专题19第一部分光学
一、知识点总结与提炼
（一）、光的直线传播和光的反射
1．光的直线传播
⑴光的传播：①光在同一均匀介质中是沿直线传播的。②小孔成像、影子、日食、月食等现象都是光沿直线传播形成的。③在真空中，光的速度C ＝3×108m/s，光在其他介质中的速度都小于C 。
⑵影：光源发出的光照到不透明物体，在物体背光面后方形成一个光线部分或全部照不到的黑暗区域。①本影：物体后所有光线都照不到的区域。②半影：物体后部分光线能照到的区域。
⑶日食和月食：①日食：太阳、月球、地球三者在一直线上，月球在太阳与地球之间，地球处于月球本影区时发生日全食，在半影区时发生日偏食，在伪本影区时发生日环食。②月食：以上三者在同一直线上，地球在太阳与月球之间，月球进入地球本影区时发生月全食，在本影、半影区交界处（部分进入本影区）时发生月偏食。当月球处于地球的半影区时，并没有发生月偏食现象，只是月球的亮度比正常的暗一些。
2．光的反射
⑴镜面反射和漫反射：
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察像的范围。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有一定的偏移，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由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套大。②光传导时在内芯与外套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它的优点是容量大、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）、光的干涉和衍射
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外传播（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：光是不连续的，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．光的干涉
⑴双缝干涉：①杨氏实验的单孔相当于点光源，双孔相当两个振动情况总是相同的波源（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 ＝L λ/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薄膜干涉：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。 肥皂泡上和水面的油膜上常看到的彩色花纹，是光的干涉现象。
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=109米，1埃=1010米。
3．光的衍射
⑴发生明显衍射的条件：障碍物的尺寸可以跟光的波长相比或者比光的波长小时。 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。
光的干涉、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，虽然振动方向都与传播方向垂直，但振动方向可以不同，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）后的光就是偏振动光，第二个偏振片的作用是检验光是否是偏振光（叫检偏器）。
除了太阳、电灯等光源直接发出的光外，绝大部分光（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定义：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起其他原子受激辐射后，就会产生越来越多的频率和发射方向相同的光子，使光得到加强，这就是激光。
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，使它传播很远仍能保持一定的强度，且会聚点小，可以用来精确测距和读信息；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间内集中很大的能量，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起并控制核聚变。
第二部分电磁波
（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变化的电流叫振荡电流。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电容开始放电过程：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，放电过程是电场逐渐转化为磁场能的过程，放电结束时，电场能全部转化为磁场能，电流达到最大（电容器和线圈两端的电压为零）。②电容反向充电过程：与上述过程物理量变化正好相反。③电容再放电和充电过程：与上述放电和充电过程物理量变化相同，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、充电过程中，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变化的现象。 ②周期和频率：T =2πLC 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变化的电场（磁场）在周围空间产生磁场（电场），均匀变化的电场（磁场）在周围空间产生磁场（电场）是不变的，周期性变化的电场（磁场）在周围空间产生周期性变化的磁场（电场）。
⑵电磁场：变化的电场和磁场是互相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，赫兹用实验证实电磁波的存在。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，电路必须有两个特点：①足够高的频率：频率越高，发射电磁波的本领越大。单位时间幅射的能量，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须分散到尽可能大的空间。
⑵特点：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互相垂直，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 ＝3.0×108m/s。③波长、波速、频率关系：λ＝VT ＝V/f，在真空中c ＝f λ。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共同点：具有波动的共同性，都能产生反射、折射、衍射和干涉等现象。传播过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，机械波是位移随时间作周期性变化，电磁波则是E 和B 随时间作周期性变化。
（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）。常用的调制方法有调幅和调频两种。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过程。一般收音机的调谐电路，是通过调节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：从经过调制的高频振荡
中“检”出调制信号的过程。检波是调制的逆过程，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雷达是利用电磁波遇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，所以雷达使用的是微波。
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。
⑶红外线、紫外线、X 射线特点
（4）电磁波传递能量
电磁波是运动中的电磁场，它可以传递能量。比如微波炉工作时食物分子运动加剧，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逐渐偏转，
如果有色光射出ab 面，则红光将首先射出
B. 使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，
如果有色光射出ab 面，则紫光将首先射出
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
【例3】右图中，内壁光滑、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，正以速率v 0沿逆时针方向匀速转动。若在此空间突然
加上竖直向上、磁感应强度B 随时间成正比例增加的变化磁场，设小球运
动过程中的电量不变，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，过一段时间后，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变化的磁场，在周围产生稳定的涡旋电场，对带正电的小球做功，由楞次定律，判断电场方向为顺时针，在电场力的作用下，小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，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变化和方向的变化以及磁场强弱的变化，弹力和洛仑兹力不一定始终在增大。洛仑兹力始终和运动方向垂直，所以磁场力不做功。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°, 则下列叙述中正确的是( A D ).
