光的本性考点例析讲诉
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专题二十五光的本性雷区扫描本部分常见的失分点有:1.对光的干涉、衍射现象及其应用问题分析不清.2.光电效应及其应用、光谱分析等基础知识掌握不牢固、不准确.造成失误的根本原因是平时基础不扎实,对一些现象死记硬背,不做深刻的理解.排雷示例例1.(2001年全国理综)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.λB.λC.λD.λ雷区探测本题考查薄膜干涉的应用.雷区诊断该灯后面放置的反光镜玻璃表面镀有的薄膜和照相机镜头上的增透膜是一样的作用,增强透射光,减少反射光从而使被照物体温度不会显著升高,其根本的原因是从膜的前表面和后表面反射回来的路程差等于的奇数倍时,反射光会干涉相消.故薄膜最小厚度为.正确解答 B例2.(2001年上海)A、B两幅图是单色光分别入射到圆孔而形成的图象,其中图A是光的____(填“干涉”或“衍射”)图象.由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径____(填“大于”或“小于”)图B所对应的圆孔的孔径.雷区探测本题考查光的衍射现象及产生明显衍射的条件.雷区诊断光照到一个圆孔上光斑周围产生明暗相间的圆环,这是单孔衍射现象,而当孔的尺寸远大于光的波长时,光则直线传播,穿过圆孔后形成边缘清晰的亮斑.正确解答(1)衍射(2)小于例3.(1999年上海)一束复色可见光射到置于空气中的平板玻璃上,穿过玻璃后从下表面射出,变为a、b两束平行单色光,如图25—2,对于两束单色光来说A.玻璃对a光的折射率较大B.a光在玻璃中传播的速度较大C.b光每个光子的能量较大D.b光的波长较长图25—2雷区探测本题考查不同色光在玻璃中折射率不同,传播速度不同.同时考查各色光频率不同、波长不同.雷区诊断完成玻璃内部光路如图25—3.能明显看出玻璃对a光的折射率n较大,由n=可知,a光在玻璃中的传播速度较小.有的考生误以为传播速度越小,光子能量也越小,因此认为a光子能量较小,选择了C.实际上光子的能量E=hν,应由频率决定,不能看传播速度的大小,因此选项C是错误的.有的考生不能从折射率n的关系过渡到频率ν和波长λ的关系.在课本双缝干涉实验中,条纹间距与光的波长成正比.比较不同单色光的双缝干涉图象可知,各单色光从红光到紫光波长λ越来越小,再由c=λν知频率ν越来越大.在课本用三棱镜显示光的色散现象时,我们又能看到从红光到紫光折射率n越来越大,由n=知,传播速度v越来越小.综合上述两个实验可总结如下规律:从红光到紫光,折射率n越来越大,传播速度v 越来越小,频率ν越来越大,波长λ越来越小.本题中,由图知b光折射率n较小,则其传播速度v较大,波长λ较长,频率ν较长,由E=hν知其光子的能量较小.正确解答AD例4.(2000年全国)如图25—4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极发出图25—4雷区探测本题考查各种电磁波产生的机理.雷区诊断有的考生认为X射线就是高速电子流.电源正极接Q点,负极接P点后,在A、K间就建立了自A指向K的高压电场,就可使K极产生的电子得到加速,形成高速电子流,形成X射线,这是对X射线的本质认识不清造成的.实际情况应是,高速电子流射到任何固体上,都可产生X射线.故本题中高速电子流射到A极后,即可使A极原子的内层电子受到激发,形成X射线.因此,X射线是从A极发出的.正确解答 D例5.(1999年上海)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.换用频率低的光照射雷区探测本题考查光电效应现象发生的条件.雷区诊断任何一种金属都有一个极限频率,频率超过极限频率的光才能使金属发生光电效应,低于极限频率的光不能使金属发生光电效应,能否发生光电效应与光的强度和照射时间无关.正确解答 C排雷演习1.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2.下述关于光的现象的说法中,正确的是A.雨后天空出现彩虹是光的衍射现象B.白光通过分光镜在光屏上形成彩色的光带是光的干涉现象C.