专题14光电磁波相对论

第4讲光的波动性电磁波和相对论一、光的干涉、衍射和偏振1.光的干涉(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.(2)条件：两束光的频率相同、相位差恒定.(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹.2.光的衍射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的时候，衍射现象才会明显.3.光的偏振(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同.(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光.(3)偏振光的形成①让自然光通过偏振片形成偏振光.②让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光.(4)光的偏振现象说明光是一种横波.自测1(多选)下列属于光的干涉现象的是()答案BC解析图A属于单缝衍射，图B属于薄膜干涉，图C属于薄膜干涉，图D属于白光的色散，故属于光的干涉现象的是B、C.二、电磁波和相对论1.电磁场、电磁波、电磁波谱(1)麦克斯韦电磁场理论变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场.(2)电磁波①电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波.②电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度相同(都等于光速).③不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小.④v＝λf，f是电磁波的频率.(3)电磁波的发射①发射条件：开放电路和高频振荡信号，所以要对传输信号进行调制(调幅或调频).②调制方式a.调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变.b.调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变.(4)无线电波的接收①当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象.②使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路.③从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫做检波.检波是调制的逆过程，也叫做解调.(5)电磁波谱：按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱叫做电磁波谱.按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线.2.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，一切物理规律都是相同的.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相同的，光速和光源、观测者间的相对运动没有关系.(2)质速关系①物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系：m ＝m 01－(v c)2.②物体运动时的质量总要大于静止时的质量m 0. (3)质能关系用m 表示物体的质量，E 表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：E ＝mc 2. 自测2 关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是( ) A.电磁波可以传递信息，声波不能传递信息 B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波C.太阳光中的可见光和医院“B 超”中的超声波传播速度相同D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT ”中的X 射线波长相同 答案 B解析 电磁波和声波都能传递信息，比如人们之间的语言交流，选项A 错误；手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波，选项B 正确；太阳光中的可见光属于电磁波，而“B 超”中的超声波属于机械波，它们的传播速度不同，选项C 错误；遥控器发出的红外线波长比X 射线波长大得多，选项D 错误.自测3 关于狭义相对论的说法，不正确的是( )A.狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B.狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c ，与光源的运动无关C.狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系D.狭义相对论在任何情况下都适用 答案 D命题点一 光的干涉现象1.双缝干涉(1)条纹间距公式：Δx ＝ld λ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大.(2)明暗条纹的判断方法：如图1所示，相干光源S 1、S 2发出的光到屏上P ′点的路程差为Δr ＝r 2－r 1.图1当Δr ＝kλ(k ＝0,1,2…)时，光屏上P ′处出现明条纹. 当Δr ＝(2k ＋1)λ2(k ＝0,1,2…)时，光屏上P ′处出现暗条纹.2.薄膜干涉(1)形成原因：如图2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2(2)明暗条纹的判断方法：两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr ，等于薄膜厚度的2倍. 在P 1、P 2处，Δr ＝nλ(n ＝1,2,3…)，薄膜上出现明条纹. 在Q 处，Δr ＝(2n ＋1)λ2(n ＝0,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹.类型1 光的双缝干涉例1 如图3所示，在双缝干涉实验中，S 1和S 2为双缝，P 是光屏上的一点，已知P 点与S 1和S 2距离之差为2.1×10－6 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？图3(1)已知A 光在折射率为n ＝1.5的介质中波长为4×10－7 m ；(2)已知B 光在某种介质中波长为3.15×10－7 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. 答案 (1)暗条纹 (2)亮条纹 (3)见解析解析 (1)设A 光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n ＝c v ＝λ1λ2得λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m ＝6×10－7 m 根据路程差Δr ＝2.1×10－6 m所以N 1＝Δr λ1＝2.1×10－6m6×10－7 m＝3.5由此可知，从S 1和S 2到P 点的路程差Δr 是波长λ1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 ＝1n 得n ＝1sin 37°＝53由此可知，B 光在空气中波长λ3为 λ3＝nλ介＝53×3.15×10－7 m ＝5.25×10－7 m所以N 2＝Δr λ3＝2.1×10－6m5.25×10－7 m＝4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. 变式1 关于杨氏双缝干涉实验，下列说法正确的是( ) A.