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1、2017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）专题17 光、电磁波与相对论第一部分 名师综述综合分析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
2、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第二部分 知识背一背(1)折射现象折射定律：在光的折射现象中，光路是可逆的折射率：定义式：；计算公式：，因为vc，所以任何介质的折射率都大于1。当光从真空(或空气)射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于折射角（2）全反射现象条件：（a）光从光密介质射入光疏介质；（b）入射角大于或等于临界角。现象：折射光完
3、全消失，只剩下反射光临界角：折射角等于90时的入射角，用C表示， （3）光的色散光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象光谱：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。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
4、。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。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
5、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）光的偏振偏振：光波只沿某一特定的方向振动，称为光的偏振自然光：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）电磁波的特性电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播。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
6、速)。电磁波的频率f、波长和波速v的关系：vf.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电磁振荡(LC电路)的周期，频率.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。时间间隔的相对性.长度的相对性相对论的速度变换公式相对论质量质能方程Emc2第三部分 技能+方法一、确定光线的方法先确定光线在界面上的入射点，然后再找光线
7、通过的另外一个点，通过两点确定光线。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：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)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。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。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
8、发生折射当折射角等于90时，实际上就已经没有折射光了。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。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
9、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。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（(k0,1,2,3)；当k0时，即PS1PS2，此时P点处的明条纹叫做中央亮条纹。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（(k0,1,2,3)；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
10、加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹六、偏振光的产生方式自然光通过起偏器：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
11、说明了光波是横波应用：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、射线等，穿透能力较强。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。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
12、的，与光源的运动和观察者的运动无关。 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】如果你用心看书，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
13、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=f，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
14、：波速公式v=f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
15、】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
