2025版高考物理一輪復(fù)習(xí)第14章第4節(jié)光的波動(dòng)性電磁波相對(duì)論教學(xué)案新人教版

PAGE8-第4節(jié)光的波動(dòng)性電磁波相對(duì)論學(xué)問(wèn)點(diǎn)一|光的干涉、衍射及偏振1．光的干涉(1)定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某些區(qū)域相互加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)暗條紋，且加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象。(2)條件：兩束光的頻率相同、相位差恒定。(3)雙縫干涉圖樣特點(diǎn)：?jiǎn)紊庹找珪r(shí)，形成明暗相間的等間距的干涉條紋；白光照耀時(shí)，中心為白色條紋，其余為彩色條紋。2．光的衍射發(fā)生明顯衍射的條件：只有當(dāng)障礙物的尺寸與光的波長(zhǎng)相差不多，甚至比光的波長(zhǎng)還小的時(shí)候，衍射現(xiàn)象才會(huì)明顯。3．光的偏振(1)自然光：包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同。(2)偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上，只沿著某個(gè)特定的方向振動(dòng)的光。(3)偏振光的形成①讓自然光通過(guò)偏振片形成偏振光。②讓自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和折射，反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光。(4)光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是一種橫波。eq\o([推斷正誤])(1)只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉。 (√)(2)在雙縫干涉試驗(yàn)中，雙縫的作用是使白光變成單色光。 (×)(3)陽(yáng)光下茂密的樹(shù)蔭中地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的。 (×)(4)自然光是偏振光。 (×)eq考法1光的干涉現(xiàn)象1.(多選)(2024·全國(guó)卷Ⅱ)在雙縫干涉試驗(yàn)中，用綠色激光照耀在雙縫上，在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣。若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，可選用的方法是()A．改用紅色激光B．改用藍(lán)色激光C．減小雙縫間距D．將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng)E．將光源向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng)ACD[在雙縫干涉試驗(yàn)中相鄰亮條紋的間距Δx＝eq\f(l,d)λ，因此要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距可減小雙縫間的距離，增大屏幕與雙縫的距離，換用波長(zhǎng)更長(zhǎng)或頻率更小的光做光源。故選A、C、D。]2．(2015·全國(guó)卷Ⅰ)在雙縫干涉試驗(yàn)中，分別用紅色和綠色的激光照耀同一雙縫，在雙縫后的屏幕上，紅光的干涉條紋間距Δx1與綠光的干涉條紋間距Δx2相比，Δx1________Δx2(選填“>”“＝”或“<”)。若試驗(yàn)中紅光的波長(zhǎng)為630nm，雙縫與屏幕的距離為1.00m，測(cè)得第1條到第6條亮條紋中心間的距離為10.5mm，則雙縫之間的距離為_(kāi)_______mm。解析：由公式Δx＝eq\f(L,d)λ可知，Δx1＞Δx2。相鄰亮條紋之間的距離為Δx＝eq\f(10.5,5)mm＝2.1mm，雙縫間的距離d＝eq\f(Lλ,Δx)，代入數(shù)據(jù)得d＝0.300mm。答案：＞0.300[考法指導(dǎo)]亮暗條紋的推斷方法(1)如圖所示，光源S1、S2發(fā)出的光到屏上某點(diǎn)的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)時(shí)，光屏上出現(xiàn)亮條紋。(2)光的路程差r2－r1＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2…)時(shí)，光屏上出現(xiàn)暗條紋。