《精品》2019年高考物理备考中等生百日捷进提升系列专题17光学电磁波相对论含解析7

专题17 光学 电磁波 相对论第一部分名师综述综合分析近几年的高考物理试题发现，试题在考查主干知识的同时，注重考查基本概念和基本规律。

考纲要求（1）理解折射率的概念，掌握光的折射定律；掌握全反射的条件，会进行有关简单的计算．（2）理解光的干涉现象，掌握双缝干涉中出现明暗条纹的条件；理解光的衍射现象，知道发生明显衍射的条件；知道光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用（3）知道电磁波是横波；了解电磁波的产生、传播、发射和接收，熟记电磁波谱；了解狭义相对论的基本假设和几个重要结论． 命题规律（1）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，可能出现计算题和作图题。

（2）光的干涉、衍射和偏振部分，以考查基本概念及对规律的简单理解为主，主要是以选择题和填空题为主（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，主要是以选择题为主 第二部分知识背一背 (1)折射现象 ①折射定律：n =21sin sin θθ． ②在光的折射现象中，光路是可逆的． ③折射率：定义式：21sin sin θθ=n ；计算公式：vcn =，因为v <c ，所以任何介质的折射率都大于1。

④当光从真空(或空气)射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于折射角． （2）全反射现象①条件：（a ）光从光密介质射入光疏介质；（b ）入射角大于或等于临界角。

②现象：折射光完全消失，只剩下反射光．③临界角：折射角等于90°时的入射角，用C 表示，nC 1sin = （3）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光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长的有序排列．③光的色散现象说明：白光为复色光；同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大；不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越慢． （4）光的干涉①定义：两列频率相同、振动情况相同的光波相叠加，某些区域出现振动加强，某些区域出现振动减弱，并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象。

②相干条件：只有相干光源发出的光叠加，才会发生干涉现象．相干光源是指频率相同、相位相同(振动情况相同)的两列光波。

③双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后，在屏上出现明暗相间的条纹．白光的双缝干涉的条纹是中央为白色条纹，两边为彩色条纹，单色光的双缝干涉中相邻亮条纹间距离为λdlx =∆。

④薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后两面反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度相同． （5）光的衍射①定义：光离开直线路径绕到障碍物阴影区的现象叫光的衍射，衍射产生的明暗条纹或光环叫衍射图样． (2)发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸跟光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显． ③衍射图样：(a)单缝衍射:明暗相间的不等距条纹，中央亮纹最宽最亮，两侧条纹具有对称性。

(b)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环，圆环面积远远超过孔的直线照明的面积。

(c)圆盘衍射：明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑称为泊松亮斑。

（6）光的偏振①偏振：光波只沿某一特定的方向振动，称为光的偏振．②自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着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，叫做偏振光．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． （7）电磁波的特性①电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播。

②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，但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电磁波的频率f 、波长λ和波速v 的关系：v ＝λf . ④电磁波是横波，具有波的特性，能产生干涉、衍射等现象． （8）电磁波的发射与接收①电磁振荡(LC 电路)的周期LC T π2=，频率LCf π21=.②发射电磁波的条件：振荡电路要有足够高的频率；振荡电路应采用开放电路。

发射电磁波需经过调制过程，调制的方法分为调频和调幅．接收电磁波需经过解调过程，解调是调制的逆过程．（9）狭义相对论①狭义相对论的基本假设：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。

②时间间隔的相对性2)(1c v t t -∆=∆.③长度的相对性20)(1cv l l -= ④相对论的速度变换公式21cv u vu u '++'=⑤相对论质量20)(1cv m m -=⑥质能方程E ＝mc 2第三部分技能+方法 一、确定光线的方法①先确定光线在界面上的入射点，然后再找光线通过的另外一个点，通过两点确定光线。

②根据折射定律计算折射角，确定折射光线．当光由光密介质射向光疏介质时，应注意是否发生全反射。

二、解决光的折射问题的一般方法：①根据题意画出正确的光路图：准确、规范地画出光路图是解决几何光学问题的前提和关键。

(2)②利用几何关系确定光路中的边、角关系，确定入射角和折射角：从光路图上找准入射角和折射角。

③利用折射定律建立方程进行求解：应用数学知识求出它们的正弦值．必要时可利用光路可逆原理辅助解题。

三、全反射现象的理解与应用①在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的。

②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。

③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。

④解答这一类问题要抓住折射定律和发生全反射的条件这个关键．在分析、研究光路时，常要假设某一条光线恰能符合题意要求，再据此画出其反射、折射或全反射的光路图，作出推断或求解。

