高考物理复习第4节 光的波动性电磁波相对论Word文档下载推荐.docx
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2．光的干涉和衍射的比较
（1）干涉和衍射的比较
干涉
衍射
现象
光在重叠区域出现
加强或减弱的现象
光绕过障碍物偏离直
线传播的现象
产生条件
两束光频率相同、相
位差恒定
障碍物或孔的尺寸与
波长差不多或更小
典型实验
杨氏双缝实验
单缝衍射、圆孔衍射
和不透明圆盘衍射
图样不同点
条纹
宽度
条纹宽度相等
条纹宽度不等，中央
最宽
间距
各相邻条纹间距相等
各相邻条纹间距不等
亮度
情况
清晰条纹，亮度基本相等
中央条纹最亮，两边变暗
图样相同点
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）对光的衍射的理解
①干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明显。
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。
[典例] （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] 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＝
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。
[答案] C
[方法规律]
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。
[集训冲关]
1.（多选）（2017·
莱芜月考）如图所示，P是一个偏振片，P的透振方向（用带箭头的实线表示）为竖直方向。
下列四种入射光束中照射P时能在P的另一侧观察到透射光的是（ ）
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°
角振动的光
解析：
选ABD 太阳光可以向各个方向振动，所以能通过偏振片观察到光，A项正确；
沿竖直方向振动的光与偏振片的透振方向一致能通过偏振片，所以B项正确；
沿水平方向振动的光与透振方向垂直，通过偏振片观察不到透射光，所以C项错误；
只有透振方向与光的振动方向垂直时才观察不到透射光，沿与竖直方向成45°
角振动的光能通过偏振片观察到透射光，所以D项正确。
2．（2016·
上海高考）在双缝干涉实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，则（ ）
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
选D 据干涉图样的特征可知，干涉条纹特征是等间距、彼此平行，故选项A错误；
不同色光干涉条纹分布位置不相同，因此选项B错误；
据公式Δx＝
λ可知，双缝间距d越大，干涉条纹距离越小，故选项C错误；
遮住一条缝后，变成了单缝衍射，光的衍射也有衍射条纹，故选项D正确。
3.
（2017·
成都模拟）如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2距离之差为2.1×
10－6m，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？
（1）已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×
10－7m；
（2）已知B光在某种介质中波长为3.15×
10－7m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°
（sin37°
＝0.6，cos37°
＝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。
（1）设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝
＝
得
λ1＝nλ2＝1.5×
4×
10－7m＝6×
10－7m
根据路程差Δx＝2.1×
10－6m
所以N1＝
＝3.5
由此可知，从S1和S2到P点的路程差Δx是A光波长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sinC＝
n＝
由此可知，B光在空气中波长λ3为
λ3＝nλ介＝
×
3.15×
10－7m＝5.25×
所以N2＝
＝4
可见，用B光作光源，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。
答案：
（1）暗条纹
（2）亮条纹 （3）见解析
突破点
（二） 电磁场和电磁波
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，如图所示。
（2）电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度只与介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关。
3．电磁波谱分析及应用
电磁波谱
频率/Hz
真空中波长/m
特性
应用
递变规律
无线电波
＜3×
1011
＞10－3
波动性强，易发生衍射
无线电技术
红外线
1011～1015
10－3～10－7
热效应
红外遥感
可见光
1015
10－7
引起视觉
照明、摄影
紫外线
1015～1017
10－7～10－9
化学效应、荧光效应、灭菌消毒
医用消毒、防伪
X射线
1016～1019
10－8～10－11
贯穿本领强
检查、医用透视
