高三一輪復(fù)習(xí)——光學(xué)

1、高三一輪復(fù)習(xí)高三一輪復(fù)習(xí)光學(xué)光學(xué)2015年年2月月光是一種物質(zhì)微粒光是一種物質(zhì)微粒反射反射折射折射光是一種波光是一種波干涉干涉衍射衍射偏振偏振光是一種橫波光是一種橫波光是一種電磁波光是一種電磁波麥克斯韋的預(yù)言麥克斯韋的預(yù)言赫茲的電火花實驗赫茲的電火花實驗光子說光子說光電效應(yīng)光電效應(yīng)光是一種概率波光是一種概率波光具有波粒二象性光具有波粒二象性實物粒子也具有波粒二象性實物粒子也具有波粒二象性物質(zhì)波物質(zhì)波光的認(rèn)識發(fā)展史光的認(rèn)識發(fā)展史反射定律與反射定律與折射定律折射定律全反射全反射發(fā)生全反射的條件發(fā)生全反射的條件光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；入射角大于等光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；入射角大于等于臨界角。于臨

2、界角。臨界角：當(dāng)入射角等于臨界角時，折射角等于臨界角：當(dāng)入射角等于臨界角時，折射角等于90。光從介質(zhì)射向真空光從介質(zhì)射向真空(空氣空氣)時，臨界角的計算時，臨界角的計算： sin 90/ sinC n sinC1/nCarcsin1/n應(yīng)用：光導(dǎo)纖維應(yīng)用：光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲，直徑光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲，直徑只有幾微米到幾百微米之間，由只有幾微米到幾百微米之間，由內(nèi)芯與內(nèi)芯與外套外套兩層組成。兩層組成。二者的折射率不同，內(nèi)二者的折射率不同，內(nèi)芯的折射率芯的折射率大大，外套的折射率，外套的折射率小小。(07北京理綜北京理綜17)光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)如圖，其內(nèi)的結(jié)構(gòu)如圖，其

3、內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播。以下芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播。以下關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法正確的是關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法正確的是 A內(nèi)芯的折射率比外套大，光傳播時在內(nèi)內(nèi)芯的折射率比外套大，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射芯與外套的界面上發(fā)生全反射B內(nèi)芯的折射率比外套小，光傳播時在內(nèi)內(nèi)芯的折射率比外套小，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射芯與外套的界面上發(fā)生全反射C內(nèi)芯的折射率比外套小，光傳播時在內(nèi)芯內(nèi)芯的折射率比外套小，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生折射與外套的界面上發(fā)生折射D內(nèi)芯的折射率與外套的相同，外套的材內(nèi)芯的折射率與外套的相同，外套的材料有韌性，可以起保護(hù)料有韌性，可以起

4、保護(hù)作用作用A紅紅紫紫偏偏向向角角折折射射率率頻頻率率同種同種介質(zhì)介質(zhì)中傳中傳播的播的速度速度波波長長臨臨界界角角小小大大小小大大小小大大大大小小大大小小大大小小1紫光由折射率為紫光由折射率為n的棱鏡進(jìn)入空氣，則下的棱鏡進(jìn)入空氣，則下列結(jié)論正確的是列結(jié)論正確的是A頻率為原來的頻率為原來的n倍，波長為原來的倍，波長為原來的1/nB波長為原來的波長為原來的n倍，波速為原來的倍，波速為原來的n倍倍C波速為原來的波速為原來的1/n，波長為原來的，波長為原來的n倍倍D頻率為原來的頻率為原來的1/n，波長為原來的，波長為原來的n倍倍2紅光在水中的波長與綠光在空氣中的紅光在水中的波長與綠光在空氣中的波長相等

5、，水對紅光的折射率為波長相等，水對紅光的折射率為4/3，則，則紅光與綠光的頻率之比為紅光與綠光的頻率之比為 3:43、如如圖所示，只含黃光和紫光的復(fù)色光束圖所示，只含黃光和紫光的復(fù)色光束PO，沿半徑方向射入空氣中的玻璃半圓柱后，沿半徑方向射入空氣中的玻璃半圓柱后，被分成兩光束被分成兩光束OA和和OB沿如圖所示方向射沿如圖所示方向射出則出則AOA為黃光，為黃光，OB為紫光為紫光 BOA為紫光，為紫光，OB為黃光為黃光 COA為黃光，為黃光，OB為復(fù)色光為復(fù)色光 DOA為紫光，為紫光，OB為為復(fù)色光復(fù)色光4如圖所示，一束紅光和一束紫光從空氣中如圖所示，一束紅光和一束紫光從空氣中以適當(dāng)?shù)慕嵌妊匕霃椒?/p>