eq考法2光的衍射3．(2024·日照模擬)光傳感器可用來(lái)測(cè)量光屏上的光強(qiáng)分布。如圖甲所示為某同學(xué)利用單縫做的一個(gè)光學(xué)試驗(yàn)，圖乙為該同學(xué)運(yùn)用光傳感器對(duì)該試驗(yàn)所采集到的光屏上的光強(qiáng)分布圖象，則該同學(xué)所做的試驗(yàn)是光的________(選填“干涉”或“衍射”)試驗(yàn)；依據(jù)圖乙可以看出，光屏上中心亮條紋的光強(qiáng)分布特點(diǎn)是________________。甲乙解析：由圖乙可知，條紋中間亮、兩邊窄，是衍射條紋；依據(jù)光的衍射原理，則光屏上中心亮條紋的光強(qiáng)分布特點(diǎn)是中間強(qiáng)兩邊弱。答案：衍射中間強(qiáng)兩邊弱eq考法3光的偏振4．奶粉中碳水化合物(糖)的含量是一個(gè)重要指標(biāo)，可以用“旋光法”來(lái)測(cè)量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量。偏振光通過(guò)糖的水溶液后，偏振方向會(huì)相對(duì)于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度α，這一角度α稱為“旋光度”，α的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將α的測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，就能確定被測(cè)樣品的含糖量了。如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動(dòng)B，使到達(dá)O處的光最強(qiáng)，然后將被測(cè)樣品P置于A、B之間。(1)偏振片A的作用是____________________。(2)偏振現(xiàn)象證明白光是一種________。(3)(多選)以下說(shuō)法正確的是________。A．到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱B．到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱C．將偏振片B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最強(qiáng)，偏振片B轉(zhuǎn)過(guò)的角度等于αD．將偏振片A轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最強(qiáng)，偏振片A轉(zhuǎn)過(guò)的角度等于α解析：(1)自然光源發(fā)出的光不是偏振光，但當(dāng)自然光經(jīng)過(guò)偏振片后就變成了偏振光，因此偏振片A的作用是把自然光變成偏振光。(2)偏振現(xiàn)象證明白光是一種橫波。(3)因?yàn)锳、B的透振方向一樣，故A、B間不放糖溶液時(shí)，自然光通過(guò)偏振片A后變成偏振光，通過(guò)B后到達(dá)O。當(dāng)在A、B間加上糖溶液時(shí)，由于糖溶液的旋光作用，使通過(guò)A的偏振光的振動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)了肯定角度，通過(guò)B到達(dá)O的光的強(qiáng)度不是最大，但當(dāng)B轉(zhuǎn)過(guò)了一個(gè)角度，恰好使透振方向與經(jīng)過(guò)糖溶液后的偏振光的振動(dòng)方向一樣時(shí)，O處光強(qiáng)又為最強(qiáng)，故B的旋轉(zhuǎn)角度即為糖溶液的旋光度。若偏振片B不動(dòng)而將A旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再經(jīng)糖溶液旋光后光的振動(dòng)方向恰與B的透振方向一樣，則A轉(zhuǎn)過(guò)的角度也為α，故選項(xiàng)A、C、D正確。答案：(1)把自然光變成偏振光(2)橫波(3)ACD學(xué)問(wèn)點(diǎn)二|電磁場(chǎng)電磁波相對(duì)論1．電磁波的特點(diǎn)(1)電磁波是橫波，電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向都與傳播方向垂直。(2)電磁波傳播時(shí)不須要任何介質(zhì)，在真空中傳播的速度最大，c＝3×108(3)電磁波本身是一種物質(zhì)，它具有能量。(4)具有波的特征，能產(chǎn)生反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象。