光的干涉衍射和偏振 电磁波与相对论Word文档格式.docx

光的干涉衍射和偏振 电磁波与相对论Word文档格式.docx

《光的干涉衍射和偏振 电磁波与相对论Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光的干涉衍射和偏振 电磁波与相对论Word文档格式.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。

4.无线电波的接收

（1）当接收电路的固有频率跟接收到无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象。

（2）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。

（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。

检波是调制的逆过程，也叫做解调。

5.电磁波谱：

按照电磁波的频率或波长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、γ射线。

相对论

1.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，光速和光源、观测者间的相对运动没有关系。

2.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＝mc2。

小题速练

1.思考判断

（1）太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的干涉的结果。

（　　）

（2）泊松亮斑支持了光的波动说。

（3）光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象。

（4）光的双缝干涉实验中，若仅将入射光从红光改为紫光，则相邻亮条纹间距一定变小。

（5）均匀变化的磁场产生均匀变化的电场向外传播便形成了电磁波。

（6）在真空中传播的电磁波，当它的频率增加时，它的传播速度不变，波长变短。

（7）光速不变原理指出光在真空中传播速度在不同惯性参考系中都是相同的。

答案　

（1）×

（2）√　（3）√　（4）√　（5）×

　（6）√　（7）√

2.（2018·

洛阳孟津一高检测）（多选）下列说法正确的是（　　）

A.用光导纤维束传输图象和信息，这是利用了光的全反射原理

B.紫外线比红外线更容易发生衍射现象

C.经过同一双缝所得的干涉条纹，红光比绿光条纹宽度大

D.光的色散现象都是由于光的干涉现象引起的

E.光的偏振现象说明光是一种横波

答案　ACE

3.（2018·

云南师范大学附属中学模拟）（多选）下列说法正确的是（　　）

A.水中的气泡看上去比较明亮是因为有一部分光发生了衍射现象

B.雷达发射的电磁波是由均匀变化的电场或磁场产生的

C.拍摄玻璃橱窗内的物品时，可在镜头前加一个偏振片来减弱橱窗玻璃表面的反射光

D.红色和蓝色的激光在不同介质中传播时波长可能相同

E.狭义相对论认为：

真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的

解析　水中的气泡看上去比较明亮是因为光从水中射向气泡时，有一部分光发生了全反射现象，选项A错误；

均匀变化的电场或磁场只能产生恒定的磁场或电场，不能形成电磁波，雷达发射的电磁波一定是由周期性变化的电场或周期性变化的磁场产生的，选项B错误；

拍摄玻璃橱窗内的物品时，可在镜头前加一个偏振片来减弱橱窗玻璃表面的反射光，选项C正确；

红色和蓝色激光频率不同，在同一种介质中传播时波速不同，波长不同，而红色和蓝色激光在不同介质中传播时波长可能相同，选项D正确；

狭义相对论认为：

真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的，选项E正确。

答案　CDE

　光的干涉现象

1.双缝干涉

（1）光能够发生干涉的条件：

两光的频率相同，振动步调相同。

（2）双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即Δx＝

λ。

（3）用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：

中央为白条纹，两侧为彩色条纹。

2.亮暗条纹的判断方法

（1）如图1所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差r2－r1＝kλ（k＝0，1，2…）时，光屏上出现亮条纹。

