高考物理一轮复习第11章第3讲光电磁波课件.pptx

第3讲光电磁波 知识排查 光的折射定律折射率 1 折射现象光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向发生 的现象 如图1所示 图1 改变 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 入射角的正弦值与折射角的正弦值成 两侧 正比 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 反之偏折角小 2 定义式 n 不能说n与sin 1成正比 与sin 2成反比 折射率由介质本身的光学性质和光的 决定 3 计算公式 n 因v c 故任何介质的折射率总大于1 偏折角大 频率 1 全反射 1 定义 光从光密介质射入光疏介质时 当入射角增大到某一角度 折射光线 只剩下反射光线的现象 2 条件 光从光密介质射向光疏介质 入射角 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sinC 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 如图2 全反射光导纤维 消失 大于等于 图2 1 光的干涉 1 定义 在两列光波叠加的区域 某些区域相互加强 出现 条纹 某些区域相互减弱 出现 条纹 且加强区域和减弱区域相互间隔的现象 2 条件 两束光的频率 相位差恒定 3 双缝干涉图样特点 单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹 白光照射时 中央为 条纹 其余为 条纹 光的干涉 衍射和偏振 亮 暗 相同 白色亮 彩色 2 光的衍射发生明显衍射的条件 只有当障碍物的尺寸与光的波长 甚至比光的波长 的时候 衍射现象才会明显 相差不多 还小 3 光的偏振 1 自然光 包含着在垂直于传播方向上沿 振动的光 而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同 2 偏振光 在垂直于光的传播方向的平面上 只沿着某个 的方向振动的光 3 偏振光的形成 让自然光通过 形成偏振光 让自然光在两种介质的界面发生反射和 反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光 4 光的偏振现象说明光是一种 波 一切方向 特定 偏振片 折射 横 1 光的颜色 色散 1 色散现象 白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成的彩色光谱 如图3 光的颜色 色散激光 图3 2 成因 由于n红 n紫 所以以相同的入射角射到棱镜界面时 红光和紫光的折射角不同 就是说紫光偏折得更明显些 当它们射到另一个界面时 紫光的偏折角最大 红光偏折角最 小 2 激光 相同 恒定 一致 平行度 空间 时间 能量 1 LC振荡电路和图象 如图4所示 电磁振荡和电磁波 图4 2 LC电路的周期 频率公式 T f 3 麦克斯韦电磁场理论变化的磁场产生 变化的电场产生磁场 变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体 这就是电磁场 4 电磁波电磁场 电磁能量 由近及远地向周围传播形成电磁波 1 电磁波是横波 在空间传播 填 需要 或 不需要 介质 2 真空中电磁波的速度为 m s 3 v f对电磁波 4 电磁波能产生反射 折射 和衍射等现象 3 0 108 电场 不需要 同样适用 干涉 5 发射电磁波的条件 1 要有足够高的 2 电路必须 使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间 6 电磁波谱 按电磁波的波长从长到短分布是 红外线 可见光 紫外线 X射线和 射线 形成电磁波谱 递变规律 直线传播能力增强 衍射能力减弱 振荡频率 开放 无线电波 小题速练 1 思考判断 1 无论是折射光路 还是全反射光路 都是可逆的 2 光发生反射现象时一定伴随着折射现象 3 光从空气射入水中 光的传播速度一定增大 4 只要入射角足够大 就能发生全反射 5 若光从空气中射入水中 它的传播速度一定减小 6 密度大的介质一定是光密介质 