第十四章 第三课时 光的本性.doc

第三课时光的本性第一关：基础关展望高考基 础 知 识一、光的干涉知识讲解1.光的干涉现象(1)光的干涉:在两列光波的叠加区域,某些区域的光被加强，出现亮纹，某些区域的光被减弱，出现暗纹，且加强区域和减弱区域互相间隔的现象叫做光的干涉现象.(2)干涉的条件:两列频率相同,振动情况完全相同的光相遇.2.常见的典型的干涉现象(1)双缝干涉产生明暗条纹的条件:双缝处光振动情况完全相同,光屏上某点与两个狭缝的路程差是光波波长的整数倍处出现明条纹,与两个狭缝的路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹.条纹的特点:相邻明条纹(或暗条纹)的间距相等,且x=,其中为波长,d为双缝间距,l为缝到屏的距离.实验装置不变的条件下,红光干涉条纹的间距最大,紫光的干涉条纹间距最小;若换用白光,在屏上得到彩色条纹,且中央为白色.(2)薄膜干涉及其图样特点薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂膜)上下两表面的反射光波相遇而形成的干涉.图样特点:同一条亮(或暗)条纹对应薄膜厚度相等,单色光在肥皂膜上(上薄下厚)形成水平状的明暗相间的条纹,白光入射时形成彩色条纹.活学活用1.如图所示,在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜,在两者之间形成厚度不均匀的空气膜,让一束单一波长的光垂直入射到该装置上,结果在上方观察到如图所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹,称为牛顿环.以下说法正确的是()A.干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B.干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的D.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的解析:薄膜干涉中的!薄膜指的是两个玻璃面之间所夹的空气膜,故选项A是正确的,B是错误的,两列波的路程差满足一定的条件:如两列波的路程差是半波长的偶数倍,形成明条纹;如两列波的路程差是半波长的奇数倍,形成暗条纹,明暗条纹间的距离由薄膜的厚度决定,膜厚度不是均匀变化的,则干涉条纹不等距,故选项C是正确的.答案:AC二、光的衍射知识讲解(1)衍射现象光在遇到障碍物时,偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射.(2)发生明显衍射现象的条件当孔或障碍物的尺寸比光波波长小,或者跟波长差不多时,光才能发生明显的衍射现象.(3)三种不同的衍射现象小孔衍射取一个不透光的屏,在屏中间开一个较大的圆孔.用点光源照射时,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.但是当圆孔很小时(直径小于0.1 mm)时,像屏上的光斑不仅不减小,反而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.说明:a.单色光照射时,中央为亮圆,外面是亮度越来越暗的亮环.b.白光照射时,中央亮圆为白色,周围是彩色圆环.单缝衍射当狭缝很窄时,光通过狭缝后就明显地偏离了直线传播方向,像屏上被照亮的范围变宽,并且出现了明暗相间的条纹.这就是单缝衍射.说明:a.在衍射现象中,中央亮条纹与两边的亮条纹相比有明显的不同,中央亮纹不仅亮度大,宽度也大.b.用白光照射单缝时,中间是白色亮条纹,两边是彩色条纹,其中最靠近中央的色光是紫光,最远离中央的是红光.泊松亮斑把一个小圆盘状物体放在光束上,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.活学活用2.下图中,A,B两幅图是由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)的图象.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.解析：图A是单色光射到小圆孔而形成的光的衍射图象;图B是光射到较大的圆孔,由于光沿直线传播而形成的圆形光斑.