6、向射向半圓形玻璃磚，以適當(dāng)?shù)慕嵌妊匕霃椒较蛏湎虬雸A形玻璃磚，恰好出射光線均沿恰好出射光線均沿OC方向，那么方向，那么AAO是紅光，穿過玻璃磚的時間較短是紅光，穿過玻璃磚的時間較短BBO是紅光，穿過玻璃磚的時間較長是紅光，穿過玻璃磚的時間較長CAO是紫光，穿過玻璃磚的時間較短是紫光，穿過玻璃磚的時間較短DBO是紫光，穿過玻璃磚的時間較長是紫光，穿過玻璃磚的時間較長5、a和和b都是厚度均勻的平玻璃板，它們之都是厚度均勻的平玻璃板，它們之間的夾角為間的夾角為。一細(xì)光束以入射角。一細(xì)光束以入射角從從P點射點射入，入，。已知此光束由紅光和藍(lán)光組成。已知此光束由紅光和藍(lán)光組成。則當(dāng)光束透過則當(dāng)光束透過b板

7、板后后A傳播方向相對于入射光方向向左偏轉(zhuǎn)傳播方向相對于入射光方向向左偏轉(zhuǎn)角角B傳播方向相對于入射光方向向右偏轉(zhuǎn)傳播方向相對于入射光方向向右偏轉(zhuǎn)角角C紅光在藍(lán)光的左邊紅光在藍(lán)光的左邊D紅光在藍(lán)光的紅光在藍(lán)光的右邊右邊光的干涉光的干涉雙縫干涉雙縫干涉1、頻率相同頻率相同，振動方向一致振動方向一致，相差恒定相差恒定的兩束光，在相遇的區(qū)域出現(xiàn)了穩(wěn)定相的兩束光，在相遇的區(qū)域出現(xiàn)了穩(wěn)定相間的加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域的現(xiàn)象。間的加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域的現(xiàn)象?，F(xiàn)象：現(xiàn)象：等間距等間距明暗相明暗相間的條間的條紋紋AB條紋條紋間距間距 Lxd 相鄰明紋間距相鄰明紋間距 Lxd 相鄰暗紋間距相鄰暗紋間距 干涉條紋等間距分布干

8、涉條紋等間距分布 白光白光的的干涉圖樣干涉圖樣明暗相間的彩色條紋；明暗相間的彩色條紋；中央為白色亮條紋；中央為白色亮條紋；干涉條紋是以中央亮紋為對稱點排列的；干涉條紋是以中央亮紋為對稱點排列的；在每條彩色亮紋中紅光總是在外側(cè)，紫光在每條彩色亮紋中紅光總是在外側(cè)，紫光在內(nèi)側(cè)。在內(nèi)側(cè)。 前表面前表面后表面后表面1、由于重力的作用，、由于重力的作用，肥皂薄膜將形成上肥皂薄膜將形成上薄下厚的薄下厚的楔形楔形。2、光從薄膜的前后、光從薄膜的前后兩個表面兩個表面反射反射出來出來兩列光波，這兩列兩列光波，這兩列光波的光波的頻率相同頻率相同，發(fā)生干涉。發(fā)生干涉。光的干涉光的干涉薄膜干涉薄膜干涉3、光程差為、光

9、程差為波長波長的整數(shù)倍的整數(shù)倍，形成，形成黃色的黃色的亮條紋亮條紋。4、光程差為、光程差為半波半波長的奇數(shù)倍長的奇數(shù)倍，形，形成成暗條紋暗條紋。5、在重力作用下，薄、在重力作用下，薄膜越來越薄。條紋間膜越來越薄。條紋間距變稀疏。距變稀疏。6、白光白光照射時，不同照射時，不同色光在不同位置相互色光在不同位置相互加強(qiáng)，因此是加強(qiáng)，因此是彩色條彩色條紋紋。7、膜越厚，不同色光、膜越厚，不同色光亮紋越密集，因此膜亮紋越密集，因此膜要要足夠薄足夠薄，才能看到，才能看到白光干涉條紋。白光干涉條紋。薄膜干涉薄膜干涉在技術(shù)上的應(yīng)用在技術(shù)上的應(yīng)用1、檢查物體表面的平整程度、檢查物體表面的平整程度楔形空氣楔形空氣

