第十二節(jié) 光學正文

第十二章光學、電磁波相對論簡介考綱要求考綱解讀命題規(guī)律命題趨勢光的折射定律（Ⅱ）光學部分由幾何光學的光的反射和折射與物理光學的光的波動性和粒子性四個部分組成，其中光的反射、折射要求屬Ⅱ級要求。a.相對折射率不做考試內容要求。b.光的干涉只限于雙縫干涉、薄膜干涉。1.光的折射定律和折射率的概念。全反射現(xiàn)象和臨界角的計算為高考的重點。2.光的折射和全反射的應用,如光導纖維、棱鏡和光的色散在高考中的命題頻率最高,應引起高度重視。全反射現(xiàn)象和臨界角的計算，對幾何光學的考查為高考的重點。折射律（Ⅰ）全反射、光導纖維（Ⅰ）光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象（Ⅰ）變化的磁場產生電場、變化的電場產生磁場、電磁波及其傳播（Ⅰ）電磁波的產生、發(fā)射和接收（Ⅰ）電磁波譜（Ⅰ）狹義相對論的基本假設（Ⅰ）質速關系、質能關系（Ⅰ）相對論質能關系式（Ⅰ）實驗：測定玻璃的折射率（Ⅰ）實驗：用雙縫干涉測光的波長（Ⅰ）第1節(jié)光的折射全反射圖12-1-1一、圖12-1-11．折射現(xiàn)象光從一種介質斜射進入另一種介質時傳播方向________的現(xiàn)象．2．折射定律(如圖12-2-1所示)(1)內容：折射光線與入射光線、法線處在____________內，折 射光線與入射光線分別位于法線的兩側；入射角的正弦與折射角的正弦成______比．(2)表達式：n=(3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是的．3．折射率(1)物理意義：折射率是一個反映介質的__________的物理量，折射率大，說明光線從空氣射入到該介質時________，反之偏折小．(2)定義式：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，不能說n與sinθ1成正比、與sinθ2成反比．折射率是由介質本身的________和光的頻率決定的．(3)計算公式：n＝eq\f(c,v)，因為v<c，所以任何介質的折射率都大于____．(4)當光從真空(或空氣)射入某種介質時，入射角大于折射角；當光由介質射入真空(或空氣)時，入射角小于折射角．二、全反射和臨界角1．全反射(1)條件：①光從________介質射入________介質．②入射角______________臨界角．(2)現(xiàn)象：折射光完全消失，只剩下反射光．2．臨界角：折射角等于90°時的入射角，用C表示，sinC＝______.3．應用(1)全反射棱鏡．(2)光導纖維．附熱身篇答案：.改變同一平面正eq\f(sinθ1,sinθ2)可逆光學性質偏折大光學性質光密光疏大于或等于eq\f(1,n)重點精講1.折射率的理解（1）某種介質的折射率是指光從真空或空氣進入該介質時入射角的正弦值與折射角的正弦值之比．如果是從該介質進入空氣或真空，則入射角的正弦值與折射角的正弦值之比等于折射率的倒數(shù)．（2）折射率的大小反映了介質的光學性質和入射光的頻率：(1)折射率越大，說明介質對光的偏折作用越大，光線偏離原來傳播方向的程度越厲害．(2)介質對光的折射率越大，說明該光在介質中的傳播速度越?。?3)相對于同一介質，折射率越大的光，其頻率越大．（3）各種色光的比較顏色紅橙黃綠藍靛紫頻率ν低―→高同一介質中折射率小―→大同一介質中速度大―→小波長大―→小臨界角大―→小通過棱鏡的偏折角小―→大圖12-1-2例1：如圖12-1-2所示，ABCD為一直角梯形棱鏡的截面，∠C＝60°，P為垂直于直線BC的光屏，現(xiàn)用一寬度等于AB邊的單色平行光束垂直射向AB面，經棱鏡折射后在屏P上形成寬度等于eq\f(2,3)AB的一條光帶，求棱鏡的折射率．圖12-1-22.全反射現(xiàn)象的理解與應用（1）光密介質和光疏介質是相對而言的．同一種介質，相對于其他不同的介質，可能是光密介質，也可能是光疏介質．（2）如果光線從光疏介質進入光密介質，則無論入射角多大，都不會發(fā)生全反射現(xiàn)象．（3）在光的反射和全反射現(xiàn)象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的．（4）當光射到兩種介質的界面上時，往往同時發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象，但在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射．