高三物理二輪復(fù)習(xí) 光的本性教學(xué)案

1、高考綜合復(fù)習(xí)-光之本性知識(shí)網(wǎng)絡(luò)考試分?jǐn)?shù)試驗(yàn)綱要：知識(shí)點(diǎn)要求說(shuō)明光本性學(xué)說(shuō)發(fā)展的簡(jiǎn)史光的干涉現(xiàn)象、雙狹縫干擾作用、薄膜干涉、雙狹縫干擾作用的條紋間距與波長(zhǎng)的關(guān)系光的衍射光的偏振現(xiàn)象光譜和頻譜分析、紅外線(xiàn)、紫外輻射、x射線(xiàn)、射線(xiàn)及其應(yīng)用、光的電磁性質(zhì)、電磁波譜愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)光電效應(yīng)方程光的波粒二象性、物質(zhì)波激光的特性及應(yīng)用復(fù)習(xí)指導(dǎo)：“光的本性”的內(nèi)容基本上是按照人們對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)過(guò)程展開(kāi)的。 光的干擾作用和衍射實(shí)驗(yàn)的成功證明了光具有波動(dòng)性，推動(dòng)了光的波動(dòng)說(shuō)發(fā)展。 光的電磁說(shuō)明了光現(xiàn)象的電磁本質(zhì)。 光電效應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，明確了光還具有粒子性，最終使人認(rèn)識(shí)到光具有波粒二象性。在往年的高等院校入學(xué)考試

2、問(wèn)題上，關(guān)于“光的本性”的內(nèi)容多以選擇或者填空的形式出現(xiàn)。 所列知識(shí)點(diǎn)中命題頻率高的是光的干擾作用、光譜與光電效應(yīng)，其次是波長(zhǎng)、波速與頻率的關(guān)系，有時(shí)結(jié)合幾何光學(xué)中的知識(shí)進(jìn)行考察。要點(diǎn)精析光的波動(dòng)性：(1)光的干擾作用1 .干擾作用是波特有的現(xiàn)象：只有干擾作用波源能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，光具有波動(dòng)性的話(huà)能夠觀察其干涉現(xiàn)象，但是需要產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的干擾作用光源。2 .相干光源：振動(dòng)時(shí)(指描述振動(dòng)的物理量-頻率、相位、振幅及振動(dòng)方向)始終相同。 由于物質(zhì)發(fā)光的特殊性，無(wú)論哪兩個(gè)獨(dú)立的光源發(fā)出的光重疊都不能引起干涉現(xiàn)象，只有用特殊的方法從同一光源分離出兩列頻率相同的光波重疊后才能引起干涉現(xiàn)象。 雙縫干

3、擾作用、薄膜干涉等采用這種“分光”方法得到了相干光源。3 .典型的干擾作用實(shí)驗(yàn)：楊氏雙縫干擾作用實(shí)驗(yàn)、薄膜干擾作用實(shí)驗(yàn)。(2)雙狹縫干擾作用1 .實(shí)驗(yàn)結(jié)果：用單色光源在畫(huà)面上出現(xiàn)明暗相間的等間距干擾作用條紋，用白光進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)后，畫(huà)面上出現(xiàn)顏色的干擾作用條紋。2 .實(shí)驗(yàn)分析：當(dāng)從畫(huà)面上的某點(diǎn)到雙縫S1、S2的距離差為光波波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，在這些個(gè)的位置出現(xiàn)明亮的條紋當(dāng)從屏幕上的某點(diǎn)到雙狹縫S1、S2的距離差為光波的半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，在這些個(gè)的位置出現(xiàn)暗紋干擾作用條紋等間距在相同條件的雙縫實(shí)驗(yàn)中，用紅色光和紫光得到的相鄰的暗條紋間的寬度不同，紅色光的寬度大。3 .結(jié)論：在相鄰的明暗相間條紋間的距離相

