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高考物理一轮复习选修3-4复习(4).doc
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1、物理(创新版)第67讲光的波动性电磁波相对论考点一光的干涉、衍射和偏振一、光的干涉1产生条件(必要)两列光的频率相同,且具有恒定的相位差,才能产生稳定的干涉图样。2杨氏双缝干涉(1)原理图:如图所示。(2)产生明、暗条纹的条件当光的路程差rr2r1k(k0,1,2,),光屏上出现亮条纹。当光的路程差rr2r1(2k1)(k0,1,2,),光屏上出现暗条纹。(3)相邻两亮条纹或暗条纹间距公式:x。(4)干涉图样单色光:中央为亮条纹,两边为明暗相间的等距条纹。白光:光屏上出现彩色条纹,且中央亮条纹是白色,这是干涉导致的色散。3薄膜干涉(1)薄膜干涉原理如图所示,竖直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成
2、上薄下厚的楔形。光照射到透明薄膜上,从薄膜的两个表面反射的两列光波相互叠加而发生干涉。(2)产生明、暗条纹的条件在两个表面反射回来的两列光波的路程差r,等于薄膜厚度的2倍。在P1、P2处,rn(n1,2,),薄膜上出现明条纹;在Q处,r(2n1)(n0,1,2,),薄膜上出现暗条纹。(3)图样特点: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,即发生色散。同一条亮(或暗)条纹对应的薄膜的厚度相等。(4)薄膜干涉的应用增透膜:照相机、望远镜的镜头表面经常镀了一层透光的膜,膜的上表面与玻璃表面反射的光发生干涉,使反射光减弱,增加透光度。由于只有一定波长(频率)的光干涉时才会相消,
3、所以镀膜镜头看起来是有颜色的。干涉法检查平整度:如图所示,两板之间形成一楔形空气膜,用单色光从上向下照射,如果被检查平面是平整光滑的,我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹;若被检查平面不平整,则干涉条纹发生弯曲。二、光的衍射1产生明显衍射的条件只有当障碍物的尺寸与光的波长差不多,甚至比光的波长还小时,衍射现象才会明显。2衍射图样特点(1)单缝衍射:单色光的衍射图样为中间宽且亮的条纹,两侧是明暗相间的条纹,条纹宽度渐窄且暗;白光的衍射图样为中间宽且亮的白条纹,两侧是渐窄且暗的彩色条纹,这是衍射中的色散。(2)除了单缝衍射,典型的还有圆孔衍射和圆盘衍射,图样为明暗相间的圆环,越往外圆环间距越小
4、,其中圆盘衍射影的中心可能出现泊松亮斑。3光的干涉和衍射的比较三、光的偏振1偏振:光波只沿某个特定的方向振动。2自然光:太阳、电灯等普通光源发出的光,包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同,这种光叫做自然光。3偏振光:在垂直于传播方向的平面上,只沿某个特定方向振动的光。光的偏振现象说明光是一种横波。4偏振光的形成(1)自然光通过偏振片后,就得到了偏振光。(2)自然光在两种介质的界面发生反射和折射,反射光和折射光就是部分偏振光或完全偏振光。5偏振光的理论意义及应用(1)理论意义:光的干涉和衍射现象充分说明了光是波,但不能确定光波是横波还是纵波,光的偏振
5、现象说明了光波是横波。(2)应用:照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等。1(2018衡水模拟)如图所示,市场上有种灯具俗称“冷光灯”,用它照射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低,从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜(例如氟化镁),这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线。以表示红外线的波长,则所镀薄膜的最小厚度应为()A. B. C. D答案B解析红外线最显著的特点之一就是热效应,当光照射物体时,一般都伴随着大量的红外线。在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜(相当于增透膜),当增透膜最小厚度等于红
6、外线在其中传播的波长的时,灯泡发出的红外线射到增透膜后,从增透膜的前后表面反射回来的两束红外线发生干涉,相互抵消,使反射的红外线强度减弱,达到冷光效果。故B正确。2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,透射光强度发生变化B立体电影是利用了光的偏振现象C日落时分,拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振片可以使景象更清晰D光学镜头上的增透膜答案D解析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,当看到透射光的强度发生变化时,则说明光的振动方向与传播方向相垂直,能反映光的偏振特性,A不符合题意;立