當折射角等于90°時，實際上就已經沒有折射光了．（5）全反射現(xiàn)象可以從能量的角度去理解：當光由光密介質射向光疏介質時，在入射角逐漸增大的過程中，反射光的能量逐漸增強，折射光的能量逐漸減弱，當入射角等于臨界角時，折射光的能量已經減弱為零，這時就發(fā)生了全反射．例2：（2013年全國卷Ⅱ）如圖12-1-3所示，三棱鏡的橫截面為直角三角形ABC，∠A＝30°，∠B＝60°.一束平行于AC邊的光線自AB邊的P點射入三棱鏡，在AC邊發(fā)生反射后從BC邊的M點射出．若光線在P點的入射角和在M點的折射角相等，(ⅰ)求三棱鏡的折射率；(ⅱ)在三棱鏡的AC邊是否有光線透出？寫出分析過程．(不考慮多次反射)圖圖12-1-33.光的折射對光路的控制（1）玻璃磚對光路的控制兩平面平行的玻璃磚，出射光線和入射光線平行，且光線發(fā)生了側移，如圖12-1-4所示．圖12-1-5圖12-1-5圖12-1-4（2）三棱鏡對光路的控制(i)光密三棱鏡：光線兩次折射均向底面偏折，偏折角為δ，如圖12-1-5(ii)光疏三棱鏡：光線兩次折射均向頂角偏折．圖12-1-6(ⅲ)全反射棱鏡(等腰直角棱鏡)，如圖圖12-1-①當光線從一直角邊垂直射入時，在斜邊發(fā)生全反射，從另一直角邊垂直射出(如圖12-1-6②當光線垂直于斜邊射入時，在兩直角邊發(fā)生全反射后又垂直于斜邊射出(如圖12-1-6③不同顏色的光的頻率不同，在同一種介質中的折射率、光速也不同，發(fā)生全反射現(xiàn)象的臨界角也不同．AFEB圖12-1-7例3.一個橫截面為梯形的玻璃磚，如圖12-1-7所示，AB=2EF=2L，∠A=∠B=60°，該玻璃的折射率為1.5，一束光從距A為的G點垂直ABAFEB圖12-1-7誤區(qū)警示易錯點：不能綜合運用光的折射規(guī)律和全反射的條件圖12-1-8例4.一玻璃磚橫截面如圖12-1-8所示，其中ABC為直角三角形(AC邊未畫出)，AB為直角邊，∠ABC＝45°；ADC為一圓弧，其圓心在BC邊的中點．此玻璃的折射率為1.5.P為一貼近玻璃磚放置的、與AB垂直的光屏．若一束寬度與AB邊長度相等的平行光從AB邊垂直射入玻璃磚，則(圖12-1-8A．從BC邊折射出一束寬度與BC邊長度相等的平行光B．屏上有一亮區(qū)，其寬度小于AB邊的長度C．屏上有一亮區(qū)，其寬度等于AC邊的長度D．當屏向遠離玻璃磚的方向平行移動時，屏上亮區(qū)先逐漸變小然后逐漸變大【錯解】A【錯解分析】不會畫光路圖，找不出入射角、折射角，不能判定是否能發(fā)生全反射現(xiàn)象，以至于畫不出在屏上的亮度區(qū)域，錯選A項，漏選B項．技法提煉圖12-1-9例5.如圖12-1-9所示是一種折射率n＝1.5的棱鏡，現(xiàn)有一束光線沿MN的方向射到棱鏡的AB界面上，入射角的正弦值為sini圖12-1-9(1)光在棱鏡中傳播的速率；(2)通過計算說明此束光線射出棱鏡后的方向并畫出光路圖(不考慮返回到AB面上的光線)．【解析】(1)由n＝eq\f(c,v)得v＝eq\f(c,n)＝2×108m/s圖12-1-10(2)設光線進入棱鏡后的折射角為r，由eq\f(sini,sinr)＝n，得sinr＝eq\f(sini,n)＝0.5，r＝30°，光線射到BC界面時的入射角i1＝90°－45°＝45°圖12-1-由于sin45°>eq\f(1,n)，所以光線在BC邊發(fā)生全反射，光線沿DE方向射出棱鏡后的方向與AC邊垂直，光路圖如圖12-1-10所示．【答案】2×108m/s光路圖如圖所示例6.如圖12-1-11所示，兩塊相同的玻璃等腰三棱鏡ABC置于空氣中，兩者的AC面相互平行放置，由紅光和藍光組成的細光束平行于BC面從P點射入，通過兩棱鏡后，變?yōu)閺腶、b兩點射出的單色光，對于這兩束單色光圖12-1-11A．紅光在玻璃中傳播速度比藍光大 B．從a點射出的為紅光，從圖12-1-1C．從a、b兩點射出的單色光不平行D．從a、b兩點射出的單色光仍平行，且平行于BC圖12-1-12【解析】由玻璃對藍光的折射率較大，可知A選項正確．由偏折程度可知B選項正確．對于C、D二選項，我們應首先明白，除了題設給出的兩個三棱鏡外，二者之間又形成一個物理模型——平行玻璃磚(不改變光的方向，只使光線發(fā)生側移)．中間平行部分只是使光發(fā)生了側移．略去側移因素，整體來看，仍是一塊平行玻璃板，AB∥BA.