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機械振動與機械波 光 電磁波與相對論,第 十三 章,第4講 光的波動性 電磁波 相對論,知識梳理自測,1．產(chǎn)生條件 兩列光的________相同，振動方向________，且具有恒定的相位差，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣。,光的干涉,頻率,相同,2．兩種典型的干涉 (1)楊氏雙縫干涉。 ①原理如圖所示。,②明、暗條紋的條件。 (Ⅰ)單色光：形成______________的條紋，中央為明條紋。 a．光的路程差Δr＝r2－r1＝________(k＝0,1,2，…)，光屏上出現(xiàn)明條紋。 b．光的路程差Δr＝r2－r1＝________(k＝0,1,2，…)，光屏上出現(xiàn)暗條紋。 (Ⅱ)白光：光屏上出現(xiàn)________條紋，且中央亮條紋是________(填寫顏色)。 ③相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距公式：Δx＝________。,明暗相間,Kλ,彩色,白色,(2)薄膜干涉。 ①相干光：光照射到透明薄膜上，從薄膜的兩個表面____________的兩列光波。 ②圖樣特點：同雙縫干涉，同一條亮(或暗)紋對應(yīng)薄膜的________相等。單色光照射薄膜時形成明暗相間的條紋，白光照射薄膜時，形成彩色條紋。,反射,厚度,1．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____________，甚至比光的波長________的時候，衍射現(xiàn)象才會明顯。,光的衍射,相差不多,還小,2．衍射條紋的特點：,(1)單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較。,明暗相間,越弱,越小,明暗相間,越弱,越小,越小,逐漸變暗,逐漸變窄,同心圓環(huán),(2)泊松亮斑(圓盤衍射)： 當(dāng)光照射到不透明的____________________上時，在圓盤的陰影中心出現(xiàn)________(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán))。,半徑很小的小圓盤,亮斑,1．偏振現(xiàn)象 橫波只沿某一____________振動，稱為波的偏振現(xiàn)象。 2．自然光 若光源發(fā)出的光，包含著在垂直于光傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿各個方向振動的光波的________都相同，這種光叫自然光。,光的偏振,特定方向,強度,3．偏振光 在垂直于光傳播方向的平面上，只沿一個_________振動的光，叫偏振光。 例如：自然光通過偏振片后，就得到了偏振光。見示意圖。,特定方向,1．電磁波的產(chǎn)生 (1)麥克斯韋電磁場理論 變化的磁場產(chǎn)生________，變化的電場產(chǎn)生________。 (2)電磁場 變化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系成為一個完整的整體，這就是電磁場。,電磁波與相對論,電場,磁場,(3)電磁波 電磁場(電磁能量)由近及遠地向周圍傳播形成電磁波。 ①電磁波是橫波，在空間傳播________介質(zhì)； ②真空中電磁波的速度為___________m/s； ③v＝λf對電磁波______________。 ④電磁波能產(chǎn)生反射、折射、________和衍射等現(xiàn)象。,不需要,3.0×108,同樣適用,干涉,2．電磁波的發(fā)射和接收 (1)發(fā)射電磁波的條件 ①要有足夠高的____________。 ②電路必須________，使振蕩電路的電場和磁場分散到盡可能大的空間。 (2)調(diào)制有________和調(diào)頻兩種方式，解調(diào)是調(diào)制的逆過程。 (3)電磁波譜 ①定義：按電磁波的波長從長到短分布是___________、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線，形成電磁波譜；遞變規(guī)律：直線傳播能力增強，衍射能力減弱。,振蕩頻率,開放,調(diào)幅,無線電波,②電磁波譜的特性、應(yīng)用,熱效應(yīng),熒光效應(yīng),3．狹義相對論 (1)狹義相對論的兩個基本假設(shè) ①狹義相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是________的。 ②光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是________的，光速與光源、觀測者間的相對運動沒有關(guān)系。,相同,相同,(2)相對論的質(zhì)速關(guān)系 ①物體的質(zhì)量隨物體速度的增加而增大，物體以速度v運動時的質(zhì)量m與靜止時的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系：m＝____________。 ②物體運動時的質(zhì)量m總要________靜止時的質(zhì)量m0。 4．相對論質(zhì)能關(guān)系 用m表示物體的質(zhì)量，E表示它具有的能量，則愛因斯坦質(zhì)能方程為：E＝________。,大于,mc2,思維診斷： (1)光的顏色取決于折射率。( ) (2)只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉。( ) (3)在雙縫干涉實驗中，雙縫的作用是使白光變成單色光。( ) (4)陽光下茂密的樹蔭中地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的。( ) (5)自然光是偏振光。( ) (6)電場周圍一定存在磁場，磁場周圍一定存在電場。( ) (7)無線電波不能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象。( ) (8)波長不同的電磁波在本質(zhì)上完全不同。( ) (9)真空中的光速在不同慣性參考系中是不同的。( ),×,√,×,×,×,×,×,×,×,[解析] 干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象，A正確；障礙物尺寸比波長小或與波長差不多才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，B錯誤；兩列頻率相同的波疊加才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，C錯誤，D正確。,AD,[解析] 波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是：孔、縫的寬度或障礙物的尺寸與波長相比差不多或比波長更短。由于無線電波的波長比較大，和樓房的線度相近，遠大于光波的波長，故無線電波相對于建筑墻體可以發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，而光波相對于建筑墻體無法發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，故只有D正確。,D,AD,BDE,核心考點突破,1．雙縫干涉與單縫衍射的比較：,光的干涉、衍射及偏振,2．自然光和偏振光的比較：,特別提醒：(1)從本質(zhì)上講，衍射條紋的形成與干涉條紋的形成具有相似的原理，衍射條紋可以認為從單縫通過多列頻率相同的光波在屏上疊加形成的干涉圖樣。 (2)在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是明顯與不明顯的差別，衍射現(xiàn)象說明只有在光的波長比障礙物小得多時才可看作沿直線傳播。,A,[解析] 干涉圖樣條紋間的距離都是相等的，衍射圖樣最中間的條紋最粗，向兩旁依次變細，故A、C是干涉圖樣，B、D是衍射圖樣；又由于藍光波長較紅光短，所以藍光形成的干涉圖樣條紋間的距離較小，所以A是藍光形成的干涉圖樣。,,〔類題演練 1 〕,ABD,[解析] 太陽光包含垂直傳播方向向各個方向振動的光，當(dāng)太陽光照射P時能在P的另一側(cè)觀察到偏振光，故A正確；沿豎直方向振動的光能通過偏振片，故B正確；沿水平方向振動的光不能通過偏振片，因為它們已經(jīng)相互垂直，故C錯誤；沿與豎直方向成45°角振動的光也能通過偏振片，故D正確。,〔類題演練 2 〕,BCE,(1)已知A光在空氣中的波長為6×10－7m，問P點是亮條紋還是暗條紋？ (2)已知B光在某種介質(zhì)中波長為3.15×10－7m，當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時，臨界角為37°，問P點是亮條紋還是暗條紋？,〔類題演練 3 〕,(3)若讓A光照射S1，B光照射S2，試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象。 (4)設(shè)光屏上O為到S1和S2路程相等的點，則B光在PO間有幾條暗紋？,答案：(1)暗條紋 (2)亮條紋 (3)見解析 (4)4條,實驗：用雙縫干涉測光的波長,3．實驗步驟： (1)安裝儀器： ①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。 ②接好光源，打開開關(guān)，使白熾燈正常發(fā)光。調(diào)節(jié)各部件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達光屏。 ③安裝單縫和雙縫，中心位于遮光筒的軸線上，使雙縫和單縫的縫平行。,4．注意事項： (1)調(diào)節(jié)雙縫干涉儀時，要注意調(diào)節(jié)光源的高度，使它發(fā)出的一束光能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮。 (2)放置單縫和雙縫時，縫要相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上。 (3)調(diào)節(jié)測量頭時，應(yīng)使分劃板中心刻線和條紋的中心對齊，記清此時手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線和另一條紋的中心對齊，記下此時手輪上的讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差就表示這兩個條紋間的距離。 (4)不要直接測Δx，要測幾個條紋的間距，計算得Δx，這樣可以減小誤差。 (5)白光的干涉觀察到的是彩色條紋，其中白色在中央，紅色在最外邊。,特別提醒：(1)實驗中濾光片的作用是獲得單色光，要測量某種單色光的波長，實驗中必須使用濾光片。 (2)單縫相當(dāng)于一個單色光光源，雙縫相當(dāng)于兩個步調(diào)完全一致的單色相干光源。,(1)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)元件的字母排列順序應(yīng)為C、_______、______、_______、A。