2023版高三一輪總復(fù)習(xí)物理（新教材新高考）第十三章光電磁波教案

1、 高考備考指南命題分析核心素養(yǎng)1.從近兩年新高考命題特點(diǎn)分析可以看出：多以三棱鏡、玻璃半球、球冠玻璃磚、游泳池等為設(shè)題情境，考查光線在介質(zhì)中的傳播光路圖，以雙縫干涉、單縫衍射、電磁波為載體考查光的干涉、衍射等知識(shí)。題型既有選擇題也有計(jì)算題。2.高考對本專題的考查以光的折射、全反射等光的傳播規(guī)律作為主要命題方向，利用三角函數(shù)、正弦定理、勾股定理、相似三角形等數(shù)學(xué)知識(shí)分析各種邊角關(guān)系，并關(guān)注光學(xué)、電磁波與實(shí)際生活、科技前沿的結(jié)合。物理觀念：折射率、全反射、折射、偏振、電磁振蕩?？茖W(xué)思維：光的折射定律?？茖W(xué)探究：測定玻璃的折射率、用雙縫干涉測波長?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：電磁波的應(yīng)用及危害。光的折射全反射一

2、、光的折射定律折射率1折射定律(如圖所示)(1)內(nèi)容：折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比。(2)表達(dá)式：eq f(sin 1,sin 2)n12，式中n12是比例常數(shù)。(3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。2折射率(1)物理意義：折射率僅反映介質(zhì)的光學(xué)特性，折射率大，說明光從真空射入到該介質(zhì)時(shí)偏折大，反之偏折小。(2)定義式：neq f(sin 1,sin 2)。(3)計(jì)算公式：neq f(c,v)，因?yàn)関c，所以任何介質(zhì)的折射率都大于1。二、全反射光導(dǎo)纖維1光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)介質(zhì)光密介質(zhì)光疏介質(zhì)折射率較大較小光在介質(zhì)

3、中的傳播速度小大相對性若n甲n乙，則甲是光密介質(zhì)若n甲1，解得i1r1，所以折射光線向右偏折；根據(jù)折射定律有neq f(sin i2,sin r2)，r1r2，解得i1i2，所以出射光線與入射光線平行，C項(xiàng)正確。2(玻璃三棱鏡中的色散)如圖所示，一束可見光穿過玻璃三棱鏡后，變?yōu)閍、b、c三束單色光。如果b光是綠光，則以下說法正確的是()Aa光可能是藍(lán)光Bc光可能是紅光Ca光的頻率小于b光的頻率Dc光的波長大于b光的波長C紅光的折射率最小，通過三棱鏡后偏折角最小，紫光的折射率最大，偏折角最大，如果b光是綠光，則c光可能是紫光或藍(lán)光，a光可能是紅光，故A、B錯(cuò)誤；根據(jù)折射率與頻率的關(guān)系可知，a的折

4、射率最小，則頻率最小，所以a光的頻率小于b光的頻率，故C正確；根據(jù)公式eq f(c,)可知，c光的頻率最大，則波長最短，故D錯(cuò)誤。光的波動(dòng)性電磁波相對論一、光的干涉、衍射和偏振1光的干涉(1)定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某些區(qū)域相互加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)暗條紋，且加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象。(2)條件：兩束光的頻率相同、相位差恒定。(3)雙縫干涉圖樣特點(diǎn)：單色光照射時(shí)，形成明暗相間的等間距的干涉條紋；白光照射時(shí)，中央為白色亮條紋，其余為彩色條紋。2光的衍射發(fā)生明顯衍射的條件：只有當(dāng)障礙物的尺寸與光的波長相差不多，甚至比光的波長還小的時(shí)候，衍射現(xiàn)象才會(huì)明顯。3光的偏振(1

5、)自然光：包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同。(2)偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上，只沿著某個(gè)特定的方向振動(dòng)的光。(3)偏振光的形成a讓自然光通過偏振片形成偏振光。b讓自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和折射，反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光。(4)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波。二、電磁波1麥克斯韋電磁場理論：變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場，變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場。2電磁波(1)電磁場在空間由近及遠(yuǎn)的傳播，形成電磁波。(2)電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可在真空中傳播，在真空中不同頻率的電磁波的傳播速度相同(都等于光速)。(3

6、)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，波速越小。(4)vf，f是電磁波的頻率。3電磁波的發(fā)射(1)發(fā)射條件：開放電路和高頻振蕩信號，所以要對傳輸信號進(jìn)行調(diào)制(調(diào)幅或調(diào)頻)。(2)調(diào)制方式a調(diào)幅：使高頻電磁波的振幅隨信號的強(qiáng)弱而變。b調(diào)頻：使高頻電磁波的頻率隨信號的強(qiáng)弱而變。4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相等時(shí)，激起的振蕩電流最強(qiáng)，這就是電諧振現(xiàn)象。(2)使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫作調(diào)諧。(3)從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩中“檢”出調(diào)制信號的過程，叫作檢波。檢波是調(diào)制的逆過程，也叫作解調(diào)。5電磁波譜：按照電磁波的頻率或波長的大小順序把它們排

