2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第15章 第67講 光的波動(dòng)性 電磁波 相對(duì)論學(xué)案（含解析）（選修3-4）.doc

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第67講　光的波動(dòng)性　電磁波　相對(duì)論 考點(diǎn)一　光的干涉、衍射和偏振 一、光的干涉 1．產(chǎn)生條件(必要) 兩列光的頻率相同，且具有恒定的相位差，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣。 2．楊氏雙縫干涉 (1)原理圖：如圖所示。 (2)產(chǎn)生明、暗條紋的條件 ①當(dāng)光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)，光屏上出現(xiàn)亮條紋。 ②當(dāng)光的路程差Δr＝r2－r1＝(2k＋1)(k＝0,1，2，…)，光屏上出現(xiàn)暗條紋。 (3)相鄰兩亮條紋或暗條紋間距公式：Δx＝λ。 (4)干涉圖樣 ①單色光：中央為亮條紋，兩邊為明暗相間的等距條紋。 ②白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋，且中央亮條紋是白色，這是干涉導(dǎo)致的色散。 3．薄膜干涉 (1)薄膜干涉原理 如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到透明薄膜上，從薄膜的兩個(gè)表面反射的兩列光波相互疊加而發(fā)生干涉。 (2)產(chǎn)生明、暗條紋的條件 在兩個(gè)表面反射回來的兩列光波的路程差Δr，等于薄膜厚度的2倍。 ①在P1、P2處，Δr＝nλ(n＝1,2，…)，薄膜上出現(xiàn)明條紋； ②在Q處，Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2，…)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋。 (3)圖樣特點(diǎn)：?jiǎn)紊庹丈浔∧r(shí)形成明暗相間的條紋，白光照射薄膜時(shí)形成彩色條紋，即發(fā)生色散。同一條亮(或暗)條紋對(duì)應(yīng)的薄膜的厚度相等。 (4)薄膜干涉的應(yīng)用 ①增透膜：照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡的鏡頭表面經(jīng)常鍍了一層透光的膜，膜的上表面與玻璃表面反射的光發(fā)生干涉，使反射光減弱，增加透光度。由于只有一定波長(zhǎng)(頻率)的光干涉時(shí)才會(huì)相消，所以鍍膜鏡頭看起來是有顏色的。 ②干涉法檢查平整度：如圖所示，兩板之間形成一楔形空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢查平面是平整光滑的，我們會(huì)觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋；若被檢查平面不平整，則干涉條紋發(fā)生彎曲。 二、光的衍射 1．產(chǎn)生明顯衍射的條件 只有當(dāng)障礙物的尺寸與光的波長(zhǎng)差不多，甚至比光的波長(zhǎng)還小時(shí)，衍射現(xiàn)象才會(huì)明顯。 2．衍射圖樣特點(diǎn) (1)單縫衍射：?jiǎn)紊獾难苌鋱D樣為中間寬且亮的條紋，兩側(cè)是明暗相間的條紋，條紋寬度漸窄且暗；白光的衍射圖樣為中間寬且亮的白條紋，兩側(cè)是漸窄且暗的彩色條紋，這是衍射中的色散。 (2)除了單縫衍射，典型的還有圓孔衍射和圓盤衍射，圖樣為明暗相間的圓環(huán)，越往外圓環(huán)間距越小，其中圓盤衍射影的中心可能出現(xiàn)泊松亮斑。 3．光的干涉和衍射的比較 三、光的偏振 1．偏振：光波只沿某個(gè)特定的方向振動(dòng)。 2．自然光：太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同，這種光叫做自然光。 3．偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，只沿某個(gè)特定方向振動(dòng)的光。光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波。 4．偏振光的形成 (1)自然光通過偏振片后，就得到了偏振光。 (2)自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和折射，反射光和折射光就是部分偏振光或完全偏振光。 5．偏振光的理論意義及應(yīng)用 (1)理論意義：光的干涉和衍射現(xiàn)象充分說明了光是波，但不能確定光波是橫波還是縱波，光的偏振現(xiàn)象說明了光波是橫波。 (2)應(yīng)用：照相機(jī)鏡頭、立體電影、消除車燈眩光等。 1．(2018衡水模擬)如圖所示，市場(chǎng)上有種燈具俗稱“冷光燈”，用它照射物品時(shí)能使被照物品處產(chǎn)生的熱效應(yīng)大大降低，從而廣泛地應(yīng)用于博物館、商店等處。這種燈降低熱效應(yīng)的原因之一是在燈泡后面放置的反光鏡玻璃表面上鍍一層薄膜(例如氟化鎂)，這種膜能消除不鍍膜時(shí)玻璃表面反射回來的熱效應(yīng)最顯著的紅外線。以λ表示紅外線的波長(zhǎng)，則所鍍薄膜的最小厚度應(yīng)為(　　) A.λ B.λ C.λ D．λ 答案　B 解析　紅外線最顯著的特點(diǎn)之一就是熱效應(yīng)，當(dāng)光照射物體時(shí)，一般都伴隨著大量的紅外線。