单缝的作用是获得频率相同的两相干光源 B.双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源C.光屏上距两缝的路程差等于半个波长的整数倍处出现暗条纹D.照射到单缝的单色光的频率越高，光屏上出现的条纹越宽 答案 B解析 单缝的作用是获得一束细光，故A 错误；双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源，B 正确；屏上出现暗条纹处距两缝的路程差等于半个波长的奇数倍，故C 错误；单色光的频率越高，波长越短，根据Δx ＝ld λ，知相邻条纹的间距越小，条纹越窄，故D 错误.类型2 光的薄膜干涉例2劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图4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：图4(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.消失答案 A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.变式2一个半径较大的透明玻璃球体，截取其下面的一部分，然后将这一部分放到标准的水平面上，现让单色光竖直射向截面，如图5所示，在反射光中看到的是()图5A.平行的明暗相间的直干涉条纹B.环形的明暗相间的干涉条纹C.只能看到同颜色的平行反射光D.一片黑暗答案 B命题点二光的衍射和偏振现象1.对光的衍射的理解(1)波长越长，衍射现象越明显.在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别.(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看做是沿直线传播的. 2.单缝衍射与双缝干涉的比较3.光的干涉和衍射的本质光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的. 4.光的偏振(1)自然光与偏振光的比较(2)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等. 例3 如图6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( )图6A.红黄蓝紫B.红紫蓝黄C.蓝紫红黄D.蓝黄红紫答案 B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)Δx＝ldλ，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.例4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旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α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7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.图7(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αD.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α答案(1)把自然光变成偏振光(2)横波(3)ACD变式3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，直至条纹消失答案 D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，出现明暗相间的彩色条纹，最后随孔的闭合而全部消失，故D正确.命题点三电磁波与相对论1.对麦克斯韦电磁场理论的理解2.对电磁波的理解(1)电磁波是横波.电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直，如图8所示.图8(2)电磁波与机械波的比较类型1对电磁波的理解例5(多选)(2016·全国卷Ⅱ·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 答案 ABC解析 电磁波在真空中传播速度等于光速，与频率无关，A 正确；电磁波是周期性变化的电场和磁场互相激发得到的，B 正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，C 正确；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，D 错误；电磁振荡停止后，电磁波仍会在介质或真空中继续传播，E 错误.变式4 如图9所示，我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑，米波雷达发射无线电波的波长在1～10 m 范围内，则对该无线电波的判断正确的是( )图9A.米波的频率比厘米波频率高B.和机械波一样须靠介质传播C.同光波一样会发生反射现象D.不可能产生干涉和衍射现象 答案 C解析 根据f ＝vλ可知，电磁波的波长越大，频率越低，故米波的频率比厘米波的频率低，选项A 错误；无线电波的传播不需要介质，选项B 错误；无线电波同光波一样会发生反射现象，选项C 正确；干涉和衍射是波特有的现象，故该无线电波也能发生干涉和衍射现象，选项D 错误.类型2 对狭义相对论的理解和应用例6 如图10所示，两艘飞船A 、B 沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v (v 接近光速c ).地面上的人测得它们相距为L ，则飞船A 上的人测得两飞船间的距离________(选填“大于”“等于”或“小于”)L.当B向A发出一光信号，飞船A上的人测得该信号的速度为________.图10答案大于c(或光速)解析狭义相对论的两个基本原理之一就是光速不变原理，因此飞船A上的人测得信号的速度仍等于c(或光速)，以地面为参考系，在运动方向有尺缩效应现象，而B相对A是静止的，没有尺缩效应现象，则飞船A上的人测得两飞船距离应大于L.1.关于电磁波的说法中正确的是()A.只要有电场和磁场，就能产生电磁波B.电磁波会发生偏振现象，是纵波C.电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象D.紫外线的频率比红外线的频率小答案 C解析由麦克斯韦电磁场理论知，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，振荡的电场和磁场交替产生，由近及远地传播，形成电磁波，A错误；电磁波会发生偏振现象，是横波，B错误；干涉和衍射现象是波特有的现象，电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象，C正确；紫外线的频率比红外线的频率大，D错误.2.(2019·四川省成都市调研)小朋友吹出的肥皂泡、热菜汤表面的油花、马路上积水表面的油膜，都有彩色花纹.这是下列哪种原因形成的()A.光的色散B.光的干涉C.光的直线传播D.光的衍射答案 B3.下列说法正确的是()A.雨后天空中的彩虹是由光的干涉产生的B.紫外线可杀菌消毒是因为它有较强的热效应C.红光和黄光分别通过同一双缝干涉装置，红光形成的相邻亮条纹间距大D.观察者相对于频率一定的声源运动时，接收到声波的频率与波源频率相同答案 C4.某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图1甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示.他改变的实验条件可能是( )图1A.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答案 B解析 由Δx ＝lλd，可知减小双缝之间的距离，增大双缝到光屏之间的距离，换用波长更长的单色光源，即换用频率更低的单色光源，都可以增加条纹宽度，B 正确.5.