A版高考物理一轮复习考点考法第18章光学电磁波相对论.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,第,18,章 光学 电磁波 相对论,考点,48,光的干涉，衍射和偏振,考点,49,实验：测定玻璃的折射率,考点,50,实验：用双缝干涉测光的波长,考点,47,光的折射 全反射,考点,51,电磁波 相对论,考点,47,光的折射 全反射,必备知识 全面把握,核心方法 重点突破,考法,1,折射率的相关知识,考法,2,折射率的计算,考法,3,全反射现象,考法,4,光的折射和全反射的综合应用,考法例析 成就能力,题型,1,折射和折射定律,题型,2,全反射现象,题型,3,棱镜与色散,题型,4,光的折射和全发射的综合应用,必备知识 全面把握,考点,47,核心方法重点突破,考法,1,折射率的相关知识,例,1,重庆理综,2015,11(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,考法,2,折射率的计算,例,2,课标全国,2017,34(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,2015,2,，,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,考法,3,全反射现象,【解析】,例,3,考法,4,光的折射和全反射的综合应用,例,4,课标全国,2013,34(2),，,10,分,如图，三棱镜的横截面为直角三角形,ABC,，,A,30,，,B,60,.,一束平行于,AC,边的光线自,AB,边的,P,点射入三棱镜，在,AC,边发生反射后从,BC,边的,M,点射出，若光线在,P,点的入射角和在,M,点的折射角相等,(1),求三棱镜的折射率；,(2),在三棱镜的,AC,边是否有光线透出？写出分析过程,(,不考虑多次反射,),【解析】,例,4,考点,47,考法例析 成就能力,题型,1,折射和折射定律,例,1,课标全国,2016,34(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,题型,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，,A,90,，,B,30,，,C,60,.,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,题型,3,棱镜与色散,例,3,天津理综,2017,2,，,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,C,a,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,E,k,eU,c,h,W,0,，,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,题型,4,光的折射与全反射的综合应用,例,4,【解析】,例,4,第,18,章,考点,48,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,考法,5,光的干涉,考点,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,考点,48,核心方法重点突破,考法,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,x,1,与绿光的干涉条纹间距,x,2,相比,，,x,1,_,x,2,(,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,考法,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,第,18,章,考点,49,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,考法,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,O,B,，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,P,1,、,P,2,两根大头针,(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,P,1,的像被,P,2,挡住，然后在观察的一侧插上大头针,P,3,，使,P,3,挡住,P,2,、,P,1,的像，再插上,P,4,，使,P,4,挡住,P,3,和,P,2,、,P,1,的像,(6),移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针,P,3,、,P,4,的针孔位置确定出射光线,O,B,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,考点,49,核心方法重点突破,考法,7,测定玻璃的折射率,例,1,北京理综,2015,21(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,P,1,和,P,2,，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,P,3,和,P,4,.,在插,P,3,和,P,4,时，应使,_(,填选项前的字母,),A,P,3,只挡住,P,1,的像,B,P,4,只挡住,P,2,的像,C,P,3,同时挡住,P,1,、,P,2,的像,D,在,bb,下方竖直插针,P,3,、,P,4,，使,P,1,P,2,所在直线与,P,3,P,4,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,第,18,章,考点,50,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,考法,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,5,10 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,a,1,，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,a,2,，,a,1,与,a,2,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,考点,50,核心方法 重点突破,考法,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,x,1,1.16,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,x,2,_,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,L,700,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,第,18,章,考点,51,电磁波 相对论,必备知识 全面把握,核心方法 重点突破,考法,9,电磁波 电磁波谱,考法,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,理论,内容,变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场,理解,恒定的电场不产生磁场,恒定的磁场不产生电场,均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场,均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场,振荡电场产生同频率的振荡磁场,振荡磁场产生同频率的振荡电场,2,电磁波、电磁波谱,概念,电磁场由近及远传播，形成电磁波,特点,电磁波是横波,电磁波的传播不需要介质，在真空中，电磁波的传播速度跟光速相同，即,c,3.0,10,8,m,/,s,电磁波具有波的共性，和机械波一样，能产生反射、折射、干涉、衍射等现象，也是传播能量的一种形式,电磁波的传播速度,v,f,，不同频率的电磁波在同一种介质中传播，波速不同,电磁场贮存电磁能电磁波的发射过程就是辐射能量的过程,电磁波可以脱离,“,波源,”,而独立存在,电磁,波谱,按电磁波的波长或频率大小的顺序将其排列成谱，叫电磁波谱,从无线电波到,射线都是本质相同的电磁波，其行为服从共同的规律，但因波长,(,或频率,),不同又表现出不同的特点,.,研究对象,电磁波,机械波,不同点,本质,电磁现象,力学现象,产生,由周期性变化的电场、磁场产生,由质点,(,波源,),的振动产生,本质,是物质，是电磁现象的传播,不是物质，是机械振动在介质中的传播,传播原理,电、磁场交替感应,质点间相互作用,传播介质,不需要介质,(,在真空中仍可传播,),必须有介质,(,在真空中不能传播,),波的种类,横波,既有横波也有纵波,速度特点,由介质和频率决定，在真空中等于光速,仅由介质决定,相同点,能量,都能携带并传播能量,速度公式,v,f,规律,均可发生反射、折射、干涉、衍射等现象,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：,.,传播,形式,横波形式,三种,方式,天波：利用电离层的反射，主要为中波、中短波与短波,地波：利用波在地面上传播时的衍射，为长波,空间波：又称为直线波，利用波的直线传播，仅用于微波，需建中转站,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,接收,调谐,使接收电路产生电谐振的过程叫调谐,当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫电谐振，相当于机械振动中的共振,解调,从接收到的高频电流中还原出所携带的信号的过程叫解调解调是调制的逆过程调幅波的解调也叫检波,接收,过程,天线接收到的所有电磁波，经调谐选择出所需要的电磁波，再经解调取出所携带的信号，经放大后还原成声音或图像,(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,E,mc,2,，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,.,考点,51,核心方法 重点突破,考法,9,电磁波电磁波谱,例,1,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,1,10 m,范围内，下列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,【解析】,例,1,根据公式,f,可,知，波长越长的波频率越小，故米波的频率比厘米波的频率低，选项,A,错误；无线电波可以在真空中传播，选项,B,错误；无线电波可以发生反射、干涉和衍射等现象，选项,C,正确，选项,D,错误,【答案】,C,考法,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,