A. 光线从介质A 进入介质B, 可能发生全反射
B. 光线从介质B 进入介质A, 可能发生全反射
C. 光线从介质A 进入介质B, 一定同时存在反射光线和折射光线
D.光线从介质B 进入介质A, 一定同时存在反射光线和折射光
解：AB 、由
sinC= 可知，当临界角越大时，折
射率越小，因此介质A 的折射率大于介质B ，当光线从介质A 进入介质B ，即从光密介质进入光疏介质，可能发生全反射，而光线从介质B 进入介质A ，则不可能发生，故A 正确，B 错误； CD 、由A 选项分析可知，当光线从介质A 进入介质B 时，可能发生全反射，因此不一定同时存在反射光线与折射光线，而当光线从介质B 进入介质A ，则发生光的折射，一定同时存在反射光线和折射光线，故C 错误，D 正确；
故选：AD ．
2. 如图所示, 一个折射率为 的三棱镜, 顶角是45°. 有一束光以图示方向射到三棱镜上, 入射角为i(0
(不考虑两次反射).
①两个界面都会发生反射现象 ②两个界面都可能发生折射现象 ③在界面I 不
可能发生全反射 ④在界面Ⅱ可能发生全反射现象
A. 只有①② B .只有②③
C. 只有①②③ D. 只有①③④
解：AD 、在界
面Ⅰ上，光线由空气进入介质，不可能发生反射．故A 、D 错误．
B 、根据sinC= 知全反射的临界角为C=45°，当θ1最小时，在Ⅱ界面上入射角最大，根据几何关系知，在Ⅱ界面上的入射角θ2＜45°=C．不会发生全反射．故C 正确，B 错误．
故选：C ．
3. 在没有月光的夜间，一个池面较大的水池底部中央有一盏灯(可看做点光源) ，小鱼在水中游动，小鸟在水面上方飞翔. 设水中无杂质，且水面平静，则下面的说法中正确的是( A D )
A. 小鱼向上方水面看去，看到的亮点的位置与鱼的位置无关
B. 小鱼向上方水面看去，看到的亮点的位置与鱼的位置有关
C.小鸟向下方水面看去，看到的亮点的位置与鸟的位置无关
D. 小鸟向下方水面看去，看到的亮点的位置与鸟的位置有关
解; 小鱼在水中看灯，水面相当于平面镜，因此小鱼看灯是反射成像，不同位置射入鱼眼的反射光线不同，但反射光线延长线交于同一点，所以它的位置与小鱼的位置无关，故B 正确；
而小鸟看灯是折射现象，小鸟在不同位置射入小鸟眼的折射光线不同一，折射光线的延长线在不同位置交于不同点．小鸟看到的是一个亮点，它的位置与鸟的位置有关．故D 正确；
故选：AD
4. 如图１所示, 夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰、船舶、楼台、亭阁、 集市、庙宇等出现在远方的空中。沙漠里有时也会看到远处的水源、仙人掌近在咫尺，可望而不可及，这就是“蜃景”。下列有关蜃景的说法中错误的是（ B ）
A ．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
B ．沙面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
C ．A 是蜃景，B 是景物
D ．C 是蜃景，D 是景物
解：沙漠上下层空气温度比上层高，密度比上层小，故沙漠地表附近的空气折射率从下到上逐渐增大．远处的亭台楼阁、城墙古堡等发出的光线射向沙漠地表时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层的入射角不断增大，以致发生全反射，光线反射回空气，人们逆着光线看去，就会看到远方的景物悬在空中，而产生了“海市蜃楼”现象，故沙漠中的“海市蜃楼”现象的形成是由于发生了全反射．故ACD 正确，B 错误．
本题选错误的，故选B
2. 一束光从空气射向折射率 的某种玻璃 的表面，如
图所示，i 代表入射角，则： BCD
A. 当i>450时会发生全反射现象
B. 无论入射角i 是多大，折射角r 都不会超过450
C. 欲使折射角r ＝300，应以i ＝450的角度入射
D. 当入射角 ，反射光线跟折射光线恰好互相垂直
3. 光线在玻璃和空气的分界面上发生全反射的条件是： B
A. 光从玻璃射到分界面上，入射角足够小
B. 光从玻璃射到分界面上，入射角足够大
C. 光从空气射到分界面上，入射角足够小
D.光从空气射到分界面上，入射角足够大
1．对处于图所示时刻的LC 振荡电路，下列说法正确的是（ D ）
A 、电容器正在放电，电场能正转变成磁场能；
B 、电容器正在充电，电场能正转变成磁场能；
C 、电容器正在放电，磁场能正转变成电场能；
D 、电容器正在充电，磁场能正转变成电场能．
2. 下列关于电磁波的叙述中，正确的是AD
A. 电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播
B. 电磁波由真空进入介质传播时，波长将变长
C. 电磁波不能产生干涉、衍射现象
D. 雷达是利用自身发射的电磁波来对目标进行定位的 3、比较电磁波和机械波，下列说法正确的是( AC )
A 、电磁波可以在真空中传播，机械波的传播要依赖于介质
B 、电磁波和声波都是纵波
C 、电磁波是横波
D 、电磁波在有的介质中是横波，在有的介质中是纵波
2． 对于光的衍射的定性分析，下列说法中不正确的是( )
A ．只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比光的波长还要小的时候，才能明
