PAGE/NUMPAGES2019-2020年高考物理备考艺体生百日突围系列专题17光电磁波与相对论含解析综合
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近几年的高考物理试题发现，试题在考查主干知识的同时，注重考查基本概念和基本规律。考纲要求（1）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）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（3）知道电磁波是横波；了解电磁波的产生、传播、发射和接收，熟记电磁波谱；了解狭义相对论的基本假设和几个重要结论．命题规律（1）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。（2）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（3）电磁波和相对论部分，以考查基本概念及对规律的简单理解为主，主要是以选择题为主(1)折射现象①折射定律：．②在光的折射现象中，光路是可逆的．③折射率：定义式：；计算公式：，因为v
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示，（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．（4）光的干涉①定义：两列频率相同、振动情况相同的光波相叠加，某些区域出现振动加强，某些区域出现振动减弱，并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象。②相干条件：只有相干光源发出的光叠加，才会发生干涉现象．相干光源是指频率相同、相位相同(振动情况相同)的两列光波。③双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后，在屏上出现明暗相间的条纹．白光的双缝干涉的条纹是中央为白色条纹，两边为彩色条纹，单色光的双缝干涉中相邻亮条纹间距离为。④薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后两面反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度相同．（5）光的衍射①定义：光离开直线路径绕到障碍物阴影区的现象叫光的衍射，衍射产生的明暗条纹或光环叫衍射图样．(2)发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸跟光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显．③衍射图样：(a)单缝衍射:明暗相间的不等距条纹，中央亮纹最宽最亮，两侧条纹具有对称性。(b)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环，圆环面积远远超过孔的直线照明的面积。(c)圆盘衍射：明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑称为泊松亮斑。（6）光的偏振①偏振：光波只沿某一特定的方向振动，称为光的偏振．②自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光．③偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光，叫做偏振光．光的偏振证明光是横波．自然光通过偏振片后，就得到了偏振光．（7）电磁波的特性①电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播。②不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小，但在真空中不同频率的电磁波传播速度是相同的(都等于光速)。③电磁波的频率f、波长λ和波速v的关系：v＝λf.④电磁波是横波，具有波的特性，能产生干涉、衍射等现象．（8）电磁波的发射与接收①电磁振荡(LC电路)的周期，频率.②发射电磁波的条件：振荡电路要有足够高的频率；振荡电路应采用开放电路。发射电磁波需经过调制过程，调制的方法分为调频和调幅．接收电磁波需经过解调过程，解调是调制的逆过程．（9）狭义相对论①狭义相对论的基本假设：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。②时间间隔的相对性.③长度的相对性④相对论的速度变换公式⑤相对论质量⑥质能方程E＝mc2第三部分技能+方法一、确定光线的方法①先确定光线在界面上的入射点，然后再找光线通过的另外一个点，通过两点确定光线。