涂有增透膜的照相机镜头呈淡紫色,说明增透膜增强了对紫光的透射程度D.夜间观看到天边的星座的位置比实际位置偏高,是光的折射现象.3.(2003年上海,8)劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图1所示.将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上,在一端夹入两张纸片,从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜.当光垂直入射后,从上往下看到的干涉条纹如图2所示.干涉条纹有如下特点:(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等;(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定.现若在图1装置中抽去一张纸片,则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后,从上往下观察到的干涉条纹A.变疏B.变密C.不变D.消失4.设λ1和λ2是两种单色可见光1、2在真空中的波长,若λ1>λ2,这两种单色光相比,则A.单色光1的频率较小B.玻璃对单色光1的折射率较大C.在玻璃中,单色光1的传播速度较大D.单色光1的光子能量越大5.用一束绿光照射某金属,能产生光电效应,现在把入射光的条件改变,再照射这种金属,下列说法正确的是A.把这束绿光遮住一半,则可能不产生光电效应B.把这束绿光遮住一半,则逸出的光电子数将减小C.若改用一束红光照射,则可能不产生光电效应D.若改用一束蓝光照射,则逸出光电子的最大初动能将增大6.能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10-18 J,已知可见光的平均波长约为0.6 μm,普朗克恒量h=6.63×10-34 J·s,那么进入人眼的光子数至少为A.1个B.3个C.30个D.300个7.(2003年上海,3)爱因斯坦由光电效应的实验规律,猜测光具有粒子性,从而提出光子说.从科学研究的方法来说,这属于A.等效替代B.控制变量C.科学假说D.数学归纳8.关于光谱下列说法中正确的是A.用分光镜来观察白炽灯发光的光谱,可鉴别灯丝的化学组成B.研究太阳光谱中的暗线,可知道太阳中缺少哪些元素C.研究高压气体发光的光谱可鉴别高压气体的化学组成D.研究稀薄气体发光的光谱,可鉴别稀薄气体的化学组成9.下列关于光的波粒二象性的说法中正确的是A.光的粒子性与波动性相对立,光表现为粒子性时无波动性,表现为波动性时无粒子性B.光的波动性与机械波的波动性、光的粒子性与机械波的粒子性都相同C.光的波动性是大量光子运动的规律D.γ射线比伦琴射线更容易产生干涉现象10.近几年,我国北京、上海、山东、洛阳、广州等地引进了十多台γ刀,治疗患者5000余例,效果极好,成为治疗脑肿瘤的最佳仪器,令人感叹的是,用γ刀治疗时不能麻醉,病人清醒,时间短,半小时内完成手术,无需住院,因而γ刀被誉为“神刀”.据报道,我国自己研制的旋式γ刀性能更好,即将进入各大医院为患者服务,问:γ刀治疗脑肿瘤主要是利用A.γ射线具有很强的贯穿本领B.γ射线具有很强的电离作用C.γ射线具有很高的能量D.γ射线能很容易绕过障碍物到达目的地专题二十五光的本性1.提示:在同一种均匀介质中红光到紫光频率逐渐变大,波长逐渐减小,因此A错误,B正确.两列光发生干涉时必须频率相同,C错误.光电效应只与频率有关,而与光的照射时间无关,频率大于其极限频率的光照射,一定能够发生光电效应,D正确.答案:BD2.D3.A4.AC5.BCD6.提示:由光子能量E=hν及c=λν联立可得每个光子的能量E0=h.设n个光子可引起人的眼睛视觉效应,则E=nE0,所以E=nh,所以n=.代入数据解之得:n=3答案:B7.C 8.D 9.C 10.AC。
