高中人教物理选修3-4 第4讲.doc

第4讲　光的干涉、衍射和偏振　电磁波与相对论
知识排查
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
(1)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。
(2)通过亮条纹中心的位置x＝±kλ(k＝0，1，2…)，得相邻的亮条纹(或暗条纹)之间距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝间距离l的关系为Δx＝λ。
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。
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．双缝干涉与单缝衍射图样对比
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。
光的偏振
1.自然光：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。
电磁波
1.麦克斯韦电磁场理论
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。
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，光速和光源、观测者间的相对运动没有关系。
2．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。
小题速练
1．思考判断
(1)光的颜色由光的频率决定。(　　)
(2)只有频率相同的两列光波才能产生干涉。(　　)
(3)肥皂泡上呈现彩色水平条纹，是由光的色散产生的。(　　)
(4)在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是使白光变成单色光。(　　)
(5)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。(　　)
(6)自然光是偏振光。(　　)
(7)电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场。(　　)
(8)无线电波不能发生干涉和衍射现象。(　　)
(9)波长不同的电磁波在本质上完全不同。(　　)
(10)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的。(　　)
答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)×　(8)×　(9)×
(10)×
2．(多选)以下说法中正确的是(　　)
A．对于同一障碍物，波长越大的光波越容易绕过去
B．白光通过三棱镜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光的干涉
E．不管光源与观察者是否存在相对运动，观察者观察到的光速是不变的
解析　对于同一障碍物，它的尺寸d不变，波长λ越长的光越容易满足d≤λ，越容易绕过障碍物，所以A项正确；白光通过三棱镜出现彩色条纹是光的色散现象，B项错误；波的频率由波源决定，波速由介质决定，所以红光从空气进入水中，频率f不变，波速v