物理第十三章 光學(xué) 電磁波 33 光的波動性 電磁波

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1、第第3333講光的波動性電磁波講光的波動性電磁波-3-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升光的干涉、衍射與偏振1.光的干涉(1)干涉條件:兩列光的相同,相位差恒定,振動方向一致。(2)雙縫干涉圖樣:明暗相間、間距的條紋,中央為條紋。頻率相等亮-4-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升(3)雙縫干涉圖樣分析對于兩個頻率、相位和振動方向都相同的光源,光屏上出現(xiàn)亮條紋(或暗條紋)的條件。亮條紋:光的路程差r=r2-r1=;暗條紋:光的路程差r=r2-r1=;相鄰的亮條紋(或暗條紋)的間距:。k(k=0,1,2,)-5-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升(4)應(yīng)用

2、雙縫干涉測波長。薄膜干涉檢查表面的平整程度:如果被檢表面是平的,產(chǎn)生的干涉條紋就;如果干涉條紋發(fā)生,則表示被檢測表面微有凸起或凹下,從彎曲的程度就可以了解被測表面的平整情況。增透膜:在透鏡或棱鏡的表面上涂上一層薄膜(一般用氟化鎂),當(dāng)薄膜的厚度適當(dāng)時,光在薄膜的兩個表面上反射路程差恰好等于波長,因而互相抵消,這就大大減小了光的反射損失,增強了透射光的強度,這種薄膜叫增透膜。平行彎曲半個-6-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升2.光的衍射(1)光的衍射現(xiàn)象是的現(xiàn)象。(2)各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生。(3)產(chǎn)生明顯衍射的條件: 。3.光的偏振(1)自然光:在與光波傳播方向垂直的

3、平面內(nèi)有沿方向振動強度都的光。如太陽、日光燈等普通光源發(fā)出的光。(2)偏振光:在與光波傳播方向垂直的平面內(nèi)只有沿著_振動的光。如自然光經(jīng)偏振片作用后的光,稱為偏振光。只有_波才有偏振現(xiàn)象。(3)獲得偏振光的方法:讓自然光通過;讓自然光在介質(zhì)表面入射,反射光和折射光都是偏振光。(4)應(yīng)用:利用偏振片攝影、觀看立體電影、消除車燈眩光等。光離開直線路徑而繞到障礙物陰影里衍射障礙物或孔的尺寸跟光的波長相差不多或比光的波長小各個相同某一個特定方向橫偏振片-7-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升4.激光(1)激光是人工產(chǎn)生的相干光。是頻率相同,相位差恒定,偏振方向一致的光。(2)激光的平行度

4、好。即激光的光束高度平行,這樣激光的能量就不容易發(fā)散,激光在傳播很遠(yuǎn)距離后仍能保持一定的強度。激光的亮度高,通過人工調(diào)制的激光可在瞬間集中能量發(fā)射在很小的區(qū)域內(nèi),可以有很大的能量和摧毀力。-8-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升1.如圖所示的4種明暗相間的條紋分別是紅光、藍(lán)光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮條紋)。在下面的4幅圖中從左往右排列,亮條紋的顏色依次是() A.紅黃藍(lán)紫B.紅紫藍(lán)黃C.藍(lán)紫紅黃 D.藍(lán)黃紅紫B-9-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升解析:雙縫干涉條紋是等間距的,而單縫衍射

5、條紋除中央亮條紋最寬、最亮之外,兩側(cè)條紋亮度、寬度都逐漸減小,因此1、3為雙縫干涉條紋,2、4為單縫衍射條紋。雙縫干涉條紋的寬度(即相鄰亮、暗條紋間距)紅光波長比藍(lán)光波長長,則紅光干涉條紋間距大于藍(lán)光干涉條紋間距,即1、3分別對應(yīng)于紅光和藍(lán)光。而在單縫衍射中,當(dāng)單縫寬度一定時,波長越長,衍射越明顯,即中央條紋越寬越亮,2、4分別對應(yīng)于紫光和黃光。綜上所述,1、2、3、4四個圖中亮條紋的顏色依次是紅、紫、藍(lán)、黃,B正確。-10-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升2.(2017年4月浙江選考)(多選)圖中給出了用雙縫干涉測量光的波長實驗示意圖,雙縫S1和S2間距為0.80mm,雙縫到