第十二章、光的本性【知识要点回顾】一、对光的本性的认识1、光的微粒说__________主张微粒说,认为光是一种从光源发出的物质微粒(粒子),它能解释__________和__________现象,它不能解释__________和_________现象2、光的波动说__________主张波动说,认为光是某种波,它能解释__________和__________现象,它不能解释__________和__________现象3、光的电磁说__________预言了电磁波的存在并提出光在本质上是一种电磁波,在真空中的速度为V=__________m/s,__________用实验证实了电磁波的存在同时证明了光的电磁说的正确性.直到19世纪末又发现了电磁说不能解释的__________现象4、光子说__________提出光在空间的传播是不连续的,而是一份一份的,每一份叫一个__________,其能量与它的频率成正比,即E=__________.光子说能很好地解释__________现象。
5、光的波粒二象性科学家通过实验发现光具有干涉和衍射两种波特有的现象,说明光具有__________性。
但19世纪末发现了用经典的电磁波理论无法解释的__________现象,证实了光具有__________性。
因此人们认为光具有__________性,个别光子表现为__________性;大量光子表现为__________性.6、物质波在爱因斯坦光子说的启发下,法国物理学家__________提出了物质微粒的波动说,认为电子、质子、中字等实物粒子具有波动性,人们把这种波叫做__________或__________二、光的干涉和衍射1.光的干涉(1)定义:两列光波相遇时互相叠加,在某些地方光被加强而某些地方__________的现象。
(2)干涉条件:________________________________________。
⾼中物理知识点:光的本性物理光学(很详细)知识⽹络:⼀、粒⼦说和波动说1、微粒说——(⽜顿)认为个光是粒⼦流,从光源出发,在均匀介质中遵循⼒学规律做匀速直线运动。
2、波动说——(荷兰)惠更斯、(法)菲涅尔,光在“以太”中以某种振动向外传播19世纪以前,微粒说⼀直占上风(1)⼈们习惯⽤经典的机械波的理论去理解光的本性。
(2)⽜顿的威望(3)波动理论本⾝不够完善(以太、惠更斯⽆法科学的给出周期和波长的概念)3、光的电磁说——(英)麦克斯韦,光是⼀种电磁波4、光电效应——证明光具有粒⼦性⼆、光的双缝⼲涉——证明光是⼀种波1、实验2、现象(1)接收屏上看到明暗相间的等宽等距条纹。
中央亮条纹(2)波长越⼤,条纹越宽(3)如果⽤复⾊光(⽩),出现彩⾊条纹。
中央复⾊(⽩)原因:相⼲光源在屏上叠加(加强或减弱)3、⼩孔的作⽤:产⽣同频率的光双孔的作⽤:产⽣相⼲光源(频率相同,步调⼀致,两⼩孔出来的光是完全相同的。
)3、条纹的亮暗L2—L1=(2K+1)λ/ 2 弱L2—L1=2K*λ/ 2 =Kλ强4、条纹间距∝波长6、 1 m = 10 9nm 1 m = 10 10 A【例1】⽤绿光做双缝⼲涉实验,在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹,相邻两条绿条纹间的距离为Δx。
下列说法中正确的有( C )A.如果增⼤单缝到双缝间的距离,Δx 将增⼤B.如果增⼤双缝之间的距离,Δx 将增⼤C.如果增⼤双缝到光屏之间的距离,Δx将增⼤D.如果减⼩双缝的每条缝的宽度,⽽不改变双缝间的距离,Δx将增⼤三、薄膜⼲涉——光是⼀种波1、实验酒精中撒钠盐,⽕焰发出单⾊的黄光2、现象(1)薄膜的反射光中看到了明暗相间的条纹。
条纹等宽(2)波长越⼤,条纹越宽(3)如果⽤复⾊光,出现彩⾊条纹3、原因——从前后表⾯反射回来的两列频率相同的光波叠加,峰峰强、⾕⾕强、峰⾕弱(阳光下的肥皂泡、⽔⾯上的油膜、压紧的两块玻璃)4、科技技上的应⽤(1)查平⾯的平整程度单⾊光⼊射,a的下表⾯与b的上表⾯反射光叠加,出现明暗相间的条纹,如果被检查的平⾯是平的,那么空⽓厚度相同的各点就位于同⼀条直线上,⼲涉后得到的是直条纹,否则条纹弯曲。
第3讲光的本性【光的波动性】一、知识分析1.光的微粒说,牛顿主张光的微粒说,后期爱因斯坦进一步完善微粒说,它能够解释光的直迸、反射等现象。
典型现象:光电放应。
2.光的波动说,惠更斯提出光的波动学说,后期有麦克斯韦的电磁说。
(1)干涉①双缝干涉(图1)单缝:提供线光源双缝:提供相干光源图 1现象:等间距的明暗相间的条纹,若是白光形成彩色条纹,并且波长越长条纹越宽。