(多选)(2018·江西师范大学附中三模)下列说法中正确的是( )A.机械波的频率等于波源的振动频率，与介质无关B.爱因斯坦狭义相对论指出，真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的C.光纤通信是一种以光波为传输介质的通信方式，光波按波长长短，依次可分为红外线、可见光和紫外线，但红外线和紫外线属于不可见光，它们都不可用来传输信息D.根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波是横波E.宇宙红移现象表示宇宙正在膨胀，这可以用多普勒效应来揭示，说明我们接收到的遥远恒星发出的光比恒星实际发光频率偏小答案 ADE解析 机械波的频率与波源振动的频率相同，与传播介质无关，A 正确；在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值c ，这叫做光速不变原理，B 错误；只要是光波，就能够在光导纤维中传播，不管是可见光还是不可见光，都可以用来传输信息，故C 错误；根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波是横波，D 正确；根据多普勒效应可知，宇宙红移现象表示宇宙正在膨胀，说明我们接收到的遥远恒星发出的光比恒星实际发光频率偏小，故E 正确.6.(多选)(2018·山东省菏泽市上学期期末)关于机械波与电磁波，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有关B.电磁波可以发生衍射现象和偏振现象C.简谐机械波在给定的介质中传播时，振动的频率越高，则波传播速度越大D.紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度E.机械波不但能传递能量，而且能传递信息，其传播方向就是能量或信息传递的方向答案BDE解析电磁波在真空中的传播速度都等于光速，与电磁波的频率无关，故A错误；衍射现象是波特有的现象，而偏振现象是横波特有的现象，电磁波是一种横波，可以发生衍射现象和偏振现象，故B正确；在同一种均匀介质中传播时，简谐机械波的传播速度相等，故C错误；光在介质中传播，频率越高，传播速度越小，紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度，故D正确；机械波沿其传播方向既能传递能量，又能传递信息，故E正确.7.(多选)(2018·山西省晋中市适应性调研)以下物理学知识的相关叙述中，正确的是()A.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振B.交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应C.变化的电场周围一定产生变化的磁场D.狭义相对论认为，在惯性参考系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关E.在“用单摆测重力加速度”的实验中，测量n次全振动的总时间时，计时的起始位置应选在小球运动到最低点时为宜答案BDE解析用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉，选项A错误；交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应，选项B正确；变化的电场周围一定产生磁场，均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，选项C错误；狭义相对论认为，在惯性参考系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关，选项D正确；在“用单摆测重力加速度”的实验中，测量n次全振动的总时间时，计时的起始位置应选在小球运动到最低点时为宜，选项E正确.8.(多选)(2018·湖北省4月调研)下列说法正确的是()A.不管系统的固有频率如何，它做受迫振动的频率总等于周期性驱动力的频率，与系统的固有频率无关B.游泳时耳朵在水中听到的音乐与在岸上听到的是一样的，说明机械波从一种介质进入另一种介质，频率并不改变C.当光从一种介质射入另一种介质时，如果入射角足够大，就会发生全反射现象D.麦克斯韦电磁场理论的主要论点是变化的磁场激发电场，变化的电场激发磁场E.相对论认为：一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度大答案ABD解析不管系统的固有频率如何，它做受迫振动的频率总等于周期性驱动力的频率，与系统的固有频率无关，选项A正确；游泳时耳朵在水中听到的音乐与在岸上听到的是一样的，说明机械波从一种介质进入另一种介质，频率并不改变，选项B正确；只有当光从光密介质射入另一种光疏介质，而且入射角足够大时，才会发生全反射现象，选项C错误；麦克斯韦电磁场理论的主要论点是变化的磁场激发电场，变化的电场激发磁场，选项D正确；相对论认为：一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小，选项E错误.9.(多选)(2018·山西省长治、运城、大同、朔州、阳泉五地市联考)下列说法正确的是()A.日光灯是紫外线的荧光效应的应用B.单摆在做受迫振动时，它的周期等于单摆的固有周期C.机械波从一种介质进入另一种介质后，它的频率保持不变D.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在E.弹簧振子做简谐振动时，振动系统的势能与动能之和保持不变答案ACE解析日光灯是紫外线的荧光效应的应用，故A正确；单摆在做受迫振动时，它的周期等于驱动力的周期，故B错误；机械波的频率由波源决定，和介质无关，故C正确；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故D错误；弹簧振子做简谐运动时，振动系统的机械能守恒，即振动系统的势能与动能之和保持不变，故E正确.10.(多选)(2018·重庆市上学期期末抽测)下列说法正确的是()A.在双缝干涉实验中，保持入射光的频率不变，增大双缝间的距离，干涉条纹间距也增大B.日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上滤光片，可以使景象更清晰，这是利用了光的偏振原理C.我们发现竖直向上高速运动的球体，在水平方向上长度变短了D.用紫外线照射大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光，这是利用紫外线的荧光效应E.太阳光经过三棱镜的两次折射，会发散成彩色光带答案BDE解析根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝ldλ可知，增大双缝间的距离d，干涉条纹间距减小，故A错误；日落时分拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上滤光片可以使景象更清晰，这是利用了光的偏振原理，故B正确；竖直向上高速运动的球体在水平方向上长度不变，沿运动方向上的长度会变短，选项C错误；用紫外线照射大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光，利用了紫外线的荧光效应，故D正确；太阳光经过三棱镜的两次折射，由于三棱镜对各种色光的折射率不同，所以折射角也就不同，那么经过两次折射就会发散成彩色光带，故E正确.11.(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图2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()图2A.这里应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，表明抽制的丝变细答案AD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，即障碍物的尺寸变小，条纹变宽，A、D正确.。

