高考物理復(fù)習(xí) 高效學(xué)習(xí)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(dǎo)航考綱展示1 光的折射定律 2 折射率 3 全反射 光導(dǎo)纖維 4 光的干涉 衍射和偏振現(xiàn)象 5 變化的磁場產(chǎn)生電場 變化的電場產(chǎn)生磁場 電磁波及其傳播 6 電磁波的產(chǎn)生 發(fā)射和接收 7 電磁波譜 8 狹義相對論的基本假設(shè) 9 質(zhì)速關(guān)系 質(zhì)能關(guān)系 10 相對論質(zhì)能關(guān)系式 實(shí)驗(yàn)十四 測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)十五 用雙縫干涉測光的波長 權(quán)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(jì)算為復(fù)習(xí)重點(diǎn) 3 掌握光的折射和全反射的應(yīng)用 如光導(dǎo)纖維 棱鏡和光的色散 此知識點(diǎn)在高考中的命題頻率最高 應(yīng)引起高度重視 4 掌握光的折射率與光的頻率的關(guān)系及光的傳播速度 波長在介質(zhì)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(yīng)用 6 實(shí)驗(yàn) 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(chǎn)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(nèi)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(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì) 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(cè) 入射角的正弦與折射角的正弦成 數(shù)學(xué)表達(dá)式 常數(shù) 面內(nèi) 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(zhì)的交界面上時(shí) 光線被反射回原介質(zhì)的現(xiàn)象 2 出現(xiàn)全反射的條件 1 光線由介質(zhì)射向介質(zhì) 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(shí) 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(dāng)光從水中或玻璃中射到空氣泡的界面處時(shí) 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(shè)地球表面不存在大氣層 那么人們觀察到的日出時(shí)刻與實(shí)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?qū)⑻崆?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(diǎn)的人將在太陽到達(dá)a 點(diǎn)時(shí)才看到日出 而地球表面有大氣層時(shí) 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(jìn)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(rèn)為光是沿直線傳播的 則認(rèn)為太陽位于地平線上的a 點(diǎn) 而此時(shí)太陽還在地平線以下 相當(dāng)于日出時(shí)刻提前了 所以無大氣層時(shí)日出的時(shí)間將延后 4 一束復(fù)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(shè)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(jì)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(shí)發(fā)生了色散 射出的可見光分布在a點(diǎn)和b點(diǎn)之間 如圖 則 a 從a點(diǎn)射出的光是紅光 從b點(diǎn)射出的光是紫光b 從a點(diǎn)射出的光是紫光 從b點(diǎn)射出的光是紅光c 從a點(diǎn)和b點(diǎn)射出的光都是紅光 從ab中點(diǎn)射出的光是紫光d 從a點(diǎn)和b點(diǎn)射出的光都是紫光 從ab中點(diǎn)射出的光是紅光解析b對于光疏三棱鏡 當(dāng)光線從一側(cè)面射入 從另一側(cè)面射出時(shí) 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(cuò) 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(zhì) 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(zhì)中的傳播速度為 要點(diǎn)一光的折射定律和折射率1 折射定律 1 內(nèi)容 折射光線與入射光線 法線處在同一平面內(nèi) 折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè) 入射角的正弦與折射角的正弦成正比 3 光密介質(zhì)與光疏介質(zhì) 1 光密介質(zhì) 折射率較大的介質(zhì) 2 光疏介質(zhì) 折射率較小的介質(zhì) 3 光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對的 同種介質(zhì)相對不同介質(zhì)可能是光密介質(zhì) 也可能是光疏介質(zhì) 3 折射率與介質(zhì)的密度沒有關(guān)系 光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì) 4 同一種介質(zhì)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(shí)質(zhì) 光學(xué)器件對入射的光線 在界面上 可能多個(gè) 發(fā)生的折射 反射 全反射 可能多次 2 方法 充分運(yùn)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(jié)合幾何關(guān)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(shí)際應(yīng)用 2 不同顏色的光由于頻率不同 在同一介質(zhì)中的折射率 光速不同 發(fā)生全反射時(shí)的臨界角也不同 例1 2011 全國新課標(biāo)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(nèi)從m點(diǎn)入射 經(jīng)過ab面反射后從n點(diǎn)射出 已知光線在m點(diǎn)的入射角為30 moa 60 nob 30 求 1 光線在m點(diǎn)的折射角 2 透明物體的折射率 解析 1 如圖 透明物體內(nèi)部的光路為折線mpn q m點(diǎn)相對于底面ab對稱 q p和n三點(diǎn)共線 設(shè)在m點(diǎn)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(guān)系得 pno pqo r 于是 60 且 由 式得r 15 要點(diǎn)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(zhì)射入光疏介質(zhì) 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(yīng)用全反射棱鏡 光導(dǎo)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(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面上時(shí) 往往同時(shí)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(dāng)折射角等于90 時(shí) 實(shí)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(dāng)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí) 在入射角逐漸增大的過程中 反射光的能量逐漸增強(qiáng) 折射光的能量逐漸減弱 當(dāng)入射角等于臨界角時(shí) 折射光的能量已經(jīng)減弱為零 這時(shí)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(shí) 紅光和紫光的折射角不同 就是說紫光偏折得更明顯些 當(dāng)它們射出另一個(gè)界面時(shí) 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(xué)問題應(yīng)先準(zhǔn)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(xué)問題時(shí)應(yīng)充分利用光的可逆性 對稱性 相似性等幾何關(guān)系 例2 2011 山東理綜 如圖所示 扇形aob為透明柱狀介質(zhì)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(zhì) 經(jīng)oa折射的光線恰平行于ob 1 求介質(zhì)的折射率 2 折射光線中恰好射到m點(diǎn)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(diǎn)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(shí)針方向逐漸偏轉(zhuǎn) 則紅光首先射出ab面b 使入射光按圖中的順時(shí)針方向逐漸偏轉(zhuǎn) 則紫光首先射出ab面c 使入射光按圖中的逆時(shí)針方向逐漸偏轉(zhuǎn) 則紅光首先射出ab面d 使入射光按圖中的逆時(shí)針方向逐漸偏轉(zhuǎn) 則紫光首先射出ab面 解析a當(dāng)入射光按順時(shí)針方向逐漸偏轉(zhuǎn)時(shí) 進(jìn)入棱鏡中的折射光線也按順時(shí)針方向逐漸偏轉(zhuǎn) 它再射到ab面上時(shí)的入射角將逐漸變小 減小到臨界角以下時(shí) 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(shí)針方向逐漸偏轉(zhuǎn)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(dāng)入射光按逆時(shí)針方向逐漸偏轉(zhuǎn)時(shí) 射到ab面上時(shí)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(shí)現(xiàn)光纖在世博園區(qū)內(nèi)的全覆蓋 世博會期間來自于四面八方的人們隨時(shí)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(shí)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(gè)條件 一是入射角不小于臨界角 二是從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì) 1 大氣中有一種叫 蒙氣差 的光現(xiàn)象 以下關(guān)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(shí)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(shí)際的位置低一些 c 這種光現(xiàn)象中的 蒙氣差 效應(yīng) 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(yīng) 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(gè)氣層進(jìn)入下一個(gè)氣層時(shí) 要折向法線方向 結(jié)果 我們看到星星的位置比它的實(shí)際位置要高一些 這種效應(yīng)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(shí)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(shí)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(yuǎn)離了法線 光線進(jìn)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(jìn)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