第四讲光、电磁波、相对论简介-无答案

1、第四讲光电磁波相对论简介考点一、光的折射定律、折射率1折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生改变的现象，如图31.图312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(2)表达式：n12，式中n12是比例常数3折射率(1)物理意义：折射率反映介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小(2)定义式：n，不能说n与sin 1成正比，与sin 2成反比折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定(3)计算公式：n，因v <c，故任何介质的折射率总大于1.考点二、全反射、光

2、导纤维1.全反射(1)定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将消失，只剩下反射光线的现象(2)条件：光从光密介质射向光疏介质入射角大于等于临界角(3)临界角：折射角等于90°时的入射角若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，则sin C.介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小2光导纤维光导纤维的原理是利用光的全反射 考点三、 光的干涉、衍射和偏振现象1.光的干涉和衍射比较内容干涉衍射现象在光重叠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小得多典型实验

3、杨氏双缝干涉实验x 单缝衍射、圆孔衍射、不透明圆盘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2.干涉图像a、衍射图像b3.杨氏双缝干涉(1)干涉原理： (2)条纹间距x与缝间距d以及双缝到屏的距离L的关系：x (3)屏中心O始终为亮条纹4.薄膜干涉(1)相干光来自于薄膜的前、后表面(或上、下表面)反射回来的两列反射光(2)图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的厚度相等5光的偏振现象(1)偏振光波只沿某一特定的

4、方向的振动(2)自然光太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于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，这种光叫做自然光(3)偏振光在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光光的偏振证明光是横波自然光通过偏振片后，就得到了偏振光考点四、变化的电场产生磁场，变化的磁场产生、电场电磁波的产生、发射及接收、电磁波及其传播电磁波谱1麦克斯韦电磁场理论(1)变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场(2)麦克斯韦预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在2电磁场(1)变化电场在周围空间产生磁场，变化磁场在周围空间产生电场，变化的电场和磁场总是相

5、互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场(2)均匀变化的磁场产生稳定的电场，均匀变化的电场产生稳定的磁场(均匀变化：指电场或磁场随时间均匀变化)(3)非均匀变化的磁场产生变化的电场，非均匀变化的电场产生变化的磁场。(4)周期性变化的磁场(振荡磁场)产生周期性变化的电场(振荡电场)。3电磁波(1)电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波(2)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度是相同的(都等于光速)(3)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小(4)电磁波从光疏介质进入光密介质过程中，频率不变，速度减小、波长减小。(5)vf，f是电磁

6、波的频率4机械波与电磁波的异同相同点：1、都有波的的一切特性，如：都能产生反射、折射、干涉、衍射等现象。 2、波速、波长、频率之间具有同样的关系：v=f 。 3、波在传播过程中频率都不会改变。不同点：1、产生机理不同： 机械波是由机械振动产生的；电磁波，当电子的周期性运动时产生(无线电波)；当原子的外层电子受激发后产生(红外线、可见光、紫外线)；有原子的内层电子受激发后产生(伦琴x射线)；有原子核受激发后产生（射线）。2、介质对传播速度的影响不同：机械波机械波在介质中的传播速度置于介质有关，与频率无关。即同种介质不同频率的机械波传播速度相同。如声波在温度15时的空气中传播速度为340m/s，温

7、度不同时传播速度不同，但与频率无关。电磁波在介质中的传播速度与介质和频率有关。在同种介质中不同频率的电磁波传播速度不同，频率越大传播速度越小，如：红光和紫光在同种介质中折射率n红小于n紫。机械波不能在真空中传播，电磁波能在真空中传播。3、机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有横波。5电磁波的发射(1)发射条件：开放电路和高频振荡信号，所以要对传输信号进行调制(包括调幅和调频)(2)调制方式调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变调幅广播(AM)一般使用中波和短波波段调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变调频广播(FM)和电视广播都采用调频的方法调制6无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接

8、收到的无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐能够调谐的接收电路叫做调谐电路(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫做检波检波是调制的逆过程，也叫做解调7电磁波谱与机械波种 类波长(频率)范围(m)主要特性其他特性应 用电磁波无线电波长波1000 m以上传播距离远，能量损耗小。1、 一般通过地波的方式传播2、 保密性差，易受干扰超远程无线电通信和导航。中波100-1000 m传播距离不太远。（天波和地波）船舶通信与导航短波10-100 m传输容量大，应用范围广。 通常以天波方式传播，易受干扰。无线广播、调频广播超短波1m1

9、0m 直线传播， 保密性好，不易受干扰。广泛应用于电视、雷达；微波1mm1m直线传播，热效应较强卫星通信、移动通信、微波炉红外线7.8*10-7m 10-3m热效应显著穿透云层能力强电视机遥控，红外线遥感，夜视仪，医疗。可见光（激光）3.8*10-7 m7.8*10-7m引起视觉（定向发光）照明，激光照相。紫外线6*10-10 m3.8*10-17m荧光效应强，化学作用强。生理作用强防伪、(医用)杀菌消毒、荧光灯、黑光灯。X射线6*10-12 m2*10-9m穿透能力很强（一般用铅板可以阻挡）可以使底片感光，对人有很强的杀伤力，可以直接杀死细胞。 探伤（工件）、货物安检、医疗透视、CTr射线1

10、0-1410-10m穿透力强，射程远。危险性大，必须屏蔽（几个cm的铅板或几米厚的混凝土墙） 工业探伤，医疗（r刀），军事等机械波超声波小于0.017m方向性好，穿透性强。在水中传播距离远声纳、B超等声波0.017m17m容易绕过障碍物（衍射）音乐、交流等次声波大于17m穿透性强，传播远。 预报自然灾害，次声武器射线实质比 较三种射线射线高速运动的氦He原子核的粒子束，电离作用大，贯穿本领弱。非电磁波射线高速运动的电子束，电离作用较大，贯穿本领较强。非电磁波r射线不带电，无电离作用，贯穿本领最强。频率很高的电磁波考点五、狭义相对论的基本假设质速关系，质能关系相对论质能关系式1狭义相对论的两个基

11、本假设(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，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系2相对论的质速关系(1)物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系：m.(2)物体运动时的质量总要大于静止时的质量m0.3相对论质能关系用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：Emc2.热点一光的折射全反射1光的折射、全反射中的三个“一”一个规律：光的折射定律一个概念：折射率一个条件：全反射的条件2解答全反射类问题的技巧解答全反射类问题时，要抓住发生全

12、反射的两个条件：一是光必须从光密介质射入光疏介质，二是入射角大于或等于临界角利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符，这样更有利于问题的分析【典例1】2015·四川理综，3直线P1P2过均匀玻璃球球心O，细光束a、b平行且关于P1P2对称，由空气射入玻璃球的光路如图a、b光相比（）A玻璃对a光的折射率较大 B玻璃对a光的临界角较小Cb光在玻璃中的传播速度较小 Db光在玻璃中的传播时间较短【跟踪短训】1很多公园的水池底都装有彩灯，当一细束由红、蓝两色组成的灯光从水中斜射向空气时，关于光在水面可能发生的反射和折射现象，下列光路

13、图中正确的是()2如图35所示，空气中有一折射率为的玻璃柱体，其横截面是圆心角为90°、半径为R的扇形OAB，一束平行光平行于横截面，以45°入射角照射到OA上，OB不透光，若只考虑首次入射到圆弧AB上的光，则圆弧AB上有光透出部分的弧长为()图35A.RB.RC.RD.R32014·四川理综，3如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸低有一发光小球，则A小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球B小球所发的光能从水面任何区域射出C小球所发的光从水中进入空气后频率变大D小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大4(2013·四川理综，3)(单选)光射到两

14、种不同介质的分界面，分析其后的传播情形可知()A折射现象的出现说明光是纵波B光总会分为反射光和折射光C折射光与入射光的传播方向总是不同的D发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同5(2013·福建理综，14)(单选)一束由红、紫两色光组成的复色光，从空气斜射向玻璃三棱镜下面四幅图中能正确表示该复色光经三棱镜折射分离成两束单色光的是()6(单选)雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹设水滴是球形的，图38中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是()图38A紫光、黄光、蓝光和红光 B紫光、蓝光、黄光和红光C红光

15、、蓝光、黄光和紫光 D红光、黄光、蓝光和紫光7(2013·浙江理综，16)(单选)与通常观察到的月全食不同，小虎同学在2012年12月10日晚观看月全食时，看到整个月亮是暗红的小虎画了月全食的示意图，并提出了如下猜想，其中最为合理的是()图39A地球上有人用红色激光照射月球B太阳照射到地球的红光反射到月球C太阳光中的红光经地球大气层折射到月球D太阳光中的红光在月球表面形成干涉条纹热点二光的干涉、衍射及偏振1单缝衍射与双缝干涉的比较两种现象比较项目单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹

16、清晰，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹2.自然光和偏振光的比较自然光(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起偏器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【典例2】 (2013·大纲全国，14)下列现象中，属于光的衍射的是()A雨后天空出现彩虹B通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹C海市蜃楼现象D日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹【跟踪短训】1(2013·上海单科，3)白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光

17、的()A传播速度不同B强度不同C振动方向不同D频率不同2如图37所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是()图37AA、B均不变BA、B均有变化CA不变，B有变化DA有变化，B不变3如图32所示，偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向下列四种入射光束中，能在P的另一侧观察到透射光的是()图32A太阳光B沿竖直方向振动的光C沿水平方向振动的光D沿与竖直方向成45°角振动的光4如图33是双缝干涉实验装置的示意图，S为单缝，S1、S2为双缝，P为光屏用绿光从左边照射单缝S时，可在光屏P上观察到干涉

18、条纹下列说法正确的是()图33A减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离减小B增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离增大C将绿光换为红光，干涉条纹间的距离减小D将绿光换为紫光，干涉条纹间的距离增大5(2012·上海单科)下图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则()A甲为紫光的干涉图样B乙为紫光的干涉图样C丙为红光的干涉图样 D丁为红光的干涉图样6(2013·南通模拟)下列说法中正确的是()A照相机、摄影机镜头表面涂有增透膜，利用了光的干涉原理B光照射遮挡物形成的影轮廓模糊，是光的衍射现象C太阳光是偏振光D为了有效地发射电磁波，应该采用长波发射7下图是杨氏双缝干涉实验示意图，其

19、中S1、S2为双缝，D为光屏，实验中观察到屏上O点为中央亮纹的中心，P1为第一级亮纹的中心，若将双缝间的距离变小，其他条件不变，则()A屏上干涉条纹的间距将变小 B屏上O点仍然为中央亮纹的中心C屏上P1位置仍然可能为亮纹的中心 D屏上P1位置可能为暗纹的中心8(2012·全国卷)在双缝干涉实验中，某同学用黄光作为入射光，为了增大干涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有()A改用红光作为入射光 B改用蓝光作为入射光C增大双缝到屏的距离 D增大双缝之间的距离9(单选)光的偏振现象说明光是横波下列现象中不能反映光的偏振特性的是()A一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，

20、透射光的强度发生变化B一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光C日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景象更清晰D通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹10(2013·成都一模) (单选)用如图312所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是()图312A当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°B当金属丝圈旋转45°时干涉条

21、纹同方向旋转90°C当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°D干涉条纹保持原来状态不变热点三电磁波相对论1电磁波的波长、频率与波速间的关系三者关系vf，f是电磁波的频率，即为发射电磁波的LC振荡电路的频率f，改变L或C即可改变f，从而改变电磁波的波长.2电磁波与机械波的比较名称项目电磁波机械波研究对象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)的振动产生波的特点横波纵波或横波波速在真空中等于光速(很大)(c3×108 m/s)在空气中不大(如声波波速一般为340 m/s)介质需要不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(真空中不能

22、传播)能量传播电磁能机械能【典例3】 (2013·四川理综，1)下列关于电磁波的说法，正确的是()A电磁波只能在真空中传播B电场随时间变化时一定产生电磁波C做变速运动的电荷会在空间产生电磁波D麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在【跟踪短训】1对于机械波和电磁波的比较，下列说法中正确的是()A它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象B它们在本质上是相同的，只是频率不同而已C它们可能是横波，也可能是纵波D机械波的传播速度只取决于介质，跟频率无关；电磁波的传播速度与介质无关，只跟频率有关2对于机械波和电磁波的比较，下面说法正确的是()A它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象B它们在本质上是

23、相同的，只是频率不同而已C它们都可能是横波，也可能是纵波D机械波的传播速度只取决于介质，与频率无关，而电磁波的传播速度与介质无关，只与频率有关3目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1000 MHz的范围内，下列关于雷达和电磁波的说法正确的是()A真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3 m至1.5 m之间B电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的C测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离D波长越短的电磁波，反射性能越强4属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中()A真空中光速不变 B时间间隔具有相对性C物体的质量不变 D物体的能量与质量成正比5下列关于电磁波的

24、说法正确的是()A电磁波必须依赖介质传播B电磁波可以发生衍射现象C电磁波不会发生偏振现象D电磁波无法携带信息传播6关于狭义相对论的说法，不正确的是()A狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关C狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系D狭义相对论任何情况下都适用7(2013·大同模拟)下列说法中正确的是()A光的偏振现象说明光是横波B均匀变化的磁场产生均匀变化的电场，均匀变化的电场产生均匀变化的磁场C分别用红光和绿光在同一装置上进行双缝干涉实验，红光的干涉条纹间距大D狭义相对论认为，在不同的惯性

25、参考系中，一切物理规律都是相同的，真空中的光速都是相同的8在狭义相对论中，下列说法正确的有()A一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速B质量、长度的测量结果都与物体相对观察者的相对运动状态有关C时间的测量结果与物体相对观察者的运动状态无关D在某一惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件，在其他一切惯性系中也是同时发生的9(2015·长沙模拟)(多选)下列关于电磁场的说法中正确的是( )A只要空间某处有变化的电场或磁场，就会在其周围产生电磁场，从而形成电磁波B任何变化的电场周围一定有磁场C振荡电场和振荡磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场D电磁波的理论

26、在先，实践证明在后10关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是()A电磁场是一种物质，它只能在真空中传播B电磁波在真空中传播时，它的电场强度和磁感应强度方向互相平行C由于微波衍射现象不明显，所以雷达用它测定物体的位置D大气对蓝光的吸收较强，所以天空看起来是蓝色的11(单选)关于电磁波，下列说法正确的是()A雷达是用X光来测定物体位置的设备B使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调C用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光D均匀变化的电场可以产生恒定的磁场对应高考题组1(2013·四川理综，4)迄今发现的二百余颗太阳系外行星大多不适宜人类居住，绕恒星“Gliese 581”运行的行星“Gl581 c”却很值得我们期待该行星的温度在0 到40 之间、质量是地球的6倍、直径是地球的1.5倍、公转周期为13个地球日“Gliese 581”的质量是太阳质量的0.31倍设该行星与地球均视为质量分布均匀的球体，绕其中心天体做匀速圆周运动，则()A在该行星和地球上发射卫星的第一宇宙速度相同B如果人到了该行星，其体重是地球上的2倍C该行星与“Gliese 581”的距离是日地距离的倍D由于该行星公转速率比地球大，地球上的米尺如果被带上该行星，其长度一定会变短2(2009·天津卷)下列关于电磁波的说法