2011高考物理知識點總結(jié)24光的波動性(光的本性

1、 光的波動性(光的本性)一、光的干涉現(xiàn)象兩列波在相遇的疊加區(qū)域，某些區(qū)域使得“振動”加強，出現(xiàn)亮條紋；某些區(qū)域使得振動減弱，出現(xiàn)暗條紋。振動加強和振動減弱的區(qū)域相互間隔，出現(xiàn)明暗相間條紋的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象叫光的干涉現(xiàn)象。二、產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件：兩列波頻率相同，振動步調(diào)一致(振動方向相同)，相差恒定。兩個振動情況總是相同的波源，即相干波源1.產(chǎn)生相干光源的方法（必須保證相同）。利用激光 (因為激光發(fā)出的是單色性極好的光)；分光法(一分為二)：將一束光分為兩束頻率和振動情況完全相同的光。(這樣兩束光都來源于同一個光源,頻率必然相等)下面4個圖分別是利用雙縫、利用楔形薄膜、利用空氣膜、利用平面鏡形成相

2、干光源的示意圖dSS /acb點(或縫)光源分割法：楊氏雙縫(雙孔)干涉實驗；利用反射得到相干光源：薄膜干涉利用折射得到相干光源：SS1S22雙縫干涉的定量分析 如圖所示，縫屏間距L遠(yuǎn)大于雙縫間距d，O點與雙縫S1和S2等間距，則當(dāng)雙縫中發(fā)出光同時射到O點附近的P點時，兩束光波的路程差為 =r2r1；由幾何關(guān)系得：r12=L2+(x)2， r22=L2+(x+)2.考慮到 Ld 和 Lx，可得 =.若光波長為，亮紋：則當(dāng)=k(k=0,1,2,) 屏上某點到雙縫的光程差等于波長的整數(shù)倍時，兩束光疊加干涉加強；暗紋：當(dāng)=(2k1) (k=0,1,2,)屏上某點到雙縫的光程差等于半波長的奇數(shù)倍時，兩

3、束光疊加干涉減弱，據(jù)此不難推算出： (1)明紋坐標(biāo) x=k (k=0，1，2，） (2)暗紋坐標(biāo) x=(2k1) (k=1，2，）測量光波長的方法 (3)條紋間距 x=. (縫屏間距L，雙縫間距d)用此公式可以測定單色光的波長。則出n條亮條紋(暗)條紋的距離a,相鄰兩條亮條紋間距用白光作雙縫干涉實驗時,由于白光內(nèi)各種色光的波長不同,干涉條紋間距不同,所以屏的中央是白色亮紋,兩邊出現(xiàn)彩色條紋。結(jié)論：由同一光源發(fā)出的光經(jīng)兩狹縫后形成兩列光波疊加產(chǎn)生當(dāng)這兩列光波到達(dá)某點的路程差為波長的整數(shù)倍時，即=k，該處的光互相加強，出現(xiàn)亮條紋；當(dāng)?shù)竭_(dá)某點的路程差為半波長奇數(shù)倍時，既=，該點光互相消弱，出現(xiàn)暗條紋

4、；條紋間距與單色光波長成正比 ()，所以用單色光作雙縫干涉實驗時，屏的中央是亮紋，兩邊對稱地排列明暗相同且間距相等的條紋用白光作雙縫干涉實驗時，屏的中央是白色亮紋，兩邊對稱地排列彩色條紋，離中央白色亮紋最近的是紫色亮紋。 原因：不同色光產(chǎn)生的條紋間距不同，出現(xiàn)各色條紋交錯現(xiàn)象。所以出現(xiàn)彩色條紋。將其中一條縫遮?。簩⒊霈F(xiàn)明暗相間的亮度不同且不等距的衍射條紋3薄膜干涉現(xiàn)象：光照到薄膜上，由薄膜前、后表面反射的兩列光波疊加而成劈形薄膜干涉可產(chǎn)生平行相間條紋，兩列反射波的路程差,等于薄膜厚度d的兩倍，即=2d。 由于膜上各處厚度不同，故各處兩列反射波的路程差不等。 若：=2d=n(n=1,2)則出現(xiàn)明

