高三物理二輪復習 光的本性教學案

1、高考綜合復習-光之本性知識網(wǎng)絡考試分數(shù)試驗綱要：知識點要求說明光本性學說發(fā)展的簡史光的干涉現(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的關系光的衍射光的偏振現(xiàn)象光譜和頻譜分析、紅外線、紫外輻射、x射線、射線及其應用、光的電磁性質(zhì)、電磁波譜愛因斯坦光電效應光電效應方程光的波粒二象性、物質(zhì)波激光的特性及應用復習指導：“光的本性”的內(nèi)容基本上是按照人們對光的本性的認識過程展開的。 光的干擾作用和衍射實驗的成功證明了光具有波動性，推動了光的波動說發(fā)展。 光的電磁說明了光現(xiàn)象的電磁本質(zhì)。 光電效應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，明確了光還具有粒子性，最終使人認識到光具有波粒二象性。在往年的高等院校入學考試

2、問題上，關于“光的本性”的內(nèi)容多以選擇或者填空的形式出現(xiàn)。 所列知識點中命題頻率高的是光的干擾作用、光譜與光電效應，其次是波長、波速與頻率的關系，有時結合幾何光學中的知識進行考察。要點精析光的波動性：(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，光具有波動性的話能夠觀察其干涉現(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：振動時(指描述振動的物理量-頻率、相位、振幅及振動方向)始終相同。 由于物質(zhì)發(fā)光的特殊性，無論哪兩個獨立的光源發(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 .典型的干擾作用實驗：楊氏雙縫干擾作用實驗、薄膜干擾作用實驗。(2)雙狹縫干擾作用1 .實驗結果：用單色光源在畫面上出現(xiàn)明暗相間的等間距干擾作用條紋，用白光進行該實驗后，畫面上出現(xiàn)顏色的干擾作用條紋。2 .實驗分析：當從畫面上的某點到雙縫S1、S2的距離差為光波波長的整數(shù)倍時，在這些個的位置出現(xiàn)明亮的條紋當從屏幕上的某點到雙狹縫S1、S2的距離差為光波的半波長的奇數(shù)倍時，在這些個的位置出現(xiàn)暗紋干擾作用條紋等間距在相同條件的雙縫實驗中，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 .結論：在相鄰的明暗相間條紋間的距離相

4、同的實驗中，任意兩個相鄰的明亮條紋間的距離相等的x與、d、三要素有關，d相同的條件下x與成比例，因此紅色光和紫色光分別實驗得到的條紋間隔不同，因為紅色光的波長比紫色光的波長長(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列波重疊，這兩個列波由相同的光源發(fā)出，所以干擾作用波，相同水平線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，光波的波長極短，所以薄膜干擾作用實驗使用的電介質(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2d是光波的半波長的偶數(shù)倍的情況下，在這些個的場所出現(xiàn)明亮的圖案當2d是光波的半波長的奇數(shù)倍時，在

5、這些個的場所出現(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的光反射而變強，另一波長的光反射而變?nèi)酰谀さ南裆铣霈F(xiàn)色紋。4 .光的干擾作用的技術應用。(1)基于尺干擾作用的鏡面檢查：光的干擾作用在技術上可以檢測精密零配件的表面質(zhì)量，將被檢測平面和放置在上面的透明標準十字形大板塊的一端對著片，在十字形大板塊的標準平面和被檢測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；在光學元件(透鏡、棱鏡項目)的表面涂復薄膜，當薄膜

6、的厚度為入射光在薄膜中的波長的1/4時，薄膜兩面的反射光，由于光路差正好等于半波長，相互抵消，起到減小反射光，增大透射光強度的作用。(4)光的衍射1 .光的衍射：光離開直線路徑，回到障礙物的影子區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)象稱為光的衍射。 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差異小或小于光的波長3 .明顯衍射現(xiàn)象：白光單縫衍射：中間寬度，明白條紋兩側狹窄暗色條紋單色光的單縫衍射：中央寬度、明亮條紋兩側明暗之間的條紋，條紋的間距向兩側越來越窄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，兩側條紋的亮度逐漸減少。(5)光的電磁說電磁波頻譜1 .光的電磁說：十九世紀六十年代、英吉利的物理學家麥斯威爾提出電磁場理論，預見電磁波的存在，提出電磁波為橫波，傳播速率等于光速，并基于光波這些個的相似性，指出了“光波是電磁波”光的電磁說。 1888年赫茲實驗證明電磁波的存在，其傳播速率測定等于光速，與麥斯威爾的預言非常符合，證明了光的電磁說是正確的。2 .電磁波頻譜：(1)紅外線：發(fā)現(xiàn)過程： 1800年英吉利物理學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，將溫度修正移動到紅色區(qū)域外側，發(fā)現(xiàn)溫度更高，說明這里存在看不見的放射性射線，然后稱為紅外線。特點：最明顯的是熱作