原理:光的路程差为波长的整数倍时,光波同相叠加,形成明条纹;光的路程差为半波长奇数倍时,光波反相叠加,形成暗条纹。
应用:检查工件表面是否光洁。
②薄膜干涉光照到楔形薄膜上时,同一列入射光波在此膜的前后表面反射的两列波相互叠加,发生光的干涉,产生明暗相同的条纹,若是白光形成彩色条纹。
应用:光学仪器上的增透膜。
(2)光的衍射现象:单缝衍射形成中央宽两边窄的明暗相同的条纹;圆孔衍射中形成一亮斑,周围形成不等间距的光环、泊松亮斑。
二、针对训练1.下列有关说法正确的是()A.用白光做双缝干涉实验时,中央明条纹的边缘呈现红色。
B.用单色光做双缝干涉实验时,若将其中一个缝挡住,使其不透光,则屏上将出现一条亮线。
C.白光照射到玻璃裂缝上将出现彩色条纹,这是光的衍射现象。
D.分别用红光和紫光做双缝干涉实验,在屏上出现的红光亮条纹间距比紫光的大2.用单色光照射单缝,观察光的衍射,下列说法正确的是()A.单缝越窄,衍射现象越明显B.单缝越宽,衍射现象越明显 C.照射光的波长越长,衍射现象越明显 D.照射光的波长越短,衍射现象越明显~ 第 1 页 ~3.表面附有油膜的透明玻璃片,当有阳光照射时,可以玻璃处的表面和边缘分别看到彩色图样,这 两种现象( )A .都是色散B .都是干涉C .前者是干涉,后者是色散D .前者是色散,后者是干涉4.在下列说法中,正确的是( ) ①雨后天空出现的彩虹是光的衍射现象 ②夜间观看到天边 星座的位置比实际位置高,这是光的折射现象③竖直放置的铁丝框中的肥皂膜,在太阳光的照射下形成彩色水平干涉条纹 ④在压紧的两块平板玻璃表面上看到的彩色花纹是光的色散现象A .②③B .①④C .②④D .③④5.关于薄膜干涉,下述说法中正确的是( ) A .干涉条纹的产生是由于光的膜的前后表面反射的两列光波叠加的结果 B .干涉条纹中的暗纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 C .干涉条件是等间距的平行线时,说明膜的厚度处处相等 D .观察薄膜干涉时,应在入射光的同一侧6.图 2 为双缝干涉实验的现象示意图,图中(a)图为用绿光进行实验时屏上观察到条纹情况。
高二物理光的本性北师大版【本讲教育信息】一. 教学内容:光的本性二. 教学过程:1. 光的干预:在两列光波的叠加区域,某些区域相互加强,出现亮纹;某些区域相互减弱,出现暗纹,且有加强区域和减弱区域相间的现象。
光的干预形成条件:两列光频率一样,相差恒定。
2. 托马斯·杨氏双缝干预:〔1〕双缝〔孔〕干预实验装置使太阳光或某种单色光,通过一具有单一小孔和单一狭缝的挡板,而成为一“点光源〞,如如下图所示。
屏再让这一束光射到另一挡板上,此板相隔很近的两个小孔〔或狭缝〕,而且每一个孔〔或狭缝〕与单孔〔或单缝〕距离相等。
通过双孔〔或双缝〕的两束光就成为相干光,即频率一样的两束光,当它们再次在屏幕上相遇互相叠加,就形成了稳定的明暗一样的〔或者是彩色〕条纹。
〔2〕双缝干预实验规律S S d①双缝干涉实验装置如图所示,双缝、之间距离为,双缝到屏的距离12为,屏上一点到双缝距离分别为和,由图中可以知双缝和到屏上的L P r r S S P1212r r路程之差为(光程差):δδ=-21PS 1S 2()若光程差是波长的整数倍,即,,,,……I δλδλ==n n ()0123 P 点将出现亮条纹()()()若光程差是半波长的奇数倍,即,,,……II n n δδλ=-=212123 P 点将出现暗条纹 ②屏上和双缝和的距离相等的点,若用单色光实验该点是亮条纹S S P 120 〔中央条纹〕;假设用白光实验,该点是白色的亮条纹。
假设用单色光实验,在屏上得到明暗相间的条纹;假设用白光实验,中央条纹是白条纹,两侧是彩色条纹。
③屏上明条纹暗条纹之间的距离总是相等的,其距离大小△x 与双缝之间距离d ,双缝到屏的距离及光的波长有关,即L λλ∆x L d=. 在L 和d 不变的情况下,△x 和波长λ成正比,应用上式可测光波的波长λ。
④用同一实验装置做干涉实验,红光干涉条纹的间距最大,紫光的干红∆x涉条纹间距最小,则可知:大于,红光的频率小于紫光的频率紫红紫红紫∆x f f λλ.3. 薄膜干预:光照在薄膜上,从膜的前外表和后外表反射回来的光再次相遇而产生的干预现象。