7 光的颜色取决于折射率 8 只有频率相同的两列光波才能产生干涉 9 阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的 10 自然光是偏振光 11 无线电波不能发生干涉和衍射现象 12 波长不同的电磁波在本质上完全不同 13 与红外线相比紫外线更容易发生衍射现象 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量 由介质本身和光的频率共同决定 与入射角 折射角无关 故选项A B错误 由于真空中的光速是一个定值 故n与v成反比是正确的 选项C正确 由于v f 当频率f一定时 v与 成正比 又n与v成反比 故n与 也成反比 选项D正确 答案CD 3 多选 下列说法正确的是 A 用光导纤维束传输图象和信息 这是利用了光的全反射原理B 紫外线比红外线更容易发生衍射现象C 经过同一双缝所得的干涉条纹 红光比绿光条纹宽度大D 光的色散现象都是由于光的干涉现象引起的答案AC 4 多选 下列说法正确的是 A 水中的气泡看上去比较明亮是因为有一部分光发生了衍射现象B 水面上的油膜呈现彩光是由于光发生干涉形成的现象C 拍摄玻璃橱窗内的物品时 可在镜头前加一个偏振片来减弱橱窗玻璃表面的反射光D 红色和蓝色的激光在不同介质中传播时波长可能相同 解析水中的气泡看上去比较明亮是因为光从水中射向气泡时 有一部分光发生了全反射现象 选项A错误 水面上油膜呈现彩光是发生了薄膜干涉 B正确 拍摄玻璃橱窗内的物品时 可在镜头前加一个偏振片来减弱橱窗玻璃表面的反射光 选项C正确 红色和蓝色激光频率不同 在同一种介质中传播时波速不同 波长不同 但它们在不同介质中传播时波长可能相同 选项D正确 答案BCD 5 多选 关于电磁波 下列说法正确的是 A 电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B 周期性变化的电场和磁场可以相互激发 形成电磁波C 利用电磁波传递信号可以实现无线通信 但电磁波不能通过电缆 光缆传输D 电磁波可以由电磁振荡产生 若波源的电磁振荡停止 空间的电磁波随即消失解析电磁波在真空中传播的速度均为光速 与频率无关 选项A正确 电磁波是变化的电场和变化的磁场互相激发得到的 选项B正确 光是一种电磁波 光可在光导纤维中传播 选项C错误 电磁振荡停止后 电磁波仍会在介质或真空中继续传播 选项D错误 答案AB 6 多选 a b两种单色光组成的光束从玻璃进入空气时 其折射光束如图5所示 则关于a b两束光的说法正确的是 A 玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率B 增大入射角时 a光首先发生全反射C 在真空中a光的波长大于b光的波长D 分别用这两束光照射双缝干涉实验装置 在光屏上都能出现干涉条纹 a光的相邻条纹间距大于b光的相邻条纹间距 图5 答案ACD 折射定律和折射率 1 对折射定律的理解 1 在折射现象中 当入射角为0 时 折射角也为0 这是折射中的一种特殊情况 2 光发生折射时 折射角不一定小于入射角 2 对折射率的理解 1 折射率由介质本身性质和光的频率决定 与入射角的大小无关 2 折射率与介质的密度没有关系 光密介质不是指密度大的介质 3 同一种介质中 频率越大的色光折射率越大 传播速度越小 典例 2015 10月浙江选考 多选 为了从坦克内部观察外部目标 在厚度为20cm的坦克壁上开了一个直径为12cm的孔 若在孔内分别安装由同一材料制成的如图6所示的三块玻璃 其中两块玻璃的厚度相同 坦克内的人在同一位置通过玻璃能看到的外界的角度范围是 图6A 图甲的大于图乙的B 图甲的小于图丙的C 图乙的小于图丙的D 图乙的等于图丙的 解析光在玻璃和空气的界面发生折射 假设眼睛在左下角观察 观察到外界的范围比没有玻璃时大 如图所示 当玻璃的厚度变小时 竖虚线表示玻璃左边位置 观察到外界的范围也变小 且观察范围与玻璃的位置无关 只与玻璃的厚度有关 选项A D正确 答案AD 1 如图7所示 一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上 经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气 当出射角i 和入射角i相等时 