8、用適用：紅外線加熱，該加熱方式的優(yōu)點是能夠發(fā)熱物體內(nèi)部，加熱效率高，效果好紅外線拍攝(遠距離拍攝、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紅外遙感可以用飛機和衛(wèi)星測量地熱，尋找水源，監(jiān)測森林火災，估計農(nóng)作物的氣勢和收獲，預報臺風、寒流。(2)紫外輻射：發(fā)現(xiàn)過程： 1801年德意志物理學家麗特發(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：主要作用為化學作用，具有較強的熒光效果、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熒光燈、黑光燈醫(yī)院病房和手術室的消毒治療皮膚病。(3)倫琴線：發(fā)現(xiàn)過程： 189

9、5年，德意志物理學家倫琴研究陰極射線性質(zhì)時，發(fā)現(xiàn)陰極射線(高速電子流)照射玻璃壁，產(chǎn)生管壁看不見的放射性射線，倫琴將其稱為x射線產(chǎn)生條件：高速電子流接觸到任意體的固體時，產(chǎn)生x射線特性：透過能力強。適用：工業(yè)金屬探傷；從醫(yī)療角度透視人體。另外，還有波長比倫琴射線短的電磁波，例如從放射性元素發(fā)射的射線。(4)電磁波頻譜電波、紅外線、可見光、紫外輻射、x光、射線合并構成大范圍的電磁波頻譜。另一方面，從電波到射線是本質(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)頻率和波長而不同的特性，例如波長越長，越容易表現(xiàn)干擾作用、衍射等現(xiàn)象，隨著波長變短，需要可見光、紫外輻射、x射線、射線(5)電磁

10、波的產(chǎn)生反應歷程；電波：在振蕩電路中產(chǎn)生紅外線、可見光、紫外輻射：原子的外層電子被激發(fā)而產(chǎn)生倫琴線：原子內(nèi)層的電子被激發(fā)而產(chǎn)生射線：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1 .通過光(包括不可見光)的照射從物體發(fā)射電子(即，光電子)的現(xiàn)象被稱為光電效應。2 .光電效應定律：(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(2)光電子的最大初始動能與入射光的強度無關，僅隨著入射光頻率的增大而增大(線性關系)(3)當入射光照射到金屬時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬間的，通常為109秒以下(4)當入射光的頻率大于臨界頻率時，光電電流的強度與入射光

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

12、電效應。光子學在平板支撐(德意志物理學家)認為電磁波的能量是不連續(xù)的基礎上，愛因斯坦提出了光子，在空間中傳播的光一部分一部分地前進，一部分一部分的能量等于HV，一部分稱為光子，是光的頻率。光子學光電效應的解釋：光子碰到金屬時，有的電子吸收光子能量動能變大，電子動能變大到可以克服原子核引力的程度時，就會從金屬表面飛出，變成光電子。(1)光子能量和頻率有關，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。 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，具有最大的初始動能，通過能量守恒該方程稱為愛因斯坦光電方程，顯然最大初始動能與入射光子的頻率有關。(3)光的波粒二象性光的干擾作用、衍射等現(xiàn)象表明光具有波動性，光電效應沒有討論地表照明光具有粒子性的馀地。 現(xiàn)在人們認為，光既具有波動性又具有粒子性，也就是說光具有波粒二象性，但無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行要不得。從概率波來看很多光子的效果大多顯示出波動性個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中理解次低頻光子容易顯示波動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，因此必須綜合運用波動觀點和粒子觀點。(四)物質(zhì)波定義：運動的物體，電子、質(zhì)子、行星、太陽，都有相應的波，這種波又稱物質(zhì)波，又稱達布羅伊波。特點：宏命令物體的達布洛伊波長遠小于微粒子的波長。波長公式，其中h=6.6310-34Js，p是運動物體的運動量。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：橫波的振動矢量與波的傳播方向垂直振動時，偏向某特定方向的現(xiàn)象。 因為縱波只能在波的傳播方向上振動，所以不會有偏振光。2 .自然光和偏振光：自然光：由于普通光源直接發(fā)出的天然光是無數(shù)偏振光的隨機集合，所以直接觀察時

15、光強不會偏向一定方向。 在這個所有方向上振動的光波的強度相同的光叫做自然光。偏振光：自然光通過偏振片后，垂直于傳播方向的振動矢量只在單向式上振動，這種光稱為偏振光。3 .激光與自然光相比，具有以下幾個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度特別大，亮度很高。4 .激光的重要應用：激光的應用很多，發(fā)展前景非常廣闊，目前重要的應用有導光纖維通訊、精確測距、目標跟蹤、激光光盤、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)，決定其化學組成的方法稱為頻譜分析。精細主題筆記本例題1 .雙狹縫干擾作用實驗

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，在雙狹縫的一個狹縫前放置紅色過濾煙嘴(僅透過紅色光)，在另一個狹縫前放置綠色過濾煙嘴(僅透過綠色光)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 .沒有任何顏色的雙縫干擾作用條紋，但畫面上還有光d .屏幕上沒有光分析：在雙狹縫干擾作用實驗的裝置中，狹縫的寬度與光的波長大致相同。 在雙縫中分別放入紅色和綠色的過濾煙嘴后，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。評價：光的干擾作用、衍射和機械波的干擾作用、衍射在原理上完全相似，在復習中可以與對照類比。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