高三物理光的本性人教版【同步教育信息】一. 本周教学内容:光的本性〔一〕光的波动性1. 光的干预:两列光波在空中相遇时发生叠加,在某些区域总加强,某些区域减弱,相间的条纹或者彩色条纹的现象。
〔1〕光的干预的条件:是有两个振动情况总是一样的波源,即相干波源。
〔相干波源的频率必须一样〕。
〔2〕形成相干波源的方法有两种:① 利用激光〔因为激光发出的是单色性极好的光〕。
② 设法将同一束光分为两束〔这样两束光都来源于同一个光源,因此频率必然相等〕。
〔3〕杨氏双缝实验:P亮纹:屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍,即δ= n λ〔n=0,1,2,……〕 暗纹:屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍,即δ=)12(2-n λ〔n=0,1,2,……〕 相邻亮纹〔暗纹〕间的距离λλ∝=∆dl x 。
用此公式可以测定单色光的波长。
用白光作双缝干预实验时,由于白光内各种色光的波长不同,干预条纹间距不同,所以屏的中央是白色亮纹,两边出现彩色条纹。
〔4〕薄膜干预:应用:① 使被检测平面和标准样板间形成空气薄层,用单色光照射,入射光在空气薄层上下外表反射出两列光波,在空间叠加。
干预条纹均匀:外表光滑;不均匀:被检测平面不光滑。
② 增透膜:镜片外表涂上的透明薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的41,在薄膜的两个外表上反射的光,其光程差恰好等于半个波长,相互抵消,达到减少反射光增大透射光强度的作用。
③ 其他现象:阳光下肥皂泡所呈现的颜色。
2. 光的衍射:注意关于衍射的表述一定要准确。
〔区分能否发生衍射和能否发生明显衍射〕 〔1〕各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。
〔2〕发生明显衍射的条件是:障碍物〔或孔〕的尺寸可以跟波长相比,甚至比波长还小。
〔3〕衍射现象:明暗相间的条纹或彩色条纹。
〔与干预条纹相比,中央亮条纹宽两边窄,是不均匀的。
假设为白光,存在一条白色中央亮条纹〕3. 光谱:光谱分析可用原子光谱,也可用吸收光谱。
太阳光谱是吸收光谱,由太阳光谱的暗线可查知太阳大气的组成元素。
《光的本性》知识归类(一) 光相性学说发展简史牛顿支持微粒说惠更斯提出波动说。
到19世纪初,在实验室中观察到光的现象,这是波的特征,无法用微粒说解释,使波动说得到公认。
到19世纪末,又发现了波动说不能解释的新现象(如光电效应等),证实光具有粒子性。
人们终于认识到光具有________性。
(二) 光的波动性1、 光的干涉(1)相干光源的条件是两光源______相同。
获得相干光的办法是:把一个点光源(或线光源)发出的光分为两列光。
如杨氏双缝干涉实验;利用薄膜前后表面的反射光等。
(2)杨氏双缝干涉中出现亮、暗条纹的条件路程差等于波长_____倍;即路程差=2,1,0(=λ±k k ┈)处,出现亮纹。
K=0为______亮纹。
路程差等于半波长的_____倍,即路程差=2)12(λ-±k (k=1,2,3….)处出现暗纹。
明纹之间或暗纹之间的距离总是相等的,在狭缝间距离和狭缝与屏距离都不变的条件下,条纹的间距跟____正比。
在波长不变的条件下,当狭缝与屏的距离增大或狭缝间的距离减小时,条纹的间距________。
(也可由间距公式λ=∆dLx 来说明)。
(3)实例:薄膜干涉:如肥皂泡、水面上或马路上的薄油层、检查精密零件的表面质量。
增透膜的厚度是入射光在薄膜介质中波长的_____时,大大减少了光的反射损失,所以涂有增透膜的光学镜头呈淡紫色。
2、 光的衍射:光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象,叫光的衍射。
(1)产生明显衍射的条件:障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相比甚至比光的波长还要小。
(2)图样:产生明暗(或彩色)条纹或光环。
3、 光的电磁本性光的____证实光具有波动性。
麦克斯韦首先从理论上提出光是一种电磁波。
赫兹用实验加以证实。
