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1、,第18章 光學 電磁波 相對論,考點46 光的折射 全反射,考點50 電磁波 相對論,考點46 光的折射 全反射,必備知識 全面把握 核心方法 重點突破 方法1 折射率的相關知識 方法2 折射率的計算 方法3 全反射現象 方法4 光的折射和全反射的綜合應用 考法例析 成就能力 考法1折射和折射定律 考法2 全反射現象 考法3 棱鏡與色散 考法4 光的折射和全發(fā)射的綜合應用,必備知識 全面把握,1. 光的折射 (1)光的折射定律 折射光線跟入射光線和法線在同一平面內，折射光線和入射光線分別位于法線兩側；入射角的正弦值跟折射角的正弦值成正比 (2)折射率 光從真空射入某種介質時，
2、入射角的正弦值與折射角的正弦值之比為一定值，叫介質的折射率，即 . 折射率是反映介質光學性質的物理量折射率越大，光線進入該介質時偏離原來傳播方向的角度就越大，它的大小由介質本身及光的頻率共同決定，與入射角、折射角的大小無關 某種介質的折射率等于光在真空中的速度c跟光在這種介質中的速度v之比，即n.任何介質的折射率都大于1. 折射率較小的介質叫光疏介質，折射率較大的介質叫光密介質所謂光疏介質和光密介質是兩種介質相比較而言的，是具有相對性的概念光在光疏介質中速度較大，在光密介質中速度較小,2. 全反射 (1)全反射 光從光密介質射入光疏介質時，在界面處一部分光反射回原介質中，一部分光被折射到另一
3、種介質中，并隨著入射角的增大，折射角逐漸增大，且折射光線越來越弱，反射光線越來越強，當入射角增大到某一角度后，折射光線就完全消失，只剩下反射光線，這種現象叫全反射 (2)全反射條件 光從光密介質進入光疏介質； 入射角大于或等于臨界角 (3)臨界角 折射角等于90時的入射角叫臨界角某種介質的臨界角用sin C 計算 (4)光導纖維 光導纖維簡稱“光纖”，它非常細(直徑只有幾微米到幾十微米)，由內芯和外套兩層組成內芯的折射率比外套大，光在內芯中傳播時，在內芯與外套的界面上發(fā)生全反射“光纖通信”就是利用了全反射的原理,,3. 光的色散 (1)含有多種顏色的光被分解為單色光的現象叫光的色散 (2)光
4、的顏色由光的頻率決定，不同顏色的光的波長不同 (3)含有多種顏色的光被分解后，各種色光按其波長大小排列，就是光譜 (4)白光通過棱鏡折射后會發(fā)生色散現象，形成七色光帶，如圖所示，自上而下分別為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫白光的色散現象說明白光為復色光,核心方法重點突破,方法1折射率的相關知識,例1,重慶理綜201511(1)，6分虹和霓是太陽光在水珠內分別經過一次和兩次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球來說明兩束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上會形成MN和PQ兩條彩色光帶，光路如圖所示M、N、P、Q點的顏色分別為(),A紫、紅、紅、紫B紅、紫、紅、紫 C紅、紫、紫、紅 D紫、紅
5、、紫、紅,【解析】,例1,紫光的折射率較大，經折射后偏折程度較大，跟蹤光的傳播路徑可知紫光要射在M點和Q點，N點和P點是紅光，所以A正確 【答案】A,方法2折射率的計算,,例2,課標全國201734(2)，10分,如圖所示，一玻璃工件的上半部是半徑為R的半球體，O點為球心；下半部是半徑為R、高為2R的圓柱體，圓柱體底面鍍有反射膜有一平行于中心軸OC的光線從半球面射入，該光線與OC之間的距離為0.6R.已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行(不考慮多次反射)求該玻璃的折射率,【解析】,例2,,例3,天津理綜20152，6分中國古人對許多自然現象有深刻認識，唐人張志和在玄真子濤之靈中寫道：“
