光学和电磁波相对论知识点总结

光学 电磁波和相对论

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．

2、折射定律：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．

表达式：sin θ1

sin θ2

＝n 12，式中n 12是比例常数.

注：在光的折射现象中，光路是可逆的．

3、折射率：光从真空（或空气）射入某种介质发生折射时，入射角i 的正弦与折射角r 的正弦比值。反映了光在介质中的偏折程度，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．

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．

计算式：n ＝c

v ，因为v

注：七色光（红橙黄绿蓝靛紫）的折射率逐渐增大。

4、全反射现象：光从光密介质向光疏介质，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．条件：①光从光密介质射入光疏介质．②入射角大于或等于临界角． 注：（1）当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射．当折射角等于90°时，实际上就已经没有折射光了．（能量守恒）（2）对两种不同的介质，折射率较小的介质叫光疏介质，折射率较大的介质叫光密介质。（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．

5、光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象． 光的色散现象说明：

①白光为复色光；

②同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大； ③不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越慢．

6、光的干涉: 在光重叠区域出现加强或减弱的现象

双缝干涉产生的条件: 两列光波的频率相同、相位差恒定．

注：（1）单色光：

①光的路程差r 2－r 1＝kλ(k ＝0,1,2…)，光屏上出现明条纹．

②光的路程差r 2－r 1＝(2k ＋1)λ

2

(k ＝0,1,2…)，光屏上出现暗条纹．

单色光双缝干涉的相邻亮条纹或暗条纹间距公式：Δx ＝l

d

λ

（2）白光：中央为白色条纹，两边为彩色条纹．

（3）薄膜干涉：由薄膜两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象。

竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA ′和后表面BB ′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加．

(1)单色光

①在P 1、P 2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr 等于波长的整数倍． Δr ＝nλ(n ＝1,2,3…)，薄膜上出现明条纹．

②在Q 处，两列反射回来的光波的路程差Δr 等于半波长的奇数倍．Δr ＝(2n ＋1)λ

2(n ＝

0,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹． (2)白光：薄膜上出现水平彩色条纹． 应用：增透膜、检查工件的平整度．

两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检平面不平整，则干涉条纹发生弯曲．

7、光的衍射：光绕过障碍物偏离直线传播的现象。

注：（1）发生明显衍射的条件：只有当障碍物或孔的尺寸与光的波长差不多或者小得多时．

（2）衍射图样 ①单缝衍射

a ．单色光：明暗相间的不等距条纹，中央亮纹最宽最亮，两侧条纹具有对称性．

b ．白光：中间为宽且亮的白色条纹，两侧是窄且暗的彩色条纹，最靠近中央的是紫光，远离中央的是红光．

②圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环，圆环面积远远超过孔的直线照明的面积． ③圆盘衍射：明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑称为泊松亮斑． 补充：

的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理．在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列 频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹． 8、光波只沿某一特定的方向振动，称为光的偏振．

注：(1)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．

(2)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，叫做偏振光．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．或者自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．

(3)偏振光的理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波．光的偏振现象说明了光波是横波．

(4)偏振光的应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等．

特别提醒：偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特征，即存在一个偏振方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了．

电磁波 相对论

1、电磁振荡的规律

(1)产生原因：电容器的充、放电作用和线圈的自感作用．

(2)实质：电场能与磁场能的相互转化．

(3)电磁振荡(LC电路)的周期T＝2πLC，频率f＝1

2πLC

2、麦克斯韦电磁场理论

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．

3、电磁波

(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，变化的电场和磁场成为一个完整的整体，这就是电磁场．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)电磁波与机械波不同。机械波可以是横波，也可以是纵波，只能在介质中传播，传播速度与介质有关；电磁波只能是纵波，在介质中传播的速度与介质和频率均有关．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)v＝λf，f是电磁波的频率．

(5)电磁波是横波．电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直，如图所示．

4、电磁波的发射、传播和接收

(1)为了有效地发射电磁波，振荡电路必须满足两个条件：

①振荡电路要有足够高的频率．②振荡电路应采用开放电路．

由于电信号频率很低，不能直接向空间发射，必须把低频的电信号加载到高频等幅振荡电路上再发射出去。这个过程叫调制。常用的调制方式有调幅和调频两种。

(2)电磁波的传播途径有三种：地波（适用于长波、中波、中短波通信）、天波（适用于短波通信）、空间波（适用于超短波和微波通信）

(3)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．

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．

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.

等，易发生干涉、衍射现象；波长较短的紫外线、X 射线、γ射线等，穿透能力较强． 2．电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X 射线、X 射线和γ射线都有重叠，但它们产生的机理不同．

6、相对论与天体物理

1．狭义相对论的两个基本假设

(1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．

(2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系．

2．时间和空间的相对性

(1)时间间隔的相对性：Δt ＝Δt ′

1－????v c 2

(2)长度的相对性：l ＝l 0 1－???

?v

c 2.

3．相对论的三个结论

(1)速度变换公式：u ＝u ′＋v

1＋u ′v c

2

(2)相对论质量(质速关系)：m ＝m 0

1－???

?v c 2

(3)质能方程(质能关系)：E ＝mc 2. ●特别提醒

由相对论质量m ＝m 0

1－???

?v c 2

知回旋加速器中被加速的粒子速度增大，粒子的质量增大，

从而使它做圆周运动的周期发生变化，不再与D 形盒上的交变电压同步．这样不会使粒子的速度无限增大．