第4课时光的波动性 电磁波和相对论.docx

1、第4课时光的波动性 电磁波和相对论第4课时光的波动性电磁波和相对论考点考级命题点考查频率光的干涉现象()命题点1：光的干涉现象及判断命题点2：双缝干涉命题点3：薄膜干涉命题点4：双缝干涉明暗条纹的判断及计算2017课标卷，34(1) 2015课标卷，34(1)光的衍射和偏振现象()命题点1：衍射产生的条件命题点2：衍射的应用命题点3：干涉、衍射两种图样的区分命题点4：光的偏振现象的理解及应用电磁波与相对论()命题点1：对电磁场理论的理解命题点2：电磁波谱命题点3：狭义相对论的理解及应用2016课标卷，34(1) 2017江苏卷，12B(1)用双缝干涉测量光的波长()命题点1：实验原理与操作命题

2、点2：仪器读数与数据处理2015课标卷，34(1)考点一光的干涉现象(高频84)1产生条件两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样2杨氏双缝干涉(1)原理如图所示(2)亮、暗条纹的条件单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹.a光的路程差rr2r1k(k0,1,2，)，光屏上出现亮条纹b光的路程差rr2r1(2k1)(k0,1,2，)，光屏上出现暗条纹.白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(填写颜色)(3)条纹间距公式：x.3薄膜干涉(1)相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波(2)图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)条纹对应的薄

3、膜的厚度相等.单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时形成彩色条纹命题点1光的干涉现象及判断1下列四种现象中与光的干涉有关的是()A雨后空中出现彩虹B肥皂泡的表面呈现彩色C一束白光通过三棱镜后形成彩色光带D一束白光通过很窄的单缝后在光屏上形成彩色光带【解析】雨后空中出现彩虹是太阳光经过悬浮在空气中的小液滴时发生色散而形成的，也就是七种单色光的折射率不同，造成偏转程度不同而分成七种单色光，不是干涉，选项A错肥皂泡的表面呈现彩色是由于白光在肥皂泡的前后表面的反射光相互叠加而干涉形成的，由于不同单色光波长不同，所以发生叠加后加强减弱的位置也不同，所以形成彩色条纹，选项B对一束白光通过三棱镜

4、后发生折射，由于折射率不同而发生色散形成彩色光带，选项C错一束白光通过很窄的单缝后在光屏上形成彩色光带，属于光的衍射而不是干涉，选项D错【答案】B命题点2双缝干涉2(2017课标卷，34(1)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】在双缝干涉实验中相邻亮条纹的间距x，因此要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距可减小双缝间的距离，增大屏幕与双缝的距离，换用波长更长或频率更小的光做光源故选A、C、D.【答案】AC

5、D3.(2014江苏卷，12B(1)某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如(甲)图所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如(乙) 图所示他改变的实验条件可能是_.A减小光源到单缝的距离B减小双缝之间的距离C减小双缝到光屏之间的距离D换用频率更高的单色光源【解析】改变条件后亮条纹之间的间距变大，由公式x可知，要使x增大，可增大双缝到光屏之间的距离l，C错误；减小双缝之间的距离d，B对；换用波长更长，即频率更低的单色光，D错；改变光源到单缝的距离不会改变x，A错【答案】B命题点3薄膜干涉4劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夹入两张纸

6、片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻亮条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定现若在图甲的装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹()A变疏 B变密C不变 D消失【解析】如图所示，若抽去一张纸片，则三角截面空气层的倾角变小，则干涉条纹变疏，A正确【答案】A命题点4双缝干涉明暗条纹的判断及计算5.如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2距离之差为2.1106 m，今分别用A

7、、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？(1)已知A光在折射率为n1.5的介质中波长为4107 m；(2)已知B光在某种介质中波长为3.15107 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37(sin 370.6，cos 370.8)；(3)若用A光照射时，把其中一条缝遮住，试分析光屏上能观察到的现象【解析】(1)设A光在空气中波长为1，在介质中波长为2，由n得1n21.54107 m6107 m根据路程差x2.1106 m所以N13.5由此可知，从S1和S2到P点的路程差x是波长1的3.5倍，所以P点为暗条纹(2)根据临界角与折射率的关系sin C得n由此可知，B光在

8、空气中波长3为3n介3.15107 m5.25107 m所以N24可见，用B光做光源，P点为亮条纹(3)光屏上仍出现明暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两边条纹变窄变暗【答案】(1)暗条纹(2)亮条纹(3)见解析考点二光的衍射和偏振现象一、光的衍射1发生明显衍射的条件只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小时，衍射现象才会明显2衍射条纹的特点(1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较.单缝衍射圆孔衍射单色光中央为亮且宽的条纹，两侧为明暗相间的条纹，且越靠外，亮条纹的亮度越弱，宽度越小中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小. 亮环或

9、暗环间的距离随圆孔半径的增大而减小白光中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度逐渐变暗、宽度逐渐变窄的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光，离中央最远的是红光中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色的同心圆环(2)泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到不透明(选填“透明”或“不透明”)的半径很小的小圆盘上时，在圆盘的阴影中心出现亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)二、光的偏振现象1偏振：光波只沿某个特定方向的振动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一切方向振动的光，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：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方

