「精品」高考物理大一轮复习第15单元光学电磁波相对论学案
2014届高考物理(重庆专用)第一轮复习教学案第十五章光学电磁波相对论第一节《光的折射全反射》

一、光的折射定律 1.光的折射现象光从一种介质进入另一种介质时,__________发生改变的现象称为光的折射现象。
2.光的折射定律内容:折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线和入射光线分别位于法线的两侧;入射角的__________跟折射角的__________成正比。
公式:sin θ1sin θ2=n (θ1、θ2分别为入射角和折射角,n 为常数)3.折射率(1)定义:光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的正弦与折射角的正弦之比,叫做这种介质的绝对折射率,简称折射率。
(2)公式:n =______________。
(3)物理意义:折射率是表示光线从一种介质进入另一种介质时,发生偏折程度的物理量,与入射角θ1及折射角θ2大小__________。
4.n =____________,其中c ,v 分别是光在真空、介质中的速度。
5.在光的折射现象中,光路是__________的。
二、全反射1.光密介质与光疏介质2.全反射光从______介质入射到_________介质的分界面上时,光_________反射回光密介质的现象,这种现象叫全反射。
3.临界角折射角等于______时的入射角,称为临界角。
当光从折射率为n 的某种介质射向真空(空气)时,发生全反射的临界角用sin C =_________计算。
1.关于全反射,下列说法中不正确的是( ) A .光从光密介质射向光疏介质时可能产生全反射 B .光从光疏介质射向光密介质时可能产生全反射C .光从折射率大的介质射向折射率小的介质时可能产生全反射D .光从传播速度小的介质射向传播速度大的介质时可能产生全反射 2.一束光从某种介质射入空气中时,入射角θ1=30°,折射角θ2=60°,折射光路如图所示,则下列说法正确的是( )A .此介质折射率为33 B .此介质折射率为32C .相对于空气此介质是光密介质D .光在介质中速度比在空气中大3.单色光在真空中的传播速度为c ,波长为λ0,在水中的传播速度是v ,波长为λ,水对这种单色光的折射率为n 。
2019版高考物理一轮复习第十五章光电磁波与相对论第1讲光的折射全反射学案

第1讲 光的折射 全反射★★★考情微解读★★★见学生用书P212微知识1 光的直线传播1.光源光源是能自行发光的物体,它的特点是能将其他形式的能转化为光能。
光在介质中的传播就是能量的传播。
2.光沿直线传播的条件及光速(1)光在同种均匀介质中,总是沿着直线传播,光在真空中的传播速度c =3.0×108_m/s 。
光在任何介质中的传播速度都小于c 。
(2)若n 为介质的折射率,则光在此介质中的传播速度v =c n。
微知识2 光的折射 1.折射现象光从一种介质进入另一种介质时,在界面上光路发生改变的现象。
2.折射定律折射光线与入射光线、法线在同一平面内;折射光线与入射光线分别位于法线的两侧;入射角的正弦和折射角的正弦成正比,即sin θ1sin θ2=n 。
3.折射率(1)定义:光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的正弦与折射角的正弦之比,叫做这种介质的折射率。
(2)表达式:n =sin θ1sin θ2。
(3)决定因素:由介质本身及光的频率共同决定,与入射角、折射角的大小无关,与介质的密度有关。
(4)折射率与光速的关系。
介质的折射率等于光在真空中的速度与在该介质中的速度之比,即n =c v。
(5)光疏介质与光密介质。
任何介质的折射率都大于1,折射率越大,光在其中的传播速度就越小。
两种介质相比较,折射率大的介质叫光密介质,折射率小的介质叫光疏介质。
特别提醒 (1)在光的折射现象中,光路是可逆的。
(2)公式n =sin θ1sin θ2中,θ1是真空(或空气)中的光线与法线间的夹角,θ2是介质中的光线与法线间的夹角,不一定称θ1为入射角,θ2为折射角。
微知识3 全反射 1.定义光从光密介质射向光疏介质,当入射角增大到某一角度,使折射角达到90°时,折射光完全消失,只剩下反射光的现象。
2.条件(1)光从光密介质射向光疏介质; (2)入射角大于或等于临界角。
3.临界角指折射角等于90°时的入射角。
2021高考物理一轮复习第十五单元光学电磁波相对论第2讲光的波动性电磁波相对论学案新人教版

第2讲光的波动性电磁波相对论考纲考情核心素养►光的干涉、衍射和偏振现象Ⅰ►电磁波的产生Ⅰ►电磁波的发射、传播和接收Ⅰ►电磁波谱Ⅰ►狭义相对论的基本假设Ⅰ►质能关系Ⅰ实验:用双缝干涉测光的波长►光的衍射、光的干涉、光的偏振、电磁波.►麦克斯韦电磁理论、狭义相对论.物理观念全国卷5年3考高考指数★★★★☆►用双缝干涉测光的波长.科学思维知识点一光的干涉、衍射和偏振1.光的干涉(1)定义:在两列光波叠加的区域,某些区域相互加强,出现明条纹,某些区域相互减弱,出现暗条纹,且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.(2)条件:两束光的频率相同、相位差恒定.(3)双缝干涉图样特点:单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹;白光照射时,中央为白色亮条纹,其余为彩色条纹.2.光的衍射(1)发生明显衍射的条件:只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多,甚至比光的波长还小的时候,衍射现象才会明显.(2)衍射条纹的特点(如图所示)直观情景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)自然光通过偏振片后,就得到了偏振光.直观情景知识点二 电磁场和电磁波1.麦克斯韦电磁场理论与电磁场如图所示:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场;变化的电场和磁场总是相互联系成为一个完整的整体,这就是电磁场.2.电磁波(1)产生:电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波. (2)电磁波的性质①电磁波是横波(选填“纵波”或“横波”),在空间传播不需要介质. ②真空中电磁波的速度为光速. ③公式v =λf 对电磁波同样适用.④电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象.知识点三 相对论1.狭义相对论的两个基本假设(1)狭义相对论原理: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,光速和光源、观测者间的相对运动没有关系.2.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m 0之间有如下关系:m =m 01-⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2.(2)物体运动时的质量总要大于静止时的质量m 0.3.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:E=mc2.1.思考判断(1)只有频率相同的两列光波才能产生干涉.( √)(2)在双缝干涉实验中,双缝的作用是使白光变成单色光.( ×)(3)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的.( ×)(4)自然光是偏振光.( ×)(5)无线电波不能发生干涉和衍射现象.( ×)(6)波长不同的电磁波在本质上完全不同.( ×)(7)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的.( ×)2.(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细,如图所示,激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同.观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化,下列叙述中正确的是( AD )A.这里应用的是光的衍射现象B.这里应用的是光的干涉现象C.如果屏上条纹变窄,表明抽制的丝变粗D.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细解析:由于是激光束越过细丝即绕过障碍物,所以是光的衍射现象,当抽制的丝变细的时候,丝的直径较接近激光的波长,条纹间距就大,A、D正确.3.(多选)下列关于电磁波的说法正确的是( ABE )A.麦克斯韦提出了电磁场理论,赫兹用实验证实了电磁波的存在B.各种电磁波在真空中的传播速度与光速一样C.经过调幅后的电磁波是横波,经过调频后的电磁波是纵波D.红外线是波长比可见光波长还长的电磁波,常用于医院和食品消毒E.电磁波由真空进入介质,速度变小,频率不变解析:麦克斯韦提出了电磁场理论,赫兹用实验证实了电磁波的存在,选项A正确;各种电磁波在真空中的传播速度为c=3×108 m/s,与光速相同,选项B正确;电磁波是横波,调频或调幅后的电磁波仍是横波,选项C错误;医院和食品消毒常用的是紫外线,选项D错误;电磁波由真空进入介质,速度变小,频率不变,选项E正确.4.(多选)在狭义相对论中,下列说法正确的是( ABC )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、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的C.惯性系中的观察者,观察一个与他做相对运动的时钟时,会看到这个时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些D.大型粒子加速器能够将带电粒子加速至光速的99.9%,如果继续加速,粒子的速度将超过光速解析:根据狭义相对论的速度变换公式可知,光速是物体的极限速度,选项A正确;由质量相对性、长度相对性和时间间隔的相对性可知,选项B、C均正确;光速为极限速度,任何速度都不能超过真空中的光速,选项D错误.5.一艘太空飞船静止时的长度为30 m,它以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行经过地球,下列说法正确的是( B )A.飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 mB.地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 mC.飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于cD.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c解析:根据狭义相对论,在静止的观察者看来,沿自身长度方向运动的杆缩短.而光速相对于任何惯性系来说总是不变,故选项B正确.考点1 光的干涉题型1 双缝干涉(1)条纹间距公式:Δx=ldλ,对同一双缝干涉装置,光的波长越长,干涉条纹的间距越大.