7、列起來就是電磁波譜。按波長由長到短排列的電磁波譜為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線。三、相對論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)律都是相同的。(2)光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，光速和光源、觀測者間的相對運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系。2質(zhì)速關(guān)系(1)物體的質(zhì)量隨物體速度的增加而增大，物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m與靜止時(shí)的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系：meq f(m0,r(1blc(rc)(avs4alco1(f(v,c)eq sup12(2)。(2)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量總要大于靜止時(shí)的質(zhì)量m0。3質(zhì)能關(guān)系用m表示物體的質(zhì)量，E表示它

8、具有的能量，則愛因斯坦質(zhì)能方程為：Emc2。一、易錯(cuò)易誤辨析(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”)(1)只有橫波才能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象。()(2)太陽光通過三棱鏡形成彩色光譜，這是光的干涉的結(jié)果。()(3)光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象。()(4)光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若僅將入射光從紅光改為紫光，則相鄰亮條紋間距一定變小。()(5)均勻變化的磁場產(chǎn)生均勻變化的電場，電場向外傳播便形成了電磁波。()(6)在真空中傳播的電磁波，當(dāng)它的頻率增加時(shí)，它的傳播速度不變，波長變短。()二、教材習(xí)題衍生1(人教版選擇性必修第一冊P94T4改編)劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖甲所示，將一塊平板玻璃放置在另一平

9、板玻璃上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個(gè)劈形空氣薄膜。當(dāng)光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示。甲乙現(xiàn)若在圖甲的裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋()A變疏 B變密 C不變 D消失A如圖所示，若抽去一張紙片，則三角截面空氣層的傾角變小，則干涉條紋變疏，A正確。2(人教版選擇性必修第一冊P100“科學(xué)漫步”改編)如圖，A、B兩圖是由單色光分別入射到A圓孔和B圓孔形成的圖像，由兩圖可以得出()ABAA圖是衍射圖像，A孔直徑小于B孔直徑BA圖是干涉圖像，A孔直徑大于B孔直徑CB圖是衍射圖像，A孔直徑小于B孔直徑DB圖是干涉圖像，

10、A孔直徑大于B孔直徑A干涉出現(xiàn)的明暗相間條紋寬度是均勻的，而A圖中出現(xiàn)明暗相間，間隔不均勻的條紋，所以A圖為衍射圖樣，小孔越小，衍射越明顯；B圖是光沿直線傳播的圖樣，所以A孔直徑小于B孔直徑，A正確，B、C、D錯(cuò)誤。 光的干涉1雙縫干涉(1)光能夠發(fā)生干涉的條件：兩光的頻率相同，振動(dòng)步調(diào)相同。(2)明暗條紋的判斷方法：如圖所示，光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P點(diǎn)的路程差為rr2r1。當(dāng)rk(k0,1,2)時(shí)，光屏上P處出現(xiàn)明條紋。當(dāng)r(2k1)eq f(,2)(k0,1,2)時(shí)，光屏上P處出現(xiàn)暗條紋。(3)用白光照射雙縫時(shí)，形成的干涉條紋的特點(diǎn)：中央為白色條紋，兩側(cè)為彩色條紋。(4)雙縫干涉形成

11、的條紋是等間距的，兩個(gè)相鄰亮條紋或相鄰暗條紋間距離與波長成正比，即xeq f(l,d)。2薄膜干涉(1)形成原因：如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上時(shí)，在膜的前表面AA和后表面BB分別反射回來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加。(2)明暗條紋的判斷方法：兩個(gè)表面反射回來的兩列光波的路程差r，等于薄膜厚度的2倍。在P1、P2處，rn(n1,2,3)，薄膜上出現(xiàn)明條紋。在Q處，r(2n1)eq f(,2)(n0,1,2,3)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋。(3)條紋特點(diǎn)：單色光：明暗相間的水平條紋；白光：彩色水平條紋。(4)薄膜干涉的應(yīng)用。干涉法檢查平面：如圖所示，兩

12、板之間形成一楔形空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢平面是平整光滑的，我們會(huì)觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋；若被檢查平面不平整，則干涉條紋發(fā)生彎曲。被檢查平面典例(2020山東卷)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的截面圖如圖所示。光源S到S1、S2的距離相等，O點(diǎn)為S1、S2連線中垂線與光屏的交點(diǎn)。光源S發(fā)出的波長為的光，經(jīng)S1出射后垂直穿過玻璃片傳播到O點(diǎn)，經(jīng)S2出射后直接傳播到O點(diǎn)，由S1到O點(diǎn)與由S2到O點(diǎn)，光傳播的時(shí)間差為t。玻璃片厚度為10，玻璃對該波長光的折射率為1.5，空氣中光速為c，不計(jì)光在玻璃片內(nèi)的反射。以下判斷正確的是()Ateq f(5,c) Bteq f(15,2c) Cteq