4、同的實(shí)驗(yàn)中，任意兩個(gè)相鄰的明亮條紋間的距離相等的x與、d、三要素有關(guān)，d相同的條件下x與成比例，因此紅色光和紫色光分別實(shí)驗(yàn)得到的條紋間隔不同，因?yàn)榧t色光的波長(zhǎng)比紫色光的波長(zhǎng)長(zhǎng)(3)薄膜干擾作用1 .原因：由于薄膜的前面和后面分別反射的兩個(gè)列波重疊，這兩個(gè)列波由相同的光源發(fā)出，所以干擾作用波，相同水平線(xiàn)上的薄膜厚度大致相同，干擾作用后產(chǎn)生水平的明暗條紋，光波的波長(zhǎng)極短，所以薄膜干擾作用實(shí)驗(yàn)使用的電介質(zhì)膜一盞茶薄，可以觀察到干擾作用條紋。2 .設(shè)薄膜厚度為d、折光率為n前后表面的反射光的光路差為2d時(shí)2d是光波的半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍的情況下，在這些個(gè)的場(chǎng)所出現(xiàn)明亮的圖案當(dāng)2d是光波的半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，在

5、這些個(gè)的場(chǎng)所出現(xiàn)暗紋3 .如果膜的厚度均勻變化，如果照射單色光，則相鄰條紋間的距離相等，如果照射白色光，則作為膜的某一厚度處的波長(zhǎng)的光反射而變強(qiáng)，另一波長(zhǎng)的光反射而變?nèi)?，在膜的像上出現(xiàn)色紋。4 .光的干擾作用的技術(shù)應(yīng)用。(1)基于尺干擾作用的鏡面檢查：光的干擾作用在技術(shù)上可以檢測(cè)精密零配件的表面質(zhì)量，將被檢測(cè)平面和放置在上面的透明標(biāo)準(zhǔn)十字形大板塊的一端對(duì)著片，在十字形大板塊的標(biāo)準(zhǔn)平面和被檢測(cè)平面之間形成楔形的空氣薄層，單色的光從上照射，入射光在空氣層的上、下表面反映兩列光波的重日式榻榻米情況，由反射光形成干擾作用條紋的形狀(2)鏡頭防反射膠片；在光學(xué)元件(透鏡、棱鏡項(xiàng)目)的表面涂復(fù)薄膜，當(dāng)薄膜

6、的厚度為入射光在薄膜中的波長(zhǎng)的1/4時(shí)，薄膜兩面的反射光，由于光路差正好等于半波長(zhǎng)，相互抵消，起到減小反射光，增大透射光強(qiáng)度的作用。(4)光的衍射1 .光的衍射：光離開(kāi)直線(xiàn)路徑，回到障礙物的影子區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)象稱(chēng)為光的衍射。 任何障礙物都能使光衍射2 .產(chǎn)生明顯衍射的條件：障礙物或小孔的尺寸與光的波長(zhǎng)差異小或小于光的波長(zhǎng)3 .明顯衍射現(xiàn)象：白光單縫衍射：中間寬度，明白條紋兩側(cè)狹窄暗色條紋單色光的單縫衍射：中央寬度、明亮條紋兩側(cè)明暗之間的條紋，條紋的間距向兩側(cè)越來(lái)越窄4 .光的干擾作用條紋和衍射條紋都是光波多重日式榻榻米的結(jié)果，但有明顯差異：雙縫干擾作用條紋為等間距、等亮度，而單縫衍射條紋除中央亮條

