《光学电磁波相对论》考点解读

《光学电磁波相对论》考点解读河北省鸡泽县第一中学057350吴社英考纲展示新的考试大纲几何光学对光导纤维、光的色散等考点为Ⅰ类要求，对光的折射考点为Ⅱ类要求；物理光学对光的本性学说、光的干涉、光的衍射、光的偏振、电磁波谱等考点为Ⅰ类要求。

其中光的折射的应用要求较高。

考点解读本单元内容为课标高考的选考内容，是选修模块3-4中的两部分重要内容之一，高考命题为了突出知识的覆盖面，该部分出题的可能性很大，涉及的考点也很多高考命题具有以下特点：1. 突出对折射定律的考查：光的折射定律是本单元唯一的一个Ⅱ级考点，光的折射和全反射是高考命题热点光的折射、色散、全反射及光速和折射率的关系是高考考查的重点；2 .注重联系实际、联系高科技：干涉现象、衍射现象、偏振现象等方面的知识与大学物理内容有千丝万缕的联系，且涉及较多物理学研究方法，薄膜干涉等知识容易和实际应用相结合命制相关试题既能考查基本知识,又能考查应用能力，应予以关注；3.电磁波、相对论命题的可能性极小：这部分内容虽属于考纲内容，但从历年命题特点看，出题的可能性很小，这部分内容定性了解即可考点一：对折射定律的理解和应用1.在解决光的折射问题时，应根据题意分析光路，即作出光路图，找出入射角和折射角，然后应用公式来求解．找出临界光线往往是解题的关键．2.分析全反射现象的问题时，先确定光是否由光密介质进入光疏介质、入射角是否大于等于临界角，若满足全反射的条件，则再由折射定律和反射定律来确定光的传播情况．例12009年10月6日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2009年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家高锟以及美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯．高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性的成就．若光导纤维是由内芯和包层组成，下列说法正确的是()A．内芯和包层折射率相同，折射率都大B．内芯和包层折射率相同，折射率都小C．内芯和包层折射率不同，包层折射率较大D．内芯和包层折射率不同，包层折射率较小解析：为了使光线不射出来，必须利用全反射，而发生全反射的条件是光从折射率较大的光密介质进入折射率较小的光疏介质．且入射角大于等于临界角，因此，内芯的折射率应大于包层的折射率，故选项D正确．答案：D变式练习1．（08·宁夏·32）一半径为R的1/4球体放置在水平面上，球体由折射率为3的透明材料制成。

现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示。

已知入射光线与桌面的距离为2/3R。

求出射角。

考点二：对全反射现象的理解和应用解答本题的关键有三个：1.正确求出临界角；2.根据临界角正确地画出光路图；3.根据折射定律和几何关系列方程求解.例2（2010·四川攀枝花市质量检测）如图所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r，外圆半径为R，R。

现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出。

设透明柱体的折射率为n，光在透明柱体内传播的时间为t，若真空中的光速为c，则（）A. nB. n可能为2C. t可能为c D. t可能为4.8rc解析：只经过两次全反射可知第一次入射角为45°，反射光路图如右图所示。

根据全反射可知临界角C≤45°，再根据n＝1sin C可知L＝4r，运动时间为t＝L/V＝4nr/c，则，CD均错。

答案AB变式练习2．（2011海南高考）一赛艇停在平静的水面上，赛艇前端有一标记P离水面的高度为h1=0.6m，尾部下端Q略高于水面；赛艇正前方离赛艇前端1s=0.8m处有一浮标，示意如图。