在燈泡后面放置的反光鏡玻璃表面上鍍一層薄膜(相當(dāng)于增透膜)，當(dāng)增透膜最小厚度等于紅外線在其中傳播的波長(zhǎng)的時(shí)，燈泡發(fā)出的紅外線射到增透膜后，從增透膜的前后表面反射回來的兩束紅外線發(fā)生干涉，相互抵消，使反射的紅外線強(qiáng)度減弱，達(dá)到冷光效果。故B正確。 2．光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波，下列現(xiàn)象中不能反映光的偏振特性的是(　　) A．一束自然光相繼通過兩個(gè)偏振片，以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片，透射光強(qiáng)度發(fā)生變化 B．立體電影是利用了光的偏振現(xiàn)象 C．日落時(shí)分，拍攝水面下的景物，在照相機(jī)鏡頭前裝上偏振片可以使景象更清晰 D．光學(xué)鏡頭上的增透膜 答案　D 解析　一束自然光相繼通過兩個(gè)偏振片，以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片，當(dāng)看到透射光的強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，則說明光的振動(dòng)方向與傳播方向相垂直，能反映光的偏振特性，A不符合題意；立體電影是利用了光的偏振現(xiàn)象，能反映光的偏振特性，B不符合題意；在日落時(shí)分，拍攝水面下的景物，在照相機(jī)鏡頭前裝上偏振片，由于反射光太強(qiáng)，加偏振片可以將反射的偏振光過濾，使圖象清晰，C不符合題意；光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象，與光的偏振無關(guān)，D符合題意。 3．[教材母題]　(人教版選修3－4 P62T3)太陽光照著一塊遮光板，遮光板上有一個(gè)較大的三角形孔。太陽光透過這個(gè)孔，在光屏上形成一個(gè)三角形光斑。請(qǐng)說明：遮光板上三角形孔的尺寸不斷減小時(shí)，光屏上的圖形將怎樣變化？說出其中的道理。 [變式子題]　讓太陽光垂直照射一塊大的遮光板，板上有一個(gè)可以自由收縮的三角形孔，當(dāng)此三角形孔緩慢縮小直至完全閉合時(shí)，在孔后的屏上將先后出現(xiàn)(　　) A．由大變小的三角形光斑，直至光斑消失 B．由大變小的三角形光斑，明暗相間的彩色條紋，直至條紋消失 C．由大變小的三角形光斑，明暗相間的黑白色條紋，直至黑白色條紋消失 D．由大變小的三角形光斑，小圓形光斑，明暗相間的彩色條紋，直至條紋消失 答案　D 解析　三角形孔稍大時(shí)，據(jù)光的直線傳播規(guī)律，屏上應(yīng)是三角形光斑；逐漸減小三角形孔，到一定程度又符合小孔成像原理，屏上呈現(xiàn)小圓形亮斑，即為太陽的像；再減小三角形孔，至其大小與光的波長(zhǎng)可比時(shí)，屏上又會(huì)呈現(xiàn)出彩色條紋，這是光通過小孔后的衍射圖樣。D正確。 考點(diǎn)二　用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．觀察白光及單色光的雙縫干涉圖樣。 2．掌握用公式Δx＝λ測(cè)定單色光的波長(zhǎng)的方法。 二、實(shí)驗(yàn)原理 如圖所示，光源發(fā)出的光，經(jīng)濾光片成為單色光，單色光通過單縫后相當(dāng)于線光源，經(jīng)雙縫后產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，通過屏可以觀察到明暗相間的干涉條紋。若雙縫到屏的距離用l表示，雙縫間的距離用d表示，相鄰兩條亮條紋(暗條紋)間的距離用Δx表示，由Δx＝λ可得入射光的波長(zhǎng)為λ＝，實(shí)驗(yàn)中d是已知的，測(cè)出l、Δx即可測(cè)出光的波長(zhǎng)λ。 三、實(shí)驗(yàn)器材 雙縫干涉儀(包括：光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、光屏及測(cè)量頭，其中測(cè)量頭又包括：分劃板、目鏡、手輪等)、學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻度尺。 四、實(shí)驗(yàn)步驟與數(shù)據(jù)處理 1．觀察雙縫干涉圖樣 (1)將光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如圖所示。 (2)接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光。 (3)調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏。 (4)安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫的縫平行，兩者間距約5～10 cm，不安裝濾光片時(shí)，可觀察白光的干涉條紋。 (5)在單縫和光源間放上紅色濾光片，觀察單色光的干涉條紋。 2．測(cè)定單色光的波長(zhǎng) (1)在遮光筒有光屏的一端安裝測(cè)量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋。 (2)如圖甲所示，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭的手輪，使分劃板中心刻線對(duì)齊某條亮條紋的中央，如圖乙所示，記下手輪上的讀數(shù)a1，將該條紋記為第1亮條紋；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線移動(dòng)至另一條亮條紋的中央，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)a2，將該亮條紋記為第n亮條紋，則相鄰兩亮條紋間距Δx＝。 (3)用刻度尺測(cè)量雙縫到光屏間的距離l。 (4)將l、d、Δx代入Δx＝λ，求出紅光的波長(zhǎng)λ。 (5)多次重復(fù)上述步驟，求出波長(zhǎng)的平均值。 (6)換用綠色濾光片，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。 五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1．放置單縫和雙縫時(shí)，必須使縫互相平行。 2．要保證光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒和屏的中心在同一條軸線上。 3．測(cè)量頭的中心刻線要對(duì)著亮紋的中心。 4．要多測(cè)幾個(gè)亮紋中心間的距離，再求Δx。 六、實(shí)驗(yàn)誤差分析 1．l的測(cè)量誤差 因雙縫到屏的距離較長(zhǎng)，l的測(cè)量應(yīng)選用毫米刻度尺測(cè)量，并用多次測(cè)量求平均值的辦法減小誤差。 2．測(cè)條紋間距Δx帶來的誤差 (1)干涉條紋沒有調(diào)到最清晰的程度。 (2)分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于條紋中心。 (3)測(cè)量多條亮紋間距時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確。 1．(2018石家莊模擬)用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，已知單縫與雙縫間的距離L1＝100 mm，雙縫與屏的距離L2＝700 mm，雙縫間距d＝0.25 mm。用測(cè)量頭來測(cè)量相鄰亮條紋中心間的距離。測(cè)量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板左右移動(dòng)，讓分劃板的中心刻線對(duì)準(zhǔn)亮條紋的中心，如圖乙所示。 (1)某同學(xué)發(fā)現(xiàn)，多次實(shí)驗(yàn)中，條紋有豎直的，有水平的，也有傾斜的，出現(xiàn)這些問題的原因是_____________________________。 (2)當(dāng)分劃板的中心刻線對(duì)準(zhǔn)第1個(gè)亮條紋的中心時(shí)讀數(shù)x1＝2.190 mm，對(duì)準(zhǔn)第4個(gè)亮條紋的中心時(shí)讀數(shù)如圖丙所示，其讀數(shù)x2＝________ mm。 A．7.869 B．7.86 C．7.36 D．5.869 (3)寫出計(jì)算波長(zhǎng)的表達(dá)式λ＝________(用d、L1、L2、x1、x2表示)，根據(jù)已知數(shù)據(jù)和(2)中測(cè)得的數(shù)據(jù)，求解得到的波長(zhǎng)為________ nm。 答案　(1)見解析　(2)A　(3)　676 解析　(1)單縫和雙縫是豎直的，條紋就是豎直的；單縫和雙縫是水平的，條紋就是水平的；單縫和雙縫是平行且傾斜的，條紋就是傾斜的。 (2)x2＝7.869 mm。 (3)由題意知Δx＝＝ 根據(jù)Δx＝λ 得λ＝ 代入數(shù)據(jù)解得λ＝676 nm。 2．對(duì)用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)： (1)備有下列儀器： A．白熾燈 B．雙縫 C．單縫 D．濾光片 E．白色光屏 把以上儀器裝在光具座上時(shí)，正確的排列順序應(yīng)該是：____________(填寫字母代號(hào))。 (2)已知雙縫到光屏之間的距離L＝500 mm，雙縫之間的距離d＝0.50 mm，單縫到雙縫之間的距離s＝100 mm，某同學(xué)在用測(cè)量頭測(cè)量時(shí)，調(diào)整手輪，在測(cè)量頭目鏡中先看到分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)A亮條紋的中心，然后他繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，使分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)B亮條紋的中心，如圖所示，前后兩次測(cè)量頭的讀數(shù)分別為x1＝11.150 mm，x2＝15.650 mm。則入射光的波長(zhǎng)λ＝________m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 (3)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)條紋太密，難以測(cè)量，可以采用的改善辦法有________。 A．改用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光(如紅光)作為入射光 B．增大雙縫到屏的距離 C．增大雙縫到單縫的距離 D．增大雙縫間距 答案　(1)ADCBE(2)6.410－7(3)AB 解析　(1)正確的排列次序應(yīng)該是ADCBE。 (2)條紋間距Δx＝≈0.64 mm。則λ＝Δx＝6.410－7 m。 (3)由Δx＝λ可知，要增大條紋間距，可用波長(zhǎng)更長(zhǎng)的入射光或增大雙縫到屏的距離、減小雙縫間距，故A、B正確，C、D錯(cuò)誤。 考點(diǎn)三　電磁波與相對(duì)論 一、電磁場(chǎng)理論與電磁波 1．麥克斯韋電磁場(chǎng)理論 變化的磁場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)。 2．電磁波 (1)電磁場(chǎng)在空間由近及遠(yuǎn)的傳播，形成電磁波。 (2)電磁波是橫波。