高考物理光学电磁波训练 20页

光的折射 ‎【基本概念与基本规律】‎ 1． 光的反射定律：光从一种介质射到另一种介质的分界面时发生反射。‎ 光的反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光分别位于法线的两侧。‎ Ⅰ Ⅱ 2． 光的折射现象，光的折射定律：折射光线与入射光线、法线处于同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。‎ 注意两角三线的含义 折射率 （光线从介质Ⅰ——介质Ⅱ）‎ 折射现象的光路可逆性 ‎3．折射率：入射角的正弦与折射角的正弦的比。‎ ‎①折射率的物理意义：表示介质折射光的本领大小的物理量 ‎②折射率大小的决定因素——介质、光源(频率)‎ 在其它介质中的速度，式中n为介质的折射率，n>1，故v υ2‎ C． υ1 < υ2‎ D． 无法确定 解析：设三棱镜的顶角为γ，则光线从一腰垂直射入，到达另一腰时的入射角也是γ，由于偏折角为θ，所以拆射角为γ+θ。根据折射率的定义，可以推导出折射率的计算式为：n==cosθ+co tγ•sinθ，由于两种情况下偏折角θ是相同的，γ小的 cot γ反而大，对应的n也大。由本题的已知α＜β，得到a光的折射率大，因此a光的频率比b光的频率高。‎ ‎12．(‘06广东·7)两束不同频率的单色光a、b从空气射入水中，发生了图2所示的折射现象（>）。下列结论中正确的是　　　（答案　C　　　）‎ A．光束b的频率比光束a低 B．在水中的传播速度，光束a比光束b小 C．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小 D．若光束从水中射向空气，则光束b的临界角比光束a的临界角大 ‎13．abc为一全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图所示，一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射，若光线入射点O的位置保持不变，改变光线的入射方向（不考虑自bc面反射的光线）（答案A 　 ）‎ A．使入射光按图中的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则红光首先射出 B．使入射光按图中的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则紫光首先射出 C．使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，红光将首先射出ab面 D．使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，紫光将首先射出ab面 ‎14．图中ABCD是一个用折射率n=2.4的透明介质做成的四棱柱镜.图中所示其横截面,∠A=∠C=90°,∠B=60°,AB＞BC.现有平行光线垂直入射到棱镜的AB面上,如图所示,若每个面上的 反射都有不能忽略,求出射光线,要求 ‎（1）画出所有典型光线 从入射到射出的光路图（为了图面简洁,表示光线 进行方向的箭头只在棱镜外面的光线上标出即可）‎ ‎（2）简要说明所画光路的根据,并说明每条典型光线只可能从棱镜表面的哪部分射出.‎ ‎15.现在高速公路上的标志牌都用“回归反光膜”制成，夜间行车时，它能把车灯射出的 光逆向返回，标志牌上的字特别醒目。这种“回归反光膜”是用球体反射元件制成的，如图所示，反光膜内均匀分布着直径为10μm的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为，为使入射的车灯光线经玻璃珠折射→反射→再折射后恰好和入射光线平行，那么第一次入射的入射角应是（ 答案D ）‎ A．15° B．30°‎ ‎ C．45° D．60°‎ ‎16．光导纤维在信息传递方面有很多应用，利用光导纤维进行光纤通信所依据的原理是（答案B ）‎ A.光的折射B.光的全反射C.光的干涉D.光的色散 ‎１7、测定玻璃折射率的实验中 ‎(1) 某同学做实验插针的步骤如下：‎ A． 在表示入射光线的AO上插上大头针P1和P2‎ B． 通过玻璃砖观察P1和P2，调整视线，直到P1的像被P2的像挡住 C． 在观察一侧插上大头针P3和P4，并记下P3和 P4的位置。‎ 这位同学在操作中有什么重要疏漏？‎ ‎(2) 以通过P1P2的直线与玻璃砖的交点O为圆心，以某一适当长度R为半径画圆．与OA交于P，于OO′的延长线交于Q，从P和Q分别做玻璃砖界面的法线NN′的垂线，P′和Q′分别为垂足，如图‎17-3-4‎所示，用刻度尺量得PP′＝‎45mm，QQ′＝‎30mm．求玻璃砖的折射率．‎ 答案：（1）疏漏：插针时应使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P1、P2、P3的像．（2）根据折射定律：‎ ‎18．半径为R的玻璃半圆柱体，横截面如图所示，圆心为O。