(2)明暗条纹的判断方法:如图所示,相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr=r2-r1.当Δr =kλ(k =0,1,2,…)时,光屏上P ′处出现明条纹. 当Δr =(2k +1)λ2(k =0,1,2…)时,光屏上P ′处出现暗条纹.1.(多选)在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示出干涉图样.若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是( ACD )A .改用红色激光B .改用蓝色激光C .减小双缝间距D .将屏幕向远离双缝的位置移动E .将光源向远离双缝的位置移动解析:双缝干涉的条纹间距公式为Δx =L dλ,其中L 是双缝到屏幕的距离,d 是双缝间距,λ是入射光的波长,要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可以改用波长更长的红色激光,或仅减小d 或仅增大L ,故A 、C 、D 正确.2.如图所示,用频率为f 的单色光(激光)垂直照射双缝,在光屏的P 点出现第3条暗条纹,已知光速为c ,则P 到双缝S 1、S 2的距离之差|r 1-r 2|应为( D )A.c 2fB.3c 2fC.3cfD.5c 2f解析:出现第3条暗条纹,说明S 1、S 2到P 点距离之差为λ2×(2n -1)=λ2(2×3-1)=52λ,而λ=c f ,所以|r 1-r 2|=52λ=5c2f,故D 项正确. 题型2 薄膜干涉(1)形成原因:如图所示,竖直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形.光照射到薄膜上时,在膜的前表面AA ′和后表面BB ′分别反射回来,形成两列频率相同的光波,并且叠加.(2)明暗条纹的判断方法:两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr ,等于薄膜厚度的2倍. 在P 1、P 2处,Δr =nλ(n =1,2,3…),薄膜上出现明条纹. 在Q 处,Δr =(2n +1)λ2(n =0,1,2,3…),薄膜上出现暗条纹.3.劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图甲所示,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乙所示,干涉条纹有如下特点:(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等; (2)任意相邻亮条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定.现若在图甲的装置中抽去一张纸片,则当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( A )A .变疏B .变密C .不变D .消失解析:如图所示,若抽去一张纸片,则三角截面空气层的倾角变小,则干涉条纹变疏,A 正确.4.一个半径较大的透明玻璃球体,截取其下面的一部分,然后将这一部分放到标准的水平面上,现让单色光竖直射向截面,如图所示,在反射光中看到的是( B )A .平行的明暗相间的直干涉条纹B .环形的明暗相间的干涉条纹C .只能看到同颜色的平行反射光D .一片黑暗考点2 用双缝干涉实验测量光的波长1.实验原理单色光通过单缝后,经双缝产生稳定的干涉图样,图样中相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx 与双缝间的距离d 、双缝到屏的距离l 、单色光的波长λ之间满足λ=d Δxl. 2.实验步骤 (1)安装仪器①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如图所示.②接好光源,打开开关,使白炽灯正常发光.调节各部件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏.③安装单缝和双缝,中心位于遮光筒的轴线上,使双缝和单缝相互平行. (2)观察与记录①调整单缝与双缝间距为几厘米时,观察白光的干涉条纹. ②在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹.③调节测量头,使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上的示数a 1;转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻度线与第n 条亮条纹中心对齐时,记下手轮上的示数a 2,则相邻两亮条纹间的距离Δx =|a 1-a 2|n -1.④换用不同的滤光片,测量其他色光的波长.1.(2019·全国卷Ⅱ)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B ; 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(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Δx ,则单色光的波长λ=d ·Δxn -1l;(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630 nm(结果保留3位有效数字).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Δx =ldλ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,Δx n -1=l d λ⇒λ=d ·Δxn -1l.(3)将已知条件代入公式解得λ=630 nm. 2.在“用双缝干涉测光的波长”实验中,实验装置如图所示.(1)某同学以线状白炽灯为光源,对实验装置进行调节并观察了实验现象后,总结出以下几点:A .灯丝与单缝和双缝必须平行放置B .干涉条纹与双缝垂直C .干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关D .干涉条纹的间距与光的波长有关 以上几点中,你认为正确的是AD.(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时,手轮上的示数如图甲所示,其读数为0.700 mm.(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图乙所示.则在这种情况下来测量干涉条纹的间距Δx 时,测量值大于(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值.解析:(1)为了获得清晰的干涉条纹,A 正确.由干涉现象可知干涉条纹与双缝平行,B 错误.干涉条纹的间距Δx =l dλ与单缝宽度无关,C 错误,D 正确.(2)手轮的读数为0.5 mm +20.0×0.01 mm=0.700 mm.(3)条纹与分划板不平行时,实际值Δx 实=Δx 测cos θ,θ为条纹与分划板间的夹角,故Δx 实<Δx 测.名师点睛光波波长很小,Δx 、L 的测量对波长λ的影响很大.L 用毫米刻度尺测量,Δx 用测量头上的游标尺测量.实验时可测多条亮条纹间距求Δx 及采用多次测量求λ的平均值法减小误差.应注意:1干涉条纹应调整到最清晰的程度; 2Δx 不是亮暗条纹的宽度;3分划板刻线应与干涉条纹平行,中心刻线应恰好位于条纹中心; 4测量多条亮条纹间的距离时,此间距中的条纹数应准确.考点3 光的衍射和偏振题型1 光的衍射1.波长越长,衍射现象越明显.在任何情况下都可以发生衍射现象,只是明显与不明显的差别.2.衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况,只有在光的波长比障碍物小得多时,光才可以看做是沿直线传播的.3.光的干涉和衍射的本质光的干涉和衍射都属于光的叠加,从本质上看,干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理,都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波,在屏上叠加形成的.1.如图所示,当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时,在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑.这是光的衍射(填“干涉”“衍射”或“直线传播”)现象,这一实验支持了光的波动说(填“波动说”“微粒说”或“光子说”).2.如图所示,A、B两幅图是由同一束单色光分别入射到圆孔而形成的图样,其中图A 是光的衍射(选填“干涉”或“衍射”)图样.由此可以判断出图A所对应的圆孔的半径小于(选填“大于”或“小于”)图B所对应的圆孔的孔径.解析:A中出现明暗相间的条纹,B中出现圆形亮斑.只有孔的尺寸比光波波长小或跟光波波长相差不多时,才能发生明显的衍射现象.图A是光的衍射图样,所以图A对应的圆孔的孔径比图B所对应的圆孔的孔径小.图B的形成可以用光的直线传播解释.名师点睛单缝衍射与双缝干涉的比较题型2 光的偏振1.自然光与偏振光的比较类别自然光(非偏振光)偏振光光的来源从普通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,光振动沿特定方向等.3.(多选)光的偏振现象说明光是横波.下列现象中能反映光的偏振特性的是( ABC ) 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,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,可以看到彩色条纹解析:在垂直于传播方向的平面上,沿着某个特定方向振动的光是偏振光,选项A、B 反映了光的偏振特征,C是偏振现象的应用,D是光的衍射现象.4.(多选)关于光的偏振,下列说法正确的是( ABD )A.自然光通过偏振片后,就得到了偏振光B.拍摄水面下的景物时,加偏振片可使像更清晰C.所有的波都具有偏振现象D.立体电影是应用光的偏振的一个实例E.自然光射到两种介质的界面上,折射光是偏振光,反射光不是偏振光解析:自然光通过偏振片后,从而得到在某一方向振动的光,这就是偏振光,故A项正确;拍摄水面下的景物时,为防止反射光,所以在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响,故B项正确;只有横波才能发生光的偏振现象,故C项错误;立体电影的制作利用了光的偏振现象,放映的时候也是用双镜头放映机,其中每个镜头前放有偏振方向不同的偏振光片,观众戴的眼镜上也有相对应方向的偏振光片,这样每只眼睛就只能看到一个镜头所投影的图象,故D项正确;自然光是在垂直于传播方向上的沿一切方向振动且各个方向振动的光波强度都相同,透过一个偏振片后就成为偏振光,偏振光经过一个偏振片后仍是偏振光,故E项错误.考点4 电磁场和电磁波1.对麦克斯韦电磁场理论的理解2.对电磁波的理解(1)电磁波是横波.电磁波的电场、磁场、传播方向两两垂直,如图所示.(2)电磁波谱的特性及应用3.