(新课标)河南省2015高考物理总复习讲义 第12章 第4讲 光的波动性 电磁波 相对论.doc
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1、第4讲光的波动性电磁波相对论知识一光的干涉1条件两列光的频率相同,相位和振动情况都完全相同的光相遇2典型的干涉实验(1)双缝干涉产生明暗条纹的条件:双缝处光振动情况完全相同,光屏上某点与两个狭缝的路程差是光波波长的整数倍(即半波长的偶数倍)处出现亮条纹,与两个狭缝的路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹条纹的特点:相邻亮条纹(或暗条纹)的间距相等,且x,其中为波长,d为双缝间距,l为缝到屏的距离实验装置不变的条件下,红光干涉条纹的间距最大,紫光的干涉条纹间距最小;若换用白光,在屏上得到彩色条纹、且中央为白色(2)薄膜干涉薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂膜)前后两表面的反射光波相遇而形成的干涉图样特点:同
2、一条亮(或暗)条纹对应薄膜厚度相等单色光在肥皂膜上(上薄下厚)形成水平状的明暗相间的条纹,白光入射时形成彩色条纹知识二光的衍射和光的偏振1光发生明显衍射的条件当障碍物的尺寸可以跟光的波长相比,甚至比光的波长还小的时候,衍射现象才会明显2衍射条纹的特点单色光的衍射图样为中间宽且亮的单色条纹,两侧是明暗相间的条纹,条纹宽度比中央窄且暗;白光的衍射图样为中间宽且亮的白色条纹,两侧是渐窄且暗的彩色条纹3自然光和偏振光(1)自然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,这种光叫自然光如由太阳、电灯等普通光源发出的光(2)偏振光在垂直于传播方向的平面上,只沿着一
3、个特定的方向振动的光如自然光经偏振片作用后的光知识三电磁波的特点和狭义相对论1电磁波的特点(1)电磁波是横波,电场强度E和磁感应强度B的方向都与传播方向垂直(2)电磁波传播时不需要任何介质,在真空中传播的速度最大,c3108 m/s.(3)电磁波本身是一种物质,它具有能量(4)具有波的特征,能产生反射、折射、衍射、干涉等现象2相对论的简单知识(1)狭义相对论的基本假设狭义相对性原理: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(2)时间和空间的相对性时间间隔的相对性:t.长度的相对性:ll0.(3)相对论速度变换公式:u.(4)相对论质量
4、:m.(5)质能方程:Emc2.(1)机械波的传播需要介质,而电磁波传播不需要介质,可以在真空中传播(2)机械波在液体和固体中的速度比空气中大,而电磁波在液体和固体中的传播速度比空气中的小考点一光的干涉条纹的形成分析一、杨氏双缝干涉1原理如图1241所示图12412明、暗条纹的条件(1)单色光光的路程差r2r1k(k0,1,2),光屏上出现明条纹光的路程差r2r1(2k1)(k0,1,2),光屏上出现暗条纹(2)白光:光屏上出现彩色条纹3条纹间距公式:x.二、薄膜干涉1薄膜特点:如图1242所示,由于重力作用,皂膜上薄下厚图12422相干光线:薄膜前表面AA和后表面BB的反射光线叠加3亮纹条件
5、:在P1、P2处,薄膜厚度的2倍为前后表面反射光的光程差,当光程差等于波长整数倍时,形成亮条纹4暗纹条件:在Q处,光程差等于半波长的奇数倍时,形成暗条纹(多选)(2012大纲版全国高考)在双缝干涉实验中,某同学用黄光作为入射光为了增大干涉条纹的间距,该同学可以采用的方法有()A改用红光作为入射光B改用蓝光作为入射光C增大双缝到屏的距离D增大双缝之间的距离【解析】根据x,要增大条纹间距x,将L、增大或将d减小均可以,红光比黄光波长大,故A选项正确;而蓝光比黄光波长小,故B选项错误;增大双缝到屏的距离L,则x增大,故C选项正确;增大双缝间距d,则x变小,故D选项错误【答案】AC考点二单缝衍射与双缝
6、干涉的比较一、不同点1条纹宽度:单缝衍射条纹宽度不等,中央最宽双缝干涉条纹宽度相等2条纹间距:单缝衍射各相邻条纹间距不等双缝干涉各相邻条纹等间距3亮度情况:单缝衍射中央条纹最亮,两边变暗双缝干涉条纹清晰,亮度基本相等二、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1个示范例(2013大纲版全国卷)下列现象中,属于光的衍射的是()A雨后天空出现彩虹B通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹C海市蜃楼现象D日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹【解析】出现彩虹是大气对光的散射造成的;海市蜃楼是光的折射与全反射现象造成的;肥皂膜上的彩色条纹是薄膜干涉的结果;通过狭缝观察日光灯看到彩色条纹是光的
7、衍射现象,选项B正确【答案】B1个预测例如图1243所示,a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样分析各图样的特点可以得出的正确结论是()图1243Aa、b是光的干涉图样Bc、d是光的干涉图样C形成a图样的光的波长比形成b图样光的波长短D形成c图样的光的波长比形成d图样光的波长短【解析】干涉条纹是等距离的条纹,因此,a、b图是干涉图样,c、d图是衍射图样,故A项正确,B项错误;由公式x可知,条纹宽的入射光的波长长,所以a图样的光的波长比b图样的光的波长长,故C项错误;c图样的光的波长比d图样的光的波长长,故D项错误【答案】A考点三实验:用双缝干涉测光的波长一、实验装置(如
8、图1244所示)图1244二、实验方法1根据公式x得x.2用刻度尺测出双缝到光屏的距离l,用测量头调节清晰的干涉条纹,测出n个亮纹间的距离a,则x.双缝间距d是已知的,这样就可以计算出波长.三、实验步骤1将光源、单缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安装在光具座上;2接好光源,打开开关,使灯丝正常发光;3调节各器材的高度,使光源灯丝发出的一束光,能沿轴线到达光屏;4安装双缝,使双缝与单缝的缝平行,二者间距约5 cm10 cm,观察白光的干涉条纹;5在单缝和双缝间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹,安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹;6使分划板中心刻线对齐某明(或暗)条纹的中央,记下手轮上的读数a1,转动
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