高三復(fù)習(xí)光的本性

第十七章光的本性知識結(jié)構(gòu)「連續(xù)光譜「發(fā)射光譜C1明線光譜（線狀譜）「L吸收光譜卜光譜分析H光譜電磁波譜無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、Y射線電磁波譜光的本性雙縫干涉<光的波動性”光的衍射光的偏振光的本性雙縫干涉<光的波動性”光的衍射光的偏振光的干涉薄膜干涉1■康普頓效應(yīng)二．基礎(chǔ)回顧1．光本性學(xué)說發(fā)展簡史：學(xué)說名稱提出代表者內(nèi)容實驗基礎(chǔ)能解釋的現(xiàn)象困難微粒說牛頓光是沿直線傳播的粒子流光的直線傳播光的直進光的反射無法解釋同時發(fā)生反射和折射波動說惠更斯光疋某種振動，以波的形式從光源向周圍傳播光的干涉和衍射光的反射、折射、干涉和衍射難以解釋光的直進，真空中光的傳播介質(zhì)光的電磁說麥克斯韋光疋種電磁波赫茲的電磁波實驗許多光的現(xiàn)象無法解釋光電效應(yīng)光子說愛因斯坦光是一種能量子光電效應(yīng)各種光學(xué)現(xiàn)象2．光的波動性（1）光的干涉相干光源的條件：兩光源頻率相同。獲得相干光的辦法是：把一個點光源（或線光源）發(fā)出的光分為兩列光。如楊氏雙縫干涉實驗；利用薄膜前后表面的反射光等。楊氏雙縫干涉中出現(xiàn)亮、暗條紋的條件：路程差等于波長整數(shù)倍；即路程那r=kA(k=0.1、2…)處，出現(xiàn)亮紋。路程差等于半波長的奇數(shù)倍，即路程差厶r=(2k+l)A(k=0、1、2…)處出現(xiàn)暗紋。明紋之間或暗紋之間的距離2總是相等的，狹縫間距離為d狹縫與屏距離為L則條紋的間距用公式表示為Ax=纟九。d③實例：薄膜干涉：如肥皂泡、水面上或馬路上的薄油層、檢查精密零件的表面質(zhì)量。(2)光的衍射：光離開直線路徑繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象，叫光的衍射。產(chǎn)生明顯衍射的條件：障礙物或孔的尺寸可以跟光的波長相比甚至比光的波長還要小。圖樣：產(chǎn)生明暗(或彩色)條紋或光環(huán)。光的衍射現(xiàn)象證明光是一種波(3)光的偏振現(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。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。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。3．光的電磁本性麥克斯韋的光的電磁說：光是一種電磁波。光和電磁波都可以在真空中傳播;光和電磁波在真空中速度相等，均為3X108m/s。赫茲用實驗證明了麥克斯韋的光的電磁說是正確的。電磁波跟光波一樣具有反射、干涉、衍射等性質(zhì)；測算出電磁波的波速等于光速。電磁波譜電磁波譜：由無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴(或X射線)、Y射線組合起來構(gòu)成電磁波譜。不同的電磁波產(chǎn)生的機理不同：振蕩電路中的自由電子振蕩一一無線電波；原子外層電子受激——紅外線、可見光、紫外線；原子內(nèi)層電子受激——倫琴射線；原子核受激——Y射線。③紅外線、紫外線及倫琴射線的產(chǎn)生、特點和應(yīng)用射線名稱紅外線紫外線倫琴射線發(fā)現(xiàn)人赫謝耳里特倫琴產(chǎn)生一切物體都在不停地輻射咼溫物體發(fā)出的光中含有高速電子流射到固體上產(chǎn)生特點熱作用強化學(xué)作用穿透本領(lǐng)大主要應(yīng)用加熱物體、遠距離攝影、紅外線遙感激發(fā)熒光、殺菌消毒透視人體、探測金屬內(nèi)部4．光的粒子性(1)光電效應(yīng)①在光的照射下物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫光電效應(yīng)。(用弧光燈照射鋅板，有電子從鋅板表面飛出，使原來不帶電的驗電器帶正電。)②光電效應(yīng)的規(guī)律：I.各種金屬都存在極限頻率”0,只有v》0才能發(fā)生光電效應(yīng)；II.瞬時性(光電子的產(chǎn)生不超過10-9S)。⑶愛因斯坦的光子說。光是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份叫做一個光子，光子的能量E跟光的頻率V成正比：E=hv

愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek=hvW(Ek是光電子的最大初動能；W是逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功。)(2)康普頓效應(yīng)在研究電子對X射線的散射時發(fā)現(xiàn)：有些散射波的波長比入射波的波長略大。康普頓認為這是因為光子不僅有能量，也具有動量。實驗結(jié)果證明這個設(shè)想是正確的。因此康普頓效應(yīng)也證明了光具有粒子性。5．光的波粒二象性光的波粒二象性就是光的本性。光子能量決定于光的頻率，說明光本身具有波粒二象性。大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動性，因而頻率小的電磁波容易觀察到波動性；個別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性，因而頻率大的電磁波粒子性顯著。概率波：光波是一種概率波實物粒子也具有波動性。即每一個運動的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系，而且粒子的能量￡和動量P跟它所對應(yīng)的波的頻率v和波長九之間，也像光子的光波一樣，遵從：v=三，X=hP6．光譜和光譜分析(1)光譜的分類、產(chǎn)生和特點光譜的分類產(chǎn)生辦法特點發(fā)射光譜連續(xù)光譜熾熱固體、液體及高壓氣體發(fā)光包括紅光到紫光連續(xù)分布的一切光波線狀譜稀薄氣體或金屬蒸汽發(fā)光只有一些不連續(xù)的亮線吸收光譜(特征光譜)咼溫物體發(fā)出的白光通過溫度較低的物質(zhì)在連續(xù)譜的背景上出現(xiàn)一些暗線(2)光譜分析：每種元素都有自己的特征譜線。根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)組成的方法，叫光譜分析。三．典型例題問題1：光的干涉現(xiàn)象例1．如圖為雙縫干涉的實驗示意圖，若要使干涉條紋的間距變大可改用波長更(填長、短)的單色光，或是使雙縫與光屏間的距離(填增大、減小)。解析：依據(jù)雙縫干涉條紋間距規(guī)律Ax=-X，可知要使干d涉條紋的間距變大，需要改用波長更長的單色光，應(yīng)增大雙縫與屏之間的距離-。答案：長，增大。例2．下列有關(guān)光現(xiàn)象的說法正確的是()在光的雙縫干涉實驗中，若僅將入射光由紫光改為紅光，則條紋間距一定變大以相同入射角從水中射向空氣，紫光能發(fā)生全反射，紅光也一定能發(fā)生全反射紫光照射某金屬時有電子向外發(fā)射，紅光照射該金屬時也一定有電子向外發(fā)射拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，往往在鏡頭前加裝一個偏振片以增加透射光的強度解析：根據(jù)干涉條紋的間距的公式Ax=-X可知，由于紫光的波長比紅光的波長短，

d所以改為紅光后條紋間距一定增大，A正確；紫光的臨界角比紅光的臨界角小，所以紫光發(fā)生全反射后紅光不一定發(fā)生全反射，B錯誤；由于紫光的頻率大于紅光的頻率，所以紫光的能量比紅光的能量大，紫光發(fā)生光電效應(yīng)紅光不一定發(fā)生光電效應(yīng)，C錯誤，拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，往往在鏡頭前加裝一個偏振鏡是為了防止玻璃的反光，所以D錯誤。答案：A問題2：光的衍射現(xiàn)象例3：平行光通過小孔得到的衍射圖樣和泊松亮斑比較，下列說法中正確的有（）在衍射圖樣的中心都是亮斑泊松亮斑中心亮點周圍的暗環(huán)較寬小孔衍射的衍射圖樣的中心是暗斑，泊松亮斑圖樣的中心是亮斑小孔衍射的衍射圖樣中亮、暗條紋間的間距是均勻的，泊松亮斑圖樣中亮、暗條紋間的間距是不均勻的解析：從課本上的圖片可以看出：A、B選項是正確的，C、D選項是錯誤的。例4：為了轉(zhuǎn)播火箭發(fā)射現(xiàn)場的實況，在發(fā)射場建立了發(fā)射臺，用于發(fā)射廣播電臺和電視臺兩種信號。其中廣播電臺用的電磁波波長為550m,電視臺用的電磁波波長為0.566m。為了不讓發(fā)射場附近的小山擋住信號，需要在小山頂上建一個轉(zhuǎn)發(fā)站，用來轉(zhuǎn)發(fā)信號，這是因為該信號的波長太，不易發(fā)生明顯衍射。解析：電磁波的波長越長越容易發(fā)生明顯衍射，波長越短衍射越不明顯，表現(xiàn)出直線傳播性。這時就需要在山頂建轉(zhuǎn)發(fā)站。因此本題的轉(zhuǎn)發(fā)站一定是轉(zhuǎn)發(fā)電視信號的，因為其波長太短。問題3：光的偏振現(xiàn)象例5：有關(guān)偏振和偏振光的下列說法中正確的有只有電磁波才能發(fā)生偏振，機械波不能發(fā)生偏振只有橫波能發(fā)生偏振，縱波不能發(fā)生偏振自然界不存在偏振光，自然光只有通過偏振片才能變?yōu)槠窆獬藦墓庠粗苯影l(fā)出的光以外，我們通?？吹降慕^大部分光都是偏振光解析：機械波中的橫波能發(fā)生偏振。自然光不一定非要通過偏振片才能變?yōu)槠窆?。本題應(yīng)選BD。問題4：光電效應(yīng)例6：光電效應(yīng)的實驗結(jié)論是：對于某種金屬（）無論光強多強，只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)無論光的頻率多低，只要光照時間足夠長就能產(chǎn)生光電效應(yīng)超過極限頻率的入射光強度越弱，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越小超過極限頻率的入射光頻率越高，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越大解析：每種金屬都有它的極限頻率v，只有入射光子的頻率大于極限頻率v時，才會00發(fā)生光電效應(yīng)，且入射光的強度越大則產(chǎn)生的光子數(shù)越多，光電流越強；由光電效應(yīng)方程E=hv-W=hv-h，可知入射光子的頻k0率越大，產(chǎn)生的光電子的最大初動能也越大，與入射光的強度無關(guān)，所以AD正確。例7：對愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hv-W，下面的理解正確的有（）K只要是用同種頻率的光照射同一種金屬，那么從金屬中逸出的所有光電子都會具有同樣的初動能EK式中的W表示每個光電子從金屬中飛出過程中克服金屬中正電荷引力所做的功逸出功W和極限頻率v0之間應(yīng)滿足關(guān)系式W=hv0光電子的最大初動能和入射光的頻率成正比解析：愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hv-W中的W表示從金屬表面直接逸出的光電子克服K金屬中正電荷引力做的功，因此是所有逸出的光電子中克服引力做功的最小值。對應(yīng)的光電子的初動能是所有光電子中最大的。其它光電子的初動能都小于這個值。若入射光的頻率恰

好是極限頻率，即剛好能有光電子逸出，可理解為逸出的光電子的最大初動能是0，因此有W=hv0。由Ek=hv-W可知Ek和V之間是一次函數(shù)關(guān)系，但不是成正比關(guān)系。本題應(yīng)選Co0KK例8：如圖，當電鍵K斷開時，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P,發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0.60V時，電流表讀數(shù)仍不為零；當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為()1.9eVB.0.6eV2.5eVD.3.1eV解析：電流表讀數(shù)剛好為零說明剛好沒有光電子能夠到達陽極，也就是光電子的最大初動能剛好為0.6eV。由Ek=hv-W可知W=1.9eV。K選A。問題5：光的波粒二象性例9：試估算一個中學(xué)生在跑百米時的德布羅意波的波長。解析：估計一個中學(xué)生的質(zhì)量m~50kg，百米跑時速度v~7m/s，則h6.63x10-34九二二=1.9x10-36mp50x7由計算結(jié)果看出，宏觀物體的物質(zhì)波波長非常小，所以很難表現(xiàn)出其波動性。例10：為了觀察到納米級的微小結(jié)構(gòu)，需要用到分辨率比光學(xué)顯微鏡更高的電子顯微鏡。下列說法中正確的是()電子顯微鏡所利用電子物質(zhì)波的波長可以比可見光短，因此不容易發(fā)生明顯衍射電子顯微鏡所利用電子物質(zhì)波的波長可以比可見光長，因此不容易發(fā)生明顯衍射電子顯微鏡所利用電子物質(zhì)波的波長可以比可見光短，因此更容易發(fā)生明顯衍射電子顯微鏡所利用電子物質(zhì)波的波長可以比可見光長，因此更容易發(fā)生明顯衍射解析：為了觀察納米級的微小結(jié)構(gòu)，用光學(xué)顯微鏡是不可能的。因為可見光的波長數(shù)量級是10-7m，遠大于納米，會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，因此不能精確聚焦。如果用很高的電壓使電子加速，使它具有很大的動量，其物質(zhì)波的波長就會很短，衍射的影響就小多了。因此本題應(yīng)選A。四．單元測試下列說法正確的是(A)用分光鏡觀測光譜是利用光折射時的色散現(xiàn)象用X光機透視人體是利用光電效應(yīng)光導(dǎo)纖維傳輸信號是利用光的干涉現(xiàn)象門鏡可以擴大視野是利用光的衍射現(xiàn)象2.3.已知某玻璃對藍光的折射率比對紅光的折射率大，則兩種光(C)在該玻璃中傳播時，藍光的速度較大以相同的入射角從空氣斜射入該玻璃中，藍光折射角較大C?從該玻璃中射入空氣發(fā)生反射時，紅光臨界角較大

用同一裝置進行雙縫干涉實驗，藍光的相鄰條紋間距較大4.紅光和紫光相比（B）A?紅光光子的能量較大；在同一種介質(zhì)中傳播時紅光的速度較大B?紅光光子的能量較小；在同一種介質(zhì)中傳播時紅光的速度較大紅光光子的能量較大；在同一種介質(zhì)中傳播時紅光的速度較小紅光光子的能量較??；在同一種介質(zhì)中傳播時紅光的速度較小根據(jù)電磁波譜從下列選項中選出電磁波的范圍相互交錯重疊、且頻率順序由高到低排列的情況（A）倫琴射線、紫外線、可見光B.倫琴射線、紫外線、紅外線C.紫外線、紅外線、可見光D.無線電波、紅外線、紫外線7.如圖所示，一束復(fù)色光通過玻璃棱鏡發(fā)生色散現(xiàn)象，分成a、b兩束，下列說法正確的是（B）A.a光在玻璃中傳播速度比b光在玻璃中傳播速度小B?玻璃對a光的折射率比對b光的小在雙縫干涉實驗中，在實驗條件完全相同的情況下b光比a光的干涉條紋間距寬若b光照射到某金屬表面有光電子逸出，則a光照射也一定有光電子逸出用a、b、c、d表示四種單色光，若a、b從同種玻璃射向空氣，a的臨界角小于b的臨界角用b、c和d在相同條件下分別做雙縫干涉實驗，c的條紋間距最大用b、d照射某金屬表面，只有b能使其發(fā)射電子。則可推斷a、b、c、d可能分別是（A）紫光、藍光、紅光、橙光B.藍光、紫光、紅光、橙光C.紫光、藍光、橙光、紅光D.紫光、橙光、紅光、藍光在楊氏雙縫干涉實驗中，如果（BD）用白光作為光源，屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋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：白光作楊氏雙縫干涉實驗，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋，A錯；用紅光作光源，屏上將呈現(xiàn)紅色兩條紋與暗條紋（即黑條紋）相間，B對；紅光和紫光頻率不同，不能產(chǎn)生干涉條紋，C錯；紫光作光源，遮住一條狹縫，屏上出現(xiàn)單縫衍射條紋，即間距不等的條紋，D對。關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是（A）極限頻率越大的金屬材料逸出功越大只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)從金屬表面出來的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越小入射光的光強一定時，頻率越高，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多光在科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用，下列說法正確的是（D）

用透明的標準平面樣板檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的衍射現(xiàn)象在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的色散現(xiàn)象D.光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象13.下列說法正確的是（B）用三棱鏡觀察太陽光譜是利用光的干涉現(xiàn)象在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖象是利用光的全反射現(xiàn)象用標準平面檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象電視機遙控器是利用發(fā)出紫外線脈沖信號來變換頻道的如圖，P是一偏振片，P的透振方向（用帶有箭頭的實線表示）為豎直方向。下列四種ABD)入射光束中，哪幾種照射P時能在P的另一側(cè)觀察到透射光？ABD)太陽光沿豎直方向振動的光沿水平方向振動的光沿與豎直方向成45°角振動的光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（BC）光是電磁波光具有波動性光是電磁波光具有波動性光可以攜帶信息D.光具有波粒二象性光的偏振現(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（D）—束自然光相繼通過兩個偏振片，以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個偏振片，透射光的強度發(fā)生變