高二物理光的本性

1、高二物理光的本性【教學(xué)結(jié)構(gòu)】 一.光的波動(dòng)性 1.光的干涉：是波動(dòng)的主要特征之一，證明光是波。 干涉條件：相干波源產(chǎn)生的光，才能產(chǎn)生光的干涉現(xiàn)象。頻率相同，相差恒定的波源叫相干波源。干涉現(xiàn)象：?jiǎn)紊猱a(chǎn)生干涉時(shí)出現(xiàn)明暗相間的條紋，白光干涉時(shí)出現(xiàn)彩色條紋。 雙縫干涉原理：如圖1所示，雙縫S1、S2射出單色光波到O點(diǎn)距離相等，在O點(diǎn)互相加強(qiáng)是明紋。光屏上任意一點(diǎn)P，兩列光波傳播距離分別為r1、r2，光傳播路程之差=r2r1，若為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，P點(diǎn)為明紋，若為半個(gè)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，P點(diǎn)為暗紋，表示為=。屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋。 雙縫干涉用白光，屏上則出現(xiàn)彩色條紋，中間為白色，兩側(cè)由紫到紅。 2.光是波。光

2、的顏色由光的頻率決定，紅光頻率最小，在真空波長(zhǎng)最長(zhǎng)，紫光頻率最大，在真空中波長(zhǎng)最短。由紅到紫頻率逐漸增大，在真空中波長(zhǎng)逐漸減小。由紅到紫七色光統(tǒng)稱可見(jiàn)光，頻率在1014數(shù)量級(jí)，波長(zhǎng)為幾千埃。1(埃)=1010m，(1nm=109m)?？梢?jiàn)光在真空光速C=3.00×108m/s。在不同介質(zhì)中傳播速度不同，應(yīng)為v，頻率保持不變，波長(zhǎng)變化。在同種介質(zhì)中不同頻率的光折射率不同，介質(zhì)對(duì)頻率高的折射率大。對(duì)紅光折射率最小，對(duì)紫光折射率最大，紅光傳播速度最大，紫光傳播速度最小。 波長(zhǎng)、頻率和波速的關(guān)系是：。在介質(zhì)中。 3.薄膜干涉：產(chǎn)生原因是當(dāng)肥皂膜豎直放置，由于重力作用，膜上薄下厚。光照射到肥皂

3、膜上，經(jīng)前后膜兩次反射，又疊加在一起，后膜反射光的路程比前膜反射多2倍膜厚。若膜厚度2倍等于波長(zhǎng)整數(shù)倍，兩列光波加強(qiáng)，呈現(xiàn)明紋。若某種膜厚度2倍等于半個(gè)波長(zhǎng)奇數(shù)倍，此處兩處兩列波互相減弱，出現(xiàn)暗紋。膜厚度變化是連續(xù)的，就了現(xiàn)明暗相間條紋。 干涉現(xiàn)象應(yīng)用檢查精密零件的表面質(zhì)量。方法是透明標(biāo)準(zhǔn)平面與被側(cè)面之間形成一個(gè)劈形空氣薄層，用薄膜干涉原理檢測(cè)，精度可達(dá)106cm。增透膜：原料：氟化鎂，厚度綠光的波長(zhǎng)。涂有增透膜的鏡頭呈淡紫色。 4.光的衍射：光離開(kāi)直線路徑繞到障礙物陰影部分去的現(xiàn)象。單縫和小孔都能產(chǎn)生衍射。 產(chǎn)生明顯衍射的條件：?jiǎn)慰p的寬度，小孔的直徑大小與光的波長(zhǎng)差不多少。 衍射現(xiàn)象：?jiǎn)慰p衍

4、射圖樣是明暗相間條紋或彩色條紋，小孔衍射圖樣是光環(huán)。 光的衍射現(xiàn)象也是波的主要特征之一，同樣可證明光具有波動(dòng)性。 5.電磁波譜：光是電磁波，光和電磁波都具有反射、折射、干涉、衍射等性質(zhì)。電磁波的傳播速度等于光速。頻率由小到大的排列順序是：無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、x射線、射線這些都是電磁波，只是產(chǎn)生的機(jī)理不同。 無(wú)線電波：振蕩電路中自由電子周期性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，在電磁波譜中頻率最小，波長(zhǎng)最長(zhǎng)。 紅外線：紅光外側(cè)，頻率比紅光低，顯著作用是熱作用，容易穿透云霧。用于烘干，夜視，遙威技術(shù)。 紫外線：紫光外側(cè)，頻率比紫光大。主要作用是化學(xué)作用，消毒、熒光效應(yīng)，誘殺害蟲(chóng)。 x射線：原子內(nèi)層電子受到激