两条平行单色红光沿截面射向圆柱面方向与底面垂直。光线1的入射点A为圆柱面的顶点，光线 2的入射点B，∠AOB＝60°，已知该玻璃对红光的折射率n＝。‎ ‎（1）求两条光线经柱面和底面折射后交点与O点的距离d。‎ ‎（2）若入射的是单色蓝光，则距离d将比上面求得的结果大还是小？‎ 答案（1）R/3，（2）小 ‎19．学校开展研究性学习，某研究性学习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．在一个圆形木盘上过其圆心O作两条相互垂直的直径BC、EF，在半径OA上垂直圆盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P2的位置不变，每次测量时，让圆盘的BFC部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF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．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P所插的位置，就可直接读出液体折射率的值．则 ‎ （1）若，OP3与OC的夹角为，则P3处所对应的折射率的值为________．‎ ‎ （2）图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率值大？__________．‎ ‎ （3）作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率的值应为_________．‎ 答案：（1）1．73 （3分）（2）P4（3分）（3）1‎ 第二讲 光的干涉、用双缝干涉测波长、衍射现象 ‎【基本概念基本规律】：‎图‎16-1-1‎ ‎1、光的干涉现象：频率相同，振动方向一致，相差恒定（步调差恒定）的两束光，在相遇的区域出现了稳定相间的加强区域和减弱区域的现象。‎ 产生干涉的条件：‎ ‎ 若S1、S2光振动情况完全相同，则符合，（n=0、1、2、3…）时，出现亮条纹；若符合，（(n=0，1，2，3…)时，出现暗条纹。相邻亮条纹（或相邻暗条纹）之间的中央间距为。‎ 熟悉条纹特点：中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹。‎ ‎2． 用双缝干涉测量光的波长 原理：两个相邻的亮纹或暗条纹的中心间距是Δx＝lλ/d 测波长为：λ＝d·Δx /l ‎（1）观察双缝干涉图样：只改变缝宽，用不同的色光来做，改变屏与缝的间距 看条纹间距的变化 单色光：形成明暗相间的条纹。‎ 白光：中央亮条纹的边缘处出现了彩色条纹。这是因为白光是由不同颜色的单色光复合而成的，而不同色光的波长不同，在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离不变的条件下，光波的波长越长，各条纹之间的距离越大，条纹间距与光波的波长成正比。各色光在双缝的中垂线上均为亮条纹，故各色光重合为白色。‎ ‎（2）．测定单色光的波长：双缝间距是已知的，测屏到双缝的距离，测相邻两条亮纹间的距离，测出个亮纹间的距离，则两个相邻亮条纹间距 ‎3．光的色散：不同的颜色的光，波长不同在双缝干涉实验中，各种颜色的光都会发生干涉现象，用不同色光做实验，条纹间距是不同的，说明：不同颜色的光，波长不同。‎ 含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散。‎ ‎　各种色光按其波长的有序排列就是光谱。‎ ‎　从红光→紫光，光波的波长逐渐变小。‎ ‎4．薄膜干涉中的色散现象 如图：把这层液膜当做一个平面镜，用它观察灯焰的像：是液膜前后两个反射的光形成的，与双缝干涉的情况相同，在膜上不同位置，来自前后两个面的反射光用图中实虚线来代表两列光，所走的路程差不同。‎ 在某些位置叠加后加强，出现了亮纹，在另一些位置，叠加后相互削弱，于是出现了暗纹。‎ 注意：关于薄膜干涉要弄清的几个问题：Ⅰ是哪两列光波发生干涉；Ⅱ应该从哪个方向去观察干涉图样；Ⅲ条纹会向哪个方向侧移 ‎5．应用：‎ ‎(1)照相机、望远镜的镜头表面的增透膜。‎ ‎（2）检查工件表面是否平整。‎ ‎6．光的衍射现象：光偏离直线传播绕过障碍物进入阴影区域里的现象。‎ 产生明显衍射的条件：障碍物或孔（缝）的尺寸与波长可比（相差不多）或更小。‎ 单色光单缝衍射图象特点：中央条纹最宽最亮，两侧为不等间隔的明暗相间的条纹。‎ 应用：用衍射光栅测定光波波长。‎ 精选例题：‎ ‎【例１】（1997年高考全国卷）在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（ 答案C ）‎ A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失 B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其它颜色的双缝干涉条纹依然存在 C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮 D．