第十六章 光的本性

1、【光的本性光的本性】（十六）（十六）高高 考考 復復 習習( (牛牛 頓頓) )微粒說微粒說( (惠更斯惠更斯) )波動說波動說德布羅意的波粒德布羅意的波粒二象性學說二象性學說一、光的發(fā)展史一、光的發(fā)展史: :麥克斯韋電磁說麥克斯韋電磁說愛因斯坦光子說愛因斯坦光子說二、光的波動性：二、光的波動性：1、 光的干涉光的干涉頻率相同，振動情況相同的兩列波。頻率相同，振動情況相同的兩列波。干涉條件：干涉條件：雙縫干涉：雙縫干涉：獲得方法：把一個光源發(fā)出的光分成兩列光獲得方法：把一個光源發(fā)出的光分成兩列光單色光源在屏上出現明暗相間的單色光源在屏上出現明暗相間的等距等距干干涉條紋。涉條紋。r相鄰兩亮（或暗

2、）相鄰兩亮（或暗）條紋間距：條紋間距： dlx ）亮條紋）亮條紋、（若若.210 nnr ）暗條紋）暗條紋、（若若.2102 nnr 復色光干涉，彩色條紋，中間是本色。復色光干涉，彩色條紋，中間是本色。白色光干涉，彩色條紋，中間是白色。白色光干涉，彩色條紋，中間是白色。例題例題1：(97全國全國)在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋若在雙縫中的一在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光只能透過紅光)，另一縫前放一，另一縫前放一綠色濾光片綠色濾光片(只能透過綠光只能透過綠光)，這時，這時（

3、 ） A.只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其它顏色只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其它顏色的雙縫干涉條紋消失的雙縫干涉條紋消失 B.紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其它顏色的紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其它顏色的雙縫干涉條紋依然存在雙縫干涉條紋依然存在 C.任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮有光亮 D.屏上無任何光亮屏上無任何光亮c薄膜干涉：薄膜干涉：原理：原理： 薄膜的前后表面反射回的兩薄膜的前后表面反射回的兩列波發(fā)生干涉。列波發(fā)生干涉。薄膜厚度不同，不同位置兩列波光程薄膜厚度不同，不同位置兩列波光程差不同，形成明暗條紋。差不同，形成明暗條紋。

4、白光白光彩色條紋彩色條紋應用：應用：a、空氣薄膜；、空氣薄膜；b、在空氣膜上下表面反射的波發(fā)生干涉、在空氣膜上下表面反射的波發(fā)生干涉c、條紋平行則表面平整；、條紋平行則表面平整； 不平行則表面不平。不平行則表面不平。（2 2）增透膜：）增透膜：a、增強透射光，減弱反射光、增強透射光，減弱反射光b b、要求增透膜的厚度是入射光在薄膜、要求增透膜的厚度是入射光在薄膜 介質中波長的四分之一介質中波長的四分之一c c、涂有增透膜的光學鏡頭呈淡紫色、涂有增透膜的光學鏡頭呈淡紫色 例題例題2：如圖中所示是用于干涉法檢查某塊厚玻如圖中所示是用于干涉法檢查某塊厚玻璃的上表面是否平的裝置，所用單色光是用普通璃的

5、上表面是否平的裝置，所用單色光是用普通光源加濾光片產生的，檢查中所觀察到的干涉條光源加濾光片產生的，檢查中所觀察到的干涉條紋，是由下列哪個表面反射的光線疊加而成的紋，是由下列哪個表面反射的光線疊加而成的( ) A. a的上表面和的上表面和b的下表面的下表面 B. a的上表面和的上表面和b的上表面的上表面 C. a的下表面和的下表面和b的下表面的下表面 D. a的下表面和的下表面和b的上表面的上表面D例題例題3：(03上海上海) 劈尖干涉是一種薄膜干涉，其劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖裝置如圖1所示。將一塊平板玻璃放置在另一平板所示。將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，

6、從而在兩玻璃玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜。當光垂直入射表面之間形成一個劈形空氣薄膜。當光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖后，從上往下看到的干涉條紋如圖2所示。干涉條所示。干涉條紋有如下特點：任意一條明條紋或暗條紋所在紋有如下特點：任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；任意相鄰明條紋或位置下面的薄膜厚度相等；任意相鄰明條紋或暗條紋所對應的薄膜厚度差恒定?，F若在圖暗條紋所對應的薄膜厚度差恒定?，F若在圖1裝置裝置中抽去一張紙片，則當光垂中抽去一張紙片，則當光垂直入射到新的劈形空氣薄膜直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉后，從上往

