2018届高考物理大一轮复习教师用书：第77课时 光的波动性 电磁波 相对论双基落实课 含解析 精品

第77课时光的波动性电磁波相对论(双基落实课) [命题者说]本课时内容都是需要简单认识和了解的内容。

包括光的干涉、衍射、光的偏振、电磁场的初步知识和电磁波、相对论的初步知识等。

高考涉及这些考点时，都是考查记忆和了解的最基本的内容。

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，如图：2．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的时候，衍射现象才会明显。

(2)衍射条纹的特点：(3)两种图样对比：单色光的双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹宽度不均匀，中央条纹最宽，两边依次变窄。

3．光的偏振(1)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，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。

[小题练通]1．关于下列光学现象，说法正确的是( )A ．水中蓝光的传播速度比红光快B ．光从空气射入玻璃时不可能发生全反射C ．在岸边观察前方水中的一条鱼，鱼的实际深度比看到的要深D ．分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更宽E ．偏振现象说明光是纵波解析：选BCD 在介质中，红、橙、黄、绿、青、蓝、紫各色光随着频率的增大，其折射率也增大，根据v ＝c n知，水中蓝光的传播速度比红光慢，选项A 错误；光从光密介质射入光疏介质时，才可能发生全反射，光从空气射入玻璃时，不会发生全反射，选项B 正确；在岸边观察水中的鱼，视深h ′＝h n ，故视深h ′小于鱼的实际深度h ，选项C 正确；蓝光比红光的波长短，由干涉条纹宽度Δx ＝l dλ知，用红光时得到的条纹间距比蓝光的宽，选项D 正确。

偏振现象说明光是横波，选项E 错误。

2．(2017·周口二模)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和同一单缝衍射仪器形成的图样(灰黑色部分表示亮条纹)。

则属于蓝光的干涉图样的是( )解析：选C 双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有亮条纹宽度相同且等间距，根据双缝干涉条纹间距Δx ＝l d λ可知，波长λ越大，Δx 越大，故左边第一个是红光的，第三个是蓝光的。

单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越粗，故从左向右依次是红光(双缝干涉)、蓝光(单缝衍射)、蓝光(双缝干涉)和红光(单缝衍射)。

由以上分析可知，A 、B 、D 错误，C 正确。

区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法(1)根据条纹的宽度区分：双缝干涉条纹的宽度相同，而单缝衍射的条纹中央亮条纹最宽，两侧的亮条纹逐渐变窄。

(2)根据条纹的间距区分：双缝干涉条纹的间距是相等的，而单缝衍射的条纹越向两侧条纹间距越窄。

(3)根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央亮条纹往两侧亮度变化很小，而单缝衍射条纹中央亮条纹最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗。

1.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。

(4)v＝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①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。

②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。

[小题练通](2016·全国甲卷)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：选ABC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；周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，选项B正确；电磁波传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直，选项C正确；电磁波可以通过光缆传输，选项D错误；电磁波波源的电磁振荡停止，波源不再产生新的电磁波，但空间中已产生的电磁波仍可继续传播，选项E错误。

(1)波长不同的电磁波，表现出不同的特性。

其中波长较长的无线电波和红外线等，易发生干涉、衍射现象；波长较短的紫外线、X射线、γ射线等，穿透能力较强。

(2)电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X射线、X射线和γ射线都有重叠，但它们产生的机理不同。

1.(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＝mc2。

[课堂跟踪检测]1．关于光的干涉，下列说法中正确的是()A．在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的B．在双缝干涉现象里，入射光波长变短，相邻两个明条纹间距将变窄C．只有频率相同的两列光波才能产生干涉D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定E．频率不同的光不可能叠加解析：选ABC在双缝干涉现象中，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，入射光的波长越长，相邻两个明条纹的间距越大；两列波产生干涉时，频率必须相同，任何两列光波都能叠加。