7、体电影是利用了光的偏振现象,能反映光的偏振特性,B不符合题意;在日落时分,拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振片,由于反射光太强,加偏振片可以将反射的偏振光过滤,使图象清晰,C不符合题意;光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象,与光的偏振无关,D符合题意。3教材母题(人教版选修34 P62T3)太阳光照着一块遮光板,遮光板上有一个较大的三角形孔。太阳光透过这个孔,在光屏上形成一个三角形光斑。请说明:遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时,光屏上的图形将怎样变化?说出其中的道理。变式子题让太阳光垂直照射一块大的遮光板,板上有一个可以自由收缩的三角形孔,当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时,在孔后的屏上
8、将先后出现()A由大变小的三角形光斑,直至光斑消失B由大变小的三角形光斑,明暗相间的彩色条纹,直至条纹消失C由大变小的三角形光斑,明暗相间的黑白色条纹,直至黑白色条纹消失D由大变小的三角形光斑,小圆形光斑,明暗相间的彩色条纹,直至条纹消失答案D解析三角形孔稍大时,据光的直线传播规律,屏上应是三角形光斑;逐渐减小三角形孔,到一定程度又符合小孔成像原理,屏上呈现小圆形亮斑,即为太阳的像;再减小三角形孔,至其大小与光的波长可比时,屏上又会呈现出彩色条纹,这是光通过小孔后的衍射图样。D正确。考点二用双缝干涉测光的波长一、实验目的1观察白光及单色光的双缝干涉图样。2掌握用公式x测定单色光的波长的方法。二
9、、实验原理如图所示,光源发出的光,经滤光片成为单色光,单色光通过单缝后相当于线光源,经双缝后产生稳定的干涉图样,通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹。若双缝到屏的距离用l表示,双缝间的距离用d表示,相邻两条亮条纹(暗条纹)间的距离用x表示,由x可得入射光的波长为,实验中d是已知的,测出l、x即可测出光的波长。三、实验器材双缝干涉仪(包括:光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头,其中测量头又包括:分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、刻度尺。四、实验步骤与数据处理1观察双缝干涉图样(1)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,如图所示。(2)接好光源,打开
10、开关,使灯丝正常发光。(3)调节各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。(4)安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝的缝平行,两者间距约510 cm,不安装滤光片时,可观察白光的干涉条纹。(5)在单缝和光源间放上红色滤光片,观察单色光的干涉条纹。2测定单色光的波长(1)在遮光筒有光屏的一端安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹。(2)如图甲所示,转动测量头的手轮,使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央,如图乙所示,记下手轮上的读数a1,将该条纹记为第1亮条纹;转动手轮,使分划板中心刻线移动至另一条亮条纹的中央,记下此时手轮上的读数a2,将该亮条纹记为第n亮条纹,则相邻
11、两亮条纹间距x。(3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l。(4)将l、d、x代入x,求出红光的波长。(5)多次重复上述步骤,求出波长的平均值。(6)换用绿色滤光片,重复上述实验。五、实验注意事项1放置单缝和双缝时,必须使缝互相平行。2要保证光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒和屏的中心在同一条轴线上。3测量头的中心刻线要对着亮纹的中心。4要多测几个亮纹中心间的距离,再求x。六、实验误差分析1l的测量误差因双缝到屏的距离较长,l的测量应选用毫米刻度尺测量,并用多次测量求平均值的办法减小误差。2测条纹间距x带来的误差(1)干涉条纹没有调到最清晰的程度。(2)分划板刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位
12、于条纹中心。(3)测量多条亮纹间距时读数不准确。1(2018石家庄模拟)用双缝干涉测量光的波长的实验装置如图甲所示,已知单缝与双缝间的距离L1100 mm,双缝与屏的距离L2700 mm,双缝间距d0.25 mm。用测量头来测量相邻亮条纹中心间的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成,转动手轮,使分划板左右移动,让分划板的中心刻线对准亮条纹的中心,如图乙所示。(1)某同学发现,多次实验中,条纹有竖直的,有水平的,也有倾斜的,出现这些问题的原因是_。(2)当分划板的中心刻线对准第1个亮条纹的中心时读数x12.190 mm,对准第4个亮条纹的中心时读数如图丙所示,其读数x2_ mm。A7.869