7、紋最寬、最亮外，兩側(cè)條紋的亮度逐漸減少。(5)光的電磁說(shuō)電磁波頻譜1 .光的電磁說(shuō)：十九世紀(jì)六十年代、英吉利的物理學(xué)家麥斯威爾提出電磁場(chǎng)理論，預(yù)見(jiàn)電磁波的存在，提出電磁波為橫波，傳播速率等于光速，并基于光波這些個(gè)的相似性，指出了“光波是電磁波”光的電磁說(shuō)。 1888年赫茲實(shí)驗(yàn)證明電磁波的存在，其傳播速率測(cè)定等于光速，與麥斯威爾的預(yù)言非常符合，證明了光的電磁說(shuō)是正確的。2 .電磁波頻譜：(1)紅外線(xiàn)：發(fā)現(xiàn)過(guò)程： 1800年英吉利物理學(xué)家赫歇爾使用靈敏度溫度修正研究光譜各色光的熱作用時(shí)，將溫度修正移動(dòng)到紅色區(qū)域外側(cè)，發(fā)現(xiàn)溫度更高，說(shuō)明這里存在看不見(jiàn)的放射性射線(xiàn)，然后稱(chēng)為紅外線(xiàn)。特點(diǎn)：最明顯的是熱作

8、用適用：紅外線(xiàn)加熱，該加熱方式的優(yōu)點(diǎn)是能夠發(fā)熱物體內(nèi)部，加熱效率高，效果好紅外線(xiàn)拍攝(遠(yuǎn)距離拍攝、高空拍攝、衛(wèi)星地面拍攝)不分晝夜夜視紅外成像可以在黑暗的夜晚看到目標(biāo)紅外遙感可以用飛機(jī)和衛(wèi)星測(cè)量地?zé)幔瑢ふ宜?，監(jiān)測(cè)森林火災(zāi)，估計(jì)農(nóng)作物的氣勢(shì)和收獲，預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)、寒流。(2)紫外輻射：發(fā)現(xiàn)過(guò)程： 1801年德意志物理學(xué)家麗特發(fā)現(xiàn)，放置在紫外波段上的攝影圖片基板感光，熒光物質(zhì)發(fā)光特性：主要作用為化學(xué)作用，具有較強(qiáng)的熒光效果、殺菌消毒作用。適用：紫外攝影圖片只要能清楚地分辨紙張上殘留的指紋，就能分辨出微妙的差異照明和誘殺害蟲(chóng)熒光燈、黑光燈醫(yī)院病房和手術(shù)室的消毒治療皮膚病。(3)倫琴線(xiàn)：發(fā)現(xiàn)過(guò)程： 189

9、5年，德意志物理學(xué)家倫琴研究陰極射線(xiàn)性質(zhì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)陰極射線(xiàn)(高速電子流)照射玻璃壁，產(chǎn)生管壁看不見(jiàn)的放射性射線(xiàn)，倫琴將其稱(chēng)為x射線(xiàn)產(chǎn)生條件：高速電子流接觸到任意體的固體時(shí)，產(chǎn)生x射線(xiàn)特性：透過(guò)能力強(qiáng)。適用：工業(yè)金屬探傷；從醫(yī)療角度透視人體。另外，還有波長(zhǎng)比倫琴射線(xiàn)短的電磁波，例如從放射性元素發(fā)射的射線(xiàn)。(4)電磁波頻譜電波、紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外輻射、x光、射線(xiàn)合并構(gòu)成大范圍的電磁波頻譜。另一方面，從電波到射線(xiàn)是本質(zhì)上相同的電磁波，它們的行為遵循共同的規(guī)則，另一方面，根據(jù)頻率和波長(zhǎng)而不同的特性，例如波長(zhǎng)越長(zhǎng)，越容易表現(xiàn)干擾作用、衍射等現(xiàn)象，隨著波長(zhǎng)變短，需要可見(jiàn)光、紫外輻射、x射線(xiàn)、射線(xiàn)(5)電磁

10、波的產(chǎn)生反應(yīng)歷程；電波：在振蕩電路中產(chǎn)生紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外輻射：原子的外層電子被激發(fā)而產(chǎn)生倫琴線(xiàn)：原子內(nèi)層的電子被激發(fā)而產(chǎn)生射線(xiàn)：原子核被激發(fā)而產(chǎn)生。(6)電磁波頻譜：光的粒子性(1)光電效應(yīng)1 .通過(guò)光(包括不可見(jiàn)光)的照射從物體發(fā)射電子(即，光電子)的現(xiàn)象被稱(chēng)為光電效應(yīng)。2 .光電效應(yīng)定律：(1)所有的金屬都具有臨界頻率，所以只要入射光的頻率不大于該臨界頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)(2)光電子的最大初始動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，僅隨著入射光頻率的增大而增大(線(xiàn)性關(guān)系)(3)當(dāng)入射光照射到金屬時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬間的，通常為109秒以下(4)當(dāng)入射光的頻率大于臨界頻率時(shí)，光電電流的強(qiáng)度與入射光

