电磁波与相对论

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选修3-4
第十三章
光学 电磁波 相对论
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基 础 知 识 梳 理
高三物理
②当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光 的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射， 不发生折射．当折射角等于90° 时，实际上就已经没有折 射光了． ③全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光 密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中， 反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入 射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时 就发生了全反射．
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考 技 案 例 导 析
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同，但频率不变．
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例1
[2010· 江苏物理卷]如图所示，一束激光从O点
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由空气射入厚度均匀的介质，经下表面反射后，从上表 面的A点射出．已知入射角为θ1，A与O相距l，介质的折
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3．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体对光路的控制 类别 项目 结构 平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体(球)
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玻璃砖上下表 横截面为三角 面是平行的 形的三棱镜
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第十三章
光学 电磁波 相对论
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第1单元 功和功率
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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。

2020届高考物理光的波动性、电磁波和相对论（含答案）1.在双缝干涉实验中，某同学用黄光作为入射光，为了增大干涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有() A．改用红光作为入射光B．改用蓝光作为入射光C．增大双缝到屏的距离D．增大双缝之间的距离答案AC2.下列现象属于光的衍射的是()A．雨后天空出现彩虹B．通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹C．海市蜃楼现象D．日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹答案B3.如图所示，让太阳光或白炽灯光先后通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象。

这个实验表明()A．光是电磁波B．光是一种横波C．光是一种纵波D．光是概率波答案B4.下列关于电磁波的说法正确的是()A．电磁波只能在真空中传播B．电场随时间变化时一定产生电磁波C．做变速运动的电荷会在空间产生电磁波D．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在答案C5.在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。

若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是()A．改用红色激光B．改用蓝色激光C．减小双缝间距D．将屏幕向远离双缝的位置移动E．将光源向远离双缝的位置移动答案ACD6.光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是()A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度，是利用光的偏振现象B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C．在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象答案D7.(1)在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是()A．光的折射现象、色散现象B．光的反射现象、干涉现象C．光的衍射现象、偏振现象D．光的直线传播现象(2)在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，图的四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是()A．甲、丙B．乙、丙C．甲、丁D．乙、丁(3)如图，激光的波长为5.30×10－7 m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7 m，则在这里出现的应是______(填“明条纹”或“暗条纹”)。

