机械波光电磁波光的波动性电磁波相对论(教科版).pptx

duality of light: a demonstration experiment. Physics Education, 51(2), 026003.
光的干涉与衍射
双缝干涉实验
有趣的实验揭示了光的波动性和干涉现象，促进了 光的探索与发展。
光的干涉图案
一系列干涉与衍射现象的图案，如牛顿环和多缝干 涉等，启迪了科学家们不断探索。
衍射定理
光的衍射现象可以通过波动理论推导出衍射定理， 并得到实验验证。
光的偏振
1
偏振光的特性
偏振光是指振荡方向在同一平面上的光，如线偏振光和圆偏振光。它具有光波的干涉和衍射 性质。
结论
光的波动性在物理学和技术应用中的重要 作用
理解光的波动性有助于深入探索光学现象，提高光 学仪器的性能，并推动光学应用的发展。
未来光学研究的趋势和前景
随着技术的进步和应用的拓展，预计光的波动性将 在更广泛的领域发挥作用，如通信、生物医学等领 域。
参考文献
• 赵凌. (2015). 光的波动性. 物理教育, 1, 52-57. • van der Merwe, L., & Tredoux, F. (2016). The wave-particle
2
偏振片的工作原理
棱镜和晶体可以将自然光变成偏振光。偏振片也可以让光线偏振，其中线偏振片是最常见的。
3Leabharlann 波片的工作原理波片能改变光线的偏振状态，其中λ/4波片是实现偏振光的常用光学元件之一。
光的折射和反射
折射定律
光线从一种介质进入另一种介质时，会弯曲。斯涅尔定律描述了光线的折射规律。
折射率的定义
不同介质的折射率不同。这一物理量定义为光在真空中的速度除以光在介质中的速度。

了偏振光.
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四、电磁场(cíchǎng)、电磁波、电磁波谱
1.麦克斯韦电磁场(cíchǎng)理论
电场(diàn chǎng)
变化的磁场(cíchǎng)能够磁在场周围(c空íc间hǎ产n生g)________，变化的电场能
2.电磁场 够在周围变空化间电产生场__在___周__围_. 空间产生磁场，变化磁场在周围空间产生
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》》》考点(kǎo光d的iǎ干n)涉1 现象(ɡàn shè xiàn xiànɡ)和衍射现象 ⊙重点归纳(guīnà)
光的干涉现象和衍射现象的比较
内容
干涉
衍射
现象
在光重叠区域出现加 光绕过障碍物偏离直
强或减弱的现象
线传播的现象
两束光频率相同、相位 障碍物或孔的尺寸与
产生条件 差恒定
m＝
1m－0 vc2.
(2)物体运动时的质量总要_______大_静于止时的质量 m0.
3.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.
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【基础(jīchǔ)检测】 1.(多选，2016 年吉林模拟)下列(xiàliè)说法正确的是( )
率有关，故 E 错误.
答案(dá àn)：ACD
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2.(多选)以下说法(shuōfǎ)正确的是)(
A.对于同一障碍物，波长越长的光波越容易绕过去
B.白光通过三棱镜后在屏上出现彩色条纹是光的一种干涉
现象
C.红光由空气进入水中，波长变长，颜色(yánsè)不变
D.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了
第4讲 光的波动性 电磁波 相对论

圆环)．
2．光的偏振
某一特定 的方向的振动． (1)偏振：光波只沿__________
(2)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂
一切方向 振动的光，而且沿各个方向振 直于传播方向上沿 __________ 强度 都相同，这种光叫作自然光． 动的光波的______ 垂直 于传播方向的平面上，只沿某个特 (3)偏振光：在______
(3)薄膜干涉的应用 干涉法检查平面如图所示，两板之间形成一楔形空气膜， 用单色光从上向下照射，如果被检查平面是平整光滑的，我 们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面 不平整，则干涉条纹发生弯曲．
【典例 1】
(多选)(2017· 课标Ⅱ)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
照射薄膜时，形成彩色条纹．
【知识对点自测】 1．判一判 (1)光的颜色取决于折射率．( ) )
(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．( )
(2)√ (3)×
答案：(1)×
2．(多选)下列属于光的干涉现象的是(
)
解析：BC
图 A 属于单缝衍射，图 B 属于薄膜干涉，图
(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 m0 之间有如下关系：m＝ m0 v2 1－ c .
②物体运动时的质量 m 总要大于静止时的质量 m0. (3)相对论质能关系：用 m 表示物体的质量，E 表示它具