图1

（2）光的路程差r2－r1＝（2k＋1）

（k＝0，1，2…）时，光屏上出现暗条纹。

3.条纹间距：

Δx＝

λ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是光波的波长。

2.薄膜干涉

（1）如图2所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。

图2

（2）光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加，两列光波同相叠加，出现明纹；

反相叠加，出现暗纹。

（3）条纹特点：

①单色光：

明暗相间的水平条纹；

②白光：

彩色水平条纹。

1.[2017·

全国卷Ⅱ，34

（1）]（多选）在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。

若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是（　　）

A.改用红色激光

B.改用蓝色激光

C.减小双缝间距

D.将屏幕向远离双缝的位置移动

E.将光源向远离双缝的位置移动

解析　根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距Δx＝

λ可知，要使Δx增大，可以增大波长或增大双缝到屏的距离或缩小双缝间的距离，所以选项A、C、D正确，B、E错误。

答案　ACD

2.（多选）如图3所示是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则（　　）

图3

A.在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大

B.在真空中a、b两光传播速度相同

C.从真空射入同种介质发生全反射时，a光全反射临界角小

D.从同种介质射入真空发生全反射时，a光全反射临界角小

E.在相同的条件下，b光比a光更容易产生明显的衍射现象

解析　根据题图可知，b光的干涉条纹间距大于a光的干涉条纹间距。

由双缝干涉条纹间距公式Δx＝

λ可知，b光的波长比a光的大。

由λ＝

可知，b光的频率比a光的小，则在同种介质中，b光的折射率小于a光，根据n＝

可知，在介质中，a光的传播速度比b光的小，选项A错误；

在真空中a、b两光传播速度相同，均为光速，选项B正确；

从真空射入同种介质不会发生全反射，选项C错误；

由介质射入真空发生全反射的临界角公式sinC＝

可知，a光折射率较大，从同种介质射入真空发生全反射时a光全反射临界角小，选项D正确；

由于b光的波长比a光的大，根据发生明显衍射现象的条件可知，在相同的条件下，b光比a光更容易产生明显的衍射现象，选项E正确。

答案　BDE

　光的衍射和光的偏振现象

1.对光的衍射的理解

（1）衍射是波的特征，波长越长，衍射现象越明显。

任何情况下都可以发生衍射现象，只有明显与不明显的差别。

（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，光才可以看作是沿直线传播的。

2.自然光和偏振光的比较

自然光（非偏振光）

偏振光

光的来源

直接从光源发出的光

自然光通过起偏器后的光

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

1.（2018·

重庆市模拟）（多选）下列说法正确的是（　　）

A.在惯性系中，不管光源与观察者是否存在相对运动，观察者观察到的光速是不变的

B.水面上的油膜呈现彩色是光的干涉现象

C.在光导纤维束内传送图象是利用光的色散现象

D.声源向静止的观察者运动，观察者接收到的频率小于声源的频率

E.未见其人先闻其声，是因为声波波长较长，容易发生衍射现象

答案　ABE

2.（多选）关于波的干涉和衍射，下列说法正确的是（　　）

A.衍射是一切波特有的现象

B.两列波发生干涉时，振动加强区域的质点的位移一定始终最大

C.声波容易发生衍射是因为声波的波长较长

D.观察薄膜干涉时，应该在入射光的同一侧

E.医院中用于体检的“B超”利用了超声波的衍射原理

解析　衍射是一切波特有的现象，选项A正确；

两列波发生干涉时，振动加强区域的质点振动始终加强，不是位移始终最大，选项B错误；

声波容易发生衍射是因为声波的波长较长，选项C正确；

薄膜干涉是两列频率相同的反射光在薄膜上出现的现象，因此应在入射光的同一侧观察，选项D正确；

医院中用于体检的“B超”利用了超声波的反射原理，选项E错误。

3.（多选）光的偏振现象说明光是横波。

下列现象中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

E.阳光在水面的反射光是自然光

解析　在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光是偏振光，选项A、B反映了光的偏振特性；

选项C是偏振现象的应用；

选项D是光的衍射现象，D项错误；

阳光在水面的反射光是偏振光，故选项E错误。

答案　ABC

　实验：

用双缝干涉测光的波长

1.实验原理与操作

2.数据处理与分析

（1）数据处理

用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式Δx＝

λ得λ＝

Δx计算波长，重复测量、计算，求出波长的平均值。

（2）误差分析

①测条纹间距Δx时带来误差。

②测量双缝到光屏间距离l时产生误差。

（3）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。

1.在观察光的双缝干涉现象的实验中：

（1）将激光束照在如图4乙所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图4甲中的________。

图4

（2）换用间隙更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光屏上观察到的条纹宽度将________；

保持双缝间隙不变，减小光屏到双缝的距离，在光屏上观察到的条纹宽度将________（以上均选填“变宽”“变窄”或“不变”）。

解析　

（1）双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹，A图正确；

（2）根据Δx＝

λ知，双缝间的距离d减小时，条纹间距变宽；

当双缝到屏的距离l减小时，条纹间距变窄。

答案　

（1）A　

（2）变宽　变窄

北京海淀区模拟）如图5甲所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，并选用缝间距d＝0.20mm的双缝屏。

然后，接通电源使光源正常工作。

已知像屏与双缝屏间的距离L＝700mm。

图5

（1）已知测量头上主尺的最小刻度是毫米，副尺（游标尺）上有20分度。

某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，使分划板中心刻度线与某条纹A中心对齐，如图乙所示，此时测量头上主尺和游标尺的示数如图丙所示，则此示数为________mm；

