2020高考物理二轮复习专题16光学电磁波相对论讲含解析

光学电磁波相对论考点考纲要求专家解读1光的折射定律Ⅱ本章知识是高考考查的重点之一。本章常考查的知识点有：光的折射定律的理解及应用、光的全反射现象及临界角的计算及光的干涉、衍射等。2折射率Ⅰ3全反射、光导纤维Ⅰ4光的干涉、衍射和偏振现象Ⅰ5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Ⅰ6电磁波的产生、发射和接收Ⅰ7电磁波谱Ⅰ8狭义相对论的基本假设Ⅰ9质速关系、质能关系Ⅰ10相对论质能关系式Ⅰ11实验：测定玻璃的折射率实验：用双缝干涉测光的波长纵观近几年高考试题，预测2019年物理高考试题还会考：预计今年高考将对光的折射及全反反射等知识进行考查，望复习中加强知识的理解和题目的训练。考向01光的折射全反射1.讲高考（1）考纲要求理解折射率的概念，掌握光的折射定律；掌握全反射的条件，会进行有关简单的计算．（2）命题规律分析几何光学中的折射、全反射和临界角问题时，应注意与实际应用的联系，作出正确的光路图，可能出现计算题和作图题。案例1．如图，是一直角三棱镜的横截面，，，一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点。不计多次反射。（i）求出射光相对于D点的入射光的偏角；（ii）为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？【来源】2018年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国II卷）【答案】（1）δ=60°（2）①式中，n为棱镜的折射率，i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角。光线在AC面上发生全反射，由反射定律有i2=r2②式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角。光线在AB面上发生折射，由折射定律有③式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角。由几何关系得i2=r2=60°，r1=i3=30°④F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为δ=（r1–i1）+（180°–i2–r2）+（r3–i3）⑤由①②③④⑤式得δ=60°⑥点睛：本题考查了几何光学，处理此类题的方法一般是正确画光路图利用几何关系求偏角，还要知道全发射的条件是什么。案例2．如图，△ABC为一玻璃三棱镜的横截面，∠A=30°，一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出，其折射角为60°，则玻璃对红光的折射率为_____。若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在D点射出时的折射射角______（“小于”“等于”或“大于”）60°。【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（新课标I卷）【答案】大于【解析】本题考查折射定律、光的色散及其相关的知识点。根据题述和图示可知，i=60°，r=30°，由折射定律，玻璃对红光的折射率n==。若改用蓝光沿同一路径入射，由于玻璃对蓝光的折射率大于玻璃对红光的折射率，则光线在D点射出时的折射角大于60°。考点定位】光的折射【名师点睛】本题的关键条件是出射光线与入射光线平行，依据这个画出光路图，剩下就是平面几何的运算了。2．讲基础(1)折射现象①折射定律：n21sinsin．②在光的折射现象中，光路是可逆的．③折射率：定义式：21sinsinn；计算公式：vcn，因为vc，所以任何介质的折射率都大于1。④当光从真空(或空气)射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于折射角．（2）全反射现象①条件：（a）光从光密介质射入光疏介质；（b）入射角大于或等于临界角。②现象：折射光完全消失，只剩下反射光．③临界角：折射角等于90°时的入射角，用C表示，nC1sin（3）光的色散①光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象．②光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长的有序排列．③光的色散现象说明：白光为复色光；同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大；不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越慢．3．讲典例案例1．如图所示,ABCD是一直角梯形棱镜的横截面,位于截面所在平面内的一束光线由O点垂直AD边射入,已知棱镜的折射率n=√2,AB=BC=8cm,OA=3cm,∠OAB=60°。求：(1)光线第一次射出棱镜时，出射光线的方向相对于入射光线MO的偏角；(2)光线第一次射出棱镜时，出射点距C点多远?