四、两束振动情况相同的光源产生的光相互叠加时：双缝干涉中出现象、暗条纹是由屏上某点P 到两缝的光程差来决定的，而条纹间距则由双缝到屏的距离、双缝之间的距离和光的波长共同决定．明确双缝干涉中条纹特点和分布情况、掌握出现明条纹和暗条纹的条件是解决这类问题的关键。

①出现明条纹的条件是屏上某点P 到两个相干光源S 1和S 2的路程差等于波长的整数倍或半波长的偶数倍，即)2)(2(21λλk k PS PS ==-（(k ＝0,1,2,3…)；当k ＝0时，即PS 1＝PS 2，此时P 点处的明条纹叫做中央亮条纹。

②出现暗条纹的条件是屏上某点P 到两个相干光源S 1和S 2的路程差等于半波长的奇数倍，即)2)(12(21λλ+==-k k PS PS （(k ＝0,1,2,3…)；五、衍射与干涉的比较①自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器．第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器．②自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．特别提醒 不能认为偏振片就是刻有狭缝的薄片，偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特征，即存在一个偏振方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了． 七、偏振光的理论意义及应用①理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波．光的偏振现象说明了光波是横波．②应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等． 八、电磁波谱分析及电磁波的应用①波长不同的电磁波，表现出不同的特性．其中波长较长的无线电波和红外线等，易发生干涉、衍射现象；波长较短的紫外线、X 射线、γ射线等，穿透能力较强。

②电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X 射线、X 射线和γ射线都有重叠，但它们产生的机理不同。

九、狭义相对论的理解①惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，即对于一切物理现象的描述来说，所有的惯性系都是等效的。

②光速的大小与选取的参考系无关，，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源的运动和观察者的运动无关。

③狭义相对论认为物体的质量m 与物体的速度v 有关，其关系式为⑤相对论质量20)(1cv m m -=第四部分基础练+测1．下列说法正确的是_______A ．当观察者向静止的声源运动时，观察者接收到的声波的频率高于声源的频率B ．通过小缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的衍射现象C ．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片可以增加透射光的强度D ．用红光代替黄光在同一装置上做双缝干涉实验形成的干涉条纹中相邻两亮(暗)条纹间距变大 E. 两个完全相同的日光灯发出的光相遇时，一定可以发生干涉 【答案】 ABD 【解析】 【详解】A ：由多普勒效应可知，当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的波的频率变高。

故A 项正确。

B ：小缝隙的间隙与光的波长相差不大，通过小缝隙观察日关灯，光发生衍射，可以看到彩色条纹。

故B 项正确。

C ：在镜头前加一个偏振片，可以减小反射光的影响，应用了光的偏振现象；加一个偏振片不能增加透射光的强度。

故C 项错误。

D ：红光波长大于黄光波长，同样的装置，光的波长越长，双缝干涉实验形成的干涉条纹中两相邻亮(暗)条纹间距越大。

故D 项正确。

E ：两个完全相同的日光灯发出的光不是相干光，不能形成干涉。

故E 项错误。

2．2018年央视春节晚会大量使用激光，为观众提供了一场视觉盛宴．下列关于光的应用说法正确的是________A．光学镜头的增透膜是利用光的衍射原理B．全息照相主要是利用激光的相干性好的特点C．光的偏振现象说明了光是一种横波D．用透明的标准平面样板检查平面的平整度是利用光的偏振E. 光导纤维传递信息是利用了光的全反射【答案】 BCE【解析】【详解】光学镜头的增透膜是利用光的干涉原理，故A错；激光的相干性比较好，所以全息照相主要是利用激光的相干性好的特点，故B对；只有横波才有偏振现象，所以光的偏振现象说明了光是一种横波，故C对；用透明的标准平面样板检查平面的平整度是利用光的干涉原理，故D错；光在纤维中传播发生全发射，由近到远传播信号，所以光导纤维传递信息是利用了光的全反射，故E对；故选BCE3．（加试题）波长为λ1和λ2的两束可见光入射到双缝，在光屏上观察到干涉条纹，其中波长为λ1的光的条纹间距大于波长为λ2的条纹间距。