十八、物理光学一、知识网络 光的本性 波动说 微粒说 光的干涉 光的衍射 双缝干涉 明显衍射条件 牛顿的微粒说 光电效应及其规律 薄膜干涉 光的电磁说 光子说 电磁波谱 光谱与光谱分析 光的波粒二象性二、画龙点睛概念一、光的波动性1、光的干涉 （1）双缝干涉实验装置：如图包括光源、单缝、双缝和屏双缝的作用是将一束光分为两束现象：干涉区域内产生的亮、暗纹A、亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即= n（n=0，1，2，）B、暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即=（n=0，1，2，）相邻亮纹（暗纹）间的距离。用此公式可以测定单色光的波长。用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。 光的干涉现象说明了光具有波动性。由于红光入射双缝时，条纹间距较宽，所以红光波长较长，频率较小紫光入射双缝时，条纹间距较窄，所以紫光波长较短，频率较大 光的传播速度，折射率与光的波长，频率的关系。a）v与n的关系：v=b）v,和f的关系：v=（3）薄膜干涉现象：单色光照射薄膜，出现明暗相等距条纹白色光照射薄膜，出现彩色条纹实例：动膜、肥皂泡出现五颜六色发生干涉的原因：是由于前表面的反射光线和反表面的反射光线叠加而成(图1)应用：a) 利用空气膜的干涉，检验工作是否平整（图2） （图1） （图2）若工作平整则出现等间距明暗相同条纹 若工作某一点凹陷则在该点条纹将发生弯曲若工作某一点有凸起，则在该点条纹将变为b) 增透膜例题：用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为x。下列说法中正确的有 A.如果增大单缝到双缝间的距离，x 将增大B.如果增大双缝之间的距离，x 将增大C.如果增大双缝到光屏之间的距离，x将增大D.如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，x将增大解析：公式中l表示双缝到屏的距离，d表示双缝之间的距离。因此x与单缝到双缝间的距离无关，于缝本身的宽度也无关。本题选C。例题：登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损坏视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛的伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n=1.5，所要消除的紫外线的频率为8.11014Hz，那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少？解析：为了减少进入眼睛的紫外线，应该使入射光分别从该膜的前后两个表面反射形成的光叠加后加强，因此光程差应该是波长的整数倍，因此膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的1/2。紫外线在真空中的波长是=c/=3.710-7m，在膜中的波长是/=/n=2.4710-7m，因此膜的厚度至少是1.210-7m。2、光的衍射（1）现象： 单缝衍射 a) 单色光入射单缝时，出现明暗相同不等距条纹，中间亮条纹较宽，较亮两边亮条纹较窄、较暗b) 白光入射单缝时，出现彩色条纹 园孔衍射：光入射微小的圆孔时，出现明暗相间不等距的圆形条纹 泊松亮斑 光入射圆屏时，在园屏后的影区内有一亮斑（2）光发生衍射的条件障碍物或孔的尺寸与光波波长相差不多，甚至此光波波长还小时，出现明显的衍射现象例题：平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，下列说法中正确的有 A.在衍射图样的中心都是亮斑 B.泊松亮斑中心亮点周围的暗环较宽C.小孔衍射的衍射图样的中心是暗斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑D.小孔衍射的衍射图样中亮、暗条纹间的间距是均匀的，泊松亮斑图样中亮、暗条纹间的间距是不均匀的 解析：从课本上的图片可以看出：A、B选项是正确的，C、D选项是错误的。3、光的电磁说麦克斯韦根据电磁波与光在真空中的传播速度相同，提出光在本质上是一种电磁波这就是光的电磁说，赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性。电磁波谱。波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线。各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。无线电波红外线可见光紫外线X射线 n射线组成频率波 增大 减小产生机理在振荡电路中，自由电子作周期性运动产生原子的外层电子受到激发产生的原子的内层电子受到激发后产生的原子核受到激发后产生的红外线、紫外线、X射线的主要性质及其应用举例。种 类产 生主要性质应用举例红外线一切物体都能发出热效应遥感、遥控、加热紫外线一切高温物体能发出化学效应荧光、杀菌、合成VD2X射线阴极射线射到固体表面穿透能力强人体透视、金属探伤实验证明：物体辐射出的电磁波中辐射最强的波长m和物体温度T之间满足关系m T = b（b为常数）。可见高温物体辐射出的电磁波频率较高。在宇宙学中，可以根据接收到的恒星发出的光的频率，分析其表面温度。