显地产生光的衍射现象
B ．光的衍射现象是光波相互叠加的结果
C ．光的衍射现象否定了光的直线传播的结论
D ．光的衍射现象说明了光具有波动性
答案 C
解析 光的干涉和衍射现象说明了光具有波动性，而小孔成像说明了光沿直线传播，而要出现小孔成像现象，孔不能太小，可见光的直线传播规律只是近似的，只有在光波波长比障碍物小得多的情况下，光才可以看做是直线传播的，所以光的衍射现象和直线传播并不矛盾，它们是在不同条件下出现的两种光现象，单缝衍射实验中单缝光源可以看成是无限多个光源排列而成，因此光的衍射现象也是光波相互叠加的结果．
3． [光的偏振现象的理解]如图1所示，偏振片P 的透振方向(用带
有箭头的实线表示) 为竖直方向．下列四种入射光束中，能在P
的另一侧观察到透射光的是
A ．太阳光 ( ) 图1
B ．沿竖直方向振动的光
C ．沿水平方向振动的光
D ．沿与竖直方向成45°角振动的光
答案 ABD
解析 偏振片只让沿某一方向振动的光通过，当偏振片的透振方向与光的振动方向不同时，透射光的强度不同，它们平行时最强，而垂直时最弱．太阳光是自然光，光波可沿任何方向振动，所以在P 的另一侧能观察到透射光；沿竖直方向振动的光，振动方向与偏振片的透振方向相同，当然可以看到透射光；沿水平方向振动的光，其振动方向与透振方向垂直，所以看不到透射光；沿与竖直方向成45°角振动的光，其振动方向与透振方向不垂直，仍可看到透射光．
5． [明暗条纹的判断方法]在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P 点的距离之差Δr ＝0.6 μm；
分别用频率为f 1＝5.0×1014 Hz和f 2＝7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝，则P 点出现明、暗条纹的情况是 ( )
A ．用频率为f 1的单色光照射时，出现明条纹
B ．用频率为f 2的单色光照射时，出现明条纹
C ．用频率为f 1的单色光照射时，出现暗条纹
D ．用频率为f 2的单色光照射时，出现暗条纹
答案 AD
解析 根据c ＝λf，可得两种单色光波长分别为：
8c 3×10λ1＝m ＝0.6 μm f 15×103×108c λ2＝m ＝0.4 μm f 27.5×10与题给条件(Δr ＝0.6 μm) 比较可知
3Δr ＝λ1＝λ2，
2
故用频率为f 1的光照射双缝时，P 点出现明条纹；用频率为f 2的光照射双缝时，P 点出现暗条纹．
3．[2013·福建省福州八中高三质检]如图所示，a 、b 、c 、d 四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样．分析各图样的特点可以得出的正确结论是(
)
A ．a 、b 是光的干涉图样
B ．c 、d 是光的干涉图样
C ．形成a 图样光的波长比形成b 图样光的波长短
D ．c 、 d 中央条纹为暗纹
解析：单色光的双缝干涉形成的是明暗相间的条纹，并且亮纹和暗纹间距相等，而单缝衍射形成的虽然也是亮、暗相间的条纹，但中央条纹宽度大，亮度也大，可见，a 、b 是光的干涉图样，c 、d 是光的衍射图样，并且c 、 d 中央条纹为亮纹，选项A 正确，B 、D 错误；
l a 、b 光形成的干涉条纹的间距与波长成正比，即Δx λ，a 光形成的条纹间距大，所以d
形成a 图样光的波长比形成b 图样光的波长长，选项C 错误．
答案：A 4. 激光技术是在1960年发明的．被誉为神奇的光，关于的应用下列说法中正确的是（ ）
A ．激光用来控制核聚变，是因为它的方向性好，光源的能量就集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度
B ．由于激光是相干光，所以它能像无线电波那样被调制、用来传递信息
C ．用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光在大气中传播不受大气的影响
D ．能利用激光测量地面到月球表面的距离，是因为激光通过地球大气不会发生折射
1．河南省开封高中2010届高三上学期1月月考如右图一个
半圆形的玻璃砖放在真空中，入射光AO 正对玻璃砖圆心
方向入射，OB 、OC 分别为反射光和折射光，下列说法中
不正确的是 （ B ）
A ．保持入射光强度不变，而使入射角逐渐增大，则OB 光强度增加，
OC 光强度减弱
B ．若入射光为白光，则在反射和折射时都会发生色散现象
C ．若入射光为白光，且已经在半圆形玻璃砖上的表面发生了全反射现象，然后逐渐减小入射角到一定程度，红光首先射出
D ．折射角大于入射角，且反射光线与折射光线的夹角一定等于90°
专题19第一部分光学
一、知识点总结与提炼
（一）、光的直线传播和光的反射
1．光的直线传播
⑴光的传播：①光在同一均匀介质中是沿直线传播的。②小孔成像、影子、日食、月食等现象都是光沿直线传播形成的。③在真空中，光的速度C ＝3×108m/s，光在其他介质中的速度都小于C 。
⑵影：光源发出的光照到不透明物体，在物体背光面后方形成一个光线部分或全部照不到的黑暗区域。①本影：物体后所有光线都照不到的区域。②半影：物体后部分光线能照到的区域。