N 单元 光学 电磁波 相对论N1 光的传播37．N1(2)[2023·山东卷] 如以下图，一玻璃球体的半径为R ，O 为球心，AB 为直径．来自 B 点的光线 BM 在 M 点射出，出射光线平行于 AB ，另一光线 BN 恰好在 N 点发生全反射．∠ABM ＝30°，求：①玻璃的折射率．②球心 O 到 BN 的距离．37．(2)[解析] 设光线 BM 在 M 点的入射角为 i ，折射角为 r ，由几何学问可知，i ＝30°， r ＝60°，依据折射定律得 n sin r ＝sin i ⑤代入数据得n ＝ 3⑥光线 BN 恰好在 N 点发生全反射，则∠BNO 为临界角 C . sin C 1 ＝n⑦ 设球心到 BN 的距离为 d ，由几何学问可知d ＝R sin C ⑧联立⑥⑦⑧式得 d ＝ 3 ⑨3 R14．N1 [2023·北京卷] 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 14．A [解析] 光从一种介质进入另一种介质时，频率不变，C 项错误；由 nc速度变慢，B 项错误；由 v ＝λ得f 12．B .[2023·江苏卷]＝v 可得， ，波长变短，D 项错误．所以此题的正确答案为A 项.N2 光的波动性(1) N2 如以下图，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P 和 Q ，A 点位于 P 、Q 之间，B 点位于 Q 右侧．旋转偏振片 P, A 、B 两点光的强度变化状况是 ．A ．A 、B 均不变 B ．A 、B 均有变化C ．A 不变，B 有变化D ．A 有变化，B 不变图 12图 13(2) N2“测定玻璃的折射率”试验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针 A 、B ，在另一侧再竖直插两个大头针 C 、D .在插入第四个大头针 D 时，要使它 ．图是在白纸上留下的试验痕迹，其中直线a 、a ′是描在纸上的玻璃砖的两个边．依据该图可算得玻璃的折射率 n ＝ .(计算结果保存两位有效数字)12．B.[答案] (1)C (2)挡住 C 及 A 、B 的像 1.8(1.6～1.9 都算对)[解析] (1)旋转偏振片 P ，A 处得到的是始终强度一样的偏振光，偏振光再经过偏振片， 在 B 处的光强随着 P 转动而变化，当Q 的透振方向与经过 P 的偏振光的振动方向垂直时，B 处的光强为 0.(2)插在 D 点的大头针必需挡住 C 及 A 、B 的像，这样才保证沿 A 、B 的光线经过 C 、D ； 作出光路图如以下图，以入射点O 为圆心作圆，交入射光线与折射光线于E 、F ，从E 、F 作EG 法线的垂线交法线于 G 、H ，用刻度尺量出 EG 、FH 的长，由公式 n ＝sin i EO EG sin ＝ ＝ 求出折射率．r FH FH FON3 电磁场 电磁波20．N3[2023·浙江卷] 为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器 C 置于储罐中，电容器可通过开关 S 与线圈 L 或电源相连，如以下图．当开关从 a 拨到 b 时，由 L 与 C 构成的回路中产生周期 T ＝2π LC 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．BC [解析] 由于罐中的液体是不导电的，介电常数比空气大．当液面上升时，金属板间的电介质的介电常数增加，因此，电容器的电容增大，选项A 错误，选项B 正确；依据振荡电路的周期公式可知，振荡周期增大，振荡频率减小，选项D 错误，选项C 正确．16．L1N3 [2023·四川卷] 如以下图，在铁芯 P 上围着两个线圈 a 和 b ，则( )A. 线圈 a 输入正弦交变电流，线圈 b 可输出恒定电流B. 线圈 a 输入恒定电流，穿过线圈 b 的磁通量确定为零C. 线圈 b 输出的交变电流不对线圈 a 的磁场造成影响D.线圈 a 的磁场变化时，线圈 b 中确定有电场16．D [解析] 当线圈 a 输入正弦交变电流时，线圈 b 输出同频率的正弦交变电流，A 错误；当线圈 a 输入恒定电流时，线圈 a 产生稳定的磁场，通过线圈 b 的磁通量不变，但不是零，B 错误；由于互感，每个线圈的交变电流都对另外一个线圈的磁场产生影响，C 错误；依据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场确定产生电场，D 正确．N4 相对论N5 试验：测玻璃砖的折射率21．N5[2023·浙江卷] 在“测定玻璃的折射率”试验中，某同学经正确操作插好了 4 枚大头针，如图甲所示．甲乙(1) 在图中画出完整的光路图；(2) 对你画出的光路图进展测量和计算，求得该玻璃砖的折射率 n ＝ (保存 3 位有效数字)；(3) 为了观测光在玻璃不同外表的折射现象，某同学做了两次试验，经正确操作插好了8 枚大头针，如图乙所示．图中 P 和 P 1 2 是同一入射光线上的 2 枚大头针，其对应出射光线上 的 2 枚大头针是 P 3和 (填“A ”或“B ”)． 21．[答案] (1)如以下图(2)1.51(1.48～1.54)(3)A[解析] (1)完整的光路图如以下图．sin i(2)用量角器测出入射角i 与折射角r，依据折射定律n＝sin r得出结果；或者利用坐标纸结合入射角和折射角画两个直角三角形，然后用刻度尺测出所对应的直角边和斜边的长度，进一步计算出正弦值，再代入折射定律公式即可．(3)由图可知，由于入射光线比较靠近玻璃砖的右边，经过上外表折射后，再经过右侧面折射出来，故应当通过A 点．N6 试验：用双缝干预试验测量光的波长16．N6[2023·全国卷]在双缝干预试验中，某同学用黄光作为入射光．为了增大干预条纹的间距，该同学可以承受的方法有( )A．改用红光作为入射光B．改用蓝光作为入射光C．增大双缝到屏的距离D．增大双缝之间的距离L16．AC [解析] 双缝干预的条纹间距Δx＝dλ，由黄光改为红光，波长λ变大，条纹间距Δx 增大，所以A 正确；蓝光波长小于黄光波长，条纹间距Δx 减小，B 错误；增大双缝到屏的距离L，条纹间距Δx 增大，C 正确，增大双缝之间的距离d，条纹间距Δx 减小，D 错误．19．(1)N6 [2023·福建卷] 在“用双缝干推测光的波长”试验中：(试验装置如以以下图)①以下说法哪一个是错误的．(填选项前的字母)A．调整光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝B．测量某条干预亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C．为了减小测量误差，可用测微目镜测出n 条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距aΔx＝n－1②测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图，其示数为mm.19．(1)[答案] ①A ②1.970[解析] ①试验中应先使光源、遮光筒的轴线在同一水平线上，然后放上单缝和双缝再依次调整单缝和双缝的高度；②手轮上的读数＝固定尺的读数＋可动尺的读数，即为1.5 mm＋47.0×0.01 mm＝1.970 mm.N7 光学综合6．N7 [2023·天津卷]半圆形玻璃砖横截面如图，AB 为直径，O 点为圆心．在该截面内有a、b 两束单色可见光从空气垂直于AB 射入玻璃砖，两入射点到O 的距离相等．两束光在半圆边界上反射和折射的状况如以下图，则a、b 两束光( )A．在同种均匀介质中传播，a 光的传播速度较大B．以一样的入射角从空气斜射入水中，b 光的折射角大C．假设a 光照耀某金属外表能发生光电效应，b 光也确定能D．分别通过同一双缝干预装置，a 光的相邻亮条纹间距大6．ACD [解析] 完成光路图，如以下图，其中OP、OQ 分别为a、b 两光线在玻璃砖内部传播时的法线．两单色光垂直AB 射入玻璃砖的入射点到O 的距离相等，由几何关系可知，两光线在半圆边界上的入射角相等，b 光发生了全反射而a 光没有发生全反射，说明 b 光的临界角较小，则b光具有折射率较大(以一样的入射角从空气斜射入水中，b光折射角小)、频率较大(假设a 光照耀某金属外表能发生光电效应，b 光也确定能)、波长较短(通过同一双缝干预装置，b 光的相邻亮条纹间距小)、在同种均匀介质中传播速度较小等特点．18．N7 [2023·四川卷] a、b 两种单色光组成的光束从介质进入空气时，其折射光束如以下图．用a、b 两束光( )A．先后照耀双缝干预试验装置，在缝后屏上都能消灭干预条纹，由此确定光是横波B．先后照耀某金属，a 光照耀时恰能逸出光电子，b 光照耀时也能逸出光电子C．从同一介质以一样方向射向空气，其界面为平面，假设b 光不能进λ空气，则a 光也不能进入空气D．从同一介质以一样方向射向空气，其界面为平面，a 光的反射角比b 光的反射角大18．C [解析]横波和纵波都能发生干预现象，A 错误；由图知，a 光的折射率较大，则a 光的频率较大，所以假设a 光照耀某金属恰能逸出光电子，则b 光照耀该金属确定不能逸出光电子，B 错误；a 光的折射率较大，则a 光的临界角较小，以一样入射角从同一个介质射入空气时，假设b 光发生全反射，则a 光确定发生全反射，C 正确；依据光的反射定律，反射角等于入射角，D 错误．34．N7(2)[2023·课标全国卷]一玻璃立方体中心有一点状光源．今在立方体的局部外表镀上不透亮薄膜，以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体．该玻璃的折射率为2，求镀膜的面积与立方体外表积之比的最小值．34．(2)[解析] 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外表发生折射．依据折射定律有n sinθ＝sinα①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 点是上外外表积最小的不透亮薄膜边缘上的一点．由题意，在A 点刚好发生全反射，故πα＝②A 2，由几何关系有设线段OA 在立方体上外表的投影长为RA＝ R sin θ ＝ A ③R 2 ＋⎛a ⎫2A ⎝2⎭ 式中 a 为玻璃立方体的边长． 由①②③式得 a R ＝ ④A 2 n 2－1由题给数据得 a R ＝ ⑤A 2由题意，上外表所镀的面积最小的不透亮薄膜应是半径为R 与玻璃立方体的外表积 S 之比为S ′ 6πR 2 的圆．所求的镀膜面积S ′ AS 6a 2 由⑤⑥式得 S ′ πS ＝4⑦ ⑥A A。