7、下觀察到的干涉條紋條紋 A.變疏變疏B.變密變密C.不變不變D.消失消失A圖圖1 1（俯視圖）（俯視圖）圖圖2 2光發(fā)生光發(fā)生明顯衍射明顯衍射的條件：的條件：障礙物或孔、縫的尺寸比光的波長小，障礙物或孔、縫的尺寸比光的波長小，或與波長差不多?；蚺c波長差不多。單縫衍射：單縫衍射：明暗相間不等間距的條紋，明暗相間不等間距的條紋，中央亮紋寬而亮中央亮紋寬而亮縫越窄，波長越長，衍射越明顯。縫越窄，波長越長，衍射越明顯。白光衍射，彩色條紋，中央白色白光衍射，彩色條紋，中央白色2 2、光的衍射：、光的衍射：光能繞過障礙物傳播的現象。光能繞過障礙物傳播的現象。圓孔衍射：圓孔衍射：圓盤衍射：圓盤衍射：3、光的

8、偏振：、光的偏振：說明光是一種波，說明光是一種波，而且是一種橫波。而且是一種橫波。例題例題3B：( 07全國卷全國卷)如圖，如圖，P是偏振片，是偏振片，P的透振的透振方向（用帶有箭頭的實線表示）為豎直方向。下列四方向（用帶有箭頭的實線表示）為豎直方向。下列四種入射光束中，哪幾種照射種入射光束中，哪幾種照射P時能在時能在P的另一側觀察到的另一側觀察到透射光？（透射光？（ ）A.太陽光太陽光 B.沿豎直方向振動的光沿豎直方向振動的光C.沿水平方向振動的光沿水平方向振動的光 D.沿與豎直方向成沿與豎直方向成45角振動的光角振動的光P光束光束ABD偏振現象分析：偏振現象分析：例題例題4：(00上海上海

9、)如圖所示為單色如圖所示為單色光源發(fā)出的光經光源發(fā)出的光經一狹縫照射到光一狹縫照射到光屏上，可觀察到屏上，可觀察到的圖像是（的圖像是（ ）A例題例題5：（：（01上海）上海）圖中圖中 A、B兩幅圖是由單色光兩幅圖是由單色光分別射到圓孔而形成的圖像，其中圖分別射到圓孔而形成的圖像，其中圖A是光的是光的_（填干涉或衍射）圖像。由此可以判斷出圖（填干涉或衍射）圖像。由此可以判斷出圖A所對所對應的圓孔的孔徑應的圓孔的孔徑_（填大（填大于或小于）圖于或小于）圖B所對應的圓孔所對應的圓孔的孔徑。的孔徑。 答案衍射，小于答案衍射，小于 無線電波無線電波 微波微波紅外線紅外線可見光可見光紫外線紫外線倫琴射線倫

10、琴射線 射線射線 f 產生產生機理機理特特性性 用用途途波長越長，越容易干涉和衍射。波長越長，越容易干涉和衍射。如：無線電波。如：無線電波。逐漸減小逐漸減小逐漸增大逐漸增大LC回路中的回路中的電磁振蕩電磁振蕩原子外層電子受激發(fā)原子外層電子受激發(fā)原子內層電原子內層電子受激發(fā)子受激發(fā)原子核原子核受激發(fā)受激發(fā)波動性強波動性強熱效應熱效應引起引起視覺視覺化學作用化學作用熒光效應熒光效應殺菌殺菌貫穿作貫穿作用強用強貫穿本貫穿本領最強領最強廣播通訊廣播通訊無線電技無線電技術術微微波波爐爐加熱加熱探測溫度探測溫度遙控遙控遙感遙感照明照明攝影攝影感光技術感光技術幫助吸收幫助吸收鈣質鈣質消毒消毒透視透視探傷探傷

11、化療化療探傷探傷3、光的電磁說：、光的電磁說：不同色光不同色光(電磁波電磁波)在真空中的速度相同為在真空中的速度相同為C不同色光不同色光(電磁波電磁波)對同種介質的折射率不同；對同種介質的折射率不同；頻率越高折射率越大；頻率越高在介質中的速頻率越高折射率越大；頻率越高在介質中的速度越??；度越??；電磁波的傳播規(guī)律：電磁波的傳播規(guī)律：例題例題6：(99全國全國)一束單色光，在真空中波長為一束單色光，在真空中波長為6.0010-7m,射入折射率為射入折射率為1.50的玻璃中，它在的玻璃中，它在此玻璃中的波長為此玻璃中的波長為 m，頻率是，頻率是 Hz。(真空中的光速是真空中的光速是3.00108m/

