高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第3講 光 電磁波 相對論簡介課件 新人教版選修34

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1、第3講光電磁波相對論簡介 1折射現(xiàn)象光從一種介質(zhì)斜射進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)傳播方向發(fā)生 的現(xiàn)象，如圖31.光的折射定律光的折射定律(考綱要求考綱要求 ) 折射率折射率(考綱要求考綱要求 )圖圖31改變改變兩側(cè)兩側(cè) 正比正比 偏折大偏折大 頻率頻率 1.全反射(1)定義：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)，折射光線將 ，只剩下反射光線的現(xiàn)象(2)條件：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)入射角_臨界角全反射、光導(dǎo)纖維全反射、光導(dǎo)纖維(考綱要求考綱要求 ) 消失消失大于等于大于等于 1.光的干涉和衍射比較光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象(考綱要求考綱要求 ) 內(nèi)容內(nèi)容干涉干涉衍射衍射

2、現(xiàn)象現(xiàn)象在光重疊區(qū)域出現(xiàn)在光重疊區(qū)域出現(xiàn)加強(qiáng)或減弱的現(xiàn)象加強(qiáng)或減弱的現(xiàn)象光繞過障礙物偏離直光繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象線傳播的現(xiàn)象產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件兩束光頻率相同、兩束光頻率相同、相位差恒定相位差恒定障礙物或孔的尺寸與障礙物或孔的尺寸與波長差不多或小得多波長差不多或小得多典型實(shí)驗(yàn)典型實(shí)驗(yàn)楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)單縫衍射、圓孔衍單縫衍射、圓孔衍射、不透明圓盤衍射射、不透明圓盤衍射內(nèi)容內(nèi)容干涉干涉衍射衍射圖圖樣樣特特點(diǎn)點(diǎn)不同不同點(diǎn)點(diǎn)條紋條紋寬度寬度條紋寬度相等條紋寬度相等條紋寬度不等，中條紋寬度不等，中央最寬央最寬條紋條紋間距間距各相鄰條紋間距各相鄰條紋間距相等相等各相鄰條紋間距不各相鄰條

3、紋間距不等等亮度亮度情況情況清晰條紋，亮度清晰條紋，亮度基本相等基本相等中央條紋最亮，兩中央條紋最亮，兩邊變暗邊變暗相同點(diǎn)相同點(diǎn)干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象；干干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象；干涉、衍射都有明暗相間的條紋涉、衍射都有明暗相間的條紋 2.薄膜干涉(1)相干光來自于薄膜的前、后表面(或上、下表面)反射回來的兩列反射光(2)圖樣特點(diǎn)：同雙縫干涉，同一條亮(或暗)紋對應(yīng)薄膜的_相等 3光的偏振現(xiàn)象(1)偏振光波只沿 的方向的振動(dòng)某一特定某一特定厚度厚度(2)自然光太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包括在垂直于傳播方向上沿 振動(dòng)的光，而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的 都相同，這種光叫做自然光(3)偏振光

4、在 于傳播方向的平面上，只沿某個(gè)特定方向振動(dòng)的光光的偏振證明光是 自然光通過偏振片后，就得到了偏振光一切方向一切方向強(qiáng)度強(qiáng)度橫波橫波垂直垂直判斷正誤，正確的劃“”，錯(cuò)誤的劃“”(1)各種波均會(huì)發(fā)生偏振現(xiàn)象 ()(2)用白光做單縫衍射與雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，均可看到彩色條紋 ()(3)光的衍射是光在傳播過程中繞過障礙物的現(xiàn)象()答案(1)(2)(3) 1麥克斯韋電磁場理論變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生 ，變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生 2電磁場變化電場在周圍空間產(chǎn)生磁場，變化磁場在周圍空間產(chǎn)生電場，變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系成為一個(gè)完整的整體，這就是電磁場變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生變化的電場產(chǎn)生磁

5、場，變化的磁場產(chǎn)生電場電場電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射及接收電磁波及其傳電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射及接收電磁波及其傳播電磁波譜播電磁波譜(考綱要求考綱要求 )電場電場磁場磁場 3電磁波(1)電磁場在空間由近及遠(yuǎn)的傳播，形成 (2)電磁波的傳播不需要 ，可在真空中傳播，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度是 的(都等于光速)(3)不同頻率的電磁波，在同一介質(zhì)中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越 (4)vf，f是電磁波的頻率電磁波電磁波介質(zhì)介質(zhì)相同相同小小 4電磁波的發(fā)射(1)發(fā)射條件： 電路和 信號，所以要對傳輸信號進(jìn)行 (包括調(diào)幅和調(diào)頻)(2)調(diào)制方式調(diào)幅：使高頻電磁波的 隨信號的強(qiáng)弱而變調(diào)幅廣播(AM)一般使