所以出射光線仍平行．作出光路圖如圖12-1-12所示，可知光線Pc在P點的折射角與光線ea在a點的入射角相等，據光路可逆，則過a圖12-1-【答案】ABD【技法提煉】1.確定光線的方法（1）先確定光線在界面上的入射點，然后再找光線通過的另外一個點，通過兩點確定光線．（2）根據折射定律計算折射角，確定折射光線．當光由光密介質射向光疏介質時，應注意是否發(fā)生全反射．2.平行板玻璃磚模型的分析及物理模型的建構平時碰到的兩面平行的玻璃磚往往是清清楚楚畫出來的，是“有形”的，其折射率大于周圍介質的折射率，這時光線的側移方向也是我們熟悉的．而該題中，未知介質形成的兩面平行的“玻璃磚”并未勾勒出來，倒是其兩側的介質(三棱鏡)被清楚地勾勒出來了，而且前者的折射率未必大于后者．這就在一定程度上掩蓋了兩面平行的“玻璃磚”的特征．因此我們不僅要熟悉光學元件的光學特征，而且要會靈活地運用，將新的情景轉化為我們熟知的模型．第2節(jié)光的傳播（含干涉、衍射、偏振、色散、激光）一、光的干涉1．定義：在兩列光波的疊加區(qū)域，某些區(qū)域的光被，出現(xiàn)亮紋，某些區(qū)域的光被，出現(xiàn)暗紋，且和互相間隔的現(xiàn)象叫做光的干涉現(xiàn)象．2．條件：兩列光的，且具有恒定的相位差，才能產生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象．3．雙縫干涉：由同一光源發(fā)出的光經雙縫后形成兩束振動情況總是的相干光波，屏上某點到雙縫的路程差是處出現(xiàn)亮條紋；路程差是半波長的處出現(xiàn)暗條紋．相鄰的明條紋(或暗條紋)之間距離Δx與波長λ、雙縫間距d及屏到雙縫距離l的關系為4．薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)反射的光相遇而形成的．圖樣中同一條亮(或暗)條紋上所對應薄膜厚度二、光的衍射1．光的衍射現(xiàn)象光在遇到障礙物時，偏離直線傳播方向而照射到陰影區(qū)域的現(xiàn)象．2．光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件當孔或障礙物的尺寸比光波波長，或者跟光波波長時，光才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象．3．衍射圖樣(1)單縫衍射：中央為亮條紋，向兩側有明暗相間的條紋，但間距和亮度不同．白光衍射時，中央仍為白光，最靠近中央的是光，最遠離中央的是光．(2)圓孔衍射：明暗相間的不等距圓環(huán)．(3)泊松亮斑：光照射到一個半徑很小的圓板后，在圓板的陰影中心出現(xiàn)的斑，這是光能發(fā)生衍射的有力證據之一．三、光的偏振1．偏振光：在跟光傳播方向垂直的平面內，光振動在某一方向較強而在另一些方向振動較弱的光即為偏振光．光的偏振現(xiàn)象證明光是(填“橫波”或“縱波”)．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的光，而且沿各個方向振動的光波的都相同，這種光叫做自然光．3．偏振光的產生通過兩個共軸的偏振片觀察自然光，第一個偏振片的作用是把自然光變成偏振光，叫做，第二個偏振片的作用是檢驗光是否是偏振光，叫做．四、光的色散、棱鏡1．光的色散、棱鏡光的色散：含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象．2．光譜：含有多種顏色的光被分解后，各種色光按其波長的有序排列．3．棱鏡①含義：截面是__________的玻璃儀器，可以使光發(fā)生色散，白光的色散表明各色光在同一介質中的__________不同．②三棱鏡對光線的作用：改變光的傳播方向，使復色光發(fā)生色散.附熱身篇答案加強減弱加強減弱頻率相等相同波長的整數(shù)倍奇數(shù)倍Δx＝eq\f(l,d)λ.前后表面相同小相差不多紫紅亮橫波各個方向能量起偏器檢偏器三角形折射率重點精講1．光的雙縫干涉現(xiàn)象的理解(1)光能夠發(fā)生干涉的條件：兩光的頻率相同，振動步調相同．(2)雙縫干涉形成的條紋是等間距的，兩相鄰亮條紋或相鄰暗條紋間距離與波長成正比，即Δx＝eq\f(l,d)λ.(3)用白光照射雙縫時，形成的干涉條紋的特點：中央為白條紋，兩側為彩色條紋．例1.