13、B7.86 C7.36 D5.869(3)写出计算波长的表达式_(用d、L1、L2、x1、x2表示),根据已知数据和(2)中测得的数据,求解得到的波长为_ nm。答案(1)见解析(2)A(3)676解析(1)单缝和双缝是竖直的,条纹就是竖直的;单缝和双缝是水平的,条纹就是水平的;单缝和双缝是平行且倾斜的,条纹就是倾斜的。(2)x27.869 mm。(3)由题意知x根据x得代入数据解得676 nm。2对用双缝干涉测量光的波长的实验:(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L5
14、00 mm,双缝之间的距离d0.50 mm,单缝到双缝之间的距离s100 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亮条纹的中心,然后他继续转动,使分划板中心刻线对准B亮条纹的中心,如图所示,前后两次测量头的读数分别为x111.150 mm,x215.650 mm。则入射光的波长_m(结果保留两位有效数字)。(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增大双缝间距答案(1)ADCBE(2)6.4107(3)AB解析(1)正确的排列次序应该是ADCBE。(2)条
15、纹间距x0.64 mm。则x6.4107 m。(3)由x可知,要增大条纹间距,可用波长更长的入射光或增大双缝到屏的距离、减小双缝间距,故A、B正确,C、D错误。考点三电磁波与相对论一、电磁场理论与电磁波1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。2电磁波(1)电磁场在空间由近及远的传播,形成电磁波。(2)电磁波是横波。电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直,如图所示。(3)与机械波不同,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相同(都等于光速)。cf。(4)机械波在介质中传播的速度只与介质有关,而电磁波在介质中传播的
16、速度与介质和频率均有关。vf。(5)电磁波具有反射、折射、衍射、干涉的特性。3电磁波的发射与接收(1)电磁波的发射发射条件:应用开放电路;振荡频率足够高。调制:为了利用电磁波传递声音、图像等信号,就要对传输信号进行调制,常用的调制方式有两种:a调幅:使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。b调频:使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。(2)电磁波的接收当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相等时,激起的振荡电流最强,这就是电谐振现象。使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐。能够调谐的接收电路叫做调谐电路。从经过调制的高频电流中“检”出调制信号的过程,叫做解调。它是调制的逆过程。调幅波的解调也叫做检波
17、。4电磁波谱按照电磁波的波长或频率的大小顺序把它们排列成谱叫做电磁波谱。按波长由长到短排列的电磁波谱为:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线。(1)对电磁波谱的理解波长不同的电磁波,表现出不同的特性。其中波长较长的无线电波和红外线等,易发生干涉、衍射现象;波长较短的紫外线、X射线、射线等,穿透能力较强。电磁波谱中,相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线,如紫外线和X射线、X射线和射线都有重叠,但它们产生的机理不同。(2)不同电磁波的特点及应用无线电波波动性强,应用于通信、广播、天体物理研究。红外线热效应强,应用于遥控、遥测、加热、红外摄像、红外制导。可见光感光性强,应用于照明、照
18、相等。紫外线化学作用、荧光效应强,应用于杀菌、防伪等。X射线穿透力强,应用于检查、探测、医用透视。射线穿透力最强,应用于工业探伤、医用治疗。二、相对论初步1经典的相对性原理(1)表述一:力学规律在任何惯性系中都是相同的。(2)表述二:在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性参考系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动。(3)表述三:任何惯性参考系都是平权的。2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。3狭义相对论的几个结论(1)长度的相对性狭义相对论中的长度公式ll0中
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