只有在光的波长比障碍物小得多的情况下,光才可看做是直进的,在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比甚至比光的波长还要小的时候,衍射现象就十分明显了,因此A对应圆孔的孔径小于B对应圆孔的孔径.答案：衍射 小于三、光的电磁说知识讲解1光的电磁本性：麦克斯韦认为光是一种电磁波，赫兹用实验证实了这一学说2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、射线(2)不同电磁波产生的机理不同：无线电波由振荡电路中自由电子的周期性运动产生；红外线、可见光、紫外线由原子的外层电子受激后产生；伦琴射线(X射线)由原子的内层电子受激后产生；射线是原子核受激发后产生的(3)不同电磁波的特性不同：无线电波易发生干涉和衍射；红外线有显著的热作用；可见光可引起视觉作用；紫外线有显著的化学作用；伦琴射线的穿透作用很大；射线的穿透作用更强活学活用3.CT的扫描部分主要由X射线管和检测器组成，X射线贯穿人体各部分后，为检测器所接收.检测器接收到射线的强弱决定于人体截面的组织密度.检测器所测得的不同强度信号经电子计算机处理后转换成图像，可在荧光屏上显示出来，也可用胶片拍摄出来.综上所述，回答下列(1)(2)题：(1)发现X射线的科学家是()A.贝克勒耳B.玛丽居里C.伦琴D.卢瑟福解析：根据物理学史可以知道发现X射线的科学家是伦琴.答案：C(2)用CT诊断是利用X射线的()A.电离能力B.穿透能力C.速度大D.能使胶片感光解析：根据X射线的特点可知CT主要是应用了X射线的穿透能力.答案：B四、光的偏振知识讲解1.光的偏振(1)偏振:横波只沿某一特定的方向振动,称为波的偏振.(2)偏振光:在垂直于光波传播方向的平面内,只沿某一个特定方向上振动的光.2.对光的偏振现象的理解(1)偏振光的产生方式自然光通过起偏器:通过两个共轴的偏振片观察自然光,第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光叫起偏器.第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光,叫检偏器.自然光射到两种介质的交界面上,如果光入射的方向合适,使反射光和折射光之间的夹角恰好是90时,反射光和折射光都是偏振光,且偏振方向相互垂直.(2)偏振光的理论意义及应用理论意义:光的干涉和衍射现象充分说明了光是波,但不能确定光波是横波还是纵波.光的偏振现象说明光波是横波.应用:照相机镜头,立体电影,消除车灯眩光等.活学活用4.在拍摄日落水面下的景物时,应在照相机镜头前装一个偏振片,其目的是()A.减弱反射光,从而使景物的像清晰B.增强反射光,从而使景物的像清晰C.增强透射光,从而使景物的像清晰D.减弱透射光,从而使景物的像清晰解析：由于反射光的干扰,景物的像常常比较模糊,装上偏振片的目的是减弱反射光,使透振方向与反射光的振动方向垂直,但不能增强透射光.答案：A第二关：技法关解读高考解 题 技 法一、光的干涉和衍射的比较分析技法讲解光的干涉和光的衍射的比较分析（1）双缝干涉和单缝衍射都是波叠加的结果，只是干涉条纹是有限的几束光的叠加，而衍射条纹是极多且复杂的相干光的叠加.在双缝干涉实验中，光在通过其中三个狭缝时，都发生了衍射而形成三个线光源.所以，一般现象中既有干涉又有衍射.（2）单缝衍射时，照射光的波长越长，中央亮纹越宽，所以衍射和干涉都能使白光发生色散现象，且中央白光的边缘均呈红色.（3）干涉和衍射的图样有相似之处，都是明暗相间的条纹，只是干涉条纹中条纹宽度和亮纹亮度基本相同，衍射条纹中条纹宽度和亮纹亮度均不等，中央亮纹最宽最亮.典例剖析例1如图所示，甲、乙为单色光通过窄缝后形成的明暗相间的两种条纹图样，下列判断正确的是（）A.甲为单缝衍射的图样B.乙为双缝干涉的图样C.甲为双缝干涉的图样D.乙为单缝衍射的图样解析：双缝干涉图样的条纹间隔是均匀的，单缝衍射的条纹是中间宽，两侧逐渐变窄.由此可见，选项A、B正确.这类题目要求掌握干涉、衍射图样的差别条纹宽度、亮度的差别，还要掌握不同色光的干涉、衍射图样的不同，并知道造成这种不同的根本原因.答案：AB二、干涉现象中亮,暗条纹的判断技法讲解干涉现象中亮、暗条纹的判断（1）明确亮条纹的产生条件是l=n,(n=0,1,2,3,)（2）明确暗条纹的产生条件是l=(2n+1),(n=0,1,2,3,)（3）计算出题中所给的光程差为多少倍的波长.（4）根据亮、暗条纹产生的条件判断该点为亮条纹还是暗条纹.