13、f(10,c) Dteq f(15,c)A波長為的光在玻璃片中的傳播速度veq f(c,n)，通過10的距離，光傳播的時(shí)間差teq f(10n,c)eq f(10,c)eq f(5,c)，選項(xiàng)A正確。跟進(jìn)訓(xùn)練1(雙縫干涉中亮、暗條紋的判斷)如圖所示，用頻率為f的單色光(激光)垂直照射雙縫，在光屏的P點(diǎn)出現(xiàn)第3條暗條紋，已知光速為c，則P到雙縫S1、S2的距離之差|r1r2|應(yīng)為()Aeq f(c,2f) Beq f(3c,2f) Ceq f(3c,f) Deq f(5c,2f)D在P點(diǎn)出現(xiàn)第3條暗條紋，說明S1、S2到P點(diǎn)距離之差為eq f(,2)(2n1)eq f(5,2)，而eq f(c,

14、f)，所以|r1r2|eq f(5,2)eq f(5c,2f)，因此D是正確的。2(多選)(薄膜干涉) (2021浙江6月選考)肥皂膜的干涉條紋如圖所示，條紋間距上面寬、下面窄。下列說法正確的是()A過肥皂膜最高和最低點(diǎn)的截面一定不是梯形B肥皂膜上的條紋是前后表面反射光形成的干涉條紋C肥皂膜從形成到破裂，條紋的寬度和間距不會(huì)發(fā)生變化D將肥皂膜外金屬環(huán)左側(cè)的把柄向上轉(zhuǎn)動(dòng)90，條紋也會(huì)跟著轉(zhuǎn)動(dòng)90AB由于表面張力的作用，過肥皂膜最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的截面會(huì)有凹或者凸現(xiàn)象，A項(xiàng)正確；薄膜前后兩個(gè)表面的反射光頻率相同，發(fā)生了干涉現(xiàn)象，形成干涉條紋，B項(xiàng)正確；從形成到破裂，由于重力的影響，肥皂膜會(huì)上薄下厚，且

15、厚度會(huì)改變，故條紋會(huì)改變，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由于重力作用，當(dāng)把柄向上轉(zhuǎn)動(dòng)90時(shí)，條紋不會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 光的衍射及偏振現(xiàn)象1三種不同的衍射現(xiàn)象的特點(diǎn)(1)單縫衍射圖樣的四個(gè)特點(diǎn)：中央條紋亮而寬；兩側(cè)亮條紋具有對稱性，亮條紋寬度逐漸變窄，亮度逐漸減弱；波長一定時(shí)，單縫窄的中央條紋寬，條紋間距大，單縫不變時(shí)，光波波長大的中央條紋寬，條紋間距大；白光的單縫衍射條紋中央為白色亮條紋，兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，靠近白色亮條紋的內(nèi)側(cè)為紫色。(2)圓孔衍射圖樣的兩個(gè)特點(diǎn)：單色光的圓孔衍射圖樣中央亮圓的亮度大，外面是明暗相間的不等距的圓環(huán)。越向外，圓環(huán)亮度越低。白光的圓孔衍射圖樣中央亮圓為白色，周圍是彩色圓

16、環(huán)。(3)泊松亮斑圖樣的特點(diǎn)：圓形陰影中心有一亮斑，圓形陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)。與小孔衍射圖樣有明顯區(qū)別。2光的偏振(1)自然光與偏振光的比較：自然光偏振光成因從光源(如太陽、電燈等)直接發(fā)出的光自然光通過偏振片后就變成了偏振光，反射光、折射光均為偏振光振動(dòng)方向在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿著各個(gè)方向振動(dòng)在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，有且只有一個(gè)振動(dòng)方向經(jīng)偏振片后現(xiàn)象比較如圖所示，通過偏振片后，自然光就變成了偏振光，轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片，偏振光的亮度不變，但偏振方向隨之變化如圖所示，偏振光經(jīng)偏振片后，若偏振方向與透振方向平行，屏亮；若垂直，則屏暗；若介于兩者之間，則屏上亮度介

17、于兩者之間并隨偏振方向與透振方向夾角的增大而變暗(2)偏振光的應(yīng)用：加偏振濾光片的照相機(jī)鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等。題組突破1(光的衍射)如圖所示的4種明暗相間的條紋分別是紅光、藍(lán)光各自通過同一個(gè)雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個(gè)單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮條紋)。在下面的4幅圖中(從左往右排列)，亮條紋的顏色依次是()圖1圖2圖3圖4A紅黃藍(lán)紫 B紅紫藍(lán)黃 C藍(lán)紫紅黃 D藍(lán)黃紅紫B雙縫干涉條紋是等間距的，而單縫衍射條紋除中央亮條紋最寬、最亮之外，兩側(cè)條紋亮度、寬度都逐漸減小，因此圖1、3為雙縫干涉條紋，圖2、4為單縫衍射條紋。雙縫干涉條紋的寬度(即相