电磁波与机械波的比较电磁波机械波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),c=3×108m/s在空气中不大(如声波波速在空气中一般为340 m/s)是否需要介质不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(真空中不能传播)能量传播电磁能机械能1.(多选)下列说法正确的是( BCD )A.根据麦克斯韦的电磁场理论,在变化的电场周围一定产生变化的磁场,在变化的磁场周围一定产生变化的电场B.发射电磁波的两个重要条件是采用高频和开放性LC电路C.机械波和电磁波都能发生干涉和衍射现象D.机械波的传播依赖于介质,而电磁波可以在真空中传播E.电磁波只能在真空中传播,因此当电磁波遇到介质时,会被介质挡住解析:在均匀变化的电场周围产生恒定的磁场,在均匀变化的磁场周围产生恒定的电场,选项A错误;发射电磁波时必须采用高能量且要有尽可能大的空间传播电磁波,所以选项B 正确;干涉和衍射是波的特性,机械波、电磁波都是波,这些特性都具有,选项C正确;机械波是机械振动在介质中传播形成的,所以机械波的传播需要介质,而电磁波是交替变化的电场和磁场由近及远地传播形成的,所以电磁波传播不需要介质,选项D正确;电磁波既可以在真空中传播,也可以在介质中传播,选项E错误.2.(多选)关于电磁波谱,下列说法不正确的是( BDE )A.电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波B.紫外线的频率比可见光的低,长时间照射可以促进钙的吸收,改善身体健康C.X射线和γ射线的波长比较短,穿透力比较强D.红外线的显著作用是热作用,温度较低的物体不能辐射红外线E.频率越高的电磁波在真空中传播的速度越快解析:无线电波的波长长,易发生衍射现象,A正确;紫外线的频率比可见光的高,B 错误;X射线和γ射线的波长比较短,其穿透力强,常用于人体拍片和检查金属零件缺陷,故C正确;任何物体都能辐射红外线,D错误;不同频率的电磁波在真空中传播速度相同,E 错误.3.(多选)关于电磁波,下列说法正确的是( ABC )A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形成电磁波C.电磁波在真空中自由传播时,其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信,但电磁波不能通过电缆、光缆传输E.电磁波可以由电磁振荡产生,若波源的电磁振荡停止,空间的电磁波随即消失解析:电磁波在真空中传播速度不变,与频率无关,选项A正确;电磁波由周期性变化的电场和变化的磁场互相激发得到,选项B正确;电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直,选项C正确;光是一种电磁波,光可在光导纤维中传播,选项D错误;电磁波具有能量,电磁振荡停止后,已形成的电磁波仍会在介质或真空中继续传播,选项E错误.名师点睛电磁波的四大特点1电磁波是横波,在空间传播不需要介质.2在真空中电磁波的传播速度为3×108 m/s.3v=λf对电磁波同样适用.4电磁波能发生反射、折射、干涉和衍射等现象.。
2021年高考物理一轮复习第十五章光电磁波与相对论第4讲实验用双缝干涉测光的波长学案20210806

2021年高考物理一轮复习第十五章光电磁波与相对论第4讲实验用双缝干涉测光的波长学案20210806282微知识1 实验目的1.明确实验器材的构成及其作用。
2.观看白光及单色光的双缝干涉图样。
3.测定单色光的波长。
微知识2 实验原理如图所示,电灯发出的光,通过滤光片后变成单色光,再通过单缝S 时发生衍射,这时单缝S 相当于一单色光源,衍射光波同时到达双缝S 1和S 2之后,再次发生衍射,S 1、S 2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源,透过S 1、S 2双缝的单色光波在屏上相遇并叠加,S 1、S 2到屏上P 点的路程分别为r 1、r 2,两列光波传到P 的路程差Δx ′=|r 1-r 2|,设光波波长为λ。
1.若Δx ′=nλ (n =0,1,2,…),两列波传到P 点同相位,互相加强,显现明条纹。
2.若Δx ′=(2n +1)λ2(n =0,1,2,…),两列波传到P 点反相位,互相减弱,显现暗条纹。
如此就在屏上得到了平行于双缝S 1、S 2的明暗相间的干涉条纹。
相邻两条明(暗)条纹间的距离Δx 与入射光波长λ,双缝S 1、S 2间距离d 及双缝与屏的距离l 有关,其关系式为:Δx =l dλ,由此可知,只要测出Δx 、d 、l ,即可测出波长λ。
两条相邻明(暗)条纹间的距离Δx 可用测量头测出。
测量头由分划板、目镜、手轮等构成。
如下图左所示。
转动手轮,分划板会左、右移动。
测量时,应使分划板中心刻线对齐条纹的中心(如上图右所示),记下现在手轮上的读数a1;转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻线对齐另一条相邻的条纹中心时,记下手轮上的刻度a2,两次读数之差确实是这两条条纹间的距离。
即Δx=|a1-a2|。
Δx专门小,直截了当测量时相对误差较大,通常测出n条明(暗)条纹间的距离a,再推算相邻两条明(暗)条纹间的距离Δx=an-1。
微知识3 实验器材双缝干涉仪,即:光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头,另外还有学生电源、导线、刻度尺。
2021高考物理一轮复习第15章光电磁波相对论简介第2讲光的波动性电磁波相对论学案新人教版

第2讲 光的波动性 电磁波 相对论主干梳理 对点激活知识点光的干涉 Ⅰ1.光的干涉的必要条件两列光的01 频率相同,相位差恒定,才可能产生稳定的干涉现象。
2.杨氏双缝干涉(1)原理如图2所示。
(2)明、暗条纹的条件①光的路程差r 2-r 1=02 ±kλ(k =0,1,2…),光屏上出现明条纹。
②光的路程差r 2-r 1=03 ±(2k +1)λ2(k =0,1,2…),光屏上出现暗条纹。
(3)相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距公式:04 Δx =l dλ。
(4)干涉条纹的特点①单色光:形成明暗相间的条纹,中央为05 亮纹,如图3所示。
②白光:光屏上出现06 彩色条纹且中央亮条纹是07 白色(填写颜色),即发生色散,如图4所示。
3.薄膜干涉(1)原理:如图5所示薄膜厚度上薄下厚,入射光在薄膜的同一位置的来自前后两个面的反射光08路程差不同,叠加后出现明暗相间的条纹。
(2)应用①增透膜。
②利用光的干涉检查工件平整度。
(3)图样特点:同一条明(或暗)纹对应薄膜的09厚度相等。
单色光照射薄膜形成明暗相间的条纹,白光照射薄膜时,形成彩色条纹,即薄膜干涉中的色散。
知识点光的衍射Ⅰ1.几种典型衍射条纹的特点(1)单缝衍射:①单色光的衍射图样为中间01宽且亮(填特点)的单色条纹,两侧是02明暗相间的条纹,条纹宽度比中央窄且暗;单色光的波长越长,单缝越窄,中央亮纹越宽。
如图7所示。
②白光的衍射图样为中间宽且亮的白条纹,两侧是渐窄且暗的彩色条纹。
其中最靠近中央的色光是紫光,离中央最远的是红光,如图8所示,这是光在衍射时的色散。
(2)圆孔衍射:如图9所示,中央是大且亮的03圆形光斑,周围分布着明暗相间的04不等距圆环,且越靠外,亮圆环越窄越暗。
(3)圆盘衍射(泊松亮斑):如图10所示,当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时,对于一定的波长,在适当的距离上,圆盘的阴影中心出现05亮斑,在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。
近年高考物理一轮复习专题十五光学、电磁波与相对论第2讲光的波动性电磁波相对论学案(无答案)(202

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第2讲光的波动性电磁波相对论一、多项选择题(下列选项中有三个选项为正确答案)1.(2016年江苏卷)一艘太空飞船静止时的长度为30 m,它以0.6c(c 为光速)的速度沿长度方向飞行经过地球,下列说法正确的是() A.飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 mB.地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 mC.飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度等于cD.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于cE.飞船上的观测者测得该飞船的长度等于30 m2.(2017年江西大联考)关于光现象及其应用,下列说法正确的有() A.全息照片用激光来拍摄,主要是利用了激光与物光的相干性高的特点B.通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的偏振现象C.拍摄玻璃橱窗内的物品时,在镜头前加一个偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度D.当观察者向静止的声源运动时,观察者接收到的声波频率低于声源的频率E.一束单色光由空气射入玻璃,这束光的速度变慢,波长变短3.(2017年四川乐山检测)关于光现象,下列说法错误的是( )A.用光导纤维传送图像信息,这是光的衍射的应用B.肥皂泡看起来常常是彩色的,属于色散现象C.3D电影的播放和观看利用了光的偏振D.全息照片的拍摄主要利用了光的干涉E.在双缝干涉实验中,若用白光作光源,则不能观察到干涉图样4.(2017年成都外国语学校月考)下列说法正确的是()A.光的偏振现象说明光是一种横波,但并非所有的波都能发生偏振现象B.电磁波可以由电磁振荡产生,若波源的电磁振荡停止,空间的电磁波随即消失C.在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由红光改为绿光,则干涉条纹间距变窄D.一束白光从空气射入玻璃三棱镜后形成彩色条纹,是因为玻璃三棱镜吸收了白光中的一些色光E.火车过桥要慢行,目的是使驱动力频率远小于桥梁的固有频率,以免发生共振损坏桥梁5.(2017年山东济宁一模)关于电磁波,下列说法正确的是()A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形成电磁波C.利用电磁波传递信号可以实现无线通信,但电磁波不能通过电缆、光缆传输D.电磁波在真空中自由传播时,其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直E.电磁波可以由电磁振荡产生,若波源的电磁振荡停止,空间的电磁波随即消失二、非选择题6.如图K1521所示,两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行,相对地面的速度均为v(v接近光速c).地面上测得它们相距为L,则A测得两飞船间的距离________(填“大于”“等于”或“小于")L。
【2020】高考物理大一轮复习第15单元光学电磁波相对论学案
(3)画出反射、折射或全反射的光路图,必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图,然后结合几何知识进行推断和求解相关问题.
