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,第18章 光学 电磁波 相对论,考点46 光的折射 全反射,考点50 电磁波 相对论,考点46 光的折射 全反射,必备知识 全面把握 核心方法 重点突破 方法1 折射率的相关知识 方法2 折射率的计算 方法3 全反射现象 方法4 光的折射和全反射的综合应用 考法例析 成就能力 考法1折射和折射定律 考法2 全反射现象 考法3 棱镜与色散 考法4 光的折射和全发射的综合应用,必备知识 全面把握,1. 光的折射 (1)光的折射定律 折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线两侧；入射角的正弦值跟折射角的正弦值成正比 (2)折射率 光从真空射入某种介质时，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为一定值，叫介质的折射率，即 . 折射率是反映介质光学性质的物理量折射率越大，光线进入该介质时偏离原来传播方向的角度就越大，它的大小由介质本身及光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关 某种介质的折射率等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度v之比，即n.任何介质的折射率都大于1. 折射率较小的介质叫光疏介质，折射率较大的介质叫光密介质所谓光疏介质和光密介质是两种介质相比较而言的，是具有相对性的概念光在光疏介质中速度较大，在光密介质中速度较小,2. 全反射 (1)全反射 光从光密介质射入光疏介质时，在界面处一部分光反射回原介质中，一部分光被折射到另一种介质中，并随着入射角的增大，折射角逐渐增大，且折射光线越来越弱，反射光线越来越强，当入射角增大到某一角度后，折射光线就完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫全反射 (2)全反射条件 光从光密介质进入光疏介质； 入射角大于或等于临界角 (3)临界角 折射角等于90时的入射角叫临界角某种介质的临界角用sin C 计算 (4)光导纤维 光导纤维简称“光纤”，它非常细(直径只有几微米到几十微米)，由内芯和外套两层组成内芯的折射率比外套大，光在内芯中传播时，在内芯与外套的界面上发生全反射“光纤通信”就是利用了全反射的原理,3. 光的色散 (1)含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散 (2)光的颜色由光的频率决定，不同颜色的光的波长不同 (3)含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长大小排列，就是光谱 (4)白光通过棱镜折射后会发生色散现象，形成七色光带，如图所示，自上而下分别为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫白光的色散现象说明白光为复色光,核心方法重点突破,方法1折射率的相关知识,例1,重庆理综201511(1)，6分虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带，光路如图所示M、N、P、Q点的颜色分别为(),A紫、红、红、紫B红、紫、红、紫 C红、紫、紫、红 D紫、红、紫、红,【解析】,例1,紫光的折射率较大，经折射后偏折程度较大，跟踪光的传播路径可知紫光要射在M点和Q点，N点和P点是红光，所以A正确 【答案】A,方法2折射率的计算,例2,课标全国201734(2)，10分,如图所示，一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体，O点为球心；下半部是半径为R、高为2R的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入，该光线与OC之间的距离为0.6R.已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)求该玻璃的折射率,【解析】,例2,例3,天津理综20152，6分中国古人对许多自然现象有深刻认识，唐人张志和在玄真子涛之灵中写道：“雨色映日而为虹”从物理学角度看，虹是太阳光经过雨滴的两次折射和一次反射形成的如图是彩虹成因的简化示意图，其中a、b是两种不同频率的单色光，则两光(),A在同种玻璃中传播，a光的传播速度一定大于b光 B以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b光侧移量大 C分别照射同一光电管，若b光能引起光电效应，a光也一定能 D以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是a光,方法3全反射现象,【解析】,例3,方法4光的折射和全反射的综合应用,例4,课标全国201834(2)，10分如图，ABC是一直角三棱镜的横截面，A90，B60.一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点不计多次反射 (i)求出射光相对于D点的入射光的偏角； (ii)为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？