1 专题二 光的波动性和粒子性
考情动态分析
该专题内容，以对光的本性的认识过程为线索，介绍了近代物理光学的一些初步理论，以及建立这些理论的实验基础和一些重要的物理现象.由于该部分知识和大学物理内容有千丝万缕的联系，且涉及较多物理学的研究方法，因此该部分知识是高考必考内容之一.难度适中.常见的题型是选择题，其中命题率最高的是光的干涉和光电效应，其次是波长、波速和频率.有时与几何光学中的折射现象、原子物理中的玻尔理论相结合，考查学生的分析综合能力.此外对光的偏振降低了要求，不必在知识的深度上去挖掘.
考点核心整合
1.光的波动性
光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光的偏振现象说明光波为横波，光的电磁说则揭示了光波的本质——光是电磁波.
（1）光的干涉
①光的干涉及条件
由频率相同（相差恒定）的两光源——相干光源发出的光在空间相遇，才会发生干涉，形成稳定的干涉图样.由于发光过程的量子特性，任何两个独立的光源发出的光都不可能发生干涉现象.只有采用特殊的“分光”方法——将一束光分为两束，才能获得相干光.如双缝干涉中通过双缝将一束光分为两束，薄膜干涉中通过薄膜两个表面的反射将一束光分为两束而形成相干光.
②双缝干涉
在双缝干涉中，若用单色光，则在屏上形成等间距的、明暗相间的干涉条纹，条纹间距Δx和光波的波长λ成正比，和屏到双缝的距离L成正比，和双缝间距d成反比，即Δx=dLλ.若用白光做双缝干涉实验，除中央亮条纹为白色外，两侧为彩色条纹，它是不同波长的光干涉条纹的间距不同而形成的.
③薄膜干涉
在薄膜干涉中，薄膜的两个表面反射光的路程差（严格地说应为光程差）与膜的厚度有关，故同一级明条纹（或暗条纹）应出现在膜的厚度相同的地方.利用这一特点可以检测平面的平整度.另外适当调整薄膜厚度.可使反射光干涉相消，增强透射光，即得增透膜.
（2）光的衍射
①条件
光在传播过程中遇到障碍物时，偏离原来的直线传播路径，绕到障碍物后面继续传播的现象叫光的衍射.在任何情况下，光的衍射现象都是存在的，但发生明显的衍射现象的条件应是障碍物或孔的尺寸与光波的波长相差不多.
“光的本质”之争
光的本质一直以来都是物理学家们争论的焦点之一，这个问题的探讨甚至可以追溯到古希腊时期。在现代物理学领域里，这个问题依然引发着激烈的争议。一方面，有些科学家认为光是一种波动，属于电磁波谱的一部分；也有一些科学家认为光是由粒子构成的，即光子。这两种观点都有着理论和实验上的支持，因此光的本质之争一直是一个备受关注的话题。
对于光是波动还是粒子这个问题，早在17世纪，英国科学家牛顿提出光是由微小粒子组成的假设。他利用这个假设解释了一系列光的现象，比如折射、反射等。在18世纪后期，波动理论逐渐被提出并获得了更多的支持。法国物理学家亚当·让·德·朗贝尔提出了光是一种波动的假设，并通过实验验证了这一观点。随后，光的波动理论成为了主流观点，直到19世纪末才被因特能量的发现所改变。
19世纪末期，德国物理学家马克斯·普朗克和阿尔伯特·爱因斯坦的工作成为了推动光的粒子理论的重要里程碑。普朗克提出了量子理论，解释了黑体辐射现象，认为辐射的能量是以一个个离散的量子形式出现的，而不是连续的波动。爱因斯坦则在对光电效应的研究中提出了光子的概念，认为光是由一系列不同能量的粒子组成的。这一理论解释了光电效应的现象，同时也为量子力学的发展奠定了基础。
光的波动性在某些实验中也得到了证实。比如双缝实验就展示了光具有干涉和衍射的特性，这与波动的性质相符。这两种理论对于光的本质进行了不同的诠释，因为光既表现出波动性，又表现出粒子性。
在20世纪，随着实验技术的进步，科学家们开始通过更精确的实验来探究光的本质问题。比如双缝实验的改进版——量子双缝实验，能够观察到光的粒子性和波动性同时存在的现象。光的量子论和波动论也被统一在量子力学的框架下，这表明光具有双重性质，既可以用波动来描述，也可以用粒子来描述。
除了实验上的证据，现代物理理论也提供了对光本质的更深层次的理解。量子电动力学理论成功地将光和物质的相互作用描述为光子和电子的相互作用。相对论则揭示了光速度是宇宙中的极限，这也意味着光在传播过程中具有波动性。这些理论都在一定程度上解释了光的本质，但也引发了更多的问题。
1 高考物理一轮精细复习 （基础知识夯实+综合考点应用+名师分步奏详解压轴题）光的波动性 电磁波 相对论（含解析）
光的干涉和衍射
[想一想]