出射光线相对于入射光线偏转的角度为 已知棱镜顶角为 则计算棱镜对该色光的折射率表达式为 图7 答案A A 当入射角i 0 时不会发生折射现象B 无论入射角i是多大 折射角r都不会超过45 C 欲使折射角r 30 应以i 60 的角度入射 图8 答案BD 1 对全反射的理解 1 光路可逆 光的反射和全反射现象均遵循光的反射定律 光路是可逆的 2 从传播角度理解 光线射向两种介质的界面时 往往同时发生反射和折射现象 当入射角等于临界角时 折射角等于90 实际上折射光线已经消失了 3 从能量角度理解 当光从光密介质射入光疏介质时 在入射角逐渐增大的过程中 反射光线的能量逐渐增强 折射光线的能量逐渐减弱 当入射角等于临界角时 折射光线的能量减小到零 恰好发生全反射 光的全反射 2 全反射的应用 1 解释生活中的现象 炎热的夏天 远处柏油马路上特别明亮 海市蜃楼等 2 全反射棱镜 截面是等腰直角三角形的棱镜 3 光导纤维 由内芯和外套两层组成 内芯的折射率大于外套的折射率 典例 多选 光导纤维技术在现代生产 生活与科技方面得以广泛应用 如图9所示是一个质量均匀分布的有机玻璃圆柱的横截面 B C为圆上两点 一束单色光沿AB方向射入 然后从C点射出 已知 ABO 127 BOC 120 真空中光速c 3 0 108m s sin53 0 8 cos53 0 6 则 图9 A 光在该有机玻璃中传播速度为1 875 108m sB 光在该有机玻璃中的折射率为1 8C 光在该有机玻璃中发生全反射的临界角为37 D 若将该材料做成长300km的光导纤维 此单色光在光导纤维中传播的最短时间为1 6 10 3s 答案AD 答案D 2 多选 一光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维 它的结构如图10所示 可看成一段直线 其内芯和外套的材料不同 光在内芯中传播 下列关于光导纤维的说法正确的是 图10A 内芯的折射率比外套的大 光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B 内芯的折射率比外套的大 光传播时在外套与外界的界面上发生全反射C 波长越长的光在光纤中传播的速度越大D 频率越大的光在光纤中传播的速度越大 答案AC 3 多选 如图11所示为半圆形透明介质的横截面 其半径为R 一束光从半圆形透明介质的左边缘以入射角60 射入透明介质 光束在半圆形透明介质的弧形面发生两次反射后刚好从半圆形透明介质的另一边缘射出 已知光在真空中传播的速度为c 则 图11 答案BC 1 双缝干涉 光的干涉衍射和偏振 4 亮暗条纹的判断方法 如图12所示 光源S1 S2发出的光到屏上某点的路程差r2 r1 k k 0 1 2 时 光屏上出现亮条纹 图12 2 薄膜干涉 1 如图13所示 竖直的肥皂薄膜 由于重力的作用 形成上薄下厚的楔形 图13 2 光照射到薄膜上时 在膜的前表面AA 和后表面BB 分别反射出来 形成两列频率相同的光波 并且叠加 两列光波同相叠加 出现明纹 反相叠加 出现暗纹 3 条纹特点 单色光 明暗相间的水平条纹 白光 彩色水平条纹 3 单缝衍射与双缝干涉的比较 4 光的偏振现象 自然光与偏振光的比较 典例 2017 4月浙江选考 多选 图中给出了 用双缝干涉测量光的波长 实验示意图 双缝S1和S2间距为0 80mm 双缝到屏的距离为0 80m 波长为500nm的单色平行光垂直入射到双缝S1和S2上 在屏上形成干涉条纹 中心轴线OO 上方第1条亮纹中心位置在P1处 第3条亮纹中心位置在P2处 现有1号 2号虫子分别从S1和S2出发以相同速度沿垂直屏方向飞行 1号虫子到达屏后 沿屏直线爬行到P1 2号虫子到达屏后 沿屏直线爬行到P2 假定两只虫子爬行速率均为10 3m s 下列正确的是 图14 A 1号虫子运动路程比2号短B 两只虫子运动的时间差为0 2sC 两只虫子运动的时间差为1 0sD 已知条件不够 两只虫子运动时间差无法计算 答案AB 1 多选 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 屏上将呈现彩色干涉条纹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 解析因白光为复色光 所以用白光作光源时 屏上将呈现彩色条纹 