1、第33讲 光的波动性 电磁波,-2-,-3-,考点一,考点二,实验,光的干涉、衍射与偏振 核心知识整合 1.光的干涉 (1)干涉条件:两列光的 相同,相位差恒定,振动方向一致。 (2)双缝干涉图样:明暗相间、间距 的条纹,中央为 条纹。 (3)双缝干涉图样分析 对于两个频率、相位和振动方向都相同的光源,光屏上出现亮条纹(或暗条纹)的条件。 亮条纹:光的路程差r=r2-r1= ;暗条纹:光的路程差r=r2-r1= ;相邻的亮条纹(或暗条纹)的间距: 。,频率,相等,亮,k(k=0,1,2,),-4-,考点一,考点二,实验,(4)应用 双缝干涉测波长。 薄膜干涉检查表面的平整程度:如果被检表面是平
2、的,产生的干涉条纹就 ;如果干涉条纹发生 ,则表示被检测表面微有凸起或凹下,从弯曲的程度就可以了解被测表面的平整情况。 增透膜:在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜(一般用氟化镁),当薄膜的厚度适当时,光在薄膜的两个表面上反射路程差恰好等于 波长,因而互相抵消,这就大大减小了光的反射损失,增强了透射光的强度,这种薄膜叫增透膜。,平行,弯曲,半个,-5-,考点一,考点二,实验,2.光的衍射 (1)光的衍射现象是 的现象。 (2)各种不同形状的障碍物都能使光发生 。 (3)产生明显衍射的条件: 。 3.光的偏振 (1)自然光:在与光波传播方向垂直的平面内有沿 方向振动强度都 的光。如太阳、日光灯等普通
3、光源发出的光。 (2)偏振光:在与光波传播方向垂直的平面内只有沿着振动的光。如自然光经偏振片作用后的光,称为偏振光。只有 波才有偏振现象。 (3)获得偏振光的方法:让自然光通过 ;让自然光在介质表面入射,反射光和折射光都是偏振光。 (4)应用:利用偏振片摄影、观看立体电影、消除车灯眩光等。,光离开直线路径而绕到障碍物阴影里,衍射,障碍物或孔的尺寸跟光的波长相差不 多或比光的波长小,各个,相同,某一个特定方向,横,偏振片,-6-,考点一,考点二,实验,4.激光 (1)激光是人工产生的相干光。是频率相同,相位差恒定,偏振方向一致的光。 (2)激光的平行度好。即激光的光束高度平行,这样激光的能量就不
4、容易发散,激光在传播很远距离后仍能保持一定的强度。 激光的亮度高,通过人工调制的激光可在瞬间集中能量发射在很小的区域内,可以有很大的能量和摧毁力。,-7-,考点一,考点二,实验,关键能力提升 命题点一 光的干涉 【例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S1、S2的距离之差|r1-r2|应为( ),方法技巧双缝到光屏上P点的距离之差是波长的整数倍,则出现明条纹,路程之差是半波长的奇数倍,则出现暗条纹。,答案,解析,-8-,考点一,考点二,实验,【例2】 关于光学镜头增透膜,以下说法中错误的是 ( ) A.增透膜是为了减少光
5、的反射损失,增加透射光的强度 B.增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的四分之一 C.增透膜利用光的干涉原理 D.涂有增透膜的镜头,各种色光的反射光全部相互抵消,因此这种镜头的成像效果较好 易错警示增透膜的原理:光的干涉现象,增透膜厚度为光的 波长,波在薄膜前后表面反射后,光程差为光在膜中波长的一半,反射减弱,增加透射。,答案,解析,-9-,考点一,考点二,实验,【例3】 (多选)把一个上表面是平面下表面是凸面的凸透镜压在一块平面玻璃上,让单色光从上方垂直射入,从上往下看凸透镜,可以看到亮暗相间的圆环状条纹。下列说法正确的是( )A.圆环状条纹是光经凸透镜上下两个玻璃表面之间反射引起的干涉造成的
6、 B.圆环状条纹是两个玻璃表面之间的空气膜引起的薄膜干涉造成的 C.如果将凸透镜的凸面曲率半径增大而其他条件保持不变,观察到的圆环亮纹间距变大 D.如果改用波长更长的单色光照射而其他条件保持不变,观察到的圆环亮纹间距变小,答案,解析,-10-,考点一,考点二,实验,方法技巧薄膜干涉的原理是光在“薄膜”前后表面反射的光发生了干涉,所以首先需要找到“薄膜”在哪里。,-11-,考点一,考点二,实验,命题点二 光的衍射 【例4】 (多选)如图所示,甲、乙、丙、丁四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样。分析各图样的特点可以得出的正确结论是( )A.甲、乙是光的干涉图样 B.丙、丁是光的衍射图样