10、向振动的光光的偏振证明光是横波.自然光通过偏振片后，就得到了偏振光【温馨提示】单缝衍射与双缝干涉的比较两种现象比较项目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，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹命题点1衍射产生的条件6让太阳光垂直照射一块遮光板，板上有一个可以自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时，在孔后的屏上将先后出现()A由大变小的三角形光斑，直至光斑消失B由大变小的三角形光斑、明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失C由大变

11、小的三角形光斑，明暗相间的条纹，直至黑白色条纹消失D由大变小的三角形光斑、圆形光斑、明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失【解析】当孔足够大时，由于光的直线传播，所以屏上首先出现的是三角形光斑，之后随着孔的继续缩小，出现小孔成像，成的是太阳的像，故为小圆形光斑，随着孔的进一步缩小，当尺寸与光波波长相当时，出现明暗相间的衍射条纹，最后随孔的闭合而全部消失，所以只有D正确【答案】D命题点2衍射的应用7抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列叙述中正确的是() A这里应

12、用的是光的衍射现象B这里应用的是光的干涉现象C如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗D如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细【解析】由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以是光的衍射现象，当抽制的丝变细的时候，丝的直径较接近激光的波长，条纹间距就大，A、D对【答案】AD命题点3干涉、衍射两种图样的区分8如图所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是()A红黄蓝紫 B红紫蓝黄C蓝紫红黄 D蓝黄红紫【解析】双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹

13、最宽、最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹双缝干涉条纹的宽度(即相邻亮、暗条纹间距)x，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即1、3分别对应于红光和蓝光而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，2、4分别对应于紫光和黄光综上所述，1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，B正确【答案】B命题点4光的偏振现象的理解及应用9奶粉中碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右

14、旋转一个角度，这一角度称为“旋光度”，的值只与糖溶液的浓度有关，将的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间(1)偏振片A的作用是_(2)偏振现象证明了光是一种_.(3)以下说法中正确的是()A到达O处光的强度会明显减弱B到达O处光的强度不会明显减弱C将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片B转过的角度等于D将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片A转过的角度等于【解析】(1)自然光源发出的光不是偏振光，但当自然光经过偏振片后就变成了偏振光，因此偏振片A的作用是把自然光

15、变成偏振光(2)偏振现象证明了光是一种横波(3)因为A、B的透振方向一致，故A、B间不放糖溶液时，自然光通过偏振片A后变成偏振光，通过B后到O.当在A、B间加上糖溶液时，由于糖溶液的旋光作用，使通过A的偏振光的振动方向转动了一定角度，使通过B到达O的光的强度不是最大，但当B转过了一个角度，恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光的振动方向一致时，O处光强又为最强，故B的旋转角度即为糖溶液的旋光度若偏振片B不动而将A旋转一个角度，再经糖溶液旋光后光的振动方向恰与B的透振方向一致，则A转过的角度也为，故选项A、C、D正确【答案】(1)把自然光变成偏振光(2)横波(3)ACD考点三电磁波与相对论(高频8

16、5)1. 2. 3电磁波谱分析及应用命题点1对电磁场理论的理解10(2016课标卷，34(1)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】电磁波在真空中的传播速度等于光速，与电磁波的频率无关，选项A正确；根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电磁场产生变化的磁电场，选项B正确；电磁波是横波，三者两两垂直，选项C正

17、确；电磁波也可以通过全反射在光缆中传输，选项D错误；波源停止振动，波会继续传输，直到能量为零，选项E错误【答案】ABC11(2016北京卷，14)下列说法正确的是()A电磁波在真空中以光速c传播B在空气中传播的声波是横波C声波只能在空气中传播D光需要介质才能传播【解析】电磁波可以在真空中传播，且传播速度为光速c，A项对；声波为纵波，可以在固、液、气介质中传播，B、C项错误；光可以在真空中传播，因此光不需要介质也能传播，D项错误【答案】A命题点2电磁波谱12(2016上海卷，3)各种不同频率范围的电磁波按频率由大到小的排列顺序为()A射线、紫外线、可见光、红外线B射线、红外线、紫外线、可见光C紫

18、外线、可见光、红外线、射线D红外线、可见光、紫外线、射线【解析】在电磁波谱中，各种电磁波按照频率从小到大的排列顺序是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线，所以选项A正确【答案】A命题点3狭义相对论的理解及应用13(2017江苏卷，12B(1)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有_.A飞船上的人观测到飞船上的钟较快B飞船上的人观测到飞船上的钟较慢C地球上的人观测到地球上的钟较快D地球上的人观测到地球上的钟较慢【解析】飞船上的人观察钟表时，是以飞船为参考系，看到地球上的钟表在高速运动，观察到地球上的钟慢，飞船上的钟快，选

