2023學(xué)年完整公開課版1光的波動性

第2課時(shí)光的波動性●知識要點(diǎn)梳理1.光的干涉現(xiàn)象(1)光的干涉兩列光波在空間相遇時(shí)發(fā)生疊加，在某些區(qū)域總加強(qiáng)，在另一區(qū)域總減弱，從而出現(xiàn)明暗相間的條紋的現(xiàn)象叫光的干涉.(2)干涉的條件相干光源：頻率相同、相差恒定(步調(diào)差恒定)的兩束光.相干光源采用將一束光一分為二的方法獲得，或者采用人造激光.(3)楊氏雙縫干涉①相干條件：如圖若S1、S2光振動情況完全相同，則符合δ＝r2－r1＝x＝nλ(n＝0,1,2,3…)時(shí)，出現(xiàn)亮條紋；若S1、S2光振動情況完全相同，則符合δ＝r2－r1＝x＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3…)時(shí)，出現(xiàn)暗條紋.(注意：振動情況完全相反的加強(qiáng)減弱條件)其中d是兩狹縫之間的距離，L是兩狹縫到屏的距離，λ是光波的波長.②相鄰亮條紋(或相鄰暗條紋)之間的中央間距：Δx＝λ③雙縫干涉圖樣單色光：中央為明條紋，兩邊為等間距對稱分布明暗相間條紋；復(fù)合光：中央為明條紋，兩邊為等間距對稱分布彩色條紋.白光：中央為白色明條紋.(4)薄膜干涉①薄膜干涉的成因：由薄膜的前、后表面反射的兩列光波疊加而形成.②生活實(shí)例及應(yīng)用：a.液膜干涉：劈形薄膜干涉可產(chǎn)生平行明暗相間的條紋.b.固膜干涉：增透膜.膜的厚度：.增反膜：.c.氣膜干涉：檢查平整程度.待檢平面和標(biāo)準(zhǔn)平面之間的楔形空氣薄膜，用單色光進(jìn)行照射，入射光從空氣膜的上、下表面反射出兩列光波，形成干涉條紋，待檢平面若是平的，空氣膜厚度相同的各點(diǎn)就位于一條直線上，干涉條紋是平行的；反之，干涉條紋有彎曲現(xiàn)象.2.光的衍射現(xiàn)象(1)光的衍射光遇到障礙物時(shí)，偏離直線傳播方向而照射到陰影區(qū)域的現(xiàn)象叫做光的衍射.(2)明顯衍射的條件從理論上講衍射是無條件的，但需發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件：當(dāng)孔或障礙物的尺寸比光波的波長小，或者跟光波的波長相差不多時(shí)，光才發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象.(3)衍射圖樣①單縫衍射：單色光：中央是最寬的亮條紋，兩側(cè)為不等間隔的明暗相間的條紋；復(fù)合光：中央是最寬的亮條紋，兩側(cè)為不等間隔的彩色條紋，最靠近中央的是紫光，最遠(yuǎn)離中央的是紅光.注意：與雙縫干涉的干涉條紋不同的是：干涉條紋均勻分布，而衍射條紋的中央明紋較寬、較亮.②圓孔衍射：明暗相間的不等距圓環(huán).(4)泊松亮斑光照射到一個(gè)半徑很小的圓板后在圓板的陰影中心出現(xiàn)亮斑，這是光能發(fā)生衍射的有力證據(jù)之一.注意泊松亮斑與圓孔衍射條紋的區(qū)別：圖甲是泊松亮斑，圖乙是圓孔衍射條紋.(5)光的衍射的應(yīng)用用衍射光柵測定光波波長.3.光的偏振(1)自然光、偏振光自然光：從光源(如太陽、亮著的燈等)直接發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向的一切方向振動的光，而且沿著各個(gè)方向振動的光波的強(qiáng)度都相同.偏振光：①自然光通過偏振片后，在跟光傳播方向垂直的平面內(nèi)，光振動在某一方向較強(qiáng)而在另一些方向振動較弱，這樣的光叫偏振光.②自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，如果光的入射方向合適，使反射和折射光之間的夾角恰好是90°，這時(shí)的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.(2)光的偏振的物理意義光的偏振現(xiàn)象充分表明光波是橫波.因?yàn)槠瘳F(xiàn)象是橫波所特有的現(xiàn)象.(3)偏振光的應(yīng)用全息照相、立體電影等.4.激光(1)激光的特點(diǎn)主要特點(diǎn)有：相干性好；平行度好；亮度很高.①激光是一種人工相干光，兩束相同的激光在相遇區(qū)域疊加時(shí)，產(chǎn)生非常明顯的干涉現(xiàn)象；②激光具有非常好的平行度，激光在傳播很遠(yuǎn)的距離后仍然保持一定的強(qiáng)度；③激光具有很強(qiáng)的亮度，激光可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量.(2)激光的重要應(yīng)用應(yīng)用：通信、測距、光盤讀取、切割等.①由于激光是相干光，便于調(diào)制，常用來傳遞信息，光纖通信就是激光和光導(dǎo)纖維相結(jié)合的產(chǎn)物；②激光測距雷達(dá)、激光刻錄光盤等都是根據(jù)激光的平行度好的原理制成的；③利用激光在很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量的性質(zhì)，用激光來切割各種物體、焊接金屬及在硬質(zhì)材料上打孔、醫(yī)學(xué)上用激光做“光刀”來切開皮膚、切除腫瘤、“焊接”剝落的視網(wǎng)膜等，利用激光產(chǎn)生的高溫高壓引起核聚變.5.