高中物理-第4讲-光的波动性-电磁波-相对论课件-选修3-4.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,高考快乐体验,第,4,讲光的波动性 电磁波 相对论,光的干涉和衍射比较表,光的干涉、衍射和偏振,(,考纲要求,),内容,干涉,衍射,现象,在光重叠区域出现加强或减弱的现象,光绕过障碍物偏离直线传播的现象,产生条件,两束光频率相同、相位差恒定,障碍物或孔的尺寸与波长差不多或小得多,1.,内容,干涉,衍射,典型实验,杨氏双缝实验,单缝衍射,(,圆孔衍射、不透明圆盘衍射,),图,样,特,点,不,同,点,条纹,宽度,条纹宽度相等,条纹宽度不等，中央最宽,条纹,间距,各相邻条纹等间距,各相邻条纹间距不等,亮度,情况,清晰条纹，亮度基本相等,中央条纹最亮，两边变暗,相同点,干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹,薄膜干涉,(1),相干光来自于薄膜的前、后表面,(,或上、下表面,),反射回来的两列反射光,(2),薄膜干涉的应用,：增透膜；检查工件的平整度,2.,3,自然光和偏振光的比较表,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,1,明、暗条纹的条件,(1),单色光,2,观察薄膜干涉条纹时，应该与光源处在薄膜的同一侧观察,实验：用双缝干涉测光的波长,测量头的构造及使用,如图,1,4,1,甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会向左右移动，测量时，应使分划板中心刻度对齐条纹的中心，如图,1,4,1,乙，记下此时手轮上的读数,图,1,4,1,两次读数之差就表示这两条条纹间的距离,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,.,麦克斯韦电磁场理论,变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场,电磁场,变化电场在周围空间产生磁场，变化磁场在周围空间产生电场，变化的电场和磁场成为一个完整的整体，这就是电磁场,电磁波,(1),电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波,(2),电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度是相同的,(,都等于光速,),变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场,电磁波的产生、发射及接收，电磁波及其传播,(,考纲要求,),1.,2,3,(3),不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小,(4),v,f,，,f,是电磁波的频率,电磁波的发射,发射条件：,_,电路和,_,信号，所以要对传输信号进行,_(,包括调频和调幅,),调幅：使高频电磁波的,_,随信号的强弱而变调幅广播,(AM),一般使用中波和短波波段,调频：使高频电磁波的,_,随信号的强弱而变调频广播,(FM),和电视广播都采用调频的方法调制,4,开放,高频振荡,调制,振幅,频率,无线电波的接收,(1),当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率,_,时，激起的振荡电流,_,，这就是电谐振现象,(2),使接收电路产生电谐振的过程叫做,_,能够调谐的接收电路叫做,_,电路,(3),从经过调制的高频振荡中,“,检,”,出调制信号的过程，叫做,_,检波是,_,的逆过程，也叫做,_.,5,相等,最强,调谐,调谐,检波,调制,解调,电磁波谱,特性,应用,真空中波长,/m,频率,/Hz,递变,规律,无线电波,波动性强，易发生衍射,无线电技术,10,3,3,10,11,波,长,减,小,频,率,增,大,红外线,热效应,红外线遥感,10,3,10,7,10,11,10,15,可见光,引起视觉,照明、摄影,10,7,10,15,紫外线,化学效应、荧光效应、能杀菌,医用消毒、防伪,10,7,10,9,10,15,10,17,X,射线,贯穿性强,检查、医用透视,10,8,10,11,10,16,10,19,射线,贯穿本,领最强,工业探伤、医用治疗,10,19,电磁波谱,(,考纲要求,),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，一切物理规律都是相同的,(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相同的，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系,相对论的质速关系,(1),物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度,v,运动时的质量,m,与静止时的质量,m,0,之间有如下关系：,狭义相对论的基本假设,(,考纲要求,),质速关系，质能关