按频率从大到小的顺序组成的电磁波谱,其显著特性及产生机理如下: 无线电波:是由__________________________________产生的。
红外线:热作用显著。
第十七章光的本性一.知识构造二.基础回忆2.光的波动性(1)光的干涉①相干光源的条件:两光源频率相似。
获得相干光的措施是:把一种点光源(或线光源)发出的光分为两列光。
如杨氏双缝干涉实验;运用薄膜前后表面的反射光等。
② 杨氏双缝干涉中出现亮、暗条纹的条件:路程差等于波长整数倍;即路程差Δr=kλ(k=0、1、2…)处,出现亮纹。
路程差等于半波长的奇数倍,即路程差Δr=(2k+1) λ(k=0、1、2…)处出现暗纹。
明纹之间或暗纹之间的距离2总是相等的,狭缝间距离为d,狭缝与屏距离为L,则条纹的间距用公式表达为∆x = L λ。
d③实例:薄膜干涉:如肥皂泡、水面上或公路上的薄油层、检查精密零件的表面质量。
(2)光的衍射:光离开直线途径绕到障碍物阴影里去的现象,叫光的衍射。
①产生明显衍射的条件:障碍物或孔的尺寸能够跟光的波长相比甚至比光的波长还要小。
②图样:产生明暗(或彩色)条纹或光环。
③光的衍射现象证明光是一种波(3)光的偏振现象①光的偏振也证明了光是一种波,并且是横波。
多种电磁波中电场E 的方向、磁场B 的方向和电磁波的传输方向之间,两两互相垂直。
②自然光:太阳、电灯等普通光源直接发出的光,包含垂直于传输方向上沿一切方向振动的光,并且沿各个方向振动的光波的强度都相似,这种光叫自然光。
③偏振光:自然光通过偏振片后,在垂直于传输方向的平面上,只沿一种特定的方向振动,叫偏振光。
3.光的电磁本性(1)麦克斯韦的光的电磁说:光是一种电磁波。
光和电磁波都能够在真空中传输;光和电磁波在真空中速度相等,均为3×108m/s。
(2)赫兹用实验证明了麦克斯韦的光的电磁说是对的的。
电磁波跟光波同样含有反射、干涉、衍射等性质;测算出电磁波的波速等于光速。
(3)电磁波谱①电磁波谱:由无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴(或X 射线)、γ射线组合起来构成电磁波谱。
②不同的电磁波产生的机理不同:振荡电路中的自由电子振荡——无线电波;原子外层电子受激——红外线、可见光、紫外线;原子内层电子受激——伦琴射线;原子核受激——γ射线。
"光的本性"考点例析"光的本性"是历年高考必考内容之一,试题中出现的题型多为选择题和填空题。
这一部分知识要求不高,但对基本概念理解不透彻,很容易导致失分。
笔者对近十年高考试题进行了研究,认为对本单元知识,应重点掌握好以下几个方面的知识。
一、光本性学说的发展史上的五个学说1.牛顿的微粒说:认为光是高速粒子流,它能解释光的直进现象,光的反射现象。
2.惠更斯的波动说:认为光是某种振动,以波的形式向周围传播,它能解释光的干涉和衍射现象,光的直进现象,光的反射现象。
3.麦克斯韦的电磁说:认为光是电磁波。
实验依据是赫兹实验证明了光与电磁波在真空中传播速度相等且均为横波。
4.爱因斯坦的光子说:认为光的传播是一份一份的,每一份叫一个光子,其能量与它的频率成正比,即E=hν.光子说能成功地解释光电效应现象。
5.德布罗意的波粒二象性学说:认为光是既有粒子,又有波动性。
个别光子表现为粒子性,大量光子表现为波动性;频率大的光子粒子性明显,而频率小的光子波动性明显。
二、"五个学说"提出的实验基础1.牛顿的微粒说的实验基础是光的直线传播与实物粒子做匀速直线运动相似,光遇到障碍物反射就好象弹性小球和光滑墙壁碰撞以后反弹一样。
2.惠更斯的波动说提出的实验基础是光的干涉现象和光的衍射现象。
光的干涉现象:(1)光的干涉:频率相同的两列波在空中相遇时发射叠加,在某些区域光总是互相加强,在另一些区域光总是互相抵消或削弱,而出现明暗相间的条纹或者时彩色条纹的现象叫光的干涉现象。
(2)产生稳定的干涉现象的条件:两列光的频率相同且振动情况相同。
(3)干涉实例:实例1:双缝干涉双缝干涉中出现的明条纹和暗条纹的条件:设光波波长为λ,屏上某点P到两缝的路程差为Δr,则Δr= nλ(n=±1,±2,±3,±∧),两列光波传到P时互相加强,出现亮条纹。
△r=(2n+1)λ/2, (n=±1,±2,±3,±∧),两列波传到P点时互相削弱,出现暗条纹。
