高考物理大一轮总复习江苏专版 题库 第十二章.docx

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高考物理大一轮总复习江苏专版题库第十二章

第5课时　电磁波与相对论

考纲解读

1.知道电磁波是横波.2.了解电磁波的产生、传播、发射和接收，熟记电磁波谱.3.了解狭义相对论的基本假设和几个重要结论．

考点一　电磁波及其应用

1．麦克斯韦电磁场理论：

变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．

2．电磁场：

变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场．

3．电磁波：

电磁场（电磁能量）由近及远地向周围传播形成电磁波．

（1）电磁波是横波，在空间传播不需要介质．

（2）v＝λf对电磁波同样适用．

（3）电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象．

4．发射电磁波的条件：

（1）要有足够高的振荡频率；

（2）电路必须开放，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间．

5．调制：

有调幅和调频两种方法．

6．电磁波的传播：

（1）三种传播方式：

天波、地波、空间波．

（2）电磁波的波速：

真空中电磁波的波速与光速相同，c＝3×108m/s.

7．电磁波的接收：

（1）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．

（2）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．

（3）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．

例1

（1）下列关于电磁波的说法正确的是（　　）

A．均匀变化的磁场能够在空间产生电场

B．电磁波在真空和介质中传播速度相同

C．只要有电场和磁场，就能产生电磁波

D．电磁波在同种介质中只能沿直线传播

（2）目前雷达发射的电磁波频率多在200MHz至1000MHz的范围内．请回答下列关于雷达和电磁波的有关问题．

①雷达发射电磁波的波长范围是多少？

②能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离？

解析　

（1）如果电场（或磁场）是均匀变化的，产生的磁场（或电场）是恒定的，不能产生新的电场（磁场），因而不能产生电磁波，A正确，C错误；电磁波的传播速度跟介质有关，频率由波源决定，同一频率的电磁波在不同介质中波长不等，由v＝λf知不同介质中波的传播速度不同，B错误；电磁波在同种均匀介质中才能沿直线传播，D错误．

（2）①由c＝λf可得：

λ1＝

＝

m＝1.5m，

λ2＝

＝

m＝0.3m.

故雷达发出的电磁波的波长范围是0.3～1.5m.

②电磁波测距的原理就是通过发射和接收电磁波的时间间隔来确定距离，所以可根据x＝

确定雷达和目标间的距离．

答案　

（1）A　

（2）①0.3～1.5m　②能

变式题组

1．[对电磁场理论的理解]关于麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是（　　）

A．稳定的电场产生稳定的磁场

B．均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生均匀变化的电场

C．变化的电场产生的磁场一定是变化的

D．振荡的电场在周围空间产生的磁场也是振荡的

答案　D

解析　麦克斯韦的电磁场理论要点是：

变化的磁场（电场）要在周围空间产生电场（磁场），若磁场（电场）的变化是均匀的，产生的电场（磁场）是稳定的，若磁场（电场）的变化是振荡的，产生的电场（磁场）也是振荡的，由此可判定正确答案为D项．

2．[对振荡电路的理解]如图1所示为LC振荡电路某时刻的情况，以下说法中正确的是（　　）

图1

A．电容器正在充电

B．电感线圈中的磁场能正在增加

C．电感线圈中的电流正在增大

D．此时刻自感电动势正在阻碍电流增大

答案　BCD

解析　由题图中的磁感线的方向，运用右手螺旋定则可以判断出电路中的电流从上向下看为逆时针方向．再结合电容器极板的电性，可以得到电容器正在放电，故A错；放电过程中，电容器极板上的电荷减少，电场能减小，线圈中的电流增大，磁场能变大，故B、C对；由于线圈中的电流增大，产生的自感电动势阻碍电流的增大，D对．

3．[电磁波与声波的比较]电磁波与声波比较，下列说法中正确的是（　　）

A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质

B．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大

C．由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大

D．电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质决定的，与频率无关

答案　ABC

解析　A、B均与事实相符，所以A、B正确；根据λ＝

，电磁波速度变小，频率不变，波长变小；声波速度变大，频率不变，波长变大，所以C正确；电磁波在介质中的速度，与介质有关，也与频率有关，在同一种介质中，频率越大，波速越小，所以D错误．