6、屏的距離為0.80m。波長為500nm的單色平行光垂直入射到雙縫S1和S2上,在屏上形成干涉條紋。中心軸線OO上方第1條亮紋中心位置在P1處,第3條亮紋中心位置在P2處。現(xiàn)有1號、2號蟲子分別從S1和S2出發(fā)以相同速度沿垂直屏方向飛行,1號蟲子到達屏后,沿屏直線爬行到P1,2號蟲子到達屏后,沿屏直線爬行到P2。假定兩只蟲子爬行速率均為10-3m/s。下列說法正確的是()A.1號蟲子運動路程比2號短B.兩只蟲子運動的時間差為0.2sC.兩只蟲子運動的時間差為1.0sD.已知條件不夠,兩只蟲子運動時間差無法計算AB-11-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升解析:根據(jù)雙縫干涉相鄰亮紋間

7、距公式得出相鄰亮條紋間距為0.5mm,則得出P1P2在屏幕上的坐標(biāo)分別為0.5mm,1.5mm,那么1號蟲子從S1到P1的路程為800.9mm,2號蟲子從S2到P2的路程為801.1mm,故A正確;已知路程差為0.2mm可以得出時間差為0.2s,故B正確,C、D錯誤。-12-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升1.衍射與干涉的比較-13-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升2.三種衍射圖樣的比較下圖是光經(jīng)狹縫、小孔、小圓屏產(chǎn)生的衍射圖樣的照片。由圖可知,(1)光經(jīng)過不同形狀的障礙物產(chǎn)生的衍射圖樣的形狀是不同的;(2)衍射條紋的間距不等;(3)仔細(xì)比較乙圖和丙圖可以發(fā)現(xiàn)小

8、孔衍射圖樣和小圓屏衍射圖樣的區(qū)別:小圓屏衍射圖樣的中央有個亮斑“泊松亮斑”;小圓屏衍射圖樣中亮環(huán)或暗環(huán)的間距隨著半徑的增大而減小,而圓孔衍射圖樣中亮環(huán)或暗環(huán)的間距隨半徑的增大而增大;乙圖背景是黑暗的,丙圖背景是明亮的。-14-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升3.并不是僅當(dāng)光的振動方向與偏振片的透振方向平行時,光才會通過偏振片,當(dāng)光的振動方向與偏振片的透振方向成某一夾角時,會有部分光通過。光的偏振說明光是橫波。只有橫波才有偏振現(xiàn)象。-15-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升電磁振蕩與電磁波1.電磁振蕩(1)振蕩電流:大小和方向都做周期性變化的電流叫振蕩電流,振蕩電流

9、的頻率很高,是高頻正弦式交變電流。(2)振蕩電路:能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路叫振蕩電路,LC回路是一種簡單的振蕩電路。(3)LC電磁振蕩規(guī)律-16-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升-17-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升-18-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升2.電磁場和電磁波(1)麥克斯韋電磁場理論的兩個主要觀點:,。(2)電磁場:按照麥克斯韋的電磁場理論,變化的和總是相互聯(lián)系的,形成一個不可分離的統(tǒng)一體,稱為。(3)變化的電場和磁場從產(chǎn)生的區(qū)域由近及遠(yuǎn)地向周圍空間傳播,就形成。電磁波是(選填“橫波”或“縱波”);電磁波的傳播介質(zhì),在中也能傳播。在

10、真空中的波速c= m/s。變化的磁場產(chǎn)生電場變化的電場產(chǎn)生磁場電場磁場電磁場電磁波橫波不需要真空3.0108-19-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升3.電磁波譜按電磁波的或大小的順序排列成譜,叫電磁波譜。按波長從長到短的順序排列,依次是、紅外線、紫外線、X射線、射線。波長 頻率無線電波可見光-20-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升-21-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升4.電磁波的發(fā)射與調(diào)制在電磁波發(fā)射技術(shù)中,使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù)叫調(diào)制。(1)調(diào)幅:使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變叫調(diào)幅。(2)調(diào)頻:使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變

