物理选修3-5粒子的波动性

光的波动性

【基本概念规律】

一、光的干涉

1．定义：在两列光波的叠加区域，某些区域的光被加强，出现亮纹，某些区域的光被减弱，出现暗纹，且加强和减弱互相间隔的现象叫做光的干涉现象．

2．条件：两列光的频率相等，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉现象．

3．双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是频率相等的相干光波，屏上某点到双缝的路程差是波长的整数倍处出现亮条纹；路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹．相邻的明条纹(或暗条纹)之间距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝距离l的关系为Δx=l/dλ

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做光的衍射．

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．

3．衍射图样

(1)单缝衍射：中央为亮条纹，向两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同．白光衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光．

(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环．

(3)泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板后，在圆板的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一．

三、光的偏振

1．偏振光：在跟光传播方向垂直的平面内，光在某一方向振动较强而在另一些方向振动较弱的光即为偏振光．

光的偏振现象证明光是横波(填“横波”或“纵波”)．

2．自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿各个方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光．

3．偏振光的产生

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，叫做起偏器．第二个偏振片的作用是检验光是否是偏振光，叫做检偏器．

【重要考点归纳】

考点一　光的干涉

1．双缝干涉

(1)光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同．

(2)双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即Δx=l/dλ

(3)用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹．

2．薄膜干涉

(1)如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．

(2)光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加，两列光波同相叠加，出现明纹；反相叠加，出现暗纹．

(3)条纹特点：①单色光：明暗相间的水平条纹；

②白光：彩色水平条纹．

3.明暗条纹的判断方法

考点二　光的衍射现象的理解 　

1．单缝衍射与双缝干涉的比较

2.光的干涉和衍射的本质

光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的．

考点三　光的偏振现象的理解

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．

2．偏振光的理论意义及应用

(1)理论意义：光的偏振现象说明了光波是横波.

(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等．

考点四　实验：用双缝干涉测量光的波长

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＝dΔx/l.

2．实验步骤

(1)观察干涉条纹

①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上．如图所示．

②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光．

③调节各器件的高度，使光源发出的光能沿轴线到达光屏．

④安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约5 cm～10 cm，这时，可观察白光的干涉条纹．

⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．

(2)测定单色光的波长

①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．

②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a₁，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a₂，将该条纹记为第n条亮纹．

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．

3．数据处理

(3)计算多组数据，求λ的平均值．

4．注意事项

(1)安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当．

(2)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近．

(3)调节的基本依据是：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴所致，干涉条纹不清晰一般原因是单缝与双缝不平行所致，故应正确调节．

【思想方法与技巧】

条纹间距公式的拓展应用

在光的干涉、衍射中，要注意光的波长，像双缝干涉中，通常是指光在真空(空气)中的波长，若装置处于其他介质中，就应取光在介质中的波长．又如薄膜干涉、增透膜等，也应为在这种介质中的波长．

电磁波　相对论简介

【基本概念、规律】

一、电磁波的产生

1．麦克斯韦电磁场理论

变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．

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．

(1)电磁波是横波，在空间传播不需要介质．

(2)真空中电磁波的速度为3.0×10⁸ m/s.

(3)电磁波能产生干涉、衍射、反射和折射等现象．

二、电磁波的发射与接收

1．电磁波的发射

(1)发射条件：足够高的频率和开放电路．

(2)调制分类：调幅和调频．

2．电磁波的接收

(1)调谐：使接收电路产生电谐振的过程．

(2)解调：使声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程．

三、相对论的简单知识

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，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系．

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：

(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表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：E＝mc².

【重要考点归纳】

考点一　对电磁场理论和电磁波的理解

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E、磁场B、传播方向v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．

考点二　电磁波谱及电磁波的应用

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．

考点三　狭义相对论的简单应用 　

1．速度变换公式：

若u′＝v＝c时，u＝c，从而证明了光速是速度的极限，也反证了光速不变原理．

2．相对论质量：

从上式可以看出，当物体(一般是粒子)的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量．

3．质能方程：E＝mc².

含义：反映物体质量和能量之间的关系．

由此会有两种能量表达：静止时的能量和运动时的能量；两能量之差就是物体的动能E_k，即E_k＝E－E₀.

含义：在运动方向上的长度变小，在垂直运动方向上的长度不变．

6.狭义相对论问题的求解技巧

(1)解决“同时”的相对性问题，可从三个方面入手：

①令观察者静止，判断被观察者因相对运动而引起的位置变化．

②结合光速不变原理，分析光传播到两个事件所用的时间．

③光先传播到的事件先发生，光后传播到的事件后发生．

(2)“动尺缩短”是沿运动方向上的长度比其相对静止时测量的长度要短一些，在垂直于运动方向上的长度没有变化．

(3)“动钟变慢”是两个不同惯性系进行时间比较的结果，也是相对的，即两个惯性系中的观察者都发现对方的钟变慢了．