专题15--光学、电磁波、相对论简介-新高考版.pptx

专题,十五 光学、电磁波、相对论简介,考情解读,课标要求,1.,通过实验,理解光的折射定律,.,会测量材料的折射率,.,2.,知道光的全反射现象及其产生的条件,.,初步了解光纤的工作原理、光纤技术在生产生活中的应用,.,3.,观察光的干涉、衍射和偏振现象,了解这些现象产生的条件,知道其在生产生活中的应用,.,知道光是横波,会用双缝干涉实验测量光的波长,.,4.,通过实验,了解激光的特性,.,能举例说明激光技术在生产生活中的应用,.,考情解读,5.,通过实验,了解电磁波,知道电磁场的物质性,.,6.,通过实例,了解电磁波的应用及其带来的影响,.,7.,知道光是一种电磁波,.,知道光的能量是不连续的,.,初步了解微观世界的量子化特征,.,考情解读,命题探究,1.,命题分析,:,光的折射定律、折射率、全反射现象的考查常以计算题形式出现,是命题热点、常考点,;,光的干涉、衍射和相对论基本假设则常以选择题形式出现,.,2.,趋势分析,:,预计以后高考对本专题的考查仍然以光的折射、全反射等光的传播规律作为主要命题方向,但对于光的干涉、衍射、偏振及电磁波和相对论等内容的重要结论也需识记,.,考情解读,核心素养聚焦,物理观念,:,1.,理解折射率、光的折射和全反射,;2.,掌握光的折射和全反射的应用方法,;3.,进一步增强物质观念,认识光的物质性和波动性,.,科学思维,:,1.,通过光的干涉、衍射等论证光具有波动性,增强证据意识及科学论证能力,;2.,利用光的折射和全反射规律求解问题,.,科学探究,:,通过实验,观察光的干涉、衍射和偏振等现象,了解激光的特性,认识波动性,.,科学态度与责任,:,应用本专题知识解决生活中由光带来的折射问题,形成探索自然的内在动力,.,考情解读,核心考点,考题取样,考法考向,1,.,光的折射、全反射,2020,全国,T34(2,),2020,全国,T34(2),考查光的折射定律、全反射等,考查光的折射定律等,2,.,光的波动性、电磁波和相对论,2020,山东,T3,2019,全国,T34(2),2016,全国,T34(1),通过双缝干涉实验考查光波波长、波速及频率的关系,考查双缝干涉实验,考查对电磁波的认识及理解,考点帮,必备知识通关,考点,1,光的折射、全反射,考法帮,解题能力提升,考法,1,光,的折射和反射现象的分析及求解,考法,2,折射率,和全反射现象的理解及应用,高分帮,“,双一流,”,名校冲刺,重难突破 光,的折射和全反射问题的综合应用,考法,3,视,深和视高的计算问题,考法,4,实验,:,测定玻璃的折射率,考法,5,对光,的色散现象的考查,考点帮,必备知识通关,考点,2,光的波动性、电磁波和相对论,考法帮,解题能力提升,考法,1,对光,的干涉、衍射和偏振现象的考查,考法,2,实验,:,用双缝干涉测光的波长,考法,3,对,电磁波相关知识的考查,高分帮,“,双一流,”,名校冲刺,重难,突破 电磁波,和机械波的区别与联系,考法,4,对,相对论的基本知识的考查,考点,1,光的折射、全反射,必备知识通关,1,.,光的折射,(1),折射定律,:,折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧,;,入射角的正弦值与折射角的正弦值成正比,.,表达式,:,=n,12,.,(2),折射率,:,光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的正弦值与折射角的正弦值之比,.,必备知识通关,学习,理解,折射率越大,光从真空射入该介质时偏折越大,.,折射率与光速的关系式,:,n=,因,v,1,所以,从,DB,范围入射的光折射后在,BC,边上发生全反射,反射光线垂直射到,AC,边,AC,边上全部有光射出,.,设从,AD,范围入射的光折射后在,AC,边上的入射角为,如图,(b),所示,.,由几何关系有,=,90,-,2,“,双一流,”,名校冲刺,由,式和已知条件可知,n,sin,1,即从,AD,范围入射的光折射后在,AC,边上发生全反射,反射光线垂直射到,BC,边上,.,设,BC,边上有光线射出的部分为,CF,由几何关系得,CF=AC,sin 