高考物理复习 高效学习方略 131 光　电磁波　相对论简介课件.ppt

第十三章光电磁波相对论简介 考纲导航考纲展示1 光的折射定律 2 折射率 3 全反射 光导纤维 4 光的干涉 衍射和偏振现象 5 变化的磁场产生电场 变化的电场产生磁场 电磁波及其传播 6 电磁波的产生 发射和接收 7 电磁波谱 8 狭义相对论的基本假设 9 质速关系 质能关系 10 相对论质能关系式 实验十四 测定玻璃的折射率实验十五 用双缝干涉测光的波长 权威解读1 理解光的折射定律和折射率的概念 2 全反射现象和临界角的计算为复习重点 3 掌握光的折射和全反射的应用 如光导纤维 棱镜和光的色散 此知识点在高考中的命题频率最高 应引起高度重视 4 掌握光的折射率与光的频率的关系及光的传播速度 波长在介质中的变化 5 掌握双缝干涉 薄膜干涉 光的衍射 光的偏振现象的原理和在日常生活及科技中的应用 6 实验 测定玻璃折射率及测定光的波长 7 了解电磁场理论和电磁波的发现过程 8 了解lc振荡电路及电磁波的产生及传播 电磁波的发射和接收 9 知道电磁波谱及各种频率范围内电磁波的不同用途 10 了解狭义相对论及广义相对论的简单知识 一 光的折射1 光的折射现象 光从一种介质进入另一种介质 传播方向发生改变的现象 2 折射定律 折射光线与入射光线 法线在 折射光线与入射光线分别位于的两侧 入射角的正弦与折射角的正弦成 数学表达式 常数 面内 同一平 法线 正比 真空 二 全反射1 全反射 光照射到两种介质的交界面上时 光线被反射回原介质的现象 2 出现全反射的条件 1 光线由介质射向介质 2 入射角 1临界角c三 光的色散白光经三棱镜后 分解为几种颜色的光 这种现象称光的色散 色散现象表示白光是一种 全部 光密 光疏 大于 混合光 1 对于某种单色光 玻璃的折射率比水的大 则此单色光在玻璃中传播时 a 其速度比在水中的大 其波长比在水中的长b 其速度比在水中的大 其波长比在水中的短c 其速度比在水中的小 其波长比在水中的短d 其速度比在水中的小 其波长比在水中的长 2 水中的空气泡 玻璃中的空气泡 看上去比较亮 对这一现象表述正确的是 a 空气泡对光线有会聚作用b 空气泡对光线有发散作用c 从空气泡射到水或玻璃与气泡分界面处的光一部分发生全反射形成的d 从水中或玻璃中射到空气泡界面处的光一部分发生全反射形成的 解析d当光从水中或玻璃中射到空气泡的界面处时 一部分光的入射角大于或等于临界角 发生了全反射现象 所以水中的空气泡和玻璃中的空气泡看起来比较亮 3 假设地球表面不存在大气层 那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比 a 将提前b 将延后c 某些区域将提前 在另一些地区将延后d 不变解析b假如地球周围没有大气层 太阳光将沿直线传播 如图所示 在地球上b点的人将在太阳到达a 点时才看到日出 而地球表面有大气层时 由于空气的折射率大于1 并且离地球表面越近 大气层的密度越大 折射率越大 太阳光将沿如图ab所示曲线进入在b处的人眼中 使在b处的人看到了日出 但在b处的人认为光是沿直线传播的 则认为太阳位于地平线上的a 点 而此时太阳还在地平线以下 相当于日出时刻提前了 所以无大气层时日出的时间将延后 4 一束复色光由空气射向玻璃 发生折射而分为a b两束单色光 其传播方向如图所示 设玻璃对a b的折射率分别为na和nb a b在玻璃中的传播速度分别是va和vb 则 a na nbb navbd va vb 5 如图所示 在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空三棱镜 里面是空气 一束白光a从棱镜的左边射入 从棱镜的右边射出时发生了色散 射出的可见光分布在a点和b点之间 如图 则 a 从a点射出的光是红光 从b点射出的光是紫光b 从a点射出的光是紫光 从b点射出的光是红光c 从a点和b点射出的光都是红光 从ab中点射出的光是紫光d 从a点和b点射出的光都是紫光 从ab中点射出的光是红光解析b对于光疏三棱镜 当光线从一侧面射入 从另一侧面射出时 光线向顶角偏折 折射率越大 则向顶角偏折越大 紫光折射率比红光大 因此紫光向顶角偏折大 a c d错 b正确 6 2011 江苏单科 一束光从空气射向折射率为的某种介质 若反向光线与折射光线垂直 则入射角为 真空中的光速为c 则光在该介质中的传播速度为 要点一光的折射定律和折射率1 折射定律 1 内容 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 入射角的正弦与折射角的正弦成正比 3 光密介质与光疏介质 1 光密介质 折射率较大的介质 2 光疏介质 折射率较小的介质 3 光密介质和光疏介质是相对的 同种介质相对不同介质可能是光密介质 也可能是光疏介质 3 折射率与介质的密度没有关系 光密介质不是指密度大的介质 4 同一种介质中 频率越大的色光折射率越大 传播速度越小 4 光路控制 1 实质 光学器件对入射的光线 在界面上 可能多个 发生的折射 反射 全反射 可能多次 2 方法 充分运用光的反射定律 