系,(,考纲要求,),相对论质能关系式,(,考纲要求,),1,2,(2),物体运动时的质量总要大于静止时的质量,m,0,.,相对论质能关系,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,mc,2,.,3,理解质能关系时应注意,质量和能量是物体不可分离的属性当物体的质量减少或增加时，必然伴随着能量的减少或增加如果用,m,表示物体质量的变化量，,E,表示能量的变化量，那么它们的关系可以表示为,E,mc,2,.,该式表示，随着一个物体质量的减少，会释放出一定的能量；与此同时，另一个物体吸收了能量，质量也会随之增加,特别提醒,如图,1,4,2,是双缝干涉实验装置的示意图，,S,为单缝，,S,1,、,S,2,为双缝，,P,为光屏用绿光从左边照射单缝,S,时，可在光屏,P,上观察到干涉条纹下列说法正确的是,(,),图,1,4,2,A,减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离减小,B,增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离增大,C,将绿光换为红光，干涉条纹间的距离减小,D,将绿光换为紫光，干涉条纹间的距离增大,1,答案,B,用如图,1,4,3,所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象图,a,是点燃的酒精灯,(,在灯芯上洒些盐,),，图,b,是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是,(,),图,1,4,3,A,当金属丝圈旋转,30,时干涉条纹同方向旋转,30,B,当金属丝圈旋转,45,时干涉条纹同方向旋转,90,C,当金属丝圈旋转,60,时干涉条纹同方向旋转,30,D,干涉条纹保持原来状态不变,解析,金属丝圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，,A,、,B,、,C,错误，,D,正确,答案,D,2,声波能绕过某一建筑物传播而光波却不能绕过该建筑物，这是因为,(,),A,声波是纵波，光波是横波,B,声波振幅大，光波振幅小,C,声波波长较长，光波波长很短,D,声波波速较小，光波波速很大,解析,意在考查考生对产生明显波的衍射条件的理解根据波产生明显衍射现象的条件,障碍物或孔的尺寸与波的波长差不多或比波的波长小可知，声波有明显的衍射而光波的衍射不明显是因为声波的波长较长，,C,正确,答案,C,3,(2011,广东梅州二模,),电磁波与机械波相比较有,(,),A,电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质,B,电磁波在任何介质中的传播速率都相同，机械波在同一,介质中的传播速率相同,C,电磁波与机械波都不能产生干涉现象,D,电磁波与机械波都能产生衍射现象,答案,AD,4,光的偏振现象说明光是横波下列现象中不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,振滤光片可以使景象更清晰,D,通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹,解析,由光的偏振现象的知识可知,A,、,B,、,C,均反映了光的偏振特性，只有,D,选项是利用手指间的狭缝去观察光的衍射现象，故选,D.,答案,D,5,如图,1,4,4,所示，,A,、,B,两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图样，其中图,A,是光的,_(,填,“,干涉,”,或,“,衍射,”,),图样由此可以判断出图,A,所对应的圆孔的孔径,_(,填,“,大于,”,或,“,小于,”,),图,B,所对应的圆孔的孔径,图,1,4,4,6,解析,A,中出现明暗相间的条纹，是衍射现象，,B,中出现圆形亮斑只有障碍物或孔的尺寸比光波波长小或跟波长相差不多时，才能发生明显的衍射现象图,A,是光的衍射图样，由于光波波长很短，约在,10,7,m,数量级上，所以图,A,对应的圆孔的孔径比图,B,所对应的圆孔的孔径小图,B,的形成可以用光的直线传播解释,答案,衍射小于,下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上,(1)X,光机，,_.,(2),紫外线灯，,_.,(3),理疗医用,“,神灯,”,照射伤口，可使伤口愈合得较好这里的,“,神灯,”,是利用,_,A,光的全反射,B,紫外线具有很强的荧光作用,C,紫外线具有杀菌消毒作用,D,X,射线的很强的贯穿力,E,红外线具有显著的热效应,F,红外线波长较长，易发生衍射,7,解析,(1)X,光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大的伤害的,X,射线，选择,D.,(2),紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，因此选择,C.,(3)“,神灯,”,又