30,AC,边与,BC,边有光出射区域的长度的比值为,=,2,.,“,双一流,”,名校冲刺,考点,2,光的波动性、电磁波和,相对论,必备知识通关,1,.,光的干涉,频率相同的两列光波互相叠加,某些区域的光被加强,某些区域的光被减弱,并且光被加强和减弱的区域互相间隔,这种现象称为光的干涉现象,.,(1),双缝干涉,:,在用单色光做双缝干涉实验时,若双缝处两列光的振动情况完全相同,则在光屏上距双缝的路程差为光波波长整数倍的地方光被加强,将出现亮条纹,;,光屏上距双缝的路程差为光波半波长的奇数倍的地方光被减弱,将出现暗条纹,.,必备知识通关,计算表明相邻两条亮条纹,(,或暗条纹,),间的距离,x=,在两狭缝间的距离,d,和狭缝与屏间的距离,l,不变的条件下,单色光产生的干涉条纹间距跟光的波长,成正比,.,在用白光做双缝干涉实验时,光屏上除中央亮条纹为白色外,两侧均为彩色的干涉条纹,.,(2),薄膜干涉,:,光照射到薄膜上时,薄膜的前、后表面反射的两列光相叠加,也可发生干涉现象,.,若入射光为单色光,可形成明暗相间的干涉条纹,;,若入射光为白光,可形成彩色的干涉条纹,.,在薄膜干涉中,同一级亮条纹,(,或暗条纹,),出现在膜的厚度相同处,故此种干涉又常称为等厚干涉,.,必备知识通关,应用,实践,薄膜干涉常用于检查平面和用于镜头的增透膜,.,2.,光的衍射,光离开直线路径而绕到障碍物阴影里的现象称为光的衍射现象,.,只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长小,或者跟光的波长差不多的条件下,才能发生明显的衍射现象,.,应用,实践,著名的泊松亮斑就是典型的光的衍射现象,.,必备知识通关,3,.,光的偏振,(1),偏振现象,:,横波只沿某一特定方向振动,称为波的偏振现象,.,(2),自然光,:,若光源发出的光,包含着在垂直于光传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波的强度都相同,这种光叫自然光,.,(3),偏振光,:,在垂直于光传播方向的平面上,只沿一个特定方向振动的光,叫偏振光,.,例如,:,自然光通过偏振片后,就得到了偏振光,.,见示意图,.,必备知识通关,应用,实践,加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影等,.,(4),光的偏振充分说明光是横波,只有横波才有偏振现象,.,除了从光源直接发出的光以外,我们通常见到的大部分光都是偏振光,.,例如自然光射到两种介质的界面上,调整入射角的大小,使反射光与折射光的夹角为,90,这时反射光和折射光都是偏振光,且偏振方向互相垂直,.,必备知识通关,4,.,麦克斯韦电磁场理论,变化的磁场能够产生电场,变化的电场能够产生磁场,.,根据这个理论,周期性变化的电场和磁场相互联系,交替产生,形成一个不可分割的统一体,即电磁场,.,概括,整合,(1),变化的磁场产生的电场叫感应电场,;,变化的电场产生的磁场叫感应磁场,.,(2),感应电场与感应磁场的场线都是闭合的曲线,而且相互正交、套连,.,(3),感应电场的方向可由楞次定律判定,感应磁场的方向可由安培定则判定,.,5,.,电磁波的特性,必备知识通关,无线电波,红外线,可见光,(,红,紫,),紫外线,X,射线,射线,主要,作用,波动性强、,易发生衍射,热作用,视觉,作用,化学作用、,荧光效应、,杀菌,穿透,作用,贯穿,作用,必备知识通关,无线电波,红外线,可见光,(,红,紫,),紫外线,X,射线,射线,产生,机理,振荡电路,中自由电,子的周期,性运动,原子外层电子受激发,原子的,内层电,子受,激发,原子核,受激发,必备知识通关,无线电波,红外线,可见光,(,红,紫,),紫外线,X,射线,射线,真空中,的速度,都是,c=,3,10,8,m/s,频率,小,大,同一均,匀介质,中的速度,大,小,必备知识通关,无线电波,红外线,可见光,(,红,紫,)紫外线,X,射线,射线,备注,振荡电路,中产生,一切物,体都能,辐射,由七种,色光,组成,一切高温,物体都能,辐射,伦琴射,线管中,高速电,子流射,至阳极,产生,放射性,元素衰,变时产,生,必备知识通关,经典时空观,狭义相对论,伽利略,相对性,原理,力学规律在,任何惯性系,中都是相,同的,.,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,.,两个基,本假设,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,.,6,.,经典时空观与狭义相对论,必备知识通关,经典时空观,狭义相对论,如果两个事件在一个参考系中是同时的,在另一个参考系中也是同时,的,在一个参考系中同时的事件在另一个参考系中可能不同时,.,同时的,相对性,长度不因观察者是否与被观测物体相对运动而改变,.,长度的,相对性,某两个事件在不同参考系中的时间间隔是相同的,.,时间间隔,的相对性,u=u+v.,速度变换,必备知识通关,7,.,双缝干涉实验,测光波波长,(1),实验原理,根据