名校物理之高考专题十一 电磁场与电磁波 光

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专题十一 电磁场与电磁波 光（1课时）
【考纲要求】
内 容 要求 说 明
1．电磁波 电磁波的传播 Ⅰ
2．电磁振荡 电磁波的发射和接收 Ⅰ 电容器极板上的电量、电路中的振荡电流随时间的变化规律的分析不作要求，周期、频率的计算不作要求。
3．电磁波谱及其应用 Ⅰ
4．光的折射定律 折射率 Ⅱ
5．测定玻璃的折射率（实验、探究） Ⅰ
6．光的全反射 光导纤维 Ⅰ
7．光的干涉、衍射和偏振 Ⅰ
8．激光的特性及应用 Ⅰ 激光产生的原理不作要求
【重点知识梳理】
一、光学
1．光的折射：
（1）定义：
（2）光的折射定律：
（3）在折射现象中光路也是可逆的。
2．折射率
（1）折射率
（2）表达式：
（3）折射率和光在介质中传播的速度有关，用c表示真空中的光速，v表示介质中的光速,则：。式中c= ，n为介质折射率，光在介质中的速度______(填“大于”“等于”或“小于”)光在真空中的速度。
3．全反射
（1）光疏介质和光密介质
（2）全反射现象：光从_______介质入射到_______介质的分界面上时，当入射角增大到一定程度时，光全部反射回_______介质，这一现象叫全反射现象。
（3）临界角：折射角等于________时的_______叫做临界角。用C表示，C=
（4）发生全反射的条件：① ；② 。
（5）光导纤维：实际用的光导纤维是非常细的特质玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，在内芯和外套的界面上发生全反射。
4．光的色散
白光通过三棱镜后，出射光束变为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光束。由七色光组成的光带叫做光谱。这种现象叫做光的色散。色散的实质是由于各种色光在同一介质中传播的速率不同，或同一介质对不同色光的折射率不同而引起的。
5．光的干涉现象
（1） 条件：
（2）双缝干涉： 若双缝间距为d，双缝屏到光屏的距离为L，入射光波长为λ，则相邻明（暗）纹间距为 上述关系式给出了一种“测量光波长”的方法。
（3）薄膜干涉：由透明膜的前、后表面反射的相干光波叠加而形成的干涉现象。利用薄膜干涉可以检验工件平面是否平整，还可以作为光学镜头上的增透膜。
6．光的衍射现象
（1）现象：光绕过障碍物继续传播的现象。
（2）条件：从理论上讲衍射是无条件的，但需发生明显的衍射现象，其条件是障碍物（或孔）的尺寸与光波波长相比,接近光波长或小于光波长。
（3）单缝衍射：光通过单缝照射到屏上时，屏上将出现“有明有暗，明暗相间”的衍射条纹，与双缝干涉的干涉条纹不同的是：干涉条纹均匀分布，而衍射条纹的中央明纹较宽，较亮。
（4）泊松亮斑：光照射到不透光的小圆板上时，在圆板阴影中心处出现的衍射亮斑。
7．光的偏振现象
（1）自然光与偏振光：沿着各个方向振动的强度 的光称自然光；只沿某一特定方向振动的光称偏振光。
（2）偏振现象：自然光经过某一偏振片（起偏器）A后即变为偏振光；若再使光经过另一偏振片（检偏器）B并逐渐转动偏振片B使A与B的偏振化方向相互垂直，则光就完全不能透过偏振片B。这样的现象叫做光的偏振现象。
（3）意义：光的偏振现象充分表明光波是横波。因为偏振现象是横波所特有的现象。
二、电磁波
1．麦克斯韦电磁场理论的要点:
（1）变化的磁（电）场所产生的电（磁）场取决于 。具体地说，均匀变化的磁（电）场将产生恒定的电（磁）场，非均匀变化的磁（电）场将产生变化的电（磁）场，周期性变化的磁（电）场将产生周期相同的周期性变化的电（磁）场。
（2）变化的磁场和变化的电场互相联系着，形成一个不可分离的统一体——电磁场。
2．电磁波传播规律。
电磁波在真空（空气）中传播速度为 C=3×108m/s
其波长λ，频率f与波速C间的关系为 C=λf.