10、薄層薄層標(biāo)準(zhǔn)樣板標(biāo)準(zhǔn)樣板被檢測平面被檢測平面光在空氣層的上光在空氣層的上下表面發(fā)生反射，下表面發(fā)生反射，這這兩束反射光兩束反射光發(fā)發(fā)生干涉生干涉. .如果被檢測表面是平整的，將如果被檢測表面是平整的，將看到看到與底線平行與底線平行的干涉條紋的干涉條紋. .原因：原因：厚度相等的地方，光程厚度相等的地方，光程差一樣、干涉情況一樣，即某差一樣、干涉情況一樣，即某一厚度光疊加加強(qiáng)，該厚度全一厚度光疊加加強(qiáng)，該厚度全部加強(qiáng)，為亮紋；若疊加減弱，部加強(qiáng)，為亮紋；若疊加減弱，則為暗紋。則為暗紋。表面平整表面平整這樣的條紋說明什么？這樣的條紋說明什么？如果干涉條紋彎曲，說明工件表面不平。如果干涉條紋彎曲，說

11、明工件表面不平。設(shè)厚度為設(shè)厚度為 h 處為亮紋，由于該處下凹，厚度處為亮紋，由于該處下凹，厚度h 向向劈尖劈尖方向平移，條紋向方向平移，條紋向劈尖劈尖彎曲。彎曲。故條紋向故條紋向劈尖劈尖方向彎曲，該處為下凹。方向彎曲，該處為下凹。條紋向條紋向劈尖劈尖反方向反方向彎曲，該處為上凸。彎曲，該處為上凸。hh 即薄膜的厚度：即薄膜的厚度： 兩列反射光干涉相消，減小了反射光兩列反射光干涉相消，減小了反射光的能量，增強(qiáng)了透射光的能量，稱為增的能量，增強(qiáng)了透射光的能量，稱為增透膜。透膜。增透膜增透膜d =4膜膜2d =2膜膜2、增透膜：透鏡、增透膜：透鏡表面涂一層薄膜表面涂一層薄膜，當(dāng)薄膜前后兩當(dāng)薄膜前后兩

12、表面反射回來的光的路程差為：表面反射回來的光的路程差為： 3、牛頓環(huán)、牛頓環(huán)光光的衍射的衍射 1、光的、光的衍射：光衍射：光離開直線路徑繞過障礙離開直線路徑繞過障礙物，到達(dá)陰影里的現(xiàn)象叫做光的衍射現(xiàn)物，到達(dá)陰影里的現(xiàn)象叫做光的衍射現(xiàn)象。象。 2、明顯衍射的條件、明顯衍射的條件 障礙物障礙物或狹縫的尺寸比光的波長小或狹縫的尺寸比光的波長小或者跟波長相差不多。或者跟波長相差不多。3、物理意義：、物理意義： 光光的衍射現(xiàn)象證明光是一種波。的衍射現(xiàn)象證明光是一種波。 光的衍射光的衍射 單縫衍射單縫衍射 單單色色光光狹縫寬度可調(diào)狹縫寬度可調(diào)光屏光屏單縫單縫單縫衍射衍射圖樣單縫衍射衍射圖樣 1、單縫衍射條

13、紋特征、單縫衍射條紋特征中央中央亮紋寬而亮紋寬而亮亮 兩側(cè)兩側(cè)條紋亮紋較窄、較暗，且有條紋亮紋較窄、較暗，且有對稱性對稱性中央亮紋中央亮紋2、觀察下列衍射圖樣，分析衍射規(guī)律：、觀察下列衍射圖樣，分析衍射規(guī)律：波長波長一定，單縫越窄中央條紋越寬，一定，單縫越窄中央條紋越寬，條紋間距越大條紋間距越大。3、白光、白光單縫衍射：中央亮條紋為白色，單縫衍射：中央亮條紋為白色，兩側(cè)為彩色，且呈外紅內(nèi)紫兩側(cè)為彩色，且呈外紅內(nèi)紫4、干涉條紋與衍射條紋的區(qū)別干涉條紋與衍射條紋的區(qū)別 干涉干涉：等間距明暗相間條紋。：等間距明暗相間條紋。衍射衍射：中央亮紋較寬，兩邊：中央亮紋較寬，兩邊是對稱明暗相間的條紋，條是對稱