γ射线
＞1019
＜10－11
贯穿本领最强
工业探伤、医用治疗
[特别提醒]
（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。
[多角练通]
1．关于电磁场和电磁波，下列说法中不正确的是（ ）
A．均匀变化的电场在它的周围产生稳定的磁场
B．电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的，且都与波的传播方向垂直
C．电磁波和机械波一样依赖于介质传播
D．只要空间中某个区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁波
选C 根据麦克斯韦电磁场理论可知，均匀变化的电场在它的周围产生稳定的磁场，A正确；
因电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的，且与波的传播方向垂直，电磁波是横波，B正确；
电磁波可以在真空中传播，C错误；
只要空间中某个区域有振荡的电场或磁场，就在周期性变化的电场周围产生同周期变化的磁场，周期性变化的磁场周围产生同周期变化的电场，这样由近及远传播，形成了电磁波，D正确。
上海高考）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
选A 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、X射线、γ射线，所以选项A正确。
3．（2016·
北京高考）下列说法正确的是（ ）
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
选A 电磁波在真空中的传播速度为光速c，选项A正确；
在空气中传播的声波是纵波，选项B错误；
声波可以在气体中传播，也可以在液体、固体中传播，选项C错误；
光可以在真空中传播，因此，光不需要介质也能传播，选项D错误。
突破点（三） 狭义相对论的简单应用
1．惯性系：
如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系。
相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。
2．光速的大小与选取的参考系无关，因为光速是从麦克斯韦方程组中推导出来的，无任何前提条件。
3．狭义相对论认为物体的质量m与物体的速度v有关，其关系式为m＝
。
4．对“长度的相对性”的理解：
狭义相对论中的长度公式：
l＝l0
中，l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而l可认为杆沿杆的长度方向以速度v运动时，静止的观察者测出的杆的长度，还可以认为是杆不动，而观察者沿杆的长度方向以速度v运动时测出的杆的长度。
5．对“时间间隔的相对性”的理解：
时间间隔的相对性公式Δt＝
中，Δτ是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间隔，而Δt则是相对于事件发生地以速度v运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔。
也就是说：
在相对运动的参考系中观测，事件变化过程的时间间隔变大了，这就是狭义相对论中的时间膨胀。
（动钟变慢）
1．（多选）（2017·
成都模拟）对于公式m＝
，下列说法中正确的是（ ）
A．公式中的m0是物体以速度v运动时的质量
B．当物体运动速度为v0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
C．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用
D．通常由于物体的速度太小，质量的变化不能被我们感觉到，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量变化
选CD 公式中的m0是物体静止时的质量，A错误；
在v远小于光速时，质量的变化不明显，经典力学依然成立，B错误，C、D正确。
2．（2017·
南充模拟）下列说法正确的是（ ）
A．全息照片的拍摄利用了光的衍射原理
B．只有发生共振时，受迫振动的频率才等于驱动力频率
C．高速飞离地球的飞船中的宇航员认为地球上的时钟变慢
D．鸣笛汽车驶近路人的过程中，路人听到的声波频率与该波源的频率相比减小
选C 全息照相利用了激光的频率单一，相干性好的特点，利用了光的干涉现象，故A错误；
受迫振动的频率等于驱动力的频率，当驱动力的频率等于物体的固有频率时发生共振，故B错误；
根据爱因斯坦相对论可知，时间间隔的相对性：
t＝
，可知高速飞离地球的飞船中的宇航员认为地球上的时钟变慢，故C正确；
根据多普勒效应可知，鸣笛汽车驶近路人的过程中，路人听到的声波频率与该波源的频率相比增大，故D错误。
江苏高考）一艘太空飞船静止时的长度为30m，它以0.6c（c为光速）的速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是（ ）
A．飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30m
B．地球上的观测者测得该飞船的长度小于30m
C．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c
D．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c
选B 飞船上的观测者相对飞船静止，测得飞船的长度为飞船静止时的长度l0＝30m，选项A错误；