⑶日食和月食：①日食：太阳、月球、地球三者在一直线上，月球在太阳与地球之间，地球处于月球本影区时发生日全食，在半影区时发生日偏食，在伪本影区时发生日环食。②月食：以上三者在同一直线上，地球在太阳与月球之间，月球进入地球本影区时发生月全食，在本影、半影区交界处（部分进入本影区）时发生月偏食。当月球处于地球的半影区时，并没有发生月偏食现象，只是月球的亮度比正常的暗一些。
2．光的反射
⑴镜面反射和漫反射：
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察像的范围。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有一定的偏移，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由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套大。②光传导时在内芯与外套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它的优点是容量大、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）、光的干涉和衍射
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外传播（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：光是不连续的，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．光的干涉
⑴双缝干涉：①杨氏实验的单孔相当于点光源，双孔相当两个振动情况总是相同的波源（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 ＝L λ/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薄膜干涉：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。 肥皂泡上和水面的油膜上常看到的彩色花纹，是光的干涉现象。
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=109米，1埃=1010米。
3．光的衍射
⑴发生明显衍射的条件：障碍物的尺寸可以跟光的波长相比或者比光的波长小时。 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。
光的干涉、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，虽然振动方向都与传播方向垂直，但振动方向可以不同，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）后的光就是偏振动光，第二个偏振片的作用是检验光是否是偏振光（叫检偏器）。
除了太阳、电灯等光源直接发出的光外，绝大部分光（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定义：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起其他原子受激辐射后，就会产生越来越多的频率和发射方向相同的光子，使光得到加强，这就是激光。
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，使它传播很远仍能保持一定的强度，且会聚点小，可以用来精确测距和读信息；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间内集中很大的能量，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起并控制核聚变。
第二部分电磁波
（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变化的电流叫振荡电流。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电容开始放电过程：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，放电过程是电场逐渐转化为磁场能的过程，放电结束时，电场能全部转化为磁场能，电流达到最大（电容器和线圈两端的电压为零）。②电容反向充电过程：与上述过程物理量变化正好相反。③电容再放电和充电过程：与上述放电和充电过程物理量变化相同，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、充电过程中，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变化的现象。 ②周期和频率：T =2πLC 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变化的电场（磁场）在周围空间产生磁场（电场），均匀变化的电场（磁场）在周围空间产生磁场（电场）是不变的，周期性变化的电场（磁场）在周围空间产生周期性变化的磁场（电场）。