電磁波的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、傳播方向三者兩兩垂直，如圖所示。 (3)與機(jī)械波不同，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相同(都等于光速)。c＝λf。 (4)機(jī)械波在介質(zhì)中傳播的速度只與介質(zhì)有關(guān)，而電磁波在介質(zhì)中傳播的速度與介質(zhì)和頻率均有關(guān)。v＝λf。 (5)電磁波具有反射、折射、衍射、干涉的特性。 3．電磁波的發(fā)射與接收 (1)電磁波的發(fā)射 ①發(fā)射條件：應(yīng)用開放電路；振蕩頻率足夠高。 ②調(diào)制：為了利用電磁波傳遞聲音、圖像等信號(hào)，就要對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，常用的調(diào)制方式有兩種： a．調(diào)幅：使高頻電磁波的振幅隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變。 b．調(diào)頻：使高頻電磁波的頻率隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變。 (2)電磁波的接收 ①當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相等時(shí)，激起的振蕩電流最強(qiáng)，這就是電諧振現(xiàn)象。 ②使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧。能夠調(diào)諧的接收電路叫做調(diào)諧電路。 ③從經(jīng)過調(diào)制的高頻電流中“檢”出調(diào)制信號(hào)的過程，叫做解調(diào)。它是調(diào)制的逆過程。調(diào)幅波的解調(diào)也叫做檢波。 4．電磁波譜 按照電磁波的波長(zhǎng)或頻率的大小順序把它們排列成譜叫做電磁波譜。 按波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短排列的電磁波譜為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。 (1)對(duì)電磁波譜的理解 ①波長(zhǎng)不同的電磁波，表現(xiàn)出不同的特性。其中波長(zhǎng)較長(zhǎng)的無線電波和紅外線等，易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象；波長(zhǎng)較短的紫外線、X射線、γ射線等，穿透能力較強(qiáng)。 ②電磁波譜中，相鄰兩波段的電磁波的波長(zhǎng)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，但它們產(chǎn)生的機(jī)理不同。 (2)不同電磁波的特點(diǎn)及應(yīng)用 ①無線電波波動(dòng)性強(qiáng)，應(yīng)用于通信、廣播、天體物理研究。 ②紅外線熱效應(yīng)強(qiáng)，應(yīng)用于遙控、遙測(cè)、加熱、紅外攝像、紅外制導(dǎo)。 ③可見光感光性強(qiáng)，應(yīng)用于照明、照相等。 ④紫外線化學(xué)作用、熒光效應(yīng)強(qiáng)，應(yīng)用于殺菌、防偽等。 ⑤X射線穿透力強(qiáng)，應(yīng)用于檢查、探測(cè)、醫(yī)用透視。 ⑥γ射線穿透力最強(qiáng)，應(yīng)用于工業(yè)探傷、醫(yī)用治療。 二、相對(duì)論初步 1．經(jīng)典的相對(duì)性原理 (1)表述一：力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的。 (2)表述二：在一個(gè)慣性參考系內(nèi)進(jìn)行的任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都不能判斷這個(gè)慣性參考系是否相對(duì)于另一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)。 (3)表述三：任何慣性參考系都是平權(quán)的。 2．狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè) (1)狹義相對(duì)性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的。 (2)光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都是相同的。 3．狹義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論 (1)長(zhǎng)度的相對(duì)性 狹義相對(duì)論中的長(zhǎng)度公式l＝l0中，l0是相對(duì)于桿靜止的觀察者測(cè)出的桿的長(zhǎng)度，而l可認(rèn)為桿沿桿的長(zhǎng)度方向以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜止的觀察者測(cè)出的桿的長(zhǎng)度，還可以認(rèn)為是桿不動(dòng)，而觀察者沿桿的長(zhǎng)度方向以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)出的桿的長(zhǎng)度。 (2)時(shí)間間隔的相對(duì)性 時(shí)間間隔的相對(duì)性公式Δt＝中，Δτ是相對(duì)事件發(fā)生地靜止的觀察者測(cè)量同一地點(diǎn)的兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間隔，而Δt則是相對(duì)于事件發(fā)生地以速度v運(yùn)動(dòng)的觀察者測(cè)量同一地點(diǎn)的同樣兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間隔。也就是說：在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的參考系中觀測(cè)，事件變化過程的時(shí)間間隔變大了，這就是狹義相對(duì)論中的時(shí)間膨脹(動(dòng)鐘變慢)。 (3)相對(duì)論的質(zhì)速關(guān)系 ①物體的質(zhì)量隨物體速度的增大而增大，物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m與靜止時(shí)的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系：m＝。 ②物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量總要大于靜止時(shí)的質(zhì)量m0。 (4)相對(duì)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＝mc2。 1．間諜衛(wèi)星上裝有某種遙感照相機(jī)，可用來探測(cè)軍用和民用目標(biāo)。這種照相機(jī)能拍到晚上關(guān)燈行駛的汽車，即使車隊(duì)離開也瞞不過它。這種遙感照相機(jī)敏感的電磁波屬于(　　) A．可見光波段 B．紅外波段 C．紫外波段 D．X射線波段 答案　B 解析　紅外線是看不見的光，它的波長(zhǎng)比可見光的紅光還長(zhǎng)，它的熱作用比較強(qiáng)，并且不同的物體輻射的紅外線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度不同，利用靈敏的紅外線探測(cè)器吸收物體發(fā)出的紅外線，然后用電子儀器對(duì)接受到的信號(hào)進(jìn)行處理，就可以察知被探物體的特征，可制成熱譜儀、夜視儀等，題中這種遙感照相機(jī)敏感的電磁波屬于紅外線。B正確。 2．(2016全國(guó)卷Ⅱ)(多選)關(guān)于電磁波，下列說法正確的是(　　) A．電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關(guān) B．周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以相互激發(fā)，形成電磁波 C．電磁波在真空中自由傳播時(shí)，其傳播方向與電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直 D．利用電磁波傳遞信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)無線通信，但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸 E．電磁波可以由電磁振蕩產(chǎn)生，若波源的電磁振蕩停止，空間的電磁波隨即消失 答案　ABC 解析　電磁波在真空中的傳播速度為3108 m/s，與頻率無關(guān)，A項(xiàng)正確；由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可知，B項(xiàng)正確；變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互激發(fā)，且相互垂直，形成的電磁波的傳播方向與電場(chǎng)和磁場(chǎng)均垂直，C項(xiàng)正確；電磁波可以通過電纜、光纜傳播，D項(xiàng)錯(cuò)誤；電磁振蕩停止后，電磁波可以在空間繼續(xù)傳播，直到能量消耗完為止，E項(xiàng)錯(cuò)誤。 3．[教材母題]　(人教版選修3－4 P104T4)A、B、C是三個(gè)完全相同的時(shí)鐘，A放在地面上，B、C分別放在兩個(gè)火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飛行，vB＜vC。地面上的觀察者認(rèn)為哪個(gè)時(shí)鐘走得最慢？哪個(gè)走得最快？ [變式子題]　(多選)用相對(duì)論的觀點(diǎn)判斷，下列說法正確的是(　　) A．時(shí)間是絕對(duì)的，空間是相對(duì)的 B．時(shí)間和空間都是絕對(duì)的，在任何參考系中一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間和一個(gè)物體的長(zhǎng)度總不會(huì)改變 C．在地面上的人看來，高速運(yùn)動(dòng)的飛船中的時(shí)鐘會(huì)變慢，但是飛船中的宇航員卻看到時(shí)鐘是準(zhǔn)確的 D．在地面上的人看來，高速運(yùn)動(dòng)的飛船在運(yùn)動(dòng)方向上會(huì)變窄，而飛船中的宇航員卻感覺到地面上的人看起來比飛船中的人扁一些 E．當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度v?c時(shí)，“時(shí)間膨脹”和“長(zhǎng)度收縮”效應(yīng)可忽略不計(jì) 答案　CDE 解析　時(shí)間和空間都是相對(duì)的，A、B錯(cuò)誤；根據(jù)“時(shí)間膨脹”和“長(zhǎng)度收縮”效應(yīng)，C、D正確；當(dāng)速度v?c時(shí)，1－2≈1，所以“時(shí)間膨脹”和“長(zhǎng)度收縮”效應(yīng)可忽略不計(jì)，E正確。 課后作業(yè) [鞏固強(qiáng)化練] 1．(多選)下列說法正確的是(　　) A．