1、第15章 光学 电磁波 相对论l 考点58 光的干涉、衍射和偏转l 考点57 光的折射 全反射l 考点59 实验：测定玻璃的折射率l 考点61 电磁波 相对论l 考点60 实验：用双缝干涉测光的波长考点57 光的折射 全反射必备知识 整合提升核心方法 重难突破 方法1 折射率的计算 方法2 光的折射与全反射的综合应用 概率命题 思维拓展 命题点1棱镜与色散 必备知识 整合提升u1光的折射 (1)光的折射定律折射光线跟入射光线和法线在_平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的_；入射角的正弦值跟折射角的正弦值成_(2)折射率光从真空射入某种介质时，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为一定值，叫介
2、质的折射率，即n .折射率是反映介质光学性质的物理量折射率越大，光线进入该介质时偏离原来传播方向的角度就越大，它的大小由_及_共同决定，与入射角、折射角的大小无关同一两侧正比介质本身光的频率 某种介质的折射率等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比，即n_任何介质的折射率都_1.折射率较小的介质叫光疏介质，折射率较大的介质叫光密介质所谓光疏介质和光密介质是两种介质相比较而言的，是具有相对性的概念光在光疏介质中传播速度_，在光密介质中传播速度_u2全反射(1)全反射光从光密介质射入光疏介质时，在界面处一部分光反射回原介质中，一部分光被折射到另一种介质中，并随着入射角的增大，折射角逐
3、渐增大，且折射光线越来越弱，反射光线越来越强，当入射角增大到某一角度后，_就完全消失，只剩下_，这种现象叫全反射c/v大于较大较小折射光线反射光线 (2)全反射条件光从_进入_；入射角_临界角(3)临界角折射角等于90时的入射角叫临界角某种介质的临界角用sin C1/n计算(4)光导纤维光导纤维简称“光纤”，它非常细(直径只有几微米到一百微米)，由内芯和外套两层组成内芯的折射率比外套大，光在内芯中传播时，在内芯与外套的界面上发生全反射“光纤通信”就是利用了全反射的原理光密介质光疏介质大于或等于u3光的色散(1)含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散(2)光的颜色由光的_决定，由c/可知
4、不同颜色的光的波长不同(3)含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长大小排列，就是_(4)白光通过棱镜折射后会发生色散现象，形成七色光带，如图所示，自上而下分别为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫白光的色散现象说明白光为复色光频率光谱核心方法重难突破例1u方法1 折射率的计算【解析】玻璃砖、白纸、_、量角器、三角板、图钉、铅笔等发射电路特点：由LC振荡电路产生足够高的振荡频率，振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间考点59 实验：测定玻璃的折射率方法3测定玻璃的折射率一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价这意味着，一个非惯性系，可以看成一个惯性系，只不过是它的后面有一个均匀的引力场考点57
5、 光的折射 全反射江苏南菁中学2019期中用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经P1、P2点的入射光线5，即该玻璃的折射率为1.电磁波的传播_介质，在真空中，电磁波的传【答案】(1)见解析(2)见解析(3)sin i/sin r激光的相干性比较好，能够形成稳定的干涉，通过光波记录实物
6、的信息，故B正确；玻璃砖、白纸、_、量角器、三角板、图钉、铅笔等在电磁波发射技术中，使电磁波随信号而改变的过程叫调制调制可分为调幅和调频两种使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变化，这种调制叫调幅；(1)用图钉把白纸固定在木板上方法5电磁波与机械波的比较此间距中的亮条纹数未数清.(1)在图上补画出所需的光路方法5电磁波与机械波的比较(1)已知测量头是50分度的游标卡尺某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第1次映入眼帘的干涉条纹如图甲所示，图甲中的数字是该同学给各亮纹的编号，此时图乙中游标卡尺的读数x11.课标全国201834(2)，10分如图，ABC是一直角三棱镜的横截面，A90，B60.一细光
