專題11-電磁場和電磁波

專題11-電磁場和電磁波專題11-電磁場和電磁波專題11-電磁場和電磁波專題11-電磁場和電磁波編制僅供參考審核批準生效日期地址：電話：傳真:郵編:專題十一電磁場與電磁波光（1課時）【考綱要求】內(nèi)容要求說明1．電磁波電磁波的傳播Ⅰ2．電磁振蕩電磁波的發(fā)射和接收Ⅰ電容器極板上的電量、電路中的振蕩電流隨時間的變化規(guī)律的分析不作要求，周期、頻率的計算不作要求。3．電磁波譜及其應用Ⅰ4．光的折射定律折射率Ⅱ5．測定玻璃的折射率（實驗、探究）Ⅰ6．光的全反射光導纖維Ⅰ7．光的干涉、衍射和偏振Ⅰ8．激光的特性及應用Ⅰ激光產(chǎn)生的原理不作要求【重點知識梳理】一、光學1．光的折射：（1）定義：（2）光的折射定律：（3）在折射現(xiàn)象中光路也是可逆的。2．折射率（1）折射率（2）表達式：（3）折射率和光在介質(zhì)中傳播的速度有關，用c表示真空中的光速，v表示介質(zhì)中的光速,則：。式中c=，n為介質(zhì)折射率，光在介質(zhì)中的速度______(填“大于”“等于”或“小于”)光在真空中的速度。3．全反射（1）光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)（2）全反射現(xiàn)象：光從_______介質(zhì)入射到_______介質(zhì)的分界面上時，當入射角增大到一定程度時，光全部反射回_______介質(zhì)，這一現(xiàn)象叫全反射現(xiàn)象。（3）臨界角：折射角等于________時的_______叫做臨界角。用C表示，C=（4）發(fā)生全反射的條件：①；②。（5）光導纖維：實際用的光導纖維是非常細的特質(zhì)玻璃絲，直徑只有幾微米到一百微米之間，在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射。4．光的色散白光通過三棱鏡后，出射光束變?yōu)榧t、橙、黃、綠、藍、靛、紫七色光束。由七色光組成的光帶叫做光譜。這種現(xiàn)象叫做光的色散。色散的實質(zhì)是由于各種色光在同一介質(zhì)中傳播的速率不同，或同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同而引起的。5．光的干涉現(xiàn)象（1）條件：（2）雙縫干涉：若雙縫間距為d，雙縫屏到光屏的距離為L，入射光波長為λ，則相鄰明（暗）紋間距為上述關系式給出了一種“測量光波長”的方法。（3）薄膜干涉：由透明膜的前、后表面反射的相干光波疊加而形成的干涉現(xiàn)象。利用薄膜干涉可以檢驗工件平面是否平整，還可以作為光學鏡頭上的增透膜。6．光的衍射現(xiàn)象（1）現(xiàn)象：光繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。（2）條件：從理論上講衍射是無條件的，但需發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，其條件是障礙物（或孔）的尺寸與光波波長相比,接近光波長或小于光波長。（3）單縫衍射：光通過單縫照射到屏上時，屏上將出現(xiàn)“有明有暗，明暗相間”的衍射條紋，與雙縫干涉的干涉條紋不同的是：干涉條紋均勻分布，而衍射條紋的中央明紋較寬，較亮。（4）泊松亮斑：光照射到不透光的小圓板上時，在圓板陰影中心處出現(xiàn)的衍射亮斑。7．光的偏振現(xiàn)象（1）自然光與偏振光：沿著各個方向振動的強度的光稱自然光；只沿某一特定方向振動的光稱偏振光。（2）偏振現(xiàn)象：自然光經(jīng)過某一偏振片（起偏器）A后即變?yōu)槠窆?；若再使光?jīng)過另一偏振片（檢偏器）B并逐漸轉動偏振片B使A與B的偏振化方向相互垂直，則光就完全不能透過偏振片B。這樣的現(xiàn)象叫做光的偏振現(xiàn)象。（3）意義：光的偏振現(xiàn)象充分表明光波是橫波。因為偏振現(xiàn)象是橫波所特有的現(xiàn)象。二、電磁波1．麥克斯韋電磁場理論的要點:（1）變化的磁（電）場所產(chǎn)生的電（磁）場取決于。具體地說，均勻變化的磁（電）場將產(chǎn)生恒定的電（磁）場，非均勻變化的磁（電）場將產(chǎn)生變化的電（磁）場，周期性變化的磁（電）場將產(chǎn)生周期相同的周期性變化的電（磁）場。（2）變化的磁場和變化的電場互相聯(lián)系著，形成一個不可分離的統(tǒng)一體——電磁場。2．電磁波傳播規(guī)律。電磁波在真空（空氣）中傳播速度為C=3×108其波長λ，頻率f與波速C間的關系為C=λf.