接着再转动手轮，使分划板中心刻度线与某条纹B中心对齐，测得A条纹到B条纹间的距离为8.40mm。

利用上述测量结果，经计算可得经滤光片射向双缝的色光的波长λ＝________m（保留2位有效数字）。

（2）另一同学按实验装置安装好仪器后，观察到光的干涉现象很明显。

若他对实验装置进行改动后，在像屏上仍能观察到清晰的条纹，且条纹数目有所增加。

以下改动可能会实现这个效果的是________。

A.仅将滤光片移至单缝和双缝之间

B.仅将单缝与双缝间距增大少许

C.仅将单缝与双缝的位置互换

D.仅将红色滤光片换成绿色滤光片

解析　

（1）测量头上示数为5×

0.05mm＝0.25mm；

A条纹与B条纹间的中心距离为8.40mm，共5个条纹间隔，则相邻条纹间隔Δx＝1.68mm，由Δx＝

λ，解得经滤光片射向双缝的色光的波长λ＝4.8×

10－7m。

（2）根据条纹间隔公式Δx＝

λ知，若要使观察到清晰的条纹数目增加，即减小条纹间距，则可以减小滤光片射向双缝的色光的波长λ，即可以将红色滤光片换成绿色滤光片，选项D正确。

答案　

（1）0.25　4.8×

10－7　

（2）D

　电磁波与相对论

1.电磁波与机械波的主要区别

（1）电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质。

（2）电磁波是横波，机械波可能是横波，也可能是纵波。

2.电磁波谱的特性及应用

电磁波谱

特性

应用

递变规律

无线电波

容易发生衍射

通信和广播

红外线

热效应

红外线遥感

可见光

引起视觉

照明等

紫外线

荧光效应，能杀菌

灭菌消毒、防伪

X射线

穿透能力强

医用透视、安检

γ射线

穿透能力很强

工业探伤、医用治疗

1.[2016·

全国卷Ⅱ，34

（1）]（多选）关于电磁波，下列说法正确的是（　　）

A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关

B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波

C.电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直

D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输

E.电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失

解析　电磁波在真空中传播的速度均为光速，与频率无关，选项A正确；

电磁波是变化的电场和变化的磁场互相激发得到的，选项B正确；

电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，选项C正确；

光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，选项D错误；

电磁振荡停止后，电磁波仍会在介质或真空中继续传播，选项E错误。

2.（2017·

河南开封定位考试）（多选）关于电磁波谱，下列说法正确的是（　　）

A.X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变

B.γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高

C.紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射

D.在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线

E.在电磁波谱中，无线电波一般可用于通信

解析　紫外线比紫光的波长短，更不容易发生干涉和衍射，选项C错误；

在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是无线电波，选项D错误。

吉林长春质捡）（多选）下列说法正确的是（　　）

A.相对论与量子力学否定了经典力学理论

B.真空中的光速在任何惯性参考系中都是相同的

C.狭义相对论只适用于惯性参考系

D.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现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象

E.光纤通信、全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理

解析　相对论并不否定经典力学，它是在一定条件下的特殊情形，故选项A错误；

根据光速不变原理，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故选项B正确；

根据狭义相对论的基本假设可知，选项C正确；

根据光现象的成因知，选项D正确；

全息照相不是利用全反射，而是和光的干涉有关，选项E错误。

答案　BCD

活页作业

（时间：

30分钟）

A级：

保分练

辽宁鞍山质检）（多选）下列说法正确的是（　　）

A.光导纤维传递光信号是利用光的直线传播原理

B.色散现象表明白光是复色光

C.泊松亮斑是光的干涉现象

D.增透膜的厚度应为入射光在增透膜中波长的

E.光的偏振现象表明光是横波

解析　光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理，选项A错误；

泊松亮斑是光的衍射现象，选项C错误。

四川广安、遂宁、内江、眉山四市二诊）（多选）关于电磁波，下列说法正确的是（　　）

A.电磁波在真空和介质中的传播速度相同

C.电磁波谱中的无线电波与可见光相比，更容易产生显著的衍射现象

D.电磁振荡可以产生电磁波，若波源的电磁振荡停止，其发射到空间的电磁波随即消失

E.发射电磁波是为了用它传递某种信号，载有信号的电磁波可以在真空中传输也可以通过光缆传输

解析　电磁波在真空中的传播速度最大，在其他介质中的速度将变小，而且介质的折射率越大，速度越小，选项A错误；

根据电磁波知识知，选项B正确；

波长越长的无线电波的波动性越显著，干涉、衍射现象越容易发生，选项C正确；

当发射电路的电磁振荡停止了，只是不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失，还要继续传播一段时间，选项D错误；

电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可以实现无线传输，电磁波的频率越高，相同时间传递的信息越大，光的频率比无线电波的频率高得多，因此光缆可以传递大量信息，选项E正确。

答案　BCE

湖北六校联合体联考）（多选）下列说法正确的是（　　）

A.光的双缝干涉实验中，若仅将入射光从紫光改为红光，则相邻亮条纹间距一定变小

B.做简谐振动的物体，经过同一位置时，速度可能不同

C.在受迫振动中，驱动力的频率不一定等于物体的固有频率

D.拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加装一个偏振片可以增加透射光的强度

E.爱因斯坦狭义相对论指出，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的

解析　由Δx＝

λ，从紫光改为红光，则相邻亮条纹间距变大，选项A错误；

拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片以减弱反射光的强度，并不增加透射光的强度，选项D错误。