光的本性學(xué)說的發(fā)展史(1)牛頓的微粒說：認(rèn)為光是高速粒子流，它能解釋光的直進(jìn)、光的反射現(xiàn)象，不能解釋光的干涉、衍射現(xiàn)象.(2)惠更斯的波動說：認(rèn)為光是某種振動，以波的形式向四周傳播，它能解釋光的干涉、衍射現(xiàn)象，不能解釋光電效應(yīng)、光的直進(jìn).(3)麥克斯韋的電磁說：認(rèn)為光是電磁波，實(shí)驗(yàn)依據(jù)是電火花實(shí)驗(yàn)，證明了光與電磁波在真空中傳播速度相等，且都為橫波，能夠解釋光在真空中的傳播、光的干涉、衍射，不能解釋光電效應(yīng).(4)愛因斯坦的光子說：認(rèn)為光的傳播是一份一份的，每一份叫做光子，其能量與頻率成正比，即E＝hυ，能夠解釋光電效應(yīng)、光的直進(jìn)、光的反射，不能解釋光的干涉、衍射.(5)德布羅意的波粒二象性：認(rèn)為光既有粒子性，又有波動性，個(gè)別光子表現(xiàn)粒子性，大量光子表現(xiàn)波動性；光子頻率大的粒子性明顯，頻率小的波動性明顯.能夠解釋所有光現(xiàn)象.6.光的電磁說(1)內(nèi)容：光的本質(zhì)是電磁波.(2)意義：光的電磁說說明了光的電磁本質(zhì)，使人們認(rèn)識到光波與機(jī)械波的本質(zhì)不同，把光學(xué)和電磁學(xué)統(tǒng)一起來.(3)依據(jù)：光和電磁波的傳播都不需要介質(zhì)；光和電磁波在真空中的傳播速度相同，即c＝3×108m7.光電效應(yīng)(1)現(xiàn)象：在光的照射下，物體發(fā)射電子的現(xiàn)象，叫做光電效應(yīng).(2)光電效應(yīng)的規(guī)律：①任何一種金屬都有發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)；②光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，隨入射光的頻率增大而增大；③光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過10－9s；④當(dāng)入射光的頻率大于金屬極限頻率時(shí)，光電流強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比.(3)光子說：在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份稱為一個(gè)光子，光子的能量與其頻率成正比，即E＝hν.(4)光電效應(yīng)方程：①逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的最小值，即W＝hυ0；②光電效應(yīng)方程：Ek＝hυ－W.8康普頓效應(yīng)(1)康普頓效應(yīng)：即當(dāng)γ射線或X射線打在物質(zhì)上，與物質(zhì)中原子的核外電子發(fā)生相互作用，作用后產(chǎn)生散射光子和反沖電子的效應(yīng)；其作用過程為：當(dāng)入射X(γ)光子和原子內(nèi)一個(gè)軌道電子發(fā)生相互作用時(shí)，光子損失一部分能量，并改變運(yùn)動方向(散射光子)，電子獲得能量而脫離原子(反沖電子)，此種作用過程稱為康普頓效應(yīng).其結(jié)果是：產(chǎn)生了次級電子，反沖電子繼而將發(fā)生電子與物質(zhì)的相互作用.(2)意義：康普頓效應(yīng)是驗(yàn)證光的波粒二象性的重要物理實(shí)驗(yàn)之一.愛因斯坦光子理論圓滿解釋了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，而康普頓對康普頓效應(yīng)進(jìn)行了成功的解釋，使光量子說得到了實(shí)驗(yàn)的證明，更有力地證明了愛因斯坦光子理論的正確性.(3)康普頓效應(yīng)的解釋：經(jīng)典解釋(電磁波的解釋)：單色電磁波作用于比波長尺寸小的帶電粒子上時(shí)，引起受迫振動，向各方向輻射同頻率的電磁波.經(jīng)典理論解釋頻率不變的一般散射可以，但對康普頓效應(yīng)不能做出合理解釋；光子理論的解釋：①光子不僅有能量hυ，而且有動量h/λ；②模型：X射線光子與靜止的自由電子發(fā)生彈性碰撞；③在碰撞過程中能量、動量守恒.(4)康普頓效應(yīng)進(jìn)一步證實(shí)了光的粒子性.9.概率波在雙縫干涉圖樣中，不能肯定某個(gè)光子落在哪一點(diǎn)，即光子落在各點(diǎn)的概率是不一樣的.但光子落在明紋處的概率大，落在暗紋處的概率小.光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動規(guī)律確定，所以光波是一種概率波.10.光的波粒二象性(1)光既具有波動性，又有粒子性；大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性.