A错误 用红光作光源时 屏上将呈现红黑相间的条纹 B正确 红光 紫光频率不同 因而不能产生干涉 C错误 遮住其中一条狭缝时 将产生单缝衍射现象 D正确 答案BD 2 多选 光的偏振现象说明光是横波 下列现象中能反映光的偏振特性的是 A 一束自然光相继通过两个偏振片 以光束为轴旋转其中一个偏振片 透射光的强度发生变化B 一束自然光入射到两种介质的分界面上 当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90 时 反射光是偏振光C 日落时分 拍摄水面下的景物 在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰D 通过手指间的缝隙观察日光灯 可以看到彩色条纹 解析在垂直于传播方向的平面上 沿着某个特定方向振动的光是偏振光 选项A B反映了光的偏振特性 选项C是偏振现象的应用 选项D是光的衍射现象 D项错误 答案ABC 3 如图所示的4种明暗相间的条纹分别是红光 蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光 紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样 黑色部分表示亮条纹 在下面的4幅图中从左往右排列 亮条纹的颜色依次是 A 红黄蓝紫B 红紫蓝黄C 蓝紫红黄D 蓝黄红紫 答案B 1 白光由红 橙 黄 绿 青 蓝 紫七种色光组成 七种色光的特性差异可以用下表表示出来 光的颜色 色散激光 2 平行玻璃砖 三棱镜和圆柱体 球 对光路的控制 典例 如图15 半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方 一束白光沿半径方向从A点射入玻璃砖 在O点发生反射和折射 折射光在白光屏上呈现七色光带 若入射点由A向B缓慢移动 并保持白光沿半径方向入射到O点 观察到各色光在光屏上陆续消失 在光带未完全消失之前 反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是 图15 A 减弱 紫光B 减弱 红光C 增强 紫光D 增强 红光解析光线从光密介质到光疏介质 入射角增大则反射光的强度增强 因紫色光的折射率最大 发生全反射的临界角最小 故紫光最先发生全反射 在光屏上最先消失 故选C 答案C 1 2018 宁波模拟 多选 如图16 一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖 在玻璃砖底面上的入射角为 经折射后射出a b两束光线 则 图16 A 在玻璃中 a光的传播速度小于b光的传播速度B 在真空中 a光的波长小于b光的波长C 玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D 若改变光束的入射方向使 角逐渐变大 则折射光线a首先消失 答案ABD 2 多选 如图17所示 两束平行的甲光和乙光 相距为d 斜射到置于空气中的矩形玻璃砖上 若光线在玻璃砖内不重叠 当它们从玻璃砖的下表面射出时 A 若甲为紫光 乙为红光 则两条出射光线间距离一定大于dB 若甲为紫光 乙为红光 则两条出射光线间距离可能小于dC 若甲为红光 乙为紫光 则两条出射光线间距离可能大于dD 若甲为红光 乙为紫光 则两条出射光线间距离一定小于d 图17 解析根据光学规律知两束出射光线仍平行 玻璃砖对红光和紫光的折射率不同 紫光的折射率大 紫光的侧移量大 红光的侧移量小 用极限法 小到等于零 不偏转 沿直线传播 若甲为紫光 乙为红光 两条出射光线间距离一定大于d 如图a所示 选项A正确 B错误 若甲为红光 乙为紫光 则两条出射光线间距离一定小于d 如图b所示 选项C错误 D正确 答案AD 1 电磁波的传播及波长 频率 波速 1 电磁波本身是一种物质 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 2 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 电磁振荡和电磁波 2 电磁波和机械波的区别 1 二者本质不同 电磁波是电磁场的传播 机械波是质点机械振动的传播 2 传播机理不同 电磁波的传播机理是电磁场交替感应 机械