5、紋。 =2d=(2n-1)/2(n=1,2)則出現(xiàn)暗紋。 應(yīng)注意：干涉條紋出現(xiàn)在被照射面(即前表面)。后表面是光的折射所造成的色散現(xiàn)象。單色光明暗相間條紋，彩色光出現(xiàn)彩色條紋。薄膜干涉應(yīng)用：肥皂膜干涉、兩片玻璃間的空氣膜干涉、浮在水面上的油膜干涉、牛頓環(huán)、蝴蝶翅膀的顏色等。光照到薄膜上，由膜的前后表面反射的兩列光疊加?？吹侥ど铣霈F(xiàn)明暗相間的條紋。 (1)透鏡增透膜(氟化鎂)：透鏡增透膜的厚度應(yīng)是透射光在薄膜中波長的14倍。使薄膜前后兩面的反射光的光程差為半個波長，(T=2d=，得d=)，故反射光疊加后減弱。大大減少了光的反射損失，增強了透射光的強度，這種薄膜叫增透膜。光譜中央部分的綠光對人的視

6、覺最敏感，通過時完全抵消，邊緣的紅、紫光沒有顯著削弱。所有增透膜的光學(xué)鏡頭呈現(xiàn)淡紫色。從能量的角度分析E入=E反+E透+E吸。 在介質(zhì)膜吸收能量不變的前提下，若E反=0，則E透最大。增強透射光的強度。 (2)“用干涉法檢查平面”：如圖所示，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢測平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的。 如果某處凸起來，則對應(yīng)明紋(或暗紋)提前出現(xiàn)，如圖甲所示；如果某處凹下，則對應(yīng)條紋延后出現(xiàn)，如圖乙所示。 (注：“提前”與“延后”不是指在時間上，而是指由左向右的順序位置上。 )注意：由于發(fā)光物質(zhì)的特殊性，任何獨立的兩列光疊加均不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。只有采用特殊方

7、法從同一光源分離出的兩列光疊加才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。4光的波長、波速和頻率的關(guān)系vf。光在不同介質(zhì)中傳播時，其頻率f不變，其波長與光在介質(zhì)中的波速v成正比色光的顏色由頻率決定，頻率不變則色光的顏色也不變。二、光的衍射。1.光的衍射現(xiàn)象是光離開直線路徑而繞到障礙物陰影里的現(xiàn)象 單縫衍射：中央明而亮的條紋，兩側(cè)對稱排列強度減弱，間距變窄的條紋。 圓孔衍射：明暗相間不等距的圓環(huán)，（與牛頓環(huán)有區(qū)別的）2.泊松亮斑：當(dāng)光照到不透光的極小圓板上時，在圓板的陰影中心出現(xiàn)的亮斑。當(dāng)形成泊松亮斑時，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)?！救の豆适隆糠▏鴶?shù)學(xué)家柏松(波動學(xué)說反對者)菲涅耳的光波

8、動理論推算出圓板陰影中心應(yīng)有一個亮斑。由于從來沒人報道這件事情，當(dāng)時的實驗條件也無法在影子的中央找到亮斑，似乎十分茺謬的。柏松以為駁倒了菲涅耳的波動理論，事于愿違：后來實驗的精確和改進，在圓板影的中心確實找到了這樣一個亮斑。這一亮斑的發(fā)現(xiàn)，柏松反而為光的波動理論幫了大忙，光的波動理論反而被確切無疑證實了。3.各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射。至使輪廓模糊不清，4.產(chǎn)生明顯衍射的條件：障礙物(或孔)的尺寸可以跟波長相比，甚至比波長還小。(當(dāng)障礙物或孔的尺寸小于0.5mm時，有明顯衍射現(xiàn)象)d300 當(dāng)d=0.1mm=1300時看到的衍射現(xiàn)象就很明顯了。小結(jié)：光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加