如圖12-2-1所示，a、b為兩束不同頻率的單色光，以45°的入圖12-2-1射角射到玻璃磚的上表面，直線OO′與玻璃磚垂直且與其上表面交于N點，入射點A、B到N點的距離相等，經玻璃磚上表面折射后兩束光相交于圖中的圖12-2A．在真空中，a光的傳播速度大于b光的傳播速度B．在玻璃中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度 C．同時增大入射角(入射角始終小于90°)，則a光在下表面先發(fā)生全反射D．對同一雙縫干涉裝置，a光的干涉條紋比b光的干涉條紋寬2．薄膜干涉現(xiàn)象的理解圖12-2-2(1)如圖12-2-2圖12-2-2(2)光照射到薄膜上時，在膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射出來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加．(3)原理分析(i)單色光①在P1、P2處，兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr等于波長的整數(shù)倍．圖12-2-3Δr＝圖12-②在Q處，兩列反射回來的光波的路程差Δr等于半波長的奇數(shù)倍．Δr＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋．(ii)白光：薄膜上出現(xiàn)水平彩色條紋．(1)4．薄膜干涉的應用干涉法檢查平面如圖12-2-3所示，兩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，我們會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋；若被檢平面不平整，則干涉條紋發(fā)生彎曲．例2.劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖12-2-4甲所示．將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜．當光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示，干涉條紋有如下兩個特點：圖12-圖12-(1)任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相鄰明條紋或暗條紋所對應的薄膜厚度差恒定．現(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一張紙片，則當光垂直入射到新劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋將如何變化？3．光的衍射現(xiàn)象的理解(1)衍射與干涉的比較兩種現(xiàn)象比較項目單縫衍射雙縫干涉不同點條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度情況中央條紋最亮，兩邊變暗條紋清晰，亮度基本相等相同點干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋(i)白光發(fā)生光的干涉、衍射和光的色散都可出現(xiàn)彩色條紋，但光學本質不同．(ii)區(qū)分干涉和衍射，關鍵是理解其本質，實際應用中可從條紋寬度、條紋間距、亮度等方面加以區(qū)分．(2)干涉與衍射的本質：光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結果，從本質上講，衍射條紋的形成與干涉條紋的形成具有相似的原理．在衍射現(xiàn)象中，可以認為從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波，它們在屏上疊加形成單縫衍射條紋．例3.如圖12-2-5圖12-2-圖12-A．紅黃藍紫 B．紅紫藍黃C．藍紫紅黃 D．藍黃紅紫4．光的偏振現(xiàn)象的理解(1)．偏振光的產生方式(i)自然光通過起偏器：通過兩個共軸的偏振片觀察自然光，第一個偏振片的作用是把自然光變成偏振光，叫起偏器．第二個偏振片的作用是檢驗光是否為偏振光，叫檢偏器．(ii)自然光射到兩種介質的交界面上，如果光入射的方向合適，使反射光和折射光之間的夾角恰好是90°時，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．