19、项A正确、B错误；同理地球上的人是以地球为参考系，观察结果是地球上的钟快，飞船上的钟慢，选项C正确、D错误【答案】AC考点四用双缝干涉测量光的波长(高频86)一、实验目的1理解双缝干涉实验原理2观察双缝干涉图样，掌握实验方法3测定单色光的波长二、实验原理相邻两条亮条纹间距x与入射光波长，双缝S1、S2间距d及双缝与屏的距离l满足关系式为：x.三、实验器材双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺实验原理图四、实验步骤1安装仪器(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上(2)接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光调节各部件的高度，使光源灯丝

20、发出的光能沿轴线到达光屏(3)安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝平行2观察与记录(1)调整单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光的干涉条纹(2)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹(3)调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数a2，则相邻两条纹间的距离x.(4)换用不同的滤光片，测量其他色光的波长五、数据处理用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式x得x计算波长，重复测量、计算，求出波长的平均值命题点1实验原理与操作14现有毛玻璃屏

21、A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左到右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、_、_、_、A.(2)本实验的步骤有：取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮；按合理的顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；用刻度尺测量双缝到屏的距离；用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离在操作步骤时还应注意_、_和_.【解析】(1)滤光片E可以从白光中选出单色红光，单缝D是获取线光源，双缝

22、B是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上所以排列顺序为：C、E、D、B、A.(2)在操作步骤时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间的距离要适当；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上【答案】(1)EDB(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行单缝、双缝间的距离要适当要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上命题点2仪器读数与数据处理15(2015课标卷，34(1)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x1与绿光的干涉条纹间距x2相比，x1_x2(填“”、“”或“”)若实验中红光的波长为6

23、30 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为_ mm.【解析】双缝干涉条纹间距x，红光波长长，所以红光的双缝干涉条纹间距较大，即x1x2.相邻条纹间距x2.1 mm2.1103 m，根据x可得d0.300 mm.【答案】0.30016某实验小组利用如图甲所示的双缝干涉装置测量红光的波长(1)按照实验装置，转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮纹，手轮的读数如图乙所示继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮纹，手轮的读数如图丙所示，则相邻条纹的间距是_ mm.(2)如果已经量得双缝的间距是0.30 mm、双缝和光

24、屏之间的距离是900 mm，则待测光的波长是_m(取三位有效数字)【解析】(1)由螺旋测微器的读数规则得图乙读数a10.045 mm，图丙读数a1014.535 mm，相邻条纹的间距是x1.610 mm.(2)由x得5.37107 m.【答案】(1)1.610(2)5.37107高考真题1(2015课标卷，34(1)如图，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为，经折射后射出a、b两束光线则()A在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度B在真空中，a光的波长小于b光的波长C玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射光线a首先消失E

25、分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距【解析】由题图可知，a光的折射角大于b光的折射角，根据折射定律可以判断出玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率，故C错误；根据n可知，在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度，故A正确；a光的频率大于b光的频率，根据可知，在真空中a光的波长小于b光的波长，故B正确；若改变光束的入射方向使角逐渐变大，因为a光的折射率大，则折射光线a首先消失，故D正确；a光的波长小于b光的波长，分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距，故E错误【答案】ABD2(2016上海卷，

26、9)在双缝干涉实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，则()A中间条纹间距较两侧更宽B不同色光形成的条纹完全重合C双缝间距离越大条纹间距离也越大D遮住一条缝后屏上仍有明暗相间的条纹【解析】据干涉图样的特征可知，干涉条纹特征是等间距、彼此平行，故选项A错误；不同色光干涉条纹分布位置不相同，因此选项B错误；据公式x可知，双缝间距d越大，干涉条纹距离越小，故选项C错误；遮住一条缝后，变成了单缝衍射，光的衍射也有衍射条纹，故选项D正确【答案】D3(2016江苏卷，12B(1)一艘太空飞船静止时的长度为30 m，它以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是_.A飞船上的观测者测得该飞

27、船的长度小于30 mB地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 mC飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于cD地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c【解析】飞船上的观测者相对飞船静止，测得飞船的长度为飞船静止时的长度l030 m，选项A错误；地球上的观测者与飞船有相对运动，测得飞船的长度ll0l0，故应小于30 m，选项B正确；狭义相对论的一个基本假设是光速不变原理，即飞船上和地球上的观测者测得的光信号速度都等于c，选项C、D错误【答案】B名校模拟4.(2018宜宾二诊)如图所示，光源S从水面下向空气斜射一束复色光，在A点分成a、b两束，则下列说法正确的是() A在水中a光折射率大

28、于b光B在水中a光的速度大于b光Ca、b光由水中射向空气发生全反射时，a光的临界角较小D分别用a、b光在同一装置上做双缝干涉实验，a光产生的干涉条纹间距小于b光【解析】由题意可知，两光束的入射角i相同，折射角rarb，根据折射定律可知，折射率nanb，故A错误；由公式v，分析得知，在水中a光的速度比b光的速度大，故B正确；a光的折射率小，根据临界角公式sin C，可知a光的临界角较大，故C错误；折射角rarb，频率fab，根据公式x，则知a光的干涉条纹间距大于b光的，故D错误【答案】B5(2018江西赣中南五校高三第一次联考)用相对论的观点判断，下列说法正确的是()A时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度不会改变B在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的C在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变短，