全品复习方案18高考物理大一轮复习第15单元光学电磁波相对论听课(3)

2019-04-09 20:24

(2)调制:使电磁波随各种信号而改变叫调制.使高频电磁波的________随信号的强弱而变化为调幅,使高频电磁波的________随信号的强弱而变化为调频.

(3)接收:

①当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率________时,激起的振荡电流最强,称为电谐振现象.

②从经过调制的高频电流中将声音或图像信号还原出来的过程,叫作________,它是调制的逆过程,调幅波的解调也叫________.

(4)电磁波谱:按照电磁波的________或________的大小顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱.

按波长由长到短排列的电磁波谱为:无线电波、红外线、________、紫外线、X射线、γ射线.

五、相对论

1.狭义相对论的两个基本假设

(1)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________的. (2)光速不变原理:真空中的光速在不同的惯性参考系中都是________的. 2.时间和空间的相对性

(1)时间间隔的相对性:Δt=________. (2)长度的相对性:l=________.

3.相对论质量(质速关系):m=________. 4.质能方程(质能关系):E=________. 【思维辨析】

(1)光的颜色由光的频率决定.( )

(2)只有频率相同的两列光波才能产生干涉.( )

(3)在“双缝干涉”实验中,双缝的作用是使白光变成单色光.( ) (4)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的.( ) (5)自然光是偏振光.( )

(6)电场周围一定存在磁场,磁场周围一定存在电场.( ) (7)无线电波不能发生干涉和衍射现象.( ) (8)波长不同的电磁波在本质上完全不同.( )

(9)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的.( ) 【物理学史】

17世纪下半叶,以牛顿为首的“粒子说”和以惠更斯为首的“波动说”都能解释几何光学问题,但大家更倾向 “粒子说”.19世纪初,波动光学初步形成,其中托马斯·杨圆满地解释了“薄膜颜色”和双狭缝干涉现象,大家又倾向“波动说”.典型实验证据有:双缝干涉、单缝衍射、泊松亮斑、薄膜干涉、偏振等.1860年前后,麦克斯韦预言光就是一种电磁波,并且这个结论在1888年为赫兹的实验证实.但是同时赫兹发现了光电效应,特别是1905年爱因斯坦运用量子论解释了光电效应,这又支持了光的“粒子性”,后来还有康普顿效应.所以,光的本质是电磁波,但具有波粒二象性.最终人们意识到任何物体都有波粒二象性,即存在物质波.

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? 考点互动探究

考点一 光的双缝干涉现象 1.亮、暗条纹的条件 (1)亮条纹:屏上观察点到双缝的路程差等于波长的整数倍,即Δs=nλ(n=0,1,2…). λ(2)暗条纹:屏上观察点到双缝的路程差等于半波长的奇数倍,即Δs=(2n+1)(n=0,

21,2,…).

2.条纹间距:Δx=λ,其中l是双缝到光屏的距离,d是双缝间的距离,λ是光波的波长.

1 [2016·成都模拟] 如图15-37-1所示,在“双缝干涉”实验中,S1和S2为双缝,P-6

是光屏上的一点,已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10 m,今分别用A、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?

-7

(1)已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为4×10 m;

-7

(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10 m,当B光从这种介质射向空气时,临界角为37°(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8);

(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.

ld 图15-37-1

式题 (对双缝干涉现象的理解)一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到干涉条

纹,除中央白色亮纹外,两侧还有彩色条纹,其原因是( )

A.各色光的波长不同,因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 B.各色光的速度不同,因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 C.各色光的强度不同,因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同

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D.上述说法都不正确

考点二 用双缝干涉实验测量光的波长 考向一 实验原理与实验操作 1.实验原理

单色光通过单缝后,经双缝产生稳定的干涉图样,图样中相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与双缝间的距离d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ之间满足λ=

d·Δx. l2.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,如图15-37-2所示.

图15-37-2

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,使双缝和单缝相互平行. (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条亮条纹中心对齐时,记下手|a1-a2|

轮上的刻度数a2,则相邻两亮条纹间的距离Δx=. n-1

④换用不同的滤光片,测量其他色光的波长.