不能認為偏振片就是刻有狹縫的薄片，偏振片并非刻有狹縫，而是具有一種特征，即存在一個偏振方向，只讓平行于該方向振動的光通過，其他振動方向的光被吸收了．(2)．偏振光的理論意義及應用(i)理論意義：光的干涉和衍射現(xiàn)象充分說明了光是波，但不能確定光波是橫波還是縱波．光的偏振現(xiàn)象說明了光波是橫波．(ii)應用：照相機鏡頭、立體電影、消除車燈眩光等．1玻璃板空氣2圖12-2-6例4.（2010年全國卷2）頻率不同的兩束單色光11玻璃板空氣2圖12-A．單色光1的波長小于單色光2的波長B．在玻璃中單色光1的傳播速度大于單色光2的傳播速度C．單色光1通過玻璃板所需的時間小于單色光2通過玻璃板所需的時間D．單色光1從玻璃到空氣的全反射臨界角小于單色光2從玻璃到空氣的全反射臨界角

【錯解】C【錯解分析】不理解折射率，頻率，波速，波長之間的關系，折射率不同，在同種介質中波速不同。

技法提煉1.明暗條紋的判斷方法例5關于光的干涉現(xiàn)象，下列說法正確的是 ()A．在波峰與波峰疊加處，將出現(xiàn)亮條紋；在波谷與波谷疊加處，將出現(xiàn)暗條紋B．在雙縫干涉實驗中，光屏上距兩狹縫的路程差為1個波長的某位置，將出現(xiàn)亮紋C．把入射光由黃光換成紫光，兩相鄰亮條紋間的距離變窄D．當薄膜干涉的條紋是等間距的平行線時，說明薄膜的厚度處處相等【解析】在波峰與波峰疊加處，或在波谷與波谷疊加處，都是振動加強區(qū)，將出現(xiàn)亮條紋，選項A錯誤；在雙縫干涉實驗中，出現(xiàn)亮紋的條件是光屏上某位置距兩狹縫的路程差為波長的整數(shù)倍，出現(xiàn)暗紋的條件是光屏上某位置距兩狹縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍，選項B正確；條紋間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ，λ黃>λ紫，選項C正確；薄膜干涉實驗中的薄膜是“楔形”空氣膜，選項D錯誤．【答案】BC圖12-2-7例6．如圖12-2-7所示，在雙縫干涉實驗中，已知SS1＝SS2，且S1、S2到光屏上P點的路程差Δr圖12-(1)當S為λ＝0.6μm的單色光源時，在P點處將形成______條紋．(2)當S為λ＝0.5μm的單色光源時，在P點處將形成______條紋．(均選填“明”或“暗”)2.光的衍射現(xiàn)象與偏振現(xiàn)象的理解【解析】(1)當λ＝0.6μm＝0.6×10－6mΔr＝1.5×10－6m＝2eq\f(1,2)λ.在P點處將形成暗條紋．(2)當λ＝0.5μm＝0.5×10－6m時，Δr＝1.5×10－6m＝3λ，在P【答案】(1)暗(2)明例7．(2013年瀘州測試)光在科學技術、生產和生活中有著廣泛的應用，下列說法正確的是()A．用透明的標準平面樣板檢查光學平面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象B．光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象C．在光導纖維束內傳送圖像是利用光的色散現(xiàn)象D．用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的衍射現(xiàn)象【解析】用透明的標準平面樣板檢查光學平面的平整程度是利用光的薄膜干涉現(xiàn)象，選項A錯誤；光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象，選項B正確；在光導纖維束內傳送圖像是利用光的全反射現(xiàn)象，選項C錯誤；用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是光的色散現(xiàn)象，利用了光的折射原理，選項D錯誤．【答案】B【技法提煉】3.光的干涉、衍射現(xiàn)象的區(qū)分1.一束光通過窄縫（或小孔）或小的障礙物產生的現(xiàn)象為光的衍射現(xiàn)象，而一束光通過相距很近的兩條窄縫（或兩個小孔）產生的現(xiàn)象為光的干涉現(xiàn)象。2.從產生的圖樣分析：衍射產生的圖樣是中央亮紋（或亮斑）較寬較亮，兩側條紋逐漸變窄變暗；而干涉圖樣中，所有亮紋亮度、寬度幾乎相同。3.熟記常見的幾種干涉、衍射現(xiàn)象。如薄膜干涉、雙縫干涉；單縫衍射、泊松亮斑等。