第四讲 光、电磁波、相对论简介 - 有答案

第四讲 光 电磁波 相对论简介

考点一、光的折射定律、折射率 1．折射现象

光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生改变的现象，如图3－1.

图3－1

2．折射定律

(1)内容：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．

(2)表达式：sin θ1

sin θ2

＝n 12，式中n 12是比例常数．

3．折射率

(1)物理意义：折射率反映介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小．

(2)定义式：n ＝sin θ1

sin θ2

，不能说n 与sin θ1成正比，与sin θ2成反比．折射率由介质本身的光学

性质和光的频率决定．

(3)计算公式：n ＝c

v ，因v

(1)定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将消失，只剩下反射光线的现象．

(2)条件：①光从光密介质射向光疏介质．②入射角大于等于临界角．

(3)临界角：折射角等于90°时的入射角．若光从光密介质(折射率为n )射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C ，则sin C ＝1

n .介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小． 2．光导纤维

光导纤维的原理是利用光的全反射．

考点三、光的干涉、衍射和偏振现象

1.

光的干涉和衍射比较

内容干涉衍射

现象

在光重叠区域出现加强

或减弱的现象

光绕过障碍物偏离直线

传播的现象

产生条件

两束光频率相同、相位差

恒定

障碍物或孔的尺寸与波

长差不多或小得多典型实验

杨氏双缝干涉实验

Δx＝

L

dλ

单缝衍射、圆孔衍射、不

透明圆盘衍射图样特点

不

同

点

条纹

宽度

条纹宽度相等条纹宽度不等，中央最宽

条纹

间距

各相邻条纹间距相等各相邻条纹间距不等

亮度

情况

清晰条纹，亮度基本相等中央条纹最亮，两边变暗

相同点

干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗

相间的条纹

2.干涉图像a、衍射图像b

3.杨氏双缝干涉

(1)干涉原理：

(2)条纹间距Δx与缝间距d以及双缝到屏的距离L的关系：Δx＝

L

dλ

4.薄膜干涉

(1)相干光来自于薄膜的前、后表面(或上、下表面)反射回来的两列反射光．

(2)图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的厚度相等．

5．光的偏振现象

(1)偏振

光波只沿某一特定的方向的振动．

(2)自然光

太阳、电灯等普通光源发出的光，包括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．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．

考点四、变化的电场产生磁场，变化的磁场产生、电场电磁波的产生、发射及接收、电磁波及其传播电磁波谱

1．麦克斯韦电磁场理论

(1)变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场．

(2)麦克斯韦预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在

2．电磁场

(1)变化电场在周围空间产生磁场，变化磁场在周围空间产生电场，变化的电场和磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场．

(2)均匀变化的磁场产生稳定的电场，均匀变化的电场产生稳定的磁场(均匀变化：指电场或磁场随时间均匀变化)

(3)非均匀变化的磁场产生变化的电场，非均匀变化的电场产生变化的磁场。

(4)周期性变化的磁场(振荡磁场)产生周期性变化的电场(振荡电场)。

3．电磁波

(1)电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波．

(2)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，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)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．

(4)电磁波从光疏介质进入光密介质过程中，频率不变，速度减小、波长减小。

(5)v＝λf，f是电磁波的频率．

4．机械波与电磁波的异同

相同点：1、都有波的的一切特性，如：都能产生反射、折射、干涉、衍射等现象。

2、波速、波长、频率之间具有同样的关系：v=f λ。

3、波在传播过程中频率都不会改变。

不同点：1、产生机理不同：

①机械波是由机械振动产生的；

②电磁波，当电子的周期性运动时产生(无线电波)；当原子的外层电子受激发后产

生(红外线、可见光、紫外线)；有原子的内层电子受激发后产生(伦琴x射线)；

有原子核受激发后产生（γ射线）。

2、介质对传播速度的影响不同：

①机械波机械波在介质中的传播速度置于介质有关，与频率无关。即同种介质不同

频率的机械波传播速度相同。如声波在温度15时的空气中传播速度为340m/s，温

度不同时传播速度不同，但与频率无关。

②电磁波在介质中的传播速度与介质和频率有关。在同种介质中不同频率的电磁波

传播速度不同，频率越大传播速度越小，如：红光和紫光在同种介质中折射率n

红。

小于n

紫

③机械波不能在真空中传播，电磁波能在真空中传播。

3、机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有横波。

5．电磁波的发射

(1)发射条件：开放电路和高频振荡信号，所以要对传输信号进行调制(包括调幅和调频)．

(2)调制方式

①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变．调幅广播(AM)一般使用中波和短波波段．

②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变．调频广播(FM)和电视广播都采用调频的方法调制．

6．无线电波的接收

(1)当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象．

(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐．能够调谐的接收电路叫做调谐电路．

(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫做检波．检波是调制的逆过程，也叫做解调．