人教版高三物理一轮复习 4 光的波动性、电磁波、相对论课件（选修34）.ppt

选修选修3 34 4波与相对论波与相对论第四单元光的波动性第四单元光的波动性电磁波相对论电磁波相对论2021/8/9 星期一1 知识整合基础知识整合基础 知识点一光的干涉和衍射知识点一光的干涉和衍射 填一填填一填 一、光的干涉一、光的干涉1产生条件产生条件(1)两两列列光光的的_相相同同，振振动动方方向向相相同同，且且具具有有恒恒定定的的_，才能产生稳定的干涉图样，才能产生稳定的干涉图样(2)将将同同一一列列光光波波分分解解为为两两列列光光波波，可可以以获获得得相相干干光光源源，_和薄膜干涉都是用此方法获得相干光源和薄膜干涉都是用此方法获得相干光源频率频率相位差相位差双缝干涉双缝干涉2021/8/9 星期一22两种典型的干涉两种典型的干涉(1)杨氏双缝干涉：杨氏双缝干涉：原理如图所示原理如图所示明、暗条纹的条件：明、暗条纹的条件：()单色光：形成单色光：形成_的条纹，中央为明条纹的条纹，中央为明条纹明暗相间明暗相间2021/8/9 星期一3k 彩色彩色 白色白色 2021/8/9 星期一4(2)薄膜干涉：薄膜干涉：相相干干光光：光光照照射射到到透透明明薄薄膜膜上上，从从薄薄膜膜的的两两个个_反射的两列光波反射的两列光波图样特特点点：同同双双缝干干涉涉，同同一一条条亮亮(或或暗暗)纹对应薄薄膜膜的的_相等相等应用：用：_，利用光的干涉，利用光的干涉检查平整度平整度表面表面厚度厚度增透膜增透膜2021/8/9 星期一5二、光的衍射二、光的衍射1光的衍射光的衍射光绕过光绕过_偏离直线传播的现象偏离直线传播的现象2发生明显衍射的条件发生明显衍射的条件只只有有当当障障碍碍物物的的尺尺寸寸与与光光的的波波长长_，甚甚至至比比光光的的波长波长_的时候，衍射现象才会明显的时候，衍射现象才会明显障碍物障碍物相差不多相差不多还小还小2021/8/9 星期一63衍射条纹的特点衍射条纹的特点(1)单单缝缝衍衍射射：单单色色光光的的衍衍射射图图样样为为中中间间宽宽_的的单单色色条条纹纹，两两侧侧是是_的的条条纹纹，条条纹纹宽宽度度比比中中央央窄窄且且暗暗；白白光光的的衍衍射射图图样样为为中中间间宽宽且且亮亮的的白白条条纹纹，两两侧侧是是渐渐窄窄且且暗暗的的彩彩色条纹色条纹(2)圆孔衍射：明暗相间的圆孔衍射：明暗相间的_圆环圆环(3)泊泊松松亮亮斑斑(圆圆盘盘衍衍射射)：当当光光照照到到_(选选填填“透透明明”或或“不不透透明明”)的的半半径径很很小小的的小小圆圆盘盘上上时时，在在圆圆盘盘的的阴阴影影中心出现中心出现_(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)且亮且亮明暗相间明暗相间不等距不等距不透明不透明亮斑亮斑2021/8/9 星期一7 练一练练一练 (2013上上海海卷卷)白白光光通通过过双双缝缝后后产产生生的的干干涉涉条条纹纹是是彩彩色色的的，其原因是不同色光的其原因是不同色光的()A传播速度不同传播速度不同B强度不同强度不同C振动方向不同振动方向不同 D频率不同频率不同【解解析析】不不同同色色光光频频率率不不同同，波波长长不不同同，产产生生的的干干涉涉图图样中相邻条纹间的距离不同，从而出现彩色条纹，样中相邻条纹间的距离不同，从而出现彩色条纹，D项正确项正确【答案】【答案】D2021/8/9 星期一8知知识点二光的偏振点二光的偏振现象象 填一填填一填 1偏振偏振光波只沿光波只沿_的方向振的方向振动2自然光自然光太太阳阳、电灯灯等等普普通通光光源源发出出的的光光，在在垂垂直直于于传播播方方向向的的平平面面内内，光光波波可可以以沿沿_振振动，光光振振动在在平平面面内内的的分分布布是是_的的，所所以以不不显示示偏偏振振性性，这种种光光叫叫做做自自然然光光某一个特定某一个特定任何方向任何方向大致均匀大致均匀2021/8/9 