B．任何变化的电场周围一定有磁场
C．振荡电场和振荡磁场交替产生，相互依存，形成不可分 离的统一体，即电磁场
D．电磁波的理论在先，实践证明在后
[审题指导] 分析麦克斯韦的电磁场理论时，要注意“变化”“均匀变化” “周期性变化”这几种说法的不同。
[尝试解题] 根据麦克斯韦的电磁场理论可知选项A错，若电场或磁场 的变化是均匀的，则不能形成电磁波，只能形成稳定的磁场或
10－7～
10－9
化学效应、 荧光效应 __________ 能杀菌
X射线 γ射线
1016～ 1019
＞1019
10－8～ 贯穿性强 －11 10
＜10－11
贯穿本领 最强
衍 医用消毒、 射 能 防伪 力 检查、医 减 用 弱 透视 工业探伤、 医用治疗
照明、摄 影
[试一试]
2．下列说法正确的是
A．麦克斯韦证明了光的电磁说的正确性
(
)
B．红外线的显著作用是热作用，紫外线最显著的 作用是化学作用 C．X射线的穿透本领比γ射线更强
D．X射线与γ射线的产生机理不同，因此它们的频
率范围界线分明，不可能重叠
解析：麦克斯韦提出了光的电磁说，赫兹用实验证明了 光的电磁说的正确性。X射线是原子的内层电子受激发 而产生的，γ射线是原子核受激发而产生的，产生机理
[记一记]
一、光的干涉
1．产生条件 (1)两列光的 频率 相同，振动方向相同，且具有恒 定的 相位差 ，才能产生稳定的干涉图样。 (2)将同一列光波分解为两列光波，可以获得相干 光源， 双缝干涉 和薄膜干涉都是用此方法获得相干 光源。
2.两种典型的干涉
(1)杨氏双缝干涉：
①原理如图12－4－1所示。 ②明、暗条纹的条件： (ⅰ)单色光：形成 明暗相间