一潜水员在浮标前方2s=3.0m处下潜到深度为2h=4.0m时，看到标记刚好被浮标挡住，此处看不到船尾端Q；继续下潜△h=4.0m，恰好能看见Q。

求[来源:学科网ZXXK]（i ）水的折射率n ；（ii ）赛艇的长度l 。

（可用根式表示）考点三：对光的波动性的理解和应用1.干涉和衍射是波的特性，波长越长，干涉和衍射现象越明显．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.区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分．3.光的干涉和衍射现象充分说明了光是一种波，但不能确定光波是横波还是纵波．光的偏振现象说明光波是横波．例3.（2011银川模拟）登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力．有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜．他选用的薄膜材料的折射率为n ＝1.5，所要消除的紫外线的频率为ν＝8.1×1014 Hz.(1)他设计的这种“增反膜”所依据的原理是_______________________________．(2)这种“增反膜”的厚度至少是多少？(3)以下有关薄膜干涉的说法正确的是( ) A ．薄膜干涉说明光具有波动性B ．如果薄膜的厚度不同，产生的干涉条纹一定不平行C ．干涉条纹一定是彩色的D ．利用薄膜干涉也可以“增透”解析：(1)为了减少进入眼睛的紫外线，应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射 后形成的反射光叠加后加强，从而使透射的紫外线减弱．(2)路程差(大小等于薄膜厚度d 的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ′的整数倍，即2d＝Nλ′(N ＝1,2…)，因此，膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的12，紫外线在真空中的波长是λ＝c /ν≈3.7×10－7 m ．在膜中的波长是λ′＝λ/n ≈2.47×10－7 m ，故膜的厚度至少是1.23×10－7 m.(3)干涉和衍射都证明光具有波动性；如果薄膜厚度均匀变化，则干涉条纹一定平行； 白光的干涉为彩色条纹，单色光的干涉则为该色光颜色；当膜的厚度为四分之一波 长时，两反射光叠加后减弱则会“增透”．故选项A 、D 正确．答案：(1)两反射光叠加后加强 (2)1.23×10－7 m (3)AD 变式练习3.（08·上海物理·）在杨氏双缝干涉实验中，如果 ( )（A ）用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹（B ）用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹（C ）用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹（D ）用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹考点四：对电磁场和电磁波的理解和应用例4. (2009·天津高考)下列关于电磁波的说法正确的是( ) A ．电磁波必须依赖介质传播B ．电磁波可以发生衍射现象C ．电磁波不会发生偏振现象D ．电磁波无法携带信息传播解析：电磁波可以在真空中传播，具有波所有的特性，能发生干涉、衍射、偏振等 现象，并且它可以传递信息，可知只有B 正确．答案：B变式练习4．(2011北京东城模拟)类比是一种有效的学习方法，通过归类和比较，有助于掌握新知识，提高学习效率．在类比过程中，既要找出共同之处，又要抓住不同之处．某同学对 机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容，其中不．正确的是 ( ) A ．机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用 B ．机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象C ．机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播D ．机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波考点五：对相对论的理解和应用例5．一电子(m 0＝9.1×10－31 kg)以0.99c 的速率运动．问：(1)电子的总能量是多大？(2)电子的经典力学的动能与相对论的动能之比是多大？解析：(1)电子的总能量为：E ＝mc 2＝m 01－v c2·c 2 ＝9.1×10－311－0.99c c2×(3×108)2 J≈5.8×10－13 J. (2)电子的经典力学动能为E k ＝12m 0v 2＝12m 0(0.99c )2 相对论的动能为E k ′＝E －E 0＝mc 2－m 0c 2E k E k ′＝12m 0c 2mc 2－m 0c 2＝12×0.99211－0.99c c2－1≈0.08. 答案：(1)5.8×10－13J (2)0.08 变式练习5.(2011海口模拟)设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k 倍．则粒子运动时的质量等于其静止质量的________倍，粒子运动速度是光速的________倍．变式练习答案：1. 解析：设入射光线与1/4球体的交点为C ，连接OC ，OC 即为入射点的法线。

因此，图中的角α为入射角。

过C 点作球体水平表面的垂线，垂足为B 。

依题意，∠COB=α。

又由△OBC 知sinα= 设光线在C 点的折射角为β，由折射定律得s i n s i n αβ=由①②式得30β=︒由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角γ(见图)为30°。

由折射定律得s i n s i nγθ=因此sin θ=，解得60θ=︒.本题考查几何光学知识，通过画光路图，根据折射定律，由几何关系列式求解。

2. 解析：（i ）设过P 点光线，恰好被浮子挡住时，入射角、折射角分别为：α、β则：sin α=sin β=②、sin sin n αβ=③ 由①②③得：43n = （ii ）潜水员和Q 点连线与水平方向夹角刚好为临界角C ，则：13sin 4C n == ④ 212tan h h C s s l+∆=++ ⑤由④⑤得： 3.8) 3.3l m m =-≈ 3. 解析：白光作杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A 错；用红光作光源，屏上将呈现红色两条纹与暗条纹（即黑条纹）相间，B 对；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，C 错；紫光作光源，遮住一条狭缝，屏上出现单缝衍射条纹，即间距不等的条纹，D 对。

答案：BD4. 解析：电磁波是电磁场传播形成的．在传播过程中电场的电场强度E 的方向和磁场 的磁感应强度B 的方向都与波的传播方向垂直；场强E 的方向可以理解为波的“振 动”方向，所以电磁波应为横波．故选D.答案：D5. 解析：依据爱因斯坦的质能方程E ＝mc 2，宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k 倍， 则其质量等于其静止质量的k 倍；再由相对论质量公式m ＝m 01－v c2得v c ＝k 2－1k . 答案：kk 2－1k。