全品复习方案高考物理一轮复习第15单元光学电磁波相对论听课正文含解析

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1、光学 电磁波 相对论高考热点统计要求2015年2016年2017年2018年高考基础要求及冷点统计光的折射定律34(1)34(2)34(2)34(2)34(2)34(2)34(1)34(2)34(2)狭义相对论的基本假设、质能关系()实验:测定玻璃的折射率电磁波的产生包括了麦克斯韦电磁波理论,需要引起注意.相对论在近些年全国卷考查中是冷点.折射率、全反射、光导纤维、光的干涉、衍射和偏振现象34(1)34(2)34(2)34(2)34(2)34(2)34(1)34(2)34(2)电磁波的产生、发射、传播和接收、电磁波谱34(1)实验:用双缝干涉测光的波长34(1)34(1)考情分析1.本章考查的

2、热点有光的折射定律、折射率的计算、全反射的应用等,题型有选择、填空、计算等,难度中等偏下,光的折射与全反射的综合,以计算题的形式考查的居多.2.对于光学部分,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.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,不可忽视任何一个知识点.第37讲光的折射、全反射一、光的折射定律1.折射现象:光从一种介质进入另一种介质时传播方向的现象.2.折射定律(1)内容:折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的;入射角的正弦与成正比.(2)表达式:=n12(1、2分别为入射角和折射角,

3、n12是比例常数).二、折射率1.定义:光从真空射入某种介质发生折射时,与之比,叫作这种介质的折射率.2.定义式:n=.折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定.3.计算公式:n=,因为vn2,则折射率为n1的介质称为光密介质,折射率为n2的介质称为光疏介质.4.物理意义:折射率是表示光从一种介质进入另一种介质时,发生偏折程度的物理量,与入射角1及折射角2的大小无关.三、全反射1.定义:光从光密介质入射到光疏介质的分界面上时,当增大到某一角度时,折射光线消失,只剩下反射光线的现象.2.条件:光从介质射向介质;入射角临界角.3.临界角:折射角等于90时的入射角.若光从光密介质(折射率为n)射向真

4、空或空气时,发生全反射的临界角为C,则sin C=.4.应用:全反射棱镜、.四、光的色散1.光的色散:含有多种颜色的光被分解为的现象叫作光的色散.白光通过三棱镜会分解为红、橙、绿、靛、紫七种单色光.2.光谱:含有多种颜色的光被分解后,各种色光按其波长的排列.(6)只要入射角足够大,就能发生全反射.()(7)折射定律是托勒密发现的.()(8)密度大的介质一定是光密介质.()考点一折射定律与全反射综合求解光的折射与全反射的综合问题时,要抓住折射定律和发生全反射的条件这两个关键.基本思路如下:(1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质.(2)判断入射角是否大于临界角,明确是否发

5、生全反射现象.(3)画出反射、折射或全反射的光路图,必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图,然后结合几何知识进行推断和求解相关问题.(4)折射率n是讨论折射和全反射问题的重要物理量,是联系各物理量的桥梁,对跟折射率有关的所有关系式应熟练掌握.例1 如图37-1所示,玻璃球冠的折射率为,其底面镀银,底面的半径是球半径的;在过球心O且垂直于底面的平面(纸面)内,有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点,该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点.求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角.图37-1变式题1 如图37-2所示,三棱镜的横截面为直角三角形ABC,A=30,B=60.一束平行于AC边

6、的光线自AB边的P点射入三棱镜,在AC边发生反射后从BC边的M点射出.若光线在P点的入射角和在M点的折射角相等.(1)求三棱镜的折射率;(2)在三棱镜的AC边是否有光线透出?写出分析过程.(不考虑多次反射)图37-2变式题2 如图37-3所示,ABC是一直角三棱镜的横截面,A=90,B=60.一细光束从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且交BC于G,D恰好是CG的中点.不计多次反射.(1)求出射光相对于D点的入射光的偏角;(2)为实现上述光路,棱镜折射率的取值应在什么范围?图37-3考点二光的色散1.光速与波长、频率的关系光速v与波长、频率f的

7、关系为v=f.光从一种介质进入另一种介质时,频率不变,波长改变,光速改变.2.各种色光的比较颜色红橙黄绿蓝靛紫频率低高同一介质中折射率小大同一介质中速度大小波长大小临界角大小通过棱镜的偏折角小大图37-4例2 (多选)2015全国卷 如图37-4所示,一束光沿半径方向射向一块半圆形玻璃砖,在玻璃砖底面上的入射角为,经折射后射出a、b两束光线,则()A.在玻璃中,a光的传播速度小于b光的传播速度B.在真空中,a光的波长小于b光的波长C.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D.若改变光束的入射方向使角逐渐变大,则折射光线a首先消失E.分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验,a光的干涉条纹