典例剖析例2在双缝干涉实验中，若照射光的波长是600 nm，从双缝S1和S2照射到屏上的P点和Q点的光程差分别为l=1200 nm和l=1500 nm，如图所示，则屏上P点是_条纹，Q点是_条纹.解析：因为光的波长为=600 nm，而l=1200 nm=2，符合亮条纹的产生条件，故P点是亮条纹；因为l=1500 nm=5，符合暗条纹的产生条件，故Q点是暗条纹.答案：明 暗三、双缝干涉中条纹间距和位置的判断方法技法讲解双缝干涉中条纹间距和位置的判断方法（1）影响条纹间距的因素：相邻亮纹或相邻暗纹的间距是x与双缝到屏的距离L成正比，与两狭缝之间的距离d成反比，与光的波长成正比.即x=.（2）中央位置是亮纹还是暗纹的条件：双缝到光屏中央距离相等，光程差为零，如果两光源振动完全一致，中央一定是亮纹；如果两光源振动正好相反，则中央为暗纹.综合以上两点可知：（1）为了观察到清晰的干涉图样，必须使双缝距离d小到与波长相当，且使Ld.（2）同样条件下，红光的干涉条纹间距最大，紫光最小.这就是白光干涉条纹中央为白光，两边出现彩色光带的原因.典例剖析例3如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600 nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮纹中心（即P1到S1、S2的光程差为一个波长），现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝，则（）A.P和P1仍为亮点B.P为亮点，P1为暗点C.P为暗点，P1为亮点D.P、P1均为暗点解析：从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成的两束光为相干光.由题意，屏中央P点到S1、S2距离相等，即由S1、S2分别射出的光到P点的路程差为零，因此是亮纹中心.因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P点都是中央亮纹的中心.而P1点到S1、S2的光程差刚好是橙光的一个波长，即|P1S1-P1S2|=600 nm=橙，则两列光波到达P1点振动情况完全一致，振动得到加强，因此，出现亮条纹.当换用波长为400 nm的紫光时，|P1S1-P1S2|=600 nm=(3/2)400 nm=3紫/2，则两列光波到达P1点时振动情况完全相反，即由S1、S2射出的光波到达P1点时就相互削弱，因此，出现暗条纹.综上所述，选项B正确.答案：B四、电磁波谱及其应用技法讲解电磁波谱及其应用（1）阴极射线是高速电子流，X射线是一种电磁波.（2）X射线和射线的频率范围有重叠区域，无线电波和红外线的频率范围也有重叠区域.（3）红外线、紫外线、X射线比较表典例剖析例4关于电磁波谱，下列说法中正确的是（）A.红外线比红光波长长，它的热作用很强B. X射线就是伦琴射线C.阴极射线是一种频率极高的电磁波D.紫外线的波长比伦琴射线长，它的显著作用是荧光作用解析：本题主要考查了电磁波的产生机制和特性.在电磁波谱中，红外线的波长比可见光长，而红光属于可见光，故选项A正确.阴极射线与电磁波有着本质不同，电磁波在电场、磁场中不偏转，而阴极射线在电场、磁场中会偏转，电磁波在真空中的速度是3108m/s，而阴极射线的速度总是小于3108m/s，阴极射线的实质是高速电子流，故选项C错误.X射线就是伦琴射线，是高速电子流射到固体上产生的一种波长很短的电磁波，故B项正确.由于紫外线的显著作用是荧光作用，而伦琴射线的显著作用是穿透作用，故选项D正确.答案：ABD第三关：训练关笑对高考随 堂 训 练1.如图所示的4个图形中，哪个是著名的泊松亮斑的衍射图样()答案：B2.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.只有红光和绿光的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失B.红光和绿光的双缝干涉条纹消失，其他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.屏上无任何光亮解析：由题意可知，从一条缝透出的光是红光，另一条缝透出的光是绿光.由于红光和绿光的频率不同，不是相干光，不能发生干涉，但都能产生单缝衍射现象，屏上仍有红光和绿光各自的衍射条纹叠加后的光亮.综上分析可知，选项C正确.