　　　　　　机械波与电磁波的比较

电磁波

机械波

对象

研究电磁现象

研究力学现象

周期性变化的物理量

电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化

位移随时间和空间做周期性变化

传播

传播不需要介质，在真空中波速总是c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关系

传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关

产生

由周期性变化的电流（电磁振荡）激发

由质点（波源）的振动产生

干涉

可以发生

可以发生

衍射

可以发生

可以发生

横波

是

可以是

纵波

不是

可以是

考点二　电磁波谱

1．定义：

按电磁波的波长从长到短的排列顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，形成电磁波谱．

2．电磁波谱的特性、应用

电磁波谱

频率/Hz

真空中

波长/m

特性

应用

递变

规律

无线电波

<3×1011

>10－3

波动性强，

易发生衍射

无线电技术

衍直

射线

能传

力播

减能

弱力

增

强

红外线

1011～1015

10－3～10－7

热效应

红外线遥感

可见光

1015

10－7

引起视觉

照明、

摄影

紫外线

1015～1017

10－7～10－9

化学效应、

荧光效应、

能杀菌

医用消毒、

防伪

X射线

1016～1019

10－8～10－11

贯穿性强

检查、医用

透视

γ射线

>1019

<10－11

贯穿本领

最强

工业探伤、

医用治疗

例2

　下列关于电磁波谱各成员说法中正确的是（　　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

A．最容易发生衍射现象的是无线电波

B．紫外线有明显的热效应

C．X射线穿透能力较强，所以可用来检查工件

D．晴朗的天空看起来呈蓝色是光散射的结果

解析　波长越长越易衍射，故A正确；有明显热效应的是红外线，故B错误；X射线因其穿透能力较强常用于人体拍片和检查金属零件缺陷，故C正确；天空呈蓝色是由于波长较短的光易被散射，故D正确．

答案　ACD　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

变式题组

4．[电磁波的应用]关于电磁波的应用，下列说法中正确的是（　　）

A．医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒

B．工业上利用γ射线检查金属部件内部有无砂眼和裂缝

C．刑侦上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短、分辨率高

D．卫星用红外遥感技术拍摄云图照片，因为红外线衍射能力较强

答案　BCD

解析　医院里用来消毒的是紫外线，工业上是利用了γ射线极强的穿透力，红外线衍射能力强是由于波长长．

5．[电磁波谱]电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是（　　）

A．无线电波、红外线、紫外线、γ射线

B．红外线、无线电波、γ射线、紫外线

C．γ射线、红外线、紫外线、无线电波

D．紫外线、无线电波、γ射线、红外线

答案　A

解析　电磁波谱波长由长到短的排列顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，A正确．

6．[电磁波的应用]间谍卫星上装有某种遥感照相机，可用来探测军用和民用目标．这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车，即使车队离开，也瞒不过它．这种遥感照相机敏感的电磁波属于（　　）

A．可见光波段B．红外波段

C．紫外波段D．X射线波段

答案　B

解析　所有的物体都能发出红外线，热的物体的红外线辐射比冷的物体强，间谍卫星上装的遥感照相机，实际上是红外线探测器，它能在较冷的背景上探测出较热物体的红外线辐射，这是红外线摄影的基础．再者，红外线波长比其他波（如可见光、紫外线、X射线）的长，有较好的穿透云雾的能力，故选B.

考点三　对狭义相对论的理解

1．两个基本假设

（1）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．相对论的质速关系

（1）物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系：

m＝

.

（2）物体运动时的质量m总要大于静止时的质量m0.

3．相对论的质能关系

用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：

E＝mc2.

例3

　如图2所示，考虑几个问题：

图2

（1）如图所示，参考系O′相对于参考系O静止时，人看到的光速应是多少？

（2）参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动，人看到的光速应是多少？

（3）参考系O相对于参考系O′以速度v向左运动，人看到的光速又是多少？

解析　根据狭义相对论的一个基本假设：

光速不变原理，可知光速是不变的，都应是c.