2．相對(duì)論的簡(jiǎn)潔學(xué)問(wèn)(1)狹義相對(duì)論的基本假設(shè)：①狹義相對(duì)性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的。②光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都是相同的。(2)時(shí)間和空間的相對(duì)性：①時(shí)間間隔的相對(duì)性Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))eq\s\up12(2)))。②長(zhǎng)度的相對(duì)性l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))eq\s\up12(2))。(3)相對(duì)論速度變換公式：u＝eq\f(u′＋v,1＋\f(u′v,c2))。(4)質(zhì)能方程：E＝mc2。eq\o([推斷正誤])(1)勻稱改變的磁場(chǎng)產(chǎn)生勻稱改變的電場(chǎng)向外傳播便形成了電磁波。 (×)(2)在真空中傳播的電磁波，當(dāng)它的頻率增加時(shí)，它的傳播速度不變，波長(zhǎng)變短。 (√)(3)光速不變?cè)碇赋龉庠谡婵罩袀鞑ニ俣仍诓煌瑧T性參考系中都是相同的。 (√)(4)波長(zhǎng)不同的電磁波在本質(zhì)上完全不同。 (×)1．(多選)(2024·全國(guó)卷Ⅱ)關(guān)于電磁波，下列說(shuō)法正確的是()A．電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無(wú)關(guān)B．周期性改變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以相互激發(fā)，形成電磁波C．電磁波在真空中自由傳播時(shí)，其傳播方向與電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直D．利用電磁波傳遞信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，但電磁波不能通過(guò)電纜、光纜傳輸E．電磁波可以由電磁振蕩產(chǎn)生，若波源的電磁振蕩停止，空間的電磁波隨即消逝ABC[電磁波在真空中的傳播速度等于光速，與電磁波的頻率無(wú)關(guān)，選項(xiàng)A正確；周期性改變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以相互激發(fā)，形成電磁波，選項(xiàng)B正確；電磁波傳播方向與電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直，選項(xiàng)C正確；電磁波可以通過(guò)光纜傳輸，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；電磁波波源的電磁振蕩停止，波源不再產(chǎn)生新的電磁波，但空間中已產(chǎn)生的電磁波仍可接著傳播，選項(xiàng)E錯(cuò)誤。]2．如圖所示，兩艘飛船A、B沿同始終線同向飛行，相對(duì)地面的速度均為v(v接近光速c)。地面上的人測(cè)得它們相距為L(zhǎng)，則飛船A上的人測(cè)得兩飛船間的距離________(選填“大于”“等于”或“小于”)L。當(dāng)B向A發(fā)出一光信號(hào)，飛船A上的人測(cè)得該信號(hào)的速度為_(kāi)_______。解析：狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理之一就是光速不變?cè)?，因此飛船A上的人測(cè)得信號(hào)的速度仍等于c(或光速)，以地面為參考系，在運(yùn)動(dòng)方向有尺縮效應(yīng)現(xiàn)象，而B(niǎo)相對(duì)A是靜止的，沒(méi)有尺縮效應(yīng)現(xiàn)象，則飛船A上的人測(cè)得兩飛船距離應(yīng)大于L。答案：大于c(或光速)學(xué)問(wèn)點(diǎn)三|試驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)1．試驗(yàn)裝置圖及試驗(yàn)器材雙縫干涉儀、光具座、光源、學(xué)生電源、導(dǎo)線、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測(cè)量頭、刻度尺。2．試驗(yàn)原理(1)依據(jù)公式Δx＝eq\f(l,d)λ得λ＝eq\f(d,l)Δx。