星期一93偏振光偏振光在在_于于传传播播方方向向的的平平面面上上，只只沿沿某某一一方方向向振振动动的的光光光光的的偏偏振振证证明明光光是是_自自然然光光通通过过偏偏振振片片后后，就就得得到到了偏振光了偏振光垂直垂直横波横波2021/8/9 星期一10 练一练练一练 光光的的偏偏振振现现象象说说明明光光是是横横波波下下列列现现象象中中不不能能反反映映光光的的偏偏振特性的是振特性的是()A一一束束自自然然光光相相继继通通过过两两个个偏偏振振片片，以以光光束束为为轴轴旋旋转转其其中一个偏振片，透射光的强度发生变化中一个偏振片，透射光的强度发生变化B一一束束自自然然光光入入射射到到两两种种介介质质的的分分界界面面上上，当当反反射射光光线线与折射光线之间的夹角恰好是与折射光线之间的夹角恰好是90时，反射光是偏振光时，反射光是偏振光C日日落落时时分分，拍拍摄摄水水面面下下的的景景物物，在在照照相相机机镜镜头头前前装装上上偏振滤光片可以使影像更清晰偏振滤光片可以使影像更清晰D通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹2021/8/9 星期一11【解解析析】由由光光的的偏偏振振现现象象的的知知识识可可知知A、B、C均均反反映映了了光光的的偏偏振振特特性性，只只有有D选选项项是是利利用用手手指指间间的的狭狭缝缝去去观观察察光光的的衍衍射现象，故选射现象，故选D.【答案】【答案】D2021/8/9 星期一12知知识点三点三电磁磁场与与电磁波磁波 填一填填一填 1电磁波的产生电磁波的产生(1)麦克斯麦克斯韦电磁磁场理理论：变化的磁化的磁场产生生_，变化的化的电场产生生_(2)电磁磁场：变化化的的电场和和变化化的的磁磁场总是是相相互互联系系成成为一一个个_，_这就是就是电磁磁场磁场磁场电场电场完整的完整的整体整体2021/8/9 星期一13(3)电磁波：磁波：电磁磁场(电磁能量磁能量)由近及由近及远地向周地向周围传播形成播形成电磁波磁波电磁波是横波，在空磁波是横波，在空间传播播_介介质真空中真空中电磁波的速度磁波的速度为_ m/s.vf对电磁波磁波_电磁波能磁波能产生反射、折射、生反射、折射、_和衍射等和衍射等现象象不需要不需要3108同样适用同样适用干涉干涉2021/8/9 星期一142电磁波的发射与接收电磁波的发射与接收(1)发射电磁波的条件：发射电磁波的条件：要有足够高的要有足够高的_；电电路路必必须须_，使使振振荡荡电电路路的的电电场场和和磁磁场场分分散散到到尽尽可可能大的空间能大的空间(2)调制有调制有_和调频两种方式，解调是调制的逆过程和调频两种方式，解调是调制的逆过程振荡频率振荡频率开放开放调幅调幅2021/8/9 星期一15(3)电磁波磁波谱：定定义：按按电磁磁波波的的波波长从从长到到短短分分布布是是_、红外外线、可、可见光、紫外光、紫外线、X射射线和和射射线，形成，形成电磁波磁波谱电磁波磁波谱的特性、的特性、应用：用：无线电波无线电波热效应热效应 2021/8/9 星期一16电磁电磁波谱波谱频率频率/Hz真空中真空中波长波长/m特性特性应用应用递变规律递变规律紫外线紫外线10151017107109化学效应、化学效应、_能能杀菌杀菌医用消毒、医用消毒、防伪防伪X射线射线101610191081011贯穿性强贯穿性强检查、医检查、医用透视用透视射线射线10191011贯穿本领贯穿本领工业探伤、工业探伤、最强医用最强医用治疗治疗荧光效应荧光效应2021/8/9 星期一17 练一练练一练 