【答案】(1)(2)【解析】【分析】根据，求出临界角的大小，判断光线在AB面和BC面能否发生全反射，从而作出光路图，根据几何关系，结合折射定律求出出射光线的方向；根据几何关系，求出第一次的出射点距C的距离．光在玻璃砖中传播的路程光在玻璃砖中传播的时间②由几何关系，光在圆弧面上的入射角设光在圆弧面上折射的折射角为r，则求得案例2．半径为R的半球形介质截面如图所示，O为圆心，同一频率的单色光a、b相互平行，从不同位置进入介质，光线a在O点恰好产生全反射。光线b的入射角为45°，求：（1）介质的折射率；（2）光线a、b的射出点O与之间的距离。【答案】（1）（2）【解析】【分析】光线a在O点恰好产生全反射，根据临界角公式，求出介质的折射率；根据光的折射定律求出光在介质中的折射角，通过几何关系求出O与O′之间的距离。【详解】②由折射定律得代入数据可得：O与O′之间的距离：．【点睛】本题是简单的几何光学问题，其基础是作出光路图，根据几何知识确定入射角与折射角，根据折射定律求解。【趁热打铁】某种透明材料制成的空心球体外径是内径的2倍，其过球心的某截面（纸面内）如图所示。一束单色光（纸面内）从外球面上A点入射，入射角为45°时，光束经折射后恰好与内球面相切。（i）求该透明材料的折射率；（ii）欲使光束从A点入射后，恰好在内球面上发生全反射，则应将入射角变为多少度？【答案】（i）（ii）30°【解析】（i）如答图，设光束经折射后到达内球面上B点在A点，由题意知，入射角i＝45°，折射角r＝∠BAO【点睛】解决本题关键要理解全反射现象及其产生的条件，并掌握临界角公式，同时注意光在器具中的传播速度与光在真空中传播速度的不同。考向02光的干涉、衍射和偏振1.讲高考（1）考纲要求理解光的干涉现象，掌握双缝干涉中出现明暗条纹的条件；理解光的衍射现象，知道发生明显衍射的条件；知道光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用（2）命题规律光的干涉、衍射和偏振部分，以考查基本概念及对规律的简单理解为主，主要是以选择题和填空题为主案例1．两束单色光A、B的波长分别为A、B，且AB，则______（选填“A”或“B”）在水中发生全反射时的临界角较大．用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时，可以观察到______（选填“A”或“B”）产生的条纹间距较大．【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（江苏卷）【答案】AA【解析】波长越长，频率越小，折射率越小，根据临界角1sinCn，可知波长越大临界角越大，所以A光的临界角大；双缝干涉条纹的间距lxd，因为A光的波长较长，所以A光产生的条纹间距较大。案例2．用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后A.干涉条纹消失B.彩色条纹中的红色条纹消失C.中央条纹变成暗条纹D.中央条纹变成红色【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（北京卷）【答案】D点睛：本题考查了光的干涉现象，注意只有频率相同、振动相同的两列波才能形成稳定的干涉图像，同时要掌握哪些点是振动加强点，哪些点是振动减弱点。案例3．【2017·新课标Ⅱ卷】（5分）在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是________（选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分；每选错1个扣3分，最低得分为0分）。A．改用红色激光B．改用蓝色激光C．减小双缝间距D．将屏幕向远离双缝的位置移动E．将光源向远离双缝的位置移动【答案】ACD【解析】根据条纹间距表达式lxd可知：因红光的波长大于绿光的波长，则改用红色激光可增大条纹间距，选项A正确；因蓝光的波长小于绿光的波长，则改用蓝色激光可减小条纹间距，选项B错误；减小双缝间距d可增加条纹间距，选项C正确；将屏幕向远离双缝的位置移动，即增加l可使条纹间距变大，选项D正确；光源与双缝间的距离不影响条纹间距，选项E错误；故选ACD。【、物联网、智慧城市、无人机网络、自动驾驶技术等将一一变为现实。5G，即第五代移动通信技术，采用3300-5000MHz频段，相比于现有的4G（即第四代移动通信技术，1880-2635MHz频段）技术而言，具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延。5G信号与4G信号相比下列说法正确的是：A．5G信号在真空中的传播速度更快B．5G信号是横波4G信号是纵波C．5G信号粒子性更显著D．5G信号更容易发生明显衍射【答案】C【解析】4．讲方法（1）电磁波谱分析及电磁波的应用①波长不同的电磁波，表现出不同的特性．其中波长较长的无线电波和红外线等，易发生干涉、衍射现象；波长较短的紫外线、X射线、γ射线等，穿透能力较强。②电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X射线、X射线和γ射线都有重叠，但它们产生的机理不同。（2）狭义相对论的理解①惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，即对于一切物理现象的描述来说，所有的惯性系都是等效的。