18、鄰亮、暗條紋間距)xeq f(l,d)，紅光波長大于藍(lán)光波長，則紅光干涉條紋間距大于藍(lán)光干涉條紋間距，即1、3分別對應(yīng)于紅光和藍(lán)光。而在單縫衍射中，當(dāng)單縫寬度一定時(shí)，波長越長，衍射越明顯，即中央條紋越寬越亮，2、4分別對應(yīng)于紫光和黃光。綜上所述，1、2、3、4四幅圖中亮條紋的顏色依次是：紅、紫、藍(lán)、黃，B項(xiàng)正確。2(多選)(光的偏振)奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一個(gè)重要指標(biāo)，可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量。偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會(huì)相對于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，這一角度稱為“旋光度”，的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將的測量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，就能確定被測樣品的含

19、糖量。如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動(dòng)B，使到達(dá)O處的光最強(qiáng)，然后將被測樣品P置于A、B之間。以下說法中正確的是()自然光源偏振片 被測樣品 偏振片A到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱B到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱C將偏振片B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最大，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于D將偏振片A轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最大，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于ACD因?yàn)锳、B的透振方向一致，故A、B間不放糖溶液時(shí)，自然光通過偏振片A后變成偏振光，通過B后到O處。當(dāng)在A、B間加上糖溶液時(shí)，由于糖溶液的旋光作用，使通過A的偏振光的振動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一定角度，使通過B到達(dá)O處的光的強(qiáng)度不是最大，但當(dāng)B轉(zhuǎn)過一個(gè)角

20、度，恰好使透振方向與經(jīng)過糖溶液后的偏振光的振動(dòng)方向一致時(shí)，O處光強(qiáng)又為最強(qiáng)，故B的旋轉(zhuǎn)角度即糖溶液的旋光度。若偏振片B不動(dòng)而將A旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再經(jīng)糖溶液旋光后光的振動(dòng)方向恰與B的透振方向一致，則A轉(zhuǎn)過的角度也為，故A、C、D三項(xiàng)正確。 電磁振蕩電磁波相對論1對麥克斯韋電磁場理論的理解2電磁波的四大特點(diǎn)(1)電磁波是橫波，在空間傳播不需要介質(zhì)。(2)在真空中電磁波的傳播速度為3108 m/s。(3)vf對電磁波同樣適用。(4)電磁波能產(chǎn)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象。3電磁波譜的特性及應(yīng)用電磁波譜特性應(yīng)用遞變規(guī)律無線電波容易發(fā)生衍射通信和廣播紅外線熱效應(yīng)紅外線遙感可見光引起視覺照明等紫外線熒光效

21、應(yīng)，能殺菌滅菌消毒、防偽X射線穿透能力強(qiáng)醫(yī)用透視、安檢射線穿透能力很強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)用治療4狹義相對論(1)狹義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)狹義相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的。光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，光速與光源、觀測者間的相對運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系。(2)狹義相對論的質(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：Emc2。(3)狹義相對論的三個(gè)有用的結(jié)論：運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢了。運(yùn)動(dòng)的尺子長度縮短了。運(yùn)動(dòng)的物體質(zhì)量增大了。題組突破1(電磁振蕩)近場通信是一種短距高頻的無線電技術(shù)，其主要結(jié)構(gòu)就是線圈和電容器組成的類似LC振蕩電路的并聯(lián)諧振

22、電路，其終端有主動(dòng)、被動(dòng)和雙向三種模式，最常見的被動(dòng)模式廣泛應(yīng)用于公交卡、門禁卡、校園一卡通等，刷卡時(shí)，電路發(fā)生電諧振，給電容器充電，達(dá)到一定電壓后，在讀卡設(shè)備發(fā)出的射頻場中響應(yīng)，被讀或?qū)懭胄畔?。下列說法正確的是()ALC電路的電容器在充電時(shí)，電流增大B如果增大LC電路中電容器兩極板間距離，振蕩周期將增大CLC電路中，電容器充電時(shí)，線圈中自感電動(dòng)勢增大D電磁波發(fā)射時(shí)，使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù)叫電諧振CLC電路的電容器在充電時(shí)，電流減小，故A錯(cuò)誤；根據(jù)T2eq r(LC)可知，因?yàn)閮蓸O板間距離d增大時(shí)C減小，所以T減小，故B錯(cuò)誤；電容器充電時(shí)，電流減小得越來越快，線圈中自感電動(dòng)勢增大，故C

23、正確；電磁波發(fā)射時(shí)，使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù)叫調(diào)制，故D錯(cuò)誤。故選C。2(電磁波的特性)我國成功研發(fā)的反隱身先進(jìn)米波雷達(dá)堪稱隱身飛機(jī)的克星，它是我國雷達(dá)研究又創(chuàng)新的里程碑。米波雷達(dá)發(fā)射無線電波的波長在110 m范圍內(nèi)，則對該無線電波的判斷正確的是()A米波的頻率比厘米波頻率高B和機(jī)械波一樣需要在介質(zhì)中傳播C同光波一樣會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象D不可能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象C由feq f(v,)可知，波長越長，頻率越低，故米波的頻率比厘米波頻率低，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；無線電波是電磁波，它的傳播不需要介質(zhì)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；無線電波與光波一樣具有波的特性，會(huì)發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3(狹義

