第三课时
3.物理光学
(1)光的电磁说
①光的干涉现象：两列波长相同的单色光在相互覆盖的区域发生叠加,会出现明暗相间的条纹,如果是白光,则会出现彩色条纹,这种现象称为光的干涉.
条件：频率相同、相差恒定、振动方向足足同一直线上.
规律：若两光源同相振动的光程差为
δ＝kλ (k=1,2.……) ——亮条纹
δ＝(2k－1)λ/2 (k=1,2.……) ——暗条纹
纹间距Δx＝lλ/d
用双缝干涉测光的波长的原理：λ＝d·Δx /l
特例:薄膜干涉
注意：关于薄膜干涉要弄清的几个问题
Ⅰ是哪两列光波发生干涉
Ⅱ应该从哪个方向去观察干涉图样
Ⅲ条纹会向哪个方向侧移
②光的衍射现象:光通过很小的孔、缝或障碍物时,会在屏上出现明暗相间的条纹,且中央条纹很亮,越向边缘越暗;如果是复色光发生衍射,则出现彩色条纹.
明显发生衍射的条件:障碍物(或孔、缝)的尺寸可与波长相比拟,且障碍物尺寸比波长越小,衍射越明显。
注意：Ⅰ干涉、衍射现象证明光具有波动性
Ⅱ干涉、衍射条纹在宽度、亮度上的区别
③光的偏振
波的偏振：横波只沿着某一特定的方向振动，称为 波的偏振，光的偏振现象说明光
是横波。
偏振光：通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的
平面上，只沿着一个特定的方向振动，称为偏振光。
实验：通过偏振片P 的偏振光再通过偏振片Q （检
偏器）时，如果两个偏振片的透振方向平行，则通过P 的
偏振光的振动方向跟偏振片Q 的透振方向平行，透射光的
强度最大；如果两个偏振片的透振方向垂直，则通过P 的
偏振光的振动方向跟偏振片Q 的透振方向垂直，偏振光不
能通过Q ，透射光的强度为零。如图所示。
本质：光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E 引
起的，因此常将E 的振动称为光振动。在与光传播方向垂
直的平面内，光振动的方向可以沿任意的方向，光振动沿
各个方向均匀分布的光就是自然光。光振动沿着特定的方向的光就是偏振光。
④光的电磁说、电磁波谱 种类 产生机制 主要性质 无线电波
LC 振荡电路(电荷发生振动) 接收和发射电磁波 红外线
原子外层电子激发跃迁 热效应（激发固体分子共振） 可见光
原子外层电子激发跃迁 视觉效应 紫外线
原子外层电子激发跃迁 化学作用、生物作用 伦琴射线 原子内层电子激发跃迁
穿透力强 γ射线
原子核内激发产生 贯穿本领大、能量大 〖例9〗在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中
的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这
时（ ）
A ．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失
B ．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其它颜色的双缝干涉条纹依然存在
C ．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮
D ．屏上无任何光亮
〖例10〗市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处产生的的热效应
大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后
面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜（例如氟化镁），这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反
射回来的热效应最显著的红外线。以λ表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为
（ ）
A ．81λ
B ．41λ
C ．2
1λ D ．λ
〖例11〗在太阳光照射下，水面油膜上会出现彩色的花纹，这是两列相干波发生干涉的结
果，这两列相干光波是太阳光分别经 而形成的。用平行的单色光垂直照射不透明的
小圆板，在圆板后面的屏上发现圆板阴影中心处有一个亮斑，这是光的 现象。
〖例12〗图中为X 射线管的结构示意图，E 为灯丝电源。要使射
线管发出X射线，须在K、A两电极间加上几万伏的直流高压，则（）A．高压电源正极应接在P点，X射线从K极发出
B．高压电源正极应接在P点，X射线从A极发出
C．高压电源正极应接在Q点，X射线从K极发出
D．高压电源正极应接在Q 点，X射线从A极发出
〖例13〗太阳的连续光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线。产生这些暗线是由于（）
A太阳表面大气层中缺少相应的元素； B．太阳内部缺少相应的元素；
C．太阳表面大气层中存在着相应的元素； D．太阳内部存在着相应的元素。
〖强化训练〗
〖练17〗用绿光照射一光电管，能产生光电效应。欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大，则应（）
A．改用红光照射 B．增大绿光的强度C．增大光电管上的加速电压 D．改用紫光照射〖练18〗用红光做双缝干涉实验，在屏上观察到干涉条纹，在其它条件不变的情况下，改用紫光做实验，则干涉条纹间距将变。如果改用白光做实验，在屏上将出现条纹。
〖练19〗从点光源L发出的白光，经过透镜后成一平行光束，垂直照射到档光板P上，板上开有两条靠得很近的平行狭缝S1、S2如图所
示，在屏Q上可看到干涉条纹，图中O点是屏
Q上与两狭缝等距离的一点，则（）
A．干涉条纹是黑白的，O是亮点
B．干涉条纹是黑白的，O是暗点
C．干涉条纹是彩色的，O是亮点
D．干涉条纹是彩色的，O是暗点
〖练20〗图46-5所示的是一竖立的肥皂液薄膜的横截面，关于竖立的肥皂薄膜上产生光的干涉现象，看下列陈述，其中哪一些是正确的（）
⑴干涉条纹产生是由于光线在薄膜前后两表面反射，形成的两列光波的叠加
⑵干涉条纹的暗线是由于上述两列反射波的波谷与波谷叠加造成的
⑶用绿光照射薄膜产生的干涉条纹间距比黄色光照射时小
⑷薄膜上的干涉条纹基本上是竖直的
A．只有⑴和⑵ B．只有⑶和⑷ C．只有⑴和⑶ D．只有⑵和⑷
〖练21〗关于光谱，下面说法中正确的是（）
A．炽热的液体发射连续光谱
B．太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些暗线相应的元素
C．明线光谱和吸收光谱都可用于对物质成份进行分析
D．发射光谱一定是连续光谱
〖练22〗如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平
整的装置，所用单色光是用普通光源加滤光片产生的。检查中所
观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反向的光叠加而成的（）
A．a的上表面、b的下表面
B．a的上表面、b的上表面
C．a的下表面、b的上表面
D．a的下表面、b的下表面
〖练23〗现代光学装置中的透镜，棱镜的表面常涂上一层薄膜（一般用氟化镁），当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4时，可以大大减少入射光的反射损失，从而增强透射光的强度，这种作用是应用了光的（）
A．色散现象 B．全反射现象 C．干涉现象 D．衍射现象
后记：本课时复习物理光学的基本概念，学生对于记忆部分掌握较好，对光的干涉和衍射理解深刻，能够用所学知识解释物理现象
第四课时
(1)光子说
①光电效应现象：在一定频率光的照射下,从金属表面发射电子的现象,发出的电子叫光电子
规律：Ⅰ.光电效应的瞬时性(10-9秒).
Ⅱ.每种金属都有一个极限频率,当入射光的频率大
于极限频率时,才能发生光电效应.
②光子说 :光源发出的是不连续的,而是一份一份的,每一
份光叫做一个光子,光子的能量跟光的频率成正比,即E=hν
光子论对光电效应的解释：
③爱因斯坦光电效应方程：E k=hν－W
1.光电效应：⑴在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。（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。）⑵光电效应的规律：①各种金属都存在极限频率ν0，只有ν≥ν0才能发生光电效应；②瞬时性（光电子的产生不超过10-9s）。③、④ ..⑶爱因斯坦的光子说。光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量E跟光的频率ν成正比：E=h ν⑷爱因斯坦光电效应方程：Ek= hν- W（Ek是光电子的最大初动能；W是逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功。）
题30、对爱因斯坦光电效应方程E K= hν-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E K B.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ν0之间应满足关系式W=hν
0 D.光电子的最大初动能和入射光的频率成正比
题31、如图，当电键K断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为
零。合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压
表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为
C.2.5eV
D.3.1eV
（2）玻尔的原子模型，能级轨道量子化：围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这种现象称为轨道量子化。在这些状态中，尽管
电子做变速运动,却不向外辐射能量,因此这些状态是稳
定的。
能量量子化：原子可能的状态是不连续的，因此各状态对
应的能量也是不连续的。这些能量值叫做能级。氢原子能
级如图所示。
基态与激发态
光子的发射与吸收：原子从一种定态(En)跃迁到另一V
A
P
K
种定态(E k)时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能级差决定:hν＝E m－E n
原子光谱：稀薄气体通电时只能发出几种确定频率的光，通过分光镜得到的光谱是几条分立的亮线，而且不同气体光谱的亮线位置不同，这种分立的线状光谱叫做原子光谱。
(3)光的波粒二象性物质波
1.光的波粒二象性；干涉、衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波；光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子；因此现代物理学认为：光具有波粒二象性。
2.正确理解波粒二象性：波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量。⑴个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。⑵ν高的光子容易表现出粒子性；ν低的光子容易表现出波动性。⑶光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。⑷由光子的能量E=hν，光子的动量p=h/λ表示式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。由以上两式和波速公式c=λν还可以得出：E = p c。
题32、已知由激光器发出的一细束功率为P=0.15kW的激光束，竖直向上照射在一个固态铝球的下部，使其恰好能在空中悬浮。已知铝的密度为ρ=2.7×103kg/m3，设激光束的光子全部被铝球吸收，求铝球的直径是多大？（计算中可取π=3，g=10m/s2）
①光的波粒二象性:光既具有波动性,又具有微粒性,这种性质叫波粒二象性.
光子能量: E=hν
光子动量: P=h/λ
光子质量: m=E/c2=hλ/c
②物质波:任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应，波长λ是λ＝h/p
1、原子模型：汤姆生模型（枣糕模型）——卢瑟福模型（核式模型）——.玻尔模型（半经典半量子模型）——现代模型（电子云模型）
2、玻尔假设：
（1）、原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能量．
（2）、原于从一种能量状态(设能量为E1)跃迁到另一种能量状态(设能量为E2)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量(E=hν)由这两种能量状态的能量差决定，即hν=E1=E2．（3）、原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应．原子的能量状态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的．
3、玻尔原子理论对氢原子解释的两个公式：r n=n2r1，E n=E1/n2，（n= 1,2,3…）
4、原子光谱可以用原子的发光机制解释，原于从一种能量状态(设能量为E1 )跃迁到另一种能量状态(设能量为E2 )时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量(E=hν)由这两种能量状态的能量差决定，即hν=E1=E2．
5、玻尔理论的局限性在于没有完全引入量子理论．
题34、氢原子的基态能量为E1，电子轨道半径为r1，电子质量为m ，电量大小为e ．氢原子中电子在n=3 的定态轨道上运动时的速率为v3，氢原子从n=3 的定态跃迁到n=1 的基态过程中辐射光子的波长为λ，则以下结果正确的是：
A．B．C．电子的电势能和动能都要减小D．电子的电势能减小，电子的动能增大
题35、已知氢原子基态具有能量-13.6eV .有一群氢原子处于量子数n=3的激发态，请画出能级图，在图上用箭头标明这些原子可能发出的几种频率的光，并计算出其中最短波长。
6、氢原子中的电子云：
（1）对于宏观质点，只要知道它在某一时刻的位置和速度以及受力情况，就可以应用牛顿定律确定该质点运动的轨道，算出它在以后任意时刻的位置和速度。
（2）对电子等微观粒子，牛顿定律已不再适用，因此不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置。玻尔理论中说的“电子轨道”实际上也是没有意义的。
（3）更加彻底的量子理论认为，我们只能知道电子在原子核附近各点出现的概率的大小。在不同的能量状态下，电子在各个位置出现的概率是不同的。
（4）如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率，画出图来，就像一片云雾一样，可以形象地称之为电子云。
〖例14〗某金属在单色光的照射下发射出光电子，这光电子的最大初动能（）A．随照射光的强度增大而增大 B．随照射光的频率增大而增大
C．随照射光的波长增大而增大 D．与照射光的照射时间无关
〖例15〗某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是（）
A延长光照时间B增大光的强度C．换用波长较短的光照射 D换用频率较低的光照射
〖例16〗（1998年高考全国卷）一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光，分别照射到相同的金属板a、b、c上，如图所示，已知金属板b有光电子放出，则可知（）A．板a一定不放出光电子
B．板a一定放出光电子
C．板c一定不放出光电子
D．板c一定放出光电子
〖例17〗在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连。用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示。这时（）
A．锌板带正电，指针带负电
B．锌板带正电，指针带正电
C．锌板带负电，指针带正电
D．锌板带负电，指针带负电
〖例18〗氢原子的基态能量为E1，下列四个能级图，正确代表氢原子的是（）
〖例19〗已知铯的极限频率为4.545×1014赫，钠的为6.000×1014赫，银的为1.153×1015赫，铂的为1.529×1015赫。当用波长为0.375微米的光照射它们时，可发生光电效应的是_______。（铯和钠）
〖例20〗根据玻尔理论，氢原子的电子由高能级跃迁到较低能级后（）A原子的能量增加，电子的动能减少 B原子的能量增加，电子的动能增加
C原子的能量减少，电子的动能减少 D原子的能量减少，电子的动能增加
〖强化训练〗
〖练24〗关于光电效应的下述说法中，正确的是（ ）
A ．光电子的最大初动能随着入射光强度的增大而增大
B ．只要入射光的强度足够大或照射的时间足够长，就一定能产生光电效应
C ．任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能产生光电效应
D 在光电效应中，光电流的强度与入射光强度无关
〖练25〗 下列实验中，能证实光具有粒子性的是（ ）
A 光电效应实验
B 光的双缝干涉实验
C 光的圆孔衍射实验
D α粒子散射实验
〖练26〗用同一束单色光，在同一条件下，先后照射锌片和银片，都能产生光电效应，对于这两个过程，下列括号所列的4个物理量中，一定相同的是 ，可能相同的是 ，一定不同的是 （只须填写各量前的编号）〔⑴照射光子的能量；⑵光电子的逸出功；⑶光电子的动能；⑷光电子的最大初速度〕。
〖练27〗在演示光电效应的实验中，把某种金属板连在验电器上，第一次，用弧光灯直接照射金属板，验电器的指针就张开一个角度。第二次，在弧光灯和金属板之间，插入一块普通的玻璃板，再用弧光灯照射，验电器指针不张开。由此可以判定，使金属板产生光电效应的是弧光中的（ ）
A ．可见光成份
B ．紫外光成份
C ．红外光成份
D ．无线电波成份
〖练28〗下列陈述中哪一些是正确的（ ）
⑴在相同条件下，用紫光照射双缝产生的干涉条纹间距比用红光时大；
⑵衍射现象的研究表明“光沿直线传播”只是一种近似规律；
⑶产生光电效应的极限频率，只与金属的逸出功有关；
⑷光电效应实验表明，入射光波的振幅越大，所产生的光电子的初动能就越大。 其中正确的是（ ）
A ．只有⑴和⑵
B ．只有⑶和⑷
C ．只有⑴和⑷
D ．只有⑵和⑶
〖练29〗 下列关于光的说法中正确的是（ ）
A ．在真空中红光波长比紫光波长短
B ．红光光子能量比紫光光子能量小
C ．红光和紫光相遇时能产生干涉现象
D ．红光照射某金属时有电子向外发射，紫光照射该金属时一定也有电子向外发射 〖练30〗 在X 射线管中，由阴极发射的电子被加速后打到阳极，会产生包括X 光在内的各种能量的光子，其中光子能量的最大值等于电子的动能。已知阳极与阴极之间的电势差U 、普朗克常数h 、电子电量e 和光速c ，则可知该X 射线管发出的X 光的（ ）
A 最短波长为eUh c
B 最长波长为h eU c
C 最小频率为h eU
D ．最大频率为h
eU 〖练31〗（2000年春季高考北京、安徽卷）根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E 的轨道跃迁到能量为E ＇的轨道，辐射出波长为λ的光。以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，则E ＇等于（ ）
A ．E －h c λ
B ．E ＋h c λ
C ．E －h λc
D ．
E ＋h λ
c
〖练32〗（1998年高考全国卷）处于基态的氢原子在某单色光束照射下，只能发出频率为v 1、 v 2、 v 3的三种光，且v 1< v 2< v 3，则该照射光的光子能量为 （ ）
A 、h v 1
B 、h v 2
C 、h v 3
D 、h （v 1＋v 2＋ v 3）
〖练33〗某种金属的极限波长为2.7×10－7m ，氢原子能级跃迁时释放的光子打到此金属表
面能发生光电效应，可知这次能级跃迁一定是从高能状态跃迁到量子数n = 时的能量状态。欲使处于这种能量状态的氢原子电离，所吸收光子的能量至少应为 （已知氢原子基态时的能量为E 1=-13.6eV ）
〖练34〗（1995年高考全国卷）如图给出氢原子最低的四个能级.氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有
种，其中最长的波长等于 m，最短的波长等于 m.（保留两个数字）
后记：原子的能级结构过于抽象，虽然复习，学生还是有些模糊，对于光谱不能准确的理解