【分類典型例題】題型一：折射定律及其應用解決這類問題需要注意:通過做光路圖挖掘幾何關系，從而求解透明體的厚度以及光在透明體里運動的時間。做光路圖也是解此類題的關鍵所在。P【例1】如圖所示，一束光線以60°的入射角射到一水平放置的平面鏡上，反射后在正上方與平面鏡平行的光屏上留下一光點P。現(xiàn)將一塊上下兩面平行的透明體平放在平面鏡上，如圖中虛線所示，則進入透明體的光線經(jīng)平面境反射后再從透明體的上表面射出，打在光屏上的光點P′與原來相比向左平移了，已知透明體對光的折射率為。P（1）作出后來的光路示意圖，標出P′位置；（2）透明體的厚度為多大（3）光在透明體里運動的時間多長［解析］（1）光路示意圖如圖所示（注意出射光線平行，各處光線的箭頭）（2）由sinα=nsinβ，得β=30°PαβP′PαβP′2dtan60°―2dtan30°=△s解得d=（3）光在透明體里運動的速度v=光在透明體里運動的路程∴光在透明體里運動時間s=2×10－10s【變式訓練1】abOdMN半徑為R的半圓形玻璃磚橫截面如圖所示，O為圓心，光線aabOdMN（1）玻璃磚的折射率n；（2）另一條與a平行的光線b從最高點入射玻璃磚后，折射到MN上的d點，則這根光線能否從MN射出Od為多少題型二：光的色散全反射解決這類問題需要注意：（1）色散的實質(zhì)是由于各種色光在同一介質(zhì)中傳播的速率不同，或同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同而引起的。光的頻率越大，折射率越大。紅光折射率最小，紫光折射率最大。（2）全反射的條件是，光從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)，且入射角達到臨界角?！纠?】某棱鏡頂角θ=°，一束白光以較大的入射角從棱鏡的一個側面射入，通過棱鏡后從另一個側面射出，在光屏上形成由紅到紫的彩色光帶如右圖所示，當入射角i逐漸減小到零的過程中，彩色光帶變化情況是（）色光紫藍綠黃橙紅折射率臨界角°°°°°°A．紫光最先消失，最后只剩下橙光、紅光B．紫光最先消失，最后只剩下黃光、橙光和紅光C．紅光最先消失，最后只剩下紫光、藍光D．紅光最先消失，最后只剩下紫光、藍光和綠光［解析］：屏上的彩色光帶最上端為紅色，最下端為紫色，當入射角i減小時，光線在棱鏡右側面的入射角變大，因紫光臨界角最小，所以紫光最先達到臨界而發(fā)生全反射，故紫色最先在屏上消失，當入射角減小到i′=0時，僅剩下紅光和橙光未達到臨界角而射出，到達光屏，故選A。［變式訓練2］在一個圓形輕木塞的中心插上一根大頭針，然后把它倒放在水面上，調(diào)節(jié)針插入的深度，使觀察者不論在什么位置都剛好不能看到水下的大頭針，如圖所示，量出針露出的長度為d，木塞的半徑為r，求水的折射率。題型三:光的干涉、衍射、偏振解決這類問題需要注意：準確理解干涉現(xiàn)象的產(chǎn)生條件，產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件。【例3】能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的兩束光是（）A．頻率相同、振幅相同的兩束光B．頻率相同、相位差恒定的兩束光C．兩只完全相同的燈光發(fā)出的光D．同一光源的兩個發(fā)光部分發(fā)出的光［解析］：只有頻率相同、相差恒定、振動方向相同的光波，在它們相遇的空間里能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉，觀察到穩(wěn)定的干涉圖樣,所以應選B.［變式訓練3］S1S2SOr1r2P如圖所示是雙縫干涉實驗裝置，屏上O點到雙縫S1、SS1S2SOr1r2P題型四:電磁場與電磁波解決這類問題需要注意：準確把握麥克斯韋電磁場理論的基本內(nèi)容.【例3】按照麥克斯韋的電磁場理論，以下說法中正確的是A．恒定的電場周圍產(chǎn)生恒定的磁場，恒定的磁場周圍產(chǎn)生恒定的電場B．變化的電場周圍產(chǎn)生磁場，變化的磁場周圍產(chǎn)生電場C．均勻變化的電場周圍產(chǎn)生均勻變化的磁場，均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生均勻變化電場D．均勻變化的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場［解析］：選B、D。光源pQ明［變式訓練4］如圖所示，讓白熾燈發(fā)出的光通過偏振片P和Q，以光的傳播方向為軸旋轉偏振片P光源pQ明A.光是電磁波B.光是一種橫波C.