光电磁波与相对论考点要求说明光的折射定律Ⅱ1相对

第十二章光电磁波与相对论考点要求说明光的折射定律Ⅱ1.相对折射率不做考试要求2．光的干涉限于双缝干涉，薄膜干涉折射率Ⅰ全反射、光导纤维Ⅰ光的干涉、衍射和偏振现象Ⅰ变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场、电磁波及其传播Ⅰ电磁波的产生、发射和接收Ⅰ电磁波谱Ⅰ狭义相对论的基本假设Ⅰ质速关系、质能关系Ⅰ相对论质能关系式Ⅰ实验一：测定玻璃的折射率实验二：用双缝干涉测光的波长从考纲要求来看，重在理解光在传播过程中的折射、全反射，知道光的干涉、衍射和偏振现象，掌握光的折射定律，会测量介质的折射率、光波的波长．了解在科技、生产生活中有关的光现象及其应用．从高考大纲对电磁场电磁波及相对论的要求，以及本章的知识结构来看，在2013年的高考中，预计纯粹的电磁场和电磁波的题目会很少，但可能会出现以电磁波内容为背景来考查波的传播和辐射能量的问题．相对论部分为选考内容，但作为选修3－4中的一章，出题的可能性比以前增大了．从考试大纲的要求看，对光的折射及其规律的掌握要求较高．从近几年的高考题看，也基本是围绕光的折射来命题，有关范围、传播时间问题是热点，特别是折射、全反射问题的命题率较高．而光的波动性现象问题也间歇性出现，多与干涉条纹间距及移动有关，还涉及衍射偏振等现象．分析不同频率的光在介质传播时产生的不同现象，对实验的考查也不容忽视．对这部分内容的考查多以选择题的形式出现，如2011安徽第15题、2011全国卷Ⅰ第16题、2011北京第14题等；在新课程高考中也较多的以计算题的形式出现，如：2011海南18模块3－4试题(2)、2011全国理综第34题选修3－4(2)、2011山东第37题3－4(2)、2012北京第14题、天津第6题、四川第18题、江苏第12题、全国第16题、重庆第22题、江苏第12题，全国第34题等．相对论是高中教材中的新内容，其目的是要让学生了解相对论，了解两种时空观，考试的重点放在概念的了解和掌握．对相对论的考查难度不会很大，多以基础知识的基本应用为主，多以选择、填空题的形式出现．第1节光的折射全反射1．光的折射现象：光射到两种介质的分界面上时，一部分光进入到另一种介质中去，光的的现象叫做光的折射．2．光的折射定律：折射光线与入射光线、法线处于同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦．3．在折射现象中，光路是的．成正比可逆传播方向发生改变一、光的折射4．折射率：光从射入某种介质发生折射时，入射角θ1的正弦与折射角θ2的正弦之比，叫做介质的绝对折射率．表示为n＝sinθ1sinθ2.实验证明，介质的折射率等于光在真空中与在该介质中的传播速度之比，即n＝cv.任何介质的折射率都.两种介质相比较，折射率较大的介质叫做介质，折射率较小的介质叫做介质．真空大于1光密光疏1．光照射到两种介质界面上时，光线全部被反射回原介质的现象称为全反射现象．2．发生全反射的条件：①光线从介质斜射向介质．②入射角临界角．光密光疏大于或等于3．临界角：折射角等于90°时的入射角．设光线从____射向时的临界角为C，则sinC＝1n.某种介质真空或空气4．光导纤维：主要应用：a.内窥镜b.光纤通信二、光的全反射1．常用的棱镜是横截面为三角形的三棱镜，通常简称为棱镜．2．棱镜对光线的控制作用让一束单色光从空气射向玻璃棱镜的一个侧面，经过两次折射而从另一侧面射出时，将向棱镜的底部方向偏折，如图所示．三、棱镜3．全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜，在光学仪器里，常用来代替平面镜，改变光的传播方向，如图所示．这种棱镜主要用于光学仪器(如望远镜)中用来改变光路．1．光的色散：复色光分解成单色光的现象．2．白光通过棱镜后会发生光的色散现象，表明白光为复色光．各种色光通过棱镜后，红光偏折角度最，紫光的偏折角度．偏折角度不同，表明同一介质对不同色光的折射率不同，对红光的折射率，对紫光的折射率．由此可知，不同色光在同一介质中的传播速度也不同，其中红光的传播速度，紫光的传播速度．小大最小最大最大最小四、光的色散题型一：光的折射定律的应用例1(2011全国)一半圆柱形透明物体横截面如图所示，底面AOB镀银，O表示半圆截面的圆心，一束光线在横截面内从M点入射，经过AB面反射后从N点射出．已知光线在M点的入射角为30°，∠MOA＝60°，∠NOB＝30°.求：(1)光线在M点的折射角；(2)透明物体的折射率．【思路点拨】利用光的反射定律，正确画出光路图，由几何知识(圆的知识、相似三角形知识)找出角度关系式是解题的关键．【解析】(1)画出光路图如图所示，透明物体内部的光路为折线MPN，Q、M两点相对于底面AOB对称，Q、P和N三点在同一直线上．设在M点处，光的入射角为i，折射角为r，∠OMQ＝α，∠PNF＝β.根据题意有α＝30°由几何关系得，∠PNO＝∠PQO＝r，于是有：β＋r＝60°，且α＋r＝β由上述各式得：r＝15°(2)根据折射定律有：n＝sinisinr，将i＝30°、r＝15°代入得：n＝6＋22【答案】(1)15°(2)6＋22【方法与知识感悟】光的折射问题，解题的关键在于正确画出光路图、找出几何关系．解题的一般步骤如下：(1)根据题意正确画出光路图；(2)根据几何知识正确找出角度关系；(3)依光的折射定律列式求解．题型二：光的全反射及临界角的应用例2如图所示，用折射率n＝的玻璃做成内径为R、外径为R的半球形空心球壳，一束平行光射向此半球的外表面，与中心对称轴OO′平行，试求：(1)球壳内部有光线射出的区域；(2)要使球壳内部没有光线射出，至少用多大的遮光板，如何放置才行？【解析】(1)设光线a′a射入外球面，沿ab方向射向内球面，刚好发生全反射，则sinC＝1n＝12C＝45°在△Oab中，由正弦定理得sin（180°－C）2R＝sinrR则sinr＝sinC2＝12r＝30°θ＝C－r＝15°sini＝nsinr，i＝45°∠O′Ob＝60°即以OO′为中心四周各60°的圆锥球壳内有光线射出．(2)由图可知，h＝2Rsini＝R所以，至少用一个半径为R的圆形遮光板，圆心经OO′轴并垂直该轴放置，才能挡住射出球壳的全部光线．【方法与知识感悟】解答这一类问题要抓住折射定律和全反射的条件．在分析、研究光路时，常要假设某一条光线恰能符合题意要求，再据此画出其反射、折射或全反射的光路图，进行推断、求解．题型三：光的色散及应用例3实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随着波长λ的变化符合科西经验公式：n＝A＋Bλ2＋Cλ4，其中A、B、C是正的常量．太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如下图所示．则()A．屏上c处是紫光B．屏上d处是红光C．屏上b处是紫光D．屏上a处是红光【思路点拨】熟悉七色光的波长大小关系，从而确定它们在同一介质的折射率大小关系是解题的关键．【解析】白色光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光组成的复色光，其中红光波长最长、紫光波长最短，由科西公式可知：红光的折射率最小，紫光的折射率最大．经过三棱镜后产生色散现象，在光屏由上至下(a、b、c、d)依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫．屏上a处为红光，屏上d处是紫光，D正确．【答案】D【拓展】“例3”中若将入射光绕其入射点顺时针缓慢转动到与界面垂直过程中，在光屏上最先消失的是哪种颜色的光？若此三棱镜是顶角为θ＝41°27′(1sin41°27′＝1.516)的等腰三棱镜，已知橙光、黄光在棱镜中的折射率分别为1.514和1.517，则最终在光屏上还有哪几种颜色的光？【解析】光进入棱镜后在右侧界面可能发生全反射，由全反射临界角公式：sinC＝1n可知，紫光的临界角最小，故紫光最先发生全反射，在光屏上消失；当入射光线与左侧界面垂直时，光线在右侧界面的入射角均为41°27′，而橙光的全反射临界角大于41°27′，黄光的全发射临界角小于41°27′，故光屏上最终剩下红、橙两种颜色的光．