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，因此选择,E.,答案,(1)D,(2)C,(3)E,如图,1,4,5,所示，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、,_,、,_,、,_,、遮光筒、光屏对于某种单色光，为增加相邻亮纹,(,暗纹,),间的距离，可采取,_,或,_,的方法,8,图,1,4,5,答案,滤光片单缝屏双缝屏增大双缝屏到光屏的距离减小两缝间距离,(1),在研究材料,A,的热膨胀特性时，可采用如图,1,4,6,所示的干涉实验法,A,的上表面是一光滑平面，在,A,的上方放一个透明的平行板,B,，,B,与,A,上表面平行，在它们之间形成一厚度均匀的空气膜现在用波长为,的单色光垂直照射，同时对,A,缓慢加热，在,B,上方观察到,B,板的亮度发生周期性变化当温度为,t,1,时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升高到,t,2,时，亮度再一次回到最亮,考点一光的干涉、衍射及偏振,【典例,1,】,图,1,4,6,在,B,板上方观察到的亮暗变化是由哪两个表面的反射光叠加形成的？,温度由,t,1,升高到,t,2,时，,A,的高度升高多少？,(2),肥皂泡在太阳光照射下呈现的彩色是,_,现象；露珠在太阳光照射下呈现的彩色是,_,现象；通过狭缝看太阳光时呈现的彩色是,_,现象,凡是波都具有衍射现象，而把光看做直线传播的条件是,_,要使光产生明显的衍射，条件是,_,_.,当狭缝的宽度很小并保持一定时，用红光和紫光照射狭缝，看到的衍射条纹的主要区别是,_,_.,如图,1,4,7,所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片,P,和,Q,，以光的传播方向为轴旋转偏振片,P,或,Q,，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象，这个实验表明,_.,图,1,4,7,解析,(1),A,、,B,间为空气薄膜，在,B,板上方观察到的亮暗变化，是由,B,的下表面反射的光和,A,的上表面反射的光叠加产生的,当温度为,t,1,时，设空气薄膜厚度为,d,1,，此时最亮说明：,2,d,1,k,当温度为,t,2,时，设空气薄膜厚度为,d,2,，此时再一次最亮说明：,2,d,2,(,k,1),(2),肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色是光的色散，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象,障碍物或孔的尺寸比波长大得多时，可把光看做沿直线传播；障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时，可产生明显的衍射现象,红光的中央亮纹宽，红光的中央两侧的亮纹离中央亮纹远,这个实验说明了光是一种横波,答案,见解析,【,变式,1,】,答案,B,现有毛玻璃屏,A,、双缝,B,、白光光源,C,、单缝,D,和透红光的滤光片,E,等光学元件，要把它们放在图,1,4,8,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),将白光光源,C,放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为,C,、,_,、,A,.,考点二 用双缝干涉测光的波长,【,典例,2,】,图,1,4,8,(2),本实验的步骤有：,取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；,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；,用米尺测量双缝到屏的距离；,用测量头,(,其读数方法同螺旋测微器,),测量数条亮纹间的距离,在操作步骤时还应注意,_.,(3),将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第,1,条亮纹，此时手轮上的示数如图,1,4,9,甲所示然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第,6,条亮纹中心对齐，记下此时图,1,4,9,乙中手轮上的示数,_ mm,，求得相邻亮纹的间距,x,为,_ mm.,图,1,4,9,(4),已知双缝间距,d,为,2.010,4,m,，测得双缝到屏的距离,l,为,0.700 m,，由计算式,_,，求得所测红光波长为,_ nm.,解析,(1),滤光片,E,是从白光中选出单色红光，单缝屏是获取线光源，双缝屏是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏所以排列顺序为：,C,、,E,、,D,、,B,、,A,.,(2),在操作步骤时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距离大约为,5,10 