第四讲 光、电磁波、相对论简介 - 有答案

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第四讲 光 电磁波 相对论简介

考点一、光的折射定律、折射率 1.折射现象

光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生改变的现象,如图3-1.

图3-1

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两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比.

(2)表达式:sin θ1

sin θ2

=n 12,式中n 12是比例常数.

3.折射率

(1)物理意义:折射率反映介质的光学特性,折射率大,说明光从真空射入到该介质时偏折大,反之偏折小.

(2)定义式:n =sin θ1

sin θ2

,不能说n 与sin θ1成正比,与sin θ2成反比.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 =c

v ,因v

(1)定义:光从光密介质射入光疏介质,当入射角增大到某一角度时,折射光线将消失,只剩下反射光线的现象.

(2)条件:①光从光密介质射向光疏介质.②入射角大于等于临界角.

(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 )射向真空或空气时,发生全反射的临界角为C ,则sin C =1

n .介质的折射率越大,发生全反射的临界角越小. 2.光导纤维

光导纤维的原理是利用光的全反射.

考点三、光的干涉、衍射和偏振现象

1.

光的干涉和衍射比较

内容干涉衍射

现象

在光重叠区域出现加强

或减弱的现象

光绕过障碍物偏离直线

传播的现象

产生条件

两束光频率相同、相位差

恒定

障碍物或孔的尺寸与波

长差不多或小得多典型实验

杨氏双缝干涉实验

Δx=

L

单缝衍射、圆孔衍射、不

透明圆盘衍射图样特点

条纹

宽度

条纹宽度相等条纹宽度不等,中央最宽

条纹

间距

各相邻条纹间距相等各相邻条纹间距不等

亮度

情况

清晰条纹,亮度基本相等中央条纹最亮,两边变暗

相同点

干涉、衍射都是波特有的现象;干涉、衍射都有明暗

相间的条纹

2.干涉图像a、衍射图像b

3.杨氏双缝干涉

(1)干涉原理:

(2)条纹间距Δx与缝间距d以及双缝到屏的距离L的关系:Δx=

L

4.薄膜干涉

(1)相干光来自于薄膜的前、后表面(或上、下表面)反射回来的两列反射光.

(2)图样特点:同双缝干涉,同一条亮(或暗)纹对应薄膜的厚度相等.

5.光的偏振现象

(1)偏振

光波只沿某一特定的方向的振动.

(2)自然光

太阳、电灯等普通光源发出的光,包括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.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.

考点四、变化的电场产生磁场,变化的磁场产生、电场电磁波的产生、发射及接收、电磁波及其传播电磁波谱

1.麦克斯韦电磁场理论

(1)变化的磁场能够在周围空间产生电场,变化的电场能够在周围空间产生磁场.

(2)麦克斯韦预言了电磁波,赫兹用实验证实了电磁波的存在

2.电磁场

(1)变化电场在周围空间产生磁场,变化磁场在周围空间产生电场,变化的电场和磁场总是相互联系成为一个完整的整体,这就是电磁场.

(2)均匀变化的磁场产生稳定的电场,均匀变化的电场产生稳定的磁场(均匀变化:指电场或磁场随时间均匀变化)

(3)非均匀变化的磁场产生变化的电场,非均匀变化的电场产生变化的磁场。

(4)周期性变化的磁场(振荡磁场)产生周期性变化的电场(振荡电场)。

3.电磁波

(1)电磁场在空间由近及远的传播,形成电磁波.

(2)电磁波的传播不需要介质,可在真空中传播,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)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.

(4)电磁波从光疏介质进入光密介质过程中,频率不变,速度减小、波长减小。

(5)v=λf,f是电磁波的频率.

4.机械波与电磁波的异同

相同点:1、都有波的的一切特性,如:都能产生反射、折射、干涉、衍射等现象。

2、波速、波长、频率之间具有同样的关系:v=f λ。

3、波在传播过程中频率都不会改变。

不同点:1、产生机理不同:

①机械波是由机械振动产生的;

②电磁波,当电子的周期性运动时产生(无线电波);当原子的外层电子受激发后产

生(红外线、可见光、紫外线);有原子的内层电子受激发后产生(伦琴x射线);

有原子核受激发后产生(γ射线)。

2、介质对传播速度的影响不同:

①机械波机械波在介质中的传播速度置于介质有关,与频率无关。即同种介质不同

频率的机械波传播速度相同。如声波在温度15时的空气中传播速度为340m/s,温

度不同时传播速度不同,但与频率无关。

②电磁波在介质中的传播速度与介质和频率有关。在同种介质中不同频率的电磁波

传播速度不同,频率越大传播速度越小,如:红光和紫光在同种介质中折射率n

红。

小于n

③机械波不能在真空中传播,电磁波能在真空中传播。

3、机械波既有横波又有纵波,而电磁波只有横波。

5.电磁波的发射

(1)发射条件:开放电路和高频振荡信号,所以要对传输信号进行调制(包括调幅和调频).

(2)调制方式

①调幅:使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变.调幅广播(AM)一般使用中波和短波波段.

②调频:使高频电磁波的频率随信号的强弱而变.调频广播(FM)和电视广播都采用调频的方法调制.

6.无线电波的接收

(1)当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相等时,激起的振荡电流最强,这就是电谐振现象.

(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐.能够调谐的接收电路叫做调谐电路.

(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程,叫做检波.检波是调制的逆过程,也叫做解调.