屏上无任何光亮 ‎【例2】（如图所示）.单色光源发出的光经一狭缝，照射到光屏上，则可观察到的图象是　　（答案A）‎ ‎【例3】如图（a）所示是利用双缝干涉测定单色光波长的实验装置，滤光片的作用是_____，单缝的作用是_______________，双缝的作用是______________，单缝和双缝之间的方向关系是_______________．某同学在做该实验时，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时（图1），游标卡尺的示数如图3所示，第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时（图2），游标卡尺的示数如图4所示，已知双缝间距为‎0.5mm，从双缝到屏的距离为‎1m，则图3中游标卡尺的示数为__________mm．图4游标卡尺的示数为_______________mm．实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是______________，所测单色光的波长为___________m．‎ 图 答案：获得单色光，产 生线光源，产生相干光源，平行，‎11.5mm，‎16.7mm，减小实验误差，6.5×10－7．‎ ‎【例4】劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图‎16-1-4‎ 所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气膜，当光垂直入射后，从上往下看的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：（１）任意一条明纹或暗纹所在位置下面的薄膜厚度相等（２）任意相邻明纹或暗纹所对应的薄膜厚度恒定；现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹：（　答案A　　）‎ Ａ．变疏 Ｂ．变密 Ｃ．不变 Ｄ．消失 图乙 图甲 ‎【例5】如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光是用普通光源加滤光片产生的。检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反向的光叠加而成的（ 答案　C ）‎ A．a的上表面、b的下表面 ‎ B．a的上表面、b的上表面 ‎ C．a的下表面、b的上表面 ‎ A． a的下表面、b的下表面 ‎【例6】现代光学装置中的透镜，棱镜的表面常涂上一层薄膜（一般用氟化镁），当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4时，可以大大减少入射光的反射损失，从而增强透射光的强度，这种作用是应用了光的（答案C）‎ A．色散现象 B．全反射现象 ‎ C．干涉现象 D．衍射现象 ‎（举一反三）、登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损坏视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛的伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n=1.5，所要消除的紫外线的频率为8.1×1014Hz，那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少？答案 ‎【例7】（2001年全国高考）在如图中所示,A、B两幅图是由单色光 分别入射到圆孔而成成的的图像，其中图A是光的衍射 ‎（填干涉或衍射）图像，由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径小于（填大于或小于）图B所对应的圆孔的孔径。‎ 图B 图A ‎【例8】在双缝干涉实验中，如果将双缝中的一条挡住，其它都不改变，那么在光屏上观察到的现象将是 （答案C）‎ ‎ A.仍然是均匀分布的明暗相间的条纹，只是亮纹的亮度变暗了 ‎ B.仍然是均匀分布的明暗相间的条纹，只是由于挡住一条缝，所以光屏上只有一半区域内有干涉条纹，另一半区域内将没有干涉条纹 ‎ C.仍然有明暗相间的条纹，只是条纹的宽窄和亮度分布不再是均匀的了 ‎ D.由于只有单缝，不能形成相干光源，所以不会发生光的干涉现象，光屏上将没有任何条纹出现 ‎【例9】.如右图所示，L为水平放置的点亮的8w日光灯，T为一藤椅的竖直靠背，横藤条与日光灯管平行，竖藤条相互垂交织，它们之间是透空方格，P是与藤条靠背平行的白屏。现将屏从紧贴椅背处慢慢向远处(图中右方)平移，从屏上将依次看到(答案C　 )‎ A.横藤条的影，横竖藤条的影 B.竖藤条的影，横竖藤条的影 C.横竖藤条的影，竖藤条的影，没有藤条的影 D.