7、 C.形成甲图样光的波长比形成乙图样光的波长短 D.形成丙图样光的波长比形成丁图样光的波长短 E.形成丙图样光的波长比形成丁图样光的波长长 方法技巧波长越长、障碍物尺寸越小,衍射时中央亮条纹宽度越宽。,答案,解析,-12-,考点一,考点二,实验,【例5】 (多选)(2017浙江宁波诺丁汉大学附属中学期中)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细,如图所示,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( )A.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
8、变粗 D.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细,答案,解析,-13-,考点一,考点二,实验,命题点三 偏振 【例6】 如图所示,两光屏间放有两个透振方向相互平行的偏振片,现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到偏振片P上,再通过偏振片Q,现以光的传播方向为轴使偏振片P由图示位置旋转90度,下列说法正确的是( )A.MN间为偏振光 B.PQ间为自然光 C.PQ间的光线亮度逐渐变暗 D.光屏N上的亮线逐渐变暗,答案,解析,-14-,考点一,考点二,实验,易错警示本题考查了光的偏振,解题的关键是掌握自然光和偏振光的概念,注意两者的区别,另外要明确偏振片的作用。当两偏振片垂直时,经过第一个偏振片的偏振光
9、的振动方向会与另一偏振片的透振方向垂直,因此不能透过。 方法技巧1.并不是仅当光的振动方向与偏振片的透振方向平行时,光才会通过偏振片。 2.当光的振动方向与偏振片的透振方向成某一夹角时,会有部分光通过。 3.光的偏振说明光是横波。只有横波才有偏振现象。,-15-,考点一,考点二,实验,电磁振荡与电磁波 核心知识整合 1.电磁振荡 (1)振荡电流:大小和方向都做周期性变化的电流叫振荡电流,振荡电流的频率很高,是高频正弦式交变电流。 (2)振荡电路:能够产生振荡电流的电路叫振荡电路,LC回路是一种简单的振荡电路。,-16-,考点一,考点二,实验,(3)LC电磁振荡规律,-17-,考点一,考点二,实
10、验,-18-,考点一,考点二,实验,2.电磁场和电磁波 (1)麦克斯韦电磁场理论的两个主要观点:, 。 (2)电磁场:按照麦克斯韦的电磁场理论,变化的 和 总是相互联系的,形成一个不可分离的统一体,称为 。 (3)变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空间传播,就形成 。 电磁波是 (选填“横波”或“纵波”);电磁波的传播_介质,在 中也能传播。在真空中的波速c= m/s。 3.电磁波谱 按电磁波的 或 大小的顺序排列成谱,叫电磁波谱。按波长从长到短的顺序排列,依次是 、红外线、 、紫外线、X射线、射线。,变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场,电场 磁场,电磁场,电磁波,横波,不需要,
11、真空,3.0108,波长 频率,无线电波,可见光,-19-,考点一,考点二,实验,-20-,考点一,考点二,实验,4.电磁波的发射与调制 在电磁波发射技术中,使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制。 (1)调幅:使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变叫调幅。 (2)调频:使高频电磁波的频率随信号的强弱而变叫调频。 (3)电磁波的发射示意图(如图所示)。,-21-,考点一,考点二,实验,5.电磁波的接收 (1)电谐振:当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时,接收电路中产生的振荡电流最强,这种现象叫作电谐振。 (2)调谐:使接收电路产生电谐振的过程叫调谐。能够调谐的接收电路叫作调谐电路。调谐的
12、方法一般是改变电路中的L或C。 (3)解调(检波):使声音或图像信号从高频电流中还原出来,叫作解调。解调是调制的逆过程,调幅波的解调也叫检波。 (4)电磁波的接收:天线接收到的所有的电磁波,经调谐选择出所需要的电磁波,再经解调取出携带的信号,放大后再还原成声音或图像的过程。,-22-,考点一,考点二,实验,关键能力提升 命题点一 LC振荡回路 【例7】 (多选)LC振荡电路中,某时刻的磁场方向如图所示,则( )A.若磁场正在减弱,则电容器正在充电,电流由b向a B.若磁场正在减弱,则电场能正在增大,电容器上极板带负电 C.若磁场正在增强,则电场能正在减小,电容器上极板带正电 D.若磁场正在增强