5、發(fā)后產(chǎn)生的。穿透能力很強(qiáng)，用于人體透視，檢查金屬部件。 射線：原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的。很強(qiáng)的穿透能力，用于檢查金屬部件。 6.光譜和光譜分析 (1)發(fā)射光譜：物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜，兩種類型：連續(xù)光譜、線狀譜。 連續(xù)光譜：連續(xù)分布由紅光到紫光各種色光的光譜，產(chǎn)生條件：熾熱固體，液體和高壓氣體發(fā)射光譜。 線狀譜：只含有一些不連續(xù)的亮線的光譜。產(chǎn)生條件：稀薄氣體或金屬蒸氣的發(fā)射光譜。線狀譜是游離狀態(tài)的原子發(fā)射的又叫原子光譜，每種元素的原子具有特性波長(zhǎng)的譜線。 (2)吸收光譜：連續(xù)光譜中某些波長(zhǎng)的光波物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜。產(chǎn)生條件：白光通過(guò)某種氣體，一些波長(zhǎng)的光波吸收，而在連續(xù)光譜上出現(xiàn)幾條暗線。太

6、陽(yáng)光譜是吸收光譜。 (3)光譜分析：根據(jù)光譜來(lái)鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)組成，線狀譜和吸收光譜都可用來(lái)進(jìn)行光譜分析的。同種元素的線狀譜線和吸收譜線是相同都是原子特征譜線。 二.光電效應(yīng)：在光的照射下從物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象。發(fā)射出來(lái)的電子叫光電子。 光電效應(yīng)的規(guī)律：1.任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于極限頻率不能發(fā)生光電效應(yīng)。(2)光電子最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨入射光頻率增大而增大。(3)入射光照到金屬上時(shí)，光電子發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)109s。(4)單位時(shí)間里金屬表面發(fā)射出電光子個(gè)數(shù)跟入射光強(qiáng)度成正比。 光子：在空間傳播的光不是連續(xù)的而

7、是一份一份的，每一份叫一個(gè)光子。光子的能量，E=hv，普朗克恒量J·S，v表示的頻率。 要求會(huì)直接用光電效應(yīng)規(guī)律和光子概念解決問(wèn)題，不需要加深?！窘忸}要點(diǎn)】 例一.下面關(guān)于光現(xiàn)象的敘述，正確的是( ) A.透明薄膜上呈現(xiàn)的彩色圖樣是光的干涉現(xiàn)象 B.隔著棱鏡觀察物體看到邊緣處的彩色是色散現(xiàn)象 C.白光通過(guò)狹縫時(shí)，在后面屏上出現(xiàn)彩色的條紋，是光的衍射現(xiàn)象 D.馬路積水上的油膜的彩色是光的反射現(xiàn)象 解析：透明薄膜在光照射下由于前后膜反射光的疊加，產(chǎn)生彩色圖樣是光的干涉現(xiàn)象，選項(xiàng)A正確。棱鏡的色散現(xiàn)象，只有在光屏距棱鏡足夠遠(yuǎn)處才能有彩色圖樣，在離棱鏡比較近的地方，各種色光折射后偏角較小仍然

8、重疊在一起，還呈白光，只有邊緣都呈彩色，選項(xiàng)B正確，白光通足夠狹的單縫時(shí)，會(huì)出現(xiàn)衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。馬路積水上的油薄在重力作用下各處厚度不同光照結(jié)果出現(xiàn)薄膜干涉，彩色是干涉造成的。 例二.某單色光由水中射入空氣時(shí)，正確的結(jié)論是( ) A.顏色不變，頻率變高，光速度大B.顏色不變，波長(zhǎng)不變，光速變大 C.頻率變低，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，光速變大D.頻率不變，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，光速變大 解析：光無(wú)論在什么介質(zhì)中傳播其顏色不變，而光的顏色又是由頻率決定的，所以頻率也是不變的。光在介質(zhì)中傳播的速度。水的折射率大于空氣的折射率，光速度大是正確的，頻率不變，光速度大，波長(zhǎng)變長(zhǎng)。選項(xiàng)D正確。 例三.一束頻率為5&