9、的結(jié)果，但存在明顯的區(qū)別：單色光的衍射條紋與干涉條紋都是明暗相間分布，但衍射條紋中間亮紋最寬，兩側(cè)條紋逐漸變窄變暗，干涉條紋則是等間距，明暗亮度相同。 白光的衍射條紋與干涉條紋都是彩色的。意義：干涉和衍射現(xiàn)象是波的特征：證明光具有波動性。大，干涉和衍射現(xiàn)明顯，越容易觀察到現(xiàn)象。衍射現(xiàn)象表明光沿直線傳播只是近似規(guī)律，當(dāng)光波長比障礙物小得多和情況下(條件)光才可以看作直線傳播。(反之)在發(fā)生明顯衍射的條件下，當(dāng)窄縫變窄時，亮斑的范圍變大，條紋間距離變大，而亮度變暗。光的直進是幾何光學(xué)的基礎(chǔ)，光的衍射現(xiàn)象并沒有完全否認(rèn)光的直進，而是指出光的傳播規(guī)律受一定條件制約的，任何物理規(guī)律都受一定條件限制。(光

10、學(xué)顯微鏡能放大2000倍，無法再放大，再放大衍射現(xiàn)象明顯了。)(以下新教材適用)三.光的偏振橫波只沿某個特定方向振動，這種現(xiàn)象叫做波的偏振。只有橫波才有偏振現(xiàn)象。根據(jù)波是否具有偏振現(xiàn)象來判斷波是否橫波，實驗表明，光具有偏振現(xiàn)象，說明光波是橫波。光振動垂直于紙面光振動在紙面（1）自然光。太陽、電燈等普通光源直接發(fā)出的光，包含垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿各個方向振動的光波的強度都相同，這種光叫自然光。自然光通過偏振片后成形偏振光。（2）偏振光。自然光通過偏振片后，在垂直于傳播方向的平面上，只沿一個特定的方向振動，叫偏振光。自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，如果光的入射方向合適，使反射和折射

11、光之間的夾角恰好是90，這時，反射光和折射光就都是偏振光，且它們的偏振方向互相垂直。我們通?？吹降慕^大多數(shù)光都是偏振光。除了直接從光源發(fā)出的光外。偏振片(起偏器)由特定的材料制成，它上面有一個特殊方向(透振方向)只有振動方向和透振方向平行的光波才能通過偏振片。（3）只有橫波才有偏振現(xiàn)象。光的偏振也證明了光是一種波，而且是橫波。各種電磁波中電場E的方向、磁場B的方向和電磁波的傳播方向之間，兩兩互相垂直。（4）光波的感光作用和生理作用主要是由電場強度E引起的，因此將E的振動稱為光振動。（5）應(yīng)用：立體電影、照相機的鏡頭、消除車燈的眩光等。四、麥克斯韋光的電磁說 1、光的干涉與衍射充分地表明光是一種

12、波，光的偏振現(xiàn)象又進一步表明光是橫波。提出光電磁說的背景：麥克斯韋對電磁理論的研究預(yù)言了電磁波的存在，并得到電磁波傳播速度的理論值3.11108m/s，這和當(dāng)時測出的光速3.15108m/s非常接近，在此基礎(chǔ)上麥克斯韋提出了光在本質(zhì)上是一種電磁波這就是所謂的光的電磁說。光電磁說的依據(jù)：赫茲在電磁說提出20多年后，用實驗證實了電磁波的存在，測得電磁波的傳播速度確實等于光速，并測出其波長與頻率，并且證明了電磁波也能產(chǎn)生反射、折射、衍射、干涉、偏振等現(xiàn)象。用實驗證實了光的電磁說的正確性。光電磁說的意義：揭示了光的電磁本性，光是一定頻率范圍內(nèi)的電磁波；把光現(xiàn)象和電磁學(xué)統(tǒng)一起來，說明光與電和磁存在聯(lián)系。