11、叫調(diào)頻。(3)電磁波的發(fā)射示意圖(如圖所示)。-22-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升5.電磁波的接收(1)電諧振:當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時,接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強,這種現(xiàn)象叫作電諧振。(2)調(diào)諧:使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫調(diào)諧。能夠調(diào)諧的接收電路叫作調(diào)諧電路。調(diào)諧的方法一般是改變電路中的L或C。(3)解調(diào)(檢波):使聲音或圖像信號從高頻電流中還原出來,叫作解調(diào)。解調(diào)是調(diào)制的逆過程,調(diào)幅波的解調(diào)也叫檢波。(4)電磁波的接收:天線接收到的所有的電磁波,經(jīng)調(diào)諧選擇出所需要的電磁波,再經(jīng)解調(diào)取出攜帶的信號,放大后再還原成聲音或圖像的過程。-23-基礎(chǔ)夯

12、實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升1.(多選)LC振蕩電路中,某時刻的磁場方向如圖所示,則()A.若磁場正在減弱,則電容器正在充電,電流由b向aB.若磁場正在減弱,則電場能正在增大,電容器上極板帶負(fù)電C.若磁場正在增強,則電場能正在減小,電容器上極板帶正電D.若磁場正在增強,則電容器正在充電,電流方向由a向b 答案解析解析關(guān)閉若磁場正在減弱,則電流在減小,是充電過程,根據(jù)安培定則可確定電流由b向a,電場能增大,上極板帶負(fù)電,故選項A、B正確;若磁場正在增強,則電流在增大,是放電過程,電場能正在減小,根據(jù)安培定則,可判斷電流由a向b,上極板帶正電,故選項C正確,D錯誤。 答案解析關(guān)閉AB

13、C-24-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升2.現(xiàn)代生活中,人們已更多地與電磁波聯(lián)系在一起,并且越來越依賴于電磁波,關(guān)于電磁場和電磁波,以下說法正確的是()A.把帶電體和永磁體放在一起,即可以在其周圍空間中產(chǎn)生電磁波B.手機、電視、光纖通信都是通過電磁波來傳遞信息的C.醫(yī)院中用于檢查病情的“B超”是利用了電磁波的反射原理D.車站、機場安全檢查時“透視”行李箱的安檢裝置是利用紅外線實現(xiàn)成像的 答案解析解析關(guān)閉要產(chǎn)生電磁波,必須要有變化的磁場與變化的電場,即電磁場,電磁場在介質(zhì)中傳播產(chǎn)生電磁波,A錯誤;通過電磁波可以實現(xiàn)各種通信,B正確;“B超”是利用了超聲波的反射原理,C錯誤;車站

14、、機場安全檢查時“透視”行李箱的安檢裝置是利用X射線實現(xiàn)成像的,D錯誤。 答案解析關(guān)閉B-25-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升1.電磁波的傳播不需要介質(zhì),可在真空中傳播,在真空中不同頻率的電磁波傳播速度是相同的(都等于光速)。不同頻率的電磁波,在同一介質(zhì)中傳播,其速度是不同的,頻率越高,波速越小。2.電磁波與機械波的區(qū)別-26-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升用雙縫干涉測量光的波長(同時練習(xí)使用測量頭)1.實驗裝置圖2.實驗?zāi)康?1)觀察雙縫干涉現(xiàn)象。(2)會利用雙縫干涉測定光的波長。-27-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升3.實驗原理如圖所示,光源發(fā)出的光,經(jīng)過濾光片后變成

15、,單色光通過單縫S,這時單縫S相當(dāng)于一單色光源,光波同時到達雙縫S1和S2,S1、S2雙縫相當(dāng)于兩個步調(diào)完全一致的單色光源,通過S1、S2后的單色光在屏上相遇并疊加。當(dāng)路程差P1S2-P1S1=2k(k=0,1,2,)時,在P1點疊加時得到條紋;當(dāng)路程差P2S2-P2S1=(2k+1)(k=0,1,2,)時,在P2點疊加時得到條紋。相鄰兩條明條紋間距為x,與_,_及有關(guān),其關(guān)系式為,只要測出l、d、x,根據(jù)這一關(guān)系就可求出光波的波長。單色光相干明暗入射光波長 雙縫S1、S2間距d 雙縫與屏的距離l -28-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升4.實驗器材雙縫干涉儀、刻度尺、測量頭。5.實驗步驟(1