专题十六电磁波相对论1.(2013四川理综,1,6分)下列关于电磁波的说法,正确的是()A.电磁波只能在真空中传播B.电场随时间变化时一定产生电磁波C.做变速运动的电荷会在空间产生电磁波D.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在答案C2.(2013四川理综,4,6分)迄今发现的二百余颗太阳系外行星大多不适宜人类居住,绕恒星“Gliese581”运行的行星“Gl-581c”却很值得我们期待。

该行星的温度在0℃到40℃之间、质量是地球的6倍、直径是地球的1.5倍、公转周期为13个地球日。

“Gliese581”的质量是太阳质量的0.31倍。

设该行星与地球均视为质量分布均匀的球体,绕其中心天体做匀速圆周运动,则()A.在该行星和地球上发射卫星的第一宇宙速度相同B.如果人到了该行星,其体重是地球上的2倍C.该行星与“Gliese581”的距离是日地距离的倍D.由于该行星公转速率比地球大,地球上的米尺如果被带上该行星,其长度一定会变短答案B3.(2013浙江理综,14,6分)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B4.[2013江苏单科,12B(2)]如图所示,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)。

地面上测得它们相距为L,则A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,A测得该信号的速度为。

答案大于c(或光速)。

图3－5
1 A. πR 6 1 C. πR 3
解析
1 B. πR 4 5 D. πR 12
信号进行 调制 (包括调幅和调频)．
(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．调幅 广播(AM)一般使用中波和短波波段． ②调频：使高频电磁波的 频率 随信号的强弱而变．调频
广播(FM)和电视广播都采用调频的方法调制．
5．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
答案 B
5．很多公园的水池底都装有彩灯，当一细束由红、蓝两色 组成的灯光从水中斜射向空气时，关于光在水面可能发生
的反射和折射现象，下列光路图中正确的是
(
)．
解析
红光、蓝光都要发生反射，红光的折射率较小，所以
红光发生全反射的临界角较蓝光大，蓝光发生全反射时，红 光不一定发生，故C正确． 答案 C
热点一
内容 条纹 宽度 图 样 特 点 不同 条纹 亮度 情况 相同点
干涉 条纹宽度相等 央最宽
衍射 条纹宽度不等，中
各相邻条纹间距 各相邻条纹间距不
点
间距 相等
基本相等
等
边变暗
清晰条纹，亮度 中央条纹最亮，两
干涉、衍射都是波特有的现象；干
涉、衍射都有明暗相间的条纹
2.薄膜干涉 (1)相干光来自于薄膜的前、后表面(或上、下表面)反射回
到了偏振光．
判断正误，正确的划“√”，错误的划 “×”．