,【解析】,例4,例4,方法例析 成就能力,考法1折射和折射定律,例1,课标全国201634(2)，15分如图，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0 m从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为. (1)求池内的水深；,(2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面的高度为2.0 m当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45.求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字),【解析】,例1,考法2全反射现象,例2,某三棱镜的横截面为一直角三角形，如图所示，A90，B30，C60.棱镜材料的折射率为n，底面BC涂黑，入射光线沿平行于底面BC的方向射向AB面，经AB和AC面折射后出射 (1)求出射光线与入射光线延长线间的夹角. (2)为使上述入射光线能从AC面射出，折射率n的最大值为多少？,【解析】,例2,考法3棱镜与色散,例3,天津理综20172，5分明代学者方以智在阳燧倒影中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是(),A若增大入射角i，则b光先消失 B在该三棱镜中a光波长小于b光 Ca光能发生偏振现象，b光不能发生 D若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a光的遏止电压低,若增大入射角i，则a、b光在三棱镜的另一侧面的入射角减小，不会发生全反射，选项A错误；由图可知，a光的折射率小于b光的折射率，因此a光的频率小于b光的频率，a光的波长大于b光的波长，选项B错误；偏振是横波特有的现象，a、b光都能发生偏振现象，选项C错误；由光电效应方程得EkeUchW0，a、b光分别照射同一光电管，频率越小的光遏止电压越低，故a光的遏止电压低，选项D正确 【答案】D,例3,考法4光的折射与全反射的综合应用 课标全国201734(2)，10分如图，一半径为R的玻璃半球，O 点是半球的球心，虚线OO表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线)已知玻璃的折射率为1.5.现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)求： (1)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值； (2)距光轴 的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离,例4,【解析】,例4,考点47 光的干涉，衍射和偏振,必备知识 全面把握 核心方法 重点突破 方法5光的干涉 方法6 光的偏振,必备知识 全面把握,1光的干涉 两列相干光波叠加，某些区域的光被加强，某些区域的光被减弱，且加强区与减弱区互相间隔的现象叫光的干涉 (1)产生光的干涉条件：两列光频的率相同，振动情况相同，相位差恒定能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源可用同一束光分成两列而获得 (2)双缝干涉图样：用白光进行干涉实验，屏中央是白色亮纹，两侧是彩色干涉条纹；用单色光进行干涉实验，屏上是等间距、明暗相间的条纹，条纹间距与色光的波长有关，波长越长，间距越大，条纹越宽计算公式为：x . 双缝到屏上某点的距离之差是光的波长的整数倍时，则该点出现亮纹；双缝到屏上某点距离之差是光的半波长的奇数倍时，则该点出现暗纹,(3)薄膜干涉：一束光经薄膜的两个表面反射后形成两束反射光，这两束反射光发生干涉薄膜干涉的应用： 用薄膜干涉法检查平面是否平整 增透膜的厚度约为透射光在薄膜中波长的,2光的衍射 (1)光的衍射：光在传播过程中遇到障碍物时，绕过障碍物继续传播的现象叫光的衍射 (2)发生明显衍射现象的条件：障碍物或小孔的尺寸与光的波长差不多，甚至比光的波长还要小,(3)常见的光的衍射现象 光通过狭缝的衍射图样：白光单缝衍射形成的图样，屏中间是亮且宽的白色条纹，两侧是暗且窄的彩色条纹；单色光的单缝衍射图样，屏中间是亮且宽的条纹，两侧是明暗相间的条纹，且亮度与宽度逐渐减小 光通过小孔的衍射现象：光通过小孔时(孔很小)在屏上会出现明暗相间的圆环 光照到小圆板上的衍射现象：当光照到不透光的极小圆板上时，在圆板的阴影中心出现一个亮斑，称为泊松亮斑，当形成泊松亮斑时，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环,3光的偏振 (1)波的偏振：横波只沿着某一特定的方向振动，称为波的偏振，只有横波才有偏振现象 (2)自然光：在垂直于传播方向上沿各个方向振动的光波都存在且强度都相同的光叫自然光 (3)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定方向振动的光 (4)偏振光的产生：自然光通过偏振片后，产生偏振光,核心方法重点突破,方法5光的干涉,例1,课标全国201534(1)，5分在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距x1与绿光的干涉条纹间距x2相比，x1_x2(填“”“”或“”)若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为_ mm.,【解析】,例1,方法6光的偏振,例2,山西吕梁学院附中2016期末(多选)如图所示是一种利用光纤温度传感器测量温度的装置，一束偏振光射入光纤，由于温度的变化，光纤的长度、芯径、折射率发生变化，从而使偏振光的透振方向发生变化，光接收器接收的光强度就会变化设起偏器和检偏器透振方向相同，关于这种温度计的工作原理，下列说法不正确的是(),A到达检偏器的光的透振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大 B到达检偏器的光的透振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大 C到达检偏器的光的透振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小 D到达检偏器的光的透振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小,【解析】,例2,偏振光通过一些介质后，其振动方向相对原来的振动方向会发生一定角度的旋转，旋转的这个角度叫旋光度，旋光度与介质的浓度、长度、折射率等因素有关测量旋光度的大小，就可以知道介质相关物理量的变化光纤的温度变化越大，则偏振光通过光纤后的旋光度越大，通过检偏器后光的强度就会越小，选项B说法正确，A、C、D说法错误 【答案】A、C、D,考点48 实验：测定玻璃的折射率,必备知识 全面把握 核心方法 重点突破 方法7测定玻璃的折射率,必备知识 全面把握,1实验目的 用插针法测定玻璃的折射率 2实验器材 玻璃砖、白纸、大头针、量角器、圆规、三角板、图钉、铅笔等 3实验原理 如图所示，用插针法确定光路，找出与入射光线AO对应的出射光线OB，确定O点，画出折射光线OO，然后测量出1和2的角度，根据 计算出玻璃的折射率,4实验步骤 (1)用图钉把白纸固定在木板上 (2)在白纸上画一条直线aa，并取aa上的一点O为入射点，过O点作法线MN. (3)画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针 (4)在白纸上放上玻璃砖，使其中一个长边与直线aa对齐，并画出与另一条长边对齐的线bb. (5)通过玻璃砖观察并调整视线方向，使P1的像被P2挡住，然后在观察的一侧插上大头针P3，使P3挡住P2、P1的像，再插上P4，使P4挡住P3和P2、P1的像 (6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线OB及出射点O，连接OO得到折射光线 (7)用量角器测量入射角1和折射角2，并计算其正弦值sin 1和sin 2. (8)改变入射角，重复实验，算出不同入射角所对应的 ，并取平均值,5注意事项 (1)实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，同侧两针之间的距离要稍大些 (2)入射角应适当大些，以减小测量角度的误差，但也不宜太大，若入射角太大，在玻璃砖的另一侧会看不清大头针的像 (3)操作时不要用手触摸玻璃砖的光滑光学面，更不能把玻璃砖当尺子使用 (4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变,核心方法重点突破,方法7测定玻璃的折射率,例1,北京理综201521(1)“测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好玻璃砖，aa和bb分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图所示在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，用“”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针P3和P4.在插P3和P4时，应使_(填选项前的字母),AP3只挡住P1的像 BP4只挡住P2的像 CP3同时挡住P1、P2的像 D在bb下方竖直插针P3、P4，使P1P2所在直线与P3P4所在直线平行,【解析】,例1,紫光的折射率较大，经折射后偏折程度较大，跟踪光的传播路径可知紫光要射在M点和Q点，N点和P点是红光，所以A正确 【答案】A,考点49 实验:用双缝干涉测光的波长,必备知识 全面把握 核心方法 重点突破 方法8双缝干涉测光的波长,必备知识 全面把握,1实验目的 观察干涉图样，测定光的波长 2实验器材 双缝干涉仪(包括光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头)、刻度尺(分度值为1 mm)等,3实验原理 双缝干涉中两个相邻明(暗)条纹间的距离x与光的波长、双缝间距离d及双缝到屏的距离l满足x.因此，只要测出x、d和l，即可求出光的波长.,4实验步骤 (1)观察双缝干涉图样 将光源、单缝、遮光筒、毛玻璃屏依次放在光具座上，如图所示；,接好电源，打开开关，使光源正常发光； 调节各器件的高度，使光源发出的光能沿轴线到达光屏； 安装双缝，使双缝与单缝的缝平行，二者间距510 cm； 观察白光的干涉条纹； 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 安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹为止； 使分划板中心刻度线与某条亮条纹的中央对齐，记下手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板中心刻度线移动；记下移动的条纹数n和移动后手轮的读数a2，a1与a2之差即n条亮纹的间距； 用刻度尺测量双缝到屏的距离l(双缝间距d是已知的)； 重复测量、计算，求出波长的平均值； 换用不同滤光片，重复实验测量其他单色光的波长,5注意事项 (1)安装器材时，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、双缝的缝平行且竖直 (2)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近 (3)不要直接测量x，要测多条亮条纹的间距，再计算x的平均值，这样可以减小误差,核心方法 重点突破 方法8双缝干涉测光的波长,例,福建福州2016联考在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉仪按要求安装在光具座上(如图所示)从仪器注明的规格可知：双缝屏的缝间距d，像屏与双缝屏间的距离为L.