11、的強(qiáng)度成比例。在光電效應(yīng)定律中，“光電流的強(qiáng)度”是指光電流的飽和值(對(duì)應(yīng)于從陰極發(fā)射的電子全部被吸引到陽(yáng)極的狀態(tài))。 在光電電流達(dá)到飽和值之前，由于其大小不僅與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，還與光電管的兩極間的電壓有關(guān)，因此只有在光電電流達(dá)到飽和值之后，才與入射光的強(qiáng)度成比例。金屬中的自由電子被晶格正絡(luò)離子吸引，要從金屬中逃脫必須從外部獲得一盞茶的能量。根據(jù)波動(dòng)理論，光的能量由光的強(qiáng)度決定，光的強(qiáng)度由光波的振幅決定，與頻率無(wú)關(guān)。 因此，不管光的頻率如何，只要光的強(qiáng)度在一盞茶上很大，或者照射時(shí)間在一盞茶上很長(zhǎng)，電子就能得到一盞茶的能量產(chǎn)生光電效應(yīng)，但由于這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果直接不符點(diǎn)，所以不能用經(jīng)典的波動(dòng)理論說(shuō)明光

12、電效應(yīng)。光子學(xué)在平板支撐(德意志物理學(xué)家)認(rèn)為電磁波的能量是不連續(xù)的基礎(chǔ)上，愛(ài)因斯坦提出了光子，在空間中傳播的光一部分一部分地前進(jìn)，一部分一部分的能量等于HV，一部分稱(chēng)為光子，是光的頻率。光子學(xué)光電效應(yīng)的解釋?zhuān)汗庾优龅浇饘贂r(shí)，有的電子吸收光子能量動(dòng)能變大，電子動(dòng)能變大到可以克服原子核引力的程度時(shí)，就會(huì)從金屬表面飛出，變成光電子。(1)光子能量和頻率有關(guān)，金屬的逸功一定，光子能量必須大于逸功才能引起光電效應(yīng)。 這就是各金屬中存在臨界頻率的原因。(2)如果光照射到金屬上，則電子吸收光子而不需要蓄積能量，吸收能量立即增大動(dòng)能，逃逸到金屬表面而成為光電子(3)電子吸收光子能量后從金屬表面逃逸，其中金屬

13、表面的電子戰(zhàn)勝逸出功，從金屬表面飛出，具有最大的初始動(dòng)能，通過(guò)能量守恒該方程稱(chēng)為愛(ài)因斯坦光電方程，顯然最大初始動(dòng)能與入射光子的頻率有關(guān)。(3)光的波粒二象性光的干擾作用、衍射等現(xiàn)象表明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)沒(méi)有討論地表照明光具有粒子性的馀地。 現(xiàn)在人們認(rèn)為，光既具有波動(dòng)性又具有粒子性，也就是說(shuō)光具有波粒二象性，但無(wú)論是將光作為宏命令觀念中的波，還是作為微觀觀念中的粒子進(jìn)行要不得。從概率波來(lái)看很多光子的效果大多顯示出波動(dòng)性個(gè)別光子的效果大多顯示出粒子性。從各種頻率的電磁波的檢測(cè)中理解次低頻光子容易顯示波動(dòng)性射頻波光子容易顯示粒子性。為了理解各種頻率的電磁波，波動(dòng)性和粒子性是光所具有的不可分割的屬