第1单元
光的干涉、衍射、偏振
一、光的干涉现象 1．杨氏双缝干涉 (1)原理如图所示． (2)明、暗条纹的条件 ①单色光 a．光的路程差 r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现明条纹． λ b．光的路程差 r2－r1＝(2k＋1) (k＝0,1,2…)，光屏上出现暗条 2 纹． ②白光：光屏上出现彩色条纹． l (3)条纹间距公式：Δx＝dλ
(4)如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片 P 和 Q，以光的传 播方向为轴旋转偏振片 P 或 Q，可以看到透射光的强度会发生变化， 这是光的偏振现象，这个实验表明______________________．
【思路点拨】
解答此题应把握以下三点：
(1)色散、衍射、干涉原理与现象的区别． (2)发生明显衍射的条件． (3)光的偏振的实验．
【名师点评】
(1)光的折射、光的干涉、光的衍射现象都能使
太阳光呈现彩色，但产生的原理和彩色条纹的形状都有区别，要注 意加以识别． (2)太阳光或白炽灯发出的光是自然光，通过一个偏振片后变为 偏振光，另一个偏振片转动时，光屏上透射光的强度就发生了变化．
(4)应用 ①增透膜． ②利用光的干涉检查平整度． 【特别提醒】 (1)只有相干光才能形成稳定的干涉图样．
(2)单色光形成明暗相间的单色干涉条纹，白光形成彩色条纹． (3)观察薄膜干涉条纹时，应该与光源处在薄膜的同一侧观察．
二、光的衍射 1．光的衍射：光绕过障碍物偏离直线传播的现象． 2．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．衍射条纹的特点 (1)单缝衍射：单色光的衍射图样为中间宽且亮的单色条纹，两 侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；白光的衍射图样为 中间宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹． (2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环． (3)泊松亮斑(圆盘衍射)： 当光照到不透明的半径很小的小圆盘上 时，在圆盘的阴影中心出现的亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相 间的圆环)．

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工相干光． 2. 应用：测距、通信、刻录光盘、切割、制作激光
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武器.
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第十三章
光学 电磁波 相对论
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考 技 案 例 导 析
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当换用波长为400
nm的紫光时，|P1S1－P1S2|＝600
3λ紫 nm＝ ，则两列光波到达P1点时振动情况完全相反，即 2 由S1、S2射出的光波到达P1点就相互消弱，因此，出现暗 条纹．综上所述，选项B正确．
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的．设相邻两干涉条纹的间距为Δx，∠MON为θ，则Δx· θ λ λ ＝ (λ为照射光的波长)，∴Δx＝ .如A处为一向下凹陷的 2 2θ 小坑，则下陷部分倾角θ增大，条纹变密，而恢复阶段处 倾角θ减小，条纹稀疏，因此形成如P处形状的干涉
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高三物理
2．薄膜干涉 (1)薄膜特点：如图所示，由于重力作用，皂膜上薄 下厚．
随 堂 针 对 训 练
考 技 案 例 导 析

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选考部分 选修3-4 第二章 光 电磁波 相对论简介
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4．(2010·北京理综)属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性
系中( ) A．真空中光速不变 C．物体的质量不变 解析： B．时间间隔具有相对性 D．物体的能量与质量成正比
狭义相对论的两条假设分别是：在任何惯性系中真空中
的光速不变和一切物理规律相同． 答案： A
下列说法中正确的
是(
) A．式中的m0是物体以速度v运动时的质量 B．当物体运动速度v>0时，物体的质量m>m0，即物体的质量改变
了，故经典力学不适用
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C．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，经典力学理
论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典 力学适用于低速运动，而不适用于高速运动 D．通常由于物体的速度太小，质量的变化引不起我们的感觉，在 分析地球上物体的运动时，不必考虑质量变化 解析： 公式中的m0是物体的静止质量；在v远小于光速时，经典
递变 规律
红外线 1011～1015 可见光 1015 紫外线 1015～1017 1016～1019 ＞1019
X射线 γ射线
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10－8～10－11 贯穿性强 ＜10－11 贯穿本领 最强
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三、相对论质能关系的理解
1．质量和能量是物质不可分离的属性．当物质的质量减少或增加
率均有关系．
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二、无线电波的发射和接收
1．发射电磁波的条件

