新高考一轮复习人教版专题十六光学电磁波与相对论初步课件（31张）

考点一光的折射与全反射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;入射角的正弦与折射角的正弦成正比。2.折射率:n=

=

。1)任何介质的折射率均大于1;2)光密介质与光疏介质是相对的;3)折射率由介质本身性质决定,与入射角的大小无关;4)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;5)同一种介质中,频率越大的色光折射率越大,传播速度越小。3.全反射光从光密介质射入光疏介质时,当入射角增大到某一角度(临界角C),使光

全部反射回原介质的现象。临界角与折射率的关系:sinC=

。考点二光的波动性一、光的干涉频率相同的两列光波相遇叠加,加强区域和减弱区域互相间隔的现

象。1.相干光源的获取办法(思想是一分为二)

2.双缝干涉条纹判断1)相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距公式:Δx=

λ。对同一双缝干涉

装置,光的波长越长,干涉条纹间距越大。2)亮暗条纹的判断方法:如图所示,光源S1、S2发出的光到屏上P'点的路程

差Δr=r2-r1。当Δr=kλ(k=0,1,2,…)时,光屏上P'处出现亮条纹。当Δr=(2k+1)

(k=0,1,2,…)时,光屏上P'处出现暗条纹。二、光的衍射1.发生明显衍射的条件:障碍物或孔的尺寸与光的波长相差不多,甚至比

光的波长还小。2.单缝衍射和双缝干涉的图样在宽度、间距和亮度上是有区别的。单缝衍射的条纹,中央亮条纹最宽且最亮。三、光的偏振:光的偏振现象证明光是横波。考点三电磁波、相对论初步一、麦克斯韦电磁场理论1.不变的磁场(电场)不产生电场(磁场)。2.均匀变化的磁场(电场)产生恒定的电场(磁场)。3.振荡的磁场(电场)产生同频率的振荡电场(磁场)。二、电磁波及其作用

三、相对论1.狭义相对论的两个基本假设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。2.质能关系用m表示物体的质量,E表示它具有的能量,则爱因斯坦的质能方程为E=

mc2。拓展一折射成像1.光在透明介质中传播时,因折射而改变传播方向,观察到的发光体位置

发生变化。根据折射或全反射作成像图,结合几何关系确定光学量或几

何量。2.作图的三点提示:①“两判断”,光从哪里来,要到哪里去;②“一借

助”,可逆原理;③“一规范”,规范作图。【例1】(2021广东模考,16)如图所示,救生员坐在泳池旁边的凳子上,其

眼睛到地面的高度h0为1.2m,到池边的水平距离L为1.6m,池深H为1.6m,

池底有一盲区。设池水的折射率为

。当池中注水深度h为1.2m和1.6m时,池底盲区的宽度分别是多少?(sin53°=

,sin37°=

)

解析当池中注水深度h为1.2m时,光路图如图所示

由几何关系得sini=

=

即i=53°由折射定律得sinr=

=

,即r=37°由几何关系知盲区宽度s=(1.6-1.2)tan53°m+1.2tan37°m=

m当池中注水深度h为1.6m时,同理可得s'=1.6tan37°m=1.2m拓展二光路控制光的色散1.玻璃砖对光路的控制1)平行玻璃砖①结构:玻璃砖上下表面是平行的。②对光线的作用:通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向,但要发生侧

移。

③应用:测定玻璃的折射率。2)三棱镜①结构:横截面为三角形。②对光线的作用:通过三棱镜的光线经两次折射后,出射光线向棱镜底边

偏折。

③应用:全反射棱镜,改变光的传播方向。

3)圆柱体(球)①结构:横截面是圆。②对光线的作用:圆界面的法线是过圆心的直线,经过两次折射后向圆心

偏折。

③应用:改变光的传播方向。2.各种色光的比较颜色:红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。频率:小→大。波长:大→小。干涉条纹宽度:大→小。临界角:大→小。同一介质折射率:小→大。同一介质速度:大→小。【例2】(2020名校学术联盟模拟)在北方寒冷的冬天,有时会出现“多个

太阳”的“幻日”奇观,这是空气中的水蒸气在极冷的大气里凝结成小

冰晶,太阳通过冰晶折射的缘故。太阳光照射到六角形冰晶上折射的光

路图如图所示,a、b是太阳光中的两种单色光,由此可以判断,冰晶对单色

光a的折射率

(选填“大于”或“小于”)冰晶对单色光b的折射

率,单色光a在冰晶中的传播速度比单色光b在冰晶中的传播速度

(选填“大”或“小”)。如果让太阳光从水中射向空气,逐渐增大入射

角,则a、b两种单色光中,单色光

(选填“a”或“b”)更容易发

生全反射。解析光从空气斜射到冰晶上,由于折射率不同,由图可知,单色光b偏折较

大,单色光a偏折较小,所以此冰晶对单色光a的折射率小于对单色光b的

折射率;根据v=

可知单色光a在冰晶中的传播速度比单色光b在冰晶中的传播速度大;根据sinC=

知单色光b的临界角较小,所以单色光b比单色光a更容易发生全反射。应用一光导纤维——全反射的应用构造由内芯和外套组成,内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯与

外套的界面上发生全反射

传播路径

光纤通信原理光的全反射

方法光也是一种电磁波,也可以像无线电波那样,作为载体来传递信

息。载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤的一端

输入,就可以传到千里以外的另一端,实现光纤通信

优点光纤通信的主要优点是容量大。此外,光纤通信还有衰减小、抗干扰性强等多方面的优点【例1】[2021山西太原一模,34(2)]光导纤维是传光的细圆玻璃丝,每根

纤维分内外两层。一束光由光纤端面从空气射向内层材料,经内、外层

材料的分界面发生多次全反射后呈锯齿形的路线可以无损地传到另一

端。如图为一根光纤的截面图,左端面与两种材料的界面垂直,当光从端

面的圆心O入射后,在从光纤的一端传到另一端的过程中光线不从内壁漏

掉时,入射角的最大值为θ1。已知内层和外层材料的折射率分别为n1和n2

(n1>n2),光在真空(空气)中的传播速度为c。求:(ⅰ)sinθ1的值;(ⅱ)若光纤的长度为l,光以θ1射入后在光纤中传播的时间。解析(ⅰ)光在光纤中传播的光路图如图1:

图1当光从内层材料射向外层材料时,折射角为90°时恰好发生全反射,此时对

应的入射角θ3最小,θ2、θ1最大。由折射定律有:

=

又θ3=90°-θ2由折射定律有:n1=

且sin2

θ2+cos2

θ2=1联立得:sinθ1=

(ⅱ)画出光在光纤中传播的光路图如图2:

图2光在光纤中经历的路程为:x=

光在光纤中传播速度为:v=

结合(1)中列式,得光在光纤内传播的时间为:t=

=

应用二地表彩色油膜——薄膜干涉1.成因:薄膜前表面和后表面分别反射出来的两列光波的叠加。这两列

波是同一光源发出,经薄膜前后表面反射的,所以是相干波。由于同一水

平线上的薄膜厚度近似相同,所以干涉后能产生水平的亮暗条纹。2.如果膜的厚度为d,则前后表面的反射光的光程差为2d。1)当2d是光波半波长的偶数倍时,出现亮条纹;2)当2d是光波半波长的奇数倍时,出现暗条纹。3.如果膜的厚度均匀变化,若用单色光照射,相邻的条纹间的距离是相等

的,若用白光照射,则在薄膜某一厚度的地方某一波长的光反射后增强,而

另一些波长的光反射后减弱,这样薄膜上就出现彩色条纹。4.薄膜干涉在技术上的应用1)干涉法检查平面检查精密零件的表面质量好坏:如图所示将被检查平面和放在上面的透

明标准样板的一端垫一薄片,使样板的标准平面和被检查平面间形成一

个楔形空气薄层,单色光从上面照射,入射光在空气层的上、下表面反射

出的两列光波发生干涉,根据干涉条纹的形状来确定零件的表面情况。2)镜片增透膜在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂一层等厚薄膜,当薄膜的厚度是光在薄

膜中波长的1/4时,在薄膜的两个面上的反射光的光程差恰好等于半波长,

因而相互抵消,起到减小反射光、增大透射光强度的作用。【例2】劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图1所示,将一块平板玻璃放

置在另一平板玻璃上,在一端夹入两张纸片,从而在两玻璃表面之间形成

一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后,从上往下看到的干涉条纹如图2所

示。

若在图1的装置中抽去一张纸片,则在光垂直入射到新的劈形空气薄膜

后,从上往下观察到的干涉条纹

(选填“变疏”“变密”“不

变”或“消失”)。解析如图所示,若抽去一张纸片,则空气薄膜三角形截面的倾角变小,原

来各级亮条纹的位置向右移,干涉条纹变疏。

【例3】氩弧焊产生的紫外线和红外线对眼及皮肤的损伤是电焊作业职

业损害的一个重要方面。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能减小

紫外线对眼睛伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率n=1.5,所要消除

的紫外线的频率为8.1×1014Hz,那么他设计的这种“增反膜”的厚度至

少是