6、雨色映日而為虹”從物理學角度看，虹是太陽光經過雨滴的兩次折射和一次反射形成的如圖是彩虹成因的簡化示意圖，其中a、b是兩種不同頻率的單色光，則兩光(),A在同種玻璃中傳播，a光的傳播速度一定大于b光 B以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后，b光側移量大 C分別照射同一光電管，若b光能引起光電效應，a光也一定能 D以相同的入射角從水中射入空氣，在空氣中只能看到一種光時，一定是a光,方法3全反射現象,【解析】,例3,方法4光的折射和全反射的綜合應用,,例4,課標全國201834(2)，10分如圖，ABC是一直角三棱鏡的橫截面，A90，B60.一細光束從BC邊的D點折射后，射到AC邊的E點，發(fā)生全
7、反射后經AB邊的F點射出EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中點不計多次反射 (i)求出射光相對于D點的入射光的偏角； (ii)為實現上述光路，棱鏡折射率的取值應在什么范圍？,【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,課標全國201634(2)，15分如圖，在注滿水的游泳池的池底有一點光源A，它到池邊的水平距離為3.0 m從點光源A射向池邊的光線AB與豎直方向的夾角恰好等于全反射的臨界角，水的折射率為. (1)求池內的水深；,(2)一救生員坐在離池邊不遠處的高凳上，他的眼睛到池面的高度為2.0 m當他看到正前下方的點光源A時，他的眼睛所接受的光線與豎直方
8、向的夾角恰好為45.求救生員的眼睛到池邊的水平距離(結果保留1位有效數字),【解析】,例1,,,考法2全反射現象,例2,某三棱鏡的橫截面為一直角三角形，如圖所示，A90，B30，C60.棱鏡材料的折射率為n，底面BC涂黑，入射光線沿平行于底面BC的方向射向AB面，經AB和AC面折射后出射 (1)求出射光線與入射光線延長線間的夾角. (2)為使上述入射光線能從AC面射出，折射率n的最大值為多少？,【解析】,例2,,,考法3棱鏡與色散,例3,天津理綜20172，5分明代學者方以智在陽燧倒影中記載：“凡寶石面凸，則光成一條，有數棱則必有一面五色”，表明白光通過多棱晶體折射會發(fā)生色散現象如圖所示，一束
9、復色光通過三棱鏡后分解成兩束單色光a、b，下列說法正確的是(),A若增大入射角i，則b光先消失 B在該三棱鏡中a光波長小于b光 Ca光能發(fā)生偏振現象，b光不能發(fā)生 D若a、b光分別照射同一光電管都能發(fā)生光電效應，則a光的遏止電壓低,若增大入射角i，則a、b光在三棱鏡的另一側面的入射角減小，不會發(fā)生全反射，選項A錯誤；由圖可知，a光的折射率小于b光的折射率，因此a光的頻率小于b光的頻率，a光的波長大于b光的波長，選項B錯誤；偏振是橫波特有的現象，a、b光都能發(fā)生偏振現象，選項C錯誤；由光電效應方程得EkeUchW0，a、b光分別照射同一光電管，頻率越小的光遏止電壓越低，故a光的遏止電壓低，選項D
10、正確 【答案】D,例3,,,考法4光的折射與全反射的綜合應用 課標全國201734(2)，10分如圖，一半徑為R的玻璃半球，O 點是半球的球心，虛線OO表示光軸(過球心O與半球底面垂直的直線)已知玻璃的折射率為1.5.現有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光線能從球面射出(不考慮被半球的內表面反射后的光線)求： (1)從球面射出的光線對應的入射光線到光軸距離的最大值； (2)距光軸 的入射光線經球面折射后與光軸的交點到O點的距離,例4,【解析】,例4,考點47 光的干涉，衍射和偏振,必備知識 全面把握 核心方法 重點突破 方法5光的干涉 方法6 光的偏振,必備知識 全面把握,,1光的
11、干涉 兩列相干光波疊加，某些區(qū)域的光被加強，某些區(qū)域的光被減弱，且加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔的現象叫光的干涉 (1)產生光的干涉條件：兩列光頻的率相同，振動情況相同，相位差恒定能發(fā)生干涉的兩列波稱為相干波，兩個光源稱為相干光源，相干光源可用同一束光分成兩列而獲得 (2)雙縫干涉圖樣：用白光進行干涉實驗，屏中央是白色亮紋，兩側是彩色干涉條紋；用單色光進行干涉實驗，屏上是等間距、明暗相間的條紋，條紋間距與色光的波長有關，波長越長，間距越大，條紋越寬計算公式為：x . 雙縫到屏上某點的距離之差是光的波長的整數倍時，則該點出現亮紋；雙縫到屏上某點距離之差是光的半波長的奇數倍時，則該點出現暗紋,(3)薄膜干
