新高考一輪復(fù)習(xí)人教版專題十六光學(xué)電磁波與相對論初步課件（31張）

考點(diǎn)一光的折射與全反射1.折射定律折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi),折射光線與入射光線分別

位于法線的兩側(cè);入射角的正弦與折射角的正弦成正比。2.折射率:n=

=

。1)任何介質(zhì)的折射率均大于1;2)光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)是相對的;3)折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)決定,與入射角的大小無關(guān);4)折射率與介質(zhì)的密度沒有關(guān)系,光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì);5)同一種介質(zhì)中,頻率越大的色光折射率越大,傳播速度越小。3.全反射光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時,當(dāng)入射角增大到某一角度(臨界角C),使光

全部反射回原介質(zhì)的現(xiàn)象。臨界角與折射率的關(guān)系:sinC=

?？键c(diǎn)二光的波動性一、光的干涉頻率相同的兩列光波相遇疊加,加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域互相間隔的現(xiàn)

象。1.相干光源的獲取辦法(思想是一分為二)

2.雙縫干涉條紋判斷1)相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距公式:Δx=

λ。對同一雙縫干涉

裝置,光的波長越長,干涉條紋間距越大。2)亮暗條紋的判斷方法:如圖所示,光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P'點(diǎn)的路程

差Δr=r2-r1。當(dāng)Δr=kλ(k=0,1,2,…)時,光屏上P'處出現(xiàn)亮條紋。當(dāng)Δr=(2k+1)

(k=0,1,2,…)時,光屏上P'處出現(xiàn)暗條紋。二、光的衍射1.發(fā)生明顯衍射的條件:障礙物或孔的尺寸與光的波長相差不多,甚至比

光的波長還小。2.單縫衍射和雙縫干涉的圖樣在寬度、間距和亮度上是有區(qū)別的。單縫衍射的條紋,中央亮條紋最寬且最亮。三、光的偏振:光的偏振現(xiàn)象證明光是橫波?？键c(diǎn)三電磁波、相對論初步一、麥克斯韋電磁場理論1.不變的磁場(電場)不產(chǎn)生電場(磁場)。2.均勻變化的磁場(電場)產(chǎn)生恒定的電場(磁場)。3.振蕩的磁場(電場)產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(磁場)。二、電磁波及其作用

三、相對論1.狹義相對論的兩個基本假設(shè)1)狹義相對性原理:在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是相同的。2)光速不變原理:真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的。2.質(zhì)能關(guān)系用m表示物體的質(zhì)量,E表示它具有的能量,則愛因斯坦的質(zhì)能方程為E=

mc2。拓展一折射成像1.光在透明介質(zhì)中傳播時,因折射而改變傳播方向,觀察到的發(fā)光體位置

發(fā)生變化。根據(jù)折射或全反射作成像圖,結(jié)合幾何關(guān)系確定光學(xué)量或幾

何量。2.作圖的三點(diǎn)提示:①“兩判斷”,光從哪里來,要到哪里去;②“一借

助”,可逆原理;③“一規(guī)范”,規(guī)范作圖。【例1】(2021廣東?？?16)如圖所示,救生員坐在泳池旁邊的凳子上,其

眼睛到地面的高度h0為1.2m,到池邊的水平距離L為1.6m,池深H為1.6m,

池底有一盲區(qū)。設(shè)池水的折射率為

。當(dāng)池中注水深度h為1.2m和1.6m時,池底盲區(qū)的寬度分別是多少?(sin53°=

,sin37°=

)

解析當(dāng)池中注水深度h為1.2m時,光路圖如圖所示

由幾何關(guān)系得sini=

=

即i=53°由折射定律得sinr=

=

,即r=37°由幾何關(guān)系知盲區(qū)寬度s=(1.6-1.2)tan53°m+1.2tan37°m=

m當(dāng)池中注水深度h為1.6m時,同理可得s'=1.6tan37°m=1.2m拓展二光路控制光的色散1.玻璃磚對光路的控制1)平行玻璃磚①結(jié)構(gòu):玻璃磚上下表面是平行的。②對光線的作用:通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向,但要發(fā)生側(cè)

移。

③應(yīng)用:測定玻璃的折射率。2)三棱鏡①結(jié)構(gòu):橫截面為三角形。②對光線的作用:通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后,出射光線向棱鏡底邊

偏折。

③應(yīng)用:全反射棱鏡,改變光的傳播方向。

3)圓柱體(球)①結(jié)構(gòu):橫截面是圓。②對光線的作用:圓界面的法線是過圓心的直線,經(jīng)過兩次折射后向圓心

偏折。

③應(yīng)用:改變光的傳播方向。2.各種色光的比較顏色:紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。頻率:小→大。波長:大→小。干涉條紋寬度:大→小。臨界角:大→小。同一介質(zhì)折射率:小→大。同一介質(zhì)速度:大→小。【例2】(2020名校學(xué)術(shù)聯(lián)盟模擬)在北方寒冷的冬天,有時會出現(xiàn)“多個

太陽”的“幻日”奇觀,這是空氣中的水蒸氣在極冷的大氣里凝結(jié)成小

冰晶,太陽通過冰晶折射的緣故。太陽光照射到六角形冰晶上折射的光

路圖如圖所示,a、b是太陽光中的兩種單色光,由此可以判斷,冰晶對單色

光a的折射率

(選填“大于”或“小于”)冰晶對單色光b的折射

率,單色光a在冰晶中的傳播速度比單色光b在冰晶中的傳播速度

(選填“大”或“小”)。如果讓太陽光從水中射向空氣,逐漸增大入射

角,則a、b兩種單色光中,單色光

(選填“a”或“b”)更容易發(fā)