6、用中波和短波波段調(diào)頻：使高頻電磁波的 隨信號的強(qiáng)弱而變調(diào)頻廣播(FM)和電視廣播都采用調(diào)頻的方法調(diào)制開放開放高頻振蕩高頻振蕩調(diào)制調(diào)制振幅振幅頻率頻率 5無線電波的接收(1)當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的無線電波的頻率_時(shí)，激起的振蕩電流 ，這就是電諧振現(xiàn)象(2)使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做 能夠調(diào)諧的接收電路叫做 電路(3)從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩中“檢”出調(diào)制信號的過程，叫做 檢波是 的逆過程，也叫做 相等相等最強(qiáng)最強(qiáng)調(diào)諧調(diào)諧調(diào)諧調(diào)諧檢波檢波調(diào)制調(diào)制解調(diào)解調(diào) 6電磁波譜電磁波譜電磁波譜特性特性應(yīng)用應(yīng)用真空中波長真空中波長/m頻率頻率/Hz遞變遞變規(guī)律規(guī)律無線電波無線電波波動(dòng)性強(qiáng)，波動(dòng)性強(qiáng)，易發(fā)

7、生衍射易發(fā)生衍射無線電無線電技術(shù)技術(shù)10331011紅外線紅外線熱效應(yīng)熱效應(yīng)紅外線紅外線遙感遙感10310710111015可見光可見光引起視覺引起視覺照明、照明、攝影攝影1071015紫外線紫外線化學(xué)效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、熒光效應(yīng)、能殺菌能殺菌醫(yī)用消醫(yī)用消毒、防偽毒、防偽10710910151017X射線射線貫穿性強(qiáng)貫穿性強(qiáng)檢查、檢查、醫(yī)用透視醫(yī)用透視108101110161019射線射線貫穿本領(lǐng)最貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)強(qiáng)工業(yè)探傷工業(yè)探傷醫(yī)用治醫(yī)用治療、療、1019 1狹義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)(1)狹義相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是 的(2)光速不變原理：真空中的光速在不同的慣

8、性參考系中都是 的，光速與光源、觀測者間的相對運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系狹義相對論的基本假設(shè)質(zhì)速關(guān)系，質(zhì)能關(guān)狹義相對論的基本假設(shè)質(zhì)速關(guān)系，質(zhì)能關(guān)系相對論質(zhì)能關(guān)系式系相對論質(zhì)能關(guān)系式(考綱要求考綱要求 )相同相同相同相同增大增大 大于大于 3相對論質(zhì)能關(guān)系用m表示物體的質(zhì)量，E表示它具有的能量，則愛因斯坦質(zhì)能方程為：E .mc2 1下列關(guān)于電磁波的說法正確的是()A電磁波必須依賴介質(zhì)傳播B電磁波可以發(fā)生衍射現(xiàn)象C電磁波不會(huì)發(fā)生偏振現(xiàn)象D電磁波無法攜帶信息傳播基礎(chǔ)自測基礎(chǔ)自測解析根據(jù)電磁波的產(chǎn)生機(jī)理及傳播特性可知，電磁波的傳播不需要依賴介質(zhì)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；干涉、衍射是所有波都具有的共同特性，選項(xiàng)B正確；由于電磁波

9、是橫波，故能發(fā)生偏振現(xiàn)象，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電磁波能夠攜帶圖象、聲音等信息進(jìn)行傳播，選項(xiàng)D錯(cuò)誤答案B 2關(guān)于狹義相對論的說法，不正確的是()A狹義相對論認(rèn)為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的B狹義相對論認(rèn)為在一切慣性參考系中，光在真空中的速度都等于c，與光源的運(yùn)動(dòng)無關(guān)C狹義相對論只涉及無加速運(yùn)動(dòng)的慣性系D狹義相對論任何情況下都適用解析狹義相對論認(rèn)為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的，選項(xiàng)A正確；狹義相對論認(rèn)為在一切慣性參考系中，光在真空中的速度都等于c(光速不變原理)，與光源的運(yùn)動(dòng)無關(guān)，選項(xiàng)B正確；狹義相對論只涉及無加速運(yùn)動(dòng)的慣性系，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤答案D 3如圖32所示，偏