(2)光子和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子一樣，具有能量和動量.與其他物質(zhì)相互作用時(shí)，粒子性起主導(dǎo)作用；在光的傳播過程中，光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的多少(概率)，由波動性起主導(dǎo)作用.(3)對不同頻率的光，頻率低、波長長的光，波動性特征顯著；而頻率高、波長短的光，粒子性特征顯著.11.不確定關(guān)系式，其中Δx表示粒子位置的不確定量，Δp表示粒子在x方向上的動量的不確定量.不確定關(guān)系式表明：(1)微觀粒子的坐標(biāo)測得愈準(zhǔn)確(Δx→0)，動量就愈不準(zhǔn)確(Δp→∞)；(2)微觀粒子的動量測得愈準(zhǔn)確(Δp→0)，坐標(biāo)就愈不準(zhǔn)確(Δx→∞).但這里要注意，不確定關(guān)系不是說微觀粒子的坐標(biāo)測不準(zhǔn)；也不是說微觀粒子的動量測不準(zhǔn)；更不是說微觀粒子的坐標(biāo)和動量都測不準(zhǔn)；而是說微觀粒子的坐標(biāo)和動量不能同時(shí)測準(zhǔn).●重點(diǎn)難點(diǎn)突破一、光的干涉的條件的理解光的干涉的條件是有兩個(gè)振動情況總是相同的波源，即相干波源（相干波源的頻率必須相同）.形成相干波源的方法有兩種：1.利用激光：因?yàn)榧す獍l(fā)出的是單色性極好的光.2．設(shè)法將同一束光分為兩束（這樣兩束光都來源于同一個(gè)光源，因此頻率必然相等）.下圖12-2-4分別是利用雙縫、楔形薄膜、空氣膜、平面鏡形成相干光源的示意圖.圖12-2-4【例2】如圖12-2-5所示，在暗室中從單色點(diǎn)光源S直接射到屏PP’上的一束圖12-2-5光在Sb和Sd之間，從圖12-2-5射到平面鏡MN再反射到屏PP’上的另一束光在Ma和Nc之間（S’是S在平面鏡MN的像）.關(guān)于這時(shí)屏PP’上是否可能出現(xiàn)明暗相間的條紋，下列說法正確的是（）A．不可能B．可能出現(xiàn)在a、b之間C．可能出現(xiàn)在b、c之間D．可能出現(xiàn)在c、d之間【解析】由于是S的像，可當(dāng)成兩個(gè)相干光源，從S發(fā)出的光射到bd區(qū)域，（似乎）從射出的光（其實(shí)是反射光）射到ac區(qū)域，故bc區(qū)為共同傳播的區(qū)域，即干涉區(qū)，必出現(xiàn)明暗相間的條紋.【答案】C【點(diǎn)撥】本題主要考查光的干涉條件，并利用平面鏡成像作圖找到相干光源和相干區(qū)域.要明白發(fā)生干涉時(shí)必須是兩束光相遇，即光束疊加.二、雙縫干涉中條紋間距和位置的判斷方法1.影響條紋間距的因素相鄰亮紋或相鄰暗紋的間距x與雙縫到屏的距離L成正比，與兩狹縫之間距離d成反比，與光的波長λ成正比，即.2.中央位置是亮紋還是暗紋的條件雙縫到光屏中央距離相等，光程差為零，如果兩光源振動完全一致，中央一定是亮紋，假如兩光源振動正好相反，則中央為暗紋.3.單色光顏色、頻率、波長的關(guān)系光的顏色由頻率決定，光的頻率由光源決定，在可見光中紅光頻率最低，紫光最高，真空中各色光速相同，由c=λv知，真空中紅光波長最大，紫光最?。纠?】頻率為6×1014HZ的單色光從S1和S2投射到屏上，并且S1與S2振動相同.若屏上的點(diǎn)P到S1與P到S2的路程差為3×10-6m，問P點(diǎn)是亮條紋還是暗條紋？設(shè)O為到S1和S2路程相等的點(diǎn)，則PO【解析】由公式得，滿足產(chǎn)生亮紋的條件，則P點(diǎn)將出現(xiàn)亮紋；又由解得k=6，可判斷PO間有6條暗紋，有5條亮紋（不包含P、O兩點(diǎn)）【點(diǎn)撥】本題考查干涉條紋是亮紋還是暗紋的形成條件，同時(shí)注意盡管機(jī)械波和光波的產(chǎn)生本質(zhì)不同，但都是波，具有共同的特性，它們的運(yùn)動變化規(guī)律很相似，研究方法和探索技巧同樣適用，這樣就可用研究機(jī)械波的方法、技巧、規(guī)律應(yīng)用到光波中去，實(shí)現(xiàn)知識的遷移，能力的提高.●熱點(diǎn)題型探究1.各種光現(xiàn)象的識別【例1】分析以下現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：(1)通過盛水的玻璃杯，在適當(dāng)?shù)慕嵌?，可看到彩色光?2)菜湯上的油花呈現(xiàn)彩色；(3)隔著帳?？催h(yuǎn)處的燈，見到燈周圍輻射彩色的光芒；(4)光線照在花布上，可以看見花布上的圖樣.【解析】(1)白光通過盛水的玻璃杯發(fā)生折射，產(chǎn)生色散，在適當(dāng)?shù)慕嵌?，各色光分離較大，可看到彩色光.(2)光經(jīng)過菜湯上油膜的上、下兩表面發(fā)生反射，兩列反射光波相互疊加，產(chǎn)生干涉條紋，因此菜湯上的油花呈現(xiàn)彩色.(3)遠(yuǎn)處發(fā)出的光經(jīng)過帳幔的縫隙，產(chǎn)生衍射，因此遠(yuǎn)處的燈周圍輻射彩色的光芒.(4)光線照在花布上看見花布的圖樣，是由于光的反射與吸收的結(jié)果.