横竖藤条的影，横藤条的影，没有藤条的影 第二讲 光的干涉　衍射　 课后练习 ‎1．如图所示是光的双缝干涉的示意图,下列说法中正确的是(答案：D )‎ ‎①单缝S的作用是为了增加光的强度.‎ ‎②双缝S1、S2的作用是为了产生两个频率相同的线状光源.‎ ‎③当S1、S2发出两列光波到P点的路程差为光的波长λ的1.5倍时,产生第二条暗条纹.‎ ‎④当S1、S2发出的两列光波到P点的路程差为长λ时,产生中央亮条纹.‎ A.①B.①②　　　C.②④D.②③‎ ‎2.在双缝干涉实验中,双缝到光屏上P点的距离之差△x=0.6,若分别用频率为f1=5.0×1014Hz和f2=7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝,则P点出现明、暗条纹的情况是(答案：AD )‎ A.用频率为f1的单色光照射时,出现明条纹.‎ B.用频率为f2的单色光照射时,出现明条纹.‎ C.用频率为f1的单色光照射时,出现暗条纹.‎ D.用频率为f2的单色光照射时,出现暗条纹.‎ ‎3．关于双缝干涉条纹的以下说法中正确的是( 答案：ABD)‎ A.用同一种单色光做双缝干涉实验,能观察到明暗相间的单色条纹.‎ B.用同一种单色光经双缝干涉的明条纹到两缝的距离之差为该色光波长的整数倍.‎ C.用同一种单色光经双缝干涉的明条纹到两缝的距离之差一定为该色光波长的奇数倍.‎ D.用同种单色光经双缝后干涉的暗条纹到两缝的距离之差一定为该色光半波长的奇数倍.‎ ‎4．在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时 （答案：C ）‎ A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失 B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其它颜色的双缝干涉条纹依然存在 C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮 D．屏上无任何光亮 ‎5．如图所示，一束白光从左侧射人肥皂薄膜，下列说法中正确的是 （ 答案：A）‎ ‎①人从右侧向左看，可看到彩色条纹 ‎②人从左侧向右看，可看到彩色条纹 ‎③彩色条纹水平排列 ‎ ‎④彩色条纹竖直排列 A．②③ B．①②④C．②④ D．①③‎ ‎6．用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为Δx。下列说法中正确的有 （答案：C ）‎ A．如果增大单缝到双缝间的距离，Δx 将增大 B．如果增大双缝之间的距离，Δx 将增大 C．如果增大双缝到光屏之间的距离，Δx将增大 D．如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，Δx将增大 解：公式中l表示双缝到屏的距离，d表示双缝之间的距离。因此Δx与单缝到双缝间的距离无关，于缝本身的宽度也无关。本题选。‎ ‎7．如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是 （答案：AC）‎ A．干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的 B．干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的 C．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的 D．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的 ‎8．在一发光的小电珠和光屏之间放一个大小可以调节的圆形孔屏，在圆屏从较大调到完全闭合的过程中，在屏上看到的现象是：（答案：A）‎ Ａ．先是圆形亮区，再是圆形亮环，最后完全黑暗 ‎ Ｂ．先是圆形亮区，最后完全黑暗 Ｃ．先是圆形亮环，最后完全黑暗 ‎ Ｄ．先是圆形亮环，再是圆形亮区，最后完全黑暗 ‎9．关于光学装置上的增透膜，下列说法中错误的是：（答案：B D）‎ Ａ．照相机的镜头上涂增透膜后，可提高成像质量 Ｂ．光学镜头上涂增透膜，是为了使入射光的各种色光都不发生反射 Ｃ．增透膜的厚度应是入射光在介质中波长的四分之一 Ｄ．涂有增透膜的镜头，看上去呈淡紫色，说明增透膜增加了镜头对紫光的透射程度 10． 在光的双缝干涉实验中，如果只改变一个条件，以下说法中正确的是：（答案：AC）‎ Ａ．使双缝间距变小，则条纹间距变宽 Ｂ．使屏与双缝距离变小，则条纹间距变宽 Ｃ．将入射光由绿光改为红光，则条纹间距变宽 Ｄ．将入射光由绿光改为紫光，则条纹间距变宽 ‎11．如图所示的双缝干涉实验装置中，当使用波长为的橙光做实验时，光屏中心点Ｐ点及其上方的P１点形成两条相邻的亮纹；若换用波长为的紫光重复上述实验，在Ｐ和P1点形成的亮、暗纹情况是（答案：B）‎ Ａ．Ｐ和P1都是亮纹 　　‎ Ｂ．Ｐ是亮纹，P1是暗纹 Ｃ．