12、涉：一束光經薄膜的兩個表面反射后形成兩束反射光，這兩束反射光發(fā)生干涉薄膜干涉的應用： 用薄膜干涉法檢查平面是否平整 增透膜的厚度約為透射光在薄膜中波長的,2光的衍射 (1)光的衍射：光在傳播過程中遇到障礙物時，繞過障礙物繼續(xù)傳播的現象叫光的衍射 (2)發(fā)生明顯衍射現象的條件：障礙物或小孔的尺寸與光的波長差不多，甚至比光的波長還要小,,(3)常見的光的衍射現象 光通過狹縫的衍射圖樣：白光單縫衍射形成的圖樣，屏中間是亮且寬的白色條紋，兩側是暗且窄的彩色條紋；單色光的單縫衍射圖樣，屏中間是亮且寬的條紋，兩側是明暗相間的條紋，且亮度與寬度逐漸減小 光通過小孔的衍射現象：光通過小孔時(孔很小)在屏上會出
13、現明暗相間的圓環(huán) 光照到小圓板上的衍射現象：當光照到不透光的極小圓板上時，在圓板的陰影中心出現一個亮斑，稱為泊松亮斑，當形成泊松亮斑時，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán),,3光的偏振 (1)波的偏振：橫波只沿著某一特定的方向振動，稱為波的偏振，只有橫波才有偏振現象 (2)自然光：在垂直于傳播方向上沿各個方向振動的光波都存在且強度都相同的光叫自然光 (3)偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，只沿一個特定方向振動的光 (4)偏振光的產生：自然光通過偏振片后，產生偏振光,核心方法重點突破,方法5光的干涉,例1,課標全國201534(1)，5分在雙縫干涉實驗中，分別用紅色和綠
14、色的激光照射同一雙縫，在雙縫后的屏幕上，紅光的干涉條紋間距x1與綠光的干涉條紋間距x2相比，x1______x2(填“”“”或“”)若實驗中紅光的波長為630 nm，雙縫與屏幕的距離為1.00 m，測得第1條到第6條亮條紋中心間的距離為10.5 mm，則雙縫之間的距離為______ mm.,【解析】,例1,方法6光的偏振,,例2,山西呂梁學院附中2016期末(多選)如圖所示是一種利用光纖溫度傳感器測量溫度的裝置，一束偏振光射入光纖，由于溫度的變化，光纖的長度、芯徑、折射率發(fā)生變化，從而使偏振光的透振方向發(fā)生變化，光接收器接收的光強度就會變化設起偏器和檢偏器透振方向相同，關于這種溫度計的工作原理
15、，下列說法不正確的是(),A到達檢偏器的光的透振方向變化越小，光接收器所接收的光強度就會越小，表示溫度變化越大 B到達檢偏器的光的透振方向變化越大，光接收器所接收的光強度就會越小，表示溫度變化越大 C到達檢偏器的光的透振方向變化越小，光接收器所接收的光強度就會越小，表示溫度變化越小 D到達檢偏器的光的透振方向變化越大，光接收器所接收的光強度就會越小，表示溫度變化越小,【解析】,例2,偏振光通過一些介質后，其振動方向相對原來的振動方向會發(fā)生一定角度的旋轉，旋轉的這個角度叫旋光度，旋光度與介質的濃度、長度、折射率等因素有關測量旋光度的大小，就可以知道介質相關物理量的變化光纖的溫度變化越大，則偏振光
16、通過光纖后的旋光度越大，通過檢偏器后光的強度就會越小，選項B說法正確，A、C、D說法錯誤 【答案】A、C、D,考點48 實驗：測定玻璃的折射率,必備知識 全面把握 核心方法 重點突破 方法7測定玻璃的折射率,必備知識 全面把握,1實驗目的 用插針法測定玻璃的折射率 2實驗器材 玻璃磚、白紙、大頭針、量角器、圓規(guī)、三角板、圖釘、鉛筆等 3實驗原理 如圖所示，用插針法確定光路，找出與入射光線AO對應的出射光線OB，確定O點，畫出折射光線OO，然后測量出1和2的角度，根據 計算出玻璃的折射率,,4實驗步驟 (1)用圖釘把白紙固定在木板上 (2)在白紙上畫一條直線aa，并取aa上的一點O為入射點，
17、過O點作法線MN. (3)畫出線段AO作為入射光線，并在AO上插上P1、P2兩根大頭針 (4)在白紙上放上玻璃磚，使其中一個長邊與直線aa對齊，并畫出與另一條長邊對齊的線bb. (5)通過玻璃磚觀察并調整視線方向，使P1的像被P2擋住，然后在觀察的一側插上大頭針P3，使P3擋住P2、P1的像，再插上P4，使P4擋住P3和P2、P1的像 (6)移去玻璃磚，拔去大頭針，由大頭針P3、P4的針孔位置確定出射光線OB及出射點O，連接OO得到折射光線 (7)用量角器測量入射角1和折射角2，并計算其正弦值sin 1和sin 2. (8)改變入射角，重復實驗，算出不同入射角所對應的 ，并取平均值,5注意事項