(4)折射率n是讨论折射和全反射问题的重要物理量,是联系各物理量的桥梁,对跟折射率有关的所有关系式应熟练掌握.
3[20xx·全国卷Ⅰ]如图37-5所示,一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体,O点为球心;下半部是半径为R、高为2R的圆柱体,圆柱体底面镀有反射膜.有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入,该光线与OC之间的距离为0.6R.已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射).求该玻璃的折射率.
(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象,某同学做了两次实验,经正确操作插好了8枚大头针,如图37-10所示.图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针,其对应出射光线上的2枚大头针是P3和(选填“A”或“B”).
图37-10
式题 某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率(如图37-11所示).实验的主要过程如下:
图37-13
5在做“测定玻璃折射率n”实验时:
图37-14
(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面ab和cd时不慎碰了玻璃砖使它向ab方向平移了一些,如图37-14甲所示,以后的操作都正确,但画光路图时,将折射点确定在ab和cd上,则测出的n值将.
(2)水面形成的光斑的面积.(仅考虑直接由光源发出的光线)
图37-6
考点四测定玻璃的折射率
考向一实验原理与步骤
1.实验原理
实验原理图如图37-7所示,当光线AO1以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2B,从而求出折射光线O1O2和折射角θ2,再根据n= 算出玻璃的折射率.
高考物理一轮复习第十五单元光学电磁波相对论第1讲光的折射全反射学案新人教版
光的折射全反射一、考情分析1.本单元考查的热点有光的折射定律、折射率的计算、全反射的应用等,题型有选择、填空、计算等,难度中等偏下,光的折射与全反射的综合,以计算题的形式考查的居多.2.对于光学部分,分析几何光学中的折射、全反射和临界角问题时,应注意与实际应用的联系,作出正确的光路图.二、知识特点1.本单元知识与生活息息相关,光的反射、折射、色散等现象非常常见,全反射、光纤通信等应用广泛.2.本单元基本概念较少,但比较抽象难懂,如光的干涉、衍射、偏振等现象.学习过程中需加强理解、应用练习.3.电磁波、相对论知识较难理解,但考试要求只要求知道,后续知识理解留在大学.第1讲光的折射全反射考纲考情核心素养►光的折射定律Ⅱ►折射率Ⅰ►全反射、光导纤维Ⅰ►实验:测定玻璃的折射率►光的反射、光的折射、光的色散、折射率、全反射、临界角.物理观念全国卷5年11考高考指数★★★★★►测定玻璃的折射率.科学思维知识点一 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.如图所示.2.折射定律内容: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;入射角的正弦值与折射角的正弦值成正比.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角大,反之偏折角小.(2)定义式:n =sin θ1sin θ2.(3)计算公式:n =c v,因v <c ,故任何介质的折射率总大于1.知识点二 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,折射光线消失,只剩下反射光线的现象.2.条件:①光从光密介质射向光疏介质.②入射角大于临界角. 3.临界角:折射角等于90°时的入射角.若光从介质(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 =1n.介质的折射率越大,发生全反射的临界角越小.知识点三 光的色散1.光的色散现象:含有多种颜色的光被分解为单色光的现象.2.色散规律: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,即紫光偏折得更明显.当它们射到另一个界面时,紫光的偏折最大,红光的偏折最小.1.思考判断(1)光的传播方向发生改变的现象叫光的折射.( × ) (2)折射率跟折射角的正弦成正比.( × )(3)在水中,蓝光的传播速度大于红光的传播速度.( × ) (4)只要入射角足够大,就能发生全反射.( × ) (5)密度大的介质一定是光密介质.( × )2.如图所示,MN 是空气与某种液体的分界面,一束红光由空气射到分界面,一部分光被反射,一部分光进入液体中.当入射角是45°时,折射角为30°,则以下说法正确的是( C )A .反射光线与折射光线的夹角为120°B .该液体对红光的折射率为 3C .该液体对红光的全反射临界角为45°D .当紫光以同样的入射角从空气射到分界面时,折射角也是30°解析:反射角为45°,可求得反射光线与折射光线的夹角为105°,A 错误;该液体对红光的折射率n =sin45°sin30°=2,由sin C =1n ,可求得全反射临界角为45°,B 错误,C 正确;该液体对紫光的折射率更大,所以折射角小于30°,D 错误.3.(多选)光从介质a 射向介质b ,如果要在a 、b 介质的分界面上发生全反射,那么必须满足的条件是( AC )A .a 是光密介质,b 是光疏介质B .光在介质a 中的速度必须大于在介质b 中的速度C .光的入射角必须大于或等于临界角D .必须是单色光解析:发生全反射必须同时满足两个条件:①光从光密介质射向光疏介质,②入射角大于或等于临界角.而光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的小,且对光的颜色,以及单色光、复合光没有要求,故A 、C 正确,B 、D 错误.4.(多选)关于全反射,下列说法中正确的是( ACE ) A .光从光密介质射向光疏介质时可能发生全反射 B .光从光疏介质射向光密介质时可能发生全反射C .光从折射率大的介质射向折射率小的介质时可能发生全反射D .光从其传播速度大的介质射向其传播速度小的介质时可能发生全反射E .发生全反射时,入射角大于或等于全反射临界角解析:当光线从光密介质射向光疏介质时有可能发生全反射,由n =cv可知,光传播速度越大的介质,折射率越小,传播速度越小的介质,折射率越大,故A 、C 正确,B 、D 错误;发生全反射的条件之一是入射角大于或等于全反射临界角,E 正确.5.(多选)如图所示,两束不同频率的平行单色光a 、b 从水射入空气(空气折射率为1)发生如图所示的折射现象(α<β),下列说法正确的是( BCE )A .随着a 、b 入射角度的逐渐增加,a 先发生全反射B .水对a 的折射率比水对b 的折射率小C .在水中的传播速度v a >v bD .在空气中的传播速度v a >v bE .当a 、b 入射角为0°时,光线不偏折,但仍然发生折射现象解析:由于α<β,所以折射率n a 小于n b ,由n =c v知,在水中的传播速度v a >v b ,由sin C =1n知,随着a 、b 入射角的逐渐增大,b 先发生全反射,a 、b 在空气中的传播速度都是c ,故A 、D 错误,B 、C 正确;当a 、b 入射角为0°时,光线虽然不偏折,但仍然发生折射现象,故E 正确.考点1 折射定律 折射率1.对折射定律和折射率的理解及应用(1)折射率只由介质本身的光学性质和光的频率决定.由n =sin θ1sin θ2定义和计算,与入射角θ1、折射角θ2无关.(2)由n =c v可计算光的折射率,n 是光从真空射入某种介质的折射率.对两种介质来说,若n 1>n 2,则折射率为n 1的称为光密介质,折射率为n 2的称为光疏介质.(3)光从一种介质进入另一种介质时频率不变,波长改变,光速改变,可以根据v =λf 和n =cv判断. 2.光路的可逆性在光的折射现象中,光路是可逆的.如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上,光线就会逆着原来的入射光线发生折射.一半圆柱形透明物体横截面如图所示,底面AOB 镀银(图中粗线),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°,sin15°=6-24,求:(1)光线在M 点的折射角; (2)透明物体的折射率.【解析】 (1)如图所示为透明物体内部的光路图,Q 、M 点相对于底面EF 对称,Q 、P 和N 三点共线.设在M 点处,光的入射角为θ1,折射角为θ2,∠OMQ =α,∠PNF =β 根据题意有α=30°由几何关系得∠PNO =∠PQO =θ2 所以β+θ2=60°,且α+θ2=β 联立解得θ2=15°.(2)根据折射率公式有n =sin θ1sin θ2,解得n =6+22.【答案】 (1)15° (2)6+22高分技法光在介质中发生折射和反射问题的分析思路 1根据题意画出正确的光路图.2利用几何关系确定光路图中的边、角关系,注意入射角、折射角均是与法线的夹角. 3利用折射定律、折射率公式列式求解. 4充分考虑反射和折射现象中的光路可逆性.1.如图,一艘帆船静止在湖面上,帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m .距水面4 m 的湖底P 点发出的激光束,从水面出射后恰好照射到桅杆顶端,该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin 53°=0.8).已知水的折射率为43.(1)求桅杆到P 点的水平距离;(2)船向左行驶一段距离后停止,调整由P 点发出的激光束方向,当其与竖直方向夹角为45°时,从水面射出后仍照射在桅杆顶端,求船行驶的距离.解析:(1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1,到P点的水平距离为x2;桅杆高度为h1,P点处水深为h2;激光束在水中与竖直方向的夹角为θ.由几何关系有x1=tan53°①h1x2=tanθ②h2由折射定律有sin53°=n sinθ③设桅杆到P点的水平距离为x,则x=x1+x2④联立①②③④式并代入题给数据得x=7 m.