7、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？例2u方法2 光的折射与全反射的综合应用【解析】天津理综20172，6分明代学者方以智在阳燧倒影中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是()A若增大入射角i，则b光先消失B在该三棱镜中a光波长小于b光Ca光能发生偏振现象，b光不能发生D若a、b光分别
8、照射同一光电管都能发生光电效应，则a光的遏止电压低例3u命题点1 棱镜与色散概率命题 思维拓展若增大入射角i，则a、b光在三棱镜的另一侧面的入射角减小，不会发生全反射，选项A错误；由图可知，a光的折射率小于b光的折射率，因此a光的频率小于b光的频率，在三棱镜中，a光的速度大于b光的速度，则在三棱镜中a光的波长大于b光的波长，选项B错误；偏振是横波特有的现象，光是横波，a、b光都能发生偏振现象，选项C错误；由光电效应方程得EkeUchW0，a、b光分别照射同一光电管，频率越小的光遏止电压越低，故a光的遏止电压低，选项D正确【解析】考点58 光的干涉、衍射和偏振必备知识 整合提升 概率命题 思维拓
9、展 命题点2 光的干涉和衍射 必备知识 整合提升u1光的干涉 两列相干光波叠加，某些区域的光被加强，某些区域的光被减弱，且加强区与减弱区互相间隔的现象叫光的干涉(1)产生光的干涉的条件：两列光的_，振动情况相同，相位差_能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源可由将同一束光分成两列而获得(2)双缝干涉图样：用白光进行干涉实验，屏中央是_，两侧是彩色干涉条纹；用单色光进行干涉实验，屏上是等间距、明暗相间的条纹，条纹间距与色光的波长有关，波长越长，间距_，条纹_计算公式为xl/d.频率相同恒定白色亮条纹越大越宽(3)薄膜干涉：一束光经薄膜的两个表面反射后形成两束反射光，这两束反
10、射光发生_薄膜干涉的应用：用薄膜干涉法检查平面是否平整；用增透膜增加相机镜头透射光的强度，增透膜的厚度约为透射光在薄膜中波长的1/4.干涉u2光的衍射(1)光的衍射：光在传播过程中遇到障碍物时，_障碍物继续传播的现象叫光的衍射(2)发生明显衍射现象的条件：障碍物或小孔的尺寸与光的波长_，或比光的波长_所以波长越长的光，越易发生明显的衍射现象(3)常见的光的衍射现象光通过狭缝的衍射图样：白光的单缝衍射形成的图样，屏中间是亮且宽的白色亮条纹，两侧是暗且窄的彩色条纹；单色光的单缝衍射图样，屏中间是亮且宽的条纹，两侧是明暗相间的条纹，且亮度与宽度逐渐减小光通过小孔的衍射现象：光通过小孔时(孔很小)在屏
11、上会出现明暗相间的圆环光照到小圆板上的衍射现象：当光照到不透光的极小圆板上时，在圆板的阴影中心出现一个亮斑，称为泊松亮斑，当形成泊松亮斑时，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环绕过差不多小u3光的偏振(1)波的偏振：横波只沿着_方向振动，称为波的偏振，只有_才有偏振现象(2)自然光：在垂直于传播方向上沿各个方向振动的光波都存在且强度都相同的光叫自然光(3)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定方向振动的光某一特定的横波在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距x1与绿光的干涉条纹间距x2相比，x1_x2(填“”“”
12、或“”)若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为_mm.例1u命题点2 光的干涉和衍射概率命题 思维拓展【解析】方法4双缝干涉测光的波长5，即该玻璃的折射率为1.方法3测定玻璃的折射率考点58 光的干涉、衍射和偏振次放在光具座上，如图所示；某种介质的折射率等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比，即n_任何介质的折射率都_1.光从真空射入某种介质时，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为一定值，叫介质的折射率，即n .(i)求出射光相对于D点的入射光的偏角；双缝干涉中两个相邻明(暗)条