一、电磁场与电磁波 1．麦克斯韦系统总结了前人对电磁规律的研究成果，建 立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在．
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2．对麦克斯韦电磁场理论的进一步理解． (1)恒定的磁场(电场)不能产生电场(磁场)． (2)周期性变化的电场(磁场)产生同频率的周期性变化的 磁场(电场)，才能形成电磁波． (3)变化的磁场能够在周围空间产生电场，这种电场与电 荷激发的静电场不同，它的电场线是闭合的，它的存在与空 间有无导体或者有无闭合电路无关．
[点评] 正确理解雷达测距原理是解题关键．
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变式训练 2 雷达是运用电磁波来工作的，它发射的电 磁波频率多在 300mHz 至 1000mHz 的范围内， 已知真空中光 速 c＝3×108m/s.下列说法正确的是( )
A．电磁波可由恒定不变的电场和磁场产生 B．电磁波可由周期性变化的电场或磁场产生
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雷达工作时发射电磁脉冲，每个脉冲持续 t＝0.02 μs，在 两个脉冲时间间隔内， 雷达必须接收到反射回来的电磁脉冲， 否则会与后面的电磁脉冲重叠而影响测量．设最大侦察距离 1 为 s，则 2s＝vΔt，而 Δt＝ s＝200 μs≫0.02 μs(脉冲持续 5000 vΔt 时间可以略去不计)，所以 s＝ ＝3×104m. 2 [答案] 1.5×109 Hz 3×104m
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5．下列几种说法： (1)所有惯性系中基本规律都是等价的； (2)在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无 关； (3)在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度 都相同．

第 4 讲实验：用双缝干预测光的波长见学生用书 P222微知识 1 实验目的1．明的确验器械的组成及其作用。

2．察看白光及单色光的双缝干预图样。

3．测定单色光的波长。

微知识 2 实验原理以下图，电灯发出的光，经过滤光片后变为单色光，再经过单缝 S 时发生衍射，这时单缝 S 相当于一单色光源，衍射光波同时抵达双缝 S1和 S2以后，再次发生衍射， S1、S2双缝相当于两个步伐完整一致的单色相关光源，透过 S1、S2双缝的单色光波在屏上相遇并叠加，S1、S2到屏上 P 点的行程分别为 r1、r2，两列光波传到 P 的行程差 x′＝|r1－r2|，设光波波长为λ。

1．若 x′＝nλ(n＝0,1,2，, )，两列波传到 P 点同相位，相互增强，出现明条纹。

λ2．若x′＝(2n＋1)2 (n＝0,1,2，, )，两列波传到P 点反相位，相互减弱，出现暗条纹。

这样就在屏上获取了平行于双缝 S1、S2的明暗相间的干预条纹。

相邻两条明 (暗)条纹间的距离 x 与入射光波长λ，双缝 S1、S2间距离ld 及双缝与屏的距离l 相关，其关系式为：x＝dλ，由此可知，只需测出x、d、l，即可测出波长λ。

两条相邻明 (暗)条纹间的距离 x 可用丈量头测出。

丈量头由分划板、目镜、手轮等组成。

以以下图左所示。

转着手轮，分划板会左、右挪动。

丈量时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心 (如上图右所示 )，记下此时手轮上的读数a1；转着手轮，使分划板向一侧挪动，当分划板中心刻线对齐另一条相邻的条纹中心时，记下手轮上的刻度 a2，两次读数之差就是这两条条纹间的距离。

即 x＝|a1－a2。

|x 很小，直接丈量时相对偏差较大，往常测出n 条明 (暗)条纹间a的距离 a，再计算相邻两条明 (暗)条纹间的距离x＝n－1。

微知识 3 实验器械双缝干预仪，即：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、丈量头，此外还有学生电源、导线、刻度尺。