光的偏振现象 【知识提炼】 1．偏振光的产生方式 (1)自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光， 第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器．第 二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器． (2)自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适， 使反射光和折射光之间的夹角恰好是 90°时，反射光和折射 光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．
A．干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光 叠加形成的 B．干涉现象是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠 加形成的 C．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的 D．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的
解析：选 AC．由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄 膜，所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和平板玻璃 的上表面，故 A 正确，B 错误．由于凸透镜的下表面是圆弧 面，所以形成的薄膜厚度不是均匀变化的，形成不等间距的 干涉条纹，故 C 正确，D 错误．
如图所示，电灯 S 发出的 光先后经过偏振片 A 和 B，人眼在 P 处 迎着入射光方向，看不到光亮，则( ) A．图中 a 光为偏振光 B．图中 b 光为偏振光 C．以 SP 为轴将 B 转过 180°后，在 P 处将看到光亮 D．以 SP 为轴将 B 转过 90°后，在 P 处将看到光亮
解析：选 BD．自然光沿各个方向发散是均匀分布的，通过偏 振片后，透射光是只沿着某一特定方向振动的光．从电灯直 接发出的光为自然光，则 A 错；它通过 A 偏振片后，即变为 偏振光，则 B 对；设通过 A 的光沿竖直方向振动，P 点无光 亮，则 B 偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光，将 B 转 过 180°后，P 处仍无光亮，C 错；若将 B 转过 90°，则该 偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则偏振 光能通过 B，即在 P 处有光亮，D 对．

4．薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜) _前___后___表__面__反射的光相遇而形成 的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度__相___同___．
• 二、光的衍射
• 1．光的衍射现象：光在遇到障碍物时，偏离直线传播方向 而照射到阴影区域的现象叫作光的衍射．
• 2．光发生明显衍射现象的条件：当孔或障碍物的尺寸比光 波波长____小____，或者跟光波波长___相__差_不__多___时，光才能 发生明显的衍射现象．
光的干涉弄清的两个重点，一是单色光明暗纹形成的条件，波峰与波峰、波 谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹或两个表面反射回来的两列光波的 路程差 Δr 等于波长的整数倍，即 Δr＝nλ(n＝1,2，3，…)，薄膜上出现明条纹； 二是双缝干涉图样的相邻两明条纹间距公式 Δx＝dlλ.
•考点2 光的衍射
• D．周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场
• 【答案】D
•考点1 光的干涉
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：形成明暗相间的条纹，中央为明条纹． a．光的路程差 r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)，光屏上出现明条纹． b．光的路程差 r2－r1＝(2k＋1)2λ(k＝0,1,2，…)，光屏上出现暗条纹． ②白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色． (3)条纹间距公式：Δx＝dl λ.
• 【答案】C
【解析】根据已有波的叠加知识，可知与两个狭缝的光的路程差是波长的整 数倍处出现亮条纹，与两个狭缝的光的路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹．据 λ＝cf可得 λ1＝fc1 ＝5.30××1100814 m＝0.6×10－6 m＝0.60 μm，λ2＝fc2＝7.35××1100814 m＝ 0.4×10－6 m＝0.40 μm，即 d＝0.60 μm＝λ1，d＝0.60 μm＝32λ2＝3×λ22.由以上分析 可知，选项 C 正确．

选考部分
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第一页，共四十五页。
[第十四章] 波与相对论
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第二页，共四十五页。
第4讲 光的波动性 电磁波 相对论
[基础课]
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第三页，共四十五页。
[考纲解读] 1.该节知识在考纲中均是Ⅰ级要求，历年全国卷 考试只在光的波动性、电磁波方面有简单考查，其他没有涉及，以 后估计也只在光的干涉、衍射和偏振现象等知识方面有所体现． 2. 考试主要从以下几个方面进行考查：(1)干涉、衍射的比较．(2)利用 光的干涉测光的波长．(3)电磁波的产生与传播．
第十六页，共四十五页。
解析：白炽灯光包含向各方向振动的光，且各个方向振动的光 的强度相等，所以旋转偏振片 P 时各方向透射光强度相同，故 A 点光的强度不变；白炽灯光经偏振片 P 后变为偏振光，当 P 旋转时， 只有与 Q 的偏振方向一致时才有光透过，因此 B 点的光强有变化， 选项 C 正确．
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第十八页，共四十五页。
考点 2 实验：用双缝干涉 测单色光波长 [基础自通]
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)纹间距 Δx 与双缝间距 d、双缝到屏的距 离 l、单色光的波长 λ 之间满足 λ＝dΔl x.
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第十九页，共四十五页。
③用刻度尺测量双缝到光屏的距离 l(d 是已知的)． ④改变双缝间的距离 d，双缝到屏的距离 l，重复测量．
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3．数据处理 (1)条纹间距 Δx＝an2－－a11. (2)波长 λ＝dl Δx. (3)计算多组数据，求 λ 的平均值．