2 现有毛玻璃屏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15-37-3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.

图15-37-3

(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,由左至右,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:

①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;

②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; ③用刻度尺测量双缝到屏的距离;

④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离. 在操作步骤②时还应注意________和________. 式题 (测量+误差)在“光的双缝干涉”的实验中:

(1)将激光束照在如图15-37-4甲所示的双缝上,在光屏上观察到的现象是图乙中的________.

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图15-37-4

(2)换用间隙更小的双缝,保持双缝到光屏的距离不变,在光屏上观察到的条纹宽度将________;保持双缝间隙不变,减小光屏到双缝的距离,在光屏上观察到的条纹宽度将________.(均选填“变宽”“变窄”或“不变”)

■ 要点总结

(1)光源灯丝最好是线状灯丝,并与单缝平行且靠近;

(2)实验时应调整光源、单缝、双缝和光屏、测量头共轴,单缝和双缝安装时应竖直且相互平行,遮光筒的轴线要与光具座导轨平行,若不共轴或单缝与双缝不平行,则会引起干涉条纹亮度小、不清晰,不便于观察和测量;

(3)白光干涉观察到的是彩色条纹,中央亮条纹的中间部分是白色,边缘是红色. 考向二 数据处理与误差分析 3 [2015·全国卷Ⅰ] 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Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比,Δx1________(填“>”“=”或“<”)Δx2.若实验中红光的波长为630 nm,双缝到屏幕的距离为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.

式题 (注意事项+误差分析)[2016·厦门联考] 在“用双缝干涉测光的波长”的实

验中,实验装置如图15-37-5所示.

图15-37-5

(1)某同学以线状白炽灯为光源,对实验装置进行调节并观察了实验现象后,总结出以下几点:

A.灯丝与单缝和双缝必须平行放置 B.干涉条纹与双缝垂直

C.干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关 D.干涉条纹的间距与光的波长有关

以上几点中,你认为正确的是________.

(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时,手轮上的示数如图15-37-6甲所示,该读数为________ mm.

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图15-37-6

(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图乙所示.则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时,测量值________(填“大于”“小于”或“等于”)实际值.

■ 要点总结

光波波长很小,Δx、L的测量对波长λ的影响很大.L用毫米刻度尺测量,Δx用测量头上的游标尺测量.实验时可测多条亮条纹间距求Δx及采用多次测量求λ的平均值法减小误差.应注意:

①干涉条纹应调整到最清晰的程度; ②Δx不是亮(暗)条纹的宽度;

③分划板刻线应与干涉条纹平行,中心刻线应恰好位于条纹中心; ④测量多条亮条纹间的距离时,此间距中的条纹数应准确. 考点三 薄膜干涉的理解及应用 1.薄膜干涉

如图15-37-7所示,竖直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形,光照射到薄膜上时,在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来,形成两列频率相同的光波,并且叠加.

图15-37-7

(1)在P1、P2处,从两个表面处反射回来的两列光波的路程差Δx等于波长的整数倍,即Δx=nλ(n=0,1,2,…),薄膜上出现亮条纹.

(2)在Q处,从两个表面处反射回来的两列光波的路程差Δx等于半波长的奇数倍,即Δ

x=(2n+1)(n=0,1,2,…),薄膜上出现暗条纹.

2.薄膜干涉的应用

(1)检查精密零件的表面是否平整

如图所示,将被检查平面和放在上面的透明标准样板的一端垫一薄片,使样板的标准平面与被检查平面间形成一个楔形空气薄层,单色光从上面照射,入射光在空气层的上表面a和下表面b反射出两列光波叠加,从反射光中看到干涉条纹,根据干涉条纹的形状来确定工件表面的情况.

λ2

图15-37-8

若被检查平面平整则干涉图样是等间距明暗相间的平行直条纹.若某处凹下,则对应亮(暗)条纹提前出现,如图(a)所示;若某处凸起,则对应亮(暗)条纹延后出现,如图(b)所示.

(2)增透膜

在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂上一层薄膜(如氟化镁),当薄膜的厚度是入射光在薄

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