解析 根据单摆周期公式 T＝2π gl 可以知道，在同一地点，重力加速度 g 为 定值，故周期的平方与其摆长成正比，故选项 A 正确；弹簧振子做简谐振动时， 只有动能和势能相互转化，根据机械能守恒条件可以知道，振动系统的势能与
动能之和保持不变，故选项 B 正确；根据单摆周期公式 T＝2π gl 可以知道， 单摆的周期与质量无关，故选项 C 错误；当系统做稳定的受迫振动时，系统振 动的频率等于周期性驱动力的频率，故选项 D 正确；若弹簧振子初始时刻的位 置在平衡位置，知道周期后，可以确定任意时刻运动速度的方向，若弹簧振子 初始时刻的位置不在平衡位置，则无法确定，故选项 E 错误。 答案 ABD
图2
C.第3 s末振子的速度为正向的最大值
D.从第1 s末到第2 s末振子在做加速运动
E.第1 s末和第3 s末两个时刻振子的振动方向相反
解析 由图象知,周期T＝4 s,振幅A＝8 cm,A正确;第2 s末振子到达负向最大位移 位置,速度为零,加速度为正向的最大值,B错误;第3 s末振子经过平衡位置,速度达 到最大值,且向正方向运动,C正确;从第1 s末到第2 s末振子由平衡位置运动到达负 向最大位移位置,速度逐渐减小,做减速运动,D错误;第1 s末振子向负方向运动,第3 s末振子向正方向运动,E正确。 答案 ACE
2.(多选)一弹簧振子的位移y随时间t变化的关系式为y＝0.1sin 2.5πt,位移y的单位为 m,时间t的单位为s,则( ) A.弹簧振子的振幅为0.1 m B.弹簧振子的周期为0.8 s C.在t＝0.2 s时,振子的运动速度最大 D.在任意0.2 s时间内,振子的位移均为0.1 m E.在任意0.8 s时间内,振子的路程均为0.4 m
图1 做受迫振动的物体,它的驱动力的频率与固有频率越接近,其振幅就 越大,当二者_______相时等,振幅达到最大,这就是共振现象。共振曲线 如图1所示。

解析：由于红外线是一种光波，一切物体都在不停地对外 辐射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射性强一 些．由于红外线的热效应，可用来烘干，又由于坦克、舰艇、 人体等一切物体都在不停地发射红外线，并且不同的物体所辐 射的红外线，其波长和强度不同，故在夜间或浓雾天气可通过 红外线探测器来接收信号，并用电子仪器对接收到的信号进行 处理，或用对红外线敏感的照相底片进行远距离摄影和高空摄 影，就可查知物体的形状和特征．所以选项中的 A、 B、C、 D 正确． 答案：ABCD
应用 无线电技术
递变 规律
1011～ 1015
1015
10－3 ～10－7
10－7
热效应 _____
引起视觉 化学效应、 荧光效应 、 ________ 能杀菌 贯穿性强 贯穿本领 最强
红外线 遥感
照明、摄影
1015～
1017 1016～ 1019 >1019
10－7
～10－9 10－8 ～10－11 <10－11
解析：所有电磁波在真空中的传播速度都等于光速，故 A 正确；红外线应用在遥感技术中是利用它有较强的衍射能力， 故 B 错误；对同一介质紫外线比红外线的折射率大，故紫外线 比红外线在水中的传播速度小，故 C 正确；日光灯应用了紫外 线的荧光效应，故 D 正确．
答案：ACD
1. 频率和波长不同的电磁波，表现出不同的特性． 2. 电磁波谱中，不同波段的电磁波产生的机理不同．虽 然在电磁波谱中，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． 3. 实际应用当中，不同现象利用了电磁波的不同特性， 研究问题时要格外注意．
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第十六专题电磁波相对论简介
【2013上海1】电磁波与机械波具有的共同性质是
(A)都是横波(B)都能传输能量
(C)都能在真空中传播(D)都具有恒定的波速
答案：B
解析：电磁波与机械波具有的共同性质是都能传输能量，选项B正确。

【2013四川1】下列关于电磁波说法，正确的是
A．电磁波只能在真空中传播
B．电场随时间变化时一定产生电磁波
C．做变速运动的电荷会在空间产生电磁波
D．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在
【答案】C
【解析】电磁波既可以在真空中传播，也可在其它介质中传播，选项A错误；只有变化的电场才能产生磁场，也只有变化的磁场才能产生电场，选项B错误；做变速运动的电荷对应变化的电场，激发磁场，相当于变化的电流，产生变化的磁场，产生电磁波，选项C正确；电磁波的存在首先由赫兹实验证实，选项D错误。

