名师点津专题17光的本性-新人教[原创]】.doc

07年二轮复习名师点津 专题十七 光的本性内容解读光的波动性和微粒性内容要求94.光本性学说的发展简史95.光的干涉现象，双缝干涉，薄膜干涉.双缝干涉的条纹间距与波长的关系96.光的衍射97.光的偏振现象98.光谱和光谱分析.红外线、紫外线、X射线、射线以及它们的应用.光的电磁本性.电磁波谱.99.光电效应.光子.爱因斯坦光电效应方程100.光的波粒二象性.物质波101.激光的特性及应用1.在光本性学说的发展简史中要求知道微粒说和波动说.2.理解光的干涉和衍射的条件和条纹特征，知道光的偏振现象证明光是一种横波.3.知道电磁波谱中的各种电磁波的产生机理和作用.4.掌握光电效应、光子、爱因斯坦光电效应方程并能够熟练应用，此外了解物质粒子的波动性和激光的应用.考点清单1 光的波动性一、光的干涉（一）光的干涉1.干涉是波的特有现象；只有相干波源才能产生稳定的干涉现象；光若具有波动性则必能观察到它的干涉现象，但必须要有产生干涉现象的相干光源.2.相干光源：频率相等；振动情况相同.3.典型干涉实验：扬氏双缝干涉实验；薄膜干涉实验.（二）双缝干涉1.实验结果：（1）用单色光源在屏上出现明暗相间的等距干涉条纹；（2）若用白光做该实验则屏上出现彩色的干涉条纹.2.实验分析：（1）当屏上某点到双缝S1、S2的路程差是光波波长的整数倍时，在这些地方出现亮纹；（2）当屏上某点到双缝S1、S2的路程差是光波半波长的奇数倍时，在这些地方出现暗纹；（3）干涉条纹是等间距的；（4）同样条件的双缝实验，用红光和紫光得到的相邻暗条纹或亮纹间的宽度不等.3.结论：（1）相邻暗暗相间条纹间的距离=（l/d）；（2）同一实验中，任意两个相邻的亮纹或暗纹间的距离是相等的；（3）与l、d、三因素有关，当l、d相同条件下，与成正比，所以红光和紫光分别做实验得到的条纹间隔是不同的，红光的波长比紫光的波长长，因而红光干涉条纹比紫光宽.例 用氦氖激光器进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间距离d =0.1mm，双缝到屏的距离L =6.0m，测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是3.8cm，氦氖激光器发出的红光的波长是多少？假如把整个装置放入折射率是4/3的水中，这时屏上的条纹间距是多少？剖析 由条纹间距、双缝间距d，双缝到屏的距离L及波长的关系，可测光波的波长，同理知道水的折射率，可知该波在水中的波长，然后由、d、L、的关系，可计算条纹间距.解析 由可以得出，红光的波长mm激光器发出的红光的波长是6.310-7m.如果整个装置放入水中，激光器发出的红光在水中的波长为m =4.710-7m这时屏上条纹的间距是：m =2.810-2m.（三）薄膜干涉1.成因：薄膜前表面和后表面分别反射间夹的两列光波叠加，这两列波是同一光源发出的，所以是相干波，由于同一水平线上的薄膜厚度近似相同，所以干涉后能产生水平的明暗条纹.2.如果膜的厚度为d，折射率为n前后表面的反射光的光程差为2d，则：（1）当2d是光波半波长的偶数倍时，在这些地方出现亮纹；（2）当2d是光波半波长的奇数倍时，在这些地方出现暗纹.3.如果膜的厚度均匀变化，若用单色光照射，相邻的条纹间的距离是相等的，若用白光照射，则在薄膜某一厚度的地方某一波长的光反射后增强，而另一些波长的光反射后减弱，这样薄膜的像上就出现彩色条纹.4.光的干涉在技术上的应用（1）干涉法检查镜面检查精密零件的表面质量如图17-4所示将被检查平面和放在上面的透明标准样板的一端垫一薄片，使样板的标准平面和被检查平面间形成一个楔形空气薄层，单色光从上面照射，入射光在空气层的上、下表面反映出两列光波叠加情况，从反射光中看到干涉条纹，根据干涉条纹的形状，来确定工件表面情况.图17-4（2）镜片增透膜在光学元件（透镜、棱镜）的表面涂一层薄膜，当薄膜的厚度是光在薄膜中波长的1/4时，在薄膜的两个面上的反射光，光程差恰好等于半波长，因而相互抵消，达到减小反射光、增大透射光强度的作用.二、光的衍射1.光的衍射：光离开直线路径绕到障碍物阴影区域内的现象叫光的衍射.任何障碍物都要吧使光发生衍射.2.产生明显衍射的条件：障碍物或小孔尺寸跟光的波长相差不多或比光的波长小.3.明显衍射的现象（1）白光的单缝衍射：中央宽、亮的白色条纹；两侧窄、暗的彩色条纹； （2）单色光的单缝衍射：中央宽、亮的明条纹；两侧明暗相间的条纹，条纹间距向两侧越来越窄.三、光的电磁说和电磁波谱1.光的电磁说19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦提出电磁场的理论，预见了电磁波的存在，并提出电磁波是横波，传播的速度等于光速.根据它跟光波的这些相似性，指出“光波是一种电磁波”光的电磁说.1888年赫兹用实验证实了电磁波的存在，测得它传播的速度等于光速，与麦克斯韦的预言符合得相当好，证实了光的电磁说是正确的.2.电磁波谱（1）红外线发现过程：1800年英国物理学家赫谢耳用灵敏温度计研究光谱各色光的热作用时，把温度计移至红光区域外侧，发现温度更高，说明这里存在一种不可见的射线，后来就叫做红外线（用棱镜显示可见光谱）.