高考物理復習 高效學習方略 131 光　電磁波　相對論簡介課件.ppt

第十三章光電磁波相對論簡介 考綱導航考綱展示1 光的折射定律 2 折射率 3 全反射 光導纖維 4 光的干涉 衍射和偏振現(xiàn)象 5 變化的磁場產生電場 變化的電場產生磁場 電磁波及其傳播 6 電磁波的產生 發(fā)射和接收 7 電磁波譜 8 狹義相對論的基本假設 9 質速關系 質能關系 10 相對論質能關系式 實驗十四 測定玻璃的折射率實驗十五 用雙縫干涉測光的波長 權威解讀1 理解光的折射定律和折射率的概念 2 全反射現(xiàn)象和臨界角的計算為復習重點 3 掌握光的折射和全反射的應用 如光導纖維 棱鏡和光的色散 此知識點在高考中的命題頻率最高 應引起高度重視 4 掌握光的折射率與光的頻率的關系及光的傳播速度 波長在介質中的變化 5 掌握雙縫干涉 薄膜干涉 光的衍射 光的偏振現(xiàn)象的原理和在日常生活及科技中的應用 6 實驗 測定玻璃折射率及測定光的波長 7 了解電磁場理論和電磁波的發(fā)現(xiàn)過程 8 了解lc振蕩電路及電磁波的產生及傳播 電磁波的發(fā)射和接收 9 知道電磁波譜及各種頻率范圍內電磁波的不同用途 10 了解狹義相對論及廣義相對論的簡單知識 一 光的折射1 光的折射現(xiàn)象 光從一種介質進入另一種介質 傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象 2 折射定律 折射光線與入射光線 法線在 折射光線與入射光線分別位于的兩側 入射角的正弦與折射角的正弦成 數(shù)學表達式 常數(shù) 面內 同一平 法線 正比 真空 二 全反射1 全反射 光照射到兩種介質的交界面上時 光線被反射回原介質的現(xiàn)象 2 出現(xiàn)全反射的條件 1 光線由介質射向介質 2 入射角 1臨界角c三 光的色散白光經(jīng)三棱鏡后 分解為幾種顏色的光 這種現(xiàn)象稱光的色散 色散現(xiàn)象表示白光是一種 全部 光密 光疏 大于 混合光 1 對于某種單色光 玻璃的折射率比水的大 則此單色光在玻璃中傳播時 a 其速度比在水中的大 其波長比在水中的長b 其速度比在水中的大 其波長比在水中的短c 其速度比在水中的小 其波長比在水中的短d 其速度比在水中的小 其波長比在水中的長 2 水中的空氣泡 玻璃中的空氣泡 看上去比較亮 對這一現(xiàn)象表述正確的是 a 空氣泡對光線有會聚作用b 空氣泡對光線有發(fā)散作用c 從空氣泡射到水或玻璃與氣泡分界面處的光一部分發(fā)生全反射形成的d 從水中或玻璃中射到空氣泡界面處的光一部分發(fā)生全反射形成的 解析d當光從水中或玻璃中射到空氣泡的界面處時 一部分光的入射角大于或等于臨界角 發(fā)生了全反射現(xiàn)象 所以水中的空氣泡和玻璃中的空氣泡看起來比較亮 3 假設地球表面不存在大氣層 那么人們觀察到的日出時刻與實際存在大氣層的情況相比 a 將提前b 將延后c 某些區(qū)域將提前 在另一些地區(qū)將延后d 不變解析b假如地球周圍沒有大氣層 太陽光將沿直線傳播 如圖所示 在地球上b點的人將在太陽到達a 點時才看到日出 而地球表面有大氣層時 由于空氣的折射率大于1 并且離地球表面越近 大氣層的密度越大 折射率越大 太陽光將沿如圖ab所示曲線進入在b處的人眼中 使在b處的人看到了日出 但在b處的人認為光是沿直線傳播的 則認為太陽位于地平線上的a 點 而此時太陽還在地平線以下 相當于日出時刻提前了 所以無大氣層時日出的時間將延后 4 一束復色光由空氣射向玻璃 發(fā)生折射而分為a b兩束單色光 