花布是由各種顏色的花紋組成的，當(dāng)白光照在花布上時(shí)紅色花紋反射紅光，吸收其他顏色的光，這樣我們在該位置只看到紅色.同理可以看到各種花紋反射的顏色.這樣可以看到花布的圖樣.【思維提升】題目中的四種現(xiàn)象都使觀察者看到彩色光，但它們產(chǎn)生彩色光的原因不盡相同，解答這類說理題要求我們善于透過現(xiàn)象抓住事物的本質(zhì).【拓展1】如圖所示為單色光源發(fā)出的光經(jīng)一狹縫照射到光屏上，可觀察到的圖像是(A)【解析】單色光源經(jīng)狹縫產(chǎn)生衍射，衍射圖樣是間距不等明暗相間，中央寬而亮，兩邊寬度和亮度逐漸降低的條紋，且兩邊明條紋的亮度迅速降低，只有A符合這些特點(diǎn).故本題答案為A.2.對相干光源的理解及干涉規(guī)律的實(shí)際應(yīng)用【例2】1801年，托馬斯·楊用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)研究了光波的性質(zhì).1834年，洛埃利用單面鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果(稱洛埃鏡實(shí)驗(yàn)).(1)洛埃鏡實(shí)驗(yàn)的基本裝置如圖所示，S為單色光源.M為一平面鏡.試用平面鏡成像作圖法在圖上畫出S經(jīng)平面鏡反射后的光與直接發(fā)出的光在光屏上相交的區(qū)域.(2)設(shè)光源S到平面鏡的垂直距離和到光屏的垂直距離分別為a和L，光的波長為λ，在光屏上形成干涉條紋.寫出相鄰兩條亮紋(或暗紋)間距離Δx的表達(dá)式.【解析】(1)根據(jù)平面鏡成像特點(diǎn)(對稱性)，先作出S在鏡中的像，畫出邊沿光線，范圍如圖所示.(2)要求記住楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中干涉條紋寬度與雙縫間距、縫屏距離、光波波長之間的關(guān)系Δx＝λ，因?yàn)閐＝2a，所以Δx＝λ【思維提升】對于雙縫干涉原理的理解是很重要的，關(guān)鍵是楊氏的“一分為二”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想.光源S在平面鏡中所成的像與S本身構(gòu)成了相干光源.要獲得穩(wěn)定的干涉，就是要找到相干光源.如還可以利用兩塊成很小角度的平面鏡的反射光進(jìn)行干涉實(shí)驗(yàn)等.【拓展2】在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果(BD)A.用白光作為光源，屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋B.用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋C.用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋D.用紫光作為光源，遮住其中一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)間距不等的條紋【解析】白光是由不同頻率單色光組成的復(fù)色光，各種色光都能形成明暗相間的條紋，各種色光都在中央條紋處形成亮條紋，從而復(fù)合成白色條紋，由于兩側(cè)條紋間距與各色光波長成正比，即紅光的亮條紋間寬度最大，紫光亮條紋間寬度最小，除中央條紋以外的其他條紋不能完全重合，這樣便形成了彩色干涉條紋，所以A錯(cuò)，B正確；當(dāng)兩縫用不同光照射時(shí)，兩光頻率不同，不是相干光，不能呈現(xiàn)彩色條紋，C錯(cuò)；遮住一縫，則為衍射實(shí)驗(yàn)，屏上將呈現(xiàn)間距不等的條紋，D正確.3.雙縫干涉中明暗條紋出現(xiàn)的條件及定量計(jì)算【例3】如圖所示是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，使用波長為600nm的橙色光源照射單縫S，在光屏中央P處觀察到亮條紋，在位于P點(diǎn)上方的P1點(diǎn)出現(xiàn)第一條亮紋中心(即P1到S1、S2的路程差為一個(gè)波長)，現(xiàn)換用波長為400nm的紫光源照射單縫，則()和P1仍為亮點(diǎn) 為亮點(diǎn)，P1為暗點(diǎn)為暗點(diǎn)，P1為亮點(diǎn) 、P1均為暗點(diǎn)【解析】從單縫S射出的光波被S1、S2兩縫分成的兩束光為相干光，由題意，屏中央P點(diǎn)到S1、S2距離相等，即由S1、S2分別射出的光到P點(diǎn)的路程差為零，因此是亮紋中心.因而，無論入射光是什么顏色的光，波長多大，P點(diǎn)都是中央亮紋中心.而P1點(diǎn)到S1、S2路程相差剛好是橙光的一個(gè)波長，即|P1S1－P1S2|＝600nm＝λ橙，則兩列光波到達(dá)P1點(diǎn)振動情況完全一致，振動得到加強(qiáng)，因此出現(xiàn)亮紋.當(dāng)換用波長為400nm的紫光時(shí)，|P1S1－P1S2|＝600nm＝，則兩列光波到達(dá)P1點(diǎn)時(shí)振動情況完全相反，即由S1、S2射出的光波到達(dá)P1點(diǎn)就相互消弱，因此，出現(xiàn)暗條紋.