地球上的观测者与飞船有相对运动，测得飞船的长度l＝l0
＜l0，故应小于30m，选项B正确；
狭义相对论的一个基本假设是光速不变原理，即飞船上和地球上的观测者测得的光信号速度都等于c，选项C、D错误。
对点训练：
光的干涉、衍射及偏振
长沙模拟）英国物理学家托马斯·
杨巧妙地解决了相干光源问题，第一次在实验室观察到了光的干涉现象。
图为实验装置简图，M为竖直线状光源，N和O均为有狭缝的遮光屏，P为像屏。
现有四种刻有不同狭缝的遮光屏，实验时正确的选择是（ ）
A．N应选用遮光屏1 B．N应选用遮光屏3
C．O应选用遮光屏2D．O应选用遮光屏4
选AC 先通过单缝发生单缝衍射，再通过双缝，才能形成相干光发生双缝干涉，再根据像屏P上条纹分布可知，N应选用遮光屏1，O应选用遮光屏2；
故A、C正确，B、D错误。
2.（2017·
宜宾二诊）如图所示，光源S从水面下向空气斜射一束复色光，在A点分成a、b两束，则下列说法正确的是（ ）
A．在水中a光折射率大于b光
B．在水中a光的速度大于b光
C．a、b光由水中射向空气发生全反射时，a光的临界角较小
D．分别用a、b光在同一装置上做双缝干涉实验，a光产生的干涉条纹间距小于b光
选B 由题意可知，两光束的入射角i相同，折射角ra＜rb，根据折射定律得到，折射率na＜nb，故A错误；
由公式v＝
，分析得知，在水中a光的速度比b光的速度大，故B正确；
a光的折射率小，根据临界角公式sinC＝
，可知a光的临界角较大，故C错误；
折射角ra＜rb，频率fa＜fb，波长λa＞λb，根据公式Δx＝
λ，则知a光的干涉条纹间距大于b光的，故D错误。
3．（2017·
绵阳三诊）下列说法正确的是（ ）
A．水面上的油膜在太阳光照射下呈现彩色，是光的干涉现象
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小
D．观察者向频率一定的静止声源靠近时，接收到声波的频率与声源频率相同
选A 水面上的油膜呈现彩色是光的薄膜干涉现象，故A正确；
紫外线具有杀菌作用，不是因为紫外线有较强的热效应，故B错误；
红光和黄光分别通过同一双缝干涉装置，根据公式Δx＝
λ可知，波长比较长的红光形成的相邻亮条纹间距大，故C错误；
观察者向静止的声源靠近时，产生多普勒效应，且观察者接收到的频率大于声源的频率，故D错误。
4．（多选）（2017·
洛阳孟津一高检测）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
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。
5．（多选）（2017·
六安一中模拟）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．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
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．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
D．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，则干涉条纹间距变窄
选AD 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故A正确；
用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光发生折射而形成的色散现象，故B错误；
检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，故C错误；
绿光的波长比红光的短，干涉条纹的间距与波长成正比，因此仅将入射光由红光改为绿光，则干涉条纹间距变窄，故D正确。
6.如图所示，市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。
这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜（例如氟化镁），这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线。
以λ表示红外线的波长，则所镀薄膜的最小厚度应为（ ）
A.
λ B.
λ C.
λ D．λ
选B 红外线最显著的特点之一就是热效应，当光照射物体时，一般都伴随着大量的红外线。
在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜（相当于增透膜），当增透膜最小厚度等于红外线在其中传播的波长的
时，灯泡发出的红外线射到增透膜后，从增透膜的前后表面反射回来的两束红外线发生干涉，相互抵消，使反射的红外线强度减弱，达到冷光效果。
故B正确。
7.如图所示为用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样。
现让a、b两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播路径与方向可能正确的是（ ）
选D 由干涉条纹可看出，a光的条纹间距大于b光，故根据Δx＝
λ可知，a光的波长大于b光，a光的频率小于b光，则a光的折射率小于b光；
a光的临界角大于b光；
A图中a、b两种光的位置颠倒了；
B图中出射光应该和入射光平行；
C、D图中首先发生全反射的应该是b光，所以选项D正确。
8.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（ ）
A.
B.
C.
D.