第3節(jié)電磁振蕩與電磁波相對論簡介一、電磁場與電磁波1．麥克斯韋電磁場理論變化的磁場產生電場，變化的電場產生磁場．2．電磁場______的電場在周圍空間產生磁場，______在周圍空間產生電場，變化的電場和磁場成為一個完整的整體，這就是電磁場．3．電磁波電磁場(電磁能量)由近及遠地傳播形成電磁波．(1)電磁波是______波，在空間傳播__________介質．(2)真空中電磁波的速度為________m/s.二、無線電波的發(fā)射和接收1．發(fā)射電磁波的條件(1)要有足夠高的振蕩頻率；(2)電路必須開放，使振蕩電路的電場和磁場分散到盡可能大的空間．2．調制有________和________兩種方式，________是調制的逆過程．三、相對論的簡單知識1．狹義相對論的基本假設(1)在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的．(2)真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的．2．時間間隔的相對性Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)).3．長度的相對性l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2).4．相對論的速度變換公式u＝eq\f(u′＋v,1＋\f(u′v,c2)).5．相對論質量m＝eq\f(m0,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)).6．質能方程E＝mc2.附熱身篇答案變化變化的磁場橫不需要3×108調幅調頻解調重點精講1.對麥克斯韋電磁場理論與電磁波的理解2．對電磁波的理解(1)電磁波的傳播不需要介質，可在真空中傳播，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度是相同的(都等于光速)．(2)不同頻率的電磁波，在同一介質中傳播，其速度是不同的，頻率越高，速度越小．(3)v＝λf，f是電磁波的頻率，即為發(fā)射電磁波的LC振蕩電路的頻率f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))，改變L或C即可改變f，從而改變電磁波的波長λ.麥克斯韋電磁場理論麥克斯韋電磁場理論變化的磁場產生電場變化的電場產生磁場均勻變化的磁場產生恒定電場非均勻變化的磁場產生變化的電場振蕩的磁場產生同頻率振蕩的電場均勻變化的電場產生恒定磁場振蕩的電場產生同頻率振蕩的磁場非均勻變化的電場產生變化的磁場【例1】下列關于電磁場的說法中正確的是()A．只要空間某處有變化的電場或磁場，就會在其周圍產生電磁場，從而形成電磁波B．任何變化的電場周圍一定有磁場C．振蕩電場和振蕩磁場交替產生，相互依存，形成不可分離的統(tǒng)一體，即電磁場D．電磁波的理論在先，實踐證明在后【例2】下列關于電磁波的說法正確的是 ()A．均勻變化的磁場能夠在空間產生電場B．電磁波在真空和介質中傳播速度相同C．只要有電場和磁場，就能產生電磁波D．電磁波在同種介質中只能沿直線傳播(2)目前雷達發(fā)射的電磁波頻率多在200MHz至1000MHz的范圍內．請回答下列關于雷達和電磁波的有關問題．①雷達發(fā)射電磁波的波長范圍是多少？②能否根據雷達發(fā)出的電磁波確定雷達和目標間的距離？3．電磁波譜分析及電磁波的應用電磁波譜頻率/Hz真空中波長/m特性應用遞變規(guī)律無線電波<3×1011>10－3波動性強，易發(fā)生衍射無線電技術衍

射

能

力

減

弱紅外線1011～101510－3～10－7熱效應紅外遙感可見光101510－7引起視覺照明、攝影紫外線1015～101710－7～10－9化學效應、熒光效應、滅菌消毒醫(yī)用消毒、防偽X射線1016～101910－8～10－11貫穿本領強檢查、醫(yī)用透視γ射線>1019<10－11貫穿本領最強工業(yè)探傷、醫(yī)用治療【例3】下列說法中正確的是()A．紅外線、紫外線、倫琴射線和γ射線在真空中傳播的速度均一樣，均為3×108B．紅外線應用在遙感技術中，是利用它穿透本領強的特性C．紫外線在水中的傳播速度小于紅外線在水中的傳播速度D．日光燈是紫外線的熒光效應的應用【例4】關于電磁波，下列說法正確的是 ()A．雷達是用X光來測定物體位置的設備B．使電磁波隨各種信號而改變的技術叫做解調C．