高中物理 专题 光的本性之光的波动性讲义(含解析) 新人教版选修34

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s 高中物理选修3-4知识点总结：第十三章 光（人教版）

这一章内容比较多，重要的是光的几种特性，包括：折射、干涉、衍射、偏振和光的全反射。

本章的难点在于光的折射中有关折射率的问题，用双缝干涉测量光波的波长，以及光的全反射的有关计算问题。

理解性的内容主要有：光的色散，光的偏振等知识点。

考试的要求：

Ⅰ、对所学知识要知道其含义，并能在有关的问题中识别并直接运用，相当于课程标准中的“了解”和“认识”。

Ⅱ、能够理解所学知识的确切含义以及和其他知识的联系，能够解释，在实际问题的分析、综合、推理、和判断等过程中加以运用，相当于课程标准的“理解”，“应用”。

要求Ⅰ：折射率、全反射、光导纤维、光的干涉、光的衍射、光的偏振以及色散等内容。

要求Ⅱ：光的折射定律、折射定律的运用、折射率的有关计算等有关的知识内容。

知识网络：

内容详解： 一、 光的折射：

反射定律：反射光线和入射光线以及法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角。 s

s 折射定律：折射光线和入射光线以及法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。

在光的折射中光路是可逆的。

折射率：光从真空射入某介质时，入射角的正弦和折射角的正弦之比，称为折射率,用字母n表示。

测定玻璃的折射率：

如图所示为两面平行的玻璃砖对光路的侧移，用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B,确定出O′点，画出O′O，量出入射角和折射角的度数。

根据公式：n=sinθ sinφ计算出玻璃的折射率。

对折射率的理解： 介质折射率的大小取决于介质本身及入射光的频率，不同介质的折射率不同，与入射角、折射角的大小无关。

当光从真空射入介质中时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但是正弦值之比是一个常数。

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高中物理选修3-4光学部分

光既具有波动性，又具有粒子性；光是一种电磁波。

阳光能够照亮水中的鱼和水草，同时我们也能通过水面看到烈日的倒影；这说明光从空气射到水面时, 一部分光射进水中，另一部分光被反射回到空气中。

一般说来，光从一种介质射到它和另种分界面时，一部分光又回到这种介质中的现象叫做光的反射； 而斜着射向界面的光进入第二种介质的现象，叫做光的折射。

i•光的反射定律：

实验表明：光的反射遵循以下规律

a、 反射光线和入射光线、界面的法线在同一平面内，反射光 线和入射光线分别们于法线的两侧。

b、 反射角等于入射角。（i=i'）

在反射现象中，光路是可逆的。 2

2•光的折射定律：

入射光线和法线的夹角i叫做入射角；折射光线和法线的夹角 r叫做折射角；反射光线和法线的夹

角「叫做反射角。

光的折射定律可这样表示：

a、 折射光线跟入射光线和界面的法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别们位于法线的两 侧。

b、 入射角的正弦跟折射角的正弦之比是一个常量，即： sini/sinr=n 在折射现象中，光路也是可逆的。

3•折射率：

由折射定律可知：光从一种介质射入另一种介质时，尽管折射角的大小随着入射角的大小在变化， 但是两个角的正弦之比是个常量，对于水、玻璃等各种介质都是这样，但是，对于不同介质，比值 n的大小并不相同，例如，光从空气射入水时这个比值为 1.33,从空气射入普通玻璃时，比值约为

1.5。因此，常量n是一个能够反映介质的光学性质的物理量，我们把它叫做介质折射率。

光在不同介质中的传播速度不同 （介质n越大，光传播速度越小）。某种介质的折射率，等于光在

真空中的速度c跟光在这种介质中的速度 v之比，即：n=c/v

注意：1.真空中的折射率n=1（空气中一般视为真空），其他介质的折射率 n>1。

2. 通过比较入射角i和折射角r的大小判断入射介质和折射介质的折射率大小,

3 光的波粒二象性

一、康普顿效应

1．光的散射

光子在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射．

2．康普顿效应

美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．

3．康普顿效应的意义

康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面．

4．光子的动量

(1)表达式：p＝hλ.

(2)说明：在康普顿效应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小．因此，有些光子散射后波长变大．

二、光的波粒二象性

1．光的波粒二象性

(1)光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性．

(2)光子的能量ε＝hν，光子的动量p＝hλ.

(3)光子既有粒子的特征，又有波的特征；即光具有波粒二象性．

2．对光的波粒二象性的理解

(1)大量光子产生的效果显示出波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性．

(2)光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．

(3)频率低、波长长的光，波动性特征显著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．

(4)光在传播时体现出波动性，在与其他物质相互作用时体现出粒子性．光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体．

三、光是一种概率波

在双缝干涉实验中，屏上亮纹的地方，是光子到达概率大的地方，暗纹的地方是光子到达概率小的地方．所以光波是一种概率波．即光波在某处的强度代表着光子在该处出现概率的大小．

在生活中我们会拍很多照片，通常我们都认为，这是由人和景物发出或反射的光波经过照相机的镜头聚焦在底片上形成的．实际上照片上的图像也是由光子撞击底片，使上面的感光材料发生化学反应形成的．下图是用不同曝光量洗印的照片，请你根据自己对光的理解作出说明．

第十二章 第4讲 光的波动性 电磁波 相对论

一、选择题(本大题共10小题，每小题7分，共70分．第1～6题只有一项符合题目要求，第7～10题有多项符合题目要求．全部选对的得7分，选对但不全的得4分，有选错的得0分．)

1．在杨氏双缝干涉试验中假如( )

A．用白光作为光，屏上将呈现黑白相间的条纹

B．用红光作为光，屏上将呈现红黑相间的条纹

C．用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹

D．用紫光作为光，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距相等的条纹

【解析】 用白光作杨氏双缝干涉试验，屏上将呈现彩色条纹，A错；用红光作光，屏上将呈现红色条纹与暗条纹(即黑条纹)相间，B对；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，C错；紫光作光，遮住一条狭缝，屏上消灭单缝衍射条纹，即间距不等的条纹，D错．

【答案】 B

2．关于光的性质，下列说法正确的是( )

A．光在介质中的速度大于光在真空中的速度

B．双缝干涉说明光具有粒子性

C．光在同种均匀介质中沿直线传播

D．光的偏振现象说明光是纵波

【解析】 由折射率公式n＝cv＞1可得选项A错误；干涉、衍射是波所特有的现象，所以选项B错误；由常识得选项C正确；光的偏振现象说明光是横波，故选项D错误． 【答案】 C

3．下面对增透膜的叙述，不正确的有( )

A．摄影机的镜头上涂一层增透膜后，可提高成像质量

B．增透膜是为了增加光的透射，削减反射

C．增透膜的厚度应为入射光在薄膜中波长的1/4

D．增透膜的厚度应为入射光在真空中波长的1/4

【解析】 增透膜的作用是增大透射光，入射光线在前后两个面发生两次反射，光程差为厚度的两倍，当光程差为半波长的奇数倍时两个反射光线叠加振动减弱，所以厚度应为入射光在真空中波长的1/4，D对．

【答案】 D

4．(2022·广西百所高中联考)如图12－4－15所示a、b为两束不同频率的单色光，以45°的入射角射到玻璃砖的上表面，直线OO′与玻璃砖垂直且与其上表面交于N点，入射点A、B到N点的距离相等，经玻璃砖上表面折射后两束光相交于图中的P点，则下列说法正确的是( )