13、纹间的距离x与光的波长、双缝间距离d及双缝到屏的距离l满足x_.频率f：1 s内完成的周期性变化的次数入射角_临界角安装双缝，使双缝与单缝的缝平行，二者间距510 cm；用薄膜干涉法检查平面是否平整；双缝干涉中两个相邻明(暗)条纹间的距离x与光的波长、双缝间距离d及双缝到屏的距离l满足x_.(ii)为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？光导纤维简称“光纤”，它非常细(直径只有几微米到一百微米)，由内芯和外套两层组成内芯的折射率比外套大，光在内芯中传播时，在内芯与外套的界面上发生全反射“光纤通信”就是利用了全反射的原理频率的关系为v，因而光从一种介质进入另一种介质时，电磁波的传播速度vf
14、，不同频率的电磁波在同一天津理综20162，5分如图是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则()A在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大B从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大C照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大D若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大例2由图可得，b光的干涉条纹间距较大，由xL/d可得，b光的波长较长，波长越长，频率越小，在同种均匀介质中传播速度越大，在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光小，选项A错误；波长越长，同种介质中折射率越小，由sin C1/n可得，全反射的临界角越大，b光发生全反射的临界角大，选项B错误；
15、发生光电效应时，饱和光电流的大小与光的强度有关，由于光强未知，选项C错误；a光的频率大，能量大，产生a光的能级能量差大，选项D正确【解析】四川成都外国语学校2019诊断(多选)2018年央视春节晚会大量使用激光，为观众提供了一场视觉盛宴下列关于光的应用的说法正确的是()A光学镜头的增透膜是利用光的衍射原理B全息照相主要是利用激光的相干性好的特点C光的偏振现象说明了光是一种横波D用透明的标准平面样板检查平面的平整度是利用光的偏振例3【解析】本题考查光的衍射、干涉、偏振等光学镜头的增透膜利用的是光的干涉原理，故A错误；激光的相干性比较好，能够形成稳定的干涉，通过光波记录实物的信息，故B正确；只有横
16、波才能发生偏振，故C正确；利用透明的标准平面样板检查平面的平整度利用的是光的干涉原理，故D错误；考点59 实验：测定玻璃的折射率必备知识 整合提升核心方法 重难突破 方法3测定玻璃的折射率 必备知识 整合提升u1实验目的 用插针法测定玻璃的折射率u2实验器材 玻璃砖、白纸、_、量角器、三角板、图钉、铅笔等u3实验原理如图所示，用插针法确定光路，找出与入射光线AO对应的出射光线OB，确定O点，画出折射光线OO，然后测量出入射角1和折射角2的角度，根据n_计算出玻璃的折射率大头针sin1/sin2u4实验步骤(1)用图钉把白纸固定在木板上(2)在白纸上画一条直线aa，并取aa上的一点O为入射点，过
17、O点作法线MN.(3)画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针(4)在白纸上放上玻璃砖，使其中一个长边与直线aa对齐，并画出与另一条长边对齐的线bb.(5)通过玻璃砖观察并调整视线方向，使P1的像被P2挡住，然后在观察的一侧插上大头针P3，使P3挡住P2和P1的像，再插上P4，使P4挡住P3以及P2和P1的像(6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线OB及出射点O，连接OO得到折射光线(7)用量角器测量入射角1和折射角2，并计算其正弦值sin 1和sin 2.(8)改变入射角，重复实验，算出不同入射角所对应的sin1/sin2，并取平均值u5注意
18、事项(1)实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，同侧两针之间的距离要稍_些(2)入射角应适当_些，以减小测量角度的误差，但也不宜太大，若入射角太大，在玻璃砖的另一侧会看不清大头针的像(3)操作时不要用手触摸玻璃砖的光滑光学面，更不能把玻璃砖当尺子使用(4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置_改变.大大不能核心方法重难突破江苏南菁中学2019期中用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及