9、#215;1014Hz的黃光，以60°角入射，從真空中射入玻璃，其折射角為30°，求此黃光在玻璃的顏色、頻率、波長(zhǎng)、波速。 解析：黃光從真空射入玻璃，其顏色和頻率均不發(fā)生變化，此黃光的顏色仍為黃，其顏色仍為5×1014Hz。玻璃對(duì)黃光的折射率，黃光在玻璃中傳播速度v，波長(zhǎng)：。 例四.由光電效應(yīng)的規(guī)律，判斷下面說(shuō)法正確的是( ) A.只有入射光的波長(zhǎng)小于該金屬的極限波長(zhǎng)，才能發(fā)生光電效應(yīng) B.光電子最大初動(dòng)能跟入射光的頻率成正比 C.光電子最大初動(dòng)能跟入射光的強(qiáng)度成正比 D.在單位時(shí)間內(nèi)，從金屬中逸出光電子數(shù)跟入射光的強(qiáng)度成正比 解：金屬的極限波長(zhǎng)與金屬的極限頻率相

10、對(duì)應(yīng)，入射光波長(zhǎng)小于該金屬的極限波長(zhǎng)則表示入射光的頻率大于極限頻率，可以發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)A正確。光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，入射光頻率越大，光電子的最大初動(dòng)能越大，但不成正比，選項(xiàng)B不正確光電子最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，選項(xiàng)C不正確。入射光強(qiáng)度越強(qiáng)表示單位時(shí)間射入金屬表面光子個(gè)數(shù)越多。選項(xiàng)D正確。 例五.A、B兩束光波，在單位時(shí)間傳輸能量相等，已知A束光波長(zhǎng)為6×108m，A、B兩束光每秒鐘通過(guò)垂直于光傳播方向面上的光子數(shù)分別為4×1010個(gè)和3×1010個(gè)，求B光的波長(zhǎng)？ 解析：光子能量。根據(jù)題意 (m)【課余思考】 1.光的干涉、衍射條件是什么？

11、干涉和衍射圖樣是什么？光干涉和衍射說(shuō)明什么？ 2.光電效應(yīng)規(guī)律是什么？什么叫光子？如何解釋光的強(qiáng)度。【同步練習(xí)】 1.光的 和 等現(xiàn)象表明光具有波動(dòng)性，而 現(xiàn)象表明具有微粒性。按光的波動(dòng)說(shuō)，光的能量是由 決定，按照光子說(shuō)光子的能量跟 成正比。 2.彼此平行的單色光線紅、黃、綠、蘭、紫，以相同的入射角斜射入平行的透明玻璃磚時(shí)，( ) A.傳播速度最大的是紫光B.側(cè)移的距離都相等，它仍穿過(guò)玻璃后仍然平行 C.射入玻璃磚時(shí)，紅光折射角最大D.只有折射光線沒(méi)有反射光線 3.當(dāng)光照到金屬表面時(shí)，有光電子逸出，下列說(shuō)法正確的是( ) A.若光的頻率不變，光的強(qiáng)度減弱，光電子數(shù)減少 B.若光的頻率變大，光電

12、子最大初動(dòng)能變大 C.若光的頻率不變，光的強(qiáng)度增大，光電子速度只與金屬的種類有關(guān) D.若紅光照射到某金屬表面時(shí)，未逸出光子，紫光照射時(shí)一定會(huì)逸出光電子 4.如圖2所示，一豎直的肥皂薄膜的橫截面，當(dāng)光照到薄膜上時(shí)產(chǎn)生了光的干涉現(xiàn)象，下列陳述中正確的是( ) A.干涉條紋的產(chǎn)生是由于光線在薄膜前后兩個(gè)表面反射形成兩列光波的疊加 B.用綠光照射薄膜產(chǎn)生條紋間距比黃光照時(shí)小。 C.干涉條紋中的暗條紋是兩列反射波的波谷與波谷疊加而成。 D.薄膜上的條紋是豎直方向分布的 5.關(guān)于光譜和光譜分析，下列說(shuō)法中正確的是( ) A.太陽(yáng)光譜和白熾燈光譜都是明線光譜 B.霓虹燈和在煤氣火焰中燃燒的鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜都是明線光譜 C.作光譜分析時(shí)，可以用線光譜，也可以用吸收光譜 D.我們觀察月亮的光譜，可以確定月亮的化學(xué)成分 6.對(duì)于光電效應(yīng)的研究，得到如下結(jié)果：(1)任何一種金屬都有一個(gè) ，入射光的