注意:光的波长、波速和频率的关系为v=λf;光的颜色由光的频率决定,不同色光的频率是不同的,红光的频率最低,紫光的频率最高。
实例2、光的薄膜干涉现象薄膜干涉现象:用单色光照射时在薄膜上形成明暗相间的条纹,用白光照射时形成彩色条纹。
产生的原因:在薄膜的某一厚度处,两列波反射回来恰好是波峰和波峰的叠加,波谷和波谷叠加,使光波的振动加强,出现亮条纹。
而在另一厚度处,两列波的波峰和波谷叠加,使光波的振动互相抵消,出现暗条纹。
由于在不同的厚度处产生不同的条纹,所示光照射薄膜时,产生明暗相间的条纹。
例1、用单色光做双缝干涉实验,下述说法中正确的是:A、相邻干涉条纹之间的距离相等;B、中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍;C、屏与双缝之间距离减小,则屏上条纹间的距离增大;D、在实验装置不变的情况下,红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距。
解析:对于单色光通过双缝产生的干涉图样,红光和紫光通过同一双缝产生的干涉条纹,教材都有明确的分析和图示,由此可知,相邻的两条亮纹(或暗纹)间的距离是相等的,屏与双缝之间距离越小,条纹间的距离越小。
单色光条纹间距随着波长增大而增大。
或者根据公式判断:相邻两条亮纹(或暗纹)间的距离Δx=Lλ/d ,其中d表示两个缝间距离,L表示缝到屏的距离,λ表示光的波长,通过分析确定上。
故选A.例2、在双缝干涉实验中,双缝到光屏上P点的距离之差△X=0.6μm.若分别用频率为v1=5.0×1014Hz 和v2=7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝,则P点出现明、暗条纹的情况为()A、用频率为v1单色光照射时,出现明条纹;B、用频率为v2单色光照射时,出现明条纹;C、用频率为v1单色光照射时,出现暗条纹;D、用频率为v2单色光照射时,出现暗条纹。
解析:根据c=λv ,可得两种单色光的波长为:λ1=0.6μm,λ2=0.4μm.与题给的条件△X=0.6μm 比较可知:△X=λ1,△X= 3λ2/2.故用频率为v1单色光照射时,P点出现明条纹; 用频率为v2单色光照射时,P点现暗条纹。
本题的正确答案为A、D.例3、市场上有种灯具俗称"冷光灯",用它照射物品处产生的热效应大大降低,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(例如氧化镁),这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的红外线热效应。
以λ表示此红外线的波长,则所镀膜的厚度最小应为:A、λ/8;B、λ/4;C、λ/2 ;D、λ解析:要使红外线经反光镜后的反射部分减弱,就得使其经镀膜的前后表面反射的光线相互抵消,由干涉出现暗条纹的条件可知,两列反射光波的波程差应恰为红外线光波半波长的奇数倍,最小应为半波长,即薄膜厚度的当2倍等于红外线的半波长,故选B。
光的衍射现象:(1) 光的衍射:光离开直线路径而绕到障碍物阴影里的现象。
(2) 产生明显衍射现象的条件:障碍物或孔的尺寸可以跟光波长相比或比光的波长小。
(3) 衍射实例:实例1、小孔衍射:取一个不透光的屏,在屏中间开一个较大的圆孔。
用点源照射时,在像屏上就出现一个光斑,这是光沿直线传播的结果。
圆孔小一些,可以看到像屏上的光斑也随着减小。
但是,圆孔很小时(直径小于0.1mm)时,像屏上的光斑不仅不减小,反而变大了,而且光斑的亮度也变得不均匀,成为一些明暗相间的圆环,这些圆环的面积,远远超过了光按直线传播所能照到的范围,就是说光绕到小孔以外的区域中去了。
这就是光通过小孔产生的衍射现象。
实例2、单缝衍射:如果在不透明的屏上装一个宽度可以调节的狭缝,当缝比较宽时,光沿直线传播,在像屏上出现一条亮线;当缝很窄时,光通过缝后就明显地偏离了直线传播的方向,像屏上被照亮的范围变宽,并且出现了明暗相间的条纹。
这就是光通过狭缝时产生的衍射现象。
实例3、泊松亮斑:把一个小的圆盘状物体放在光束中,在距这个圆盘一定距离的像屏上,圆盘的影的中心会出现一个亮斑。