⑤(2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时,从水面出射的方向与竖直方向夹角为i′,由折射定律有sin i′=n sin45°⑥设船向左行驶的距离为x′,此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1′,到P点的水平距离为x2′,则x1′+x2′=x′+x⑦x1′=tan i′⑧h1x2′=tan45°⑨h2联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得x′=(62-3) m≈5.5 m.⑩答案:(1)7 m (2)5.5 m考点2 全反射现象的理解和应用(1)如果光线从光疏介质进入光密介质,则无论入射角多大,都不会发生全反射现象.(2)光的全反射现象遵循光的反射定律,光路是可逆的.(3)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.(4)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.特别提醒:不同颜色的光的频率不同,在同一种介质中的折射率、光速也不同,发生全反射现象的临界角也不同.(2019·全国卷Ⅲ)如图,直角三角形ABC 为一棱镜的横截面,∠A =90°,∠B =30°.一束光线平行于底边BC 射到AB 边上并进入棱镜,然后垂直于AC 边射出.(1)求棱镜的折射率;(2)保持AB 边上的入射点不变,逐渐减小入射角,直到BC 边上恰好有光线射出.求此时AB 边上入射角的正弦.【解析】 (1)光路图及相关量如图所示光束在AB 边上折射,由折射定律得sin isin α=n ①式中n 是棱镜的折射率.由几何关系可知α+β=60° ② 由几何关系和反射定律得β=β′=∠B ③ 联立①②③式,并代入i =60°得n = 3. ④(2)设改变后的入射角为i ′,折射角为α′,由折射定律得 sin i ′sin α′=n ⑤依题意,光束在BC 边上的入射角为全反射的临界角θc ,且sin θc =1n⑥由几何关系得θc =α′+30° ⑦ 由④⑤⑥⑦式得入射角的正弦为sin i ′=3-22. ⑧ 【答案】 (1) 3 (2)3-22高分技法光的折射和全反射综合问题的分析思路1确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质.2若光由光密介质进入光疏介质,则根据sin C =1n确定临界角,看是否发生全反射.3根据题设条件,作出光路图.作图时要找出具有代表性的光线,如符合边界条件或全反射临界条件的光线.4运用光路的可逆性、对称性,寻找三角形全等或相似、三角函数等关系,进行判断推理、运算及变换,然后进行动态分析或定量计算.2.如图所示,ABCD 是一直角梯形棱镜的横截面,位于截面所在平面内的一束光线由O 点垂直AD 射入,已知棱镜的折射率n =2,AB =BC =8 cm,OA =3 cm,∠OAB =60°.求:(1)光线第一次射出棱镜时,出射光线的方向相对于入射光线MO 的偏角; (2)光线第一次射出棱镜时,出射点距C 点多远? 解析:(1)设发生全反射的临界角为C ,由折射定律可得sin C =1n,解得C =45°;光路图如图所示,由几何关系可知光线在AB 边和BC 边的入射角均为60°,均发生全反射,设光线在CD 边的入射角为α,折射角为β,由几何关系可得α=30°,小于临界角,光线第一次射出棱镜是在CD 边,由折射定律可得n =sin βsin α,解得β=45°,所以入射光偏转了135°.(2)如图MO 光线垂直于AD 进入棱镜;AO =3 cm,∠OAE =60°,AE =AOcos60°=6 cm因为在AB 面和BC 面发生全反射所以BE =BF =2 cm,又BC =8 cm,则FC =6 cm 由几何关系可知CG =FC tan30°=2 3 cm. 答案:(1)135° (2)2 3 cm考点3 光的色散1.光的色散(1)成因:棱镜材料对不同色光的折射率不同,对红光的折射率最小,红光通过棱镜后的偏折程度最小,对紫光的折射率最大,紫光通过棱镜后的偏折程度最大,从而产生色散现象.(2)现象:一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带.2.各种色光的比较颜色红橙黄绿青蓝紫频率ν低→高同一介质中的折射率小→大同一介质中的速度大→小波长大→小通过棱镜的偏折角小→大临界角大→小双缝干涉时的条纹间距大→小如图为半径为R的固定半圆形玻璃砖的横截面,O点为圆心,OO′为直径MN的垂线.足够大的光屏PQ紧靠在玻璃砖的右侧且与MN垂直.一束复色光沿半径方向与OO′成θ=30°角射向O点,已知复合光包含有折射率从n1=2到n2=3的光束,因而光屏上出现了彩色光带.(1)求彩色光带的宽度;(2)当复色光入射角逐渐增大时,光屏上的彩色光带将变成一个光点,求θ角至少为多少?【解析】 (1)设折射率为n 1和n 2的光线经玻璃砖折射后的折射角分别为β1和β2,则n 1=sin β1sin θ,n 2=sin β2sin θ, 代入数据得β1=45°,β2=60°, 故彩色光带的宽度为d =R tan(90°-β1)-R tan(90°-β2)=⎝ ⎛⎭⎪⎫1-33R ; (2)当复色光恰好全部发生全反射时,sin C =1n 1=12,即入射角θ=C =45°.【答案】 (1)⎝ ⎛⎭⎪⎫1-33R (2)45°3.(多选)如图所示,一束光射入平行玻璃砖后分成1、2两束,然后射出玻璃砖(射出光线没画),1、2两光对应的频率分别为ν1、ν2,玻璃砖对它们的折射率分别为n 1、n 2.下列说法正确的是( ACE )A .n 1>n 2B .ν1<ν2C .射出玻璃砖的两束光相互平行D .若增大入射光束的入射角,则2光先发生全反射E .无论怎样改变入射光束的入射角,1、2光均不会发生全反射解析:由n =sin isin r 可知,入射角i 相同,折射角r 1<r 2,所以n 1>n 2,故A 正确;由n 1>n 2可知,频率ν1>ν2,故B 错误;由于玻璃砖上下表面平行,所以两次折射的法线也平行,第一次的折射角等于第二次的入射角,所以出射光线与入射光线平行,进而两出射光线相互平行,故C 正确;因第二次的折射角等于第一次的入射角,所以第二次不会发生全反射,故D 错误,E 正确.考点4 实验:测定玻璃的折射率1.实验原理:用插针法找出与入射光线AO 对应的出射光线O ′B ,确定出O ′点,画出折射光线OO ′,然后测量出角θ1和θ2,代入公式n =sin θ1sin θ2计算玻璃的折射率.2.实验过程 (1)铺白纸、画线①如图所示,将白纸用图钉按在平木板上,先在白纸上画出一条直线aa ′作为界面,过aa ′上的一点O 画出界面的法线MN ,并画一条线段AO 作为入射光线.②把玻璃砖平放在白纸上,使它的长边跟aa ′对齐,画出玻璃砖的另一条长边bb ′. (2)插针与测量①在线段AO 上竖直地插上两枚大头针P 1、P 2,透过玻璃砖观察大头针P 1、P 2的像,调整视线的方向,直到P 1的像被P 2挡住,再在观察的这一侧依次插两枚大头针P 3、P 4,使P 3挡住P 1、P 2的像,P 4挡住P 1、P 2的像及P 3,记下P 3、P 4的位置.②移去玻璃砖,连接P 3、P 4并延长交bb ′于O ′,连接OO ′即为折射光线,入射角θ1=∠AOM ,折射角θ2=∠O ′ON .③用量角器测出入射角和折射角,查出它们的正弦值,将数据填入表格中. ④改变入射角θ1,重复以上实验步骤,列表记录相关测量数据.在“测定玻璃的折射率”实验中,某同学经正确操作插好了4枚大头针,如图甲所示.(1)在图乙中画出完整的光路图.(2)对你画出的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n =________(保留三位有效数字).(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象,某同学做了两次实验,经正确操作插好了8枚大头针,如图丙所示.图中P 1和P 2是同一入射光线上的2枚大头针,其对应出射光线上的2枚大头针是P 3和________(选填“A ”或“B ”).【解析】 (1)如图所示.(2)用量角器测出入射角i 与折射角r ,根据折射定律n =sin isin r 得出结果;或者利用坐标纸结合入射角和折射角画两个直角三角形,然后用刻度尺测出所对应的直角边和斜边的长度,进一步计算出正弦值,再代入折射定律公式即可.(3)由图可知,由于入射光线比较靠近玻璃砖的右边,经过上表面折射后,再经过右侧折射出来,故应该通过A 点.【答案】 (1)如图所示(2)1.53(1.50~1.56均可) (3)A 高分技法计算折射率的常用方法(1)计算法:用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.算出不同入射角时的sin θ1sin θ2,并取平均值.(2)作sin θ1sin θ2图象:改变不同的入射角θ1,测出不同的折射角θ2,作sin θ1sin θ2图象,由n =sin θ1sin θ2可知图象应为直线,如图所示,其斜率就是玻璃折射率.(3)“单位圆法”确定sin θ1、sin θ2,计算折射率n .以入射点O 为圆心,以一定长度R 为半径画圆,交入射光线OA 于E 点,交折射光线OO ′于E ′点,过E 作NN ′的垂线EH ,过E ′作NN ′的垂线E ′H ′.如图所示,sin θ1=EH OE ,sin θ2=E ′H ′OE ′,OE =OE ′=R ,则n =sin θ1sin θ2=EHE ′H ′.只要用刻度尺测出EH 、E ′H ′的长度就可以求出n .4.在做“测定玻璃折射率n ”实验时:(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面ab 和cd 时不慎碰了玻璃砖使它向ab 方向平移了一些,如图甲所示,以后的操作都正确,但画光路图时,将折射点确定在ab 和cd 上,则测出的n 值将不变.(2)乙同学为了避免笔尖接触玻璃砖的界面,画出的a ′b ′和c ′d ′都比实际界面向外侧平移了一些,如图乙所示,以后的操作均正确,画光路图时将入射点和折射点都确定在a ′b ′和c ′d ′上,则所测得的n 值将偏小.(3)丙同学在操作和作图时均无失误,但所用玻璃砖的两个界面明显不平行,这时测出的n 值将不受影响.解析:(1)玻璃砖平移以后,测量的折射角不变,入射角相同,故测得的折射率将不变. (2)乙同学的操作使入射角相同,所画出的折射角比实际折射角偏大,由n =sin isin r 知,测得的折射率偏小.(3)同样可根据入射光线和出射光线确定玻璃砖内折射光线,从而确定入射角和折射角,只要第二个界面不发生全反射即可,测出的折射率不受影响.。