【答案】紫光，红、橙【方法与知识感悟】对于光的色散问题，解题的关键是熟悉七色光的各物理量的大小关系．各种色光的比较颜色红橙黄绿蓝靛紫频率f低→高同一介质折射率小→大同一介质中速度大→小真空中波长大→小临界角大→小透过棱镜后的偏折角小→大1．(2012北京)一束单色光经由空气射入玻璃，这束光的()A．速度变慢，波长变短B．速度不变，波长变短C．频率增高，波长变长D．频率不变，波长变长A【解析】单色光由空气射入玻璃时，根据v＝cn知，光的速度v变慢，光从一种介质进入另一种介质时，光的频率不变，根据v＝λν知当从空气射入玻璃时，波长变短，故选项A正确，选项B、C、D错误．*2．如图所示，放在空气中折射率为n的平行玻璃砖，表面M和N平行，P，Q两个面相互平行且与M、N垂直．一束光射到表面M上(光束不与M平行)，则()A．如果入射角大于临界角，光在表面M发生全反射B．无论入射角多大，光在表面M都不会发生全反射C．光可能在表面N发生全反射D．由于M与N平行，光只要通过M就不可能在表面N发生全反射BD【解析】如图甲所示，光射到表面M的入射角为i(i≠90°)，折射角为r，则sinr＝sinin1n＝sinC，即sinrsinC，(C为玻璃的临界角)．对于表面N，因为M∥N，故其入射角i′＝r＜C.即光只要通过M即不可能在表面N发生全反射．若光通过M先射到P面再射到N面(如图乙)，同样可以证明经P面发生反射，反射光线射至N面时，入射角i′＝r，根据折射定律折射角r′＝i，同样不可能发生全反射．故应选B、D.3．如图所示，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()A.16πRB.14πRC.13πRD.512πRB【解析】由sinC＝1n可知光在玻璃柱中发生全反射的临界角C＝45°.据折射定律可知所有光线从AO进入玻璃柱后的折射角均为30°.从O点入射后的折射光线将沿半径从C点射出．假设从E点入射的光线经折射后到达D点时刚好发生全反射，则∠ODE＝45°.如图所示，由几何关系可知θ＝45°.故弧长＝14πR，故B正确．*1．夏天海面上，下层空气的温度比上层低，我们设想海面上的空气是由折射率不同的许多水平气层组成的，远处的景物发出的光线由于不断被折射，越来越偏离原来的方向，以致发生全反射．人们逆着光线看去就出现了蜃景，如图所示，则下列说法中正确的是()A．海面上，上层空气的折射率比下层空气的折射率要小B．海面上，上层空气的折射率比下层空气的折射率要大C．A是蜃景，B是景物D．B是蜃景，A是景物AC【巩固基础】2．如图为激光液面控制仪的原理示意图．固定的一束激光沿AO以入射角i照射到水平液面上，反射光线沿OB射到水平放置的光屏上，在屏上用光电管将光信号转换为电信号，电信号输入控制系统来控制液面的高度．若发现光点在屏上右移了Δs的距离而射到B′点，则液面的高度变化是()A．降低ΔssiniB．升高ΔssiniC．降低Δs2taniD．升高Δs2taniD*3．频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如图所示，下列说法正确的是()A．单色光1的波长小于单色光2的波长B．在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度C．单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间D．单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角AD【解析】本题考查光的色散、全反射现象、光速和折射率之间的关系等知识点．由图知单色光1在界面折射时的偏折程度大，则单色光1的折射率大，因此单色光1的频率大于单色光2的，那么单色光1的波长小于单色光2的，A项对；由n＝cv知，折射率大的单色光1在玻璃中传播速度小，当单色光1、2垂直射入玻璃时，二者通过玻璃板的路程相等，此时单色光1通过玻璃板所需的时间大于单色光2的，B、C项都错；由sinC＝1n及单色光1的折射率大知D项对．4．“城市让生活更美好”是2010年上海