18、 (1)實驗時，盡可能將大頭針豎直插在紙上，同側兩針之間的距離要稍大些 (2)入射角應適當大些，以減小測量角度的誤差，但也不宜太大，若入射角太大，在玻璃磚的另一側會看不清大頭針的像 (3)操作時不要用手觸摸玻璃磚的光滑光學面，更不能把玻璃磚當尺子使用 (4)在實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變,核心方法重點突破,方法7測定玻璃的折射率,例1,北京理綜201521(1)“測定玻璃的折射率”的實驗中，在白紙上放好玻璃磚，aa和bb分別是玻璃磚與空氣的兩個界面，如圖所示在玻璃磚的一側插上兩枚大頭針P1和P2，用“”表示大頭針的位置，然后在另一側透過玻璃磚觀察，并依次插上大頭針P3和P4.在插
19、P3和P4時，應使________(填選項前的字母),AP3只擋住P1的像 BP4只擋住P2的像 CP3同時擋住P1、P2的像 D在bb下方豎直插針P3、P4，使P1P2所在直線與P3P4所在直線平行,【解析】,例1,紫光的折射率較大，經折射后偏折程度較大，跟蹤光的傳播路徑可知紫光要射在M點和Q點，N點和P點是紅光，所以A正確 【答案】A,考點49 實驗:用雙縫干涉測光的波長,必備知識 全面把握 核心方法 重點突破 方法8雙縫干涉測光的波長,必備知識 全面把握,1實驗目的 觀察干涉圖樣，測定光的波長 2實驗器材 雙縫干涉儀(包括光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭)、刻
20、度尺(分度值為1 mm)等,3實驗原理 雙縫干涉中兩個相鄰明(暗)條紋間的距離x與光的波長、雙縫間距離d及雙縫到屏的距離l滿足x.因此，只要測出x、d和l，即可求出光的波長.,4實驗步驟 (1)觀察雙縫干涉圖樣 將光源、單縫、遮光筒、毛玻璃屏依次放在光具座上，如圖所示；,接好電源，打開開關，使光源正常發(fā)光； 調節(jié)各器件的高度，使光源發(fā)出的光能沿軸線到達光屏； 安裝雙縫，使雙縫與單縫的縫平行，二者間距510 cm； 觀察白光的干涉條紋； 在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋 (2)測定單色光的波長 安裝測量頭，調節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋為止； 使分劃板中心刻度線與某條亮條紋的中央對齊，
21、記下手輪上的讀數a1，轉動手輪，使分劃板中心刻度線移動；記下移動的條紋數n和移動后手輪的讀數a2，a1與a2之差即n條亮紋的間距； 用刻度尺測量雙縫到屏的距離l(雙縫間距d是已知的)； 重復測量、計算，求出波長的平均值； 換用不同濾光片，重復實驗測量其他單色光的波長,5注意事項 (1)安裝器材時，注意調節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫的縫平行且豎直 (2)光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近 (3)不要直接測量x，要測多條亮條紋的間距，再計算x的平均值，這樣可以減小誤差,核心方法 重點突破 方法8雙縫干涉測光的波長,例,福建福州2016聯考在“用雙縫
22、干涉測光的波長”實驗中，將雙縫干涉儀按要求安裝在光具座上(如圖所示)從儀器注明的規(guī)格可知：雙縫屏的縫間距d，像屏與雙縫屏間的距離為L.然后，接通電源使光源正常工作,(1)已知測量頭是50分度的游標卡尺某同學調整手輪后，從測量頭的目鏡看去，第1次映入眼簾的干涉條紋如圖甲所示，圖甲中的數字是該同學給各亮紋的編號，此時圖乙中游標卡尺的讀數x11.16 mm；接著轉動手輪，映入眼簾的干涉條紋如圖丙所示，此時圖丁中游標卡尺的讀數x2________mm.,,例,(2)利用上述測量結果，該同學經計算得出這種色光的波長660 nm.已知L700 mm，則該同學選用的雙縫屏的縫間距d________mm.(計