选D 出现第3条暗条纹，说明S1、S2到P点距离之差为
（2n－1）＝
λ，其中n＝3，而λ＝
，所以|r1－r2|＝
λ＝
，因而D是正确的。
电磁场、电磁波及相对论
9．（2016·
天津高考）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1～10m范围内，则对该无线电波的判断正确的是（ ）
A．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
选C 由ν＝
可知，波长越长，频率越低，故米波的频率比厘米波频率低，选项A错误；
无线电波是电磁波，它的传播不须靠介质，选项B错误；
无线电波与光波一样具有波的特性，会发生反射、折射、干涉和衍射现象，选项C正确，选项D错误。
10.据《飞行国际》报道称，中国制造的首款具有“隐身能力”和强大攻击力的第四代作战飞机“歼20”（如图），于2011年1月11日12：
50进行了公开首飞。
它的首飞成功标志着中国继美国和俄罗斯之后，成为世界上进入到第四代战机研发序列中的国家。
隐形飞机的原理是：
在飞机研制过程中设法降低其可探测性，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击。
根据你所学的物理知识，判断下列说法中正确的是（ ）
A．运用隐蔽色涂层，无论距你多近，即使你拿望远镜也不能看到它
B．使用能吸收雷达电磁波的材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发现
C．使用吸收雷达电磁波涂层后，传播到复合金属机翼上的电磁波在机翼上不会产生感应电流
D．主要是对发动机、喷气尾管等因为高温容易产生紫外线辐射的部位采取隔热、降温等措施，使其不易被对方发现
选B 隐形飞机的原理是在飞机制造过程中使用能吸收雷达电磁波的材料，使反射的雷达电磁波很弱，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，飞机在雷达屏幕上很难被发现，故只有B正确。
11．（2017·
盐城二模）下列说法正确的是（ ）
A．一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时长
B．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度
C．大量事实证明，电磁波不能产生衍射现象
D．受迫振动的频率总等于系统的固有频率
选B 根据l＝l0
，知沿自身长度方向运动的杆其长总比杆静止时的长度小，故A错误；
只要是波，均可以产生多普勒效应现象，根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度，故B正确；
电磁波是波，能产生衍射现象，故C错误；
受迫振动的频率总等于驱动力的频率，故D错误。
12．假设一接近光速运行的高速列车在轨道上运行，列车上的窗户高为h，宽为d，高速列车轨道旁边有一广告牌，广告牌高为H，宽为L。
在高速列车上有一观察者甲，另一观察者乙站在高速列车轨道旁边，有关两位观察者的判断，下列说法正确的是（ ）
A．观察者乙看到车窗高度小于h
B．观察者乙看到车窗宽度小于d
C．观察者甲看到轨道旁边的广告牌宽度大于L
D．观察者甲看到轨道旁边的广告牌高度小于H
选B 根据相对论的推论，运动的“尺缩效应”，站在高速列车轨道旁边的观察者乙看到车窗宽度小于d，车窗高度等于h，B正确，A错误；
高速列车上的观察者甲看到轨道旁边的广告牌宽度小于L，广告牌高度等于H，C、D错误。
13．（多选）下列说法中正确的是（ ）
A．红外线应用在遥感技术中是利用了它的穿透本领
B．在电磁振荡中，磁场能与电场能周期性地相互转化
C．若要有效地发射电磁波，振荡电路只需有足够高的振荡频率即可
D．真空中的光速与光源和观察者的运动无关
E．不同频率的电磁波在真空中的传播速度相同，但在同一均匀介质中的传播速度不相同
选BDE 红外线的穿透本领很弱，应用在遥感技术中是利用红外线探测器接收物体发出的红外线，来探知被测物体的特征的，A错；
由电磁振荡的特点知在电磁振荡中，磁场能与电场能周期性地相互转化，B对；
要有效地发射电磁波，振荡电路必须有足够高的振荡频率且振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，C错；
由狭义相对论可知真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的，与光源和观察者的运动无关，D对；
由电磁波的特点知E对。
考点综合训练
14.（多选）某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的折射率。
方法是将待测矿泉水填充到特制容器中，放置在双缝与荧光屏之间（之前为空气），如图所示，特制容器未画出，通过比对填充后的干涉条纹间距x2和填充前的干涉条纹间距x1就可以计算出该矿泉水的折射率。
则下列说法正确的是（设空气的折射率为1）（ ）
A．x2<
x1B．x2
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