10－7
4．解析：电磁波在真空中的传播速度为光速，A选项正确；电磁波是由周期性变化的电场和磁场相互激发产生的，B选项正确；传播速度方向、电场方向、磁场方向三者两两垂直，C选项正确；电磁波可以通过光缆传播，D选项错误；当电磁振荡消失后，电磁波可继续传播，E选项错误．
答案：ABC
5．解析：紫外线比紫光的波长短，更不容易发生干涉和衍射，C错误．在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是无线电波，D错误．
答案：ABE
6．解析：声波发生多普勒效应时，相应声源的振动频率不变，C错；物体做受迫振动时，驱动力的频率与物体的固有频率相同时，振幅最大，D错．
答案：ABE
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