綜上所述，選項(xiàng)B正確.【答案】B【思維提升】判斷屏上某點(diǎn)為亮紋還是暗紋，要看該點(diǎn)到兩個(gè)光源(雙縫)的路程差與波長的比值，要記住路程差等于波長整數(shù)倍處為亮條紋，等于半波長的奇數(shù)倍處為暗條紋.還要注意這一結(jié)論成立的條件是：兩個(gè)光源情況完全相同.本題若頻率相同的兩相干光源，振動情況完全相反，那么P點(diǎn)仍然是中央亮條紋嗎？(答案：不是，為暗條紋.)【拓展3】雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，綠光通過單縫S后，投射到具有雙縫的擋板上，雙縫S1和S2與單縫S的距離相等，光通過雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋.屏上O點(diǎn)距雙縫S1和S2的距離相等，P點(diǎn)是距O點(diǎn)最近的第一條亮紋.如果將入射的單色光換成紅光或藍(lán)光，討論屏上O點(diǎn)及其上方的干涉條紋的情況是：①O點(diǎn)是紅光的亮條紋；②紅光的第一條亮條紋在P點(diǎn)的上方；③O點(diǎn)不是藍(lán)光的亮條紋；④藍(lán)光的第一條亮條紋在P點(diǎn)的上方.已知紅光波長大于綠光波長，綠光波長大于藍(lán)光的波長，據(jù)此判斷(A)A.只有①②正確 B.只有①④正確C.只有②③正確 D.只有③④正確【解析】由于O點(diǎn)到雙縫的光程差為零，所以為各種單色光的亮條紋，P點(diǎn)是綠光的第一亮條紋，因?yàn)棣思t>λ綠，Δx＝λ，所以紅光條紋間距大于綠光條紋間距.4.薄膜干涉規(guī)律的認(rèn)識與應(yīng)用【例4】劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖所示.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，從而在兩玻璃表面之間形成一個(gè)劈形空氣薄膜.當(dāng)光垂直入射后，從上往下看到干涉條紋如圖所示.干涉條紋有如下特點(diǎn)：(1)任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相鄰明條紋或暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定.現(xiàn)若在圖裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋()A.變疏 B.變密 C.不變 D.消失【解析】撤去一張紙片后，劈形空氣薄膜的劈勢減緩，相同水平距離上，劈勢厚度變化減小，以致干涉時(shí)波程差變化減小，條紋變寬，數(shù)量變少(變疏).【答案】A【思維提升】本題考查了對薄膜干涉的正確理解，特別是同一條紋對應(yīng)的空氣膜厚度相同這一知識的靈活運(yùn)用，考查了學(xué)生的應(yīng)用能力.【拓展4】登山運(yùn)動員在登雪山時(shí)要注意防止紫外線的過度照射，尤其是眼睛更不能長時(shí)間被紫外線照射，否則將會嚴(yán)重地?fù)p壞視力.有人想利用薄膜干涉的原理設(shè)計(jì)一種能大大減小紫外線對眼睛的傷害的眼鏡.他選用的薄膜材料的折射率為n＝，所要消除的紫外線的頻率為×1014Hz，那么它設(shè)計(jì)的這種“增反膜”的厚度至少是多少？【解析】“增反膜”與“增透膜”的區(qū)別是：“增透膜”是增強(qiáng)透射光的強(qiáng)度，“增反膜”卻是減弱透射光的強(qiáng)度，故“增反膜”的前后表面的兩反射光的光程差為波長的整數(shù)倍，×10－7m所以d＝＝×10－7m5.用雙縫干涉裝置測可見光波長的基本操作步驟及數(shù)據(jù)處理【例1】現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和濾光片E等光學(xué)元件，要把它們放在如圖所示光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長.(1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為：.(2)本實(shí)驗(yàn)的步驟有：①取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；②按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上；③用米尺測量雙縫到屏的距離；④用測量頭測量數(shù)條亮條紋間的距離.在操作步驟②時(shí)還應(yīng)注意和.(3)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖甲所示.然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，記下此時(shí)圖乙中手輪上的示數(shù)為mm，求得相鄰亮紋的間距Δx為mm.(4)【解析】(1)濾光片E是從白光選出單色紅光，單縫屏是獲取線光源，雙縫屏是獲得相干光源，最后成像在毛玻璃屏，所以排列順序?yàn)椋篊、E、D、B、A.