10、振片P的透振方向(用帶有箭頭的實(shí)線表示)為豎直方向下列四種入射光束中，能在P的另一側(cè)觀察到透射光的是()A太陽光B沿豎直方向振動(dòng)的光C沿水平方向振動(dòng)的光D沿與豎直方向成45角振動(dòng)的光圖圖32解析偏振片只讓沿某一方向振動(dòng)的光通過，當(dāng)偏振片的透振方向與光的振動(dòng)方向不同時(shí)，透射光的強(qiáng)度不同，它們平行時(shí)最強(qiáng)，而垂直時(shí)最弱太陽光是自然光，光波可沿任何方向振動(dòng)，所以在P的另一側(cè)能觀察到透射光；沿豎直方向振動(dòng)的光，振動(dòng)方向與偏振片的透振方向相同，當(dāng)然可以看到透射光；沿水平方向振動(dòng)的光，其振動(dòng)方向與透振方向垂直，所以看不到透射光；沿與豎直方向成45角振動(dòng)的光，其振動(dòng)方向與透振方向不垂直，仍可看到透射光答案AB

11、D 4如圖33是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，S為單縫，S1、S2為雙縫，P為光屏用綠光從左邊照射單縫S時(shí)，可在光屏P上觀察到干涉條紋下列說法正確的是()A減小雙縫間的距離，干涉條紋間的距離減小B增大雙縫到屏的距離，干涉條紋間的距離增大C將綠光換為紅光，干涉條紋間的距離減小D將綠光換為紫光，干涉條紋間的距離增大圖圖33 答案B 5很多公園的水池底都裝有彩燈，當(dāng)一細(xì)束由紅、藍(lán)兩色組成的燈光從水中斜射向空氣時(shí)，關(guān)于光在水面可能發(fā)生的反射和折射現(xiàn)象，下列光路圖中正確的是()解析紅光、藍(lán)光都要發(fā)生反射，紅光的折射率較小，所以紅光發(fā)生全反射的臨界角較藍(lán)光大，藍(lán)光發(fā)生全反射時(shí)，紅光不一定發(fā)生，故C正確答案C

12、1光的折射、全反射中的三個(gè)“一”一個(gè)規(guī)律：光的折射定律一個(gè)概念：折射率一個(gè)條件：全反射的條件熱點(diǎn)一光的折射全反射熱點(diǎn)一光的折射全反射 2解答全反射類問題的技巧解答全反射類問題時(shí)，要抓住發(fā)生全反射的兩個(gè)條件：一是光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，二是入射角大于或等于臨界角利用好光路圖中的臨界光線，準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵，且在作光路圖時(shí)盡量與實(shí)際相符，這樣更有利于問題的分析 【典例1】 2013課標(biāo)，34(2)如圖34所示為一光導(dǎo)纖維(可簡化為一長玻璃絲)的示意圖，玻璃絲長為L，折射率為n，AB代表端面已知光在真空中的傳播速度為c.()為使光線能從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣?/p>

13、，求光線在端面AB上的入射角應(yīng)滿足的條件；()求光線從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣嫠璧淖铋L時(shí)間圖圖34解析()設(shè)光線在端面AB上C點(diǎn)(見右圖)的入射角為i，折射角為，由折射定律有sin insin 設(shè)該光線射向玻璃絲內(nèi)壁D點(diǎn)的入射角為，為了使該光線可在此光導(dǎo)纖維中傳播，應(yīng)有反思總結(jié)解答光的折射、全反射問題時(shí)抓好兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)(1)準(zhǔn)確作出光路圖(2)利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系，找準(zhǔn)入射角和折射角 【跟蹤短訓(xùn)】圖圖35 答案B圖圖36 答案見解析 1單縫衍射與雙縫干涉的比較熱點(diǎn)二光的干涉、衍射及偏振熱點(diǎn)二光的干涉、衍射及偏振兩種現(xiàn)象兩種現(xiàn)象比較項(xiàng)目比較項(xiàng)目單縫衍射單縫衍射雙縫干涉雙縫干涉