⑵电磁场：变化的电场和磁场是互相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，赫兹用实验证实电磁波的存在。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，电路必须有两个特点：①足够高的频率：频率越高，发射电磁波的本领越大。单位时间幅射的能量，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须分散到尽可能大的空间。
⑵特点：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互相垂直，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 ＝3.0×108m/s。③波长、波速、频率关系：λ＝VT ＝V/f，在真空中c ＝f λ。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共同点：具有波动的共同性，都能产生反射、折射、衍射和干涉等现象。传播过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，机械波是位移随时间作周期性变化，电磁波则是E 和B 随时间作周期性变化。
（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）。常用的调制方法有调幅和调频两种。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过程。一般收音机的调谐电路，是通过调节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：从经过调制的高频振荡
中“检”出调制信号的过程。检波是调制的逆过程，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雷达是利用电磁波遇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，所以雷达使用的是微波。
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。
⑶红外线、紫外线、X 射线特点
（4）电磁波传递能量
电磁波是运动中的电磁场，它可以传递能量。比如微波炉工作时食物分子运动加剧，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逐渐偏转，
如果有色光射出ab 面，则红光将首先射出
B. 使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，
如果有色光射出ab 面，则紫光将首先射出
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
【例3】右图中，内壁光滑、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，正以速率v 0沿逆时针方向匀速转动。若在此空间突然
加上竖直向上、磁感应强度B 随时间成正比例增加的变化磁场，设小球运
动过程中的电量不变，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，过一段时间后，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变化的磁场，在周围产生稳定的涡旋电场，对带正电的小球做功，由楞次定律，判断电场方向为顺时针，在电场力的作用下，小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，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变化和方向的变化以及磁场强弱的变化，弹力和洛仑兹力不一定始终在增大。洛仑兹力始终和运动方向垂直，所以磁场力不做功。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°, 则下列叙述中正确的是( A D ).
A. 光线从介质A 进入介质B, 可能发生全反射
B. 光线从介质B 进入介质A, 可能发生全反射
C. 光线从介质A 进入介质B, 一定同时存在反射光线和折射光线
D.光线从介质B 进入介质A, 一定同时存在反射光线和折射光
解：AB 、由
sinC= 可知，当临界角越大时，折
射率越小，因此介质A 的折射率大于介质B ，当光线从介质A 进入介质B ，即从光密介质进入光疏介质，可能发生全反射，而光线从介质B 进入介质A ，则不可能发生，故A 正确，B 错误； CD 、由A 选项分析可知，当光线从介质A 进入介质B 时，可能发生全反射，因此不一定同时存在反射光线与折射光线，而当光线从介质B 进入介质A ，则发生光的折射，一定同时存在反射光线和折射光线，故C 错误，D 正确；
故选：AD ．
2. 如图所示, 一个折射率为 的三棱镜, 顶角是45°. 有一束光以图示方向射到三棱镜上, 入射角为i(0
(不考虑两次反射).
