2021年2020版物理新增分大一轮江苏专用版讲义：第十三章机械振动与机械波光电磁波与相对论第4讲含解析.pdf

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1、第 4 讲光的波动性电磁波和相对论一、光的干涉1.定义：在两列光波的叠加区域，某些区域的光被加强，出现亮条纹，某些区域的光被减弱，出现暗条纹，且加强和减弱互相间隔的现象叫做光的干涉现象.2.条件：两列光的频率相等，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉现象.3.双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是相同的相干光波，屏上某点到双缝的路程差是波长的整数倍处出现亮条纹；路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹.相邻的亮条纹(或暗条纹)之间距离 x 与波长 、双缝间距d 及屏到双缝距离l 的关系为 xld.4.薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后表面反射的光相遇而形成的.图样中同一条亮(

2、或暗)条纹上所对应薄膜厚度相同.二、光的衍射1.光的衍射现象光在遇到障碍物时，偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象.2.光发生明显衍射现象的条件当孔或障碍物的尺寸比光波波长小或者跟光波波长相差不多时，光才能发生明显的衍射现象.3.衍射图样(1)单缝衍射：中央为亮条纹，向两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同.(2)圆孔衍射：出现明暗相间的不等距圆环.(3)泊松亮斑：光照射到一个半径很小的不透光的圆板后，在圆板的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一.三、光的偏振1.偏振光：在跟光传播方向垂直的平面内，光振动在某一方向较强而在另一些方向振动较弱的光即为偏振光.光的偏振现象证明光是横

3、波.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各个方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光.3.偏振光的产生通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫做起偏振器，第二个偏振片的作用是检验光是否是偏振光，叫做检偏振器.自测 1(多选)下列属于光的干涉现象的是()|精.|品.|可.|编.|辑.|学.|习.|资.|料.*|*|*|*|欢.|迎.|下.|载.第 1 页，共 17 页答案BC 解析图 A 属于单缝衍射，图B 属于薄膜干涉，图C 属于薄膜干涉，图D 属于白光的色散，故属于光的干涉现象的是B、C.四、电磁场和

4、电磁波1.电磁波的产生(1)麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场.(2)电磁场：变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个整体，这就是电磁场.(3)电磁波：电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波.电磁波是横波，在空间传播不需要介质.真空中电磁波的速度为3 108 m/s.vf对电磁波适用.电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象.2.电磁波的发射与接收(1)发射电磁波的条件：要有足够高的振荡频率.电路必须开放，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间.(2)调制有调幅和调频两种方式，解调是调制的逆过程.(3)电磁波谱：定义：按电磁波的波长从长到短分布是无线电波

5、、红外线、可见光、紫外线、X 射线和 射线，形成电磁波谱.电磁波谱的特性、应用.频率/Hz真空中波长/m 特性应用无线电波103波动性强，易发生衍射无线电技术红外线1011 1015107103热效应红外线遥感可见光1015107引起视觉照明、摄影紫外线1015 1017109107化学效应、荧光效应、医用消毒、防伪|精.|品.|可.|编.|辑.|学.|习.|资.|料.*|*|*|*|欢.|迎.|下.|载.第 2 页，共 17 页文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编

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12、码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5能杀菌X 射线1016 10191011108贯穿性强检查、医用透视 射线1019B，则(选填“A”或“B”)在水中发生全反射时的临界角较大.用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时，可以观察到(选填“A”或“B”)产生的条纹间距较大.答案AA解析根据 c 知，因 AB，则 AB，在同一介质中频率越高，折射率越大，即nACB.根据 xld，由于 AB，故 xA xB，即 A 光产生的条纹间距大.变式 1(多选)(2018 如皋市调研)在研究材料A 的热膨胀特性时，可采用如图4 所示的干涉实验法，A 的上表面是一光滑平面，在A 的

13、上方放一个透明的平行板B，B 与 A 上表面平行，在它们之间形成一个厚度均匀的空气膜.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t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升到t2时，亮度再一次回到最亮，则()图 4 A.出现最亮时，B 上表面反射光与A 上表面反射光叠加后加强B.出现最亮时，B 下表面反射光与A 上表面反射光叠加后加强C.温度从 t1升至 t2过程中，A 的高度增加4D.温度从 t1升至 t2过程中，A 的高度增加2答案BD 解析出现最亮时，是B 下表面反射光与A 上表面反射光发生干涉，叠加后加强，故A 错误，B正

14、确；温度从 t1升到 t2的过程中，亮度由最亮又变到最亮，知路程差为，则 A 的高度增加2，故 C|精.|品.|可.|编.|辑.|学.|习.|资.|料.*|*|*|*|欢.|迎.|下.|载.第 5 页，共 17 页文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G

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21、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，光才可以看成是沿直线传播的.2.单缝衍射与双缝干涉的比较单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹3.光的干涉和衍射的本质光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的.例 2(多选)(2018 南京市、盐城市一模)如图所示的四种明