14、不不同同點(diǎn)點(diǎn)條紋寬度條紋寬度條紋寬度不等，中條紋寬度不等，中央最寬央最寬條紋寬度相等條紋寬度相等條紋間距條紋間距各相鄰條紋間距不各相鄰條紋間距不等等各相鄰條紋等間距各相鄰條紋等間距亮度情況亮度情況中央條紋最亮，兩中央條紋最亮，兩邊變暗邊變暗條紋清晰，亮度基本條紋清晰，亮度基本相等相等相同點(diǎn)相同點(diǎn)干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象；干涉、衍干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象；干涉、衍射都有明暗相間的條紋射都有明暗相間的條紋 2.自然光和偏振光的比較自然光自然光(非偏振光非偏振光)偏振光偏振光光的光的來源來源直接從光源發(fā)出的光直接從光源發(fā)出的光自然光通過起自然光通過起偏器后的光偏器后的光光的振動(dòng)光的振動(dòng)方向方向在

15、垂直于光的傳播方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿任的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿任意方向，且沿各個(gè)方向意方向，且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光的強(qiáng)度相同振動(dòng)的光的強(qiáng)度相同在垂直于光的在垂直于光的傳播方向的平傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)面內(nèi)，光振動(dòng)沿特定方向沿特定方向 【典例2】(2013大綱全國，14)下列現(xiàn)象中，屬于光的衍射的是()A雨后天空出現(xiàn)彩虹B通過一個(gè)狹縫觀察日光燈可看到彩色條紋C海市蜃樓現(xiàn)象D日光照射在肥皂膜上出現(xiàn)彩色條紋 解析彩虹是光的色散現(xiàn)象，海市蜃樓是光的折射、全反射現(xiàn)象，肥皂膜上出現(xiàn)彩色條紋是薄膜干涉現(xiàn)象，A、C、D錯(cuò)誤通過狹縫觀察日光燈看到彩色條紋是單縫衍射現(xiàn)象，B正確答案B 【跟蹤短訓(xùn)】

16、3(2013上海單科，3)白光通過雙縫后產(chǎn)生的干涉條紋是彩色的，其原因是不同色光的()A傳播速度不同 B強(qiáng)度不同C振動(dòng)方向不同 D頻率不同解析白光是由各種不同顏色的單色光組成的復(fù)色光，而光的顏色由頻率決定，不同單色光，頻率不同，D正確答案D 4如圖37所示，白熾燈的右側(cè)依次平行放置偏振片P和Q，A點(diǎn)位于P、Q之間，B點(diǎn)位于Q右側(cè)旋轉(zhuǎn)偏振片P，A、B兩點(diǎn)光的強(qiáng)度變化情況是() AA、B均不變 BA、B均有變化 CA不變，B有變化 DA有變化，B不變圖圖37解析白熾燈光經(jīng)過偏振片P后成為完全偏振光，旋轉(zhuǎn)P時(shí)P、Q間偏振光的振動(dòng)方向改變，但光的強(qiáng)度不變，B、D錯(cuò)誤由于偏振片Q的透振方向不變，故旋轉(zhuǎn)P

17、時(shí)Q右側(cè)的偏振光強(qiáng)度發(fā)生周期性變化，故A錯(cuò)誤，C正確答案C熱點(diǎn)三電磁波相對論熱點(diǎn)三電磁波相對論 2電磁波與機(jī)械波的比較名稱名稱項(xiàng)目項(xiàng)目電磁波電磁波機(jī)械波機(jī)械波研究對象研究對象電磁現(xiàn)象電磁現(xiàn)象力學(xué)現(xiàn)象力學(xué)現(xiàn)象產(chǎn)生產(chǎn)生由周期性變化的電由周期性變化的電場、磁場產(chǎn)生場、磁場產(chǎn)生由質(zhì)點(diǎn)由質(zhì)點(diǎn)(波源波源)的振動(dòng)產(chǎn)的振動(dòng)產(chǎn)生生波的特點(diǎn)波的特點(diǎn)橫波橫波縱波或橫波縱波或橫波波速波速在真空中等于光速在真空中等于光速(很大很大)(c3108 m/s)在空氣中不大在空氣中不大(如聲波如聲波波速一般為波速一般為340 m/s)介質(zhì)需要介質(zhì)需要不需要介質(zhì)不需要介質(zhì)(在真在真空中仍可傳播空中仍可傳播)必須有介質(zhì)必須有介質(zhì)(