(2)用刻度尺測(cè)出雙縫到光屏的距離l，用測(cè)量頭調(diào)整清楚的干涉條紋，測(cè)出n個(gè)亮紋間的距離a，則Δx＝eq\f(a,n－1)。雙縫間距d是已知的，這樣就可以計(jì)算出波長(zhǎng)λ。3．留意事項(xiàng)(1)試驗(yàn)時(shí)應(yīng)調(diào)整光源、單縫、雙縫和光屏、測(cè)量頭共軸，單縫和雙縫安裝時(shí)應(yīng)豎直且相互平行，遮光筒的軸線要與光具座導(dǎo)軌平行。若不共軸或單縫與雙縫不平行則會(huì)引起干涉條紋亮度小，不清楚，不便于視察和測(cè)量。(2)分劃板上的刻線應(yīng)與干涉條紋的亮(暗)線平行，否則會(huì)增大測(cè)量的誤差。(3)雙縫、測(cè)量頭安裝到遮光筒上時(shí)要裝究竟，使各部件的定位面緊密吻合，否則會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。(4)雙縫干涉演示儀的測(cè)量頭有兩種，一種相當(dāng)于螺旋測(cè)微器，一種相當(dāng)于游標(biāo)卡尺，詳細(xì)應(yīng)用時(shí)要加以區(qū)分。(5)測(cè)量雙縫至屏的距離l，要多次測(cè)量取平均值，同時(shí)要固定好雙縫及屏，切勿松動(dòng)。eq\o([推斷正誤])(1)試驗(yàn)安置時(shí)，要使遮光筒軸線與導(dǎo)軌平行。 (√)(2)為了削減試驗(yàn)誤差，應(yīng)多次測(cè)雙縫到屏間距，求平均值。 (√)(3)選光源時(shí)，球形光源比線狀光源好。 (×)1．在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”的試驗(yàn)中，試驗(yàn)裝置如圖所示。(1)某同學(xué)以線狀白熾燈為光源，對(duì)試驗(yàn)裝置進(jìn)行調(diào)整并視察了試驗(yàn)現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點(diǎn)，正確的是________。A．燈絲與單縫和雙縫必需平行放置B．干涉條紋與雙縫垂直C．干涉條紋的疏密程度與單縫寬度有關(guān)D．干涉條紋的間距與光的波長(zhǎng)有關(guān)(2)當(dāng)測(cè)量頭中的分劃板中心刻線對(duì)齊某條紋的中心時(shí)，手輪上的示數(shù)如圖甲所示，該讀數(shù)為_(kāi)_______mm。甲乙(3)假如測(cè)量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，如圖乙所示。則在這種狀況下來(lái)測(cè)量干涉條紋的間距Δx時(shí)，測(cè)量值________(選填“大于”“小于”或“等于”)實(shí)際值。解析：(1)為了獲得清楚的干涉的亮條紋，A正確；干涉條紋與雙縫平行，B錯(cuò)誤；干涉條紋的間距Δx＝eq\f(l,d)λ與單縫寬度無(wú)關(guān)，C錯(cuò)誤，D正確。(2)手輪的讀數(shù)為0.5mm＋20.0×0.01mm＝0.700mm。(3)條紋與分劃板不平行時(shí)，實(shí)際值Δx實(shí)＝Δx測(cè)cosθ，θ為條紋與分劃板間的夾角，故Δx實(shí)＜Δx測(cè)。答案：(1)AD(2)0.700(3)大于2．(2024·信陽(yáng)模擬)在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”的試驗(yàn)中，請(qǐng)依據(jù)題目要求回答下列問(wèn)題。(1)圖中甲、乙兩圖都是光的條紋形態(tài)示意圖，其中干涉圖樣是________。甲乙丙(2)將下表中的光學(xué)元件放在圖丙所示的光具座上組裝成用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)的試驗(yàn)裝置，并用此裝置測(cè)量紅光的波長(zhǎng)。元件代號(hào)ABCDE元件名稱光屏雙縫白光光源單縫透紅光的濾光片將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件的排列依次應(yīng)為_(kāi)_______。(填寫(xiě)元件代號(hào))(3)已知該裝置中雙縫間距d＝0.50mm，雙縫到光屏的距離L＝0.50m，在光屏上得到的干涉圖樣如圖(a)所示，分劃板在圖中A位置時(shí)游標(biāo)卡尺如圖(b)所示，則其示數(shù)為_(kāi)_______mm；在B位置時(shí)游標(biāo)卡尺如圖(c)所示。由以上所測(cè)數(shù)據(jù)可以得出形成此干涉圖樣的單色光的波長(zhǎng)為_(kāi)_______m。解析：(1)題圖甲中的條紋間距和亮度相同，是干涉圖樣，圖乙是衍射圖樣。(2)光源發(fā)出的白光，各種頻