12、s)4.0010-7m; 5.001014Hz例題例題8：(04江蘇江蘇)下列關于紫外線的幾種說法中，下列關于紫外線的幾種說法中，正確的是（正確的是（ ）A.紫外線是一種紫色的可見光紫外線是一種紫色的可見光B.紫外線的頻率比紅外線的頻率低紫外線的頻率比紅外線的頻率低C.紫外線可使鈔票上的熒光物質發(fā)光紫外線可使鈔票上的熒光物質發(fā)光D.利用紫外線可以進行電視機等電器的遙控利用紫外線可以進行電視機等電器的遙控C例題例題7：下列說法中正確的是下列說法中正確的是( )A、真空中紅光的波長比紫光的?。?、真空中紅光的波長比紫光的??；B、玻璃對紅光的折射率比對紫光的大；、玻璃對紅光的折射率比對紫光的大；C、在

13、玻璃中紅光的傳播速度比紫光的大；、在玻璃中紅光的傳播速度比紫光的大；D、在真空中紅光的速度比紫光的速度大；、在真空中紅光的速度比紫光的速度大；C例題例題9：(00全國全國) 圖圖5所示為所示為X射線管的結構示意射線管的結構示意圖，圖，E為燈絲電源，要使射線管發(fā)出為燈絲電源，要使射線管發(fā)出X射線，須在射線，須在K、A兩電極間加上幾萬伏的直流高壓。下列說法兩電極間加上幾萬伏的直流高壓。下列說法中正確的是中正確的是( ) A.高壓高源正極應接在高壓高源正極應接在P點，點，X射線從射線從K極發(fā)出極發(fā)出B.高壓高源正極應接在高壓高源正極應接在P點，點，X射線從射線從A極發(fā)出極發(fā)出C.高壓高源正極應接在高

14、壓高源正極應接在Q點，點，X射線從射線從K極發(fā)出極發(fā)出D.高壓高源正極應接在高壓高源正極應接在Q點，點，X射線從射線從A極發(fā)出極發(fā)出DX射線的產生方法：射線的產生方法：高速電子撞擊固體高速電子撞擊固體表面；表面；1、在光的照射下物體發(fā)射電子的現象，、在光的照射下物體發(fā)射電子的現象， 叫做光電效應。叫做光電效應。 2、發(fā)射出來的電子叫做光電子，、發(fā)射出來的電子叫做光電子， 光電子形成的電流叫光電流。光電子形成的電流叫光電流。驗電器驗電器弧光燈弧光燈鋅板鋅板三、光的粒子性：三、光的粒子性： 光電效應：光電效應：3、光電效應的規(guī)律：、光電效應的規(guī)律：各種金屬都存在極限頻率，只有當入射光的各種金屬都存

15、在極限頻率，只有當入射光的頻率大于極限頻率時，才能產生光電效應。頻率大于極限頻率時，才能產生光電效應。光電子的最大初動能與入射光強度無關，光電子的最大初動能與入射光強度無關，只隨入射光頻率增大而增大。只隨入射光頻率增大而增大。光電效應的發(fā)生幾光電效應的發(fā)生幾乎是瞬時的。乎是瞬時的。當入射光的頻率大于當入射光的頻率大于極限頻率時，光電流的極限頻率時，光電流的強度與入射光的強度成強度與入射光的強度成正比。正比。例題例題10：（：（97上海）上海）如圖所示，一靜電計與鋅板如圖所示，一靜電計與鋅板相連，在相連，在A處用一弧光燈照鋅板，關燈后指針保持處用一弧光燈照鋅板，關燈后指針保持一定偏角。一定偏角。

16、(1)現用一帶負電的金屬小球與鋅板接觸，則靜電現用一帶負電的金屬小球與鋅板接觸，則靜電計指針偏角將計指針偏角將_。（增。（增“增大增大”“”“減小減小”或或“不變不變”）(2)使靜電計指針回到零，再用相同強度的鈉燈發(fā)使靜電計指針回到零，再用相同強度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，靜電計指針無偏轉，那么，若出的黃光照射鋅板，靜電計指針無偏轉，那么，若改用強度更大的紅外線照射鋅板，可觀察到靜電計改用強度更大的紅外線照射鋅板，可觀察到靜電計指針指針_（填（填“有有”或或“無無”）偏轉。）偏轉。 答案答案 (1)減小，減小，(2)無無 例題例題11：用綠光照射一光電管，能產生光電流，用綠光照射一光電管，能產

17、生光電流，現欲使光電子從陰極逸出時的最大初動能增大，現欲使光電子從陰極逸出時的最大初動能增大，下列哪種措施是正確的下列哪種措施是正確的 （ ） A、改用紅光照射、改用紅光照射 B、增大綠光的強度、增大綠光的強度 C、增加光照時間、增加光照時間 D、改用紫光照射、改用紫光照射D例題例題12：(06上海上海)利用光電管產生光電流的電路利用光電管產生光電流的電路如圖所示，電源的正極應接在如圖所示，電源的正極應接在 端端(填填“a”或或“b”)；若電流；若電流表讀數為表讀數為8A，則每秒從光電，則每秒從光電管陰極發(fā)射的管陰極發(fā)射的光電子至少是光電子至少是 個個(已知電子的電荷量為已知電子的電荷量為1.

