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 在振荡电路中，自产生机理 由电子作周期性运动产生 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。 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3.0×10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。

九、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

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红外线 可见光 紫外线 X射线 原子的内层电子受到激发后产生的 γ射线 原子核受到激发后产生的 原子的外层电子受到激发产生的 ms，在介质中传播时，波速和波长不仅与介质性质有关，

sin?1?n12

sin?2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：n12?sin?1sin?2（?1是光线在真空中与法线之间的夹角，?2是光线在介质中与法线之间的夹角。）

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。 十、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°临界角的计算: sinC=

时的入射角，叫做临界角.②

1. n导纤维内，经内芯与外套的界故光能损耗极小。

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,

十一、光的干涉、衍射和偏振 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，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：

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振动方向一致的相干光源，率，更不可能存在固定的相

?x?l? ． d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。

（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。

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。

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 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．

十二、激光的特性及应用 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．

十三、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：

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条纹较窄、较暗；b) 白光入射

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。 十四、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：lv?l01?()2c??v1?()2c

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：?t?.

式中：??表示与物体相对静止的观察者测得的时间间隔，?t表示与物体相对运动的观察者测得的时间间隔，v表示观察者与物体之间的相对速度。

4．质能方程 公式：E?mc2（或?E??m?c2）

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式中：m是物体的质量、E是物体具有的能量

意义：①质量为m的物体，对应（不能说“具有”）的能量为mc。 ②当质量减少（增加）?m时，就要释放出（吸收）?E??m?c2的能量。

爱因斯坦质能方程从理论上预言了核能释放及原子能利用和原子弹研制的可能性。

选修3-5

一、动量 动量守恒定律

1、动量：可以从两个侧面对动量进行定义或解释：①物体的质量跟其速度的乘积，叫做物体的动量。②动量是物体机械运动的一种量度。

动量的表达式P = mv。单位是kg?ms.动量是矢量，其方向就是瞬时速度的方向。因为速度是相对的，所以动量也是相对的。

2、动量守恒定律：当系统不受外力作用或所受合外力为零，则系统的总动量守恒。动量守恒定律根据实际情况有多种表达式，一般常用等号左右分别表示系统作用前后的总动量。

运用动量守恒定律要注意以下几个问题：

①动量守恒定律一般是针对物体系的，对单个物体谈动量守恒没有意义。

②对于某些特定的问题, 例如碰撞、爆炸等，系统在一个非常短的时间内，系统内部各物体相互作用力，远比它们所受到外界作③计算动量时要涉及速度，这时一个物体系内各物体的速度必须是相对于同一惯性参照系的，一般取地面为参照物。 ④动量是矢量，因此“系统总动量”是指系统中所有物体动量的矢量和，而不是代数和。

⑤动量守恒定律也可以应用于分动量守恒的情况。有时虽然系统所受合外力不等于零，但只要在某一方面上的合外力分量为零，三、弹性碰撞和非弹性碰撞 Ⅰ

碰撞：相互运动的物体相遇，在极短的时间内，通过相互作用，运动状态发生显著变化的过程叫碰撞。 ⑴完全弹性碰撞：在弹性力的作用下，系统内只发生机械能的转移，无机械能的损失，称完全弹性碰撞。

⑵非弹性碰撞：非弹性碰撞：在非弹性力的作用下，部分机械能转化为物体的内能，机械能有了损失，称非弹性碰撞。

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用力大，就可以把这些物体看作一个所受合外力为零的系统处理, 在这一短暂时间内遵循动量守恒定律。

那么在这个方向上系统总动量的分量是守恒的。

⑶完全非弹性碰撞：在完全非弹性力的作用下，机械能损失最大（转化为内能等），称完全非弹性碰撞。碰撞物体粘合在一起，具有相同的速度。

四、普朗克量子假说 黑体和黑体辐射 一、量子论

1.创立标志：1900年普朗克在德国的《物理年刊》上发表《论正常光谱能量分布定律》的论文，标志着量子论的诞生。 2.量子论的主要内容：

①普朗克认为物质的辐射能量并不是无限可分的，其最小的、不可分的能量单元即“能量子”或称“量子”，也就是说组成能量的单元是量子。

②物质的辐射能量不是连续的，而是以量子的整数倍跳跃式变化的。 二、黑体和黑体辐射 1．热辐射现象

任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关。这种由于物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。

2.黑体

物体具有向四周辐射能量的本领，又有吸收外界辐射来的能量的本领。 黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的物体。 3．实验规律：

1）随着温度的升高，黑体的辐射强度都有增加；

2）随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动。 五、光电效应 1、光电效应

⑴光电效应在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射出电子的现象称为光电⑵光电效应的实验规律：装置：如右图。

①任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发应，低于极限频率的光不能发生光电效应。

②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，光随入射光频率的增大而增大。 ③大于极限频率的光照射金属时，光电流强度（反映单位时间发射出的光电子数入射光强度成正比。

④ 金属受到光照，光电子的发射一般不超过10秒。 2、波动说在光电效应上遇到的困难

波动说认为：光的能量即光的强度是由光波的振幅决定的与光的频率无关。所以波动说对解释上述实验规律中的①②④条都遇到3、光子说

⑴量子论：1900年德国物理学家普朗克提出：电磁波的发射和吸收是不连续的，而是一份一份的，每一份电磁波的能量?频率成正比。即：?困难

－9

效应。 生光电效

的多少），与

?h?.

⑵光子论：1905年爱因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的

?h?.

－34

其中?是电磁波的频率，h为普朗克恒量：h=6.63×10

4、光子论对光电效应的解释

J?s

金属中的自由电子，获得光子后其动能增大，当功能大于脱出功时，电子即可脱离金属表面，入射光的频率越大，光子能量越大，电子获得的能量才能越大，飞出时最大初功能也越大。

5．光电效应方程：Ek?h??W0

Ek 是光电子的最大初动能，当Ek =0 时，?c为极限频率，?c=六、光的波粒二象性 物质波 光既表现出波动性，又表现出粒子性

W0h.

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