第四讲光电磁波相对论简介-有答案

2016年4月24日星期日化繁为简助力飞越1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3－12．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：sinθ1sinθ2＝n12，式中n12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＝sinθ1sinθ2，不能说n与sinθ1成正比，与sinθ2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＝cv，因vc，故任何介质的折射率总大于1.考点二、全反射、光导纤维1.全反射(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sinC＝1n.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．2016年4月24日星期日化繁为简助力飞越2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＝Ldλ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b3.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＝Ldλ(3)屏中心O始终为亮条纹2016年4月24日星期日化繁为简助力飞越34.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．2016年4月24日星期日化繁为简助力飞越44．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=fλ。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．2016年4月24日星期日化繁为简助力飞越57．电磁波谱与机械波种类波长(频率)范围(m)主要特性其他特性应用电磁波无线电波长波1000m以上传播距离远，能量损耗小。1、一般通过地波的方式传播2、保密性差，易受干扰超远程无线电通信和导航。中波100-1000m传播距离不太远。（天波和地波）船舶通信与导航短波10-100m传输容量大，应用范围广。通常以天波方式传播，易受干扰。无线广播、调频广播超短波1m—10m直线传播，保密性好，不易受干扰。广泛应用于电视、雷达；微波1mm—1m直线传播，热效应较强卫星通信、移动通信、微波炉红外线7.8*10-7m～10-3m热效应显著穿透云层能力强电视机遥控，红外线遥感，夜视仪，医疗。可见光（激光）3.8*10-7m～7.8*10-7m引起视觉（定向发光）照明，激光照相。紫外线6*10-10m～3.8*10-17m荧光效应强，化学作用强。生理作用强防伪、(医用)杀菌消毒、荧光灯、黑光灯。X射线6*10-12m～2*10-9m穿透能力很强（一般用铅板可以阻挡）可以使底片感光，对人有很强的杀伤力，可以直接杀死细胞。探伤（工件）、货物安检、医疗透视、CTr射线10-14～10-10m穿透力强，射程远。危险性大，必须屏蔽（几个cm的铅板或几米厚的混凝土墙）工业探伤，医疗（r刀），军事等机械波超声波小于0.017m方向性好，穿透性强。在水中传播距离远声纳、B超等声波0.017m——17m容易绕过障碍物（衍射）音乐、交流等次声波大于17m穿透性强，传播远。预报自然灾害，次声武器射线实质比较三种射线α射线高速运动的氦He原子核的粒子束，电离作用大，贯穿本领弱。非电磁波β射线高速运动的电子束，电离作用较大，贯穿本领较强。非电磁波r射线不带电，无电离作用，贯穿本领最强。频率很高的电磁波2016年4月24日星期日化繁为简助力飞越6考点五、狭义相对论的基本假设质速关系，质能关系相对论质能关系式1．狭义相对论的两个基本假设(1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．(2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系．2．相对论的质速关系(1)物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系：m＝m01－vc2.(2)物体运动时的质量总要大于静止时的质量m0.3．相对论质能关系用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：E＝mc2.热点一光的折射全反射1．光的折射、全反射中的三个“一”一个规律：光的折射定律一个概念：折射率一个条件：全反射的条件2．解答全反射类问题的技巧解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件：一是光必须从光密介质射入光疏介质，二是入射角大于或等于临界角．利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符，这样更有利于问题的分析．【典例1】[2015·四川理综，3]直线P1P2过均匀玻璃球球心O，细光束a、b平行且关于P1P2对称，由空气射入玻璃球的光路如图．a、b光相比（）A．玻璃对a光的折射率较大B．玻璃对a光的临界角较小C．b光在玻璃中的传播速度较小D．b光在玻璃中的传播时间较短解析：根据光的偏折程度分析折射率的大小，由sinC=1n分析临界角的大小．由v=cn分析光在玻璃中的传播速度大小，由t=sv分2016年4月24日星期日化繁为简助力飞越7析光在玻璃中的传播时间关系．A、由图知，光线通过玻璃砖后，b光的偏折角大，则玻璃对b光的折射率较大，故A错误．B、玻璃对a光的折射率较小，由sinC=1n分析知，玻璃对a光的临界角较大．故B错误．C、由v=cn分析知，b光在玻璃中的传播速度较小，故C正确．D、b光在玻璃砖通过的路程较大，传播速度较小，由t=sv分析知b光在玻璃中的传播时间较长．故D错误．答案：C．点评：解决本题的关键要明确折射率越大，光的偏折角越大，判断出折射率关系，再分析其他量之间的关系【跟踪短训】1．很多公园的水池底都装有彩灯，当一细束由红、蓝两色组成的灯光从水中斜射向空气时，关于光在水面可能发生的反射和折射现象，下列光路图中正确的是()．解析红光、蓝光都要发生反射，红光的折射率较小，所以红光发生全反射的临界角较蓝光大，蓝光发生全反射时，红光不一定发生，故C正确．答案C2．如图3－5所示，空气中有一折射率为2的玻璃柱体，其横截面是圆心角为90°、半径为R的扇形OAB，一束平行光平行于横截面，以45°入射角照射到OA上，OB不透光，若只考虑首次入射到圆弧AB上的光，则圆弧AB上有光透出部分的弧长为()．图3－5A.16πRB.14πRC.13πRD.512πR解析作出如图所示的几何光路图，其中N点为从O点入射的折射光线，故圆弧NB段没有光线从AB圆弧射出，由折射定律sinisinγ＝2016年4月24日星期日化繁为简助力飞越8n可知sin45°sin∠BON＝2，即∠BON＝30°.若在圆弧AB上的M点，折射光线发生了全反射，由sinC＝1n可得C＝45°，由几何关系则有∠AOM＝90°－45°－30°＝15°，所以圆弧AB上有光透出的长度为s＝45°360°×2πR＝14πR，正确选项为B.答案B3．[2014·四川理综，3]如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸低有一发光小球，则A．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球B．小球所发的光能从水面任何区域射出C．小球所发的光从水中进入空气后频率变大D．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大4．(2013·四川理综，3)(单选)光射到两种不同介质的分界面，分析其后的传播情形可知()．A．折射现象的出现说明光是纵波B．光总会分为反射光和折射光C．折射光与入射光的传播方向总是不同的D．发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同解析折射是横波、纵波共有的现象，光是一种电磁波，而电磁波是横波，A错误；当光从光密介质射向光疏介质而且入射角不小于临界角时，就只有反射光而无折射光，B错误；当入射角等于0°时折射光与入射光传播方向相同，C错误；由惠更斯原理对折射的解释可知D正确．答案D5．(2013·福建理综，14)(单选)一束由红、紫两色光组成的复色光，