4.电磁波谱
电磁 波谱
特性
应用
真空中 波长/m
频率 /Hz
递变 规律
无线 波动性强，易发 无线电技术
电波 生衍射
>10－3
<3×1011
红外线 热效应
红外线遥感
可见光 引起视觉 照明、摄影
化学效应、荧光医用消毒、防 紫外线
效应、能杀菌 伪
10－3～10－7 1011～1015
10－7
1015
10－7～10－9 1015～1017
【考题题组】 3.(多选)关于电磁波及其应用，下列说法正确的是( ) A.麦克斯韦首次通过实验证实了电磁波的存在 B.电磁波是横波且能够发生干涉和衍射现象 C.电磁波的接收要经过调谐和调制两个过程 D.微波能使食物中的分子的热运动加剧从而实现加热的目 的
答案：BD
4.(多选)下列说法正确的是( ) A.光的偏振现象说明光是一种横波 B.麦克斯韦预言并用实验验证了电磁波的存在 C.在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿色光变为红 光，则条纹间距变宽 D.波在介质中传播的频率由波源决定，与介质无关
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：ACD
2.如图 13-4-4，在“观察光的衍射现象”实验中，保持缝 到光屏的距离不变，增加缝宽，屏上衍射条纹间距将_______(填 “增大”“减小”或“不变”)；该现象表明，光沿直线传播只 是一种近似规律，只有在________________情况下，光才可以 看做是沿直线传播的.

第4讲 光的波动性 电磁波 相对论简介
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考点互动探究
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光的干涉、衍射和偏振 Ⅰ(考纲要求)
【思维驱动】
如图12-4-1是双缝干涉实验装置的示意图，S为单缝，S1、
S2为双缝，P为光屏．用绿光从左边照射单缝S时，可在光
屏P上观察到干涉条纹．下列说法正确的是
( )．
图12-4-5
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两次读数之差就表示这两条条纹间的距离． 实际测量时，要测出 n 条明纹(暗纹)的宽度，设为 a，那么 Δx ＝n－a 1.
注意事项 (1)保证灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒共轴． (2)保持单缝和双缝平行.
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解析 (1)由 Δx＝Ldλ 可知 d 越小，Δx 越大． (2)由 Δx＝Ldλ 可知，L 越大，Δx 越大． (3)由 Δx＝Ldλ 可知，因蓝色光的波长比红色光的波长小，故 用蓝色光做实验时的条纹间距比用红色光做实验时小． 答案 (1)越大 (2)越大 (3)小
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【知识存盘】 1．电磁振荡的规律
图12-4-3
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①光的路程差 r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现明条 纹． ②光的路程差 r2－r1＝(2k＋1)2λ(k＝0,1,2…)， 光屏上出现暗条纹． (2)白光：光屏上出现彩色条纹． (3)条纹间距公式：Δx＝Ldλ 2．观察薄膜干涉条纹时，应该与光源处在薄膜的同一 侧观察

将
;保持双缝间距不变,减小光屏到双缝的距离,在光屏上观察到的干涉条
纹将
.(均选填“变宽”“变窄”或“不变”)
考点探究
[答案] (1)A (2)变宽 变窄
[解析] (1)双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹,A 图正确. (2)根据 Δx=������������ λ 知,双缝间的距离 d 减小时,干涉条纹间距变宽;当双缝到屏的 距离 l 减小时,干涉条纹间距变窄.
为暗条纹.
考点探究
(2)根据临界角与折射率的关系得 sin C=1
������
解得 n= 1 =5
sin 37° 3
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 N2=Δ���������3���=52.2.15××1100-6-7mm=4 可见,用 B 光做“双缝干涉”实验,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.
考点探究
变式题 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 D.上述说法都不正确
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.
图38-2
考点探究
(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,记下手轮上的示

• 四、电磁波的产生 电场 • 1．麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生________，变化 磁场 的电场产生________． • 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． 不需要 • (1)电磁波是横波，在空间传播________介质． 3.0×108 • (2)真空中电磁波的速度为___________m/s. • (3)电磁波能产生干涉、衍射、反射和折射等现象．
• 【解析】两列光波发生干涉的条件之一是频 率相等，利用双缝将一束光分成能够发生叠 加的两束光，在光屏上形成干涉条纹，但分 别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后， 红光和绿光频率不等，不能发生干涉，因此 屏上不会出现干涉条纹，但仍有红光和绿光 的衍射图样．
• 2．[对衍射图样的考查](多选) 在单缝衍射实验中，下列说 法中正确的是( ) • A．将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄 • B．使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄 • C．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽 • D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽 • 【答案】ACD
2 mc 3．相对论质能关系：即爱因斯坦质能方程为 E＝________.
v 1－ c 2
• 1．[对光的干涉条件的考查]在双缝干涉实验中，以白光为 光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一 缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤 光片(只能透过绿光)，已知红光与绿光频率、波长均不相等， 这时( ) • A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉 条纹消失 • B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹 依然存在 • C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮 • D．屏上无任何光亮 • 【答案】C