14、明暗相間的條紋，條紋寬度不等，間距不等。紋寬度不等，間距不等。 S屏上屏上出現(xiàn)清晰的光斑出現(xiàn)清晰的光斑光的光的衍射衍射圓孔衍射圓孔衍射 光沿直線傳播光沿直線傳播AB1、孔較大、孔較大時時：屏上出現(xiàn)光源倒立的像屏上出現(xiàn)光源倒立的像SAB小孔成像小孔成像2、孔減小、孔減小時時光沿直線傳播光沿直線傳播S屏上出現(xiàn)屏上出現(xiàn)衍射圖樣衍射圖樣AB光的衍射光的衍射3、孔較小、孔較小時時： 不只是狹縫和圓孔，各種不同形狀的物不只是狹縫和圓孔，各種不同形狀的物體都能使光發(fā)生衍射，以至使影的輪廓模糊體都能使光發(fā)生衍射，以至使影的輪廓模糊不清，其原因是光通過物體的邊緣而發(fā)生衍不清，其原因是光通過物體的邊緣而發(fā)生衍射的

15、結(jié)果歷史上曾有一個著名的衍射圖射的結(jié)果歷史上曾有一個著名的衍射圖樣樣泊松亮斑泊松亮斑四、圓盤衍射四、圓盤衍射 光的偏振光的偏振1 1、太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含、太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強(qiáng)度光，而且沿著各個方向振動的光波的強(qiáng)度都相同這種光叫做都相同這種光叫做自然光自然光 . .2 2、自然光通過第一個偏振片（叫做起偏器）、自然光通過第一個偏振片（叫做起偏器）之后，只有振動方向跟偏振片的透振方向之后，只有振動方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通過也就是說，通過第一致的光波才

16、能通過也就是說，通過第一個偏振片的光波，在垂直于傳播方向的一個偏振片的光波，在垂直于傳播方向的平面上，只沿著一個特定的方向振動這平面上，只沿著一個特定的方向振動這種光叫做種光叫做偏振光偏振光 橫波只沿著橫波只沿著某一個特定的方某一個特定的方向振動，稱為波向振動，稱為波的偏振只有橫的偏振只有橫波才有偏振現(xiàn)波才有偏振現(xiàn)象象3 3、通過第一個偏振片的偏振光再通過第二個、通過第一個偏振片的偏振光再通過第二個偏振片（稱為偏振片（稱為檢偏器檢偏器）時，如果兩個偏振）時，如果兩個偏振片的透振方向平行，那么，通過第一個偏片的透振方向平行，那么，通過第一個偏振光的振動方向跟第二個偏振片的透振方振光的振動方向跟第

17、二個偏振片的透振方向平行，透射光的強(qiáng)度最大向平行，透射光的強(qiáng)度最大4 4、如果兩個偏振片的透振方向垂直，那么，、如果兩個偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的振動方向跟第二個偏振片的透振偏振光的振動方向跟第二個偏振片的透振方向垂直，偏振光不能通過第二個偏振片，方向垂直，偏振光不能通過第二個偏振片，透射光的強(qiáng)度為零透射光的強(qiáng)度為零 所以，光是一種橫波 4.4.偏振現(xiàn)象的應(yīng)用偏振現(xiàn)象的應(yīng)用光電效應(yīng)光電效應(yīng)1 定義：在光的照射下，物體表面發(fā)出定義：在光的照射下，物體表面發(fā)出電子的電子的現(xiàn)象叫做現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。發(fā)射出來的光電效應(yīng)。發(fā)射出來的電子叫電子叫光電子光電子。原因：當(dāng)光照原因：當(dāng)光照射電子時，它