生全反射。解析光從空氣斜射到冰晶上,由于折射率不同,由圖可知,單色光b偏折較

大,單色光a偏折較小,所以此冰晶對單色光a的折射率小于對單色光b的

折射率;根據(jù)v=

可知單色光a在冰晶中的傳播速度比單色光b在冰晶中的傳播速度大;根據(jù)sinC=

知單色光b的臨界角較小,所以單色光b比單色光a更容易發(fā)生全反射。應(yīng)用一光導(dǎo)纖維——全反射的應(yīng)用構(gòu)造由內(nèi)芯和外套組成,內(nèi)芯的折射率比外套的大,光傳播時在內(nèi)芯與

外套的界面上發(fā)生全反射

傳播路徑

光纖通信原理光的全反射

方法光也是一種電磁波,也可以像無線電波那樣,作為載體來傳遞信

息。載有聲音、圖像以及各種數(shù)字信號的激光從光纖的一端

輸入,就可以傳到千里以外的另一端,實現(xiàn)光纖通信

優(yōu)點(diǎn)光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)是容量大。此外,光纖通信還有衰減小、抗干擾性強(qiáng)等多方面的優(yōu)點(diǎn)【例1】[2021山西太原一模,34(2)]光導(dǎo)纖維是傳光的細(xì)圓玻璃絲,每根

纖維分內(nèi)外兩層。一束光由光纖端面從空氣射向內(nèi)層材料,經(jīng)內(nèi)、外層

材料的分界面發(fā)生多次全反射后呈鋸齒形的路線可以無損地傳到另一

端。如圖為一根光纖的截面圖,左端面與兩種材料的界面垂直,當(dāng)光從端

面的圓心O入射后,在從光纖的一端傳到另一端的過程中光線不從內(nèi)壁漏

掉時,入射角的最大值為θ1。已知內(nèi)層和外層材料的折射率分別為n1和n2

(n1>n2),光在真空(空氣)中的傳播速度為c。求:(ⅰ)sinθ1的值;(ⅱ)若光纖的長度為l,光以θ1射入后在光纖中傳播的時間。解析(ⅰ)光在光纖中傳播的光路圖如圖1:

圖1當(dāng)光從內(nèi)層材料射向外層材料時,折射角為90°時恰好發(fā)生全反射,此時對

應(yīng)的入射角θ3最小,θ2、θ1最大。由折射定律有:

=

又θ3=90°-θ2由折射定律有:n1=

且sin2

θ2+cos2

θ2=1聯(lián)立得:sinθ1=

(ⅱ)畫出光在光纖中傳播的光路圖如圖2:

圖2光在光纖中經(jīng)歷的路程為:x=

光在光纖中傳播速度為:v=

結(jié)合(1)中列式,得光在光纖內(nèi)傳播的時間為:t=

=

應(yīng)用二地表彩色油膜——薄膜干涉1.成因:薄膜前表面和后表面分別反射出來的兩列光波的疊加。這兩列

波是同一光源發(fā)出,經(jīng)薄膜前后表面反射的,所以是相干波。由于同一水

平線上的薄膜厚度近似相同,所以干涉后能產(chǎn)生水平的亮暗條紋。2.如果膜的厚度為d,則前后表面的反射光的光程差為2d。1)當(dāng)2d是光波半波長的偶數(shù)倍時,出現(xiàn)亮條紋;2)當(dāng)2d是光波半波長的奇數(shù)倍時,出現(xiàn)暗條紋。3.如果膜的厚度均勻變化,若用單色光照射,相鄰的條紋間的距離是相等

的,若用白光照射,則在薄膜某一厚度的地方某一波長的光反射后增強(qiáng),而

另一些波長的光反射后減弱,這樣薄膜上就出現(xiàn)彩色條紋。4.薄膜干涉在技術(shù)上的應(yīng)用1)干涉法檢查平面檢查精密零件的表面質(zhì)量好壞:如圖所示將被檢查平面和放在上面的透

明標(biāo)準(zhǔn)樣板的一端墊一薄片,使樣板的標(biāo)準(zhǔn)平面和被檢查平面間形成一

個楔形空氣薄層,單色光從上面照射,入射光在空氣層的上、下表面反射

出的兩列光波發(fā)生干涉,根據(jù)干涉條紋的形狀來確定零件的表面情況。2)鏡片增透膜在光學(xué)元件(透鏡、棱鏡)的表面涂一層等厚薄膜,當(dāng)薄膜的厚度是光在薄

膜中波長的1/4時,在薄膜的兩個面上的反射光的光程差恰好等于半波長,

因而相互抵消,起到減小反射光、增大透射光強(qiáng)度的作用。【例2】劈尖干涉是一種薄膜干涉,其裝置如圖1所示,將一塊平板玻璃放

置在另一平板玻璃上,在一端夾入兩張紙片,從而在兩玻璃表面之間形成

一個劈形空氣薄膜。當(dāng)光垂直入射后,從上往下看到的干涉條紋如圖2所

示。

若在圖1的裝置中抽去一張紙片,則在光垂直入射到新的劈形空氣薄膜

后,從上往下觀察到的干涉條紋

(選填“變疏”“變密”“不

變”或“消失”)。解析如圖所示,若抽去一張紙片,則空氣薄膜三角形截面的傾角變小,原

來各級亮條紋的位置向右移,干涉條紋變疏。

【例3】氬弧焊產(chǎn)生的紫外線和紅外線對眼及皮膚的損傷是電焊作業(yè)職

業(yè)損害的一個重要方面。有人想利用薄膜干涉的原理設(shè)計一種能減小

紫外線對眼睛傷害的眼鏡。他選用的薄膜材料的折射率n=1.5,所要消除

的紫外線的頻率為8.1×1014Hz,那么他設(shè)計的這種“增反膜”的厚度至

少是