用紅外線照射時，大額鈔票上用熒光物質印刷的文字會發(fā)出可見光eq\f(m0,\r(1－\f(v,c)2))D．X射線是原子內層電子受激發(fā)產生的4．對狹義相對論的理解（1）慣性系：如果牛頓運動定律在某個參考系中成立，這個參考系叫做慣性系．相對一個慣性系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系．（2）光速的大小與選取的參考系無關，因為光速是從麥克斯韋方程組中推導出來的，無任何前提條件．（3）狹義相對論認為物體的質量m與物體的速度v有關，其關系式為【例5】據報導，歐洲大型強子對撞機(LHC)已于2008年9月10日開啟，并加速了第一批質子，該對撞機“開足馬力”后能把數(shù)以百萬計的粒子加速至每秒鐘30萬公里，相當于光速的99.9%，粒子流每秒可在隧道內狂飆11245圈，單束粒子能量可達7萬億電子伏特．下列說法正確的是()A．如果繼續(xù)對粒子進行加速，粒子的速度將能夠達到光速B．如果繼續(xù)對粒子進行加速，粒子的速度將能夠超過光速C．粒子高速運動時的質量將大于靜止時的質量D．粒子高速運動時的質量將小于靜止時的質量【歸納總結】1.波長不同的電磁波，表現(xiàn)出不同的特性．其中波長較長的無線電波和紅外線等，易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象；波長較短的紫外線、X射線、γ射線等，穿透能力較強．2．電磁波譜中，相鄰兩波段的電磁波的波長并沒有很明顯的界線，如紫外線和X射線、X射線和γ射線都有重疊，但它們產生的機理不同．3.相對論的理解要注意三點(1)同時的相對性．(2)長度的相對性．(3)時間間隔的相對性．技法提煉【例6】(1)麥克斯韋理論的內容是：__________________.(2)電磁波在傳播過程中，每處的電場方向和磁場方向總是__________的，并和該處電磁波的傳播方向________，這就說明電磁波是________波．【解析】(1)麥克斯韋電磁理論的內容是：變化的磁場產生電場，變化的電場產生磁場．(2)電磁波在傳播過程中，每處的電場方向和磁場方向總是垂直的，并和該處電磁波的傳播方向垂直，這說明電磁波是橫波．【答案】見解析【例7】(1)一列火車以速度v勻速行駛，車頭、車尾各有一盞燈，某時刻路基上的人看見兩燈同時亮了，那么車廂中的人看見的情況是什么呢？(2)一張宣傳畫是邊長為5m的正方形，一高速列車以2×108m/s速度接近此宣傳畫，在司機看來，這張宣傳畫是什么樣子？(3)遠方的一顆星以0.8c的速度離開地球，在地球上測得它輻射出來的閃光按5晝夜的周期變化，求在此星球上測其閃光周期為多大？【解析】(1)由同時的相對性可知車頭的燈先亮。（2）eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)=5≈3.7m在垂直運動方向沒有相對性，所以看到的是一張3.7×5m2的宣傳畫（3）因為Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2))，所以，晝夜V=0.8c,所以（晝夜）=3晝夜【答案】車頭的燈先亮3.7m3晝夜【技法提煉】1.熟記麥克斯韋理論及電磁波的特點，記準電磁波v＝λf這一關系，理解雷達簡單原理．2.解決“同時”的相對性問題，可從三個方面入手：(1)令觀察者靜止，判斷被觀察者因相對運動而引起的位置變化(2)結合光速不變原理，分析光傳播到兩個事件所用的時間(3)光先傳播到的事件先發(fā)生，光后傳播到的事件后發(fā)生，3．解決長度的相對性問題，應當注意(1)“動尺縮短”是沿運動方向上的長度比其相對靜止時測量的長度要短一些，這種長度收縮并非幻覺，并非看上去短了，它的確變短了，它與物體的具體組成和結構無關，當物體運動的速度越接近光速，這種收縮效應就變得越顯著。(2)在具體計算中要明確，長度收縮指的是只在物體運動方向上的長度收縮，在垂直運動方向上的長度沒有變化。4.解決時間間隔的相對性應注意(1)“動鐘變慢”是兩個不同慣性系進行時間比較的一種效應，不要認為是時鐘的結構或精度因運動而發(fā)生了變化。(2運動時鐘變慢完全是相對的，在它們上面的觀察者都將發(fā)生對方的鐘變慢了。第4節(jié)實驗測玻璃的折射率用雙縫干涉測光的波長測玻璃的折射率一、實驗目的1．測定玻璃的折射率．2．學會用插針法確定光路．