2022高三物理高考知識點分析光的本性物理光學(xué)

光的本性物理光學(xué)微粒說（牛頓）知識網(wǎng)絡(luò)：波動說（惠更斯）光的本性學(xué)說發(fā)展史電磁說（麥克斯韋）光子說（愛因斯坦）光的波粒二象說物理光學(xué)光的干預(yù)波動性光的波粒二象性光的衍射粒子性――光電效應(yīng)一、粒子說和波動說1、微粒說——（牛頓）認(rèn)為個光是粒子流，從光源出發(fā)，在平均介質(zhì)中按照力學(xué)規(guī)律做勻速直線運動。成功——直線流傳（勻速直線運動）、反射（經(jīng)典粒子打在界面上）困難——干預(yù)，衍射（波的特性），折射（粒子受到界面的吸引和排擠：折射角、不能視同一律），光芒交錯2、波動說——（荷蘭）惠更斯、（法）菲涅爾，光在“以太”中以某種振動向外流傳成功——反射、折射、干預(yù)、衍射困難——光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、偏振19世紀(jì)以前，微粒說一直占上風(fēng)1）人們習(xí)習(xí)用經(jīng)典的機械波的理論去理解光的本性。2）牛頓的聲威3）波動理論本身不夠完善（以太、惠更斯無法科學(xué)的給出周期和波長的觀點）3、光的電磁說——（英）麥克斯韋，光是一種電磁波4、光電效應(yīng)——證明光擁有粒子性二、光的雙縫干預(yù)——證明光是一種波1、實驗1801年，（英）托馬斯·楊單色光單孔屏雙孔屏接收屏2、現(xiàn)象1）接收屏上看到明暗相間的等寬等距條紋。中央亮條紋2）波長越大，條紋越寬3）如果用復(fù)色光（白），出現(xiàn)彩色條紋。中央復(fù)色（白）原因：相干光源在屏上疊加（加強或減弱）3、小孔的作用：產(chǎn)生同頻次的光雙孔的作用：產(chǎn)生相干光源（頻次相同，步調(diào)一致，兩小孔出來的光是完全相同的。）4、條紋的亮暗L2—L1=（2K1）λ/2弱L2—L1=2K*λ/2=Kλ強5、條紋間距∝波長X=λL/d波長

雙縫到屏的距離

雙縫距離6、

1m=10

9nm

1m=10

10

A【例

1】

用綠光做雙縫干預(yù)實驗，在光屏上體現(xiàn)出綠、暗相間的條紋，相鄰兩條綠條紋間的距離為。下列說法中正確的有（C）A如果增大單縫到雙縫間的距離，將增大B如果增大雙縫之間的距離，將增大C如果增大雙縫到光屏之間的距離，將增大D如果減小雙縫的每條縫的寬度，而不改變雙縫間的距離，將增大三、薄膜干預(yù)——光是一種波1、實驗酒精中撒鈉鹽，火焰發(fā)出單色的黃光2、現(xiàn)象（1）薄膜的反射光中看到了明暗相間的條紋。條紋等寬（2）波長越大，條紋越寬（3）如果用復(fù)色光，出現(xiàn)彩色條紋3、原因——以前后表面反射回來的兩列頻次相同的光波疊加，峰峰強、谷谷強、峰谷弱（陽光下的肥皂泡、水面上的油膜、壓緊的兩塊玻璃）4、科技技上的應(yīng)用（1）查平面的平整程度單色光入射，a的下表面與