折射定律 全反射等规律 作好光路图 并结合几何关系分析解答 3 平行玻璃砖 三棱镜和圆柱体对光路的控制 1 玻璃砖 三棱镜和圆柱体对光路的控制是光的折射或光的全反射的实际应用 2 不同颜色的光由于频率不同 在同一介质中的折射率 光速不同 发生全反射时的临界角也不同 例1 2011 全国新课标理综 一半圆柱形透明物体横截面如图所示 地面aob镀银 o表示半圆截面的圆心 一束光线在横截面内从m点入射 经过ab面反射后从n点射出 已知光线在m点的入射角为30 moa 60 nob 30 求 1 光线在m点的折射角 2 透明物体的折射率 解析 1 如图 透明物体内部的光路为折线mpn q m点相对于底面ab对称 q p和n三点共线 设在m点处 光的入射角为i 折射角为r omq pnf 根据题意有 30 由几何关系得 pno pqo r 于是 60 且 由 式得r 15 要点二全反射和光的色散现象1 全反射 1 条件 光从光密介质射入光疏介质 入射角大于等于临界角 2 现象 折射光完全消失 只剩下反射光 4 应用全反射棱镜 光导纤维 如图 5 对全反射的理解 在光的反射和全反射现象中 均遵循光的反射定律 光路均是可逆的 当光射到两种介质的界面上时 往往同时发生光的折射和反射现象 但在全反射现象中 只发生反射 不发生折射 当折射角等于90 时 实际上就已经没有折射光了 全反射现象可以从能量的角度去理解 当光由光密介质射向光疏介质时 在入射角逐渐增大的过程中 反射光的能量逐渐增强 折射光的能量逐渐减弱 当入射角等于临界角时 折射光的能量已经减弱为零 这时就发生了全反射 2 光的色散 1 色散现象 白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成的彩色光谱 如图 2 成因 由于n红 n紫 所以以相同的入射角射到棱镜界面时 红光和紫光的折射角不同 就是说紫光偏折得更明显些 当它们射出另一个界面时 紫光的偏折角最大 红光偏折角最小 3 各种色光的比较 1 解答光学问题应先准确画出光路图 2 用光发生全反射的条件来判断光是否已经发生全反射 3 在处理光学问题时应充分利用光的可逆性 对称性 相似性等几何关系 例2 2011 山东理综 如图所示 扇形aob为透明柱状介质的横截面 圆心角 aob 60 一束平行于角平分线om的单色光由oa射入介质 经oa折射的光线恰平行于ob 1 求介质的折射率 2 折射光线中恰好射到m点的光线 填 能 或 不能 发生全反射 如图所示 abc为一全反射棱镜 它的主截面是等腰直角三角形 一束白光垂直入射到ac面上 在ab面上发生全反射 若光线入射点o的位置保持不变 改变光线的入射方向 不考虑自bc面反射的光线 则 a 使入射光按图中的顺时针方向逐渐偏转 则红光首先射出ab面b 使入射光按图中的顺时针方向逐渐偏转 则紫光首先射出ab面c 使入射光按图中的逆时针方向逐渐偏转 则红光首先射出ab面d 使入射光按图中的逆时针方向逐渐偏转 则紫光首先射出ab面 解析a当入射光按顺时针方向逐渐偏转时 进入棱镜中的折射光线也按顺时针方向逐渐偏转 它再射到ab面上时的入射角将逐渐变小 减小到临界角以下时 从ab面上就会有光线射出 不同的色光的频率不同 折射率也不同 从而临界角也不同 其中红光的频率最小 折射率也最小 临界角最大 在入射光按顺时针方向逐渐偏转过程中 红光将首先不满足全反射条件 必是红光首先射出ab面 当入射光按逆时针方向逐渐偏转时 射到ab面上时的入射角逐渐变大 不可能有色光从ab面射出 例 2010年4月8日中国电信上海公司宣布已经实现光纤在世博园区内的全覆盖 世博会期间来自于四面八方的人们随时都能感受到信息生活所带来的各种便利 规律方法 题目要求时间最长 也就是要求路程最长 这必须是在保证能够发生全反射的前提下 发生全反射必须满足两个条件 一是入射角不小于临界角 二是从光密介质射向光疏介质 1 大气中有一种叫 蒙气差 的光现象 以下关于这种光现象的说法中正确的是 a 夜晚 我们看到南半天星星的位置 要比它实际的位置高一些b 夜晚 我们看到南半天星星的位置 要比它实际的位置低一些 c 这种光现象中的 蒙气差 效应 越是接近地平线就越明显d 这种光现象中的 蒙气差 效应 越是接近地平线就越不明显 解析ac越接近地球表面 大气越稠密 折射率越大 因此 可以把大气看做是折射率不同的许多水平气层组成的 星光从上一个气层进入下一个气层时 要折向法线方向 结果 我们看到星星的位置比它的实际位置要高一些 这种效应越接近地平线就越明显 故a c正确 3 根据如图的漫画 判断下列说法正确的是 a 人看到的是鱼的实像 位置变浅了b 人看到的是鱼的虚像 位置变浅了c 鱼看到的是人的实像 位置偏低些d 鱼看到的是人的虚像 位置偏高些 解析bd水面下的鱼发出的光线 经水面发生折射后折射角变大 远离了法线 光线进入人眼后 人眼逆着射来的光线寻找鱼 看到的是鱼的虚像 位置变浅了 光路图如图 a 所示 岸上的人发出的光线 经水面发生折射后折射角变小 靠近了法线 光线进入鱼眼后 鱼眼逆着射来的光线寻找人 看到的是人的虚像 位置变高了 光路图如图 b