光是一種縱波D.光是概率波【能力訓練】1．下列關于電磁波的敘述中，正確的（）A．電磁波是電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處的傳播B．電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為×108C．電磁波由真空進入介質(zhì)傳播時，波長將變短D．電磁波不能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象2．下述關于電磁場的說法中正確的是（）A．只要空間某處有變化的電場或磁場，就會在其周圍產(chǎn)生電磁場，從而形成電磁波B．任何變化的電場周圍一定有磁場C．振蕩電場和振蕩磁場交替產(chǎn)生，相互依存，形成不可分離的統(tǒng)一體，即電磁場D．電磁波的理論在先，實驗證明在后3．已知介質(zhì)對某單色光的臨界角為θ，則A．該介質(zhì)對單色光的折射率等于B．此單色光在該介質(zhì)中的傳播速度等于csinθ（c表示光在真空中的傳播速度）C．此單色光在該介質(zhì)中的波長是真空中波長的倍D．此單色光在該介質(zhì)中的頻率是真空中頻率的倍4．某學生在觀察雙縫干涉現(xiàn)象的實驗中，分別用紅色、綠色、紫色三種單色光做實驗，經(jīng)同一干涉儀觀察到如圖所示的明顯干涉條紋，那么甲、乙、丙依次表示的顏色是（）A．紅色綠色紫色B．紅色紫色綠色C．紫色綠色紅色D．綠色紫色紅色甲甲丙乙5．太陽光照射在平坦的大沙漠上，我們在沙漠中向前看去，發(fā)現(xiàn)前方某處射來亮光，好像太陽光從遠處水面反射來的一樣，我們認為前方有水，但走到該處仍是干燥的沙漠，這現(xiàn)象在夏天城市中太陽光照射瀝青路面時也能觀察到，對這種現(xiàn)象正確的解釋是（）A．越靠近地面空氣的折射率越大B．這是光的干涉形成的C．越靠近地面空氣的折射率越小D．這是光的衍射形成的6．在一次觀察光衍射的實驗中，觀察到如圖所示的清晰的明暗相間的圖樣，那么障礙物應是（黑線為暗紋）A．很小的不透明的圓板B．很大的中間有大圓孔的不透明的圓板C．很大的不透明圓板D．很大的中間有小圓孔的不透明圓板7．有關偏振和偏振光的下列說法中正確的有 A．只有電磁波才能發(fā)生偏振，機械波不能發(fā)生偏振B．只有橫波能發(fā)生偏振，縱波不能發(fā)生偏振C．自然界不存在偏振光，自然光只有通過偏振片才能變?yōu)槠窆釪．除了從光源直接發(fā)出的光以外，我們通?？吹降慕^大部分光都是偏振光8．某研究小組的同學根據(jù)所學的光學知識，設計了一個測量液體折射率的儀器。如圖所示，在一個圓盤上，過其圓心O做兩條互相垂直的直徑BC、EF。在半徑OA上，垂直盤面插上兩枚大頭針P1、P2并保持P1、P2位置不變，每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進入液體中，而且總使夜面與直徑BC相平，EF作為界面的法線，而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2的像，并在圓周上插上大頭針P3，使P3正好擋住P1、P2的像。同學們通過計算，預先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)P3所插的位置，就可以直接讀出液體折射率的值。（1）在用此儀器測量液體的折射率時，下列說法正確的是_____________（填字母代號）BCOAEFKMNBCOAEFKMNP1P2的折射率值B．大頭針P3插在M位置時液體的折射率值小于插在N位置時液體的折射率值C．對于任何液體，在KC部分都能觀察到大頭針P1、P2的像D．可能有一種液體，在KC部分觀察不到大頭針P1、P2的像（2）若AOF=30°，OP3與OC的夾角為30°，則液體的折射率為。9．用雙縫干涉測光的波長。實驗裝置如圖（甲）所示，已知單縫與雙縫間的距離L1=100mm，雙縫與屏的距離L2=700mm，雙縫間距d=。用測量頭來測量亮紋中心的距離。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構成，轉動手輪，使分劃板左右移動，讓分劃板的中心刻線對準亮紋的中心（如圖（乙）所示），記下此時手輪上的讀數(shù)，轉動測量頭，使分劃板中心刻線對準另一條亮紋的中心，記下此時手輪上的讀數(shù)。（1）分劃板的中心刻線分別對準第1條和第4條亮紋的中心時，手輪上的讀數(shù)如圖（丙）所示，則對準第1條時讀數(shù)x1=_______mm、對準第4條時讀數(shù)x2=_______mm（2