24、相對論)一艘太空飛船靜止時(shí)的長度為30 m，他以0.6c(c為光速)的速度沿長度方向飛行越過地球，下列說法正確的是()A飛船上的觀測者測得該飛船的長度小于30 mB地球上的觀測者測得該飛船的長度小于30 mC飛船上的觀測者測得地球上發(fā)來的光信號速度小于cD地球上的觀測者測得飛船上發(fā)來的光信號速度小于cB飛船上的觀測者相對飛船靜止，測得的長度仍為30 m，而地球上的觀測者觀測高速飛行的飛船，長度縮短了，故A錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)狹義相對論的基本假設(shè)可知，飛船和地球上的觀測者測得光信號的速度均為c，C、D均錯(cuò)誤。測定玻璃的折射率 教材原型實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理與操作典例1某小組做測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)，所用器材有

25、：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規(guī)，筆，白紙。(1)下列措施能夠提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度的是_(填選項(xiàng)前的字母)。A選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚B選用兩光學(xué)表面平行的玻璃磚C選用粗的大頭針完成實(shí)驗(yàn)D插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些(2)該小組用同一套器材完成了四次實(shí)驗(yàn)，記錄的玻璃磚界線和四個(gè)大頭針扎下的孔洞如圖所示，其中實(shí)驗(yàn)操作正確的是_(填選項(xiàng)字母)。ABCD(3)該小組選取了操作正確的實(shí)驗(yàn)記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入射點(diǎn)O為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于A、B點(diǎn)，再過A、B點(diǎn)作法線NN的垂線，垂足分別為C、D點(diǎn)，如圖所示，則玻璃的折射率n_。(用圖中線段的字母表示)解析(1)為

26、了提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度，在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚，選用細(xì)的大頭針且插在玻璃磚同側(cè)的大頭針的間距盡量大些，所以A、D正確。(2)入射光線和出射光線應(yīng)平行且不在一條直線上，D正確。(3)根據(jù)折射率公式得neq f(sin i,sin r)eq f(f(AC,R),f(BD,R)eq f(AC,BD)。答案(1)AD(2)D(3)eq f(AC,BD)本實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)(1)光線：通過入射點(diǎn)和出射點(diǎn)確定折射光線，從而找出入射角與折射角。(2)誤差：主要取決于出射點(diǎn)的精確。出射點(diǎn)是兩條線直接相交而得：一是邊界線，二是出射光線。數(shù)據(jù)處理與誤差分析典例2(2021貴州貴陽模擬)如圖所示，某同

27、學(xué)用插針法測定一半圓形玻璃磚的折射率。在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線，并讓入射光線過圓心O，在玻璃磚(圖中實(shí)線部分)另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，連接OP3，圖中MN為分界線，虛線半圓與玻璃磚對稱，B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點(diǎn)，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D兩點(diǎn)。(1)設(shè)AB的長度為l1，AO的長度為l2，CD的長度為l3，DO的長度為l4，為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測量_，則玻璃磚的折射率可表示為n_。(2)該同學(xué)在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O(shè)為圓心順時(shí)針轉(zhuǎn)過一小角度，由此測得玻璃磚的折射率將_(選填“

28、偏大”“偏小”或“不變”)。解析(1)sin 1eq f(l1,BO)，sin 2eq f(l3,CO)，玻璃磚的折射率neq f(sin 1,sin 2)eq f(f(l1,BO),f(l3,CO)eq f(l1,l3)，因此只需測量l1和l3即可。(2)玻璃磚順時(shí)針轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度，在處理數(shù)據(jù)時(shí)，認(rèn)為l1是不變的，即入射角不變，而l3較實(shí)際值減小，所以測量值neq f(l1,l3)將偏大。答案(1)l1和l3eq f(l1,l3)(2)偏大跟進(jìn)訓(xùn)練1如圖甲所示，某同學(xué)用“插針法”測定一塊兩面不平行的玻璃磚的折射率，以下是幾個(gè)主要操作步驟：甲乙a在水平木板上固定白紙，將玻璃磚放在白紙上；b用筆

29、沿玻璃磚的邊緣畫界面AA和BB(如圖甲所示)；c在AA上方豎直插入大頭針P1、P2；d在BB下方豎直插入大頭針P3、P4，使P1、P2、P3、P4在一條直線上(如圖甲所示)。(1)以上步驟有錯(cuò)誤的是_(填步驟前的字母)。(2)改正了錯(cuò)誤操作并進(jìn)行正確的操作和作圖后，該同學(xué)作出的光路圖如圖乙所示，其中P1P2垂直于AA，測量出了、的角度，則該玻璃磚的折射率n_。解析(1)由用“插針法”測定玻璃磚的折射率實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)可知，不能用玻璃磚的光學(xué)邊界(即邊緣)代替直尺，可知b步驟錯(cuò)誤；在BB下方豎直插針P3、P4時(shí)，應(yīng)使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3本身及P1、P2的像，由于AA與BB不平行，