下列关于电磁波的说法正确的是下列关于电磁波的说法正确的是()A电磁波必须依赖介质传播电磁波必须依赖介质传播B电磁波可以发生衍射现象电磁波可以发生衍射现象C电磁波不会发生偏振现象电磁波不会发生偏振现象D电磁波无法携带信息传播电磁波无法携带信息传播【解解析析】电电磁磁波波可可以以在在真真空空中中传传播播，能能发发生生干干涉涉、衍衍射射、偏振等现象，并且它可以传递信息，可知只有偏振等现象，并且它可以传递信息，可知只有B项正确项正确【答案】【答案】B2021/8/9 星期一18知知识点四相点四相对论 填一填填一填 1狭义相对论的基本假设狭义相对论的基本假设(1)狭狭义相相对性性原原理理：在在不不同同的的惯性性参参考考系系中中，一一切切物物理理规律都是律都是_的的(2)光光速速不不变原原理理：真真空空中中的的光光速速在在不不同同的的惯性性参参考考系系中中都都是是_的的相同相同相同相同2021/8/9 星期一192021/8/9 星期一20Emc2 2021/8/9 星期一212021/8/9 星期一22【解解析析】狭狭义义相相对对论论有有两两个个基基本本假假设设：光光速速不不变变原原理理及及狭狭义义相相对对性性原原理理，A正正确确；据据狭狭义义相相对对论论的的两两个个结结论论：运运动动的的物物体体变变短短和和运运动动的的时时钟钟变变慢慢可可知知，C正正确确；因因物物体体的的运运动动速速度度达达不不到到光光速速，故故B错错误误；按按照照广广义义相相对对论论原原理理，不不同同参参考考系系中中观察到的物理规律均是相同的，观察到的物理规律均是相同的，D错误错误【答案】【答案】AC2021/8/9 星期一23 热点考向剖析热点考向剖析 考向一光的干涉、衍射和偏振考向一光的干涉、衍射和偏振1单缝衍射与双缝干涉的比较单缝衍射与双缝干涉的比较两种现象两种现象比较项目比较项目单缝衍射单缝衍射双缝干涉双缝干涉不不同同点点条纹宽度条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹宽度相等条纹间距条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距各相邻条纹等间距亮度情况亮度情况 中央条纹最高，两边变暗中央条纹最高，两边变暗条纹清晰，亮度基条纹清晰，亮度基本相等本相等相同点相同点干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹有明暗相间的条纹2021/8/9 星期一242.自然光和偏振光的比较自然光和偏振光的比较自然光自然光(非偏振光非偏振光)偏振光偏振光光的光的来源来源直接从光源发出的光直接从光源发出的光自然光通过起偏器后的自然光通过起偏器后的光光光的振光的振动方向动方向在垂直于光的传播方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向意方向，且沿各个方向振动的光的强度相同振动的光的强度相同在垂直于光的传播方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特的平面内，光振动沿特定方向定方向2021/8/9 星期一25典典例例1如如图图所所示示，在在双双缝缝干干涉涉实实验验中中，S1和和S2为为双双缝缝，P是是光光屏屏上上的的一一点点，已已知知P点点与与S1、S2距距离离之之差差为为2.1106m，分分别别用用A、B两两种种单单色色光光在在空空气气中中做做双双缝缝干干涉涉实实验验，问问P点点是是亮亮条条纹还是暗条纹？纹还是暗条纹？