全品复习方案高考物理大一轮复习第单元光学电磁波相对论听课
全品复习方案高考物理大一轮复习第单元光学电磁波相对论听课嘿,同学们,咱们今天来聊聊高考物理中的光学、电磁波和相对论这一单元,这可是物理考试的重点内容,咱们得好好复习。
下面,我就结合自己的10年方案写作经验,给大家梳理一下这一单元的复习方案。
咱们得明确光学、电磁波和相对论这三个部分的核心内容。
一、光学光学部分主要包括光的性质、光的传播、光的反射和折射、光的干涉和衍射等。
这部分内容的关键是理解光的波动性和粒子性,以及光的传播规律。
1.光的性质:光是一种电磁波,具有波动性和粒子性。
要掌握光的波长、频率、速度等基本概念。
2.光的传播:光在均匀介质中沿直线传播,遇到不同介质时会发生反射和折射。
要熟悉反射定律和折射定律,并能运用这些定律解决实际问题。
3.光的反射和折射:反射和折射是光学中的基本现象,要掌握反射和折射的规律,以及相关的计算方法。
4.光的干涉和衍射:干涉和衍射是光的波动性的表现,要了解干涉和衍射的原理,并能运用这些原理解释一些现象。
二、电磁波电磁波是电场和磁场在空间中的传播,具有波动性。
电磁波部分主要包括电磁波的产生、传播、接收和应用。
1.电磁波的产生:电磁波是由振荡电路产生的,要了解振荡电路的工作原理。
2.电磁波的传播:电磁波在空间中传播,速度为光速。
要熟悉电磁波的传播特性。
3.电磁波的接收:电磁波的接收是通过天线和接收电路实现的,要了解接收电路的工作原理。
4.电磁波的应用:电磁波在通信、广播、雷达等领域有广泛应用,要了解这些应用的基本原理。
三、相对论相对论是物理学中的重要理论,主要包括狭义相对论和广义相对论。
这部分内容的关键是理解时间和空间的关系。
1.狭义相对论:狭义相对论提出了质量、时间和空间的关系,要掌握质量、时间膨胀和长度收缩的概念。
2.广义相对论:广义相对论提出了引力场和时空的关系,要了解引力场的概念和引力场的计算方法。
我们来说说具体的复习策略。
1.理解基本概念:光学、电磁波和相对论中的基本概念是解决问题的基石,一定要搞懂每个概念的含义。
近年高考物理一轮复习第十五章光电磁波与相对论第3讲实验:测定玻璃的折射率学案(2021年整理)
2019版高考物理一轮复习第十五章光电磁波与相对论第3讲实验:测定玻璃的折射率学案编辑整理:尊敬的读者朋友们:这里是精品文档编辑中心,本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的,发布之前我们对文中内容进行仔细校对,但是难免会有疏漏的地方,但是任然希望(2019版高考物理一轮复习第十五章光电磁波与相对论第3讲实验:测定玻璃的折射率学案)的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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第3讲实验:测定玻璃的折射率微知识1 实验目的1.测定玻璃的折射率。
2.学会用插针法确定光路。
微知识2 实验原理如图所示,当光线AO以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B,从而求出折射光线OO′的折射角θ2,再根据n=错误!或n=错误!算出玻璃的折射率。
微知识3 实验器材玻璃砖,白纸,木板,大头针,图钉,量角器(或圆规),三角板,铅笔。
微知识4 实验步骤1.把白纸用图钉钉在木板上。
2.在白纸上画出一条直线aa′作为界面,画一条线段AO作为入射光线,并过O点画出界面aa′的法线NN′(如图所示)。
3.把长方形的玻璃砖放在白纸上,使它的一条边跟aa′对齐,并画出玻璃砖的另一界面bb′。
4.在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2。
5.在玻璃砖的bb′一侧竖直地插上大头针P3,用眼睛观察并调整视线,使P3能同时挡住P1和P2的像.6.同样的,在玻璃砖的bb′一侧再竖直地插上大头针P4,使P4能挡住P本身和P1、P2的像。
37.记下P3、P4的位置,移去玻璃砖和大头针,过P3、P4引直线O′B与bb′交于O′点,连接OO′,OO′就是玻璃砖内的折射光线的方向,入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O′ON′.8.用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的度数。
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第15单元 光学 电磁波 相对论高考热点统计 要求 2014年2015年 2016年 2017年 高考基础要求及冷点统计Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ 光的折射定律Ⅱ34(2) 34(2)34(1) 34(2)34(2) 34(2) 34(2) 34(2)狭义相对论的基本假设、质能关系(Ⅰ)实验:测定玻璃的折射率电磁波的产生包括了麦克斯韦电磁波理论,需要引起注意.相对论在近些年全国卷考查中是冷点. 折射率、全反射、光导纤维、光的干涉、衍射和偏振现象 Ⅰ 34(2) 34(2) 34(1) 34(2) 34(2) 34(2) 34(2) 34(2)电磁波的产生、发射、传播和接收、电磁波谱Ⅰ 34(1)实验:用双缝干涉测量光的波长34(1) 34(1)考情分析1.本章考查的热点有光的折射定律、折射率的计算、全反射的应用等,题型有选择、填空、计算等,难度中等偏下,光的折射与全反射的综合,以计算题的形式考查的居多。
2.对于光学部分,分析几何光学中的折射、全反射和临界角问题时,应注意与实际应用的联系,作出正确的光路图;3.电磁波和相对论部分,以考查基本概念及对规律的简单理解为主,不可忽视任何一个知识点.第37讲 光的折射、全反射一、光的折射定律1.折射现象:光从一种介质进入另一种介质时传播方向 的现象.2.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 ;入射角的正弦与 成正比.(2)表达式:=n 12(θ1、θ2分别为入射角和折射角,n 12是比例常数).二、折射率1.定义:光从真空射入某种介质发生折射时, 与 之比,叫作这种介质的折射率.2.定义式:n= .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= ,因为v<c ,所以任何介质的折射率都大于 .对两种介质来说,若n 1>n 2,则折射率为n 1的介质称为光密介质,折射率为n 2的介质称为光疏介质.4.物理意义:折射率是表示光从一种介质进入另一种介质时,发生偏折程度的物理量,与入射角θ1及折射角θ2的大小无关. 三、全反射1.定义:光从光密介质入射到光疏介质的分界面上时,当 增大到某一角度时,折射光线消失,只剩下反射光线的现象.2.条件:①光从 介质射向 介质;②入射角 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= .4.应用:全反射棱镜、.四、光的色散1.光的色散:含有多种颜色的光被分解为的现象叫作光的色散.白光通过三棱镜会分解为红、橙、、绿、、靛、紫七种单色光.2.光谱:含有多种颜色的光被分解后,各种色光按其波长的排列.【思维辨析】(1)无论是折射光路,还是全反射光路都是可逆的.()(2)光线从光疏介质进入光密介质,入射角等于临界角时发生全反射现象.()(3)若光从空气中射入水中,它的传播速度一定增大.()(4)在同一种介质中,光的频率越大,折射率越大.()(5)折射率跟折射角的正弦成正比.()(6)只要入射角足够大,就能发生全反射.()(7)折射定律是托勒密发现的. ()(8)密度大的介质一定是光密介质.()考点一全反射现象的理解及应用1.对全反射的理解(1)光的反射和全反射现象均遵循光的反射定律,光路均是可逆的.(2)光线射向两种介质的界面时,往往同时发生折射和反射现象,但在全反射现象中只发生反射现象,不发生折射现象,当折射角等于90°时,实际上就已经没有折射光线了.(3)从能量角度分析,光从光密介质射向光疏介质时,随着入射角增大,反射光的能量增强,折射光的能量减弱,当入射角增大到临界角时,折射光的能量减小到零,发生全反射现象,折射光线消失.2.解题思路(1)画出恰好发生全反射的光路图;(2)利用几何关系找出临界角;(3)判断发生全反射的范围.1 如图37-1所示,玻璃球冠的折射率为,其底面镀银,底面的半径是球半径的;在过球心O且垂直于底面的平面(纸面)内,有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点,该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点.求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角.图37-1式题1 [2014·全国卷Ⅱ]一厚度为h的大平板玻璃水平放置,其下表面贴有一半径为r的圆形发光面,在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片,圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上,已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射),求平板玻璃的折射率.式题2 [2013·全国卷Ⅱ]如图37-2所示,三棱镜的横截面为直角三角形ABC,∠A=30°,∠B=60°.一束平行于AC边的光线自AB边的P点射入三棱镜,在AC边发生反射后从BC边的M点射出.若光线在P点的入射角和在M点的折射角相等.(1)求三棱镜的折射率;(2)在三棱镜的AC边是否有光线透出?写出分析过程.(不考虑多次反射)图37-2考点二光的色散1.光速与波长、频率的关系光速v与波长λ、频率f的关系为v=λf.光从一种介质进入另一种介质时,频率不变,波长改变,光速改变.2.各种色光的比较2 (多选)[2015·全国卷Ⅱ]如图37-3所示,一束光沿半径方向射向一块半圆形玻璃砖,在玻璃砖底面上的入射角为θ,经折射后射出a、b两束光线,则()图37-3A.在玻璃中,a光的传播速度小于b光的传播速度B.在真空中,a光的波长小于b光的波长C.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D.若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大,则折射光线a首先消失E.