2．(2017·洛阳检测)下列说法正确的是()A．用光导纤维束传输图像和信息，这是利用了光的全反射原理B．紫外线比红外线更容易发生衍射现象C．经过同一双缝所得的干涉条纹，红光比绿光条纹宽度大D．光的色散现象都是由于光的干涉现象引起的E．光的偏振现象说明光是一种横波解析：选ACE光导纤维束传输图像和信息，这是利用了光的全反射原理，故A正确；紫外线的波长比红外线短，不容易发生衍射现象，故B错误；同一双缝所得的干涉条纹，因红光的波长比绿光长，则干涉条纹宽度大，故C 正确；色散现象可以由光的干涉或折射现象引起，故D 错误；偏振是横波的特有现象，光的偏振现象说明光是一种横波，故E 正确。

3.如图所示，a 、b 两束光以不同的入射角由介质射向空气，结果折射角相同，下列说法正确的是( )A ．b 在该介质中的折射率比a 小B ．若用b 做单缝衍射实验，要比用a 做中央亮条纹更宽C ．用a 更易观测到泊松亮斑D ．做双缝干涉实验时，用a 光比用b 光两相邻亮条纹中心的距离更大E ．b 光比a 光更容易发生明显的衍射现象解析：选ABE 设折射角为θ1，入射角为θ2，由题设条件知，θ1a ＝θ1b ，θ2a <θ2b ，由n ＝sin θ1sin θ2，知n a >n b ，A 正确；因为n a >n b ，所以λa <λb ，又Δx ＝l d λ，故Δx a <Δx b ，B 正确，D 错误；而波长越长，衍射现象越明显，C 错误；b 光比a 光更容易发生明显的衍射现象，E 正确。

4.如图所示，a 是一偏振片，a 的透振方向为竖直方向。

下列四种入射光束哪几种照射a 时能在a 的另一侧观察到透射光( )A ．太阳光B ．沿竖直方向振动的光C ．沿水平方向振动的光D ．沿与竖直方向成45°的光E ．以上四种光都可以解析：选ABD 根据光的偏振知识，只要光的振动方向不与偏振片的透振方向垂直，光都能通过偏振片。

当光的振动方向与偏振片的透振方向相同时，透射光最强，当二者垂直时，光完全不能透过。

当二者间的夹角在0°～90°逐渐增加时，透射光逐渐减弱。

太阳光、沿竖直方向振动的光、沿与竖直方向成45°角振动的光均能通过偏振片。

5．关于电磁波的发射和接收，下列说法中正确的是( )A ．为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，电路必须是闭合的B ．音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波C ．当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强D ．要使电视机的屏幕上有图像，必须要有检波过程E ．电视信号可以直接通过天线向外发射解析：选BCD 有效发射电磁波，必须采用开放电路和高频发射；一般的音频电流和电视信号的频率较低，不能直接用来发射电磁波；电磁波接收原理是一种叫电谐振的现象，与机械振动中的共振有些相似；电视机显示图像时，必须通过检波过程，把有效的信号从高频调制信号中取出来，否则就不能显示，故A、E错误，B、C、D正确。

6．在狭义相对论中，下列说法正确的是()A．所有惯性系中基本规律都是等价的B．在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关C．在不同惯性系中，光在真空中沿不同方向传播速度不相同D．质量、长度、时间的测量结果不随物体与观察者的相对状态的改变而改变E．时间与物体的运动状态有关解析：选ABE根据相对论的观点：在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的；且在一切惯性系中，光在真空中的传播速度都相等；质量、长度、时间的测量结果会随物体与观察者的相对状态的改变而改变，故选项A、B正确，C、D错误。

在狭义相对论中，时间与物体的运动状态有关，E正确。

7．在五彩缤纷的大自然中，我们常常会见到一些彩色光的现象，下列现象中属于光的干涉的是()A．洒水车喷出的水珠在阳光照耀下出现的彩色现象B．小孩儿吹出的肥皂泡在阳光照耀下出现的彩色现象C．雨后天晴马路上油膜在阳光照耀下出现的彩色现象D．用游标卡尺两测量爪的狭缝观察日光灯的灯光出现的彩色现象E．实验室用双缝实验得到的彩色条纹解析：选BCE A属于光的色散现象；B、C属于光的薄膜干涉现象；D属于光的单缝衍射现象；E属于光的双缝干涉现象。