16、)實驗裝置,從左至右依次為光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、屏,讓它們等高地固定在光具座上。(2)取下濾光片和單縫,在光具座上只裝上光源和遮光筒(不帶雙縫),調(diào)節(jié)光源亮度,使它發(fā)出的一束光能沿著把屏照亮。(3)放好單縫和雙縫,其間距約為510cm,要使縫互相平行,中心大致位于,這時在屏上就會看到白色的干涉條紋。(4)在單縫與光源之間放上濾光片,觀察單色光的干涉條紋。遮光筒的軸線遮光筒的軸線上-29-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升-30-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升6.注意事項(1)單縫與雙縫相互平行。(2)單縫、雙縫的中心應(yīng)位于遮光筒的軸線上。(3)測n條亮紋之間的距離a時,分劃板的中心

17、刻線應(yīng)在條紋的中心。-31-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升1.(實驗原理與操作)現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學(xué)元件,要把它們放在如圖所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置,用以測量紅光的波長。(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。-32-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升(2)本實驗的步驟有:取下遮光筒左側(cè)的元件,調(diào)節(jié)光源高度,使光束能沿遮光筒的軸線把屏照亮;按合理的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;用刻度尺測量雙縫到屏的距離;用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測

18、量數(shù)條亮條紋間的距離。在操作步驟時還應(yīng)注意和。答案 (1)EDB(2)放置單縫、雙縫時,必須使縫平行單縫、雙縫間的距離要適當(dāng)-33-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升解析 (1)濾光片E可以從白光中選出單色紅光,單縫D是獲取線光源,雙縫B是獲得相干光源,最后成像在毛玻璃屏A上。所以排列順序為C、E、D、B、A。(2)在操作步驟時應(yīng)注意的事項有放置單縫、雙縫時,必須使縫平行;單縫、雙縫間的距離要適當(dāng);要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一軸線上。-34-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升2.(實驗現(xiàn)象與測量)在觀察光的干涉現(xiàn)象的實驗中,將兩片刀片合在一起,在涂有墨汁的玻璃片上劃出不同間隙的

19、雙縫;按如圖所示的方法,讓激光束通過自制的雙縫,觀察在光屏上出現(xiàn)的現(xiàn)象。-35-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升(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)在狹縫間的距離和狹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(lán)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)在該實驗中,若所用激光的波長為5.3010-7m,屏上P點距雙縫S1和S2的路程差為1.8510-6m,則在這里出現(xiàn)的

20、應(yīng)是(填“亮條紋”或“暗條紋”)。答案 (1)越大(2)越大(3)小(4)暗條紋-36-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升-37-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升3.(實驗測量與數(shù)據(jù)處理)在用雙縫干涉測量光的波長實驗中,選用紅色濾光片和間距為0.20mm的雙縫,雙縫與屏的距離為600mm。某同學(xué)正確操作后,在目鏡中看到如圖甲所示的干涉條紋。換成紫色濾光片正確操作后,使測量頭分劃板刻線與第k級暗條紋中心對齊,在目鏡中觀測到的是圖乙中的(填字母),此時測量頭的讀數(shù)為25.70mm。沿同一方向繼續(xù)移動測量頭使分劃板刻線與第k+5級暗條紋中心對齊,此時測量頭標(biāo)尺如圖丙所示,其讀數(shù)是 mm,紫光的波長等于 nm。-38-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升-39-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強化提升答案 D19.40420解析 紅色換成紫色,波長變小,條紋間距變小,B錯誤,A因為中心線偏離而錯誤,條紋不可能是豎直的,C錯誤,只有D正確。根據(jù)條紋間距公式可計算得到,紫光的波長為420nm。