,x=,已知双缝间距,d,再测出双缝到屏的距离,l,和条纹间距,x,就可以求得光波的波长,.,(2),实验过程,安装调整仪器,(,如图所示,):,按照上图安装仪器,调整各器件的高度,使光源发出的光能沿轴线到达光屏,.,安装单缝和双缝的中心位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝平行,.,必备知识通关,观察测量数据,用刻度尺测量双缝到光屏的距离,l.,用测量头测出条纹间距,:,调节测量头,使分划板中心刻线对齐某条亮条纹中心,记下此时手轮上的读数,a,1,转动测量头,使分划板中心刻线移至另一条亮条纹中央,记下此时手轮的读数,a,2,;,并记下两次测量位置间的亮条纹数,n,则相邻两条亮条纹间距,x=,.,数据处理,将,l,、,x,代入公式,x=,求出光的波长,重复测量,计算波长的平均值,.,考法帮,解题能力提升,考法,1,对光,的干涉、衍射和偏振现象的考查,示例1,2019,北京,14,6,分,利用,图,1,所示的装置,(,示意图,),观察光的干涉、衍射现象,在光屏上得到如图,2,中甲和乙两种图样,.,下列关于,P,处放置的光学元件说法正确的是,A.,甲对应单缝,乙对应双缝,B.,甲对应双缝,乙对应单缝,C.,都是单缝,甲对应的缝宽较大,D.,都是双缝,甲对应的双缝间距较大,考法帮,解题能力提升,解析,：,由题图,2,中给出的甲、乙两种图样可知,甲是单缝衍射的图样,乙是双缝干涉的图样,A,项正确,B,、,C,、,D,项均错误,.,考法帮,解题能力提升,辨析比较,光的干涉、衍射的比较,内容,干涉,衍射,现象,在光叠加区域出现加强或减弱的现象,.,光绕过障碍物偏离直线传播的现象,.,产生条件,两束光频率相同、相位差恒定,.,障碍物或孔的尺寸与波长差不多或更小,.,典型实验,杨氏双缝干涉,.,单缝衍射,(,圆孔衍射圆盘衍射,),.,考法帮,解题能力提升,内容,干涉,衍射,图样特点,不同点,条纹宽度,条纹宽度相等,.,条纹宽度不等、中央最宽,.,条纹间距,各相邻条纹间距相等,.,各相邻条纹间距不等,.,亮度情况,清晰条纹,亮度基本相等,.,中央条纹最亮,两边变暗,.,相同点,干涉、衍射都是波特有的现象,;,干涉、衍射都有明暗相间的条纹,.,考法帮,解题能力提升,自然光与偏振光,自然光,(,非偏振光,),偏振光,光的来源,直接从光源发出的光,.,自然光通过偏振片后的光,.,光的振,动方向,在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿任意方向,且沿各个方向振动的光的强度相同,.,在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿特定方向,.,考法帮,解题能力提升,考法,2,实验,:,用双缝干涉测光的波长,示例,2,2019,全国,34(2),10,分,某同学,利用,图示装置测量某种单色光的波长,.,实验时,接通电源使光源正常发光,;,调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹,.,回答下列问题,:,(1),若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可,;,A.,将单缝向双缝靠近,B.,将屏向靠近双缝的方向移动,C.,将屏向远离双缝的方向移动,D,.,使用间距更小的双,缝,考法帮,解题能力提升,(2),若双缝的间距为,d,屏与双缝间的距离为,l,测得第,1,条暗条纹到第,n,条暗条纹之间的距离为,x,则单色光的波长,=3),某次测量时,选用的双缝的间距为,0.300 mm,测得屏与双缝间的距离为,1.20 m,第,1,条暗条纹到第,4,条暗条纹之间的距离为,7,.,56 mm,则所测单色光的波长为,nm(,结果保留,3,位有效数字,),.,考法帮,解题能力提升,解析：,(,1),若想增加从目镜中观察到的条纹个数,需要减小条纹间距,由公式,x=,可知,需要减小双缝到屏的距离,l,或增大双缝间的距离,d,故,B,项正确,A,、,C,、,D,项错误,.,(2),由题意可知,=,=,.,(3),将已知条件代入公式解得,=,630 