13、,则电容器正在充电,电流方向由a向b,答案,解析,-23-,考点一,考点二,实验,命题点二 电磁波的发射与接收 【例8】 (多选)有关无线电波的发射和接收的说法中正确的有( ) A.发射的无线电波必须要进行调谐 B.发射的无线电波必须要进行调制 C.接收电台信号时必须要进行调谐 D.要能通过收音机收听广播必须要进行解调,答案,解析,-24-,考点一,考点二,实验,【例9】 用一台简易收音机收听某一电台的广播,必须经过的两个过程是( ) A.调制和解调 B.调谐和解调 C.调制和调谐 D.调频和调幅,答案,解析,-25-,考点一,考点二,实验,命题点二 电磁波的应用 电磁波谱 【例10】 现代生
14、活中,人们已更多地与电磁波联系在一起,并且越来越依赖于电磁波,关于电磁场和电磁波,以下说法正确的是( ) A.把带电体和永磁体放在一起,即可以在其周围空间中产生电磁波 B.手机、电视、光纤通信都是通过电磁波来传递信息的 C.医院中用于检查病情的“B超”是利用了电磁波的反射原理 D.车站、机场安全检查时“透视”行李箱的安检装置是利用红外线实现成像的,答案,解析,-26-,考点一,考点二,实验,【例11】 电磁波有:A.可见光 B.红外线 C.紫外线 D.无线电波 E.射线 F.伦琴射线 (1)按频率由小到大的顺序是 。 (2)可对物体进行加热的是 ,激发物质发光的是 ,可用来检查人体病变或骨折的
15、是 ,能使种子发生变异培育新品种的是 。,答案:(1)DBACFE (2)B C F E 解析:频率由小到大的顺序是:无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、射线;故顺序是DBACFE; 对物体进行加热的是红外线B,激发物质发光的是紫外线C,可用来检查人体病变或骨折的是伦琴射线F;能使种子发生变异培育新品种的是射线E。,-27-,考点一,考点二,实验,用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用测量头) 核心知识整合 1.实验装置图2.实验目的 (1)观察双缝干涉现象。 (2)会利用双缝干涉测定光的波长。,-28-,考点一,考点二,实验,3.实验原理 如图所示,光源发出的光,经过滤光片后变成 ,单
16、色光通过单缝S,这时单缝S相当于一单色光源,光波同时到达双缝S1和S2,S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色 光源,通过S1、S2后的单色光在屏上相遇并叠加。当路程差P1S2-P1S1= 2k (k=0,1, 2,)时,在P1点叠加时得到 条纹;当路程差P2S2-P2S1 = (2k+1) (k=0,1,2,)时,在P2点叠加时得到 条纹。相邻两条明条纹间距为x,与 , 及 有关,其关系式为 ,只要测出l、d、x,根据这一关系就可求出光波的波长。,单色光,相干,明,暗,入射光波长,双缝S1、S2间距d,双缝与屏的距离l,-29-,考点一,考点二,实验,4.实验器材 双缝干涉仪、刻度尺、测
17、量头。 5.实验步骤 (1)实验装置,从左至右依次为光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、屏,让它们等高地固定在光具座上。 (2)取下滤光片和单缝,在光具座上只装上光源和遮光筒(不带双缝),调节光源亮度,使它发出的一束光能沿着 把屏照亮。 (3)放好单缝和双缝,其间距约为510 cm,要使缝互相平行,中心大致位于 ,这时在屏上就会看到白色的干涉条纹。 (4)在单缝与光源之间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。,遮光筒的轴线,遮光筒的轴线上,-30-,考点一,考点二,实验,-31-,考点一,考点二,实验,6.注意事项 (1)单缝与双缝相互平行。 (2)单缝、双缝的中心应位于遮光筒的轴线上。 (3)测n
18、条亮纹之间的距离a时,分划板的中心刻线应在条纹的中心。,-32-,考点一,考点二,实验,关键能力提升 命题点一 实验原理与操作 【例12】 (实验原理与操作)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。,-33-,考点一,考点二,实验,(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: 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; 按合理的顺序在光具座上放置各光学元件,并使各元件的