30、可知P3、P4所在直線與P1、P2所在直線不平行，且不在同一直線上，故d步驟錯(cuò)誤。(2)neq f(sin90,sin90)eq f(cos ,cos )。答案(1)bd(2)eq f(cos ,cos )2做測量玻璃折射率實(shí)驗(yàn)時(shí)，同學(xué)們被分成若干實(shí)驗(yàn)小組，以下是其中兩個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的實(shí)驗(yàn)情況：(1)甲組同學(xué)在實(shí)驗(yàn)時(shí)，用他們測得的多組入射角i與折射角r作出sin isin r圖像如圖1所示，則下列判斷正確的是_。圖1圖2A光線是從空氣射入玻璃的B該玻璃的折射率約為0.67C該玻璃的折射率約為1.5D該玻璃置于空氣中時(shí)臨界角約為45(2)乙組同學(xué)先畫出圖2所示的坐標(biāo)系，再在y0區(qū)域放入某介質(zhì)(以x軸

31、為界面)，并通過實(shí)驗(yàn)分別標(biāo)記了折射光線、入射光線、反射光線通過的一個(gè)點(diǎn)，它們的坐標(biāo)分別為A(8,3)、B(1，4)、C(7，4)，則：入射點(diǎn)O(圖中未標(biāo)出)的坐標(biāo)為_。通過圖中數(shù)據(jù)可以求得該介質(zhì)的折射率n_。解析(1)由圖可知，入射角大于折射角，故可知光線是從空氣射入玻璃的，A項(xiàng)正確；由neq f(sin i,sin r)可知，玻璃的折射率neq f(1,0.67)1.5，B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；由sin Ceq f(1,n)可知，臨界角的正弦值為0.67，D項(xiàng)錯(cuò)誤。(2)畫出三條光線如圖所示根據(jù)反射光線與入射光線的對稱性可知，入射點(diǎn)O的橫坐標(biāo)xeq f(17,2) cm4 cm，故入射點(diǎn)O的坐標(biāo)

32、為(4,0)。設(shè)入射角為i，折射角為r。根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)得sin ieq f(3,r(3242)0.6sin req f(4,r(4232)0.8所以該介質(zhì)的折射率neq f(sin r,sin i)eq f(0.8,0.6)eq f(4,3)。答案(1)AC(2)(4,0)eq f(4,3) 拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新典例3某同學(xué)為測量玻璃磚的折射率，準(zhǔn)備了下列器材：激光筆、直尺、刻度尺、一面鍍有反射膜的平行玻璃磚。如圖所示，直尺與玻璃磚平行放置，激光筆發(fā)出的一束激光從直尺上的O點(diǎn)射向玻璃磚表面，在直尺上觀察到A、B兩個(gè)光點(diǎn)，讀出OA間的距離為20.00 cm，AB間的距離為6.00 cm，測得

33、圖中直尺到玻璃磚上表面距離d110.00 cm，玻璃磚厚度d24.00 cm。(1)請?jiān)趫D中作出到達(dá)B點(diǎn)光線的光路圖。(2)玻璃的折射率n_(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。解析(1)作出光路圖如圖所示。(2)根據(jù)幾何知識(shí)可知tan ieq f(f(OA,2),d1)eq f(10 cm,10 cm)1，所以i45，DEAB6 cm且有tan req f(f(DE,2),d2)eq f(f(1,2)6 cm,4 cm)eq f(3,4)，則得r37所以玻璃的折射率neq f(sin i,sin r)1.2。答案(1)見解析圖(2)1.2(1)利用反射現(xiàn)象來測定折射率。(2)利用反射光線與折射光線的幾何

34、特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)過程的創(chuàng)新典例4如圖所示，光沿AO從空氣射入折射率為n的介質(zhì)中，以O(shè)點(diǎn)為圓心、R為半徑畫圓，與折射光線的交點(diǎn)為B，過B點(diǎn)向兩介質(zhì)的交界面作垂線，交點(diǎn)為N，BN與AO的延長線的交點(diǎn)為M。以O(shè)點(diǎn)為圓心、OM(設(shè)為r)為半徑畫另一圓，則折射率n為()Aeq f(R,r) Beq f(r(r2R2),R) Ceq f(r,R) Deq f(R,r(R2r2)A折射率為neq f(sin 1,sin 2)，入射角1OMN，在RtOMN中，sin 1eq f(ON,r)；折射角2OBN，在RtOBN中，sin 2eq f(ON,R)，故neq f(R,r)，選項(xiàng)A正確。本實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新之處：把常見的