②根据折射定律计算折射角，确定折射光线．当光由光密介质射向光疏介质时，应注意是否发生全反射。二、解决光的折射问题的一般方法：①根据题意画出正确的光路图：准确、规范地画出光路图是解决几何光学问题的前提和关键。(2)②利用几何关系确定光路中的边、角关系，确定入射角和折射角：从光路图上找准入射角和折射角。③利用折射定律建立方程进行求解：应用数学知识求出它们的正弦值．必要时可利用光路可逆原理辅助解题。三、全反射现象的理解与应用①在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的。②当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射．当折射角等于90°时，实际上就已经没有折射光了。③全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射。④解答这一类问题要抓住折射定律和发生全反射的条件这个关键．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，作出推断或求解。四、两束振动情况相同的光源产生的光相互叠加时：双缝干涉中出现象、暗条纹是由屏上某点P到两缝的光程差来决定的，而条纹间距则由双缝到屏的距离、双缝之间的距离和光的波长共同决定．明确双缝干涉中条纹特点和分布情况、掌握出现明条纹和暗条纹的条件是解决这类问题的关键。①出现明条纹的条件是屏上某点P到两个相干光源S1和S2的路程差等于波长的整数倍或半波长的偶数倍，即（(k＝0,1,2,3…)；当k＝0时，即PS1＝PS2，此时P点处的明条纹叫做中央亮条纹。②出现暗条纹的条件是屏上某点P到两个相干光源S1和S2的路程差等于半波长的奇数倍，即（(k＝0,1,2,3…)；五、衍射与干涉的比较两种现象比较项目单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹六、偏振光的产生方式①自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器．第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器．②自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．特别提醒 不能认为偏振片就是刻有狭缝的薄片，偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特征，即存在一个偏振方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了．七、偏振光的理论意义及应用①理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波．光的偏振现象说明了光波是横波．②应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等．八、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。九、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。②光速的大小与选取的参考系无关，，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源的运动和观察者的运动无关。。③狭义相对论认为物体的质量m与物体的速度v有关，其关系式为⑤相对论质量【例1】下列关于电磁波的说法正确的是A．不同频率的电磁波在同种介质中的传播速率相同B．电磁波可以发生干涉现象C．电磁波不会发生偏转现象D．在真空中，电磁波的能量越高，传播速度越大【答案】B【名师点睛】电磁波的传播不需要靠介质，可以在真空中传播，也可在介质中传播；是一道基础题．【例2】如果你用心看
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，就会发现机械波和电磁波有许多可比之处，小王同学对此作了一番比较后，得到如下结论，你认为错误的是 （ ）A．机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播B．机械波可能是纵波，也可能是横波，电磁波一定是横波C．机械波和电磁波都能产生反射、折射、干涉和衍射现象D．当机械波和电磁波从空气中进入水中时，频率不变，波长和波速都变小【答案】D【解析】机械波是机械振动在介质中传播过程，必须依赖于介质，没有介质不能形成机械波；电磁波传播的是电磁场，而电磁场本身就是一种物体，不需要借助其他物质来传播，所以电磁波可以在真空中传播．故A正确．机械波有横波和纵波，电磁波只有横波．故B正确．干涉和衍射现象是所有的波都具有的特性．故C正确；当机械波和电磁波从空气中进入水中时，机械波速度变大，电磁波速度变小，频率不变，根据v=λf，电磁波的波长变小，机械波的波长变大，故D错误．本题选择错误的，故选D．【名师点睛】将机械波和电磁波进行类比，抓住共同点：波速公式v=λf适用于一切波；波都能产生干涉和衍射现象．不同点：机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播；机械波有横波和纵波，电磁波只有横波。【例3】下列关于电磁波的说法正确的是A．均匀变化的磁场能够在空间产生电场B．电磁波在真空和介质中传播速度相同C．只要有电场和磁场，就能产生电磁波D．电磁波在同种介质中只能沿直线传播【答案】A【名师点睛】变化的电场可以产生磁场；变化的磁场可以产生电场；均匀变化的电场产生恒定的磁场；均匀变化的磁场产生恒定的电场．电场和磁场交替产生，向外传播，形成电磁波．电磁波可以在介质中传播，也可以在真空中传播，可以反射，也可以折射，只有在同一均匀介质中才能沿直线匀速传播。【例4】根据狭义相对论下列说法正确的是（）A．一根竹竿沿着垂直于竹竿方向高速运动时，竹竿的长度会缩短B．对于确定的物体，无论运动速度有多大，物体的质量都不会改变C．宇宙飞船高速经过地球附近时，地球上的人观察飞船上的时钟变慢了D．宇宙飞船高速经过地球附近时，飞船上的人观察飞船上的时钟变慢了【答案】C【解析】根据尺缩效应，在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，尺子若沿垂直于尺子方向高速运动，尺子的长度不会变化，故A错误；根据狭义相对论的基本结论，速度越大，质量越大，故B错．根据钟慢效应，宇宙飞船高速经过地球附近时，地球上的人观察飞船是在做高速运动，所以飞船上的时钟变慢了，故C正确．根据钟慢效应，宇宙飞船高速经过地球附近时，飞船的人观察飞船是不运动的，所以飞船上的时钟没有变慢了，正常走时，故D错．故选C。【名师点睛】解题时要记住狭义相对论的几个基本结论：①钟慢效应：运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了；②尺缩效应：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，当速度接近光速时，尺子缩成一个点．③质量变大：质量（或能量）并不是独立的，而是与运动状态相关的，速度越大，质量越大。【例5】如图所示，一个横截面为直角三角形的三棱镜，A、B、C为三个顶点，其中∠A=60°，∠B=90°，AB长度为cm。一束与BC平行的单色光射向AC面，入射点为D，D、C两点间距离为cm，三棱镜材料对这束单色光的折射率是。求：①光在三棱镜中的传播速度v；②光从进入三棱镜到经AC面出射所经过的最短时间t.【答案】①②【名师点睛】本题考查光的折射问题，对数学几何能力的要求较高，平时需加强训练，提高解题能力，同时掌握光的折射定律，注意正确的作图是解题的关键．【例6】如图所示，有一截面是直角三角形的棱镜ABC，∠A=30°．它对红光的折射率为n1．对紫光的折射率为n2．在距AC边为d处有一与AC平行的光屏．现有由以上两种色光组成的很细的光束垂直AB边射入棱镜红光和紫光在棱镜中的传播速度比为多少？为了使红光能从AC面射出棱镜，n1应满足什么条件？若两种光都能从AC面射出，求在光屏MN上两光点间的距离．【答案】（1）n2：n1；（2）n1＜2；（3）．【解析】（1）根据公式，得（2）由几何知识得到，红光射到AC面上的入射角i1=30°，要使红光能从AC面射出棱镜，必须使i1＜C，而，得到，解得n1＜2【名师点睛】本题考查光在介质中速度、全反射及折射定律的综合应用，中等难度．对于折射定律的应用，关键是作出光路图。【例7】如图所示，直角玻璃三棱镜置于空气中，∠A=60°，∠C=90°，一束极细的光于AC边的中点D垂直AC面入射，已知AD=a，棱镜的折射率n=eq\r(2)，光在真空中的传播速度为c，求：①光从棱镜第一次射入空气时的折射角；②光从进入棱镜到它第一次射入空气所经历的时间(结果可以用根式表示)。【答案】①r=45°②【解析】①如图所示，i1=60°，设玻璃对空气的临界角为C，则，C=45°i1>45°，发生全反射i2=i1－30°=30°
知识点