可见光频率范围是3.9-7.51014Hz，波长范围是400-770nm。例题：为了转播火箭发射现场的实况，在发射场建立了发射台，用于发射广播电台和电视台两种信号。其中广播电台用的电磁波波长为550m，电视台用的电磁波波长为0.566m。为了不让发射场附近的小山挡住信号，需要在小山顶上建了一个转发站，用来转发_信号，这是因为该信号的波长太_，不易发生明显衍射。解析：电磁波的波长越长越容易发生明显衍射，波长越短衍射越不明显，表现出直线传播性。这时就需要在山顶建转发站。因此本题的转发站一定是转发电视信号的，因为其波长太短。EK AP Q例题：右图是伦琴射线管的结构示意图。电源E给灯丝K加热，从而发射出热电子，热电子在K、A间的强电场作用下高速向对阴极A飞去。电子流打到A极表面，激发出高频电磁波，这就是X射线。下列说法中正确的有 A.P、Q间应接高压直流电，且Q接正极 B.P、Q间应接高压交流电 C.K、A间是高速电子流即阴极射线，从A发出的是X射线即一种高频电磁波 D.从A发出的X射线的频率和P、Q间的交流电的频率相同 解析：K、A间的电场方向应该始终是向左的，所以P、Q间应接高压直流电，且Q接正极。从A发出的是X射线，其频率由光子能量大小决定。若P、Q间电压为U，则X射线的频率最高可达Ue/h。本题选AC。光谱观察光谱的仪器，分光镜 光谱的分类，产生和特征产生特征发射光谱连续光谱由炽热的固体、液体和高压气体发光产生的由连续分布的，一切波长的光组成明线光谱由稀薄气体发光产生的由不连续的一些亮线组成吸收光谱高温物体发出的白光，通过物质后某些波长的光被吸收而产生的在连续光谱的背景上，由一些不连续的暗线组成的光谱 光谱分析：一种元素，在高温下发出一些特点波长的光，在低温下，也吸收这些波长的光，所以把明线光波中的亮线和吸收光谱中的暗线都称为该种元素的特征谱线，用来进行光谱分析。 4、光的偏振光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。各种电磁波中电场E的方向、磁场B的方向和电磁波的传播方向之间，两两互相垂直。光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起的，因此将E的振动称为光振动。光振动垂直于纸面光振动在纸面自然光。太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫自然光。偏振光。自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰好是90，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直。我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。例题： 有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有 A.只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振B.只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振C.自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光D.除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光 解析：机械能中的横波能发生偏振。自然光不一定非要通过偏振片才能变为偏振光。本题应选BD。二、光的粒子性1、光电效应（1）光电效应在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射出电子的现象称为光电效应。（右图装置中，用弧光灯照射锌版，有电子从锌版表面飞出，使原来不带电的验电器带正电。）（2）光电效应的实验规律：装置：任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于极限频率的光不能发生光电效应。光电子的最大初动能与入射光的强度无关，光随入射光频率的增大而增大。大于极限频率的光照射金属时，光电流强度（反映单位时间发射出的光电子数的多少），与入射光强度成正比。 金属受到光照，光电子的发射一般不超过109秒。例题： 对爱因斯坦光电效应方程EK= h-W，下面的理解正确的有 A.只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能EKB.式中的W表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功 C.逸出功W和极限频率0之间应满足关系式W= h0D.光电子的最大初动能和入射光的频率成正比VAPK解析：爱因斯坦光电效应方程EK= h-W中的W表示从金属表面直接中逸出的光电子克服金属中正电荷引力做的功，因此是所有逸出的光电子中克服引力做功的最小值。对应的光电子的初动能是所有光电子中最大的。其它光电子的初动能都小于这个值。若入射光的频率恰好是极限频率，即刚好能有光电子逸出，可理解为逸出的光电子的最大初动能是0，因此有W= h0。由EK= h-W可知EK和之间是一次函数关系，但不是成正比关系。本题应选C。例题：如图，当电键K断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