(2)在操作步驟②時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)有：放置單縫、雙縫時(shí)，必須使縫平行；單縫、雙縫間距大約為5～10cm(3)測量頭的讀數(shù)：先讀整數(shù)刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可動刻度.題圖甲讀數(shù)為2.320mm，題圖乙讀數(shù)為13.870mmΔx＝mm＝2.310mm(4)由條紋間距公式Δx＝λ得：λ＝，代入數(shù)值得λ＝×10－7m＝660【答案】(1)C、E、D、B、A(2)放置單縫、雙縫時(shí)，必須使縫平行；單縫、雙縫間距離大約5～10cm(3)；(4)；660【思維提升】理解實(shí)驗(yàn)的原理能更容易解此題.【拓展1】用氦氖激光器進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，已知使用的雙縫間距離d＝mm，雙縫到屏的距離L＝m，測得屏上干涉條紋中相鄰亮條紋的間距是cm，則氦氖激光器發(fā)出的紅光的波長λ是多少？假如把整個(gè)裝置放入折射率是的水中，這時(shí)屏上的條紋間距是多少？【解析】由Δx＝·λ，可以得出紅光的波長λ＝·Δx＝m≈×10－7m激光器發(fā)出的紅光的波長是×10－7m.如果將整個(gè)裝置放入水中，激光器發(fā)出的紅光在水中的波長設(shè)為λ′，由光的特點(diǎn)可知：光在傳播過程中，介質(zhì)發(fā)生變化，波長和波速會發(fā)生改變，但頻率不變.由此可知＝，而＝n由λ′＝＝m≈×10－7m這時(shí)屏上條紋的間距是Δx′＝·λ′＝m≈×10－2m●熱點(diǎn)題型探究8.對光的波粒二象性的正確理解【例1】關(guān)于光的波粒二象性，下列說法正確的是()A.大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性B.光在傳播時(shí)往往表現(xiàn)出波動性，光跟物質(zhì)相互作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性C.頻率高的光波動性顯著，頻率低的光粒子性顯著D.光既有波動性又有粒子性，說明光既是波又是粒子【解析】光在一定條件下波動性顯著，在另一條件下的粒子性顯著.大量光子的產(chǎn)生的效果顯示波動性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果則顯示出粒子性，A對，B對.頻率高的光波長短，波動性不明顯，C錯(cuò).不能將光的波粒二象性理解成光既是波又是粒子，它既不同于宏觀概念中的波，也不同于宏觀概念的粒子，D錯(cuò).【答案】AB【思維提升】波動性和粒子性在宏觀領(lǐng)域看起來是相互對立的，但在微觀領(lǐng)域，一切微觀粒子都具有波粒二象性.【拓展1】如圖所示，與鋅板相連的驗(yàn)電器的鋁箔原來是張開的，現(xiàn)在讓弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后照射到鋅板，發(fā)現(xiàn)在鋅板上形成明暗相間的條紋，同時(shí)與鋅板相連的驗(yàn)電器的鋁箔張角變大，以上實(shí)驗(yàn)事實(shí)說明(A)A.光具有波粒二象性B.驗(yàn)電器的鋁箔原來帶負(fù)電C.鋅板上亮條紋是平行等寬度的D.若改用激光器發(fā)出的紅光照射鋅板，觀察到驗(yàn)電器的鋁箔張角則一定會變得更大【解析】當(dāng)弧光燈發(fā)出的紫外線經(jīng)過狹縫照在鋅板上，鋅板上形成明暗相間的條紋，發(fā)生衍射現(xiàn)象，中心條紋寬度最寬，說明光有波動性；同時(shí)與鋅板相連的驗(yàn)電器的鋁箔張角變大，發(fā)生了光電效應(yīng)，電子飛出，鋅板原來帶正電，說明光有粒子性.所以A正確，B、C錯(cuò)誤.紅光的頻率小于鋅板的極限頻率，不能發(fā)生光電效應(yīng)，D錯(cuò)誤.9.對光電效應(yīng)遵循的規(guī)律的理解及應(yīng)用【例2】對于光電效應(yīng)的解釋，下列選項(xiàng)正確的是()A.金屬內(nèi)每個(gè)電子可以吸收一個(gè)或一個(gè)以上的光子，當(dāng)它積累的動能足夠大時(shí)，就能從金屬表面逸出B.如果入射光子的能量小于金屬表面電子克服原子核的引力逸出時(shí)需做的最小功，光電效應(yīng)便不能發(fā)生C.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，光子的能量就越大，光電子的最大初動能也就越大D.由于不同金屬的逸出功不同，因此，使不同金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的入射光的最低頻率也不相同【解析】同一個(gè)電子是不可能實(shí)現(xiàn)雙光子吸收的，因同一個(gè)電子接收兩個(gè)光子的時(shí)間間隔相當(dāng)長，而金屬內(nèi)電子的碰撞又是極其頻繁的.兩次碰撞的時(shí)間間隔只有10－15s左右.