18、真空中不真空中不能傳播能傳播)能量傳播能量傳播電磁能電磁能機(jī)械能機(jī)械能 【典例3】 (2013四川理綜，1)下列關(guān)于電磁波的說法，正確的是()A電磁波只能在真空中傳播B電場隨時(shí)間變化時(shí)一定產(chǎn)生電磁波C做變速運(yùn)動(dòng)的電荷會(huì)在空間產(chǎn)生電磁波D麥克斯韋第一次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在解析電磁波是電磁場這種物質(zhì)在空間的傳播，它既可在真空中傳播，也可在介質(zhì)中傳播，A錯(cuò)誤；當(dāng)電場隨時(shí)間均勻變化時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，穩(wěn)定的磁場不能再產(chǎn)生電場，故也就不能形成電磁波，B錯(cuò)誤；做變速運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場在其周圍空間產(chǎn)生變化的電場電場、磁場交替產(chǎn)生，向外傳播的過程就形成了電磁波，C正確麥克斯韋從理論上預(yù)言了

19、電磁波的存在，赫茲通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，D錯(cuò)誤答案C 【跟蹤短訓(xùn)】 5對于機(jī)械波和電磁波的比較，下列說法中正確的是()A它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象B它們在本質(zhì)上是相同的，只是頻率不同而已C它們可能是橫波，也可能是縱波D機(jī)械波的傳播速度只取決于介質(zhì)，跟頻率無關(guān)；電磁波的傳播速度與介質(zhì)無關(guān)，只跟頻率有關(guān)解析機(jī)械波與電磁波都具有波的一切特性，故A正確；機(jī)械波是機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播，可以是橫波，也可以是縱波，電磁波是電磁場在空間的傳播，是橫波，二者的本質(zhì)不同，B、C錯(cuò)誤；機(jī)械波的傳播速度由介質(zhì)唯一決定，電磁波的傳播不需要介質(zhì)，但在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)有關(guān)，也與頻率有關(guān)，故D錯(cuò)誤答

20、案A 6屬于狹義相對論基本假設(shè)的是：在不同的慣性系中()A真空中光速不變B時(shí)間間隔具有相對性C物體的質(zhì)量不變D物體的能量與質(zhì)量成正比解析狹義相對論的兩條假設(shè)分別是：在任何慣性系中真空中的光速不變和一切物理規(guī)律相同答案A 附：對應(yīng)高考題組 1(2013四川理綜，4)迄今發(fā)現(xiàn)的二百余顆太陽系外行星大多不適宜人類居住，繞恒星“Gliese 581”運(yùn)行的行星“Gl581 c”卻很值得我們期待該行星的溫度在0 到40 之間、質(zhì)量是地球的6倍、直徑是地球的1.5倍、公轉(zhuǎn)周期為13個(gè)地球日“Gliese 581”的質(zhì)量是太陽質(zhì)量的0.31倍設(shè)該行星與地球均視為質(zhì)量分布均勻的球體，繞其中心天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

21、，則() 答案B 22013江蘇單科，12B(3)如圖為單反照相機(jī)取景器的示意圖，ABCDE為五棱鏡的一個(gè)截面，ABBC.光線垂直AB射入，分別在CD和EA上發(fā)生反射，且兩次反射的入射角相等，最后光線垂直BC射出若兩次反射都為全反射，則該五棱鏡折射率的最小值是多少？(計(jì)算結(jié)果可用三角函數(shù)表示) 3(2012北京卷，14)一束單色光由空氣射入玻璃，這束光的()A速度變慢，波長變短B速度不變，波長變短C頻率增高，波長變長D頻率不變，波長變長 答案A 4(2012全國，16)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用黃光作為入射光為了增大干涉條紋的間距，該同學(xué)可以采用的方法有()A改用紅光作為入射光B改用藍(lán)光作為入射光C增大雙縫到屏的距離D增大雙縫之間的距離 答案AC A電容器的電容減小 B電容器的電容增大 CLC回路的振蕩頻率減小 DLC回路的振蕩頻率增大 答案BC解析設(shè)入射光線經(jīng)玻璃折射時(shí)，入射角為i，折射角為，射至棱鏡右側(cè)面的入射角為，根據(jù)折射定律有 答案045解析如圖，考慮從玻璃立方體中心O點(diǎn)發(fā)出的一條光線，假設(shè)它斜射到玻璃立方體上表面發(fā)生折射根據(jù)折射定律有nsin sin