①两个界面都会发生反射现象 ②两个界面都可能发生折射现象 ③在界面I 不
可能发生全反射 ④在界面Ⅱ可能发生全反射现象
A. 只有①② B .只有②③
C. 只有①②③ D. 只有①③④
解：AD 、在界
面Ⅰ上，光线由空气进入介质，不可能发生反射．故A 、D 错误．
B 、根据sinC= 知全反射的临界角为C=45°，当θ1最小时，在Ⅱ界面上入射角最大，根据几何关系知，在Ⅱ界面上的入射角θ2＜45°=C．不会发生全反射．故C 正确，B 错误．
故选：C ．
3. 在没有月光的夜间，一个池面较大的水池底部中央有一盏灯(可看做点光源) ，小鱼在水中游动，小鸟在水面上方飞翔. 设水中无杂质，且水面平静，则下面的说法中正确的是( A D )
A. 小鱼向上方水面看去，看到的亮点的位置与鱼的位置无关
B. 小鱼向上方水面看去，看到的亮点的位置与鱼的位置有关
C.小鸟向下方水面看去，看到的亮点的位置与鸟的位置无关
D. 小鸟向下方水面看去，看到的亮点的位置与鸟的位置有关
解; 小鱼在水中看灯，水面相当于平面镜，因此小鱼看灯是反射成像，不同位置射入鱼眼的反射光线不同，但反射光线延长线交于同一点，所以它的位置与小鱼的位置无关，故B 正确；
而小鸟看灯是折射现象，小鸟在不同位置射入小鸟眼的折射光线不同一，折射光线的延长线在不同位置交于不同点．小鸟看到的是一个亮点，它的位置与鸟的位置有关．故D 正确；
故选：AD
4. 如图１所示, 夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰、船舶、楼台、亭阁、 集市、庙宇等出现在远方的空中。沙漠里有时也会看到远处的水源、仙人掌近在咫尺，可望而不可及，这就是“蜃景”。下列有关蜃景的说法中错误的是（ B ）
A ．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
B ．沙面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
C ．A 是蜃景，B 是景物
D ．C 是蜃景，D 是景物
解：沙漠上下层空气温度比上层高，密度比上层小，故沙漠地表附近的空气折射率从下到上逐渐增大．远处的亭台楼阁、城墙古堡等发出的光线射向沙漠地表时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层的入射角不断增大，以致发生全反射，光线反射回空气，人们逆着光线看去，就会看到远方的景物悬在空中，而产生了“海市蜃楼”现象，故沙漠中的“海市蜃楼”现象的形成是由于发生了全反射．故ACD 正确，B 错误．
本题选错误的，故选B
2. 一束光从空气射向折射率 的某种玻璃 的表面，如
图所示，i 代表入射角，则： BCD
A. 当i>450时会发生全反射现象
B. 无论入射角i 是多大，折射角r 都不会超过450
C. 欲使折射角r ＝300，应以i ＝450的角度入射
D. 当入射角 ，反射光线跟折射光线恰好互相垂直
3. 光线在玻璃和空气的分界面上发生全反射的条件是： B
A. 光从玻璃射到分界面上，入射角足够小
B. 光从玻璃射到分界面上，入射角足够大
C. 光从空气射到分界面上，入射角足够小
D.光从空气射到分界面上，入射角足够大
1．对处于图所示时刻的LC 振荡电路，下列说法正确的是（ D ）
A 、电容器正在放电，电场能正转变成磁场能；
B 、电容器正在充电，电场能正转变成磁场能；
C 、电容器正在放电，磁场能正转变成电场能；
D 、电容器正在充电，磁场能正转变成电场能．
2. 下列关于电磁波的叙述中，正确的是AD
A. 电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播
B. 电磁波由真空进入介质传播时，波长将变长
C. 电磁波不能产生干涉、衍射现象
D. 雷达是利用自身发射的电磁波来对目标进行定位的 3、比较电磁波和机械波，下列说法正确的是( AC )
A 、电磁波可以在真空中传播，机械波的传播要依赖于介质
B 、电磁波和声波都是纵波
C 、电磁波是横波
D 、电磁波在有的介质中是横波，在有的介质中是纵波
2． 对于光的衍射的定性分析，下列说法中不正确的是( )
A ．只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比光的波长还要小的时候，才能明
显地产生光的衍射现象
B ．光的衍射现象是光波相互叠加的结果
C ．光的衍射现象否定了光的直线传播的结论
D ．光的衍射现象说明了光具有波动性
