高考物理重点专题讲解 (6)

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加
强,将出现① 亮 条纹;光屏上距双缝的路程差为光波半波长的奇数 倍的地方光减弱,将出现② 暗 条纹。
计算表明相邻两条亮条纹(或暗条纹)间的距离Δx=③
λ ,在两狭缝
l d
间的距离d和狭缝与屏间的距离l不变的条件下,单色光产生的干涉条纹
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三、光的偏振
1.偏振现象:横波只沿⑥ 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
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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。 4.光的偏振充分说明光是⑦ 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不同程度 的⑧ 偏振 光。 四、用双缝干涉测光的波长 实验原理 干涉图样中相邻两条亮(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=
c v
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3.全反射 光从光密介质射到光疏介质的界面上时,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)光由⑤ 光密 介质射向⑥ 光疏 介质。 (2)入射角⑦ 大于或等于 临界角。(光从某介质射向真空时临界角
1 n
为C=arcsin )
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二、测定玻璃的折射率 实验原理
间距跟光的波长λ成正比。在用白光做双缝干涉实验时,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波相叠 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。 二、光的衍射
用插针法确定光路,找出跟入射光线相对应的折射光线;用量角器测出
sini 入射角i和折射角r;根据折射定律计算出玻璃的折射率n= 。 sinr
实验步骤 1.把白纸用图钉钉在木板上; 2.在白纸上画一条直线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.把玻璃砖放在白纸上,使它的一个边跟aa'对齐,并画出玻璃砖的另一个边
∠O'ON';
sini sinr sini 出几次实验中所测 的平均值,这就是玻璃砖的折射率。 sinr
8.算出不同入射角时 的值。比较一下,看它们是否接近一个常数,求
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注意事项 1.玻璃砖要厚,用手拿玻璃砖时,只能接触玻璃毛面或棱,严禁用玻璃砖 当尺子画界面; 2.入射角应在30°到60°之间; 3.大头针要竖直插在白纸上,且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3 与P4间的距离应尽量大一些,以减小确定光路方向时造成的误差; 4.玻璃砖的折射面要画准; 5.由于要多次改变入射角重复实验,所以入射光线与出射光线要一一对
d Δ x ,可以求出λ。 l
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实验步骤 1.把直径约10 cm、长约1 m的遮光筒水平放在光具座上,筒的一端装有 双缝,另一端装有毛玻璃屏; 2.取下双缝,打开光源,调节光源的高度,使它发出的光束能够沿着遮光
筒的轴线把屏照亮;
3.放好单缝和双缝,单缝和双缝间距离为5~10 cm,使缝相互平行,中心大 致位于遮光筒的轴线上,这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图样; 4.在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的双缝干涉图样; 5.分别改变滤光片和双缝,观察干涉图样的变化; 6.已知双缝间的距离d,测出双缝到屏的距离l,用测量头测出相邻两条亮
Ln 2 Tmax= ⑨ c
答案 (ⅰ)sin i≤ n 1
2
Ln 2 (ⅱ ) c
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考点二
考向基础 一、光的干涉
光的波动性
频率相同的两列光波相叠加,某些区域的光加强,某些区域的光减弱,并 且光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
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(2)镜片增透膜
在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂一层薄膜,当薄膜的厚度是光在薄膜 中波长的1/4时,在薄膜的两个面上的反射光的光程差恰好等于半波长, 因而相互抵消,起到减小反射光、增大透射光强度的作用。
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例2 把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上,一端用薄片垫起,构成 空气劈尖,让单色光从上方射入,如图所示,这时可以看到明暗相间的条 纹。下面关于条纹的说法中正确的是 ( )
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的干涉条纹间距最大,紫光最小。这就是白光干涉条纹中央为白色,两 边出现彩色光带的原因。
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例1 如图所示的双缝干涉实验,用绿光照射单缝S时,在光屏P上观察到 干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样,可以 ( )
A.增大S1与S2的间距
B.减小双缝屏到光屏的距离
C.将绿光换为红光 D.将绿光换为紫光
光的折射与全反射
在折射现象中,光路是② 可逆的 。
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2.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)定义式:③ n=
sinθ1 sinθ2
(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)实验证明:n= (c表示光在真空中的速度,v表示光在介质中的速度)。 特别需要注意的是:任何介质的折射率均④ 大于 1。 (4)光密介质与光疏介质(光密介质与光疏介质是相对的)。
1.光离开直线路径而绕到障碍物阴影里的现象叫做光的衍射现象。
2.只有在障碍物的尺寸比光的波长④ 小 ,或者跟光的波长⑤ 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
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光的衍射现象。 3.单缝衍射图样与双缝干涉图样的区别 a.条纹宽度有区别:双缝干涉条纹是等宽的,相邻亮(暗)条纹间的距离是 相等的,而单缝衍射的条纹,中央亮条纹最宽,两侧对称的亮条纹是等宽 的。 b.光强分布不同:双缝干涉条纹如果不考虑距离的远近造成传播上的损 失,每条亮条纹的光强分布是相同的,而单缝衍射条纹的光强分布主要 集中在中央亮条纹,中央亮条纹的光强占整个光强的95%以上。
厚度是对应的,当上玻璃板平行上移时,同一厚度的空气膜向劈尖移动,
故条纹向着劈尖移动,故C项正确。 答案 AC
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考点三
考向基础
电磁波、相对论初步
1.麦克斯韦电磁场理论
理论内容 变化的磁场能够产生电场,变化的电场能够产生磁场。根据这个理论, 周期性变化的电场和磁场相互联系,交替产生,形成一个不可分割的统 一体,即电磁场 分析解决
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解析 由双缝干涉条纹间距公式Δx= λ可知:增大S1与S2的间距d,Δx将
l d
减小,A项错误;减小双缝屏到光屏的距离l,Δx将减小,B项错误;红光波长
大于绿光的波长,λ变大,Δx将变大,C项正确;紫光波长小于绿光的波长,λ 变小,Δx将变小,D项错误。
答案 C
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二、薄膜干涉 1.成因:薄膜前表面和后表面分别反射出来的两列光波的叠加。这两列 波是同一光源发出的、经薄膜前后表面反射的,所以是相干波。由于同 一水平线上的薄膜厚度近似相同,所以干涉后能产生水平的明暗条纹。 2.如果膜的厚度为d,则前后表面的反射光的光程差为2d, (1)当2d是光波半波长的偶数倍时,出现亮条纹; (2)当2d是光波半波长的奇数倍时,出现暗条纹。 3.如果膜的厚度均匀变化,若用单色光照射,相邻的条纹间的距离是相等
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解析 (ⅰ)设光线在端面AB上C点(见图)的入射角为i,折射角为r,由折 射定律有sin i=n sin r ①
设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为α,为了使该光线可在此光导 纤维中传播,应有
α≥θ ②
式中,θ是光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角,它满足 n sin θ=1 ③
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的,若用白光照射,则在薄膜某一厚度的地方某一波长的光反射后增强,
而另一些波长的光反射后减弱,这样薄膜上就出现彩色条纹。
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4.光的干涉在技术上的应用 (1)干涉法检查平面 检查精密零件的表面质量好坏:如图所示将被检查平面和放在上面的透 明标准样板的一端垫一薄片,使样板的标准平面和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、下表面反 射出的两列光波发生干涉,根据干涉条纹的形状来确定零件的表面情 况。
Δ x (暗)条纹间的距离Δx,由λ=d 计算单色光的波长。为了减小误差,可测 l
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出n条亮(暗)条纹间的距离a,则Δx= ;
a n 1
7.换用不同颜色的滤光片,观察干涉条纹间距的变化,并求出相应色光的
波长。
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考向突破
考向 光的干涉 一、双缝干涉
1.影响条纹间距的因素:相邻亮条纹或相邻暗条纹的间距Δx与双缝到屏
A.干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的上下两面反射形成的两列 光波叠加的结果 B.干涉条纹中的暗纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 C.将上玻璃板平行上移,条纹向着劈尖移动
D.观察薄膜干涉条纹时,应在入射光的另一侧
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解析 根据薄膜干涉的产生原理,上述现象是由空气劈尖膜上下两面反 射的两列光波叠加而成的,当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时,振 动加强,形成亮条纹,所以A项正确,B项错误;因相干光是反射光,故观察 薄膜干涉时,应在入射光的同一侧,故D项错误;条纹的位置与空气膜的
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高考物理（课标专用）
专题十七 光学、电磁波与相对论初步
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考点清单
考点一
考向基础
一、光的折射与全反射 1.光的折射 光从一种介质斜射入另一种介质,传播方向① 发生改变 的现象叫做 光的折射。 折射定律:折射光线、入射光线和法线在同一平面内;折射光线、入射 光线分居法线两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比。
应编号,以免混乱。
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考向突破 考向 光的折射与全反射 全反射的应用——光导纤维
光 导 纤 维 构 造 传播 路径 由内芯和外套组成,内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯与外套 的界面上发生全反射
原理 光的全反射
光纤通信
方法
光也是一种电磁波,也可以像无线电波那样,作为
载体来传递信息。载有声音、图像以及各种数 字信号的激光从光纤的一端输入,就可以传到千 里以外的另一端,实现光纤通信
bb';
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4.在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1和P2;
5.在玻璃砖的bb'一侧竖直地插上大头针P3,用眼睛观察,调整视线,要使P3 能同时挡住P1和P2的像;
6.同样地在玻璃砖的bb'一侧再竖直地插上大头针P4,使P4能挡住P3本身
和P1、P2的像; 7.记下P3和P4的位置,移去玻璃砖和大头针,过P3和P4作直线O'B与bb'交于 O',连接O、O',OO'就是玻璃砖内的折射光线,入射角i=∠NOA,折射角r=
的距离l成正比,与两狭缝之间的距离d成反比,与光的波长λ成正比,即 Δx= λ。
l d
2.中央位置是亮条纹还是暗条纹的条件:双缝到光屏中央距离相等,光程
差为零。如果两光源振动完全一致,中央一定是亮条纹。假如两光源振 动正好相反,则中央为暗条纹。 3.单色光颜色、频率、波长的关系:光的颜色由频率决定,光的频率由光 源决定,在可见光中红光频率最低,紫光频率最高。真空中各色光光速 相同,由c=λ·ν知,真空中红光波长最大,紫光波长最小。同样条件下,红光
优点
光纤通信的主要优点是容量大。此外,光纤通信 还有衰减小、抗干扰性强等多方面的优点
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例 如图所示为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图,玻璃丝长 为L,折射率为n,AB代表端面。已知光在真空中的传播速度为c。
(ⅰ)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面,求光线在端面AB
上的入射角应满足的条件; (ⅱ)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间。
由几何关系得 α+r=90° ④ 由①②③④式得 sin i≤ n2 1 ⑤ (ⅱ)光在玻璃丝中传播速度的大小为 v= ⑥ 光速在玻璃丝轴线方向的分量为 vz=v sin α ⑦ 光线从玻璃丝端面AB传播到其另一端面所需时间为 T= ⑧
L vz
c n
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光线在玻璃丝中传播,在刚好发生全反射时,光线从端面AB传播到其另 一端面所需的时间最长,由②③⑥⑦⑧式得