,E,D,B,(2)本實驗的步驟有： ①取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光簡軸線把屏照亮； ②按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上； ③用米尺測量雙縫到屏的距離； ④用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮紋間的距離。在操作步驟②時還應(yīng)注意_______________________________________________________ _____________________________________。,單縫與雙縫必須平行，其間距為5～10cm，保證光源、濾光片、 單縫、雙縫和光屏的中心在同一軸線上,(3)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時手輪上的示數(shù)如圖甲所示。然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，記下此時圖乙中手輪上的示數(shù)為________mm，求得相鄰亮紋的間距Δx為________mm。,13.870,2.310,(4)已知雙縫間距d為2.0×10－4m，測得雙縫到屏的距離l為0.700m，由計算式λ＝________，求得所測紅光波長為__________nm。 [解析] (1)濾光片E是從白光中選出單色紅光，單縫屏是獲取線光源，雙縫屏是獲得相干光源，最后成像在毛玻璃屏上，所以排列順序為C、E、D、B、A。(順序不能交換) (2)在操作步驟②時應(yīng)注意的事項有：放置單縫、雙縫時，單縫、雙縫間距離大約為5～10cm；使單縫與雙縫相互平行。,6.6×102,〔類題演練 4 〕,(1)保持縫到光屏的距離不變，換用不同間隙的雙縫，雙縫的間隙越小，屏上明暗相間的條紋間距________(填“越大”或“越小”)； (2)保持雙縫的間隙不變，光屏到縫的距離越大，屏上明暗相間的條紋間距________(填“越大”或“越小”)； (3)在雙縫的間隙和雙縫與屏的距離都不變的條件下，用不同顏色的光做實驗，發(fā)現(xiàn)用藍色光做實驗在屏上明暗相間的條紋間距比用紅色光做實驗時_____ (填“大”或“小”)； (4)實驗觀察到光屏上呈現(xiàn)明暗相間的條紋，試運用波動理論對明紋的形成予以解釋。 答：_____________________________________________________________ ___________________________________________________________。,越大,越大,小,同一色光透過雙縫的光形成相干光源，在光屏相遇，有的區(qū)域光振 動加強，有的區(qū)域光振動減弱，光振動加強區(qū)域呈現(xiàn)明紋,對電磁波譜的四點說明 (1)波長不同的電磁波，表現(xiàn)出不同的特性。其中波長較長的無線電波和紅外線等，易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象；波長較短的紫外線、X射線、γ射線等，穿透能力較強。 (2)電磁波譜中，相鄰兩波段的電磁波的波長并沒有很明顯的界線，如紫外線和X射線、X射線和γ射線都有重疊。 (3)不同的電磁波，產(chǎn)生的機理不同，無線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運動產(chǎn)生的；紅外線、可見光、紫外線是原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；X射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；γ射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的。 (4)電磁波的能量隨頻率的增大而增大。,電磁波與相對論,(1)X光機，________。 (2)紫外線燈，________。 (3)理療醫(yī)用“神燈”照射傷口，可使傷口愈合得較好。這里的“神燈”是利用________。 A．光的全反射 B．紫外線具有很強的熒光作用 C．紫外線具有殺菌消毒作用 D．X射線的很強的貫穿力 E．紅外線具有顯著的熱效應(yīng) F．紅外線波長較長，易發(fā)生衍射,D,C,E,[解析] (1)X光機是用來透視人的體內(nèi)器官的，因此需要具有較強穿透力的電磁波，但又不能對人體造成太大的傷害，因此采用了穿透能力比較強又不會給人體造成太大的傷害的X射線，選擇D。 (2)紫外線燈主要是用來殺菌的，因此它應(yīng)用的是紫外線的殺菌作用而非熒光作用，因此選擇C。 (3)“神燈”又稱紅外線燈，主要是用于促進局部血液循環(huán)，它利用的是紅外線的熱效應(yīng)，使人體局部受熱，血液循環(huán)加快。因此選擇E。,A．內(nèi)窺鏡是利用光的全反射原理制成的一種醫(yī)療設(shè)備 B．雷達是利用電磁波中的長波來測定物體位置的無線電設(shè)備 C．肥皂泡在陽光下呈現(xiàn)彩色是光的折射現(xiàn)象 D．微波爐是利用微波使食物中的水分子熱運動加劇，溫度升高,〔類題演練 5 〕,AD,[解析] 光線在內(nèi)窺鏡中發(fā)生全反射，故內(nèi)窺鏡是利用光的全反射原理制成的一種醫(yī)療設(shè)備，故A正確；雷達是利用電磁波中的微波來測定物體位置的，故B錯誤；肥皂泡在陽光下呈現(xiàn)彩色是光的干涉現(xiàn)象，故C錯誤；微波爐是利用微波使水分子熱運動加劇，溫度升高，故D正確。,〔類題演練 6 〕,ABD,