肥皂泡呈現(xiàn)的彩色是光的干涉現(xiàn)象，露珠呈現(xiàn)的彩色是光的色散現(xiàn)象，通過狹縫看太陽光呈現(xiàn)的彩色是光的衍射現(xiàn)象 B．光纖通信、全息照相及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的全反射原理 C．做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，用綠光照射單縫，在光屏P上觀察到干涉條紋，用紅光代替綠光照射單縫將得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣 D．相對(duì)論認(rèn)為：豎直向上高速運(yùn)動(dòng)的球在水平方向上變扁了 E．在真空中傳播的電磁波，當(dāng)它的頻率增加時(shí)，它的傳播速度不變，波長(zhǎng)變短 答案　ACE 解析　根據(jù)光現(xiàn)象的成因知，A正確；全息照相不是利用光的全反射原理，而是和光的干涉有關(guān)，B錯(cuò)誤；由Δx＝λ可知用紅光代替綠光，波長(zhǎng)變大，相鄰條紋間距變大，C正確；相對(duì)論認(rèn)為：高速運(yùn)動(dòng)的物體在運(yùn)動(dòng)方向上長(zhǎng)度變短，D錯(cuò)誤；在真空中傳播的電磁波，傳播速度不變，由v＝λf知頻率增加時(shí)，波長(zhǎng)變短，E正確。 2．(多選)關(guān)于電磁波譜，下列說法中正確的是(　　) A．X射線對(duì)生命物質(zhì)有較強(qiáng)的作用，過量的X射線輻射會(huì)引起生物體的病變 B．γ射線是波長(zhǎng)最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高 C．紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射 D．在電磁波譜中，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是γ射線 E．在電磁波譜中，無線電波一般可用于通信 答案　ABE 解析　紫外線比紫光的波長(zhǎng)短，更不容易發(fā)生干涉和衍射，C錯(cuò)誤；在電磁波譜中，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是無線電波，D錯(cuò)誤。A、B、E的說法正確。 3．關(guān)于光的性質(zhì)，下列說法不正確的是(　　) A．光在介質(zhì)中的速度小于光在真空中的速度 B．雙縫干涉說明光具有粒子性 C．光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播 D．光的衍射現(xiàn)象說明光是一種波 答案　B 解析　由n＝>1可得A正確；干涉、衍射是波所特有的現(xiàn)象，所以B錯(cuò)誤，D正確；光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播，C正確。 4．愛因斯坦相對(duì)論的提出，是物理學(xué)思想的重大革命，因?yàn)樗?　　) A．揭示了時(shí)間、空間并非絕對(duì)不變的屬性 B．借鑒了法國(guó)科學(xué)家拉瓦錫的學(xué)說 C．否定了牛頓力學(xué)的原理 D．修正了能量、質(zhì)量互相轉(zhuǎn)化的理論 答案　A 解析　狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論揭示了時(shí)空的可變性，使人們能進(jìn)一步去研究高速運(yùn)動(dòng)的物體，A正確。拉瓦錫是著名化學(xué)家，B錯(cuò)誤。牛頓的經(jīng)典力學(xué)體系適用對(duì)象是低速、宏觀物體，是相對(duì)論低速時(shí)的特例，所以相對(duì)論并沒有否定牛頓力學(xué)的原理，C錯(cuò)誤。質(zhì)能方程是愛因斯坦首先提出的，D錯(cuò)誤。 5．(多選)下列說法正確的是(　　) A．偏振光可以是橫波，也可以是縱波 B．光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象 C．光纖通信及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的全反射原理 D．X射線在磁場(chǎng)中能偏轉(zhuǎn)，穿透能力強(qiáng)，可用來進(jìn)行人體透視 E．聲源與觀察者相對(duì)靠近時(shí)，觀察者所接收的頻率大于聲源振動(dòng)的頻率 答案　BCE 解析　光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波，偏振光是橫波，A錯(cuò)誤；光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象，B正確；用光導(dǎo)纖維傳播信號(hào)是利用了光的全反射，C正確；X射線穿透力較強(qiáng)，但它不帶電，不能在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，D錯(cuò)誤；根據(jù)多普勒效應(yīng)可知聲源與觀察者相對(duì)靠近時(shí)，觀察者所接收的頻率大于聲源振動(dòng)的頻率，E正確。 6．對(duì)于機(jī)械波和電磁波，下面說法中正確的是(　　) A．它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象 B．它們?cè)诒举|(zhì)上是相同的，只是頻率不同而已 C．它們都可能是橫波，也可能是縱波 D．