b的上表面反射光疊加，出現(xiàn)明暗相間的條紋

，如果被檢查的平面是平的，那么空氣厚度相同的各點就位于同一條直線上，干預(yù)后獲得的是直條紋，否則條紋彎曲。（2）增透膜膜的厚度為入射光在薄膜中波長的1/4倍時，從薄膜的兩個面反射的波相遇，峰谷疊加，反射減，抵消黃、綠光，鏡頭呈淡紫色?！纠?】運動員在登雪山時要注意防備紫外線的過分照射，尤其是眼睛更不能長時間被紫外線照射，否則將會嚴(yán)重地破壞視力。有人想利用薄膜干預(yù)的原理設(shè)計一種能大大減小紫外線對眼睛的傷害的眼鏡。他采用的薄膜材料的折射率為n=，所要除去的紫外線的頻次為×1014H，那么它設(shè)計的這種“增反膜”的厚度起碼是多少解：為了減少進入眼睛的紫外線，應(yīng)當(dāng)使入射光分別從該膜的前后兩個表面反射形成的光疊加后加強，因此光程差應(yīng)當(dāng)是波長的整數(shù)倍，因此膜的厚度起碼是紫外線在膜中波長的1/2。紫外線在真空中的波長是λ=c/ν=×10-7m，在膜中的波長是λ/=/=×10-7m，因此膜的λn厚度起碼是×10-7m。四．光的衍射——光是一種波1、實驗單縫衍射小孔衍射光繞過直線路徑到障礙物的陰影里去的現(xiàn)象，稱光的衍射，其條紋稱衍射條紋2、條紋的特點：條紋寬度不相同，正中央是亮條紋，最寬最亮，若復(fù)色光（白），彩色條紋，中央復(fù)色（白）3、泊送亮斑——（法）菲涅爾理論泊松數(shù)學(xué)推導(dǎo)4、光的直線流傳是近似規(guī)律五．光的電磁說——麥克斯韋根據(jù)電磁波與光在真空中的流傳速度相同，提出光在本質(zhì)上是一種電磁波，這就是光的電磁說，赫茲用實考證了然光的電磁說的正確性。1、電磁波譜：波長從大到小排列次序為：無線電波、紅外線（一切物體都放出紅外線，1800年，英國赫謝爾）、可見光、紫外線（一切高溫物體，如太陽、弧光燈發(fā)出的光都含有紫外線，1801年，德國里特）、X射線（高速電子流照射到任何固體上都會產(chǎn)生射線，1895年，德國倫琴，）、γ射線。各樣電磁波中，除可見光以外，相鄰兩個波段間都有重疊。各樣電磁波的產(chǎn)活力理分別是：無線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運動產(chǎn)生的；紅外線、可見光、紫外線是原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；倫琴射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；γ射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的。2、各樣電磁波的產(chǎn)生、特性及應(yīng)用。電磁波產(chǎn)活力理特性應(yīng)用無線電LC電路中的周波動性強無線技術(shù)波期性振蕩紅外線原子的最外層電熱作用顯著，衍射性強加熱、高空攝影、紅外遙感可見光惹起視覺產(chǎn)生色彩效應(yīng)照明、攝影、光合作用子受激發(fā)后產(chǎn)生紫外線的化學(xué)、生理作用顯著、日光燈、醫(yī)療上殺菌消毒、治能產(chǎn)生熒光效應(yīng)療皮膚病、軟骨病等倫琴射原子的內(nèi)層電子穿透本領(lǐng)很大醫(yī)療透視、工業(yè)探傷線受激發(fā)后產(chǎn)生的原子核受激發(fā)后探傷；電離作用；對生物組織γ射線穿透本領(lǐng)最強的物理、化學(xué)作用；醫(yī)療上殺產(chǎn)生的菌消毒；3、實考證明：物體輻射出的電磁波中輻射最強的波長λm和物體溫度T之間知足關(guān)系λmTb（b為常數(shù)）。可見高溫物體輻射出的電磁波頻次較高。在宇宙學(xué)中，能夠根據(jù)接收到的恒星發(fā)出的光的頻次，剖析其表面溫度。【例4】為了轉(zhuǎn)播火箭發(fā)射現(xiàn)場的實況，在發(fā)射場成立了發(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。為了不讓發(fā)射場鄰近的小山擋住信號，需要在小山頂上建了一個轉(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)生顯然衍射。解：波長越長越容易顯然衍射，波長越短衍射越不顯然，表現(xiàn)出直線流傳性。這時就需要在山頂建轉(zhuǎn)發(fā)站。因此此題的轉(zhuǎn)發(fā)站一定是轉(zhuǎn)發(fā)電視信號的，因為其波長很短?！纠?】倫琴射線管的構(gòu)造，電源E給燈絲K加熱，從而發(fā)射出熱電子，熱電子在

K、A間的強電場作用下高速向?qū)﹃帢O

A飛去。電子流打到

A極表面，激發(fā)出高頻電磁波，這就是

X射線。正確的有

（

AC

）、Q間應(yīng)接高壓直流電，且

Q接正極、Q間應(yīng)接高壓溝通電、A間是高速電子流即陰極射線，從A發(fā)出的是X射線即一種高頻電磁波、Q間的溝通電的頻次相同六．光電效應(yīng)——在光的照射下物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫光電效應(yīng)。射鋅版，有電子從鋅版表面飛出，使原來不帶電的驗電器帶

（右圖裝置中，用弧光燈照正電。）光效應(yīng)中發(fā)射出來的電子叫光電子。（1）光電效應(yīng)的規(guī)律。①各樣金屬都存在極限頻次ν0，有ν≥ν0才能發(fā)生光電效應(yīng)；②光電子的最大初動能與入射

只光的強度無關(guān)，只隨入光的頻次增大而增大；③當(dāng)入射光的頻次大于極限頻次時，光電流的強度與入光的強度成正比；④剎時性（光電子的產(chǎn)生不超過10-9）。（2）．光子說①、普朗克量子理論～電磁波的發(fā)射和接收是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份叫能量子或量子，每一份的能量是E＝hγ，h＝×10－34J·，稱為普朗克常量。②愛因斯坦光子說～光的發(fā)射、流傳、接收是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份叫一個光子。其能量E＝hγ。解釋：一對一，不積累，能量守恒，③愛因斯坦光電效應(yīng)方程1mv2hwE=hν⑷：E=h-W（E是光電子的最大初動能；2W是逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子戰(zhàn)勝正電荷引力所做的功。）（3）．光電管玻璃泡陰極K（堿金屬）陽極A【例7】對愛因斯坦光電效應(yīng)方程EK=hν-W，下面的理解正確的有（C。）A只假如用同種頻次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擁有同樣的初動能EK表示每個光電子從金屬中飛出過程中戰(zhàn)勝金屬中正電荷引力所做的功hν0光電子的最大初動能和入射光的頻次成正比4）．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?？灯疹D認(rèn)為這是因為光子不單有能量，也擁有動量。實驗結(jié)果證明這個設(shè)想是正確的。因此康普頓效應(yīng)也證了然光擁有粒子性。七康普頓效應(yīng)八、光的波粒二象性1．光的波粒二象性人們無法用其中一種觀點把光的所有現(xiàn)象解釋清楚，只能認(rèn)為光擁有波粒二象性，但不能把它當(dāng)作宏觀經(jīng)典的波和粒子。減小窄縫的寬度，減弱光的強度，使光子一個一個的經(jīng)過，到達(dá)接收屏的底片上。若暴光時間短，底片上是不規(guī)則的亮點，若暴光時間長，底片上是條紋干預(yù)、衍射和偏振以無可辯駁的事實表示光是一種波；光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)又用無可辯駁的事實表示光是一種粒子；因此現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為：光擁有波粒二象性。2．正確理解波粒二象性波粒二象性中所說的波是一種概率波，對大量光子才存心義。波粒二象性中所說的粒子，是指其不連續(xù)性，是一份能量。⑴個別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動性。⑵ν高的光子容易表現(xiàn)出粒子性；ν低的光子容易表現(xiàn)出波動性。⑶光在流傳過程中往往表現(xiàn)出波動性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時往往表現(xiàn)為粒子性。⑷由光子的能量E=hν，光子的動量表示式也能夠看出，光的波動性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動量的計算式中都含有表示波的特點的物理量——頻次ν和波長λ。由以上兩式和波速公式c=λν還能夠得出：E=3，設(shè)激光束的光子全部被鋁球吸收，求鋁球的直徑是多大（計算中可取π=3，g=10m/2）解：設(shè)每個激光光子的能量為，動量為nn，遠(yuǎn)大于納米，會發(fā)生顯然的衍PE,FpEtt射現(xiàn)象，因此不能精準(zhǔn)聚焦。如果用很高的電壓使電子加快，使它擁有很大的動量，其物質(zhì)波的波長就會很短，衍射的影響就小多了。因此此題應(yīng)選A。九．光的偏振⑴光的偏振也證了然光是一種波，而且是橫波。各樣電磁波中電場E的方向、磁場B的方向和電磁波的流傳方向之間，兩兩互相垂直。⑵光波的感光作用和生理作用主假如由電場強度E惹起的，將E的振動稱為光振動。⑶自然光。太陽、電燈等普通光源直接發(fā)出的光，包含垂直于流傳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。⑷偏振光。自然光經(jīng)過偏振片后，在垂直于流傳方向的平面上，只沿一個特定的方向振動，叫偏振光。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巧是90°，這時，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。我們往常看到的絕大多半光都是偏振光。十、激光1）方向性好．激光束的光芒平行度極好，從地面上發(fā)射的一束極細(xì)的激光束，抵達(dá)月球表面時，也只發(fā)散成直徑m多的光斑，因此激光在地面上流傳時，能夠當(dāng)作是不發(fā)散的．2）單色性強．激光器發(fā)射的激光，都集中在一個極窄的頻次范圍內(nèi)，由于光的顏色是由頻次決定的，因此激光器是最理想的單色光源．由于激光束的高度平行性及極強的