13、說明了光能在真空中傳播的原因：電磁場本身就是物質(zhì)，不需要別的介質(zhì)來傳遞。電磁波譜：按波長由大到小的順序排列為：無線電波、紅外線、可見光(七色)、紫外線、X射級、射線，除可見光外，相鄰波段間都有重疊。各種電磁波產(chǎn)生的基理、性質(zhì)差別、用途。電磁波種類無線電波紅外線可見光紫外線倫琴射線射線頻率(Hz)1043101210123.910143.910147.510147.5101451016310163102031019以上真空中波長(m)3101410431047.71077.710741074107610910810121011以下組成頻率波波長：大小 波動性：明顯不明顯 頻率：小大 粒子性：不明

14、顯明顯觀察方法無線電技術(shù)利用熱效應(yīng) 激發(fā)熒光 利用貫穿本領(lǐng)照相底片感光（化學(xué)效應(yīng)）核技術(shù)各種電磁波的產(chǎn)生機理LC電路中自由電子的的振蕩原子的外層電子受到激發(fā)原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)原子核受到激發(fā)特性波動性強熱效應(yīng)引起視覺化學(xué)作用、熒光效應(yīng)、殺菌貫穿作用強貫穿本領(lǐng)最強用途通訊，廣播，導(dǎo)航加熱烘干、遙測遙感，醫(yī)療，導(dǎo)向等照明，照相，加熱日光燈，黑光燈手術(shù)室殺菌消毒，治療皮膚病等檢查探測，透視，治療等探測，治療等從無線電波到射線，都是本質(zhì)上相同的電磁波，它們的行服從同的波動規(guī)律。由于頻率和波長不同，又表現(xiàn)出不同的特性：波長大(頻率小)干涉、衍射明顯，波動性強?，F(xiàn)在能在晶體上觀察到射線的衍射圖樣了。除了

15、可同光外，上述相鄰的電磁波的頻率并不絕對分開，但頻率、波長的排列有規(guī)律。(3)紅外線、紫外線、X射線的性質(zhì)及應(yīng)用。種 類產(chǎn) 生主要性質(zhì)應(yīng)用舉例紅外線一切物體都能發(fā)出熱效應(yīng)遙感、遙控、加熱紫外線一切高溫物體能發(fā)出化學(xué)效應(yīng)熒光、殺菌、合成VD2X射線陰極射線射到固體表面穿透能力強人體透視、金屬探傷 實驗證明：物體輻射出的電磁波中輻射最強的波長m和物體溫度T之間滿足關(guān)系m T = b（b為常數(shù)）?？梢姼邷匚矬w輻射出的電磁波頻率較高。在宇宙學(xué)中，可以根據(jù)接收到的恒星發(fā)出的光的頻率，分析其表面溫度?？梢姽猓侯l率范圍是3.9-7.51014Hz，波長范圍是400-770nm。五、光譜和光譜分析（可用光譜管

16、和分光鏡觀察）由色散形成的，按頻率的順序排列而成的彩色光帶叫做光譜1發(fā)射光譜 (1)連續(xù)光譜：包含一切波長的光，由熾熱的固體、液體及高壓氣體發(fā)光產(chǎn)生；(2)明線光譜：又叫原子光譜，只含原子的特征譜線由稀薄氣體或金屬蒸氣發(fā)光產(chǎn)生。2吸收光譜：連續(xù)光通過某一物質(zhì)被吸收一部分光后形成的光譜，能反映出原子的特征譜線每種元素都有自己的特征譜線，根據(jù)不同的特征譜線可確定物質(zhì)的化學(xué)組成，光譜分析既可用明線光譜，也可用吸收光譜六.激光的主要特點及應(yīng)用(1)激光是人工產(chǎn)生的相干光，可應(yīng)用于光纖通信。普通光源發(fā)出的光是混合光，激光頻率單一，相干性能好非常好，顏色特別純。(2)平行度和方向性非常好。應(yīng)用于激光測距雷達(dá)，可精確測距(s=ct/2)、測速、目標(biāo)跟蹤、激光光盤、激光致熱切割、激光核驟變等。(