第14章电磁波相对论简介版块一知识点1变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场'电磁波的产生、发射、接收及其传播Ⅰ1.麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。

2．电磁场：变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场。

3．电磁波：电磁场（电磁能量）由近及远地向周围传播形成电磁波。

（1）电磁波是横波，在空间传播不需要介质。

（2）v＝λf对电磁波同样适用。

（3）电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。

4．发射电磁波的条件（1）要有足够高的振荡频率；（2）电路必须开放，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。

5．调制：有调幅和调频两种方法。

6．电磁波的传播（1）三种传播方式：天波、地波、空间波。

（2）电磁波的波速：真空中电磁波的波速与光速相同，c＝3.0×108 m/s。

7．电磁波的接收（1）当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象。

（2）使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，能够调谐的接收电路叫作调谐电路。

（3）从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程叫作检波，检波是调制的逆过程，也叫作解调。

8．电磁波的应用电视和雷达。

知识点2电磁波谱Ⅰ1.定义按电磁波的波长从长到短分布是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，形成电磁波谱。

最强医用治疗知识点3狭义相对论的基本假设质速关系、质能关系' 相对论质能关系式Ⅰ1.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，一切物理规律都是相同的。

（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相同的，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。

2．相对论的质速关系（1）物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量m 0之间有如下关系： m ＝m 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2。