分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验,a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距式题 [2015·四川卷]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37-4所示.a、b光相比 ()图37-4A.玻璃对a光的折射率较大B.玻璃对a光的临界角较小C.b光在玻璃中的传播速度较小D.b光在玻璃中的传播时间较短考点三折射定律与全反射综合求解光的折射与全反射的综合问题时,要抓住折射定律和发生全反射的条件这两个关键.基本思路如下:(1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质.(2)判断入射角是否大于临界角,明确是否发生全反射现象.(3)画出反射、折射或全反射的光路图,必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图,然后结合几何知识进行推断和求解相关问题.(4)折射率n是讨论折射和全反射问题的重要物理量,是联系各物理量的桥梁,对跟折射率有关的所有关系式应熟练掌握.3 [2017·全国卷Ⅰ]如图37-5所示,一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体,O点为球心;下半部是半径为R、高为2R的圆柱体,圆柱体底面镀有反射膜.有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入,该光线与OC之间的距离为0.6R.已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射).求该玻璃的折射率.图37-5式题 [2017·陕西五校三模]如图37-6所示为一巨大的玻璃容器,容器底部有一定的厚度,容器中装一定量的水,在容器底部有一单色点光源,已知水对该光的折射率为,玻璃对该光的折射率为1.5,容器底部玻璃的厚度为d,水的深度也为d.求:(1)该光在玻璃和水中传播的速度;(光在真空中的传播速度为c)(2)水面形成的光斑的面积.(仅考虑直接由光源发出的光线)图37-6考点四测定玻璃的折射率考向一实验原理与步骤1.实验原理实验原理图如图37-7所示,当光线AO1以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2B,从而求出折射光线O1O2和折射角θ2,再根据n=算出玻璃的折射率.图37-72.实验步骤(1)用图钉把白纸固定在木板上.(2)在白纸上画一条直线aa',并取aa'上的一点O1为入射点,作过O1点的法线NN'.(3)画出线段AO1作为入射光线,并在AO1上插上P1、P2两根大头针.(4)在白纸上放上玻璃砖,使玻璃砖的一条长边与直线aa'对齐,并画出另一条长边的对齐线bb'.(5)眼睛在bb'的一侧透过玻璃砖观察两根大头针并调整视线方向,使P1的像被P2的像挡住,然后在眼睛这一侧插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,再插上P4,使P4挡住P1、P2的像和P3.(6)移去玻璃砖,拔去大头针,由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O2B及出射点O2,连接O1、O2得线段O1O2.(7)用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.(8)改变入射角,重复实验,算出不同入射角时的,并取平均值.4 在“测定玻璃的折射率”实验中,某同学经正确操作插好了4枚大头针,如图37-8所示.图37-8(1)在图37-9中画出完整的光路图.图37-9(2)对你画出的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n= (保留三位有效数字).(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象,某同学做了两次实验,经正确操作插好了8枚大头针,如图37-10所示.图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针,其对应出射光线上的2枚大头针是P3和(选填“A”或“B”).图37-10式题某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率(如图37-11所示).实验的主要过程如下:图37-11A.把白纸用图钉固定在木板上,在白纸上作出直角坐标系xOy,在白纸上画一条线段AO表示入射光线.B.把半圆形玻璃砖M放在白纸上,使其底边aa'与x轴重合.C.用一束平行于纸面的激光从y>0区域沿y轴负方向射向玻璃砖,并沿x轴方向调整玻璃砖的位置,使这束激光从玻璃砖底面射出后,仍沿y轴负方向传播.D.在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2.E.在坐标系y<0的区域内竖直地插上大头针P3,并使得从P3一侧向玻璃砖方向看去,P3能同时挡住P1和P2的像.F.移开玻璃砖,连接O、P3,用圆规以O点为圆心画一个圆(如图中虚线所示),此圆与AO线交点为B,与OP3线的交点为C.确定出B点到x轴、y轴的距离分别为y1、x1,C点到x轴、y轴的距离分别为y2、x2.(1)若实验中该同学没有将玻璃砖的底边aa'与x轴重合,而是向y>0方向侧移了一些,这将导致所测的玻璃折射率与其真实值相比(选填“偏大”“不变”或“偏小”).(2)若实验中该同学在y<0的区域内,从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2,为能透过玻璃砖看到P1、P2,应采取的措施是: .■注意事项(1)实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O1、P3与O2之间距离要稍大一些.(2)入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°).太大:反射光较强,折射光较弱;太小:入射角、折射角测量的相对误差较大.(3)操作时,手不能触摸玻璃砖的光学面,更不能把玻璃砖界面当尺子画界线.(4)实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变.(5)玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5 cm以上,若宽度太小,则测量误差较大.考向二数据处理与误差分析处理数据的3种方法:(1)计算法:用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.算出不同入射角时的,并取平均值.(2)图像法:改变不同的入射角θ1,测出不同的折射角θ2,作sin θ1-sin θ2图像,由n=可知图像应为直线,如图37-12所示,其斜率为折射率.图37-12(3)单位圆法:以入射点O为圆心,以一定长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线OO'于E'点,过E作NN'的垂线EH,过E'作NN'的垂线E'H'.如图37-13所示,sin θ1=,sin θ2=,OE=OE'=R,则n=.只要用刻度尺测出EH、E'H'的长度就可以求出n.图37-135 在做“测定玻璃折射率n”实验时:图37-14(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面ab和cd时不慎碰了玻璃砖使它向ab方向平移了一些,如图37-14甲所示,以后的操作都正确,但画光路图时,将折射点确定在ab和cd上,则测出的n值将.(2)乙同学为了避免笔尖接触玻璃砖的界面,画出的a'b'和c'd'都比实际界面向外侧平移了一些,如图乙所示,以后的操作均正确,画光路图时将入射点和折射点都确定在a'b'和c'd'上,则所测出的n值将.(3)丙同学在操作和作图时均无失误,但所用玻璃砖的两个界面明显不平行,这时测出的n值将.式题某校开展研究性学习,某研究小组根据光学知识,设计了一个测液体折射率的仪器.如图37-15所示,在一个圆盘上,过其圆心O作两条相互垂直的直径BC、EF.在半径OA上,垂直盘面插上两枚大头针P1、P2并保持位置不变.每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中,而且总使得液面与直径BC相平,EF作为界面的法线,而后在图中右上方区域观察P1、P2,在圆周EC部分插上P3,使P3挡住P1、P2的像.同学们通过计算,预先在圆周EC部分刻好了折射率的值,这样只要根据P3所插的位置,就可以直接读出液体折射率的值.图37-15(1)若∠AOF=30°,OP3与OC之间的夹角为30°,则P3处刻的折射率的值为.(2)图中P3、P4两处,对应折射率大的是.(3)作AO的延长线交圆周于K,K处对应的折射率为.■注意事项(1)入射光线、出射光线确定的准确性造成误差,故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些.(2)入射角和折射角的测量造成误差,故入射角应适当大些,以减小测量的相对误差.第38讲光的波动性电磁波相对论一、光的干涉1.定义:在两列光波叠加的区域,某些区域相互加强,出现条纹,某些区域相互减弱,出现条纹,且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.2.条件:两束光的频率、相位差恒定.3.双缝干涉图样特点:单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹;白光照射时,中央为条纹,其余为条纹.二、光的衍射1.定义:光在传播的过程中遇到障碍物时,直线传播绕到障碍物阴影里去的现象.2.发生明显衍射的条件:障碍物或小孔的尺寸跟光的波长,甚至比光的波长时,衍射现象明显.3.衍射图样特点(1)单缝衍射:单色光的衍射图样为中间宽且亮的单色条纹,两侧是明暗相间的条纹,条纹宽度比中央窄且暗;白光的衍射图样为中间宽且亮的白条纹,两侧是渐窄且暗的彩色条纹.(2)圆孔衍射:明暗相间的不等距圆环.(3)圆盘衍射:明暗相间的不等距圆环,中心有一亮斑称为亮斑(证实光的波动性).三、光的偏振1.自然光:包含着在垂直于传播方向上沿振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同.2.偏振光:在垂直于光的传播方向的平面上,只沿着某个的方向振动的光.3.