35、“單位圓”法中半徑不變改為入射角、折射角對應(yīng)的直角三角形的邊不變，半徑的反比為介質(zhì)的折射率。跟進(jìn)訓(xùn)練1小李同學(xué)利用激光筆和角度圓盤測一半圓形玻璃磚的折射率，他用手機(jī)拍攝的某次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象照片如圖所示，圖中有三條明亮的光線，固定好激光筆，然后將圓盤和玻璃磚一起繞圓心_(選填“順時(shí)針”或“逆時(shí)針”)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)了5，發(fā)現(xiàn)光線恰好消失了，那么這次他所測得的半圓形玻璃磚的折射率n_。解析圓盤和玻璃磚一起順時(shí)針繞圓心緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，入射角逐漸增大，當(dāng)入射角等于臨界角時(shí)發(fā)生全反射，折射光線消失，由題得全反射臨界角C45，由sin Ceq f(1,n)得neq r(2)。答案順時(shí)針eq r(2)2某校開展研究性學(xué)習(xí)，某研

36、究小組根據(jù)光學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)測液體折射率的儀器。如圖所示，在一個(gè)圓盤上，過其圓心O作兩條相互垂直的直徑BC、EF。在半徑OA上，垂直于盤面插上兩枚大頭針P1、P2并保持位置不變。每次測量時(shí)讓圓盤的下半部分豎直進(jìn)入液體中，而且總使得液面與直徑BC相平，EF作為界面的法線，而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2，在圓周EC部分插上P3，使P3擋住P1、P2的像。同學(xué)們通過計(jì)算，預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣根據(jù)P3所插的位置，就可以直接讀出液體折射率的值。(1)若AOF30，OP3與OC之間的夾角為30，則P3處刻的折射率的值為_。(2)圖中P3、P4兩處，對應(yīng)折射率大的是_。(3)作AO

37、的延長線交圓周于K，K處對應(yīng)的折射率為_。解析(1)根據(jù)折射定律neq f(sin 1,sin 2)，題中160，2AOF30，所以neq f(sin 60,sin 30)1.73。(2)在入射角相同的情況下，圖中P4對應(yīng)的折射角大于P3所對應(yīng)的折射角，所以P4對應(yīng)的折射率大。(3)因A、O、K在一條直線上，入射角等于折射角，所以K處對應(yīng)的折射率為1。答案(1)1.73(2)P4(3)1用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測量光的波長 教材原型實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理與操作典例1在“用雙縫干涉測光的波長”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。(1)某同學(xué)以線狀白熾燈為光源，對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)并觀察了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點(diǎn)，正確的是_

38、。A燈絲與單縫和雙縫必須平行放置B干涉條紋與雙縫垂直C干涉條紋的疏密程度與單縫寬度有關(guān)D干涉條紋的間距與光的波長有關(guān) (2)當(dāng)測量頭中的分劃板中心刻線對齊某條紋的中心時(shí)，手輪上的示數(shù)如圖甲所示，該讀數(shù)為_ mm。甲乙(3)如果測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，如圖乙所示，則在這種情況下測量干涉條紋的間距x時(shí)，測量值_(選填“大于”“小于”或“等于”)實(shí)際值。解析(1)為了獲得清晰的干涉條紋，燈絲與單縫和雙縫必須平行放置，A正確；干涉條紋與雙縫平行，B錯(cuò)誤；由干涉條紋的間距xeq f(l,d)可知，干涉條紋的間距與單縫寬度無關(guān)，與光的波長有關(guān)，C錯(cuò)誤，D正確。(2)手輪的讀數(shù)為0

39、.5 mm20.00.01 mm0.700 mm。(3)條紋與分劃板中心刻線不平行時(shí)，有x實(shí)x測cos ，為條紋與分劃板中心刻線間的夾角，故x實(shí)x測。答案(1)AD(2)0.700(3)大于數(shù)據(jù)處理與誤差分析典例2(2021北京四中質(zhì)檢)某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“用雙縫干涉測光的波長”的實(shí)驗(yàn)，他用帶有游標(biāo)尺的測量頭(如圖乙所示)測量相鄰兩條亮條紋間的距離，轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭的手輪，使分劃板的中心刻線對齊某一條亮條紋(將這一條紋確定為第一亮條紋)的中心，此時(shí)游標(biāo)尺上的示數(shù)情況如圖丙所示；轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭的手輪，使分劃板的中心刻線對齊第六亮條紋的中心，此時(shí)游標(biāo)尺上的示數(shù)情況如圖丁所示。則：(1)圖丙的讀數(shù)

40、x1_ mm；甲乙丙丁(2)圖丁的讀數(shù)x2_ mm。(3)實(shí)驗(yàn)中所用的雙縫間的距離d0.20 mm，雙縫到屏的距離L60 cm，則實(shí)驗(yàn)中計(jì)算波長的表達(dá)式_(用題目中給出的已知量和直接測量量的符號表示)。(4)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可得實(shí)驗(yàn)中測出的光的波長_ nm。解析(1)題圖丙中的主尺讀數(shù)為1 mm，游標(biāo)尺讀數(shù)為0.053 mm0.15 mm，所以圖丙的讀數(shù)x11 mm0.053 mm1.15 mm。(2)題圖丁中的主尺讀數(shù)為8 mm，游標(biāo)尺讀數(shù)為0.0519 mm0.95 mm，所以圖丁的讀數(shù)x28 mm0.0519 mm8.95 mm。(3)相鄰兩個(gè)亮條紋的距離xeq f(x2x1,5)實(shí)驗(yàn)中計(jì)