在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P 点的距离之差为Δx＝0.6 μm；若分别用频率为f1＝5.0×1014 Hz和f2＝7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝时，P点会出现亮条纹还是暗条纹？
[提示] 根据v＝λf得c＝λf，可求两种单色光的波长分别为：
λ1＝cf1＝3×1085.0×1014 m＝0.6 μm
λ2＝cf2＝3×1087.5×1014 m＝0.4 μm
与题给条件Δx＝0.6 μm比较可知Δx＝λ1＝32λ2。
故用频率为f1的光照射双缝时，P点出现亮条纹；用频率为f2的光照射双缝时，P点出现暗条纹。
[记一记]
一、光的干涉
1．产生条件
(1)两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样。
(2)将同一列光波分解为两列光波，可以获得相干光源，双缝干涉和薄膜干涉都是用此方法获得相干光源。
2.两种典型的干涉
(1)杨氏双缝干涉：
①原理如图12－4－1所示。
图12－4－1
②明、暗条纹的条件： 2 (ⅰ)单色光：形成明暗相间的条纹，中央为明条纹。
a．光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现明条纹。
b．光的路程差r2－r1＝(2k＋1)λ2(k＝0,1,2…)，光屏上出现暗条纹。
(ⅱ)白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(填写颜色)。
③条纹间距公式：Δx＝ldλ。
(2)薄膜干涉：
①相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波。
②图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的厚度相等。
③应用：增透膜，利用光的干涉检查平整度。
二、光的衍射
1．光的衍射
光绕过障碍物偏离直线传播的现象。
2．发生明显衍射的条件
只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。
第4讲 光的波动性 电磁波 相对论简介
1．在观察光的双缝干涉现象的实验中：
(1)将激光束照在如图1乙所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图甲中的________．
图1
(2)换用间隙更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光屏上观察到的条纹宽度将________；保持双缝间隙不变，减小光屏到双缝的距离，在光屏上观察到的条纹宽度将________(以上均选填“变宽”、“变窄”或“不变”)．
解析 (1)双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹，A图正确；
(2)根据Δx＝Ldλ知，双缝间的距离d减小时，条纹间距变宽；当双缝到屏的距离L减小时，条纹间距变窄．
答案 (1)A (2)变宽 变窄
2．在用双缝干涉测光的波长的实验中，请按照题目要求回答下列问题．
(1)如图2所示，甲、乙两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是________．
图2 (2)将下表中的光学元件放在图丙所示的光具座上组装成用双缝干涉测光的波长的实验装置，并用此装置测量红光的波长.
元件代号 A B C D E
元件名称 光屏 双缝 白光光源 单缝 透红光的
滤光片
将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，各光学元件的排列顺序应为________．(填写元件代号)
(3)已知该装置中双缝间距d＝0.50 mm，双缝到光屏的距离l＝0.50 m，在光屏上得到的干涉图样如图3a所示，分划板在图中A位置时游标卡尺如图b所示，则其示数为________ mm；在B位置时游标卡尺如图c所示．由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为________ m.
图3
解析 (1)光的干涉条纹是等间距的，故题图中的干涉条纹是图甲．
(2)根据实验原理可知，图丙中的光具座上自左向右放置的光学元件依次为白光光源、透红光的滤光片、单缝、双缝、光屏，故答案为EDBA.
(3)由图b可知，A位置所对应的条纹位置为x1＝111 mm＋2×0.05 mm＝111.10