然后，接通电源使光源正常工作,(1)已知测量头是50分度的游标卡尺某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第1次映入眼帘的干涉条纹如图甲所示，图甲中的数字是该同学给各亮纹的编号，此时图乙中游标卡尺的读数x11.16 mm；接着转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙所示，此时图丁中游标卡尺的读数x2_mm.,例,(2)利用上述测量结果，该同学经计算得出这种色光的波长660 nm.已知L700 mm，则该同学选用的双缝屏的缝间距d_mm.(计算结果保留两位有效数字),【解析】,例,考点50 电磁波 相对论,必备知识 全面把握 核心方法 重点突破 方法9电磁波 电磁波谱 方法10 对相对论的考查,必备知识 全面把握,1麦克斯韦电磁场理论,2电磁波、电磁波谱,电磁波和机械波的比较,3电磁振荡 (1)振荡电流和振荡电路 振荡电流：大小和方向都周期性变化的电流叫振荡电流 振荡电路：能够产生振荡电流的电路叫振荡电路最简单的振荡电路为LC振荡电路 (2)电磁振荡 在振荡电路产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电压、电路中的电流以及跟电荷相联系的电场、跟电流相联系的磁场都在发生周期性的变化，这种现象叫电磁振荡 (3)振荡的周期和频率 周期T：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间 频率f：1 s内完成的周期性变化的次数 公式： .,4电磁波的发射和接收 (1)发射 发射电路特点：由LC振荡电路产生足够高的振荡频率，振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间 在电磁波发射技术中，使电磁波随信号而改变的过程叫调制调制可分为调幅和调频两种使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变化，这种调制叫调幅；使高频电磁波的频率随信号的强弱而变化，这种调制叫调频 (2)传播,(3)接收,5狭义相对论 (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 (3)爱因斯坦质能方程 Emc2，式中m是物体的质量，c是真空中的光速，E是它具有的能量 6广义相对论 (1)广义相对性原理 在任何参考系中，物理规律都是相同的这意味着惯性系中的运动定律，在非惯性系中都是相同的，但要满足相对性原理 (2)等效原理 一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价这意味着，一个非惯性系，可以看成一个惯性系，只不过是它的后面有一个均匀的引力场因为惯性力和引力在非惯性系中是分不清的.,核心方法 重点突破 方法9电磁波电磁波谱,例1,江苏物理201812B(1)，4分(多选)梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子在空中产生电磁波该电磁波() A是横波 B不能在真空中传播 C只能沿着梳子摇动的方向传播 D在空气中的传播速度约为3108 m/s,【解析】,例1,摇动的梳子在空中产生电磁波，电磁波是横波，选项A正确；电磁波能在真空中传播，选项B错误；电磁波传播的方向与振动方向垂直，选项C错误；电磁波在空气中传播的速度约为光速，选项D正确 【答案】AD,方法10对相对论的考查,例2,福建福州2016联考(多选)物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步根据狭义相对论，下列说法正确的是() A真空中的光速是不变的 B运动的时钟变慢，运动的尺子缩短 C物体的质量取决于物体所含物质的多少，与物体的运动速度无关 D质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观测者的相对运动状态改变而改变,【解析】,例2,真空中的光速是不变的，故A正确；狭义相对论的几个基本结论：钟慢效应，运动的钟比静止的钟走得慢，而且运动速度越快，钟走得越慢；尺缩效应：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，故B正确；由相对论质量公式可知，当物体的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量，故C错误；质量、长度、时间的测量结果都随物体与观测者的相对运动状态改变而改变，故D正确 【答案】A、B、D,谢谢观赏,第18章,考点51,
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