所以一個(gè)電子接收一個(gè)光子后如不能立即逃逸出金屬表面，它來不及吸收第二個(gè)光子，原來吸收的能量就早已消耗殆盡了.可見電子吸收光子的能量不能累加，則A錯(cuò).不同金屬內(nèi)原子核對電子的束縛程度是不同的，因此電子逃逸出來克服原子束縛力做功不同，若光子的能量E＝hυ小于使金屬表面電子克服原子核引力逸出時(shí)所做功的最小值，那就不會有光電子逸出，即不會發(fā)生光電效應(yīng).可見要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子能量有一個(gè)最小值E0＝hυ0，這就對應(yīng)了一個(gè)極限頻率，則B對.同時(shí)注意到不同的金屬逸出功不同，則其產(chǎn)生光電效應(yīng)的最低頻率(即極限頻率)不同，則D對.如果光照射某金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，那么入射光線越強(qiáng)說明每秒照射到金屬表面單位面積上的光子數(shù)越多，這時(shí)產(chǎn)生的光電子數(shù)就越多，光電流就越大，但由于光子的能量是由光的頻率決定的，E＝hυ與光子數(shù)的多少無關(guān)，所以入射光的強(qiáng)度增大，但其頻率不改變時(shí)，光子的能量也不會改變，這時(shí)每個(gè)電子吸收光子的能量也不會增加，逸出的光電子的最大初動能就不會改變，故C錯(cuò).【答案】BD【思維提升】本題涉及光電效應(yīng)現(xiàn)象及其規(guī)律，旨在考查學(xué)生對基本概念和基本規(guī)律的理解和掌握程度.同學(xué)們往往容易把光強(qiáng)、光子能量、光電流強(qiáng)度混淆.因此，同學(xué)們應(yīng)特別注意兩條對應(yīng)關(guān)系線.解答本題的關(guān)鍵是找好對應(yīng)關(guān)系，只要掌握了這兩條對應(yīng)關(guān)系線，就不難解答本題.【拓展2】一細(xì)束平行光經(jīng)玻璃三棱鏡折射后分解為互相分離的三束光，分別照射到相同的金屬板a、b、c上，如圖所示.已知金屬板b有光電子放出，則可知(D)A.板a一定不放出光電子 B.板a一定放出光電子C.板c一定不放出光電子 D.板c一定放出光電子【解析】平行光經(jīng)三棱鏡后，分解為a、b、c三束光，從圖可以看出，色光a、b、c的偏折角關(guān)系為θa<θb<θc，所以折射率na<nb<nc，說明光的頻率υa<υb<υc.題中說色光b照射到金屬板有光電子放出，可斷定，色光b的頻率大于金屬板的極限頻率，因而色光c照射到金屬板一定放出光電子，選項(xiàng)D正確.但由于從題圖中無法知道υa比υb小多少，也無法判定υb比υ0(極限頻率)大多少，所以無法肯定υa與υ0的關(guān)系，因而不能肯定色光a照射到金屬板上一定放出光電子或一定不放出光電子.所以答案為D.10.光電效應(yīng)方程Ekm＝hυ－W的應(yīng)用【例3】如圖所示，陰極K用極限波長λ0＝μm的金屬線制成，用波長λ＝μm的綠光照射陰極K，調(diào)整兩個(gè)極板電壓，當(dāng)A板電壓比陰極高出V時(shí)，光電流達(dá)到飽和，電流表示數(shù)為μA，求：(1)每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時(shí)的最大初動能.(2)如果把照射陰極綠光的光強(qiáng)增大為原來的2倍，每秒鐘陰極發(fā)射的光電子和光電子飛出陰極的最大初動能.【解析】(1)光電流達(dá)到飽和時(shí)，陰極發(fā)射的光電子全部到達(dá)陽極A，陰極每秒鐘發(fā)射的光電子的個(gè)數(shù)n＝個(gè)＝×1012個(gè)根據(jù)愛因斯坦光電方程，光電子的最大初動能Ekm＝hυ－W＝h＝×10－34×3×108×J＝×10－20J(2)如果照射光的頻率不變，光強(qiáng)加倍，根據(jù)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，陰極每秒發(fā)射的光電子數(shù)n′＝2n＝8×1012個(gè)光電子的最大初動能仍然是Ekm＝×10－20J【思維提升】解答有關(guān)光電管和光電效應(yīng)的問題，要注意以下幾個(gè)方面：(1)決定光電子最大初動能的是入射光的頻率，決定光電流大小的是光強(qiáng)的大小.(2)光電效應(yīng)發(fā)射出的光電子由一極到達(dá)另一極，是電路中產(chǎn)生電流的條件.(3)搞清楚加在光電管兩極間的電壓對光電子起到了加速作用，還是減速作用.【拓展3】真空中有一平行板電容器，兩極板分別由鉑和鉀(其極限波長分別為λ1和λ2)制成，板面積為S，間距為d.現(xiàn)用波長為λ(λ1<λ<λ2)的單色光持續(xù)照射兩板內(nèi)表面，則電容器的最終帶電荷量Q正比于(D)A. B. C. D.【解析】當(dāng)電容器極板為最終電荷量時(shí)，兩板間電壓為截止電壓，即此時(shí)最大初動能完全用來克服電場力做功，末速度為0.則有h－h(huán)2＝eU又ν＝，C＝，U＝解得Q＝··由于為常數(shù)，故D項(xiàng)正確.●映射高考真題1、（2022天津6）．甲、乙兩單色光分別通過同一雙縫干涉裝置得到各自的干涉圖樣，設(shè)相鄰兩個(gè)亮條紋的中心距離為，若，則下列說法正確的是A．甲光能發(fā)生偏振現(xiàn)象，則乙光不能 B．真空中甲光的波長一定大于乙光的波長C．甲光的光子能量一定大于乙光的光子能量 D．在同一種均勻介質(zhì)中甲光的傳播速度大于乙光【解析】：考查光的綜合應(yīng)用．偏振現(xiàn)象是橫波特有的現(xiàn)象，甲乙都可以有偏振現(xiàn)象發(fā)生，A錯(cuò)；由，可知甲光的波長大于乙光，B正確；光子能量取決于光子的頻率，而光子頻率與波長成反比，C錯(cuò)；波速與波長之間同步變化，D正確．【答案】：BD●同步過關(guān)訓(xùn)練1．光通過各種不同的障礙物后會產(chǎn)生各種不同的衍射條紋，衍射條紋的圖樣與障礙物的形狀相對應(yīng)，這一現(xiàn)象說明()A．光是電磁波 B．光具有波動性C．光可以攜帶信息 D．光具有波粒二象性解析：衍射是波的特性之一，光通過障礙物產(chǎn)生衍射條紋，說明光具有波動性，故選B.光通過不同障礙物產(chǎn)生不同的衍射條紋，說明衍射條紋反映了障礙物的形狀，光可以攜帶信息，故選C.答案：BC2．有關(guān)偏振和偏振光的下列說法中不正確的有()A．只有電磁波才能發(fā)生偏振，機(jī)械波不能發(fā)生偏振B．只有橫波能發(fā)生偏振，縱波不能發(fā)生偏振C．自然界不存在偏振光，自然光只有通過偏振片才能變?yōu)槠窆釪．除了光源直接發(fā)出的光以外，我們通?？吹降慕^大部分光都是偏振光解析：機(jī)械波中的橫波能發(fā)生偏振．自然光不一定非要通過偏振片才能變?yōu)槠窆猓绢}應(yīng)選AC.答案：AC3．“幾度夕陽紅”中的夕陽紅是指()A．光的衍射現(xiàn)象 B．光的干涉現(xiàn)象C．光的折射現(xiàn)象 D．光的全反射現(xiàn)象解析：紅光的波長比其余的可見光的波長長，易衍射，A正確．答案：A4．光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波．下列現(xiàn)象中不能反映光的偏振特性的是()A．一束自然光相繼通過兩個(gè)偏振片，以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片，透射光的強(qiáng)度發(fā)生變化B．一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上，當(dāng)反射光線與折射光線之間的夾角恰好是90°時(shí)，反射光是偏振光C．日落時(shí)分，拍攝水面下的景物，在照相機(jī)鏡頭前裝上偏振濾光片可以使景像更清晰D．通過手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋解析：由光的偏振現(xiàn)象的知識可知A、B、C均反映了光的偏振特性，只有D選項(xiàng)是利用手指間的狹縫去觀察光的衍射現(xiàn)象，故選D.答案：D5．如圖1所示，甲、乙為單色光通過窄縫后形成的明暗相間的兩種條紋圖樣，下列判斷正確的是()圖1A．甲為單縫衍射的圖樣 B．乙為雙縫干涉的圖樣C．甲為雙縫干涉的圖樣 D．乙為單縫衍射的圖樣解析：雙縫干涉圖樣的條紋間隔是均勻的，單縫衍射的條紋特點(diǎn)是中間寬，兩側(cè)逐漸變窄．由此可見選項(xiàng)A、B正確．答案：AB圖26．如圖2所示是用干涉法檢查某塊厚玻璃的上表面是否平整的裝置．a(chǎn)為標(biāo)準(zhǔn)樣板，b為待測厚玻璃板，所用單色光是用普通光源加濾光片產(chǎn)生的，檢查中所觀察到的干涉條紋是由下列哪兩個(gè)表面反射的光線疊加而成的()A．a(chǎn)的上表面和b的下表面B．a(chǎn)的上、下表面C．a(chǎn)的下表面和b的上表面D．b的上、下表面解析：本題易錯(cuò)選項(xiàng)是D.本題是薄膜干涉的應(yīng)用．錯(cuò)誤的選項(xiàng)D是理解為檢查的樣品是b，故干涉是發(fā)生在b的上下表面．答案：C7．下列哪些現(xiàn)象是光衍射產(chǎn)生的()A．著名的泊松亮斑B．陽光下茂密樹蔭中地面上的圓形亮斑C．光照射到細(xì)金屬絲上在其后面屏上得到的陰影中間出現(xiàn)亮線D．陽光經(jīng)凸透鏡后形成的亮斑解析：泊松亮斑和金屬絲后的亮線都是衍射產(chǎn)生的，樹蔭中的亮斑屬于小孔成像，陽光經(jīng)凸透鏡的亮斑是平行的太陽光經(jīng)凸透鏡會聚后形成的．答案：AC8．如圖3所示，讓太陽光或白熾燈光通過偏振片P和Q，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片P或Q可以看到透射光的強(qiáng)度會發(fā)生變化，這是光的偏振現(xiàn)象．這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明()圖3A．光是電磁波 B．光是一種橫波C．光是一種縱波 D．光是概率波解析：此題考查證明光的特性——偏振的重要實(shí)驗(yàn)，太陽光或白熾燈發(fā)出的光是自然光，當(dāng)通過偏振片P后變?yōu)槠?/p>