19、P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经P1、P2点的入射光线例1u方法3测定玻璃的折射率(1)在图上补画出所需的光路(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角i和折射角r，请在图中的AB分界面上画出这两个角(3)用所测物理量计算折射率的公式为n_(4)为了保证在弧面CD得到出射光线，实验过程中，光线在弧面AB的入射角应适当_(填“小一些”或“大一些”)(5)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，作出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n_(1)连接P3、P4与CD交于一点，此交点即为光线从
20、玻璃砖中射出的位置，P1、P2的连线与AB的交点即为光线进入玻璃砖的位置，连接两交点即可作出玻璃砖中的光路，如图所示(2)连接O点与光线在AB上的入射点即为法线，作出入射角和折射角如图中i、r所示(3)由折射定律可得nsin i/sin r.(4)为了保证能在弧面CD上有出射光线，实验过程中，光线在弧面AB上的入射角应适当小一些，才不会使光线在CD面上发生全反射(5)图线的斜率ksin i/sin rn，由题图乙可知斜率为1.5，即该玻璃的折射率为1.5.【解析】考点60 实验：用双缝干涉测光的波长必备知识 整合提升核心方法 重难突破 方法4双缝干涉测光的波长 必备知识 整合提升u1实验目的
21、观察干涉图样，测定光的波长u 2实验器材 双缝干涉仪(包括光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头)、刻度尺(分度值为1 mm)等u 3实验原理双缝干涉中两个相邻明(暗)条纹间的距离x与光的波长、双缝间距离d及双缝到屏的距离l满足x_.因此，只要测出x、d和l，即可求出光的波长.u 4实验步骤(1)观察双缝干涉图样将光源、单缝、遮光筒、毛玻璃屏依次放在光具座上，如图所示；接好电源，打开开关，使光源正常发光；l/d调节各器件的高度，使光源发出的光能沿轴线到达光屏；安装双缝，使双缝与单缝的缝平行，二者间距510 cm；观察白光的干涉条纹；在单缝和光源之间放上_，观察单色光的干涉条
22、纹(2)测定单色光的波长安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹为止；使分划板中心刻线与某条亮条纹的中心对齐，记下手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板中心刻线移动；记下移动的条纹数n和移动后手轮的读数a2，a1与a2之差即n条亮条纹的间距；用刻度尺测量双缝到屏的距离l(双缝间距d是已知的)；多次测量、计算，求出波长的平均值；换用不同颜色的滤光片，重复实验测量其他单色光的波长滤光片u5注意事项(1)安装器材时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝的缝_(2)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近(3)不要直接测量x，要测多条亮条纹的间距，再计算x的平均值
23、，这样可以减小误差u6误差分析(1)双缝到屏的距离l的测量存在误差；(2)测条纹间距x带来的误差：干涉条纹没有调节到最清晰的程度；误认为x为亮(暗)条纹的宽度；分划板刻线与干涉条纹不平行；中心刻线没有恰好位于条纹中心；测量多条亮条纹间的距离时读数不准确；此间距中的亮条纹数未数清.平行且竖直核心方法重难突破在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉仪按要求安装在光具座上(如图所示)从仪器注明的规格可知双缝的缝间距为d，屏与双缝间的距离为L.然后，接通电源使光源正常工作例1u方法4双缝干涉测光的波长(1)已知测量头是50分度的游标卡尺某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第1次映入眼帘的干涉条纹