【分类典型例题】
题型一：折射定律及其应用
解决这类问题需要注意: 通过做光路图挖掘几何关系，从而求解透明体的厚度以及光在透明体里运动的时间。做光路图也是解此类题的关键所在。
【例1】 如图所示，一束光线以60°的入射角射到一水平放置的平面镜上，反射后在正上方与平面镜平行的光屏上留下一光点P 。现将一块上下两面平行的透明体平放在平面镜上，如图中虚线所示，则进入透明体的光线经平面境反射后再从透明体的上表面射出，打在光屏上的光点P′与原来相比向左平移了3.46cm ，已知透明体对光的折射率为。
（1）作出后来的光路示意图，标出P′ 位置；
（2）透明体的厚度为多大？
（3）光在透明体里运动的时间多长？
［解析］（1）光路示意图如图所示（注意出射光线平行，各处光线的箭头）
（2）由sinα = n sinβ ， 得β=30°
设透明体的厚度为d ，由题意及光路有
2 d tan60° ―2 d tan30° = △s
解得d =1.5cm
（3）光在透明体里运动的速度
v =
光在透明体里运动的路程
∴　光在透明体里运动时间s = 2×10－10 s
【变式训练1】半径为R的半圆形玻璃砖横截面如图所示，O为圆心，光线a沿半径方向射入玻璃砖后，恰在O点发生全反射，已知∠aOM=45°，求：
（1）玻璃砖的折射率n；
（2）另一条与a平行的光线b从最高点入射玻璃砖后，折射到MN上的d点，则这根光线能否从MN射出 Od为多少
题型二：光的色散 全反射
解决这类问题需要注意：（1）色散的实质是由于各种色光在同一介质中传播的速率不同，或同一介质对不同色光的折射率不同而引起的。光的频率越大，折射率越大。红光折射率最小，紫光折射率最大。
（2）全反射的条件是，光从光密介质进入光疏介质，且入射角达到临界角。
【例2】某棱镜顶角θ=41.30°，一束白光以较大的入射角从棱镜的一个侧面射入，通过棱镜后从另一个侧面射出，在光屏上形成由红到紫的彩色光带如右图所示，当入射角i逐渐减小到零的过程中，彩色光带变化情况是（ ）
色光 紫 蓝 绿 黄 橙 红
折射率 1.532 1.528 1.519 1.517 1.514 1.513
临界角 40.75° 40.88° 41.17° 41.23° 41.34° 41.37°
A．紫光最先消失，最后只剩下橙光、红光
B．紫光最先消失，最后只剩下黄光、橙光和红光
C．红光最先消失，最后只剩下紫光、蓝光
D．红光最先消失，最后只剩下紫光、蓝光和绿光
［解析］：屏上的彩色光带最上端为红色，最下端为紫色，当入射角i减小时，光线在棱镜右侧面的入射角变大，因紫光临界角最小，所以紫光最先达到临界而发生全反射，故紫色最先在屏上消失，当入射角减小到i′=0时，仅剩下红光和橙光未达到临界角而射出，到达光屏，故选A。
［变式训练2］ 在一个圆形轻木塞的中心插上一根大头针，然后把它倒放在水面上，调节针插入的深度，使观察者不论在什么位置都刚好不能看到水下的大头针，如图所示，量出针露出的长度为d，木塞的半径为r，求水的折射率。
题型三:光的干涉、衍射、偏振
解决这类问题需要注意：准确理解干涉现象的产生条件，产生明显衍射现象的条件。
【例3】能产生干涉现象的两束光是（ ）
A．频率相同、振幅相同的两束光
B．频率相同、相位差恒定的两束光
C．两只完全相同的灯光发出的光
D．同一光源的两个发光部分发出的光
［解析］：只有频率相同、相差恒定、振动方向相同的光波，在它们相遇的空间里能够产生稳定的干涉，观察到稳定的干涉图样,所以应选B.
［变式训练3］如图所示是双缝干涉实验装置，屏上O点到双缝S1、S2的距离相等。当用波长为0.75μm的单色光照射时，P是位于O上方的第二条亮纹位置，若换用波长为0.6μm的单色光做实验，P处是亮纹还是暗纹？在OP之间共有几条暗纹？
题型四:电磁场与电磁波
解决这类问题需要注意：准确把握麦克斯韦电磁场理论的基本内容.
【例3】按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是
A．恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场
B．变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场
C．均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化电场
D．均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场
［解析］：选B、D。
［变式训练4］如图所示，让白炽灯发出的光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P和Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象。这个实验表明（ ）
A. 光是电磁波
B. 光是一种横波
C. 光是一种纵波
D. 光是概率波
【能力训练】
1．下列关于电磁波的叙述中，正确的（ ）
A．电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播
B．电磁波在任何介质中的传播速度均为3.00×108m/s
C．电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短
D．电磁波不能产生干涉、衍射现象
2．下述关于电磁场的说法中正确的是（ ）
A．只要空间某处有变化的电场或磁场，就会在其 周围产生电磁场，从而形成电磁波
B．任何变化的电场周围一定有磁场
C．振荡电场和振荡磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场
D．电磁波的理论在先，实验证明在后
3．已知介质对某单色光的临界角为θ，则
A．该介质对单色光的折射率等于
B．此单色光在该介质中的传播速度等于csinθ（c表示光在真空中的传播速度）
C．此单色光在该介质中的波长是真空中波长的倍
D．此单色光在该介质中的频率是真空中频率的倍
4．某学生在观察双缝干涉现象的实验中，分别用红色、绿色、紫色三种单色光做实验，经同一干涉仪观察到如图所示的明显干涉条纹，那么甲、乙、丙依次表示的颜色是 （ ）
A．红色 绿色 紫色 B．红色 紫色 绿色
C．紫色 绿色 红色 D．绿色 紫色 红色
5．太阳光照射在平坦的大沙漠上，我们在沙漠中向前看去，发现前方某处射来亮光，好像太阳光从远处水面反射来的一样，我们认为前方有水，但走到该处仍是干燥的沙漠，这现象在夏天城市中太阳光照射沥青路面时也能观察到，对这种现象正确的解释是（ ）
A．越靠近地面空气的折射率越大
B．这是光的干涉形成的
C．越靠近地面空气的折射率越小
D．这是光的衍射形成的
6．在一次观察光衍射的实验中，观察到如图所示的清晰的明暗相间的图样，那么障碍物应是（黑线为暗纹）
A．很小的不透明的圆板
B．很大的中间有大圆孔的不透明的圆板
C．很大的不透明圆板
D．很大的中间有小圆孔的不透明圆板
7．有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有
A．只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振
B．只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振
C．自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光
D．除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光
8．某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器。如图所示，在一个圆盘上，过其圆心O做两条互相垂直的直径BC、EF。在半径OA上，垂直盘面插上两枚大头针P1、P2并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使夜面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像。同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可以直接读出液体折射率的值。
（1）在用此仪器测量液体的折射率时，下列说法正确的是_____________ （填字母代号）
A．大头针P3插在M位置时液体的折射率值大于插在N位置时液体
的折射率值
B．大头针P3插在M位置时液体的折射率值小于插在N位置时液
体的折射率值
C．对于任何液体，在KC部分都能观察到大头针P1、P2的像
D．可能有一种液体，在KC部分观察不到大头针P1、P2的像
（2）若AOF=30°，OP3与OC的夹角为30°，则液体的折射率
为 。
9．用双缝干涉测光的波长。实验装置如图（甲）所示，已知单缝与双缝间的距离L1=100mm，双缝与屏的距离L2=700mm，双缝间距d=0.25mm。用测量头来测量亮纹中心的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准亮纹的中心（如图（乙）所示），记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的读数。
（1）分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时，手轮上的读数如图（丙）所示，则对准第1条时读数x1=_______mm、对准第4条时读数x2=_______mm
（2）写出计算波长λ的表达式，λ=_________（用符号表示），λ=_____nm
专题十一参考答案:
变式训练1（1）；（2）能，
变式训练2
变式训练3 暗纹；两条
变式训练4 B
能力训练：
1、AC 2、BC 3、ABC 4、D 5、C 6、AD 7、B
8、（1）BD （2） 9、（1）2.190mm 7.869mm (2) ; 676
15
25
20
0
10
5
20
15
L2
L1
图（甲）
屏
遮光筒
双缝
单缝
滤光片
光源
P2
P1
N
M
K
F
E
A
O
C
B
乙
丙
甲
明
Q
p
光源
P
r2
r1
O
S
S2
S1
N
M
d
O
b
a
P′
β
α
P
P
图（丙）
第1条时读数
第4条时读数
15
20
5
10
0
30
35
40
45
图（乙）
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