答案：C3.一些高层建筑物外墙使用的幕墙玻璃，白天在外面的人看不清室内的物体，而室内的人却能较清楚地看见外面的景物，其原因是()A.在玻璃的外表面涂有增透膜B.在玻璃的外表面涂有高反膜（即对光的反射率大于透射率的物质）C.在玻璃的外表面涂有能大量吸收光的物质D.在玻璃的外表面涂有不透光的彩色薄膜解析：高反膜原理与增透膜原理相反，即从玻璃前后表面反射出来的光叠加增强，则根据能量守恒定律可知，透射光必减弱，所以在玻璃外面涂有高反射膜时，外面的人看不清室内物体，而室内的人却能清楚地看到外面的景物.答案：B4.如图所示，让自然光照到P、Q两偏振片上，当P、Q两偏振片的透射光偏振方向间的夹角为以下哪些度数时，透射光的强度最弱（）A.0 B.30C.60 D.90答案：D5.2008年5月12日14时28分，我国四川省汶川发生了里氏8.0级特大地震，在这次救援行动中，生命探测仪的使用大大提高了找寻废墟下被压埋人员的速度和准确性，常见的生命探测仪有光学生命探测仪，声波、振动生命探测仪，红外热像生命探测仪，雷达生命探测仪等.光学生命探测仪可以通过废墟堆积层中的空隙或专用钻机钻孔，伸入被困人员附近，确定其位置和生存状态；声波、振动生命探测仪是通过被困人员呻吟、呼喊、爬动、敲打等发出音频、声波或振动波，被高敏感度的传感器探头接收、过滤、放大，向救援人员提供被困者的生命信息.红外热像生命探测仪不受限于工作环境照度，不需要附加照明光源，可在地震的浓烟、大火及黑暗等环境中搜索生命.雷达生命探测仪通过特殊的雷达发射微波，接收反射波后检测是否有人体生命活动所引起的各种微动.通过以上信息可知下列选项正确的是()A.光学生命探测仪是利用光反射进行生命探测的仪器B.声波、振动生命探测仪寻找生命靠的是识别被困者发出的声音C.红外热像生命探测仪是利用人体能不断地产生红外辐射D.雷达生命探测仪的探测距离长，且能穿透实体砖墙解析：光学生命探测仪由探头、可变长金属杆和监视器等部位构成，这种生命探测仪有内置照明装置，利用光反射进行生命探测，A正确.声波、振动生命探测仪是一个由高灵敏度传感器、高精度专用数据采集系统和多功能专用计算机系统组成的探测系统.即便被埋人员被困在一块相当严实的大面积水泥楼板下，只要心脏还有微弱颤动，探测仪也能感觉出来，B正确，人体红外辐射特性与周围环境的红外辐射特性不同，红外热成像生命探测仪正是利用了他们之间的差别，以成像的方式把要搜索的目标与背景分开，C正确，雷达生命探测仪利用的是微波，这种仪器探测距离可达30m-50m，穿透实体砖墙厚度可多达2m，微波的波长短，能量比较大，穿通能力比较大，D正确.答案：ABCD课时作业四十六光的本性1.在杨氏双缝干涉实验中，如果()A.用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹B.用红光作为光源，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.用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹解析:白光作为光源，屏上将呈现彩色条纹，A错；B为红光的双缝干涉，图样为红黑相间，故B正确；红光和紫光频率不同，不能产生干涉图样，C错；遮柱一条狭缝时，紫光将发生单缝衍射，形成衍射图样，D正确.答案:BD2.下列有关光现象的说法正确的是()A.在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大B.以相同入射角从水中射向空气，紫光能发生全反射，红光也一定能发生全反射C.紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时也一定有电子向外发射D.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度解析:在双缝干涉实验中，条纹间距d与入射光波长成正比，所以入射光由紫光改为红光时波长增长，条纹间距d变大，A项正确.全反射中的临界角为C，由sinC=可知，折射率越大，临界角越小，即紫光的临界角小于红光的临界角，所以紫光能发生全反射时，红光不一定能发生全反射，则B错误.金属的逸出功一定，由h=W+Ek，紫光能使金属发生光电效应，而红光频率低不一定能使金属发生光电效应，所以C错误.在镜头前加装偏振片是为减弱玻璃反射的光对拍摄的负面影响，所以D错误.答案:A3.