其傳播方向如圖所示 設玻璃對a b的折射率分別為na和nb a b在玻璃中的傳播速度分別是va和vb 則 a na nbb navbd va vb 5 如圖所示 在水中有一厚度不計的薄玻璃片制成的中空三棱鏡 里面是空氣 一束白光a從棱鏡的左邊射入 從棱鏡的右邊射出時發(fā)生了色散 射出的可見光分布在a點和b點之間 如圖 則 a 從a點射出的光是紅光 從b點射出的光是紫光b 從a點射出的光是紫光 從b點射出的光是紅光c 從a點和b點射出的光都是紅光 從ab中點射出的光是紫光d 從a點和b點射出的光都是紫光 從ab中點射出的光是紅光解析b對于光疏三棱鏡 當光線從一側面射入 從另一側面射出時 光線向頂角偏折 折射率越大 則向頂角偏折越大 紫光折射率比紅光大 因此紫光向頂角偏折大 a c d錯 b正確 6 2011 江蘇單科 一束光從空氣射向折射率為的某種介質 若反向光線與折射光線垂直 則入射角為 真空中的光速為c 則光在該介質中的傳播速度為 要點一光的折射定律和折射率1 折射定律 1 內容 折射光線與入射光線 法線處在同一平面內 折射光線與入射光線分別位于法線的兩側 入射角的正弦與折射角的正弦成正比 3 光密介質與光疏介質 1 光密介質 折射率較大的介質 2 光疏介質 折射率較小的介質 3 光密介質和光疏介質是相對的 同種介質相對不同介質可能是光密介質 也可能是光疏介質 3 折射率與介質的密度沒有關系 光密介質不是指密度大的介質 4 同一種介質中 頻率越大的色光折射率越大 傳播速度越小 4 光路控制 1 實質 光學器件對入射的光線 在界面上 可能多個 發(fā)生的折射 反射 全反射 可能多次 2 方法 充分運用光的反射定律 折射定律 全反射等規(guī)律 作好光路圖 并結合幾何關系分析解答 3 平行玻璃磚 三棱鏡和圓柱體對光路的控制 1 玻璃磚 三棱鏡和圓柱體對光路的控制是光的折射或光的全反射的實際應用 2 不同顏色的光由于頻率不同 在同一介質中的折射率 光速不同 發(fā)生全反射時的臨界角也不同 例1 2011 全國新課標理綜 一半圓柱形透明物體橫截面如圖所示 地面aob鍍銀 o表示半圓截面的圓心 一束光線在橫截面內從m點入射 經(jīng)過ab面反射后從n點射出 已知光線在m點的入射角為30 moa 60 nob 30 求 1 光線在m點的折射角 2 透明物體的折射率 解析 1 如圖 透明物體內部的光路為折線mpn q m點相對于底面ab對稱 q p和n三點共線 設在m點處 光的入射角為i 折射角為r omq pnf 根據(jù)題意有 30 由幾何關系得 pno pqo r 于是 60 且 由 式得r 15 要點二全反射和光的色散現(xiàn)象1 全反射 1 條件 光從光密介質射入光疏介質 入射角大于等于臨界角 2 現(xiàn)象 折射光完全消失 只剩下反射光 4 應用全反射棱鏡 光導纖維 如圖 5 對全反射的理解 在光的反射和全反射現(xiàn)象中 均遵循光的反射定律 光路均是可逆的 當光射到兩種介質的界面上時 往往同時發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象 但在全反射現(xiàn)象中 只發(fā)生反射 不發(fā)生折射 當折射角等于90 時 實際上就已經(jīng)沒有折射光了 全反射現(xiàn)象可以從能量的角度去理解 當光由光密介質射向光疏介質時 在入射角逐漸增大的過程中 反射光的能量逐漸增強 折射光的能量逐漸減弱 當入射角等于臨界角時 折射光的能量已經(jīng)減弱為零 這時就發(fā)生了全反射 2 光的色散 1 色散現(xiàn)象 白光通過三棱鏡會形成由紅到紫七種色光組成的彩色光譜 