41、算波長的表達(dá)式：eq f(d,L)xeq f(dx2x1,5L)。(4)把數(shù)據(jù)代入公式，得eq f(dx2x1,5L)5.20107 m520 nm。答案(1)1.15(2)8.95(3)eq f(dx2x1,5L)(4)520跟進(jìn)訓(xùn)練1(2021四川綿陽模擬)如圖，在“用雙縫干涉測光的波長”實(shí)驗(yàn)中，光具座上放置的光學(xué)元件依次為：光源、遮光筒、毛玻璃。(1)、三個(gè)光學(xué)元件依次為_(填正確答案的標(biāo)號)。A濾光片、單縫、雙縫 B單縫、濾光片、雙縫C單縫、雙縫、濾光片 D濾光片、雙縫、單縫(2)如果實(shí)驗(yàn)時(shí)將紅色濾光片換為綠色濾光片，則相鄰亮條紋(暗條紋)間的距離_(填“變大”或“變小”)。解析(1)

42、為獲取單色線光源，白色光源后面要有濾光片、單縫、雙縫，故A正確。(2)當(dāng)將紅色濾光片換為綠色濾光片，即波長減小，根據(jù)xeq f(l,d)可知，相鄰亮條紋(暗條紋)間的距離變小。答案(1)A(2)變小2某同學(xué)利用圖示裝置測量某種單色光的波長。實(shí)驗(yàn)時(shí)，接通電源使光源正常發(fā)光；調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋。回答下列問題：(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù)，該同學(xué)可_；A將單縫向雙縫靠近B將屏向靠近雙縫的方向移動(dòng)C將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動(dòng)D使用間距更小的雙縫(2)若雙縫的間距為d，屏與雙縫間的距離為l，測得第1條暗條紋到第n條暗條紋之間的距離為x，則單色光的波長_；(3)某次測量時(shí)，選

43、用的雙縫的間距為0.300 mm，測得屏與雙縫間的距離為1.20 m，第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56 mm。則所測單色光的波長為_ nm(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。解析(1)相鄰明(暗)干涉條紋的寬度xeq f(l,d)，要增加觀察到的條紋個(gè)數(shù)，即減小x，需增大d或減小l，因此應(yīng)將屏向靠近雙縫的方向移動(dòng)或使用間距更大的雙縫，選項(xiàng)B正確。(2)第1條暗條紋到第n條暗條紋間的距離為x，則相鄰暗條紋間的距離xeq f(x,n1)，又xeq f(l,d)，解得eq f(xd,n1l)。(3)由eq f(xd,n1l)，代入數(shù)據(jù)解得630 nm。答案(1)B(2)eq f(xd,n1l)(

44、3)630 拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新典例3在觀察光的雙縫干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中，(1)將激光束照在如圖2所示的雙縫上，在光屏上觀察到的現(xiàn)象是圖1中的_。(選填選項(xiàng)字母)圖1圖2(2)換用兩縫間距離更小的雙縫，保持雙縫到光屏的距離不變，在光屏上觀察到的條紋寬度將_；保持雙縫間距離不變，減小光屏到雙縫的距離，在光屏上觀察到的條紋寬度將_。(均選填“變寬”“變窄”或“不變”)解析(1)雙縫干涉圖樣是平行且等寬的明暗相間的條紋，A圖正確。激光的頻率更穩(wěn)定，激光束相當(dāng)于單縫，仍是干涉實(shí)驗(yàn)。(2)根據(jù)xeq f(l,d)知，雙縫間的距離d減小時(shí)，條紋間距變寬；雙縫到屏的距離l減小時(shí)，條紋間距變窄。答案(1)A

45、(2)變寬變窄本實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新之處：原實(shí)驗(yàn)是由一個(gè)燈泡發(fā)光，經(jīng)單縫衍射后，射向雙縫；本實(shí)驗(yàn)將激光燈作為光源，因激光的高度相關(guān)性，無需單縫，可直接射向雙縫。實(shí)驗(yàn)原理與裝置的創(chuàng)新典例4洛埃德(HLloyd)在1834年提出了一種更簡單的觀察干涉的裝置。如圖所示，從單縫S發(fā)出的光，一部分入射到平面鏡后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上兩光束交疊區(qū)域里將出現(xiàn)干涉條紋。單縫S通過平面鏡成的像是S。(1)通過洛埃德鏡在屏上可以觀察到明暗相間的干涉條紋，這和雙縫干涉實(shí)驗(yàn)得到的干涉條紋一致。如果S被視為其中的一個(gè)縫，_相當(dāng)于另一個(gè)“縫”；(2)實(shí)驗(yàn)表明，光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)界面發(fā)生反射時(shí)，在入射角接近