23、算結果保留兩位有效數字),【解析】,例,考點50 電磁波 相對論,必備知識 全面把握 核心方法 重點突破 方法9電磁波 電磁波譜 方法10 對相對論的考查,必備知識 全面把握,1麥克斯韋電磁場理論,2電磁波、電磁波譜,電磁波和機械波的比較,3電磁振蕩 (1)振蕩電流和振蕩電路 振蕩電流：大小和方向都周期性變化的電流叫振蕩電流 振蕩電路：能夠產生振蕩電流的電路叫振蕩電路最簡單的振蕩電路為LC振蕩電路 (2)電磁振蕩 在振蕩電路產生振蕩電流的過程中，電容器極板上的電壓、電路中的電流以及跟電荷相聯系的電場、跟電流相聯系的磁場都在發(fā)生周期性的變化，這種現象叫電磁振蕩 (3)振蕩的周期和頻率 周期T
24、：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時間 頻率f：1 s內完成的周期性變化的次數 公式： .,4電磁波的發(fā)射和接收 (1)發(fā)射 發(fā)射電路特點：由LC振蕩電路產生足夠高的振蕩頻率，振蕩電路的電場和磁場分散到盡可能大的空間 在電磁波發(fā)射技術中，使電磁波隨信號而改變的過程叫調制調制可分為調幅和調頻兩種使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變化，這種調制叫調幅；使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變化，這種調制叫調頻 (2)傳播,(3)接收,5狹義相對論 (1)狹義相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的 (2)光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的 (3)愛因斯坦質能
25、方程 Emc2，式中m是物體的質量，c是真空中的光速，E是它具有的能量 6廣義相對論 (1)廣義相對性原理 在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的這意味著慣性系中的運動定律，在非慣性系中都是相同的，但要滿足相對性原理 (2)等效原理 一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價這意味著，一個非慣性系，可以看成一個慣性系，只不過是它的后面有一個均勻的引力場因為慣性力和引力在非慣性系中是分不清的.,核心方法 重點突破 方法9電磁波電磁波譜,,例1,江蘇物理201812B(1)，4分(多選)梳子在梳頭后帶上電荷，搖動這把梳子在空中產生電磁波該電磁波() A是橫波 B不能在真空中傳播 C只能沿著梳子搖動
26、的方向傳播 D在空氣中的傳播速度約為3108 m/s,【解析】,例1,搖動的梳子在空中產生電磁波，電磁波是橫波，選項A正確；電磁波能在真空中傳播，選項B錯誤；電磁波傳播的方向與振動方向垂直，選項C錯誤；電磁波在空氣中傳播的速度約為光速，選項D正確 【答案】AD,方法10對相對論的考查,,例2,福建福州2016聯考(多選)物理學的發(fā)展豐富了人類對物質世界的認識，推動了科學技術的創(chuàng)新，促進了物質生產的繁榮與人類文明的進步根據狹義相對論，下列說法正確的是() A真空中的光速是不變的 B運動的時鐘變慢，運動的尺子縮短 C物體的質量取決于物體所含物質的多少，與物體的運動速度無關 D質量、長度、時間的測量結果都是隨物體與觀測者的相對運動狀態(tài)改變而改變,【解析】,例2,真空中的光速是不變的，故A正確；狹義相對論的幾個基本結論：鐘慢效應，運動的鐘比靜止的鐘走得慢，而且運動速度越快，鐘走得越慢；尺縮效應：在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短，故B正確；由相對論質量公式可知，當物體的速度很大時，其運動時的質量明顯大于靜止時的質量，故C錯誤；質量、長度、時間的測量結果都隨物體與觀測者的相對運動狀態(tài)改變而改變，故D正確 【答案】A、B、D,謝謝觀賞,第18章,考點51,
（山東專用）2020版高考物理一輪復習 第18章 光學 電磁波 相對論課件.ppt
