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镜面反射:
平行的入射光经该表面反射后,反射光也是平行的。
漫反射:
平行的入射光经该表面反射后,反射光向各个方向反射。
漫反射现象中,每条光线仍然遵守反射定律。
⑵平面镜:
①成像:
成与镜对称的等大的虚像。
应用对称法求像后,可画出任意入射线的反射线和观看像的范围。
②镜面转动:
当平面镜沿入射点转动α角时,反射光线转过2α;
由两平面镜组成成θ角的平面镜组,出射光线与入射光线的夹角为2θ。
(二)、光的折射和全反射
1.光的折射和全反射
⑴折射率:
光从真空射入某种介质,入射角的正弦与折射角正弦之比,n=Sini/Sinr,n=c/v,n>
1。
⑵全反射现象:
①发生全反射的条件:
光从光密媒质射入光疏媒质,入射角>
临界角,SinC=1/n。
②光在发生全反射前,反射光线和折射光线同时存在。
③光疏与光密介质:
两种介质比较,折射率较大的介质叫光密介质,折射率较小的介质叫光疏介质。
光通过两面平行的玻璃砖的特点:
①出射光线始终与入射光线平行。
②有必然的偏移,偏移量与入射光的波长、入射角、两平行面的间距有关。
③光不可能在玻璃中发生全反射。
⑶光导纤维:
①由内芯和外衣两层组成,内芯的折射率比外衣大。
②光传导时在内芯与外衣的界面上发生全反射,使光能从一端输入,通过光导纤维传送到很远的另一端。
③它的优势是容量大、衰减小、抗干扰性强。
3.棱镜
⑴通过棱镜的光线:
①向底面偏折。
②棱镜可成虚像(向顶角偏移)。
⑵全反射棱镜:
①横截面是等腰直角三角形的棱镜。
②用于改变光的传播方向(90º
或180º
)。
⑶光的色散:
①白光通过三棱镜分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各单色光的现象。
②红光波长最大(频率最小),紫光波长最小(频率最大),在真空中它们的光速都相同,但在同一介质中,波长越大,光速越大,折射率越小。
(三)、光的干与和衍射
1.光的四种学说
⑴微粒说:
光是沿直线高速传播的粒子流(牛顿支持)。
⑵波动说:
光是某种振动以波的形式向别传播(惠更斯提出)。
⑶电磁说:
光是一种电磁波(麦克斯韦提出)。
⑷光子说:
光是不持续的,是一份一份的,每一份叫做一个光子,光子的能量E=hγ。
(爱因斯坦提出)
2.光的干与
⑴双缝干与:
①杨氏实验的单孔相当于点光源,双孔相当两个振动情形老是相同的波源(相干光源)。
②光程差=波长整数倍处为明条纹,半波长奇数倍处为暗条纹。
③ΔX=Lλ/d,其中ΔX表示相邻两明条纹(或暗条纹)的间距,λ表示光波的波长,L表示双缝至光屏的距离,d表示双缝的间距。
⑵薄膜干与:
入射光照射到楔形膜上,经膜的前、后表面反射的两束光相遇产生。
香皂泡上和水面的油膜上常看到的彩色花纹,是光的干与现象。
增透膜的厚度=某色光在膜中波长的1/4时,可减少该色光的反射损失,增强透射强度。
光学镜头呈淡紫色,是因为其中的膜的厚度=绿光在膜中波长的1/4。
⑶光的波长和频率:
①光的颜色由光的频率决定,在不同介质中,光的频率不变(颜色不变)。
②各单色光的频率不同,但在真空中的传播速度都相同。
③光的传播速度不但与介质有关,而且与频率有关。
而波长与频率、介质都有关。
1纳米=10-9米,1埃=10-10米。
3.光的衍射
⑴发生明显衍射的条件:
障碍物的尺寸能够跟光的波长相较或比光的波长小时。
⑵现象:
透过窄缝看到的彩色或明暗条纹、泊松亮斑等是光的衍射现象。
光的干与、衍射现象说明光具有波动性。
4.光的偏振
⑴偏振现象:
不同的横波,尽管振动方向都与传播方向垂直,但振动方向能够不同,只沿某一特定方向的振动,叫做波的偏振。
在垂直传播方向的平面上,只沿着一个特定方向振动的光,叫做偏振光
⑵偏振光的产生:
①让自然光通过第一个偏振片(叫起偏器)后的光确实是偏振动光,第二个偏振片的作用是查验光是不是是偏振光(叫检偏器)。
除太阳、电灯等光源直接发出的光外,绝大部份光(包括反射光、折射光)都是偏振光。
光的偏振现象说明光是横波(只有横波才会产生偏振现象)。
5.激光
⑴概念:
原子受激辐射时,发出的光子频率、发射方向都与入射光相同,当这些光子在介质中传播再引发其他原子受激辐射后,就会产生愈来愈多的频率和发射方向相同的光子,使光取得增强,这确实是激光。
⑵特点:
激光是一种相干光,它的平行度、单色性好,亮度高。
⑶应用:
平行度好,使它传播很远仍能维持必然的强度,且集聚点小,能够用来精准测距和读信息;
频率相同单一,可用来传递信息(光纤通信);
亮度高,使它可在很小的空间和很短的时刻内集中专门大的能量,可作“光刀”用于切割。
用激光从各方向照射核聚变原料,有可能利用它的高压引发并操纵核聚变。
第二部份电磁波
(一)光的电磁说
1.电磁振荡的产生
⑴振荡电流和振荡电路:
大小和方向都做周期性转变的电流叫振荡电流。
能产生振荡电流的电路叫振荡电路。
⑵LC回路振荡电流的产生:
①电容开始放电进程:
电容中的电场能减小、电容极板的带电量减小、线圈中的磁场能增加,电流增大,放电进程是电场慢慢转化为磁场能的进程,放电终止时,电场能全数转化为磁场能,电流达到最大(电容器和线圈两头的电压为零)。
②电容反向充电进程:
与上述进程物理量转变正好相反。
③电容再放电和充电进程:
与上述放电和充电进程物理量转变相同,只是电流方向相反。
⑶电磁振荡的周期和频率:
①电磁振荡:
LC电路在电容放电、充电进程中,电容极板上的电量、电路中电流、电容器里电场的场强、线圈磁场的磁感应强度都发生周期性转变的现象。
②周期和频率:
f=1/T其中的L单位用H、C的单位用F,通过改变L或C
的数值,可改变电磁振荡的周期和频率。
2.麦克斯韦电磁场理论
⑴转变的电场(磁场)在周围空间产生磁场(电场),均匀转变的电场(磁场)在周围空间产生磁场(电场)是不变的,周期性转变的电场(磁场)在周围空间产生周期性转变的磁场(电场)。
⑵电磁场:
转变的电场和磁场是相互联系的不可分离的统一的场,叫电磁场。
麦克斯韦从理论上预见了电磁波的存在,赫兹用实验证明电磁波的存在。
电磁场是物质的一种特殊形态。
3.电磁波
⑴发射电路:
要有效地向外发射电磁波,电路必需有两个特点:
①足够高的频率:
频率越高,发射电磁波的本领越大。
单位时刻幅射的能量,与频率的四次方成正比。
②开放电路:
振荡电路的电场和磁场必需分散到尽可能大的空间。
电磁场由发生的区域向远处的传播,就形成电磁波。
①它的横波:
电场和磁场的振动方向相互垂直,且它们都与波的传播方向垂直。
②波速:
任何频率的电磁波在真空中的传播速度c=×
108m/s。
③波长、波速、频率关系:
λ=VT=V/f,在真空中c=fλ。
④电磁波由真空进入介质传播时,频率不变,传播速度变小(不同频率的电磁波在同一介质中的传播速度不同),波长将变短。
⑶电磁波与机械波比较:
①一起点:
具有波动的一起性,都能产生反射、折射、衍射和干与等现象。
传播进程都是振动和能量随波传播。
②不同点:
有本质的不同,前者是电磁现象,后者是力学现象,机械波要靠介质传播,电磁波不靠别的其他介质传播,机械波是位移随时刻作周期性转变,电磁波那么是E和B随时刻作周期性转变。
(二)、电磁波与信息化社会
1.电磁波的发射和接收
⑴发射:
要求发射的无线电波随信号而改变(调制)。
经常使用的调制方式有调幅和调频两种。
其中调幅是使高频振荡的振幅随信号改变(调幅波),调频是使高频振荡的频随信号改变(调频波)。
⑵接收:
①电谐振:
接收电路的固有频率与接收到的无线电波的频率相同的,激起的振荡电流最强的现象。
②调谐:
使接收电路产生电谐振的进程。
一样收音机的调谐电路,是通过调剂可变电容器的电容来改变电路的频率而实现调谐的。
③检波:
从通过调制的高频振荡中“检”出调制信号的进程。
检波是调制的逆进程,也叫解调。
⑶电视和雷达:
①电视是由摄像管把景物反射的光转换成电信号进行发射,再由显像管把电信号变成光信号,它在1秒内要传送25幅画面。
②雷达是利用电磁波碰到障碍物发生反射的特性工作的,电磁波的波长越短,传播的直线性越好,反射性能也越强,因此雷达利用的是微波。
2.电磁波谱
⑴按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱
⑵各类电磁波的产生机理别离是:
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。
⑶红外线、紫外线、X射线特点
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
(4)电磁波传递能量
电磁波是运动中的电磁场,它能够传递能量。
比如微波炉工作时食物分子运动加重,其内能的增加是微波传递给它的。
二、经典例题
5.
abc为一全反射棱镜,它的主截面是等腰直角三角形,A
如下图,一束白光垂直入射到ac面上,在ab面上发生全反射.假设光线入射点O的位置维持不变,改变光线妁入射方向,(不考虑自bc面反射的光线):
A.使入射光按图中所示的顺时针方向慢慢偏转,
若是有色光射出ab面,那么红光将第一射出
B.使入射光按图中所示的顺时针方向慢慢偏转,
若是有色光射出ab面,那么紫光将第一射出
C.使入射光按图中所示的逆时针方向慢慢偏转,红光将第一射出ab面
D.使入射光按图中所示的逆时针方向慢慢偏转,紫光将第一射出ab面
【例3】右图中,内壁滑腻、水平放置的玻璃圆环内,有一直径略小于环口径的带正电的小球,正以速度v0沿逆时针方向匀速转动。
假设在此空间突然加上竖直向上、磁感应强度B随时刻成正比例增加的转变磁场,设小球运动进程中的电量不变,那么()
A.小球对玻璃环的压力不断增大B.小球受到的磁场力不断增大
C.小球先沿逆时针方向做减速运动,过一段时刻后,沿顺时针方向做加速运动
D.磁场力一直对小球不做功
分析:
因为玻璃环所处有均匀转变的磁场,在周围产生稳固的涡旋电场,对带正电的小球做功,由楞次定律,判定电场方向为顺时针,在电场力的作用下,小球先沿逆时针方向做减速运动,过一段时刻后,沿顺时针方向做加速运动。
小球在水平面内沿轨迹半径方向受两个力:
环的弹力N和磁场的洛仑兹力f,而且两个力的矢量和始终提供向心力,考虑到小球速度大小的转变和方向的转变和磁场强弱的转变,弹力和洛仑兹力不必然始终在增大。
洛仑兹力始终和运动方向垂直,因此磁场力不做功。
正确为CD。
三、光学、电磁波练习
1.光线从介质A进入空气中的临界角是37°
光线从介质B进入空气中的临界角是45°
那么以下表达中正确的选项是(
A
D
).
A.光线从介质A进入介质
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- 专题 19 光学 电磁波