18、610-19C)a，51013 4、光子說、光子說：（：（愛因斯坦）愛因斯坦）一個光子的能量一個光子的能量E跟光的頻率成正比。跟光的頻率成正比。 在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份 一份的，每一份叫做一個光子；一份的，每一份叫做一個光子； hE h=6.6310-34Jsh是普朗克常量是普朗克常量說明：說明：（1）每個光子的能量）每個光子的能量E只決定于光的頻率；只決定于光的頻率；（2）(在頻率不變的情況下在頻率不變的情況下)光強弱的不同，光強弱的不同， 是由于單位時間內發(fā)射光子數的多少不同。是由于單位時間內發(fā)射光子數的多少不同。逸出功逸出功若光子的能量恰好等

19、于逸出功：若光子的能量恰好等于逸出功：hW0 極限頻率極限頻率只與金屬有關只與金屬有關發(fā)生光電效應的條件：發(fā)生光電效應的條件：入射光的頻率大于極限頻率。入射光的頻率大于極限頻率。(用波長表述？用波長表述？)Wh0 5、光電效應方程：、光電效應方程：WhEk 光電子的最光電子的最大初動能大初動能與金屬有關與金屬有關光子能量光子能量使電子脫離某種金屬使電子脫離某種金屬所做功的最小值。所做功的最小值。補充例題：補充例題：某光電管的陰極是用金屬鉀制成的，它的某光電管的陰極是用金屬鉀制成的，它的逸出功為逸出功為2.21eV，用波長為，用波長為2.510-7m的紫外線照的紫外線照射陰極，已知真空中光速為射

20、陰極，已知真空中光速為3.0108m/s，元電荷為，元電荷為1.610-19C，普朗克常量為，普朗克常量為6.6310-34J s，求得，求得鉀的極限頻率和該光電管發(fā)射的光電子的最大初動能鉀的極限頻率和該光電管發(fā)射的光電子的最大初動能應分別是應分別是：（：（ ）A 5.31014HZ， 2.2J B 5.31014HZ， 4.410-19JC 3.31033HZ， 2.2J D 3.31033HZ， 4.410-19JB康普頓效應康普頓效應總結：總結：波動性波動性粒子性粒子性光的干涉光的干涉光的衍射光的衍射光電效應光電效應其余現象為波和粒子其余現象為波和粒子所共有所共有偏振現象偏振現象四、光的

21、波粒二象性四、光的波粒二象性光是一種波，也是一種粒子，光是一種波，也是一種粒子，具有波粒二象性。具有波粒二象性。光波是概率波光波是概率波大量光子顯示波動性，大量光子顯示波動性，個別光子顯示粒子性。個別光子顯示粒子性。低頻光子易顯波動性，低頻光子易顯波動性，高頻光子易顯粒子性。高頻光子易顯粒子性。物質波：物質波：(波粒二象性的另一體現波粒二象性的另一體現)任何一個運動著的物體任何一個運動著的物體都有一種波與它對應，都有一種波與它對應，波長是：波長是：ph 這種波叫物質波也這種波叫物質波也叫德布羅意波叫德布羅意波.例題例題13：（05年天津）現用電子顯微鏡觀測線度為年天津）現用電子顯微鏡觀測線度為

22、d的某生物大分子的結構。為滿足測量要求，將顯的某生物大分子的結構。為滿足測量要求，將顯微鏡工作時電子的德布羅意波長設定為微鏡工作時電子的德布羅意波長設定為d/n，其中，其中n1。已知普朗克常量。已知普朗克常量h、電子質量、電子質量m和電子電荷量和電子電荷量e，電子的初速度不計，則電子顯微鏡工作時電子的加電子的初速度不計，則電子顯微鏡工作時電子的加速電壓應為（速電壓應為（ ） D 313222enhmdB 222medhnA222men2hdC222med2hnD五、激光的特性及應用五、激光的特性及應用: 相干性好：通訊；干涉光源相干性好：通訊；干涉光源 平行度好：長距離精確測量平行度好：長距離精確測量 亮度高：加工堅硬材料亮度高：加工堅硬材料(2007廣東廣東)關于光的性質，下列說法正確的關于光的性質，下列說法正確的是是( )A光在介質中的速度大于光在真空中的速度光在介質中的速度大于光在真空中的速度B雙縫干涉說明光具有波動性雙縫干涉說明光具有波動性C光在同種介質中沿直線傳播光在同種介質中沿直線傳播D光的偏振現象說明光是縱波光的偏振現象說明光是縱波B高考題賞析高考題賞析(