Ｐ是暗纹，P1是亮纹 ‎ Ｄ．Ｐ和P1都是暗纹 ‎12．下面哪些属于光的干涉现象：（答案：D）‎ Ａ．雨后美丽的彩虹 ‎ Ｂ．对着日光灯从两铅笔的缝中看到的彩色条纹 Ｃ．光通过三棱镜产生的彩色条纹 Ｄ．阳光下肥皂膜上的彩色条纹 ‎13．关于光的衍射现象，以下说法中正确的是：（答案：B ）‎ Ａ．缝的宽度越小，衍射图案越亮 ‎ Ｂ．缝的宽度越小，衍射现象越明显 Ｃ．缝的宽度越小，光的传播路线越接近直线 Ｄ．入射光的波长越短，衍射现象越明显 ‎14、激光散斑测速是一种崭新的技术，它应用了光的干涉原理，用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度与二次曝光的时间间隔的乘积等于双缝间距，实验中可测得二次曝光时间间隔、双缝到屏之距离以及相邻亮纹间距，若所用的激光波长为，则该实验确定物体运动速度的表达式为（ ）‎ A、　　　B、‎ C、　　　D、‎ 解析：如图，点光源S发出的光一部分直接照到光屏 ‎（如阴影部分所示），另一部分则照到平面镜上，经平面镜反射后再照到光屏上。这一部分光好像是从点光源的像点S’发出的一样，这样就把同一束光分成了两束，形成相干光源，在它们叠加的区域内，形成明暗相间的干涉条纹。‎ ‎ 作法：连接S和平面镜的右边缘并延长交平面镜于b；根据对称性做S在平面镜中的像点S/ ，连接S/ 和平面镜的左、右边缘并延长交平面镜于c、d；光屏上c、d之间的部分是两束光叠加的区域，在此区域内可以观察到干涉现象 S O S1‎ S2‎ 绿光 P 双缝 ‎15．双缝干涉实验装置如图所示，绿光通过单缝S后，投射到具有双缝的挡板上，双缝S1和S2与单缝的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。屏上O点距双缝S1和S2的距离相等，P点是距O点最近的第一条亮条纹。如果将入射的单色光换成红光或蓝光，讨论屏上O点及其上方的干涉条纹的情况是：①O点是红光的亮条纹；②红光的第一条亮条纹在P点的上方；③O点不是蓝光的亮条纹；④蓝光的第一条亮条纹在P点的上方。其中正确的是 ‎ A.只有①②正确 B.只有①④正确 C.只有②③正确 D.只有③④正确 ‎ ‎（答案A）‎ ‎＊‎0‎ ‎10 15‎ ‎0 5 10‎ ‎25 30‎ 16．在用双缝干涉测光的波长的实验中：⑴已知双缝到光屏之间的距离是‎600mm，双缝之间的距离是‎0.20mm，单缝到双缝之间的距离是‎100mm，某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹（记作第1条）的中心，这时手轮上的示数如左图所示。然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第7条亮纹的中心，这时手轮上的示数如右图所示。这两次示数依次为_______mm和______mm。由此可以计算出本实验所用的单色光的波长为_______nm。‎ ‎（答案0.641　　10.296，　536）‎ ‎、‎ 第三讲 光 的 偏 振、激光 ‎【基本概念基本规律】：‎ 一、自然光和偏振光的定义 ‎1.光的偏振 偏振光。自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。‎ ‎⑴光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。各种电磁波中电场E的方向、磁场B的方向和电磁波的传播方向之间，两两互相垂直。‎ ‎⑵光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起的，因此将E的振动称为光振动。‎ ‎⑶自然光。太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含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，这种光叫自然光。‎ 自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直。我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。‎ 光振动垂直纸面 直于纸面 光振动 在纸面 1、 偏振光的产生方式：‎ A、 偏振光的理论意义 B、 应用：利用偏振滤光片摄影、观看立体电影等。‎ 2、 激光 A、 激光的定义：‎ B、 激光的特点及应用：（1）频率单一；（2）相干性好；（3）平行度好（方向性好）；（4）亮度高（能在很小空间、很短时问内集中很大的能量）。‎ ‎【精选例题】‎ ‎【例1】有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有 （答案选BD）‎ 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 ‎ 解：机械能中的横波能发生偏振。自然光不一定非要通过偏振片才能变为偏振光。本题应。‎ ‎【例2】.下列有关光现象的说法中正确的是 （答案 AC ）‎ ‎ A．在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的色散现象 ‎ B．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变窄 ‎ C．光异纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大 ‎ D．光的偏振现象说明光是一种纵波 例2、通过一块偏振片观察电灯、蜡烛、月亮、反光的黑板、当以入射光线为轴转动偏振片时，看到的现象有何变化？‎ 第三讲 光的偏振、激光　　　课后练习 ‎1．如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或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 （答案B ）‎ 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 ‎2．有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有 （答案BD　　）‎ 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 ‎3、纳米技术是跨世纪的新技术，将激光束的宽度集中到纳米范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把诸如癌症等彻底根除。在上述技术中，人们主要利用了激光的：（答案BC）‎ A、单色性 B、单向性 ‎ C、亮度高 D、粒子性 ‎4、如图所示，人眼隔着起偏器B、A去看一只电灯泡S，一束透射光都看不到，那么，以下说法中哪些是正确的（答案AC）‎ A．使A和B同时转过90°，仍然一束光都看不到 B．单使B转过90°过程中，看到光先变亮再变暗 C．单使B转过90°过程中，看到光逐渐变亮 D．单使A转动时，始终看不到透射光 第四讲 电磁波、电磁波与信息化社会 电磁波谱 ‎【基本概念与基本规律】‎ ‎1．电磁场 麦克斯韦电磁场理论的要点：要深刻理解和应用麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。‎ 按照麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一的场，这就是电磁场。电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现。‎ ‎2．电磁波 变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空间传播开去，就形成了电磁波。‎ 有效地发射电磁波的条件是：（1）频率足够高（单位时间内辐射出的能量P∝f4）；（2）形成开放电路（把电场和磁场分散到尽可能大的空间里去）。‎ 电磁波的传播：‎ ‎（1）不需要任何介质 ‎（2）在真空中任何电磁波传播速度都是c=3.00×‎108m/s，跟光速相同。‎ ‎（3）频率不同的电磁波波长不同。三者关系式：。‎ ‎（4）电磁波是横波。E与B的方向彼此垂直，而且都跟波的传播方向垂直，因此电磁波是横波。‎ 无线电波的发射与接收：(了解)‎ （１） 振荡电路的特点：‎ （２） 调制：‎ （１） 调谐：‎ （２） 检波 ‎3．电磁波与信息化社会（考纲中无要求）‎ 知道广播、电视、雷达、无线通信等都是电磁波的具体应用。‎ ‎4．电磁波谱。波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。电磁波谱如图。‎ ‎5．各种电磁波的产生机理分别是：无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；伦琴射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的。‎ 电磁波谱从左至右频率越来越大，波长越来越短，因此就越不容易发生干涉和衍射现象，但穿透本领却越来越强．‎ ‎6．红外线、紫外线、X射线的主要性质及其应用举例。‎ 种类 产生 主要性质 应用举例 红外线 一切物体都能发出 热效应 遥感、遥控、加热 紫外线 一切高温物体能发出 化学效应 荧光、杀菌、合成VD2‎ X射线 阴极射线射到固体表面 穿透能力强 人体透视、金属探伤 实验证明：物体辐射出的电磁波中辐射最强的波长λm和物体温度T之间满足关系λm T=b（b为常数）。可见高温物体辐射出的电磁波频率较高。在宇宙学中，可以根据接收到的恒星发出的光的频率，分析其表面温度。‎ 可见光频率范围是3.9-7.5×1014Hz，波长范围是400-770nm。‎ ‎（电磁波的能量：微波加热原理 太阳辐射的特点。‎ 精选例题：‎ ‎【例1】如图为ＬＣ振荡电路中电容器极板上的电荷量随时间变化的图线，由图可知（答案：ACD）‎ Ａ．在时刻，电路的磁场能最小 Ｂ．从到，电路中的电流值不断变小 Ｃ．从到，电容器不断充电 Ｄ．在时刻电容器的电场能最小 ‎【例２】有一ＬＣ振荡电路，能产生一定波长的电磁波，若要产生波长比原来短些的电磁波，可采取的措施为：（答案：D）‎ Ａ．增加线圈的匝数 ‎ Ｂ．在线圈中插入铁芯 Ｃ．减小电容器极板间的距离 ‎ Ｄ．减小电容器极板正对面积 ‎【例题3】如图所示，平行板电容器和电池组相连。用绝缘工具将电容器两板间的距离逐渐增大的过程中，关于电容器两极板间的电场和磁场，下列说法中正确的是（答案BD）‎ A．两极板间的电压和场强都将逐渐减小 B．两极板间的电压不变，场强逐渐减小 C．两极板间将产生顺时针方向的磁场 D．两极板间将产生逆时针方向的磁场 ‎【例题4】（提高题）电子感应加速器是利用变化磁场产生的电场来加速电子的。在圆形磁铁的两极之间有一环形真空室，用交变电流励磁的电磁铁在两极间产生交变磁场，从而在环形室内产生很强的电场，使电子加速。被加速的电子同时在洛伦兹力的作用下沿圆形轨道运动。设法把高能电子引入靶室，能使其进一步加速。在一个半径为r=‎0.84m的电子感应加速器中，电子在被加速的4.2ms内获得的能量为120MeV。这期间电子轨道内的高频交变磁场是线性变化的，磁通量从零增到1.8Wb，求电子共绕行了多少周？‎ 解：根据法拉第电磁感应定律，环形室内的感应电动势为，设电子在加速器中绕行了N周，则电场力做功NeE应该等于电子的动能EK，所以有N= EK/Ee，带入数据可得N=2.8×105周。‎ ‎【例5】80年代初，科学家发明了硅太阳能电池，如果在太空设立太阳能卫星电站，可24小时发电，且不受昼夜气候的影响，利用微波——电能转换装置，将电能转换成微波向地面发送，卫星电站的最佳位置在离地‎1100km的赤道上空，微波定向性很好，飞机通过微波区不会发生意外，但微波对飞鸟是致命的，可在地面站附近装上保护网或驱逐音响，不让飞鸟通过，预计在21世纪初地球上空将建成卫星电站，（地球半径为‎6400km）,‎ （１） 太阳能电池将实现哪种转换？‎ Ａ．光能微波 Ｂ．光能热能 Ｃ．光能电能 Ｄ．电能微波 （２） 在‎1100km高空的卫星电站的速度约为多少？‎ Ａ． Ｂ．‎ Ｃ． Ｄ．‎ （３） 微波指的是：‎ Ａ．超声波 Ｂ．次声波 Ｃ．电磁波 Ｄ．机械波 （４） 飞机外壳对微波的哪种作用，使飞机安全无恙：‎ Ａ．反射 Ｂ．吸收 Ｃ．干涉 Ｄ．衍射 （５） 微波对飞鸟是致命的，这是因为：‎ Ａ．电离作用 Ｂ．穿透作用 Ｃ．生物电作用 Ｄ．产生强涡流 答案：（1）C　（2）B　　(3)C (4)B ‎【例6】家用微波炉是一种利用微波的电磁能加热食物的新型灶具，主要由磁控管、波导管、微波加热器、炉门、直流电源、冷却系统、外壳等组成。接通电源后，220Ｖ交流电经一变压器，一方面在次级3.4V交流对磁控管加热，同时在次级产生2000V高压，经整流加到磁控管的阴、阳两极之间，使磁控管产生频率为的微波。微波输送至金属制成的加热器（炉腔），被来回反射，微波的电磁作用使食物内分子高频地运动而内外同时加热，迅速熟热，并能最大限度地保存食物中的维生素。‎ ‎（１）试计算微波炉里变压器的高压变压比 ‎（２）试计算磁控管产生的微波的波长？‎ ‎（３）试分析微波炉的工作原理中利用了电磁波的哪些性质？‎ ‎（４）微波炉产生的高频微波若发生泄漏造成电磁辐射污染，直接伤害人的肌体，试述原因？‎ 第四讲 电磁波　　课后练习 ‎1．根据麦克斯韦电磁场理论，以下说法正确的是 （答案：BCD ）‎ A．稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场 B．均匀变化的电场将产生稳定的磁场，均匀变化的磁场将产生稳定的电场 C．振荡的电场在周围空间产生振荡的磁场 D．开放的振荡电路产生的电磁波能传到更大的范围 ‎2．电磁波由真空进入介质后，发生变化的物理量有 （答案：C ）‎ A．波长和频率 B．波速和频率 C．波长和波速 D．频率和能量 ‎3．关于电磁波，以下说法中正确的是 （答案：AB ）‎ A．电磁波本身就是物质，因此可在真空中传播 B．电磁波由真空进入介质，速度变小，频率不变 ‎ C．在真空中，频率高的电磁波波速较大 D．只要发射电路的电磁振荡停止，产生的电磁波立即消失 ‎4．关于电磁波的发射和接收，下列说法正确的是 (答案：BCD )‎ A．为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，必须是闭合电路 B．电台功率比较低，不能直接用来发射电磁波 C．当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强 D．要使电视机的屏上有图象，必须要有检波过程 ‎5．如图所示，氢原子中的电子绕核逆时什快速旋转，匀强磁场垂直于轨道平面向外，电子的运动轨道半径r不变，若使磁场均匀增加，则电子的动能 （答案C ）‎ A．不变 B．增大 C．减小 D．无法判断 ‎6．过量接收电磁辐射有害人体健康。按照有关规定，工作场所受到的电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不得超过某一临界值W。若某无线电通讯装置的电磁辐射功率为P，则符合规定的安全区域到该通讯装置的距离至少为 （答案D ）‎ A． B． C． D．‎ ‎8．在图所示的四个电场与时间的关系图象中，不能产生磁场的是图A，能产生稳定磁场的是图B，能产生电磁波的是图CD．‎ ‎9、下列说法中正确的是：（答案：ABD）‎ Ａ．摄像机实际上是一种将光信号转变为电信号的装置 Ｂ．电视机实际上是一种将电信号转变为光信号的装置 Ｃ．电视机接收的画面是连续的，‎ Ｄ．摄像机在１s内要送出２５张画面 ‎10、电子钟是利用ＬＣ振荡电路来工作计时的，现发现电子钟每天要慢30s，造成这一现象的原因可能是：（答案：BC）‎ Ａ．电池用久了 Ｂ．振荡电路中电容器的电容大了 Ｃ．振荡电路中线圈的电感大了 Ｄ．振荡电路中的电容器的电容小 ‎11．电磁波与机械波相比较，下列说法中正确的是：（答案：ABCD）‎ Ａ．电磁波传播不需要介质，机械波传播需在介质中 Ｂ．电磁波与机械波的波动频率都由波源确定 Ｃ．电磁波、机械波都会发生衍射和干涉 Ｄ．电磁波、机械波都包括横波和纵波 ‎12．关于雷达的特点，下列说法中正确的是：（答案：AC）‎ Ａ．雷达所用的无线电波的波长比短波更短 Ｂ．雷达只有连续发射无线电波，才能发现目标 Ｃ．雷达的显示屏上可以直接读出障碍物的距离 Ｄ．雷达在能见度低的黑夜将无法使用 ‎13．如图所示，两个荷质比相同的带正电荷的粒子和以相同的动能在匀强磁场中运动，从区运动到区，已知；在初时磁感强度为的磁场中做匀速圆周运动，然后磁场逐渐增强到，则、两粒子的动能可能：（答案A）‎ Ａ．不变，增加 Ｂ．不变，变小 ‎＋‎ ‎＋‎ Ｃ．、都变小 Ｄ．、都变大 ‎14（提高题）某雷达工作站，发射电磁波的波长为，每秒脉冲数，每个脉冲持续时间，问电磁波的频率为多少？最大的侦察距离是多少？‎ 答案：由于电磁波的波长、频率和波速之间满足关系，真空中电磁波的传播速度等于光速，一般在空气中传播，电磁波的传播速度就认为等于光速ν=3．00×l ‎08 m／s，因此，即电磁波频率为1．5×109 Hz．雷达工作时发射电磁脉冲，每个脉冲持续t＝0．02μs，在两个脉冲时间间隔内，雷达必须接收到反射回来的电磁脉冲，否则会与后面的电磁脉冲重叠而影响测量，设最大侦察距离为s，则2s=△t，而△t=1／5000 s＝200μs〉〉0．02μs(脉冲持续时间可以略去不计)，所以s=△t/2=3×‎104m．‎ ‎15．“神州五号”载人飞船成功发射，如果你想通过同步卫星转发的无线电话与杨利伟通话，则在你讲完话后，至少要等多长时间才能听到对方的回话？（已知地球的质量为 M=6.0×‎1024kg，地球半径为R=6.4×‎106m，万有引力恒量G=6.67×10－11Nm2/kg2）‎ 答案：t=0.48s 解析：同步卫星是相对于地面静止的，它的运动周期T=3600×24s，设卫星离地面距离为h，它绕地球转动的向心力是它对地球的万有引力，即 ‎，代入，h=3.59×‎107m。最短通信距离是发话人和听话人均在同步卫星的正下方，这时电磁波传播的最短距离为s=2h，所以最短时间为t=2×2h/c=0.48s。‎ ‎16．由于空气中含量增多，导致全球气温升高，这被称为温室效应，是环境保护面临的一个重大问题，对地面附近气温产生影响，主要是因为气体：（）‎ Ａ．对射来的太阳光中的红外线有强烈的吸收作用，这就足以使全球气温升高 Ｂ．在一昼夜中对射来的太阳光中吸收的热大于它向地球四周辐射的热，这就使的温度升高，导致全球气温升高 Ｃ．对由地面向外辐射的红外线有强烈的吸收作用，是这些被吸收的热使大气温度升高 Ｄ．强烈吸收由地面向外辐射的红外线，又向各方向辐射红外线，其中约一半向地面辐射，从而使地面附近气温升高 ‎17．在下列电磁波中，有明显热效应的是：答案：C Ａ．射线 Ｂ．可见光 Ｃ．红外线 Ｄ．紫外线 ‎18．关于红外线的作用和来源的正确叙述有：答案：AD Ａ．一切物体都在不停地辐射红外线 Ｂ．红外线有很强的荧光效应和热作用 Ｃ．红外线的主要作用是化学作用 Ｄ．红外线容易穿过云雾烟尘 ‎19．防治＂非典＂期间，在机场、车站等交通出入口，使用了红外线热像仪，红外线热像仪通过红外线遥感，可检测出经过它时的发热病人，从而可以有效控制疫情的传播，关于红外热像仪，下列说法中正确的是：答案：D Ａ．选择红外线进行检测，主要是因为红外线光子波长较大，容易发生明显衍射 Ｂ．红外线热像仪通过发射红外线照射人体来检测体温 Ｃ．红外线热像仪同时还具有杀菌作用 Ｄ．一切物体都能发射红外线，而且物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同 ‎20．下列说法符合实际的是：答案：BD Ａ．医院里常用Ｘ射线对病房进行消毒 ‎ Ｂ．医院里常用紫外线对病房进行消毒 Ｃ．在人造卫星上对地球进行拍摄是利用紫外线有较好的分辨能力 Ｄ．在人造卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘能力和热作用．‎