2021年浙江高考物理复习课件：专题十三 光和电磁波

之比,叫做这种介质的折射率。
2.定义式:n=
sin sin
θ1 θ2
(θ1表示真空中光线与法线的夹角,θ2表示介质中光线与法
线的夹角)。
3.研究表明:n=c(c表示光在真空中的速度,v表示光在介质中的速度)。
v
任何介质的折射率均大于1。
4.光密介质与光疏介质 两种介质相比较,折射率较大的介质叫光密介质,折射率较小的介质叫光疏 介质。(光密介质与光疏介质是相对的) 三、全反射 光照射到两种介质的界面上时,光线全部被反射回原介质的现象称为全反 射现象。发生全反射的条件: 1.光线由光密介质射向光疏介质。 2.入射角大于或等于临界角。(光线从某介质射向真空时临界角的正弦sin
考点清单
考点一 光
考点基础 一、光的折射 光线从一种介质进入另一种介质,传播方向发生改变的现象叫做光的折射。 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。 在折射现象中,光路是可逆的。
二、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
八、激光 1.激光的特点:相干性好、平行度好、亮度高。 2.激光的应用:全息照相、通信、测距、光盘读取、激光刀、引起核聚变等。
考向突破 考向一 光的干涉 1.薄膜干涉的应用 (1)薄膜干涉的原理 如图所示为竖直的肥皂薄膜,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。
说明 麦克斯韦根据他提出的电磁场理论预言了电磁波的存在以及在真 空中其波速等于光速c,1888年,赫兹用实验成功地证实了电磁波的存在。 二、电磁波的产生、发射和接收 1.电磁波的产生 (1)振荡电路和振荡电流。由实验现象观察到,在由线圈L和电容器C组成 的电路中,充电的电容器通过线圈不断地放电和充电,电路中产生了大小和 方向随时间做周期性变化的电流,我们把这样的电流叫振荡电流,能产生振 荡电流的电路叫振荡电路,由线圈L和电容器C组成的电路叫LC振荡电路。 (2)电磁振荡。在振荡电路里产生振荡电流的过程中,电容器极板上的电 荷、通过线圈的电流以及跟电流和电荷相联系的磁场和电场都发生周期 性变化,这种现象叫电磁振荡。
A.变疏 B.变密 C.不变 D.消失
解析 抽去一张纸片后,劈形空气薄膜的坡度减缓,相同水平距离上空气薄 膜的厚度变化减小,以致干涉时光程差变化减小,条纹间距变宽,即干涉条 纹将变疏,故A正确。
答案 A
2.衍射与干涉的比较 (1)衍射与干涉的不同点和相同点
种类 项目
产生条件
条纹宽度 条纹间距 亮度 相同点
频率相同的两列光波相叠加,某些区域的光被加强,某些区域的光被减 弱,并且光被加强和减弱的区域互相间隔的现象称为光的干涉现象。
1.双缝干涉:在用单色光做双缝干涉实验时,若双缝处两列光的振动情况完 全相同,则在光屏上距双缝的路程差为光波波长整数倍的地方光被加强,将 出现亮条纹;光屏上距双缝的路程差为光波半波长的奇数倍的地方光被减 弱,将出现暗条纹。 计算表明相邻两条亮纹(或暗纹)间的距离Δx= Lλ;在用白光做双缝干涉实
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,…),薄膜上出现明条纹。
②在Q处,两列反射回来的光波的路程差Δx等于半波长的奇数倍,即Δx=(2n +1) λ (n=0,1,2,…),薄膜上出现暗条纹。
2
(2)薄膜干涉的应用 ①检查精密零件的表面是否平整 如图甲所示,将放在被检查平面上面的透明标准样板的一端垫一薄片,使样 板的标准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和下表面反射出的两列光波叠加,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。 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,如图乙所示;若某处凸起,则对应亮(暗)条 纹延后出现,如图丙所示。
说明 如图所示,由天线、地线和耦合线圈L1组成的电路,就是开放电路。
(2)调制:使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制。 调制可分为调幅和调频两种。 a.调幅:使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变叫调幅,调幅广播(AM)一 般使用中短波和短波波段。 b.调频:使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变叫调频,调频广播(FM)通 常使用微波中的米波(VHF)波段。
v
可知红光在棱镜中的传播速度最大。 将各种色光的情况列表统计如下:
物理量
红、橙、黄、绿、青、蓝、紫 原理
同种均为介质对应的折射率(n) 小
大
同种均为介质中的光速(v)
大
小
同种均为介质中的波长(λ)
大
小
sini
n= sinr
1
n= n v=λf
频率(f)
小
大
同种均为介质中的临界角(C) 大
小
波到障碍物阴影里的现象叫做光的衍射现象。 只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长小,或者跟光的波长差不多的条件下, 才能发生明显的衍射现象。著名的泊松亮斑就是典型的光的衍射现象。 七、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:若光源发出的光,包含着在垂直于光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,这种光叫自然光。 3.偏振光:在垂直于光传播方向的平面上,只沿一个特定方向振动的光,叫偏 振光。
解析 当做单缝衍射实验时,中间是亮条纹,两侧条纹亮度逐渐降低,且亮 条纹的宽度变窄,所以其光强分布如图乙所示,A项正确,B项错误;当做双缝 干涉实验时,在屏上呈现的是宽度相等的亮条纹,所以其光强分布如图丙所 示,C项错误,D项正确。
答案 AD
考向二 光的颜色、色散
在色散现象中,红光偏向角最小,即棱镜对红光的折射率最小。由公式n= c
单缝衍射
双缝干涉
只要狭缝足够小,任何光都能发生 频率相同的两列光波 相遇叠加
条纹宽度不等,中央最宽
条纹宽度相等
各相邻条纹间距不等
各相邻条纹等间距
中央条纹最亮,两边变暗
清晰条纹,亮度基本相等
干涉、衍射都是波特有的现象,属于波的叠加;干 涉、衍射都有明暗相间的条纹