機(jī)械波的傳播速度只取決于介質(zhì)，跟頻率無關(guān)；而電磁波的傳播速度與介質(zhì)無關(guān)，只跟頻率有關(guān) 答案　A 解析　機(jī)械波和電磁波本質(zhì)是不同的，但都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象，故A正確，B錯(cuò)誤；電磁波是橫波，電磁波的傳播速度不僅與介質(zhì)有關(guān)，也跟頻率有關(guān)，C、D錯(cuò)誤。 7.如圖所示，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，S1和S2為雙縫，P是光屏上的一點(diǎn)，已知P點(diǎn)與S1、S2距離之差為2.110－6 m，分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，問P點(diǎn)是亮條紋還是暗條紋？ (1)已知A光在折射率為n＝1.5的介質(zhì)中波長(zhǎng)為410－7 m； (2)已知B光在某種介質(zhì)中波長(zhǎng)為3.1510－7 m，當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時(shí)，臨界角為37； (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。 答案　(1)暗條紋 (2)亮條紋 (3)見解析 解析　(1)設(shè)A光在空氣中波長(zhǎng)為λ1，在介質(zhì)中波長(zhǎng)為λ2，由n＝， 得λ1＝nλ2＝1.5410－7 m＝610－7 m。 路程差Δr＝2.110－6 m 所以N1＝＝＝3.5 從S1和S2到P點(diǎn)的路程差是波長(zhǎng)λ1的3.5倍，即的7倍，所以P點(diǎn)為暗條紋。 (2)根據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系sinC＝得 n′＝＝ 由此可知，B光在空氣中波長(zhǎng)為 λ1′＝n′λ2′＝3.1510－7 m＝5.2510－7 m 故N2＝＝＝4 可見路程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，則用B光做光源，P點(diǎn)為亮條紋。 (3)若讓A光和B光分別照射S1和S2，因?yàn)锳光和B光的頻率不同，所以不能發(fā)生干涉，在屏上不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋，但在光屏上仍能觀察到亮光。 [真題模擬練] 8．(2018北京高考)用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置得到白光的干涉條紋，在光源與單縫之間加上紅色濾光片后(　　) A．干涉條紋消失 B．彩色條紋中的紅色條紋消失 C．中央條紋變成暗條紋 D．中央條紋變成紅色 答案　D 解析　當(dāng)用白光做干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，頻率相同的色光，相互疊加干涉，在光屏上形成彩色條紋，中央形成白色的亮條紋；當(dāng)在光源與單縫之間加上紅色濾光片后，只有紅光能通過單縫，然后通過雙縫后相互疊加干涉，在光屏上形成紅色干涉條紋，光屏中央為加強(qiáng)點(diǎn)，所以中央條紋變成紅色亮條紋，A、B、C錯(cuò)誤，D正確。 9．(2017全國(guó)卷Ⅱ)(多選)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用綠色激光照射在雙縫上，在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣。若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，可選用的方法是(　　) A．改用紅色激光 B．改用藍(lán)色激光 C．減小雙縫間距 D．將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng) E．將光源向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng) 答案　ACD 解析　在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中相鄰亮條紋的間距Δx＝λ，因此要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距可減小雙縫間的距離，增大屏幕與雙縫的距離，換用波長(zhǎng)更長(zhǎng)或頻率更小的光做光源。故選A、C、D。 10．(2017江蘇高考)(多選)接近光速飛行的飛船和地球上各有一只相同的銫原子鐘，飛船和地球上的人觀測(cè)這兩只鐘的快慢，下列說法正確的有(　　) A．飛船上的人觀測(cè)到飛船上的鐘較快 B．飛船上的人觀測(cè)到飛船上的鐘較慢 C．地球上的人觀測(cè)到地球上的鐘較快 D．地球上的人觀測(cè)到地球上的鐘較慢 答案　AC 解析　飛船上的人觀察鐘表時(shí)，是以飛船為參考系，看到地球上的鐘表在高速運(yùn)動(dòng)，觀察到地球上的鐘慢，飛船上的鐘快，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；同理地球上的人是以地球?yàn)閰⒖枷?，觀察結(jié)果是地球上的鐘快，飛船上的鐘慢，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。 11．(2016天津高考)如圖所示是a、b兩光分別經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后在屏上形成的干涉圖樣，則(　　) A．在同種均勻介質(zhì)中，a光的傳播速度比b光的大 B．從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時(shí)a光臨界角大 C．