如圖 2 成因 由于n紅 n紫 所以以相同的入射角射到棱鏡界面時 紅光和紫光的折射角不同 就是說紫光偏折得更明顯些 當它們射出另一個界面時 紫光的偏折角最大 紅光偏折角最小 3 各種色光的比較 1 解答光學問題應先準確畫出光路圖 2 用光發(fā)生全反射的條件來判斷光是否已經(jīng)發(fā)生全反射 3 在處理光學問題時應充分利用光的可逆性 對稱性 相似性等幾何關系 例2 2011 山東理綜 如圖所示 扇形aob為透明柱狀介質的橫截面 圓心角 aob 60 一束平行于角平分線om的單色光由oa射入介質 經(jīng)oa折射的光線恰平行于ob 1 求介質的折射率 2 折射光線中恰好射到m點的光線 填 能 或 不能 發(fā)生全反射 如圖所示 abc為一全反射棱鏡 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面上發(fā)生全反射 若光線入射點o的位置保持不變 改變光線的入射方向 不考慮自bc面反射的光線 則 a 使入射光按圖中的順時針方向逐漸偏轉 則紅光首先射出ab面b 使入射光按圖中的順時針方向逐漸偏轉 則紫光首先射出ab面c 使入射光按圖中的逆時針方向逐漸偏轉 則紅光首先射出ab面d 使入射光按圖中的逆時針方向逐漸偏轉 則紫光首先射出ab面 解析a當入射光按順時針方向逐漸偏轉時 進入棱鏡中的折射光線也按順時針方向逐漸偏轉 它再射到ab面上時的入射角將逐漸變小 減小到臨界角以下時 從ab面上就會有光線射出 不同的色光的頻率不同 折射率也不同 從而臨界角也不同 其中紅光的頻率最小 折射率也最小 臨界角最大 在入射光按順時針方向逐漸偏轉過程中 紅光將首先不滿足全反射條件 必是紅光首先射出ab面 當入射光按逆時針方向逐漸偏轉時 射到ab面上時的入射角逐漸變大 不可能有色光從ab面射出 例 2010年4月8日中國電信上海公司宣布已經(jīng)實現(xiàn)光纖在世博園區(qū)內的全覆蓋 世博會期間來自于四面八方的人們隨時都能感受到信息生活所帶來的各種便利 規(guī)律方法 題目要求時間最長 也就是要求路程最長 這必須是在保證能夠發(fā)生全反射的前提下 發(fā)生全反射必須滿足兩個條件 一是入射角不小于臨界角 二是從光密介質射向光疏介質 1 大氣中有一種叫 蒙氣差 的光現(xiàn)象 以下關于這種光現(xiàn)象的說法中正確的是 a 夜晚 我們看到南半天星星的位置 要比它實際的位置高一些b 夜晚 我們看到南半天星星的位置 要比它實際的位置低一些 c 這種光現(xiàn)象中的 蒙氣差 效應 越是接近地平線就越明顯d 這種光現(xiàn)象中的 蒙氣差 效應 越是接近地平線就越不明顯 解析ac越接近地球表面 大氣越稠密 折射率越大 因此 可以把大氣看做是折射率不同的許多水平氣層組成的 星光從上一個氣層進入下一個氣層時 要折向法線方向 結果 我們看到星星的位置比它的實際位置要高一些 這種效應越接近地平線就越明顯 故a c正確 3 根據(jù)如圖的漫畫 判斷下列說法正確的是 a 人看到的是魚的實像 位置變淺了b 人看到的是魚的虛像 位置變淺了c 魚看到的是人的實像 位置偏低些d 魚看到的是人的虛像 位置偏高些 解析bd水面下的魚發(fā)出的光線 經(jīng)水面發(fā)生折射后折射角變大 遠離了法線 光線進入人眼后 人眼逆著射來的光線尋找魚 看到的是魚的虛像 位置變淺了 光路圖如圖 a 所示 岸上的人發(fā)出的光線 經(jīng)水面發(fā)生折射后折射角變小 靠近了法線 光線進入魚眼后 魚眼逆著射來的光線尋找人 看到的是人的虛像 位置變高了 光路圖如圖 b