用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象.图（a）是点燃酒精灯（在灯芯上洒些盐），图（b）是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈.将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是()A.当金属丝圈旋转30时干涉条纹同方向旋转30B.当金属丝圈旋转45时干涉条纹同方向旋转90C.当金属丝圈旋转60时干涉条纹同方向旋转30 D.干涉条纹保持原来状态不变解析:金属丝圈在竖直平面内缓慢旋转时，楔形薄膜形状各处厚度形状几乎不变.因此，形成的干涉条纹保持原状态不变，D正确，ABC错误.答案:D4.光热转换是将太阳能转换成其他物质内能的过程，太阳能热水器就是一种光热转换装置，它的主要器件是真空玻璃管，这些玻璃管可将太阳能转换成水的内能，真空玻璃管表面采用镀膜技术增加透射性，使尽可能多的太阳能转换为内能，这种镀膜技术的物理依据是（）A.光的衍射B.光的粒子性C.光的干涉D.光的直线传播解析：为了增加透射光，可在真空玻璃管表面镀一层厚度为的增透膜，物理依据是薄膜干涉，正确选项为C.答案：C5.夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车的司机照射的睁不开眼晴，影响行车安全，若将汽车前窗玻璃和前灯玻璃都改用偏振玻璃，使双方司机都看不见对方车灯发出的炫目灯光，但能看清自己车灯发出的光所照亮的物体.所以汽车前窗玻璃、前灯玻璃的透振方向应该是（）A.前窗玻璃的透振方向是竖直的,前灯玻璃的透振方向是水平的B.前窗玻璃的透振方向是竖直的,前灯玻璃的透振方向是竖直的C.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45,前灯玻璃的透振方向是斜向左上45D.前窗玻璃的透振方向和前灯玻璃的透振方向都是斜向右上45解析:汽车前灯采用偏振玻璃后，从中发出的是偏振光，要使司机能看清自己的车灯所照亮的物体（使物体反射的车灯光最大限度地透过前窗玻璃），应使自己前窗玻璃的偏振方向与车灯发出的光的偏振方向一致.另外,应使对方车灯光的偏振方向恰好和自己车前窗玻璃的偏振方向垂直,使得对方车灯射过来的灯光几乎不能透过,防止了司机炫目情况的发生,而A、C选项会造成司机看不到被自己的车灯照亮的物体，B选项会使对方司机看到自己的车灯射出的灯光，影响行车安全.所以A、B、C是错误的，只有D正确.答案：D6.如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃的上表面是否平的装置.a为标准样板，b为待测厚玻璃板，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射的光线叠加而成的()A.a的上表面和b的下表面B.a的上、下表面C.a的下表面和b的上表面D.b的上、下表面解析:本题是薄膜干涉的应用.本题易错选项是D.错选D是理解为检查的样品是b，故干涉是发生在b的上、下表面.答案:C7.如图，P是一偏振片，P的透振方向（用带有箭头的实线表示）为竖直方向，下列四种入射光束中，哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光()A.太阳光B.沿竖直方向振动的光C.沿水平方向振动的光D.沿与竖直方向成45角振动的光解析:偏振片具有滤光功能，振动方向完全垂直于偏振方向的光不能透过偏振片，因为偏振方向竖直，所以沿水平方向振动的光不能透过此偏振片.即A、B、D正确.答案:ABD8.为了观察到纳米级的微小结构，需要用到分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜.有关电子显微镜的下列说法中正确的是()A.它是利用电子物质波的波长比可见光短，因此不容易发生明显衍射B.它是利用电子物质波的波长比可见光长，因此不容易发生明显衍射C.它是利用电子物质波的波长比可见光短，因此更容易发生明显衍射D.它是利用电子物质波的波长比可见光长，因此更容易发生明显衍射解析:为了观察纳米级的微小结构，用光学显微境是不可能的.因为可见光的波长数量级是10-7m，远大于纳米，会发生明显的衍射现象，因此不能精确聚焦.如果用很高的电压使电子加速，使它具有很大的动量，其物质波的波长就会很短，衍射的影响就小多了.因此本题应选A.答案: