高二物理3-4知识梳理(3)
第十三章 光
一、光的折射定律;折射率
光的折射定律，也叫斯涅耳定律：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比.如果用n12来表示这个比例常数，就有
折射率：光从一种介质射入另一种介质时，虽然入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数n，但是对不同的介质来说，这个常数n是不同的.这个常数n跟介质有关系，是一个反映介质的光学性质的物理量，我们把它叫做介质的折射率。
定义式：
光从真空射入某种介质时的折射率，叫做该种介质的绝对折射率，也简称为某种介质的折射率。
二、测定玻璃的折射率(实验、探究)
实验原理：如图所示，入射光线AO由空气射入玻璃砖，经OO1后由O1B方向射出。作出法线NN1，则折射率n=sinα/sinγ。
注意事项：手拿玻璃砖时，不准触摸光洁的光学面，只能接触毛面或棱，严禁把玻璃砖当尺画玻璃砖的界面;
实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变;大头针应垂直地插在白纸上，且玻璃砖每一侧的两个大头针距离应大一些，以减小确定光路方向造成的误差;入射角应适当大一些，以减少测量角度的误差。
三、光的全反射;光导纤维
全反射现象：当光从光密介质进入光疏介质时,折射角大于入射角。当入射角增大到某一角度时,折射角等于90°，此时，折射光完全消失入射光全部反回原来的介质中，这种现象叫做全反射。
临界角：
①定义:光从光密介质射向光疏介质时,折射角等于90°时的入射角，叫做临界角
②临界角的计算:
光导纤维：当光线射到光导纤维的端面上时，光线就折射进入光导纤维内，经内芯与外套的界面发生多次全反射后，从光导纤维的另一端面射出，而不从外套散逸,故光能损耗极小。
四、光的干涉、衍射和偏振
1、光的干涉
(1)产生稳定干涉的条件：只有两列光波的频率相同，位相差恒定，振动方向一致的相干光源，才能产生光的干涉。由两个普通独立光源发出的光，不可能具有相同的频率，更不可能存在固定的相差，因此，不能产生干涉现象。
(2)条纹宽度(或条纹间距) 相邻两条亮(暗)条纹的间距Δx为：
上式说明，两缝间距离越小、缝到屏的距离越大，光波的波长越大，条纹的宽度就越大。当实验装置一定，红光的条纹间距最大，紫光的条纹间距最小。这表明不同色光的波长不同，红光最长，紫光最短。
几个问题：
①在双缝干涉实验中，如果用红色滤光片遮住一个狭缝S1，再用绿滤光片遮住另一个狭缝S2，当用白光入射时，屏上是否会产生双缝干涉图样?
这时在屏上将会出现红光单缝衍射光矢量和绿光单缝衍射光矢量振动的叠加。由于红光和绿光的频率不同，因此它们在屏上叠加时不能产生干涉，此时屏上将出现混合色二单缝衍射图样。
②在双缝干涉实验中，如果遮闭其中一条缝，则在屏上出现的条纹有何变化?原来亮的地方会不会变暗?
如果遮住双缝其中的一条缝，在屏上将由双缝干涉条纹演变为单缝衍射条纹，与干涉条纹相比，这时单缝衍射条纹亮度要减弱，而且明纹的宽度要增大，但由于干涉是受衍射调制的，所以原来亮的地方不会变暗。
③双缝干涉的亮条纹或暗条纹是两列光波在光屏处叠加后加强或抵消而产生的，这是否违反了能量守恒定律?
暗条纹处的光能量几乎是零，表明两列光波叠加，彼此相互抵消，这是按照光的传播规律，暗条纹处是没有光能量传到该处的原因，不是光能量损耗了或转变成了其它形式的能量。同样，亮条纹处的光能量比较强，光能量增加，也不是光的干涉可以产生能量，而是按照波的传播规律到达该处的光能量比较集中。双缝干涉实验不违反能量守恒定律。
(3)薄膜干涉及其应用
(1)原理
①干涉法检查精密部件的表面
取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，用单色光从上面照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹，如图2-3甲所示。
如果被检表面是平的，那么空气层厚度相同的各点就位于一条直线上，产生的干涉条纹就是平行的(如图2-3乙);
如果观察到的干涉条纹如图2-3丙所示，A、B处的凹凸情况可以这样分析：由丙图知，P、Q两点位于同一条亮纹上，故甲图中与P、Q对应的位置空气层厚度相同。由于Q位于P的右方(即远离楔尖)，如果被检表面是平的，Q处厚度应该比P处大，所以，只有当A处凹陷时才能使P与Q处深度相同。同理可以判断与M对应的B处为凸起。
②增透膜
是在透镜、棱镜等光学元件表面涂的一层氟化镁薄膜。当薄膜的两个表面上反射光的路程差等于半个波长时，反射回来的光抵消。从而增强了透射光的强度。显然增透膜的厚度应该等于光在该介质中波长的1/4。
由能量守恒可知，入射光总强度=反射光总强度+透射光总强度。光的强度由光的振幅决定。
当满足增透膜厚度时，两束反射光恰好实现波峰与波谷相叠加，实现干涉相消，使其合振幅接近于零，即反射光的总强度接近于零，从总效果上看，相当于光几乎不发生反射而透过薄膜，因而大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度。
增透膜只对人眼或感光胶片上最敏感的绿光起增透作用。当白光照到(垂直)增透膜上，绿光产生相消干涉，反射光中绿光的强度几乎是零。这时其他波长的光(如红光和紫光)并没有被完全抵消。因此，增透膜呈绿光的互补色——淡紫色。
光的衍射
⑴现象：
①单缝衍射
a.单色光入射单缝时，出现明暗相同不等距条纹，中间亮条纹较宽，较亮两边亮条纹较窄、较暗;
b.白光入射单缝时，出现彩色条纹。
②圆孔衍射：光入射微小的圆孔时，出现明暗相间不等距的圆形条纹
③泊松亮斑:光入射圆屏时，在园屏后的影区内有一亮斑
⑵光发生衍射的条件:障碍物或孔的尺寸与光波波长相差不多，甚至此光波波长还小时，出现明显的衍射现象
光的偏振
自然光：从普通光源直接发生的天然光是无数偏振光的无规则集合，所以直接观察时不能发现光强偏于一定方向。这种沿着各个方向振动的光波的强度都相同的光叫自然光;
太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向的平面内沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波强度都相同，这种光都是自然光。
自然光通过第一个偏振片P1(叫起偏器)后，相当于被一个“狭缝”卡了一下，只有振动方向跟“狭缝”方向平行的光波才能通过。
自然光通过偏振片Pl后虽然变成了偏振光，但由于自然光中沿各个方向振动的光波强度都相同，所以不论晶片转到什么方向，都会有相同强度的光透射过来。再通过第二个偏振片P2(叫检偏器)去观察就不同了;不论旋转哪个偏振片，两偏振片透振方向平行时，透射光最强，两偏振片的透振方向垂直时，透射光最弱。
光的偏振现象在技术中有很多应用.例如拍摄水下的景物或展览橱窗中的陈列品的照片时，由于水面或玻璃会反射出很强的反射光，使得水面下的景物和橱窗中的陈列品看不清楚，摄出的照片也不清楚。
如果在照相机镜头上加一个偏振片，使偏振片的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以把这些反射光滤掉，而摄得清晰的照片;此外，还有立体电影、消除车灯眩光等等。
五、激光的特性及应用
激光，是“受激辐射光放大”的简称，它是用人工的方法产生的一种特殊的光.激光是20世纪的一项重要发明，由于它有着普通光无法比拟的一些特性，已经在广泛的领域得到应用.产生激光的装置称为激光器，它主要由三部分组成，即工作物质、抽运系统和光学谐振腔。
激光的特性：
①平行度非常好.激光束的光线平行度极好，从地面上发射的一束极细的激光束，到达月球表面时，也只发散成直径lm多的光斑，因此激光在地面上传播时，可以看成是不发散的。
②高度的相干性.激光器发射的激光，都集中在一个极窄的频率范围内，由于光的颜色是由频率决定的，因此激光器是最理想的单色光源.由于激光束的高度平行性及极强的单色性，因此激光是最好的相干光，用激光器作光源观察光的干涉和衍射现象，都能取得较好的效果。
③亮度高.所谓亮度，是指垂直于光线平面内单位面积上的发光功率，自然光源亮度最高的是太阳，而目前的高功率激光器，亮度可达太阳的1万倍。
第十四章 电磁波
电磁波及其应用、电磁波谱
(一)麦克斯韦电磁场理论
1、电磁场理论的核心之一：变化的磁场产生电场
在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的(涡旋电场)
理解：
①均匀变化的磁场产生稳定电场;
②非均匀变化的磁场产生变化电场。
2、电磁场理论的核心之二：变化的电场产生磁场
麦克斯韦假设:变化的电场就像导线中的电流一样,会在空间产生磁场,即变化的电场产生磁场
理解：
①均匀变化的电场产生稳定磁场;
②非均匀变化的电场产生变化磁场。
(二)电磁波
1、电磁场：如果在空间某区域中有周期性变化的电场,那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场;这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场,变化的电场和变化的磁场是相互联系着的,形成不可分割的统一体,这就是电磁场。
这个过程可以用下图表达：
2、电磁波：电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波。
3、电磁波的特点：
(1)电磁波是横波,电场强度E 和磁感应强度 B按正弦规律变化,二者相互垂直,均与波的传播方向垂。
(2)电磁波可以在真空中传播,速度和光速相同。
(3)电磁波具有波的特性。
(三)赫兹的电火花
赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象，他还测量出电磁波和光有相同的速度.这样赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波。
电磁波(谱)及其应用：
⑴麦克斯韦计算出电磁波传播速度与光速相同，说明光具有电磁本质，提出光就是一种电磁波。
⑵电磁波谱：
电磁波谱 | 无线电波 | 红外线 | 可见光 | 紫外线 | X射线 | γ射线 |
产生机理 | 在振荡电路中，自由电子作周期性运动产生 | 原子的外层电子受到激发产生的 | 原子的内层电子受到激发后产生的 | 原子核受到激发后产生的 | ||
⑶电磁波的应用：
1、电视：电视信号是电视台先把影像信号转变为可以发射的电信号 ，发射出去后被接收的电信号通过还原，被还原为光的图象重现荧光屏。电子束把一幅图象按照各点的明暗情况，逐点变为强弱不同的信号电流，通过天线把带有图象信号的电磁波发射出去。
2、雷达工作原理：利用发射与接收之间的时间差，计算出物体的距离。
3、手机：在待机状态下，手机不断的发射电磁波，与周围环境交换信息。手机在建立连接的过程中发射的电磁波特别强。
电磁波与机械波的比较：
共同点：都能产生干涉和衍射现象;它们波动的频率都取决于波源的频率;在不同介质中传播，频率都不变。
不同点：机械波的传播一定需要介质，其波速与介质的性质有关，与波的频率无关。而电磁波本身就是一种物质，它可以在真空中传播，也可以在介质中传播.电磁波在真空中传播的速度均为，在介质中传播时，波速和波长不仅与介质性质有关，还与频率有关。
不同电磁波产生的机理：
无线电波是振荡电路中自由电子作周期性的运动产生的;
红外线、可见光、紫外线是原子外层电子受激发产生的;
伦琴射线是原子内层电子受激发产生的;
γ射线是原子核受激发产生的。
频率(波长)不同的电磁波表现出作用不同：
红外线主要作用是热作用，可以利用红外线来加热物体和进行红外线遥感;
紫外线主要作用是化学作用，可用来杀菌和消毒;
伦琴射线有较强的穿透本领，利用其穿透本领与物质的密度有关，进行对人体的透视和检查部件的缺陷;
γ射线的穿透本领更大，在工业和医学等领域有广泛的应用，如探伤，测厚或用γ刀进行手术。
第十五章 相对论简介
一、狭义相对论的基本假设;狭义相对论时空观与经典时空观的区别
爱因斯坦狭义相对性原理的两个基本假设：
⑴狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理定律都是相同的。
⑵光速不变原理：在不同的惯性参考系中，真空中的光速都是相同的。即光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。
相对论的时空观：
经典物理学的时空观(牛顿物理学的绝对时空观)：时间和空间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间没有任何联系。
相对论的时空观(爱因斯坦相对论的相对时空观)：空间和时间都与物质的运动状态有关。
相对论的时空观更具有普遍性，但是经典物理学作为相对论的特例，在宏观低速运动时仍将发挥作用。
二、同时的相对性、长度的相对性、质能关系
时间和空间的相对性(时长尺短)
1.同时的相对性：指两个事件，在一个惯性系中观察是同时的，但在另外一个惯性系中观察却不再是同时的。
2.长度的相对性：指相对于观察者运动的物体，在其运动方向的长度，总是小于物体静止时的长度。而在垂直于运动方向上，其长度保持不变。
长度收缩公式：
3.时间间隔的相对性：指某两个事件在不同的惯性系中观察，它们发生的时间间隔是不同的。
公式表示：
4.质能方程
看过"高二物理3-4知识梳理 "的还看了:
