高考物理一輪總復(fù)習(xí)考點(diǎn)大全第十三章核心考點(diǎn)光的本性

1、第十三講 光的本性,【知識(shí)要點(diǎn)】,一、對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí) 二、光的干涉和衍射 三、光的電磁說(shuō) 四、光電效應(yīng)與光子說(shuō),一、對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí),人類(lèi)對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了微粒說(shuō)、波動(dòng)說(shuō)、電磁說(shuō)、光子說(shuō)幾個(gè)過(guò)程。光子說(shuō)認(rèn)為：光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。,二、光的干涉和衍射,光的干涉和光的衍射是光具有波動(dòng)性的有力證據(jù)。 1光的干涉 現(xiàn)象：兩列或幾列光波在空間相遇時(shí)相互疊加，在某些區(qū)域始終加強(qiáng)，在另一些區(qū)域始終減弱，形成穩(wěn)定的明暗相間條紋的現(xiàn)象。 產(chǎn)生條件：（1）兩列波頻率必須相同；（2）在相遇點(diǎn)的振動(dòng)方向幾乎沿同一直線(xiàn)；（3）在觀(guān)察的時(shí)間內(nèi)，在相遇點(diǎn)的兩個(gè)振動(dòng)的位相差保持不變。,雙縫

2、干涉：,用單色光做波源射到雙縫上，比如用紅光，光屏上出現(xiàn)明暗相間的紅色條紋，明紋是振動(dòng)的加強(qiáng)點(diǎn)，此點(diǎn)到兩狹縫的路程差是波長(zhǎng)的整數(shù)倍；暗紋是振動(dòng)的減弱點(diǎn)，此點(diǎn)到兩狹縫的路程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。相鄰的明紋（或暗紋）間的距離 式中d是雙縫的間距，L是雙縫至屏面的距離。如果用白光做光源，光屏上出現(xiàn)的干涉圖樣是彩色條紋,薄膜干涉：,從透明薄膜前后面反射的兩列光波疊加在一起，由于薄膜厚度的差異，產(chǎn)生明暗相間條紋的現(xiàn)象。,2光的衍射,現(xiàn)象：光線(xiàn)繞過(guò)障礙物偏離直線(xiàn)傳播而進(jìn)入幾何陰影，并在光屏上出現(xiàn)明暗相間條紋的現(xiàn)象。 產(chǎn)生條件：障礙物或孔的尺寸比光波的波長(zhǎng)小或者相差不多。 單縫衍射：?jiǎn)慰p衍射圖樣是平行的、中間

3、寬兩邊窄的明暗相間的條紋。,圓孔衍射：圓孔衍射圖樣是明暗相間的同心圓環(huán)。,三、光的電磁說(shuō),1、電磁波譜 電磁波按波長(zhǎng)以大到小的順序是：無(wú)線(xiàn)電波（包括微波）、紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)、x射線(xiàn)、射線(xiàn)。 2、光譜及光譜分析 由色散形成的，按頻率的順序排列而成的彩色光帶叫做光譜。 光譜分類(lèi)：,（1）連續(xù)光譜 連續(xù)分布的包含有從紅光到紫光各種色光的光譜叫做連續(xù)光譜。熾熱的固體、液體和高壓氣體的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜。例如電燈絲發(fā)出的光、熾熱的鋼水發(fā)出的光都形成連續(xù)光譜。 （2）明線(xiàn)光譜 只含有一些不連續(xù)的亮線(xiàn)的光譜叫做明線(xiàn)光譜。明線(xiàn)光譜中的亮線(xiàn)叫譜線(xiàn)，各條譜線(xiàn)對(duì)應(yīng)不同波長(zhǎng)的光。稀薄氣體或金屬的蒸氣的發(fā)射光譜是

4、明線(xiàn)光譜。明線(xiàn)光譜是由游離狀態(tài)的原子發(fā)射的，所以也叫原子的光譜。實(shí)踐證明，原子不同，發(fā)射的明線(xiàn)光譜也不同，每種原子只能發(fā)出具有本身特征的某些波長(zhǎng)的光，因此明線(xiàn)光譜的譜線(xiàn)叫原子的特征譜線(xiàn)。,（3）吸收光譜,高溫物體發(fā)出的白光（其中包含連續(xù)分布的一切波長(zhǎng)的光）通過(guò)物質(zhì)時(shí)，某些波長(zhǎng)的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜，叫做吸收光譜。各種原子的吸收光譜中的每一條暗線(xiàn)都跟該種原子的原子的發(fā)射光譜中的一條明線(xiàn)相對(duì)應(yīng)。這表明，低溫氣體原子吸收的光，恰好就是這種原子在高溫時(shí)發(fā)出的光。因此吸收光譜中的暗譜線(xiàn)，也是原子的特征譜線(xiàn)。太陽(yáng)的光譜是吸收光譜。,（4）光譜分析,由于每種原子都有自己的特征譜線(xiàn)，因此可以根據(jù)光譜來(lái)鑒別

5、物質(zhì)和確定的化學(xué)組成。這種方法叫做光譜分析。 原子光譜的不連續(xù)性反映出原子結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，所以光譜分析也可以用于探索原子的結(jié)構(gòu)。,四、光電效應(yīng)與光子說(shuō),1光電效應(yīng) 現(xiàn)象：在光的照射下，使物體中的電子逸出的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。 實(shí)驗(yàn)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這個(gè)極限頻率，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)；低于這個(gè)頻率的光不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。 （2）光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨入射光的頻率的增大而增大。 （3）入射光照到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)10-9秒。 （4）當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。,2光子說(shuō) 在空間

6、傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子。光子的能量跟它的頻率成正比，即 E=h ， 式中的h=6.6310-34js，是普朗克常量。 3愛(ài)因斯坦光電方程 根據(jù)能量守恒定律，光電子的最大初動(dòng)能跟入射光子的能量h和逸出功w之間有如下關(guān)系 這個(gè)方程叫愛(ài)因斯坦光電方程。,，,4對(duì)光電效應(yīng)的解釋 根據(jù)愛(ài)因斯坦的理論，當(dāng)光子照射到物體上時(shí)，它的能量可以被物體中的某個(gè)電子全部吸收。電子吸收光子的能量后，它的能量立刻增加，不需要積累的過(guò)程，如果h足夠大，電子就可以在瞬間離開(kāi)物體表面 子吸收的能量h，一部分用來(lái)克服原子引力脫離物體表面做逸出功，一部分轉(zhuǎn)化為光電子的最大初動(dòng)能。對(duì)于一定的金屬來(lái)說(shuō)，

7、逸出功w是一定的，所以光電子的最大初動(dòng)能隨著入射光頻率的增大而增大。如果入射光子的能量等于金屬的逸出功，它的頻率就是極限頻率，小于這個(gè)頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)了，那么極限頻率 0=W/h 如果入射光比較強(qiáng)，即單位時(shí)間內(nèi)入射光子的數(shù)目多，產(chǎn)生的光電子也多，所以光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。,5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。,但是接受光的波粒二象性，就要求我們既不可以把光當(dāng)成宏觀(guān)觀(guān)念中的波，也不可以把光當(dāng)成宏觀(guān)觀(guān)念中的粒子。一般說(shuō)來(lái)，大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動(dòng)性，這種波動(dòng)性可以看做是表明大量光子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種幾率波。而個(gè)別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性，這種粒子性

8、體現(xiàn)在有能量、有動(dòng)量，卻沒(méi)有靜止質(zhì)量。,【典型例題】,例1、如圖所示的雙縫干涉裝置，作為線(xiàn)光源的小縫S位于雙縫,如果屏上的Q點(diǎn)是暗點(diǎn)，表明兩列光波到達(dá)Q點(diǎn)時(shí)，它們的振動(dòng)步調(diào)相反（如一列波處于波峰時(shí)，另一列波處于波谷），所以疊加結(jié)果互相削弱。根據(jù)波動(dòng)的知識(shí)知道，發(fā)出的光波和發(fā)出的光波到達(dá) Q點(diǎn)的路程差是該光波半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。,解答：O點(diǎn)是亮點(diǎn)。光到達(dá)P點(diǎn)的路程差是該光波波長(zhǎng)的整數(shù)倍。光到達(dá)Q點(diǎn)的路程差是該光波半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。,例2、用細(xì)金屬絲繞一線(xiàn)框，將線(xiàn)框浸入肥皂水中，然后取出，這時(shí)線(xiàn)框里有一肥皂水薄膜。把這金屬框豎直放置，光從肥皂液膜反射到我們的眼睛，我們看到的干涉條紋是 A條紋是水平方向，

9、條紋寬度大體相同 B條紋是水平方向，條紋間隔上寬下密 C條紋是水平方向，條紋間隔上密下寬 D條紋是豎直方向，條紋寬度大體相等,分析：我們眼睛看到的圖像是由肥皂液膜的前表面（靠近人的一側(cè)）反射的光和由肥皂液膜的后表面反射的光形成的干涉圖樣。如果用白光做實(shí)驗(yàn)，觀(guān)察到的干涉圖樣是彩色條紋；如果用單色光做實(shí)驗(yàn)，觀(guān)察到的是單色明暗條紋。明條紋處是前表面的反射光和由后表面反射的光在到達(dá)前表面時(shí)的振動(dòng)步調(diào)相同，互相疊加而振動(dòng)加強(qiáng)；暗條紋處則是前表面的反射光和后表面反射光在到達(dá)前表面時(shí)的振動(dòng)步調(diào)相反而互相削弱的結(jié)果。同一明紋處的各點(diǎn)，前表面的反射光和后表面的反射光的路程差（稱(chēng)為光程差）是相同的，說(shuō)明這些點(diǎn)處，

10、薄膜的厚度是相同的。同理，同一暗紋處的各點(diǎn)，膜的厚度也是相同的。相鄰兩條明條紋或相鄰兩條暗條紋之間，膜的厚度差是相等的。如果肥皂液膜的兩表面夾角恒定，那么形成的明暗條紋是等間距的。但本題中，肥皂液膜由于受重力的作用，使其形成的薄膜截面如圖（甲）所示，膜的兩表面夾角自上而下是由小變大。這種情況形成的明暗條紋的間隔是上邊寬、下邊密。所以本題所呈現(xiàn)的薄膜干涉圖樣如圖乙所示，條紋是水平方向，條紋的間隔是上寬下密。,說(shuō)明：在薄膜干涉中，前表面反射的光和后表面反射的光的光程差，是由膜的厚度和膜對(duì)光的折射率決定的。如果膜的前后表面反射的兩列光波的光程差相同，則表明膜的厚度相同，反之亦然。這樣就很容易理解，同

11、一明條紋處或同一暗條紋處，膜的厚度是相同的。,解答：選項(xiàng)B正確。,例3、太陽(yáng)光譜中含有許多暗線(xiàn)，這些暗線(xiàn)是由于什么原因形成的？,分析：首先要認(rèn)識(shí)到太陽(yáng)的光譜是在連續(xù)光譜的背景上有許多暗線(xiàn)，這表明太陽(yáng)的光譜是吸收光譜，而不是連續(xù)光譜。太陽(yáng)光譜的這些暗線(xiàn)對(duì)應(yīng)著某些元素的特征譜線(xiàn)，它表明太陽(yáng)大氣層中存在著這些元素。太陽(yáng)光在經(jīng)過(guò)溫度較低的太陽(yáng)大氣層時(shí)，某些頻率的光被太陽(yáng)大氣中的這些元素的原子所吸收而形成了連續(xù)光譜中的這些暗線(xiàn)。 解答：這些暗線(xiàn)是由于太陽(yáng)光線(xiàn)經(jīng)過(guò)溫度較低的太陽(yáng)大氣層時(shí)，某些特征譜線(xiàn)的光被吸收而形成的。,例4、入射光照到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變。下列說(shuō)法

12、正確的是： A逸出的光電子的最大初動(dòng)能減少； B單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目減少； C從光照至金屬表面到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將增加； D不發(fā)生光電效應(yīng)。,分析：光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律第2條是，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨著入射光的頻率增大而增大。若入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變，顯然逸出的光電子的最大初動(dòng)能不變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律第4條是，當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。若入射光的強(qiáng)度減弱，單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目減少，選項(xiàng)B正確。光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律的第3條是，入射光照到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不

13、 將增加的說(shuō)法不對(duì)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律第1條是，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這個(gè)極限頻率，才能發(fā)生光電效應(yīng)；低于這個(gè)頻率的光不發(fā)生光電效應(yīng)。既然原來(lái)入射光照到金屬表面上能發(fā)生光電效應(yīng)，說(shuō)明入射光的頻率大于極限頻率，既使入射光的強(qiáng)度減弱，頻率沒(méi)發(fā)生變化，光電效應(yīng)還是要繼續(xù)發(fā)生，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。,解答：根據(jù)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可知，只有選項(xiàng)B正確。,例5、能量為6eV的光子射入某金屬表面后，逸出光電子的最大初動(dòng)能為2.5eV，求這種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率。,分析：已知光子的能量，光電子的最大初動(dòng)能，根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，可計(jì)算出金屬的逸出功。再根據(jù)金屬的極限頻率

14、與逸出功的關(guān)系，計(jì)算出金屬的極限頻率。,金屬的逸出功為,【反饋練習(xí)】,1下面幾種光學(xué)現(xiàn)象中，屬于光的衍射現(xiàn)象的是 A浮在水平上的薄油層在太陽(yáng)光的照射下，呈現(xiàn)各種不同顏色 B將兩塊平玻璃片緊緊捏在一起，會(huì)從玻璃片面上看到許多彩色花紋 C通過(guò)并在一起的兩根鉛筆間的狹縫，看遠(yuǎn)處與縫平行的線(xiàn)狀白熾燈燈絲，會(huì)看到許多彩色條紋 D太陽(yáng)光通過(guò)玻璃三棱鏡后形成彩色光帶,答案:C,2下列現(xiàn)象中，屬于光的干涉現(xiàn)象的是： A天空出現(xiàn)的彩虹 B肥皂泡在陽(yáng)光照射中呈現(xiàn)彩色花紋 C隔著棱鏡觀(guān)察物體，在物體邊緣看到彩色 D通過(guò)靠得很近的兩根平行鉛筆間的縫隙觀(guān)察遠(yuǎn)處的日光燈時(shí)，見(jiàn)到的彩色光帶,答案:B,3如圖所示，是干涉法檢

15、查某塊厚玻璃板的上表面是否平的裝置，所用單色光是用普通光源加濾光片產(chǎn)生的，檢查中所觀(guān)察到的干涉條紋是由下列哪兩表面反射的光線(xiàn)疊加而成的 Aa的上表面和b的下表面 Ba的上表面和b的上表面 Ca的下表面和b的上表面 Da的下表面和b的下表面,答案:C,4通過(guò)游標(biāo)卡尺兩測(cè)腳間的狹縫觀(guān)看遠(yuǎn)處與縫平行的白熾燈的直燈絲，可以看到衍射圖樣?，F(xiàn)在將紅色和藍(lán)色濾光片分別放到卡尺與燈泡間，如果其它條件不變，那么衍射圖樣的中央亮紋寬度，紅光與藍(lán)光的相比較 A紅色的較窄 B藍(lán)色的較窄 C兩種光的寬度相等 D需經(jīng)計(jì)算才能確定,答案:B,5如圖所示，用頻率為f的單色光垂直照射雙縫，在光屏上的P,應(yīng)為,答案:D,6關(guān)于光

16、譜，下面說(shuō)法中正確的是 A熾熱的液體發(fā)射連續(xù)光譜 B太陽(yáng)光譜中的暗線(xiàn)說(shuō)明太陽(yáng)上缺少與這些暗線(xiàn)相應(yīng)的元素 C明線(xiàn)光譜和暗線(xiàn)光譜都可用于對(duì)物質(zhì)成分進(jìn)行分析 D發(fā)射光譜一定是連續(xù)光譜,答案:AC,7關(guān)于電磁波，下列說(shuō)法中哪些是正確的？ A電磁波中最容易表現(xiàn)出干涉、衍射現(xiàn)象的是無(wú)線(xiàn)電波 B紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)是原子外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生的。 C射線(xiàn)是原子內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生的 D紅外線(xiàn)的波長(zhǎng)比紅光波長(zhǎng)長(zhǎng)，它的顯著作用是熱作用,答案:ABD,8某種無(wú)色透明玻璃對(duì)于在真空中的波長(zhǎng)為0.60m的單色光的折射率是1.50。則 C這種光在該玻璃中的波長(zhǎng)是0.9m D對(duì)于真空中波長(zhǎng)為0.40m的單色光，該玻璃的折

17、射率略小于1.50,答案:AB,9某激光器能發(fā)射波長(zhǎng)為的激光，發(fā)射功率為P，c表示光速，h表示普朗克常量，則激光器每秒發(fā)射的光子數(shù)為,答案:A,10用綠光照射一光電管，能產(chǎn)生光電效應(yīng)。欲使光電子從陰極逸出時(shí)的最大初動(dòng)能增大，應(yīng) A改用紅光照射； B增大綠光的強(qiáng)度 C增大光電管上的加速電壓 D改用紫光照射,答案:D,【課后練習(xí)】,1關(guān)于光的干涉和衍射，以下說(shuō)法正確的是 A在波峰跟波峰疊加的地方，光就加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋 B在波谷跟波谷疊加的地方，光就削弱，出現(xiàn)暗條紋 C在雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)條件不變的情況下，紅光的條紋間距比紫光的大 D雙縫干涉的明條紋或暗條紋之間的距離總是相等的；單縫衍射的明條紋或暗條紋

18、的間距也是相等的,答案: AC,2、用頻率為的光照射某種金屬表面產(chǎn)生光電子。當(dāng)光電子垂直進(jìn)入強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，其最大半徑為R，以W表示逸出功，m、e、h分別表示電子質(zhì)量、電量和普朗克常量。下列表示電子最大初動(dòng)能的式子中哪些是正確的,答案: CD,3、在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來(lái)不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連。用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針就張開(kāi)一個(gè)角度：如圖所示，這時(shí) A、鋅板帶正電，指針帶負(fù)電 B、鋅板帶正電，指針帶正電 C、鋅板帶負(fù)電，指針帶正電 D、鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電,答案: B,4、一盞電燈發(fā)光功率為100W，假設(shè)它發(fā)出的光向四周均勻輻射，,答案: C,5用紅光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，在屏上觀(guān)察到干涉條紋。在其它條件不變的情況下，改用紫光做實(shí)驗(yàn)，則干涉條紋間距將變_。如果