cm,；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上,(3),螺旋测微器的读数应该：先读整数刻度，,然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度，,图乙读数为,13.870 mm,，图甲读数为,2.320 mm,，,答案,(1),E,、,D,、,B,(2),放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距离大约为,5,10 cm,；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上,(3)13.870,2.310,(1),备有下列仪器：,A,白炽灯,B,双缝,C,单缝,D,滤光片,E,白色光屏,把以上仪器装在光具座上时，正确的排列顺序应该是：,_(,填写字母代号,),(2),已知双缝到光屏之间的距离,L,500 mm,，双缝之间的距离,d,0.50 mm,，单缝到双缝之间的距离,s,100 mm,，某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准,A,条亮纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准,B,条亮纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图,1,4,10,所示则入射光的波长,_m(,结果保留两位有效数字,),【,变式,2,】,图,1,4,10,(3),实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善办法有,_,A,改用波长较长的光,(,如红光,),作为入射光,B,增大双缝到屏的距离,C,增大双缝到单缝的距离,D,增大双缝间距,解析,(1),课本知识，需熟练掌握基础知识,(2),游标卡尺读数精确度为,0.1 mm,，,A,位置主尺读数为,11 mm,，游标尺读数为,1,，读数为,s,1,11 mm,10.1 mm,11.1 mm,，同理,B,位置读数为,s,2,15.6 mm,，则条纹间距,答案,(1)ADCBE,(2)6.410,7,(3)AB,(1),麦克斯韦电磁理论的内容是：,_.,(2),电磁波在传播过程中，每处的电场方向和磁场方向总是,_,的，并和该处电磁波的传播方向,_,，这就说明电磁波是,_,波,(3),目前雷达发射的电磁波频率多在,200 MHz,至,1 000 MHz,的范围内，请回答下列关于雷达和电磁波的有关问题,雷达发射电磁波的波长范围是多少？,能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离？,考点三 电磁场和电磁波,【,典例,3,】,解析,(1),麦克斯韦电磁理论的内容是：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场,(2),电磁波在传播过程中，每处的电场方向和磁场方向总是垂直的，并和该处电磁波的传播方向垂直，这说明电磁波是横波,(3),由,c,f,可得：,答案,见解析,目前雷达发射的电磁波频率多在,200 MHz,至,1 000 MHz,的范围内，下列关于雷达和电磁波说法正确的是,(,),A,真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在,0.3 m,至,1.5 m,之间,B,电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的,C,测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定,雷达和目标的距离,D,波长越短的电磁波，反射性能越强,【,变式,3,】,答案,ACD,如图,1,4,11,所示，考虑几个问题：,(1),如图所示，参考系,O,相对于参考系,O,静止时，人看到的光速应是多少？,(2),参考系,O,相对于参考系,O,以速度,v,向右运动，人看到的光速应是多少？,(3),参考系,O,相对于参考系,O,以速度,v,向左运动，人看到的光速又是多少？,考点四狭义相对论的简单应用,【,典例,4,】,图,1,4,11,解析,根据速度合成法则，第一种情况人看到的光速应是,c,，第二种情况应是,c,v,，第三种情况应是,c,v,，而根据狭义相对论理论，光速是不变的，都应是,c,.,答案,(1),c,(2),c,(3),c,据报导，欧洲大型强子对撞机,(LHC),已于,2008,年,9,月,10,日开启，并加速第一批质子，该对撞机,“,开足马力,”,后能把数以百万计的粒子加速至每秒钟,30,万公里，相当于光速的,99.9%,，粒子流每秒可在隧道内狂飙,11 245,圈，单束粒子能量可达,7,万亿电子伏特下列说法正确的是,(,),A,如果继续对粒子进行加速，粒子的速度将能够达到光速,B,如果继续对粒子进行加速，粒子的速度将能够超过光速,C,粒子高速运动时的质量将大于静止时的质量,D,粒子高速运动时的质量将小于静止时的质量,【,变式,4,】,答案,C,