二、實驗原理如圖12-4-1所示，當光線AO1以一定的入射角穿過兩面平行的玻璃磚時，通過插針法找出跟入射光線AO1對應的出射光線O2B，從而作出折射光線O1O2和折射角θ2，再根據n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)或n＝eq\f(PN,QN′)，算出玻璃的折射率．圖圖12-三、實驗器材木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、三角板、鉛筆．四、實驗步驟1．用圖釘把白紙固定在木板上．2．在白紙上畫一條直線aa′，并取aa′上的一點O為入射點，作過O的法線NN′.3．畫出線段AO作為入射光線，并在AO上插上P1、P2兩根大頭針．4．在白紙上放上玻璃磚，使玻璃磚的一條長邊與直線aa′對齊，并畫出另一條長邊的對齊線bb′.5．眼睛在bb′的一側透過玻璃磚觀察兩個大頭針并調整視線方向，使P1的像被P2的像擋住，然后在眼睛這一側插上大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，再插上P4，使P4擋住P3和P1、P2的像．6．移去玻璃磚，拔去大頭針，由大頭針P3、P4的針孔位置確定出射光線O′B及出射點O′，連接O、O′得線段OO′.7．用量角器測量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.8．改變入射角，重復實驗，算出不同入射角時的eq\f(sinθ1,sinθ2)，并取平均值．五、誤差分析1．入射光線和折射光線確定的不準確性．2．測量入射角和折射角時的誤差．六、注意事項1．玻璃磚應選用厚度、寬度較大的．2．大頭針應豎直地插在白紙上，且間隔要大些．3．實驗時入射角不宜過大或過小，一般在15°～75°之間．4．玻璃磚的折射面要畫準，不能用玻璃磚界面代替直尺畫界線．5．實驗過程中，玻璃磚和白紙的相對位置不能改變．重點精講1.實驗原理及數(shù)據的處理圖12-4-2【例1】(2012年高考浙江理綜)在“測定玻璃的折射率”圖12-(1)在下圖中畫出完整的光路圖；(2)對你畫出的光路SHAPE圖進行測量和計算，求得該玻璃磚的折射率n＝________(保留3位有效數(shù)字)；(3)為了觀測光在玻璃磚不同表面的折射現(xiàn)象，某同學做了兩次實驗，經正確操作插好了8枚大頭針，如圖乙所示．圖中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針，其對應出射光線上的2枚大頭針是P3和________(填“A”或“B”)．2.實驗方法的遷移【例2】一塊玻璃磚有兩個相互平行的表面，其中一個表面是鍍銀的(光線不能通過此表面)．現(xiàn)要測定此玻璃的折射率，給定的器材還有：白紙、鉛筆、大頭針4枚(P1、P2、P3、P4)、帶有刻度的直角三角板、量角器．圖12-4-3實驗時，先將玻璃磚放到白紙上，使上述兩個相互平行的表面與紙面垂直．在紙上畫出直線aa′和bb′，aa′表示鍍銀的玻璃表面，bb′表示另一表面，如圖12-4-3所示．然后，在白紙上豎直插入兩枚大頭針P1、P2(位置如圖)．用P1圖12-(1)為了測量折射率，應如何正確使用大頭針P3、P4?試在題圖中標出P3、P4的位置．(2)然后，移去玻璃磚與大頭針．試在題圖中通過作圖的方法標出光線從空氣到玻璃中的入射角θ1與折射角θ2.簡要寫出作圖步驟．___________________________________________(3)寫出用θ1、θ2表示的折射率公式為n＝________________.3．“單位圓法”確定sinθ1、sinθ2，計算折射率n圖12-4-4以入射點O為圓心，以一定長度R為半徑畫圓，交入射光線OA于E點，交折射光線OO′于E′點，過E作NN′的垂線EH，過E′作NN′的垂線E′H′。如圖12-4-4所示，sinθ1＝eq\f(EH,OE)，sinθ2＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，則n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(EH,E′H′)。只要用刻度尺測出EH、E′H′的長度就可以求出n。圖12-用雙縫干涉測光的波長一、實驗目的1．了解光波產生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件．2．觀察雙縫干涉圖樣．3．測定單色光的波長．二、實驗原理1．單色光