18、射電子時，它吸收光子能量，吸收光子能量，振動加劇，當(dāng)振動加劇，當(dāng)這個能量足夠這個能量足夠大時，就會是大時，就會是電子逸出，從電子逸出，從而發(fā)生光電效而發(fā)生光電效應(yīng)。應(yīng)。2、光電效應(yīng)規(guī)律、光電效應(yīng)規(guī)律1）光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，時間）光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，時間不超過不超過109s。2）任何金屬都有一個能產(chǎn)生光電效應(yīng)的）任何金屬都有一個能產(chǎn)生光電效應(yīng)的最低照射最低照射光頻率光頻率，叫做，叫做極限極限頻率。頻率。3）光電子的最大初動能隨入射光頻率的）光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大增大而增大，而，而與入射光強(qiáng)度無關(guān)。與入射光強(qiáng)度無關(guān)。4）光電流強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度）光電流強(qiáng)度與入射

19、光的強(qiáng)度成正比成正比。得出結(jié)論得出結(jié)論:光電效應(yīng)的發(fā)生光電效應(yīng)的發(fā)生與否，與與否，與光的強(qiáng)弱光的強(qiáng)弱無關(guān)，與無關(guān)，與照射照射時間的時間的長短長短無關(guān)，與無關(guān)，與光的頻率、光的頻率、金屬材料的種類有關(guān)。金屬材料的種類有關(guān)。陽極陽極陰極陰極真空玻璃管真空玻璃管電源電源光強(qiáng)決定的光強(qiáng)決定的飽和電流飽和電流頻率決定的頻率決定的遏制電壓遏制電壓48二、愛因斯坦的光電效應(yīng)方程二、愛因斯坦的光電效應(yīng)方程1、光子假說、光子假說 光是光是一束一束以速度以速度C運動運動著一粒一粒的粒子著一粒一粒的粒子流，每一個流，每一個光子所光子所帶能量帶能量 =h ，不同的頻，不同的頻率率 的光子具有不同的能量的光子具有不同的

20、能量。這些這些粒子就是粒子就是光量子，現(xiàn)稱光量子，現(xiàn)稱光子光子。2、光子、光子理論對光電效應(yīng)的理論對光電效應(yīng)的解釋解釋 光光不僅在發(fā)射和吸收時表現(xiàn)出量子性，不僅在發(fā)射和吸收時表現(xiàn)出量子性，而且在空間傳播時也表現(xiàn)出量子而且在空間傳播時也表現(xiàn)出量子性性提出提出了輻射的電磁場也具有量子性了輻射的電磁場也具有量子性。2max012hmvW由愛因斯坦光電效應(yīng)由愛因斯坦光電效應(yīng)方程方程2max012mvhW初動能與頻率初動能與頻率有關(guān)有關(guān)00hW0Wh極極限限頻率：頻率：00Wh得：得：50 1920年，美國物理學(xué)家康普頓在觀察年，美國物理學(xué)家康普頓在觀察X射線被物質(zhì)散射線被物質(zhì)散射時，發(fā)現(xiàn)射時，發(fā)現(xiàn)散射

21、散射線中含有線中含有波長波長發(fā)生發(fā)生變化變化了的成分。接著他了的成分。接著他用自制的用自制的X射線分光計射線分光計,測定了測定了X射線經(jīng)石墨沿不同方向的射線經(jīng)石墨沿不同方向的散射的定量關(guān)系散射的定量關(guān)系,并于并于1923年發(fā)表論文作出了解釋年發(fā)表論文作出了解釋.康普頓康普頓實驗裝置及結(jié)果實驗裝置及結(jié)果1 1 康普頓實驗裝置康普頓實驗裝置康普頓散射康普頓散射實驗的意義實驗的意義l支持了支持了“光量子光量子”概念，進(jìn)一步證實了概念，進(jìn)一步證實了l首次實驗證實了愛因斯坦提出的首次實驗證實了愛因斯坦提出的“光量子光量子具有動量具有動量”的的假設(shè)假設(shè) l證實了在微觀領(lǐng)域的單個碰撞事件中證實了在微觀領(lǐng)域的單個碰撞事件中，動，動量量和能量守恒定律仍然是成立的。和能量守恒定律仍然是成立的。康普頓獲得康普頓獲得1927年諾貝爾物理學(xué)獎。年諾貝爾物理學(xué)獎。 p = h /c = h / E = h hmc 2hmcp粒子性粒子性波動性波動性（具有能量）（具有能量）（具有頻率）（具有頻率）（具有動量）（具有動量）hph架起了粒子性與波動性之間的橋梁架起了粒子性與波動性之間的橋梁光光的波粒二象性的波粒二象性（具