光的偏振现象说明光是一种波.四、电磁场与电磁波1.麦克斯韦电磁场理论:变化的磁场能够在周围空间产生,变化的电场能够在周围空间产生.2.电磁波:由近及远地传播形成电磁波.电磁波是波,在空间传播不需要依靠介质.真空中电磁波的速度为 m/s;电磁波的传播速度v等于波长λ和频率f的乘积,即v= .3.电磁波谱:按照电磁波的或的大小顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱.按波长由长到短排列的电磁波谱为:无线电波、红外线、、紫外线、X射线、γ射线.五、相对论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的.【思维辨析】(1)光的颜色由光的频率决定.()(2)只有频率相同的两列光波才能产生干涉.()(3)在“双缝干涉”实验中,双缝的作用是使白光变成单色光.()(4)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的. ()(5)自然光是偏振光.()(6)电场周围一定存在磁场,磁场周围一定存在电场.()(7)无线电波不能发生干涉和衍射现象.()(8)波长不同的电磁波在本质上完全不同.()(9)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的.()【物理学史】17世纪下半叶,以牛顿为首的“粒子说”和以惠更斯为首的“波动说”都能解释几何光学问题,但大家更倾向“粒子说”.19世纪初,波动光学初步形成,其中托马斯·杨圆满地解释了“薄膜颜色”和双狭缝干涉现象,大家又倾向“波动说”.典型实验证据有:双缝干涉、单缝衍射、泊松亮斑、薄膜干涉、偏振等.1860年前后,麦克斯韦预言光就是一种电磁波,并且这个结论在1888年被赫兹的实验证实.但是同时赫兹发现了光电效应,特别是1905年爱因斯坦运用量子论解释了光电效应,这又支持了光的“粒子性”,后来还有康普顿效应.所以,光的本质是电磁波,但具有波粒二象性.最终人们意识到任何物体都有波粒二象性,即存在物质波.考点一光的双缝干涉现象1.亮、暗条纹的条件(1)亮条纹:屏上观察点到双缝的路程差等于波长的整数倍,即Δs=nλ(n=0,1,2,…).(2)暗条纹:屏上观察点到双缝的路程差等于半波长的奇数倍,即Δs=λ(n=0,1,2,…).2.条纹间距:Δx=λ,其中L是双缝到光屏的距离,d是双缝间的距离,λ是光的波长.1 [2017·成都模拟]如图38-1所示,在“双缝干涉”实验中,S1和S2为双缝,P是光屏上的一点,已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10-6 m,今分别用A、B两种单色光在空气中做“双缝干涉”实验,问P点是亮条纹还是暗条纹?(1)已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为4×10-7 m;(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10-7 m,当B光从这种介质射向空气时,临界角为37°;(sin37°=0.6,cos 37°=0.8)(3)若用A光照射时,把其中一条缝遮住,试分析光屏上能观察到的现象.图38-1式题一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到干涉条纹,除中央白色亮纹外,两侧还有彩色条纹,其原因是()A.各色光的波长不同,因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同B.各色光的速度不同,因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同C.各色光的强度不同,因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同D.上述说法都不正确考点二用双缝干涉实验测量光的波长考向一实验原理与实验操作1.实验原理单色光通过单缝后,经双缝产生稳定的干涉图样,图样中相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与双缝间的距离d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ之间满足λ=.2.实验步骤(1)安装仪器①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如图38-2所示.图38-2②接好光源,打开开关,使白炽灯正常发光.调节各部件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏.③安装单缝和双缝,中心位于遮光筒的轴线上,使双缝和单缝相互平行.(2)观察与记录①调整单缝与双缝间距为几厘米时,观察白光的干涉条纹.②在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹.③调节测量头,使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上的示数a1;转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻度线与第n条亮条纹中心对齐时,记下手轮上的示数a2,则相邻两亮条纹间的距离Δx=.④换用不同的滤光片,测量其他色光的波长.2 现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件,要把它们放在如图38-3所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长.图38-3(1)将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,由左至右,表示各光学元件的字母排列顺序应为C、、、、A.(2)本实验的步骤有:①取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度,使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮;②按合理的顺序在光具座上放置各光学元件,并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上;③用刻度尺测量双缝到屏的距离;④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离.在操作步骤②时还应注意和.式题在观察光的双缝干涉现象的实验中:(1)将激光束照在如图38-4甲所示的双缝上,在光屏上观察到的现象是图乙中的.图38-4(2)换用间距更小的双缝,保持双缝到光屏的距离不变,在光屏上观察到的干涉条纹将;保持双缝间距不变,减小光屏到双缝的距离,在光屏上观察到的干涉条纹将.(均选填“变宽”“变窄”或“不变”)■注意事项(1)光源灯丝最好是线状灯丝,并与单缝平行且靠近;(2)实验时应调整光源、单缝、双缝和光屏、测量头共轴,单缝和双缝安装时应竖直且相互平行,遮光筒的轴线要与光具座导轨平行,若不共轴或单缝与双缝不平行,则会引起干涉条纹亮度小、不清晰,不便于观察和测量;(3)白光干涉观察到的是彩色条纹,中央亮条纹的中间部分是白色,边缘是红色.考向二数据处理与误差分析3 [2015·全国卷Ⅰ] (1)在双缝干涉实验中,分别用红色和绿色的激光照射同一双缝,在双缝后的屏幕上,红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比,Δx1(选填“>”“=”或“<”)Δx2.若实验中红光的波长为630 nm,双缝到屏幕的距离为1.00 m,测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm,则双缝之间的距离为mm.式题 [2017·厦门联考]在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,实验装置如图38-5所示.图38-5(1)某同学以线状白炽灯为光源,对实验装置进行调节并观察了实验现象后,总结出以下几点:A.灯丝与单缝和双缝必须平行放置B.干涉条纹与双缝垂直C.干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关D.干涉条纹的间距与光的波长有关以上几点中,你认为正确的是.(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时,手轮上的示数如图38-6甲所示,其读数为mm.图38-6(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图38-6乙所示.则在这种情况下来测量干涉条纹的间距Δx时,测量值(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值.■注意事项光波波长很小,Δx、L的测量对波长λ的影响很大.L用毫米刻度尺测量,Δx用测量头上的游标尺测量.实验时可测多条亮条纹间距求Δx及采用多次测量求λ的平均值法减小误差.应注意:(1)干涉条纹应调整到最清晰的程度;(2)Δx不是亮(暗)条纹的宽度;(3)分划板刻线应与干涉条纹平行,中心刻线应恰好位于条纹中心;(4)测量多条亮条纹间的距离时,此间距中的条纹数应准确.考点三薄膜干涉的理解及应用1.薄膜干涉如图38-7所示,竖直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形,光照射到薄膜上时,在膜的前表面AA'和后表面BB'分别反射回来,形成两列频率相同的光波,并且叠加.图38-7(1)在P1、P2处,从两个表面处反射回来的两列光波的路程差Δx等于波长的整数倍,即Δx=nλ(n=0,1,2,…),薄膜上出现亮条纹.(2)在Q处,从两个表面处反射回来的两列光波的路程差Δx等于半波长的奇数倍,即Δx=(2n+1)(n=0,1,2,…),薄膜上出现暗条纹.2.薄膜干涉的应用(1)检查精密零件的表面是否平整如图38-8所示,将被检查平面和放在上面的透明标准样板的一端之间垫一薄片,使标准样板的平面与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表面a和下表面b反射出两列光波叠加,从反射光中看到干涉条纹,根据干涉条纹的形状来确定工件表面的情况.图38-8若被检查平面平整则干涉图样是等间距明暗相间的平行直条纹.若某处凹下,则对应亮(暗)条纹提前出现,如图38-9甲所示;若某处凸起,则对应亮(暗)条纹延后出现,如图乙所示.图38-9。