【2013江苏12B（2）】如题12B-2图所示，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）。

地面上测得它们相距为L，则A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，A测得该信号的速度为___▲____。

答案：大于c(或光速)
解析：A测得两飞船间的距离为静止长度，地面上测得两飞船间的距离为运动长度，静止长度大于运动长度L。

根据光速不变原理，A测得该信号的速度为c(或光速)。

14.2光的波动性电磁波与相对论一、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，出现条纹，某些区域相互减弱，出现条纹，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，中央为条纹，其余为条纹．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，甚至比光的波长的时候，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，只沿着某个的方向振动的光．(3)偏振光的形成①让自然光通过形成偏振光．②让自然光在两种介质的界面发生反射和，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波．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，变化的电场能够在周围空间产生．(2)电磁波①电磁场在空间由近及远的传播，形成．②电磁波的传播不需要，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度(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．④v＝λf，f是电磁波的频率．(3)电磁波的发射①发射条件： 电路和 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 随信号的强弱而变．b ．调频：使高频电磁波的 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 时，激起的振荡电流 ，这就是电谐振现象．②使接收电路产生电谐振的过程叫做 ，能够调谐的接收电路叫做 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 ．检波是 的逆过程，也叫做 ．(5)电磁波谱：按照电磁波的 或 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、 、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 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 ，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物体运动时的质量总要 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 ＝ .光的干涉现象例题1.如图所示，用频率为f 的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P 点出现第3条暗条纹，已知光速为c ，则P 到双缝S 1、S 2的距离之差|r 1－r 2|应为( )A.c 2fB.3c 2fC.3c fD.5c 2f(多选)(2021·浙江6月选考·16)肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄．下列说法正确的是( )A. 过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形B ．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹C ．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化D ．将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，条纹也会跟着转动90°以下现象不属于干涉的是( )A ．白光经过杨氏双缝得到彩色图样B ．白光照射肥皂膜呈现彩色图样C ．白光经过三棱镜得到彩色图样D ．白光照射水面油膜呈现彩色图样光的衍射和偏振现象例题2.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( )A ．红黄蓝紫B ．红紫蓝黄C．蓝紫红黄D．蓝黄红紫奶粉的碳水化合物(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．(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处光的强度会减弱B．到达O处光的强度不会减弱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用如图甲所示装置做圆孔衍射实验，在屏上得到的衍射图样如图乙所示，实验发现，光绕过孔的边缘，传播到了相当大的范围．下列说法正确的是()A．此实验说明了光沿直线传播B．圆孔变小，衍射图样的范围反而变大C．圆孔变小，中央亮斑和亮纹的亮度反而变大D．用不同波长的光做实验，衍射图样完全相同电磁振荡电磁波例题3.(2020·浙江1月选考·8)如图所示，单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电．t＝0时开关S打到b端，t＝0.02 s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值．则()A．LC回路的周期为0.02 sB．LC回路的电流最大时电容器中电场能最大C．t＝1.01 s时线圈中磁场能最大D．t＝1.01 s时回路中电流沿顺时针方向例7(多选)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(多选)关于物理知识在生活中的应用，下列说法正确的是()A．机场、车站所用的测量人体温度的测温仪应用的是紫外线B．雷达是利用无线电波中的微波来测定物体位置的无线电设备C．γ射线可以用来治疗某些癌症D．医院给病人做的脑部CT应用的是X射线的穿透本领较强雪深雷达是2020珠峰高程测量主力设备之一，该系统主要利用天线发射和接收高频电磁波来探测珠峰峰顶冰雪层厚度，如图所示．下列说法正确的是()A．雷达利用电磁波的干涉特性工作B．电磁波发射时需要进行调谐和解调C．电磁波从空气进入雪地，频率减小，波长增大D．在电磁波中，电场和磁场随时间和空间做周期性变化狭义相对论例题4.如图所示，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________．1905年到1915年，爱因斯坦先后发表的狭义相对论和广义相对论在20世纪改变了理论物理学和天文学，取代了主要由牛顿创立的有200年历史的力学理论。