特点：最显著的是热作用.应用：红外线加热，这种加热方式优点是能使物体内部发热，加热效率高，效果好；红外摄影（远距离摄影、高空摄影、卫星地面摄影），这种摄影不受白天默认的限制；红外线成像，（夜视仪）可以在漆黑的夜间看见目标；红外遥感，可以在飞机或卫星上勘测地热，寻找水源，监测森林火情，估计农作物的长势和收成，预报台风、寒潮.（2）紫外线发现过程：1801年德国的物理学家里特，发现在紫外区放置的照相底板感光，荧光物质发光.特性：主要作用是化学作用，还有很强的荧光效应，杀菌消毒作用.应用：紫外照相，可辨别出很细微的差别，如可以清晰地分辨出留在纸上的指纹；照明和诱杀害虫的日光灯、黑光灯；医院里病房和手术室的消毒；治疗皮肤病.（3）伦琴射线发现过程：1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线的性质时，发现阴极射线（高速电子流）射到玻璃壁上，管壁会发出一种看不见的射线，伦琴把它叫做X射线.产生条件：高速电子流射到任何固体上，都会产生X射线.特性：穿透本领很强.应用：工业上金属探伤；医疗上透视人体.此外还有比伦琴射线波长更短的电磁波，如放射性元素放出的射线.（4）电磁波谱无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、射线合起来构成了范围广阔的电磁波谱.从无线电波到射线，都是本质相同的电磁波，它们的行为服从波的共同的规律，另一方面由频率或波长的不同而又表现出不同的特性，如波长较长的无线电波，很容易表现出干涉、衍射等现象，随波长越来越短的可见光、紫外线、X射线、射线要观察到它们的干涉、衍射现象，就越来越困难了. （5）电磁波产生的机理：无线电波：产生于振荡电路中.红外线、可见光、紫外线：原子的外层电子受到激发后产生的.伦琴射线：原子内层电子受到激发而产生的.射线：原子核受到激发后产生的.2 光的粒子性一、光电效应1.在光（包括不可见光）照射下从物体发射出电子（即光电子）的现象叫做光电效应.2.光电效应的规律（1）任何一种金属，都有一个极限频率，入射光频率必须达到并大于这个极限频率才能产生光电效应.（2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大（线性关系）.（3）入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的(t10-9秒).（4）当入射光频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光强度成正比.金属中的自由电子，由于受到晶格正离子的吸引，必须从外部获得足够的能量才能从金属中逸出.按照经典的波动理论，光的能量是由光的强度决定的，而光的强度又是由光波的振幅决定的，跟频率无关.因此无论光的频率如何，只要光的强度足够大或照射时间足够长，都能使电子获得足够的能量产生光电效应.然而这跟实验结果是直接矛盾的，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应.二、光子说在普朗克（德国物理学家）认为电磁波的能量是不连续的基础上，爱因斯坦提出光子说即空间传播的是一份一份地进行的，每一份的能量等于hv，每一份叫一个光子.v是光的频率.光子说对光电效应的解释：光子照射到金属上时，某个电子吸收光子的能量后动能变大，若电子的动能增大的足以克服的原子核的引力时，便飞出金属表面，成为光电子.1.光子的能量和频率有关，金属的逸出功是一定的，光子的能量必须大于逸出功才能发生光电效应，这就是每一种金属都存在一个极限频率的原因.2.光照射到金属上时，电子吸收光子能量不需积累，吸收能量立刻增大动能，若大于逸出功便逸出金属表面成为光电子.3.电子吸收光子能量后，从金属表面逸出，其中金属表面电子克服逸出功飞出金属表面具有大初动能，根据能量守恒，应是：.该方程称为爱因斯坦光电方程，显然最大初动能和入射光子的频率有关.例题 如图17-5，阴极K用极限波长0=0.66m的金属铯制成，用波长=0.50m的绿光照射阴极K，调整两个极板电压.当A板电压比阴极高出2.5V时，光电流达到饱和，电流表示数为0.64A，求：图17-5（1）每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能. （2）如果把照射阴极绿光的光强增大为原来的2倍，每秒钟阴极发射的光电子和光电子飞出阴极的最大初动能.分析 （1）当阴极发射的光电子全部达到阳极A时，光电流达到饱和，由电流可知每秒到达阳极的电子数，即每秒发射的电子数.由爱因斯坦光电效应方程可计算最大的初动能.（2）光强加倍，每秒钟发射的光电子数加倍，但入射光频率不变，发射的光电子的最大初动能不变.解析 （1）光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数个根据爱因斯坦光电方程，光电子的最大初动能：JJ.（2）如果照射光的频率不变，光强加倍，根据光电效应实验规律，阴极每秒发射的光电子数个光电子的最大初动能仍然是J.三、光的波粒二象性光的干涉、衍射等