nm,.,考法帮,解题能力提升,特别提醒,双缝干涉实验测量光的波长,必须把握如下几点,:,1.,光源、滤光片、单缝、双缝、光屏在光具座上可从左向右排,也可以从右向左排,但任何两个元件之间的顺序不能颠倒,尤其是滤光片和单缝,;,2.,某种颜色的滤光片只能让这种颜色的光通过,其他颜色的光不能通过,;,3.,相邻亮,(,暗,),条纹间距用测量头测出,;,4.,白光干涉产生的是彩色条纹,其中白色条纹在中央,在同一级干涉条纹中,红色条纹在最外层,.,考法帮,解题能力提升,考法,3,对,电磁波相关知识的考查,示例,3,2020,浙江,7,月选考,4,3,分,在抗击新冠病毒的过程中,广泛使用了红外体温计测量体温,如图所示,.,下列说法正确的是,A.,当体温超过,37.3,时人体才辐射红外线,B.,当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线,C.,红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的,D,.,红外体温计是依据人体温度越高,辐射的红外线强度越大来测体温的,考法帮,解题能力提升,解析：,一切物体都在辐射红外线,温度越高,其辐射红外线的强度越大,A,、,B,、,C,项错误,D,项正确,.,考法帮,解题能力提升,考法,4,对,相对论的基本知识的考查,示例,4,2017,江苏,12B(1),4,分,多选,接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟,飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢,下列说法正确的有,A.,飞船上的人观测到飞船上的钟较快,B.,飞船上的人观测到飞船上的钟较慢C.,地球上的人观测到地球上的钟较快,D.,地球上的人观测到地球上的钟较慢,考法帮,解题能力提升,解析：,相对论告诉我们,运动的钟会变慢,由于飞船上的人观测飞船上的钟是静止的,观测到地球上的钟是运动的,因此飞船上的人观测到飞船上的钟相对于地球上的钟快,A,项正确,B,项错误,;,同样,地球上的人观测到飞船上的钟是运动的,地球上的钟是静止的,因此地球上的人观测到地球上的钟比飞船上的钟快,C,项正确,D,项错误,.,“,双一流,”,名校冲刺,重难,突破 电磁波,和机械波的区别与,联系,1.,电磁波的特点,(1),电磁波的传播不需要介质,在真空中即可传播,在介质中也可以传播,.,(2),电磁波是横波,.,电磁波在真空中传播时,其电场强度与磁感应强度的方向彼此垂直,而且都跟波的传播方向垂直,因此电磁波是横波,.,(3),电磁波在真空中的传播速度等于光速,.,(4),场是能量储存的场所,电磁波储存电磁能,.,“,双一流,”,名校冲刺,2,.,对周期公式,T=,2,的定性分析,(1),L,对,T,的影响,:,L,越大,振荡过程中因自感现象产生的自感电动势就越大,楞次定律中所说的,“,阻碍,”,作用也就越大,从而延缓着振荡电流的变化,使振荡周期,T,变长,.,(2),C,对,T,的影响,:,C,越大,振荡过程中无论是充电阶段将电容器充至一定电压,还是放电阶段一定电压下的电容器中的电放完,其时间都相应地变长,从而使振荡周期,T,变长,.,3,.,电磁波与机械波的异同,“,双一流,”,名校冲刺,比较项目,电磁波,机械波,不,同,点,本质,是物质,是电磁现象,是电磁振荡的传播,.,不是物质,是机械振动在介质中的传播,.,传播机理,电磁场交替感应,.,质点间相互作用,.,传播介质,不需要介质,.,需要介质,.,描述的量,电场强度,E,与磁感应强度,B,随时间和空间周期性变化,.,质点的位移,x,、速度,v,、加速度,a,随时间和空间周期性变化,.,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,.,仅由介质决定,.,“,双一流,”,名校冲刺,比较项目,电磁波,机械波,相同点,能量,都携带能量并传播能量,.,速度公式,v=f.,遵循规律,均可发生反射、折射、干涉、衍射等现象,.,“,双一流,”,名校冲刺,示例,5,多选,关于机械波与电磁波,下列说法正确的是,A.,电磁波可以发生衍射现象和偏振现象,B.,机械波在给定的介质中传播时,振动的频率越高,则波传播速度越大,C.,紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度,D.,机械波不但能传递能量,而且能传递信息,其传播方向就是能量或信息传递的方向,“,双一流,”,名校冲刺,解析：,电磁波可以发生衍射现象和偏振现象,故,A,项正确,;,机械波在给定的介质中传播时,其传播速度与介质有关,与频率无关,故,B,项错误,;,依据,v=,且紫外线的折射率比红外线的大,则紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度,故,C,项正确,;,机械波不但能传递能量,而且能传递信息,其传播方向就是能量或信息传递的方向,如声波,故,D,项正确,.,.,