4.（多选）下列说法正确的是（　　）

A.北斗导航系统是利用电磁波进行定位和导航的

B.微波炉能快速加热食物是利用红外线具有显著的热效应

C.常用的电视机遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机

D.天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波进行天体物理研究

E.遥感技术中利用了红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征

解析　北斗导航系统是利用电磁波工作的，选项A正确；

食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，温度升高，内能增加，选项B错误；

常用的电视机遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机，选项C错误；

天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波进行天体物理研究，选项D正确；

遥感技术中利用红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征，选项E正确。

答案　ADE

5.（多选）下列关于科学技术的运用的说法正确的是（　　）

A.交通警察用监视器测量汽车的速度时可利用多普勒效应

B.用声呐探测水中的暗礁、潜艇，利用了波的反射

C.在摄像机中，摄像管的作用是摄取景物的图像并将其转换为电信号

D.雷达是利用超声波来测定物体位置的无线电设备

E.医生利用B超探测人体内脏的位置，发现可能的病变，其原理是利用了波的衍射

解析　交通警察用监视器测量汽车的速度时可利用多普勒效应，选项A正确；

用声呐探测水中的暗礁、潜艇，利用了波的反射，选项B正确；

在摄像机中，摄像管的作用是摄取景物的图像并将其转换为电信号，选项C正确；

雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备，选项D错误；

医生利用B超探测人体内脏的位置，发现可能的病变，其原理是利用了波的反射，选项E错误。

6.（2018·

河北衡水金卷模拟）（多选）关于机械波、电磁波和相对论的下列说法正确的是（　　）

A.机械波和电磁波在介质中的传播速度仅由介质决定

B.假设火车以接近光速的速度通过站台，站台上的旅客观察到车上的乘客变矮了

C.简谐机械波传播时单位时间内经过介质中某点的完全波的个数就是这列波的频率

D.用光导纤维束传播图像信息利用了光的全反射

E.在真空中传播的两列电磁波，频率大的波长短

解析　机械波在介质中的传播速度由介质决定，与波的频率无关，电磁波在介质中的传播速度与介质和波的频率均有关，选项A错误；

火车以接近光速的速度通过站台时，站台上的旅客观察到车上的乘客变瘦了，而不是变矮，选项B错误；

简谐波的振动周期与传播周期相同，故单位时间内经过介质中某点的完全波的个数就是这列简谐波的频率，选项C正确；

光导纤维束是用全反射来传输图像信息的，选项D正确；

在真空中传播的两列电磁波，传播速度相同，由v＝

＝λf知，频率越大，波长越短，选项E正确。

7.（2018·

娄底一模）（多选）下列说法正确的是（　　）

A.图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a束光在水珠中传播的速度一定大于b束光在水珠中传播的速度

B.图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角i逐渐增大到某一值后不会再有光线从bb′面射出

C.图丙是双缝干涉示意图，若只减小屏到挡板间的距离L，两相邻亮条纹间距离将减小

D.图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的

E.图戊中的M、N是偏振片，P是光屏。

当M固定不动，缓慢转动N时，光屏P上的光亮度将会发生变化，此现象表明光波是横波

解析　甲图中a束光折射角大，折射率小，根据v＝

，a束光在水珠中的传播速度大，选项A正确；

乙图中，光束在aa′面的折射角等于在bb′面的入射角，只要入射角i<

90°

，bb′面的入射角就小于临界角，就不会发生全反射，选项B错误；

丙图中，根据Δx＝

λ，选项C正确，丁图中的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凹陷的，选项D错误；

有偏振现象的光波为横波，选项E正确。

8.在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1____Δx2（填“＞”、“＝”或“＜”）。

若实验中红光的波长为630nm，双缝与屏幕的距离为1.00m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm，则双缝之间的距离为________mm。

解析　双缝干涉条纹间距Δx＝

λ，红光波长长，所以红光的双缝干涉条纹间距较大，即Δx1＞Δx2.相邻条纹间距Δx＝

＝2.1mm＝2.1×

10－3m，根据Δx＝

λ可得d＝

＝0.3mm。

答案　＞　0.3

B级：

拔高练

9.（2018·

河北唐山联考）（多选）a、b两种单色光形成细光束从水中射向水面，形成两束折射光和一束反射光，如图2所示。

下列说法正确的是（　　）

A.a光的折射率大

B.a光在水中的传播速度大

C.保持入射点不变，顺时针方向旋转入射光，则b光先消失

D.保持入射点不变，逆时针方向旋转入射光，则反射光旋转的角速度大于入射光旋转的角速