(2)衍射与干涉的本质 光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果,从本质上讲,衍射条纹的形 成与干涉条纹的形成具有相似的原理。在衍射现象中,可以认为从单缝通 过两列或多列频率相同的光波,它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹。
解析 光线a的偏折程度大,可知玻璃砖对a光的折射率大,再根据公式v= c ,
n
知a光在玻璃中的传播速度小,故A正确,C错误;玻璃砖对a光的折射率大,说 明a光的频率高,根据c=λf,a光在真空中的波长较短,故B正确;玻璃砖对a光 的折射率大,则根据sin C= 1 可知,a光的临界角较小,若改变光束的入射方
电磁振荡原理:利用电容器的充、放电和线圈的自感作用产生振荡电流,同 时形成周期性变化的电场能和磁场能。 (3)LC电路的振荡周期和频率 振荡电路的周期和频率,其公式分别为:
T=2π LC
f= 1
2π LC
两者之间是互为倒数的关系,即T= 1 。
f
(4)电磁波的特点 a.电磁波是横波。在电磁波传播方向上的任一点,电场强度E和磁感应强 度B均与传播方向垂直且随时间变化,因此电磁波是横波。 b.电磁波的传播不需要介质,这一点和机械波不同,机械波的传播需要介
例如:自然光通过偏振片后,就得到了偏振光。见示意图。
4.光的偏振充分说明光是横波,只有横波才有偏振现象。 除了从光源直接发出的光以外,我们通常见到的大部分光都是偏振光。 例如自然光射到两种介质的界面上,调整入射角的大小,使反射光与折射光 的夹角是90°,这时反射光和折射光都是偏振光,且偏振方向互相垂直。 5.偏振光的简单应用:拍摄水面下的景物、玻璃橱窗里的陈列物时,加偏振 片滤去水面或玻璃表面的反射光,使影像清晰。立体电影也应用了光的偏振 现象。
n
向使θ角逐渐变大,则折射光线a的折射角先达到90°,故先发生全反射,折射 光线先消失,故D正确。故选A、B、D。
答案 ABD
考点二 电磁波
考点基础 一、电磁场和电磁波 1.麦克斯韦的电磁场理论 变化的磁场能够产生电场;变化的电场能够产生磁场。 说明 a.均匀变化的磁场(电场)在周围空间产生恒定的电场(磁场);b.周期 性振荡的磁场(电场)在周围空间产生同频率周期性振荡的电场(磁场)。 2.电磁场和电磁波:周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系 着,形成一个不可分离的统一体,即电磁场,电磁场从产生处由近及远地向 周围传播形成电磁波,它是一种横波。
②增透膜 在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂上一层薄膜(如氟化镁),当薄膜的厚度
是入射光在薄膜中波长的 1 时,在薄膜的两个面上的反射光的光程差恰好
4
等于半个波长,因而相互抵消,达到减小反射光、增大透射光强度的目的。
例1 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 置在另一块平板玻璃之上,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)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的 薄膜厚度相等;(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。若 在图甲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将 ( )
sin C= v
例3 (多选)如图,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 ( )
A.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
d
验时,光屏上除中央亮条纹为白色外,两侧均为彩色的干涉条纹。 2.薄膜干涉:光照射到薄膜上时,薄膜的前、后表面反射的两列光相叠加,也 可发生干涉现象。若入射光为单色光,可形成明暗相间的干涉条纹;若入射 光为白光,可形成彩色的干涉条纹。 在薄膜干涉中,同一级亮条纹(或暗条纹)出现在膜的厚度相同处,故此种干 涉又常称为等厚干涉。 薄膜干涉常用于检查平面和镜头的增透膜。
1
C= n ) 应用:全反射棱镜、光导纤维。
四、光的色散、棱镜 1.光的色散:含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做光的色散。白 光通过三棱镜会分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、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有序排列。 3.棱镜 (1)棱镜可以使光发生色散,白光的色散表明各色光在同一介质中的折射率 不同。 (2)棱镜对光线的作用:改变光的传播方向,使复色光发生色散。 五、光的干涉
(3)电谐振 当接收电路的固有频率与外来的某个电磁波的频率相同时,接收电路中产 生的振荡电流最强,这种现象叫电谐振。电谐振相当于机械振动中的共振。 (4)调谐 使接收电路产生电谐振的过程叫调谐。
例2 (多选)用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验,比普通光源效果更 好,图像更清晰。如果将感光元件置于光屏上,则不仅能在光屏上看到彩色 条纹,还能通过感光元件中的信号转换,在电脑上看到光强的分布情况。下 列说法正确的是 ( )
A.当做单缝衍射实验时,光强分布如图乙所示 B.当做单缝衍射实验时,光强分布如图丙所示 C.当做双缝干涉实验时,光强分布如图乙所示 D.当做双缝干涉实验时,光强分布如图丙所示
质。电磁波的传播靠的是电和磁的相互“感应”,在真空中也能传播。在 真空中的波速为c=3.0×108 m/s。 c.电磁波的v、λ、T、f的关系:v= λ =λf,频率f越高的电磁波波长λ越短。
T
d.电磁波具有波的共性,能产生干涉、衍射等现象。 e.电磁波具有能量,电磁波向外传播的过程伴随着能量向外传播。 f.电磁波可以脱离“波源”而存在。电磁波发射出去后,产生电磁波的振 荡电路停止振荡后,在空间的电磁波仍继续传播。 2.电磁波的发射和接收 (1)发射条件 a.振荡电路有足够高的频率;b.振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能 大的空间。