照射在同一金屬板上發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，a光的飽和電流大 D．若兩光均由氫原子能級(jí)躍遷產(chǎn)生，產(chǎn)生a光的能級(jí)能量差大 答案　D 解析　由干涉條紋間距Δx＝λ可知，λa<λb，可知νa>νb。同種均勻介質(zhì)，對(duì)頻率大的光折射率更大，即na>nb，光在介質(zhì)中的傳播速度v＝，故vaEb，D正確。 12．(2018南充模擬)下列說法正確的是(　　) A．全息照片的拍攝利用了光的衍射原理 B．只有發(fā)生共振時(shí)，受迫振動(dòng)的頻率才等于驅(qū)動(dòng)力頻率 C．高速飛離地球的飛船中的宇航員認(rèn)為地球上的時(shí)鐘變慢 D．鳴笛汽車駛近路人的過程中，路人聽到的聲波頻率與該波源的頻率相比減小 答案　C 解析　全息照相利用了激光的頻率單一，相干性好的特點(diǎn)，利用了光的干涉原理，故A錯(cuò)誤；受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率時(shí)發(fā)生共振，故B錯(cuò)誤；根據(jù)愛因斯坦相對(duì)論可知，t＝，所以高速飛離地球的飛船中的宇航員認(rèn)為地球上的時(shí)鐘變慢，故C正確；根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，鳴笛汽車駛近路人的過程中，路人聽到的聲波頻率與該波源的頻率相比增大，故D錯(cuò)誤。 13．(2018淮安質(zhì)檢)(多選)下列說法中正確的是(　　) A．地面附近有一高速水平飛過的火箭，地面上的人觀察到“火箭長(zhǎng)度”要比火箭上的人觀察到的短一些 B．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，往往在鏡頭前加一個(gè)偏振片以減弱反射光的強(qiáng)度 C．在同種均勻介質(zhì)中傳播的聲波，頻率越高，波長(zhǎng)也越長(zhǎng) D．玻璃內(nèi)氣泡看起來特別明亮，是因?yàn)楣饩€從氣泡中射出的原因 答案　AB 解析　根據(jù)相對(duì)論可知，地面附近高速水平飛過的火箭，地面上的人觀察到的火箭長(zhǎng)度比火箭上的人觀察到的要短一些，故A正確；拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，往往在鏡頭前加一個(gè)偏振片以減弱玻璃反射的光的強(qiáng)度，故B正確；在同種均勻介質(zhì)中傳播的聲波，波速一定，根據(jù)公式v＝λf可得，頻率越高，波長(zhǎng)越短，C錯(cuò)誤；玻璃中的氣泡看起來特別明亮是因?yàn)楣鈴牟Ａ湎驓馀輹r(shí)，一部分光在界面上發(fā)生了全反射，D錯(cuò)誤。 14．(2018湖南名校聯(lián)考)(多選)如圖所示，光源S從水下向真空發(fā)射一束由紅光和藍(lán)光組成的復(fù)色光，在A點(diǎn)該復(fù)色光分成a、b兩束，則下列說法正確的是(　　) A．b光是藍(lán)光 B．射出水面前a光的傳播速度較大，射出水面后a、b光傳播速度相同 C．逐漸增大入射角，a光最先發(fā)生全反射 D．b光比a光更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 E．a(chǎn)、b兩束光在任何情況下都不可以產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象 答案　ABE 解析　根據(jù)n＝，結(jié)合光路圖可知，b光折射率較大，b光是藍(lán)光，A正確；a光是紅光，折射率較小，由n＝知，射出水面前a光的傳播速度較大，射出水面后a、b光傳播速度相同，均為光速c，B正確；由n＝可知，b光的全反射臨界角較小，故逐漸增大入射角，b光最先發(fā)生全反射，C錯(cuò)誤；a光波長(zhǎng)比b光波長(zhǎng)長(zhǎng)，故a光更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，D錯(cuò)誤；產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件是兩束光頻率相同，故知a、b兩束光在任何情況下都不可能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，E正確。 15．(2018江蘇高考)(1)梳子在梳頭后帶上電荷，搖動(dòng)這把梳子在空中產(chǎn)生電磁波。該電磁波________。 A．是橫波 B．不能在真空中傳播 C．只能沿著梳子搖動(dòng)的方向傳播 D．在空氣中的傳播速度約為3108 m/s (2)兩束單色光A、B的波長(zhǎng)分別為λA、λB，且λA>λB，則________(選填“A”或“B”)在水中發(fā)生全反射時(shí)的臨界角較大。用同一裝置進(jìn)行楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以觀察到________(選填“A”或“B”)產(chǎn)生的條紋間距較大。 答案　(1)AD　(2)A　A 解析　(1)搖動(dòng)的梳子在空中產(chǎn)生電磁波，電磁波是橫波，A正確；電磁波能在真空中傳播，B錯(cuò)誤；電磁波傳播的方向與振動(dòng)方向垂直，C錯(cuò)誤；電磁波在空氣中傳播的速度約為3108 m/s，D正確。 (2)波長(zhǎng)越長(zhǎng)，頻率越小，折射率越小，根據(jù)sinC＝，可知臨界角越大，所以A光的臨界角大；雙縫干涉條紋的間距Δx＝λ，因?yàn)锳光的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，所以A光產(chǎn)生的條紋間距較大。