答案　

（1）c　

（2）c　（3）c

变式题组

7．[对狭义相对论的理解]对于公式m＝

，下列说法中正确的是（　　）

A．公式中的m0是物体以速度v运动时的质量

B．当物体运动速度v>0时，物体的质量m>m0，即物体的质量改变了，故经典力学不再适用

C．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速的速度运动时，质量变化才明显，故经典力学仅适用于低速运动，而不适用于高速运动

D．通常由于物体的速度太小，质量的变化不能引起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量变化

答案　CD

解析　公式中的m0是物体的静止时的质量，在v远小于光速时，经典力学依然成立，故A、B错，C、D对．

8．[对狭义相对论的理解]关于狭义相对论的说法，不正确的是（　　）

A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的

B．狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关

C．狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系

D．狭义相对论任何情况下都适用

答案　D

解析　狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，选项A正确；狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c（光速不变原理），与光源的运动无关，选项B正确；狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系，故选项C正确，D错误．

9．以下说法中正确的是（　　）

A．水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是光的干涉现象

B．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，并通过实验加以证实

C．某种介质中振源振动的越快，机械波传播的就越快

D．运动物体速度可以大于真空中的光速

答案　A

10．下列说法正确的是（　　）

A．雷达是利用无线电波测定物体位置的设备

B．用激光读取光盘上记录的信息是利用激光平行度好的特点

C．根据狭义相对论的基本原理，光速在不同的参考系中都是相同的

D．做简谐运动的质点所受的合外力总是指向平衡位置且大小恒定

答案　AB

11．

（1）下列说法正确的是（　　）

A．测定某恒星特定元素发出光的频率，对比地球上该元素的发光频率，可以推算该恒星远离地球的速度

B．无线电波没有偏振现象

C．红外线比无线电波更容易发生干涉和衍射现象

D．在一个确定的参考系中观测，运动物体上物理过程的时间进程跟物体运动速度有关

（2）相对论认为时间和空间与物质的速度有关；在高速前进的列车的中点处，某乘客突然按下手电筒，使其发出一道闪光，该乘客认为闪光向前、向后传播的速度相等，都为c，站在铁轨旁边地面上的观察者认为闪光向前、向后传播的速度________（填“相等”或“不相等”）．并且，车上的乘客认为，手电筒的闪光同时到达列车的前、后壁，地面上的观察者认为手电筒的闪光先到达列车的________（填“前”或“后”）壁．

答案　

（1）AD　

（2）相等　后

解析　

（1）测定某恒星特定元素发出光的频率，对比地球上该元素的发光频率，可以根据多普勒效应推算该恒星远离地球的速度，A正确；无线电波是横波，偏振现象是横波所特有的现象，故B错误；根据电磁波谱可知红外线波长比无线电波的波长短，因而更不容易发生干涉和衍射，故C错误．根据爱因斯坦相对论知，在一个确定的参考系中观测，运动物体上物理过程的时间进程跟物体运动速度有关，故D正确．

（2）车厢中的乘客认为，车厢是个惯性系，光向前、向后传播的速度相等，光源在车厢中央，闪光同时到达前、后两壁．地面上的观察者以地面是一个惯性系，光向前、向后传播的速度相等，向前传播的路程长些，到达前壁的时刻晚些．

高考模拟　明确考向

1．（2014·四川·2）电磁波已广泛运用于很多领域．下列关于电磁波的说法符合实际的是（　　）

A．电磁波不能产生衍射现象

B．常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机

C．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度

D．光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同

答案　C

解析　衍射现象是波的特有现象，A错误；常用的遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机，B错误；遥远天体和地球的距离发生变化时，遥远天体的电磁波由于相对距离发生变化而出现多普勒效应，所以能测出遥远天体相对地球的运动速度，C正确；光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值是相同的，即光速不变原理，D错误．

2．（2013·江苏单科·12B

（2））如图3所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v（v接近光速c）．地面上测得它们相距为L，则A测得两飞船间的距离________（选填“大于”、“等于”或“小于”）L.当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为________．

图3

答案　大于　c（或光速）

解析　狭义相对论的两个基本假设之一就是光速不变原理，因此A测得信号的速度仍等于c（或光速），根据长度的相对性得L＝L0

，即L0＝

>L，则A测得两飞船距离应大于L.