24、如图甲所示，图甲中的数字是该同学给各亮纹的编号，此时图乙中游标卡尺的读数x11.16 mm；接着转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙所示，此时图丁中游标卡尺的读数x2_mm.(2)利用上述测量结果，该同学经计算得出这种色光的波长660 nm.已知L700 mm，则该同学选用的双缝的缝间距d_mm.(计算结果保留两位有效数字)【解析】浙江嘉兴2019选考模拟在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，按要求调整好实验装置(1)为测定相邻两个亮条纹的间距，转动手轮使目镜中能观察到如图甲所示的分划板中心刻线与干涉条纹，记下此时手轮上的读数然后再次转动手轮，使目镜中能观察到图乙中的_(填“A”“B”“C”或“D
25、”)所示的分划板中心刻线与干涉条纹，再次记下手轮上的读数(2)测得相邻两个亮条纹间距为x，双缝间距为d，单缝与双缝的距离为l1，双缝到屏的距离为l2，则对应的光波波长为_例2【解析】(1)为了测定相邻两个亮条纹的间距，转动手轮使目镜中能观察到如图所示的分划板中心刻线与干涉条纹，记下此时手轮上的读数然后再次转动手轮，使分划板的中心刻线对齐相邻亮条纹的中心，故应选C.(2)根据双缝干涉条纹的间距公式xl2/d，得xd/l2.考点61 电磁波 相对论必备知识 整合提升核心方法 重难突破 方法5电磁波与机械波的比较 方法6对电磁波和电磁波谱的理解 必备知识 整合提升u1麦克斯韦电磁场理论注意：变化的电
26、场和变化的磁场相互联系，形成不可分割的统一体，这就是电磁场u2电磁波、电磁波谱(1)概念：电磁场由近及远传播，形成电磁波(2)特点：电磁波是_电磁波的传播_介质，在真空中，电磁波的传播速度跟_相同，即c3.0108 m/s.电磁波具有波的共性，和机械波一样，能产生反射、折射、干涉、衍射等现象，也是传播能量的一种形式电磁波的传播速度vf，不同频率的电磁波在同一种介质中传播，波速_电磁场贮存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程电磁波可以脱离“波源”而独立存在(3)电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的顺序将其排列成谱，叫电磁波谱从无线电波到射线都是本质相同的电磁波，其行为遵从共同的规律，但因波
27、长(或频率)不同又表现出不同的特点横波不需要光速不同u3电磁振荡(1)振荡电流和振荡电路振荡电流：大小和方向都周期性变化的电流叫振荡电流振荡电路：能够产生振荡电流的电路叫振荡电路最简单的振荡电路为LC振荡电路(2)电磁振荡在LC振荡电路产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电压、电路中的电流以及跟电荷相联系的电场、跟电流相联系的磁场都在发生周期性的变化，这种现象叫电磁振荡(3)LC电路的周期和频率周期T：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间频率f：1 s内完成的周期性变化的次数公式：T2 ，f .u4电磁波的发射和接收(1)发射发射电路特点：由LC振荡电路产生足够高的振荡频率，振荡电路的电场和磁
28、场分散到尽可能大的空间在电磁波发射技术中，使电磁波随信号而改变的过程叫调制调制可分为调幅和调频两种使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变化，这种调制叫调幅；使高频电磁波的频率随信号的强弱而变化，这种调制叫调频(2)传播.(2)接收u5狭义相对论(1)狭义相对性原理：在不同的_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_(3)爱因斯坦质能方程Emc2，式中m是物体的质量，c是真空中的光速，E是它具有的能量(4)其他假设沿相对运动方向上，长度_运动的钟比静止的钟走得_当物体运动时，质量_惯性参考系相同的缩短慢增大u6广义相对论(1)广义相对性原理在任何参考系中，
29、物理规律都是相同的这意味着惯性系中的运动定律，在非惯性系中都是相同的，但要满足相对性原理(2)等效原理一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价这意味着，一个非惯性系，可以看成一个惯性系，只不过是它的后面有一个均匀的引力场核心方法重难突破江苏物理201812B(1)，4分(多选)梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子在空中产生电磁波该电磁波()A是横波B不能在真空中传播C只能沿着梳子摇动的方向传播D在空气中的传播速度约为3108 m/s例1u方法6对电磁波和电磁波谱的理解【解析】摇动的梳子在空中产生电磁波，电磁波是横波，选项A正确；电磁波能在真空中传播，选项B错误；电磁波传播的方向与振动方向垂直，选项C错误；电磁波在空气中传播的速度约为光速，选项D正确