8、间距大于b光的干涉条纹间距变式题 2015四川卷 直线P1P2过均匀玻璃球球心O,细光束a、b平行且关于P1P2对称,由空气射入玻璃球的光路如图37-5所示.a、b光相比()图37-5A.玻璃对a光的折射率较大B.玻璃对a光的临界角较小C.b光在玻璃中的传播速度较小D.b光在玻璃中的传播时间较短考点三测定玻璃的折射率考向一实验原理与步骤1.实验原理实验原理图如图37-6所示,当光线AO1以一定的入射角1穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2B,从而求出折射光线O1O2和折射角2,再根据n=或n=算出玻璃的折射率.图37-62.实验步骤(1)用图钉把白纸固定在木

9、板上.(2)在白纸上画一条直线aa,并取aa上的一点O1为入射点,作过O1点的法线NN.(3)画出线段AO1作为入射光线,并在AO1上插上P1、P2两根大头针.(4)在白纸上放上玻璃砖,使玻璃砖的一条长边与直线aa对齐,并画出另一条长边的对齐线bb.(5)眼睛在bb的一侧透过玻璃砖观察两根大头针并调整视线方向,使P1的像被P2的像挡住,然后在眼睛这一侧插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,再插上P4,使P4挡住P1、P2的像和P3.(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O2B及出射点O2,连接O1、O2得线段O1O2.(7)用量角器测量入射角1和折射角2,并

10、查出其正弦值sin 1和sin 2.(8)改变入射角,重复实验,算出不同入射角时的,并取平均值.例3 在“测定玻璃的折射率”实验中,某同学经正确操作插好了4枚大头针,如图37-7所示.图37-7(1)在图37-8中画出完整的光路图.图37-8(2)对你画出的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n=(保留三位有效数字).(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象,某同学做了两次实验,经正确操作插好了8枚大头针,如图37-9所示.图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针,其对应出射光线上的2枚大头针是P3和(选填“A”或“B”).图37-9变式题 某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率(如图

11、37-10所示).实验的主要过程如下:图37-10A.把白纸用图钉固定在木板上,在白纸上作出直角坐标系xOy,在白纸上画一条线段AO表示入射光线.B.把半圆形玻璃砖M放在白纸上,使其底边aa与x轴重合.C.用一束平行于纸面的激光从y0区域沿y轴负方向射向玻璃砖,并沿x轴方向调整玻璃砖的位置,使这束激光从玻璃砖底面射出后,仍沿y轴负方向传播.D.在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2.E.在坐标系y0方向侧移了一些,这将导致所测的玻璃折射率与其真实值相比(选填“偏大”“不变”或“偏小”).(2)若实验中该同学在y”“=”或“c此光线在N点发生全反射,三棱镜的AC边没有光线透出.变式题2(1)

12、60(2)nnsini3式中C是全反射临界角,满足nsinC=1由式知,棱镜的折射率n的取值范围应为n0方向侧移了一些,导致测量的x2偏大,x1不变,所以玻璃的折射率的测量值与真实值相比偏大.(2)在y光线在玻璃砖内会发生三次全反射,最后由G点射出,如图37-5所示,由反射定律和几何关系得OG=OC=R图37-5射到G点的光有一部分被反射,沿原路返回到达C点射出.3.2015江苏卷人造树脂是常用的眼镜镜片材料.如图37-6所示,光线射在一人造树脂立方体上,经折射后,射在桌面上的P点.已知光线的入射角为30,OA=5cm,AB=20cm,BP=12cm,求该人造树脂材料的折射率n.图37-6答案

13、(或1.5)解析设折射角为,由折射定律得sin30=nsin,由几何关系知sin=且OP=解得n=(或n1.5).4.2015海南卷一半径为R的半圆柱形玻璃砖,横截面如图37-7所示,已知玻璃的全反射临界角为(0.300解析双缝干涉条纹间距x=,红光波长较长,所以红光的双缝干涉条纹间距较大,即x1x2.根据题中数据可得条纹间距x=2.1mm=2.110-3m,根据x=可得d=m=3.0010-4m=0.300mm.变式题(1)AD(2)0.700(3)大于解析(1)为了获得清晰的干涉条纹,A正确.由干涉现象可知干涉条纹与双缝平行,B错误.干涉条纹的间距x=与单缝宽度无关,C错误,D正确.(2)手轮的读数为0.5mm+20.00.01mm=0.700mm.(3)条纹与分划板不平行时,实际值x实=x测cos,为条纹与分划板间的夹角,故x实,所以ACAC,故劈角变大时,条纹变密,A正确,B错误;同理,当上玻璃板平行上移时,条纹向着劈尖移动,但间距不变,C正确,D错误.4.AC解析干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的,