3．下列有关光纤及光纤通信的说法正确的是（　　）

A．光纤由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的小

B．光在光纤中的传输利用了全反射的原理

C．光纤通信是一种以光波为传输介质的通信方式，光波按其波长长短，依次可分为红外线光、可见光和紫外线光，但红外线光和紫外线光线光属不可见光，它们都不可用来传输信息

D．光波和无线电波同属电磁波，光波的频率比无线电波的频率低，波长比无线电波的波长大，在真空中传播的速度都为3×108m/s

答案　B

解析　光在光纤中的传输利用了光的全反射原理，内芯的折射比外套的大，选项A错误，选项B正确；只要是光波，就能在光纤中传播，选项C错误；光波的频率比无线电波的频率高，波长比无线电波的波长小，选项D错误．

4．下列说法正确的是（　　）

A．麦克斯韦预言了电磁波，且首次用实验证实了电磁波的存在

B．红外线是一种频率比紫外线还高的电磁波

C．在干燥环境下，用塑料梳子梳理头发后，来回抖动梳子能产生电磁波

D．“和谐号”动车组高速行驶时，在地面上测得的其车厢长度明显变短

答案　C

解析　麦克斯韦预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在，选项A错误；红外线的频率比紫外线低，选项B错误；在干燥环境下，用塑料梳子梳理头发后带电，来回抖动梳子能产生变化的电场，从而产生电磁波，选项C正确；“和谐号”动车组高速行驶时，在地面上测得的其车厢长度将略微变短，选项D错误．

5．下列说法不正确的是（　　）

A．麦克斯韦预言了光是横波，并且首次用实验验证了光是横波

B．高速运动的飞船中的宇航员发现地面的时钟变慢了

C．在磁场中做圆周运动的带电粒子会发出电磁波

D．过强或过长时间的紫外辐射、X射线或γ射线的作用，会对人体（眼镜、皮肤、血液、神经系统、生殖系统等）造成危害

答案　A

解析　麦克斯韦预言了光是电磁波，证明光是电磁波的是赫兹，马吕斯用光的偏振实验证明了光是横波，A错；由爱因斯坦的相对论可知，B对；在磁场中做圆周运动的带电粒子产生周期性变化的电场，变化的电场又会产生周期性变化的磁场，并向外传播，即会产生电磁波，C对；过强或过长时间的照射紫外线、X射线或γ射线，会对人体造成危害，D正确，所以本题选A.

练出高分

一、单项选择题

1．下列各选项中，不属于狭义相对论内容的是（　　）

A．光子的能量与光的频率成正比

B．物体的质量随着其运动速度的增大而增大

C．在不同的惯性参考系中，时间间隔具有相对性

D．在不同的惯性参考系中，长度具有相对性

答案　A

2．（2013·浙江·14）关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是（　　）

A．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息

B．手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波

C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同

D．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同

答案　B

解析　电磁波和声波都能传递信息，比如人们之间的语言交流，A选项错误；太阳光中的可见光属于电磁波，而“B超”中的超声波属于机械波，它们的传播速度不同，C选项错误；遥控器发出的红外线波长比X射线波长大得多，D选项错误，正确选项为B.

3．红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况．地球大气中的水汽（H2O）、二氧化碳（CO2）能强烈吸收某些波长范围的红外辐射，即地面物体发出的某些波长的电磁波只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收．图1为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况，由图可知，在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围为（　　）

图1

A．2.5～3.5μmB．4～4.5μm

C．5～7μmD．8～13μm

答案　D

解析　由题图可知，水对红外辐射吸收率最低的波长范围是8～13μm；二氧化碳对红外辐射吸收率最低的波长范围是5～13μm.综上可知，选D.

4．据报道，欧洲大型强子对撞机（LHC）已于2008年9月10日开启，并加速了第一批质子，该对撞机“开足马力”后能把数以百万计的粒子加速至30万千米每秒，相当于光速的99.9%，粒子流每秒可在隧道内狂飙11245圈，单束粒子能量可达7万亿电子伏特．下列说法正确的是（　　）

A．如果继续对粒子进行加速，粒子的速度将能够达到光速

B．如果继续对粒子进行加速，粒子的速度将能够超过光速

C．粒子高速运动时的质量将大于静止时的质量

D．粒子高速运动时的质量将小于静止时的质量

答案　C

解析　根据公式u＝

可知，物体的速度u不可能等于或大于光速，所以A、B错误；根据公式m＝

可知，高速运动的物体的质量m大于静止时的质量m0，所以C正确，D错误．

5．据《飞行国际》报道称，中国制造的首款具有“隐身能力”和强大攻击力的第四代作战飞机“歼－20”（如图2），于2011年1月11日12∶50进行了公开首飞．它的首飞成功标志着中国继美国和俄罗斯之后，成为世界上进入到第四代战机研发序列中的国家．隐形飞机的原理是：