22、暗相间条纹，是红光、紫光分别通过同一个双缝干涉仪形成的干涉图样和通过同一个单缝形成的衍射图样.图中黑色部分代表亮条纹，下列四幅图中由红光形成的图样是()答案AD 变式 2(2018 如皋市模拟四)1971 年，屠呦呦等获得了青蒿乙醚提取物结晶，研究人员通过X 射线衍射分析确定了青蒿素的结构.X 射线衍射是研究物质微观结构的最常用方法，用于分析的X 射线波长在0.05 nm0.25 nm 范围之间，因为X 射线的波长(选填“接近”或“远小于”)晶体内部原子间的距离，所以衍射现象明显.分析在照相底片上得到的衍射图样，便可确定晶体结构.X 射线是(选填“纵波”或“横波”).答案接近横波解析能发生明显

23、的衍射现象的条件是：孔或障碍物的尺寸比波长小或者相差不多.当 X 射线透过晶体内部原子间隙时，发生了明显的衍射现象，用于分析的X 射线波长应接近晶体内部原子间的距离；因为X 射线是电磁波，所以X 射线是横波.命题点三光的偏振|精.|品.|可.|编.|辑.|学.|习.|资.|料.*|*|*|*|欢.|迎.|下.|载.第 6 页，共 17 页文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7

24、A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 Z

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30、比较类别自然光(非偏振光)偏振光光的来源从普通光源发出的光自然光通过起偏振器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，且沿各个方向振动的光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2.偏振光的应用加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等.例 3(2019 淮阴中学月考)如图 5 所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A 和 B，(选填“a”或“b”)光为偏振光.人眼在P 处迎着入射光方向，看不到光亮，则以SP 为轴将B 转过(选填“90”或“180”)后，在 P 处将看到光亮.图 5 答案b90解析由题意可知，人眼在P 处看不到光亮，是因

31、为偏振片A 与偏振片 B 的透振方向相互垂直，a光是自然光，经过偏振片后，b 光是偏振光；由上分析可知，以SP为轴将 B 转过 180 后，偏振片B 仍然与偏振片A 的透振方向相互垂直，在P 处仍然不能看到光亮；当以SP为轴将 B 转过 90，两个偏振片的透振方向平行，在P 处将能看到光亮.|精.|品.|可.|编.|辑.|学.|习.|资.|料.*|*|*|*|欢.|迎.|下.|载.第 7 页，共 17 页文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6

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38、 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5命题点四电磁波1.对麦克斯韦电磁场理论的理解2.对电磁波的理解(1)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6 所示.图 6(2)电磁波与机械波的比较名称项目电磁波机械波产生由周期性振荡的电场、磁场产生由质点(波源)的振动产生波的特点横波纵波或横波波速在真空中等于光速c3108 m/s在空气中不大(如声波波速在空气中一般为340 m/s)传播是否需要介质不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(在真空中不能传播)能量传播电磁能机械能例 4(多选)(2018 江苏单科 12B(1)梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子在空中产生电磁

39、波.该电磁波()A.是横波B.不能在真空中传播C.只能沿着梳子摇动的方向传播D.在空气中的传播速度约为3 108 m/s 答案AD 解析电磁波是横波，传播方向与振动方向垂直，既能在真空中传播，也能在介质中传播.电磁波|精.|品.|可.|编.|辑.|学.|习.|资.|料.*|*|*|*|欢.|迎.|下.|载.第 8 页，共 17 页文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1

40、Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5

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46、08 m/s，故选项A、D 正确.变式 3(多选)(2018 南京市、盐城市二模)我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它是我国雷达研究创新的里程碑.米波雷达发射无线电波的波长在110 m 范围内，则对该无线电波的判断正确的有()A.必须依靠介质传播B.频率比厘米波的频率低C.比可见光更容易产生衍射现象D.遇到厘米波有可能产生干涉现象答案BC 解析无线电波是电磁波，电磁波的传播不需要介质，A 错误；由 cf知，波长越长频率越低，B 正确；波长越长越容易产生衍射现象，无线电波的波长远大于可见光的波长，C 正确；米波和厘米波的波长不同，频率也不同，所以不能产生干涉现象，D 错误.命题

47、点五相对论简介例 5(2018 盐城市三模)如图 7 所示，宽度为 l 的宇宙飞船沿其长度方向以0.9c(c 为真空中的光速)远离地球，地球上的人看到宇宙飞船宽度(选填“大于”“等于”或“小于”)l.飞船和地面上各有一只铯原子钟，地球上的人观察到(选填“飞船上钟较快”“地面上钟较快”或“两只钟一样快”).图 7 答案等于地面上钟较快变式 4(2018 苏锡常镇一调)如图 8 所示，一束光频率为0，传播方向正对卫星飞行方向，已知真空中光速为c，卫星速度为u，则卫星上观测到该光的传播速度是，卫星接收到该光的频率0(选填“大于”“等于”或“小于”).图 8 答案c大于解析由光速不变原理可知，卫星上观

48、测到该光的速度是c，依据多普勒效应可知，卫星接收到该光的频率 大于 0.1.(2018扬州中学下学期开学考)目前雷达发出的电磁波频率多在200 MHz 1 000 MHz 的范围内，|精.|品.|可.|编.|辑.|学.|习.|资.|料.*|*|*|*|欢.|迎.|下.|载.第 9 页，共 17 页文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP

49、1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A

50、7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP1G5H6Y1E5文档编码:CW4Q7A7I1Q6 HC9W3Z7Y7Z4 ZP