2021/8/9 星期一26(1)已知已知A光在折射率光在折射率为1.5的介的介质中波中波长为4107m；(2)已已知知B光光在在某某种种介介质中中波波长为3.15107m，当当B光光从从这种介种介质射向空气射向空气时，临界角界角为37；(3)若若让A光光照照射射S1，B光光照照射射S2，试分分析析光光屏屏上上能能观察察到到的的现象象2021/8/9 星期一27【解题引路】【解题引路】光光屏屏上上某某点点与与两两个个狭狭缝缝的的路路程程差差是是光光波波波波长长的的整整数数倍倍处处出出现现亮亮条条纹纹，与与两两个个狭狭缝缝的的路路程程差差是是半半波波长长的的奇奇数数倍倍处处出出现现暗暗条条纹纹【尝试解题】【尝试解题】_2021/8/9 星期一282021/8/9 星期一292021/8/9 星期一302021/8/9 星期一31 针对训练针对训练 1(2014大大纲纲全全国国)在在双双缝缝干干涉涉实实验验中中，一一钠钠灯灯发发出出的的波波长长为为589 nm的的光光，在在距距双双缝缝1.00 m的的屏屏上上形形成成干干涉涉图图样样图图样上相邻两明纹中心间距为样上相邻两明纹中心间距为0.350 cm，则双缝的间距为，则双缝的间距为()A2.06107 mB2.06104 mC1.68104 m D1.68103 m2021/8/9 星期一32【解解析析】用用光光导导纤纤维维传传播播电电磁磁波波信信号号利利用用了了全全反反射射，A不不符符合合题题意意；一一束束白白光光通通过过三三棱棱镜镜形形成成彩彩色色光光带带利利用用了了先先的的折折射射，是是色色散散现现象象，B不不符符合合题题意意；用用平平行行光光照照射射不不透透光光的的小小圆圆盘盘，在在圆圆盘盘的的影影的的中中心心形形成成泊泊松松亮亮斑斑，是是光光的的衍衍射射现现象象，D不不符符合合题题意意；用用透透明明的的标标准准样样板板和和单单色色平平行行光光检检查查平平面面的的平平整整度度，是光的干涉现象，是光的干涉现象，C符合题意符合题意【答案】【答案】C2021/8/9 星期一33考向二用双考向二用双缝干涉干涉测波波长1思路方法思路方法在在观察察光光的的干干涉涉现象象的的实验中中，将将两两片片刀刀片片合合在在一一起起，在在涂涂有有墨墨汁汁的的玻玻璃璃片片上上划划出出不不同同间隙隙的的双双缝；按按图所所示示的的方方法法，让激光束通激光束通过自制的双自制的双缝2021/8/9 星期一34(1)保保持持缝到到光光屏屏的的距距离离不不变，换用用不不同同间隙隙的的双双缝，双双缝的的间隙隙越越小小，屏屏上上明明暗暗相相间的的条条纹间距距_(选填填“越越大大”或或“越小越小”)；(2)保保持持双双缝的的间隙隙不不变，光光屏屏到到缝的的距距离离越越大大，屏屏上上明明暗暗相相间的条的条纹间距距_(选填填“越大越大”或或“越小越小”)；(3)在在狭狭缝间的的距距离离和和狭狭缝与与屏屏的的距距离离都都不不变的的条条件件下下，用用不不同同颜色色的的光光做做实验，发现用用蓝色色光光做做实验在在屏屏上上明明暗暗相相间的的条条纹间距比用距比用红色光做色光做实验时_(选填填“大大”或或“小小”)2021/8/9 星期一352知识储备知识储备2021/8/9 星期一363测量头的构造及使用测量头的构造及使用如如图图甲甲所所示示，测测量量头头由由分分划划板板、目目镜镜、手手轮轮等等构构成成，转转动动手手轮轮，分分划划板板会会向向左左右右移移动动，测测量量时时，应应使使分分划划板板中中心心刻刻度度对对齐条纹的中心，如图乙所示，记下此时手轮上的读数齐条纹的中心，如图乙所示，记下此时手轮上的读数2021/8/9 星期一37典典例例2(2015徐徐州州高高三三质质检检)在在“用用双双缝缝干干涉涉测测光光的的波波长长”实实验验中中，将将双双缝缝干干涉涉实实验验仪仪按按要要求求安安装装在在光光具具座座上上(如如图图甲甲)，并并选选用用缝缝间间距距d0.20 mm的的双双缝缝屏屏从从仪仪器器注注明明的的规规格格可可知知，像像屏屏与与双双缝缝屏屏间间的的距距离离L700 mm.然然后后，接接通通电电源源使使光光源源正正常常工作工作2021/8/9 星期一38(1)已已知知测量量头主主尺尺的的最最小小刻刻度度是是毫毫米米，副副尺尺上上有有50分分度度某某同同学学调整整手手轮后后，从从测量量头的的目目镜看看去去，第第1次次映映入入眼眼帘帘的的干干涉涉条条纹如如图乙乙(a)所所示示，图乙乙(a)中中的的数数字字是是该同同学学给各各暗暗纹的的编号号，此此时图乙乙(b)中中游游标尺尺上上的的读数数x11.16 mm；接接着着再再转动手手轮，映映入入眼眼帘帘的的干干涉涉条条纹如如图丙丙(a)所所示示，此此时图丙丙(b)中游中游标尺上的尺上的读数数x2_mm；(2)利利用用上上述述测量量结果果，经计算算可可得得两两个个相相邻明明纹(或或暗暗纹)间的距离的距离x_mm；这种色光的波种色光的波长_mm.2021/8/9 星期一39【解题引路】【解题引路】因因条条纹纹间间距距很很小小，直直接接测测量量时时误误差差很很大大，通通常常先先测测出出多多条条明明条条纹纹间间的的距距离离再再求求其其平平均均值值来来减减小小误误差差计计算算时时注注意意所所测测条条纹间隔的个数纹间隔的个数【尝试解题】【尝试解题】_2021/8/9 星期一402021/8/9 星期一41 针对训练针对训练 2(2014江江苏苏物物理理)某某同同学学用用单单色色光光进进行行双双缝缝干干涉涉实实验验，在在屏屏上上观观察察到到如如图图甲甲所所示示的的条条纹纹，仅仅改改变变一一个个实实验验条条件件后后，观观察到的条纹如图乙所示他改变的实验条件可能是察到的条纹如图乙所示他改变的实验条件可能是()A减小光源到单缝的距离减小光源到单缝的距离B减小双缝之间的距离减小双缝之间的距离C减小双缝到光屏之间的距离减小双缝到光屏之间的距离D换用频率更高的单色光源换用频率更高的单色光源2021/8/9 星期一422021/8/9 星期一432021/8/9 星期一442电磁波与机械波的比较电磁波与机械波的比较名称名称项目项目电磁波电磁波机械波机械波研究对象研究对象电磁现象电磁现象力学现象力学现象产生产生由周期性变化的电场、由周期性变化的电场、磁场产生磁场产生由质点由质点(波源波源)的振动产生的振动产生波的特点波的特点横波横波纵波或横波纵波或横波波速波速在真空中等于光速在真空中等于光速(很很大大)(c3108m/s)在空气中不大在空气中不大(如声波波如声波波速一般为速一般为340 m/s)介质需要介质需要不需要介质不需要介质(在真空中在真空中仍可传播仍可传播)必须有介质必须有介质(真空中不能真空中不能传播传播)能量传播能量传播电磁能电磁能机械能机械能2021/8/9 星期一45典典例例3(2014四四川川理理综综)电电磁磁波波已已广广泛泛运运用用于于很很多多领领域域下列关于电磁波的说法符合实际的是下列关于电磁波的说法符合实际的是()A电磁波不能产生衍射现象电磁波不能产生衍射现象B常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机C根根据据多多普普勒勒效效应应可可以以判判断断遥遥远远天天体体相相对对于于地地球球的的运运动动速度速度D光光在在真真空空中中运运动动的的速速度度在在不不同同惯惯性性系系中中测测得得的的数数值值可可能不同能不同【尝试解题】【尝试解题】_2021/8/9 星期一46【解解析析】电电磁磁波波是是一一种种波波，可可以以产产生生衍衍射射现现象象，A错错误误常常用用的的遥遥控控器器用用红红外外光光信信号号来来遥遥控控电电视视，B错错误误多多普普勒勒效效应应常常用用来来测测量量相相对对运运动动物物体体的的速速度度，C正正确确光光在在真真空空中中各各种种惯性系中测得的数值相同，惯性系中测得的数值相同，D错误错误【答案】【答案】C2021/8/9 星期一47 针对训练针对训练 3(2013四四川川理理综综)下下列列关关于于电电磁磁波波的的说说法法，正正确确的的是是()A电磁波只能在真空中传播电磁波只能在真空中传播B电场随时间变化时一定产生电磁波电场随时间变化时一定产生电磁波C做变速运动的电荷会在空间产生电磁波做变速运动的电荷会在空间产生电磁波D麦克斯韦第麦克斯韦第1次用实验证实了电磁波的存在次用实验证实了电磁波的存在2021/8/9 星期一48【解解析析】电电磁磁波波是是电电磁磁场场这这种种物物质质在在空空间间的的传传播播，它它既既可可在在真真空空中中传传播播，也也可可在在介介质质中中传传播播，A错错误误当当电电场场随随时时间间均均匀匀变变化化时时产产生生稳稳定定的的磁磁场场，稳稳定定的的磁磁场场不不能能再再产产生生电电场场，故故也也就就不不能能形形成成电电磁磁波波，B错错误误做做变变速速运运动动的的电电荷荷产产生生变变化化的的磁磁场场，变变化化的的磁磁场场在在其其周周围围空空间间产产生生变变化化的的电电场场电电场场、磁磁场场交交替替产产生生，向向外外传传播播的的过过程程就就形形成成了了电电磁磁波波，C正正确确麦麦克克斯斯韦韦从从理理论论上上预预言言了了电电磁磁波波的的存存在在，赫赫兹兹通通过过实实验验证证实实了了电电磁磁波的存在，波的存在，D错误错误【答案】【答案】C2021/8/9 星期一492021/8/9 星期一502021/8/9 星期一513质能方程质能方程Emc2.含义：反映物体质量和能量之间的关系含义：反映物体质量和能量之间的关系由由此此会会有有两两种种能能量量表表达达：静静止止时时的的能能量量和和运运动动时时的的能能量量；两能量之差就是物体的动能两能量之差就是物体的动能Ek，即，即EkEE0.2021/8/9 星期一52典典例例4(2013江江苏苏卷卷)如如图图所所示示，两两艘艘飞飞船船A、B沿沿同同一一直直线线同同向向飞飞行行，相相对对地地面面的的速速度度均均为为v(v接接近近光光速速c)地地面面上上测测得得它它们们相相距距为为L，则则A测测得得两两飞飞船船间间的的距距离离_(选选填填“大大于于”“”“等等于于”或或“小小于于”)L.当当B向向A发发出出一一光光信信号号，A测测得得该该信信号的速度为号的速度为_2021/8/9 星期一53【解解析析】根根据据爱爱因因斯斯坦坦的的相相对对论论可可知知，相相对对静静止止时时测测得得的的距距离离大大于于相相对对运运动动时时测测得得的的距距离离；根根据据光光速速不不变变原原理理，真真空空中中的的光光速速在在不不同同的的惯惯性性参参考考系系中中都都是是相相同同的的，所所以以A测测得得该该信信号的速度仍为号的速度仍为c.【答案】【答案】大于大于c(或光速或光速)2021/8/9 星期一54 针对训练针对训练 4(2015通通化化高高三三模模拟拟)如如图图所所示示，沿沿平平直直铁铁路路线线有有间间距距相相等等的的三三座座铁铁塔塔A、B和和C.假假想想有有一一列列车车沿沿AC方方向向以以接接近近光光速速行行驶驶，当当铁铁塔塔B发发出出一一个个闪闪光光，列列车车上上的的观观测测者者测测得得A、C两两铁塔被照亮的顺序是铁塔被照亮的顺序是()A同时被照亮同时被照亮 BA先被照亮先被照亮CC先被照亮先被照亮 D无法判断无法判断2021/8/9 星期一55【解解析析】因因列列车车沿沿AC方方向向以以接接近近光光速速行行驶驶，根根据据“同同时时”的的相相对对性性，即即前前边边的的事事件件先先发发生生，后后边边的的事事件件后后发发生生，可可知知C先被照亮，先被照亮，C正确正确【答案】【答案】C2021/8/9 星期一562021/8/9 星期一57