（2）物体运动时的质量m 总要大于静止时的质量m 0。

专题14 光、电磁波和相对论一、选择题1．【2016·某某卷】一束单色光由空气进入水中，如此该光在空气和水中传播时A．速度一样，波长一样B．速度不同，波长一样C．速度一样，频率一样D．速度不同，频率一样【答案】D【考点定位】光的传播、光速、波长与频率的关系【方法技巧】此题分析时要抓住光在不同介质中传播频率不变这个特征，应用公式c公式分析光进入不同介质中的传播速度。

vn2．【2016·某某卷】各种不同频率范围的电磁波按频率由大到小的排列顺序是A．γ射线、紫外线、可见光、红外线B．γ射线、红外线、紫外线、可见光C．紫外线、可见光、红外线、γ射线D．红外线、可见光、紫外线、γ射线【答案】A【解析】在电磁波谱中，各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、α射线、γ射线，所以选项A正确。

【考点定位】电磁波谱【方法技巧】此题需要记得电磁波谱按照波长或频率的排列顺序，按照这个顺序就可以分析出答案。

3．【2016·卷】如下说法正确的答案是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【答案】A【解析】电磁波在真空中的传播速度等于光速，A正确；在空气中传播的声波是纵波，B错误；声波的传播需要介质，可以在空气、液体和固定中传播，C错误；光属于电磁波，其传播不需要介质，可以在真空中传播，D错误。

【考点定位】考查了机械波和电磁波【方法技巧】此题的关键是知道光是电磁波的一种，电磁波在真空中的传播速度与光在真空中的传播速度一样，机械波传播的是振动形式，其传播离不开介质，机械波在传播过程中波速由介质决定。

4．【2016·某某卷】在双缝干预实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，如此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【答案】D【考点定位】双缝干预、lxdλ∆=、单缝衍射【方法技巧】通过双缝干预条纹特征和单缝衍射条纹特征进展分析和判断，再应用公式l xd λ∆=分析条纹间距。

14.5光电磁波与相对论综合练一、单选题1．（2022·北京大兴精华学校三模）我们知道光从一种介质进入另一种介质时会发生折射，理论和实验证明机械波也可以。

一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处将发生折射，如图所示。

生活中，我们发现海边的波涛，总是沿着与海岸垂直的方向袭来，就是由于波的折射，改变了方向所致。

而机械波的折射原理跟光的折射类似，入射角和折射角之间的关系跟波的速度有关。

现在有一列水波从浅水区进入深水区，水速变大了。

请类比光的折射，分析这列水波折射示意图（选项中-------为法线）合理的是（）A．B．C．D．2．（2022·山东师范大学附中模拟预测）如图所示为双缝干涉部分示意图，双缝间距为d，双缝至屏的距离为l，整个装置处于折射率为n的均匀透明介质中。

若单色光在真空中波长为λ，∆为（）则相邻条纹间距yA．ldλB．nldλC．lndλD．2n ldλ3．（2022·北京市十一学校三模）超材料是一种人造材料，其性质不仅取决于组成成分，还取决于其基本单元结构。

通过在关键物理尺度上单元结构的有序设计，超材料能实现自然材料所无法达到的超常电磁特性。

人工电磁黑洞由谐振和非谐振的超材料组成，能够螺旋式地吸收电磁波。

如图甲所示，电磁黑洞直径约22厘米，包含60个同轴环，每个同轴环都由结构复杂的电路板构成。

虚线外是由40个同轴环组成装置外壳，虚线内是由20个同轴环构成吸收器（中心核），光线在中心核里被转化成热能。

该装置只吸收微波频段（300MHz-300GHz）的电磁波，吸收效果如图乙所示。

通过电磁波在非均匀介质中的传播光路来类比光在引力场中的运动轨迹，电磁黑洞能够模拟黑洞的部分特性。

下列说法正确的是（）A．人工电磁黑洞可以吸收波长范围0.1mm～0.1m的电磁波B．进入该装置中心核的微波在内表面不断被全反射C．装置外壳越靠近轴心的位置折射率越大D．速度小于光速c的β射线无法从该装置表面逃逸出去4．（2022·山东日照·二模）物理社团的同学想测量一透明物体的折射率。