在飞机研制过程中设法降低其可探测性，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击．根据你所学的物理知识，判断下列说法中正确的是（　　）

图2

A．运用隐蔽色涂层，无论距你多近，即使你拿望远镜也不能看到它

B．使用能吸收雷达电磁波的材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发现

C．使用吸收雷达电磁波涂层后，传播到复合金属机翼上的电磁波在机翼上不会产生感应电流

D．主要是对发动机、喷气尾管等因为高温容易产生紫外线辐射的部位采取隔热、降温等措施，使其不易被对方发现

答案　B

解析　隐形飞机的原理是在飞机制造过程中使用能吸收雷达电磁波的材料，使反射的雷达电磁波很弱，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，飞机在雷达屏幕上很难被发现，故只有B正确．

6．惯性系S中有一边长为l的正方形（如图A所示）．从相对S系沿x方向以接近光速的速度匀速飞行的飞行器上测得此正方形的图形是（　　）

答案　C

解析　根据相对性原理，当正方形沿x方向以接近光速的速度匀速飞行时，在运动方向上会出现长度收缩效应，而在垂直于运动方向上则不会出现长度收缩效应，故C正确．

7．如图3所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速的速度行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是（　　）

图3

A．同时被照亮B．A先被照亮

C．C先被照亮D．无法判断

答案　C

解析　列车上的观测者看到的是由B发出后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动靠近C，而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观测者，看到C先被照亮，故只有C正确．

二、多项选择题

8．关于电磁波及其应用，下列说法正确的是（　　）

A．麦克斯韦首先通过实验证实了电磁波的存在

B．电磁波是横波且能够发生干涉和衍射现象

C．电磁波的接收要经过调谐和调制两个过程

D．微波能使食物中的水分子热运动加剧从而实现加热的目的

答案　BD

9．列车上安装一个声源，发出一定频率的乐音．当列车与观察者都静止时，观察者记住了这个乐音的音调．在以下情况中，观察者听到这个乐音的音调比原来降低的是（　　）

A．观察者静止，列车向他驶来

B．观察者静止，列车离他驶去

C．列车静止，观察者靠近声源

D．列车静止，观察者远离声源

答案　BD

10．目前雷达发射的电磁波频率多在200MHz到1000MHz的范围内，下列关于雷达和电磁波说法正确的是（　　）

A．电磁波可由周期性非均匀变化的电场或磁场产生

B．电磁波可由恒定不变的电场或磁场产生的

C．测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离

D．波长越短的电磁波，反射性能越强

答案　ACD

解析　雷达是利用电磁波的反射原理制成的，电磁波可由周期性非均匀变化的电场和磁场产生，故B错误，A、C正确．电磁波的波长越短，反射性能越强，故D正确．

11．下列说法中正确的有（　　）

A．光速不变原理是：

真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的

B．变化的电场一定产生变化的磁场，变化的磁场一定产生变化的电场

C．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，则干涉条纹间距变宽

D．声源与观察者相对靠近，观察者所接收的频率大于声源发出的频率

答案　AD

12．下列说法正确的是（　　）

A．光的偏振现象说明光是纵波

B．相对论认为空间和时间与物质的运动状态无关

C．部队过桥不能齐步走，是为了避免桥梁发生共振现象

D．我们在地球上接收到自遥远星球发出光的波长变长，由此可知该星球正在远离我们

答案　CD

三、非选择题

13．雷达测距防撞控制系统（Distronic，简称DTR）是用脉冲电磁波来测定目标的位置和速度的设备，某机场引导雷达发现一架飞机正向雷达正上方匀速飞来，已知该雷达显示屏上相邻刻度线之间的时间间隔为1×10－4s，某时刻雷达显示屏上显示的波形如图4甲所示，A脉冲为发射波，B脉冲为目标反射波，经t＝170s后雷达向正上方发射和被反射的波形如图乙所示，则该飞机的飞行速度约为多少？

（c＝3×108m/s）

图4

答案　305.6m/s