注意:光的干涉与衍射现象是光的波动性的表现,也是光具有波动性的证据,其区别是:光的干涉现象只有在符合一定条件下才发生,而光的衍射现象却总是存在的,只有明显与不明显之分。
光的干涉现象和衍射现象在屏上出现的都是明暗相间的条纹,但双缝干涉条纹间隔均匀,从中央到两侧的明纹亮度变化不大;而单缝衍射的条纹间隔不均匀,中央明纹又宽又亮,从中央向两侧,条纹宽度减小,明纹亮度显著减弱。
例4、一个不透光的薄板上有两个靠近的窄缝,红光透过双缝后,在墙上呈现明暗相间的条纹,若将其中一个窄缝挡住,在墙上可以观察到:A、光源的像,B、一片红光;C、仍有条纹,但宽度发生了变化;D、条纹宽度与原来条纹相同,但亮度减弱。
解析:一个不透光的薄板上有两个靠近的窄缝,红光透过双缝后,在墙上呈现明暗相间的条纹,若将其中一个窄缝挡住,在墙上可以观察到单缝衍射条纹,而不再是双缝干涉条纹,即C选项正确。
例5、在用游标卡尺观察光的衍射现象时当游标卡尺两测脚间狭缝宽度从0.1mm逐渐增加到0.8mm的过程中,通过狭缝观察一线状光源的情况是:A、衍射现象逐渐不明显,最后看不到明显的衍射现象了;B、衍射现象越来越明显;C、衍射条纹的间距随狭缝变宽而逐渐变小;D、衍射条纹的间距随狭缝变宽而逐渐变大。
解析:狭缝宽度从0.1mm逐渐增加到0.8mm的过程中,通过狭缝观察一线状光源的情况是衍射现象逐渐不明显,最后看不到明显的衍射现象了,衍射条纹的间距随狭缝变宽而逐渐变小,即选项AC正确。
3、麦克斯韦的电磁说,即认为光是电磁波,其实验依据是赫兹实验证明了光与电磁波在真空中传播速度相等且均为横波。
电磁波谱(1)、电磁波按波长由大到小的顺序为:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
(2)、不同电磁波产生机理不同:无线电波由振荡电路中自由电子的周期性运动产生;可见光由原子的外层电子受激后产生;可见光由原子的外层电子受激后产生;X射线由原子的内层电子受激后产生;γ射线是原子核受到激发后产生的。
(3)、不同电磁波的特性不同:无线电波易发生干涉和衍射;红外线有显著热作用;可见光可引起视觉反应;紫外线有显著的化学作用;X射线的穿透作用很强;γ射线的穿透作用更强。
光谱与光谱分析(1)光谱分类:①发射光谱:由发光物体直接产生的光谱。
发射光谱又分为连续光谱与明线光谱。
连续光谱由炽热固体、液体及高压气体发光产生,其特点为由连续分布的包含一切波长的色光组成。
明线光谱(即原子光谱)由稀薄气体或金属蒸汽(即游离态的原子)发光产生。
其特点为由一些不连续的明线组成。
②吸收光谱:高温物体发出的白光通过物质时,某些波长的光被物质吸收而形成的。
其特点是在连续光谱的背景上,由一些不连续的暗线组成。
(2)光谱分析:利用元素的特征谱线(明线光谱或吸收光谱)分析和确定物质的化学成份。
例6、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。
解析:太阳内部发出的强光是包含所有单色光的白光,它经过温度比较低的太阳大气层时,某些频率的光被吸收,因此在地球上得到的太阳光谱是一种吸收光谱,故本题应选C.例7、图1为伦琴射线管的示意图,K为阴极钨丝,发射的电子的初速度为零,A为对阴极(阳极),当AK之间加直流电压U=30KV时,电子被加速打在对阴极A上,使之发出伦琴射线,设电子的动能全部转化为伦琴射线的能量。
已知电子电量e=1.6×10-19C,质量m=9.1×10-31Kg,普朗克常量h=6.63×10-34 J.S,求:(1)电子到达对阴极的速度V;(取一位有效数字)(2)由对阴极发出的伦琴射线的最短波长λ。
(3)若AK间的电流为10mA,那么每秒钟从对阴极最多能辐射出多少个伦琴射线光子?解析:(1)根据动能定理得mV2/2=qU ,所以 V=(2qU/m)1/2=1×108m/s(2)E=h v =hC/λ =qU,所以λ=hC/qU=4.1×10-11m(3)n=It/e =10×10-3×1/1.6×10-19=6.25×1016个。
例8、气象卫星向地面发送的云图,是由卫星上红外线感应器接收云层发的红外线而形成的图象,云上的黑白程度由云层的温度高低决定,这是利用了红外线的()A、不可见性;B、穿透性;C、热效应;D、化学效应。
解析:利用了红外线的热效应,即选项C正确。