专题14 电磁振荡和电磁波 光 相对论〔选修3-4〕【2021 年高考命题预测】电磁振荡和电磁波、光和相对论在历年的高考命题中都占有一席之地，特别是光的反射、折射、全反射，涉及到光的折射率和全反射以及与结合几何关系是计算题局部常见的命题形式，而对于不同色光的波长、光速、频率、折射率、临界角等那么是选择题常见的命题选项。

此外电磁振荡和电磁波以及相对论也是非计算题的命题选项，虽然考试频率不高，但也要有准备有复习有掌握。

命题重点放在考察光学一些重要的规律和概念上，注重课本，加强理解；“考课本〞、“不回避陈题〞是高考对光学命题的特点。

“联络实际、联络生活、联络高科技〞已成为高考命题的新趋向；也是这几年光学命题的热点。

“光路〞的考察〔折射、全反射、棱镜等〕，一般是考察光线的去向的定性分析和定量计算问题；考察学生的分析综合才能，估计以后高考试题不会有太大的变化，但会加强对光学的物理规律的理解和对物理现象、物理情景的分析才能的考察。

光的波动内容近两年命题频率较高，对光的波动性进展考察，主要是以干预和衍射以及电磁波谱知识为要点，考察波动光学的一些初步理论、以及建立这些理论的实验根底和一些重要的物理现象；尤其是波动光学近年新增知识点有“双缝干预的条纹间距与波长的关系〞、 “光的偏振现象〞、“物质波〞、“激光的特性及应用〞等也在高考中有所表达．光的粒子性主要考察光电效应规律理解和爱因斯坦光电效应方程的纯熟应用。

【2021 年高考考点定位】面对即将降临的2021 年高考，涉及到光的反射、折射、折射率、全反射、色散成因及规律仍会是光线选择题和计算题考察的重点；光的双缝干预、薄膜干预衍射、偏振；红外线、紫外线、X 射线、γ射线的性质及其应用估计更多以选择题的形式出现。

此为光电效应、电磁振荡和电磁波的形成考察方式以定性分析为主，注重对物理规律的理解和对物理现象、情景的分析才能考察。

【考点pk 】名师考点透析考点一、光的折射和全反射【名师点睛】1. 光的折射：○1折射定律：折射光线和法线、入射光线处在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。

高中物理学习材料桑水制作专题14 光 电磁波 相对论（2012 浙江）20、为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外面壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C 置于储罐中，电容器可通过开关S 与线圈L 或电源相连，如图所示。

当开关从a 拨到b 时，由L 与C 构成的回路中产生周期的振荡电流。

当罐中的液面上升时A.电容器的电容减小B. 电容器的电容增大C. LC 回路的振荡频率减小D. LC 回路的振荡频率增大20【答案】BC 【考点】电容器【解析】根据平行板电容的电容公式 4SC kdεπ=，知道液面上升，则板间的平均电介质ε 增大，得C 增大，B 项对；LC 振荡电路周期 ，在C 增大时，T 增大，所以频率减小，C 项对。

（2012新课标）34.（2）（9分） 一玻璃立方体中心有一点状光源。

今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜，以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体。

已知该玻璃的折射率为2，求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值。

（2）【考点】全反射解：如图，考虑从玻璃立方体中心O 点发出的一条光线，假设它斜射到玻璃立方体上表面发生折射。

根据折射定律有sin sin n θα= ① 式中，n 是玻璃的折射率，入射角等于θ，α是折射角。

现假设A 点是上表面面积最小的不透明薄膜边缘上的一点。

由题意，在A 点刚好发生全反射，故2A πα=②设线段OA 在立方体上表面的投影长为R A ，由几何关系有A 22sin =()2A A R aR θ+③式中a 为玻璃立方体的边长，有①②③式得221A a R n =-④由题给数据得2A aR =⑤ 由题意，上表面所镀的面积最小的不透明薄膜应是半径为R A 的圆。

所求的镀膜面积S ′与玻璃立方体的表面积S 之比为2266AR S S aπ'=⑥ 由⑤⑥式得4S S π'=⑦（2012 北京）14. 一束单色光经由空气射入玻璃，这束光的 （ ） A 速度变慢，波长变短 B 速度不变，波长变短 C 频率增高，波长变长 D 频率不变，波长变长 答案：A14解析：本题属于光学知识，考查光的折射。