19、中心位于遮光筒的轴线上; 用刻度尺测量双缝到屏的距离; 用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离。 在操作步骤时还应注意 和 。,-34-,考点一,考点二,实验,答案:(1)E D B (2)放置单缝、双缝时,必须使缝平行 单缝、双缝间的距离要适当 解析:(1)滤光片E可以从白光中选出单色红光,单缝D是获取线光源,双缝B是获得相干光源,最后成像在毛玻璃屏A上。所以排列顺序为C、E、D、B、A。 (2)在操作步骤时应注意的事项有放置单缝、双缝时,必须使缝平行;单缝、双缝间的距离要适当;要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上。,-35-,考点一,考点二,实验,命题点
20、二 实验数据处理 【例13】 (2018浙江金华十校期末)用图甲所示的实验装置,做“双缝干涉测光的波长”实验:甲 (1)某同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时,发现里面的两条纹与分划板中心刻线未对齐,如图乙所示,若要使两者对齐,该同学应如何调节 。 A.仅左右转动透镜 B.仅旋转单缝 C.仅旋转双缝 D.仅旋转测量头,-36-,考点一,考点二,实验,(2)在实验中,双缝间距d=0.5 mm,双缝与光屏间距离L=0.5 m,用某种单色光照射双缝得到干涉图象如图丙,分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数如图丁,则图丁中A位置的游标卡尺读数为mm,单色光的波长为 m。(结果保留2位有效数字),答
21、案:(1)D (2)11.1 6.410-7 m,-37-,考点一,考点二,实验,解析:(1)发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐,若要使两者对齐,该同学应调节测量头,故ABC错误,D正确;,-38-,1,2,3,4,1.根据高中物理所学知识,分析下列生活中的物理现象:闻其声而不见其人;夏天雷雨后路面上油膜呈现彩色;当正在鸣笛的火车向着我们疾驰而来时,我们听到汽笛声的音调变高;观众在看立体电影时要戴上特质的眼镜,这样看到电影画面的效果和眼睛直接观看物体的效果一样具有立体感;这些物理现象分别属于波的( ) A.折射、干涉、多普勒效率、偏振 B.干涉、衍射、偏振、多普勒效应 C.衍射、偏振、折射、多
22、普勒效应 D.衍射、干涉、多普勒效应、偏振,答案,解析,-39-,1,2,3,4,2.关于电磁波的应用,下列说法不正确的是( ) A.一切动物、墙壁、地面、车辆、飞机等都在不停地发射红外线 B.一切物体都能够发射紫外线,如太阳、弧光灯发出的光中就包含紫外线 C.X射线能使包在黑纸里的照相底片感光 D.射线对人体正常细胞有很强的破坏作用,答案,解析,-40-,1,2,3,4,3.(多选)(2018浙江诸暨牌头中学月考)下列关于电磁波的说法正确的是( ) A.麦克斯韦预言了电磁波的存在,并用实验得到了证实 B.使电磁波随信号而改变的技术叫调制 C.使接收电路产生电谐振的过程叫解调 D.寒冷的冬天坐
23、在火炉边,可以享受红外线带来的温暖,答案,解析,-41-,1,2,3,4,4.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(黑色部分表示亮纹)。则在下面的四个图中说明:(1)干涉图样的是 。(填序号) (2)衍射图样的是 。(填序号) (3)从左到右的色光ABCD顺序是 。,答案:(1)A、C (2)B、D (3)红光、紫光、蓝光、黄光,-42-,1,2,3,4,解析:(1)双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹,所有条纹宽度相同且等间距,故AC两个是双缝干涉现象,根据双缝干涉条纹间距,可知波长越大,x越大,故A第一个是红光,C是蓝光。 (2)单缝衍射条纹是中间明亮且宽大,越向两侧宽度越小越暗,知BD为衍射图样。而波长越大,中央亮条纹越粗,故D为黄光单缝衍射图样。故从左向右依次是红光(双缝干涉)、紫光(单缝衍射)、蓝光(双缝干涉)和黄光(单缝衍射)。,