答案 C
解析 光的干涉和衍射现象说明了光具有波动性，而小孔成像说明了光沿直线传播，而要出现小孔成像现象，孔不能太小，可见光的直线传播规律只是近似的，只有在光波波长比障碍物小得多的情况下，光才可以看做是直线传播的，所以光的衍射现象和直线传播并不矛盾，它们是在不同条件下出现的两种光现象，单缝衍射实验中单缝光源可以看成是无限多个光源排列而成，因此光的衍射现象也是光波相互叠加的结果．
3． [光的偏振现象的理解]如图1所示，偏振片P 的透振方向(用带
有箭头的实线表示) 为竖直方向．下列四种入射光束中，能在P
的另一侧观察到透射光的是
A ．太阳光 ( ) 图1
B ．沿竖直方向振动的光
C ．沿水平方向振动的光
D ．沿与竖直方向成45°角振动的光
答案 ABD
解析 偏振片只让沿某一方向振动的光通过，当偏振片的透振方向与光的振动方向不同时，透射光的强度不同，它们平行时最强，而垂直时最弱．太阳光是自然光，光波可沿任何方向振动，所以在P 的另一侧能观察到透射光；沿竖直方向振动的光，振动方向与偏振片的透振方向相同，当然可以看到透射光；沿水平方向振动的光，其振动方向与透振方向垂直，所以看不到透射光；沿与竖直方向成45°角振动的光，其振动方向与透振方向不垂直，仍可看到透射光．
5． [明暗条纹的判断方法]在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P 点的距离之差Δr ＝0.6 μm；
分别用频率为f 1＝5.0×1014 Hz和f 2＝7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝，则P 点出现明、暗条纹的情况是 ( )
A ．用频率为f 1的单色光照射时，出现明条纹
B ．用频率为f 2的单色光照射时，出现明条纹
C ．用频率为f 1的单色光照射时，出现暗条纹
D ．用频率为f 2的单色光照射时，出现暗条纹
答案 AD
解析 根据c ＝λf，可得两种单色光波长分别为：
8c 3×10λ1＝m ＝0.6 μm f 15×103×108c λ2＝m ＝0.4 μm f 27.5×10与题给条件(Δr ＝0.6 μm) 比较可知
3Δr ＝λ1＝λ2，
2
故用频率为f 1的光照射双缝时，P 点出现明条纹；用频率为f 2的光照射双缝时，P 点出现暗条纹．
3．[2013·福建省福州八中高三质检]如图所示，a 、b 、c 、d 四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样．分析各图样的特点可以得出的正确结论是(
)
A ．a 、b 是光的干涉图样
B ．c 、d 是光的干涉图样
C ．形成a 图样光的波长比形成b 图样光的波长短
D ．c 、 d 中央条纹为暗纹
解析：单色光的双缝干涉形成的是明暗相间的条纹，并且亮纹和暗纹间距相等，而单缝衍射形成的虽然也是亮、暗相间的条纹，但中央条纹宽度大，亮度也大，可见，a 、b 是光的干涉图样，c 、d 是光的衍射图样，并且c 、 d 中央条纹为亮纹，选项A 正确，B 、D 错误；
l a 、b 光形成的干涉条纹的间距与波长成正比，即Δx λ，a 光形成的条纹间距大，所以d
形成a 图样光的波长比形成b 图样光的波长长，选项C 错误．
答案：A 4. 激光技术是在1960年发明的．被誉为神奇的光，关于的应用下列说法中正确的是（ ）
A ．激光用来控制核聚变，是因为它的方向性好，光源的能量就集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度
B ．由于激光是相干光，所以它能像无线电波那样被调制、用来传递信息
C ．用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光在大气中传播不受大气的影响
D ．能利用激光测量地面到月球表面的距离，是因为激光通过地球大气不会发生折射
1．河南省开封高中2010届高三上学期1月月考如右图一个
半圆形的玻璃砖放在真空中，入射光AO 正对玻璃砖圆心
方向入射，OB 、OC 分别为反射光和折射光，下列说法中
不正确的是 （ B ）
A ．保持入射光强度不变，而使入射角逐渐增大，则OB 光强度增加，
OC 光强度减弱
B ．若入射光为白光，则在反射和折射时都会发生色散现象
C ．若入射光为白光，且已经在半圆形玻璃砖上的表面发生了全反射现象，然后逐渐减小入射角到一定程度，红光首先射出
D ．折射角大于入射角，且反射光线与折射光线的夹角一定等于90°