14、性，即波粒二象性，因此必須綜合運(yùn)用波動(dòng)觀點(diǎn)和粒子觀點(diǎn)。(四)物質(zhì)波定義：運(yùn)動(dòng)的物體，電子、質(zhì)子、行星、太陽(yáng)，都有相應(yīng)的波，這種波又稱(chēng)物質(zhì)波，又稱(chēng)達(dá)布羅伊波。特點(diǎn)：宏命令物體的達(dá)布洛伊波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于微粒子的波長(zhǎng)。波長(zhǎng)公式，其中h=6.6310-34Js，p是運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)量。物質(zhì)波也是概率波。 在光的衍射圖案中，光子落入亮條紋的概率大，落入暗條紋的概率小。光的偏振，激光：1 .波的偏振現(xiàn)象：橫波的振動(dòng)矢量與波的傳播方向垂直振動(dòng)時(shí)，偏向某特定方向的現(xiàn)象。 因?yàn)榭v波只能在波的傳播方向上振動(dòng)，所以不會(huì)有偏振光。2 .自然光和偏振光：自然光：由于普通光源直接發(fā)出的天然光是無(wú)數(shù)偏振光的隨機(jī)集合，所以直接觀察時(shí)

15、光強(qiáng)不會(huì)偏向一定方向。 在這個(gè)所有方向上振動(dòng)的光波的強(qiáng)度相同的光叫做自然光。偏振光：自然光通過(guò)偏振片后，垂直于傳播方向的振動(dòng)矢量只在單向式上振動(dòng)，這種光稱(chēng)為偏振光。3 .激光與自然光相比，具有以下幾個(gè)重要特征普通光源發(fā)出混合光，由于激光器頻率單一，激光器相干性非常好，顏色特別純粹激光束的平行度和方向性非常好激光的強(qiáng)度特別大，亮度很高。4 .激光的重要應(yīng)用：激光的應(yīng)用很多，發(fā)展前景非常廣闊，目前重要的應(yīng)用有導(dǎo)光纖維通訊、精確測(cè)距、目標(biāo)跟蹤、激光光盤(pán)、激光發(fā)熱切割、激光核聚變等。光譜和頻譜分析：頻譜分析：從光譜中鑒定物質(zhì)，決定其化學(xué)組成的方法稱(chēng)為頻譜分析。精細(xì)主題筆記本例題1 .雙狹縫干擾作用實(shí)驗(yàn)

16、中，以白色光為光源，在屏幕上觀察到顏色的干擾作用條紋，在雙狹縫的一個(gè)狹縫前放置紅色過(guò)濾煙嘴(僅透過(guò)紅色光)，在另一個(gè)狹縫前放置綠色過(guò)濾煙嘴(僅透過(guò)綠色光)的情況下()。a .只有紅色和綠色的雙縫干擾作用條紋，其他顏色的雙縫干擾作用條紋消失b .紅色和綠色的雙縫干擾作用條紋消失，其他顏色的雙縫干擾作用條紋依然存在c .沒(méi)有任何顏色的雙縫干擾作用條紋，但畫(huà)面上還有光d .屏幕上沒(méi)有光分析：在雙狹縫干擾作用實(shí)驗(yàn)的裝置中，狹縫的寬度與光的波長(zhǎng)大致相同。 在雙縫中分別放入紅色和綠色的過(guò)濾煙嘴后，由于紅色和綠色的頻率不相等，雖然在觸摸屏上不再出現(xiàn)干擾作用條紋，但由于滿(mǎn)足明顯的衍射現(xiàn)象發(fā)生的條件，在觸摸屏上出現(xiàn)紅色和綠色的衍射條紋。 正確的選擇是c。評(píng)價(jià)：光的干擾作用、衍射和機(jī)械波的干擾作用、衍射在原理上完全相似，在復(fù)習(xí)中可以與對(duì)照類(lèi)比。例題2 .芯片干擾作用是薄膜干擾作用，其裝置如下圖甲所示。 將一塊平板玻璃放置在另一塊平板玻璃上，在一端夾入兩張紙片，在兩塊玻璃表面之間形