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，关键要熟悉教材，牢记这些基础知识点；振动加速度的振幅最大，不是位移总是最大．受迫振动的频率等于驱动力的频率，与固有频率无关．当波长与障碍物尺寸差不多，或比障碍物尺寸大，会发生明显的衍射，这些地方都容易出错。10、【江西省吉安市第一中学xx届高三下学期第一次段考理综】如图所示为半圆形的玻璃砖，C为AB的中点，为过C点的AB面的垂线，a、b两束不同频率的单色可见细光束垂直AB变从空气射入玻璃砖，且两束光在AB面上入射点到C点的距离相等，两束光折射后相交于图中的P点，以下判断正确的是A、在半圆形的玻璃砖中，a光的传播速度大于b光的传播速度B、a光的频率大于b光的频率C、两种色光分别通过同一双缝干涉装置形成的干涉条纹，相邻明条纹的间距a光的较大D、若a、b两束光从同一介质射入真空过程中，a光发生全反射的临界角大于b光发生全反射的临界角E、b光比a光更容易发生衍射现象【答案】ACD【解析】【名师点睛】解决光学问题的关键要掌握全反射的条件、折射定律、临界角公式、光速公式，运用几何知识结合解决这类问题．11、【贵州省贵阳市第一中学xx届高三第七次月考理科综合】如图20所示，一根长为L的直光导纤维，折射率为，光若由左侧端面入射，已知光速为，为使光线能全部从右端射出，在左端光线的入射角应满足什么条件？若光线在光纤内恰好发生全反射，则光线通过光纤的时间为多少？【答案】，【解析】①如图所示，当恰好发生全反射时，α为临界角由几何关系：又由得要保证光线全部从右端射出，则【名师点睛】发生全反射的条件是：一是光必须从光密介质射入光疏介质，即从折射率的介质射入折射率小的介质；二是入射角大于临界角．当内芯的折射率比外套的大时，光在界面上才能发生全反射．根据全反射的条件，分析入射角应满足的条件。12、【广西柳州高级中学xx届高三4月高考热身模拟演练理科综合物理试题】如图所示，为等腰直角三棱镜的截面图，AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点，由红光和紫光两种单色光组成的复色光垂直BC边射向AB中点O，在光屏MN上产生两个亮斑，已知该介质对红光和紫光的折射率分别为，。①请画出光路图，并分析说出AM侧亮斑的颜色；②已知，求两个亮斑间的距离。【答案】（1）红色；（2）（2）画出如图光路图：设折射角为，两个光斑分别为，根据折射定律得：解得：，由几何知识可得：由几何知识可得为等腰直角三角形，解得所以。【名师点睛】本题首先要能正确作出光路图，掌握全反射的条件，并能正确应用几何关系和折射定律结合进行解题。13、【广东省湛江一中等“四校”xx届高三上学期第一次联考物理试题】(10分）如图所示为某种透明介质的截面图，△AOC为等腰直角三角形，OBC为半径R＝10cm的四分之一圆弧，AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点。由红光和紫光两种单色光组成的复色光射向圆心O，在AB分界面上的入射角i＝45°，结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑．已知该介质对红光和紫光的折射率分别为n1＝，n2＝．则：①判断在AM和AN两处产生亮斑的颜色；②求两个亮斑间的距离．【答案】①在AM处产生的亮斑P1为红色，在AN处产生的亮斑P2为红色和紫色的混合色。②②画出如图所示光路图，设折射角为r，两个光斑分别为P1，P2，根据折射定律求得由几何知识可得：解得：由几何知识可得△OAP2为等腰直角三角形，解得AP2＝10cm所以14、【重庆市第八中学xx届高三上学期第一次适应性考试】（10分）如图20所示，MN下方足够大的空间时长方体玻璃介质，其折射率，玻璃介质的上边界MN是屏幕，玻璃介质的上边界MN是屏幕，玻璃中有一个正三棱柱的空气泡，三棱柱轴线垂直于纸面，图中竖直截面正三角形的边长l=40cm，顶点与屏幕相距cm，底边AB与屏幕平行，一束激光在竖直截面内垂直于AB边射向AC边的中点O，结果在屏幕MN上出现了两个光斑．（光在真空中的传播速度c=3×108m/s）求：图20①该激光在玻璃介质中传播的速度；②两个光斑之间的距离x．【答案】①②【解析】①该激光在玻璃介质中传播的速度为：．15、【四川省双流中学xx届高三上学期综合测试（三）理科综合】（10分）图示为用玻璃做成的一块棱镜的截面图，其中ABOD是矩形，OCD是半径为R的四分之一圆弧，圆心为O．一条光线从AB面上的某点入射，入射角θ1＝45°，它进入棱镜后恰好以临界角射在BC面上的O点，光路图如图所示，求：①求该棱镜的折射率n；②求光线在该棱镜中传播的速度大小（已知光在空气中的传播速度c＝3.0×108m/s）．【答案】①②×108m/s16、【湖北省华中师范大学第一附属中学xx届高三上学期期中考试】如图所示为一巨大的玻璃容器，容器底部有一定的厚度，容器中装一定量的水，在容器底部有一单色点光源，已知水对该单色光的折射率为，玻璃对该单色光的折射率为1.5，容器底部玻璃的厚度为d，水的深度为2d。求：（1）该单色光在玻璃和水中传播的速度（2）水面形成的圆形光斑的半径（不考虑两个界面处的反射光线）【答案】（1）（2）温馨提示：最好仔细阅读后才下载使用，万分感谢！
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