2011年高考物理 第二十章 光的波动性复习教案 新人教版

用心 爱心 专心 第二十章第二十章 光的波动性光的波动性 20 5 20 5 知识梳理知识梳理 一 考点要求 内 容要 求 1 光本性学说的发展简史 2 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 3 光的衍射 4 光的偏振 5 光谱和光谱分析 红外线 紫外 线 X 射线 射线以及综合应用 光的电磁本性 电磁波谱 6 激光的特性及应用 二 知识结构 激光 光的偏振 电磁波谱 实验依据 理论背景 光的电磁说 应用 规律 原因 条件 实验意义 实验结论 现象分析 实验现象 实验装置 实验背景 泊松亮斑 圆孔衍射 单缝衍射 光的衍射 应用 规律 原因 条件 实验意义 实验结论 现象分析 实验现象 实验装置 实验背景 薄膜干涉 双缝干涉 光的干涉 光的波动说 三 考点命题特点及趋势 1 本章内容是按照人类对光的本性的 认识过程展开的 光的干涉和衍射证明了光具有 波动性 并推动了光的波动学说的发展 光的电 磁说揭示了光现象的电磁本质 光的偏振进一步 有力证明了光是横波 2 在历届高考试题中 有关本章的内容多以 选择题或填空题的形式出现 高考热点是光的干 涉 波长 波速和频率的关系 有时与几何光学 结合考查 光的偏振和激光的应用属新增内容 易与生产 生活相联系考查 应引起重视 四 课后练习 1 光的波动说 1 代表人 荷兰物理学家 2 内容 光是在空间传播的某种 3 实验基础 光的 和 4 解释现象 光的 及 5 困难 难以解释光的 真空中光 的传播 2 光的电磁说 1 代表人 英国物理学家 2 内容 光是 3 实验基础 德国物理学家 的电 磁波实验 4 解释现象 许多光现象 5 困难 无法解释 3 干涉的概念 两列 振动情况 的光波相叠加 某些区域出现光被 某些地方出现光被 并且 和 的区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象 光的干涉证明了光具有 4 双缝干涉 在用单色光进行的双缝干涉实 验中 若双缝处两列光的振动情况完全相同 则 在光屏上距双缝的路程差为光波波长 倍的 地方被加强 将出现明条纹 光屏上距双缝的路 程差为光波半波长 倍的地方光被减 弱 出现暗条纹 1 相干波源 能产生 现象的两个 波源为相干波源 杨氏双缝干涉实验采用 一分 为二 的办法将同一光波分解成两列光波 作为 相干光源 2 双缝干涉所得到的宽度相等的明暗相 间的条纹 理论和实验都表明 相邻亮条纹 或 第 2 页 共 14 页 暗条纹 间的距离 l d x 其中l表示 与 间的距离 d表示 间 的距离 表示 光的波长 若 用白光进行双缝干涉实验 光屏上除了中央 为 色明条纹外 两侧均为 色的 干涉条纹 5 薄膜干涉 光照射到薄膜上时 薄 膜的 和 两个表面反射的 两列光恰好构成相干光源 由于膜的厚度不 同 在有的地方出现明条纹 有的地方出现 暗条纹 从而发生干涉现象 若入射光为单 色光 则形成 的条纹 若 入射光为白光 则出现 干涉条 纹 薄膜干涉常用于检查平面的平整和制作 光学镜头的增透膜 6 光发生明显衍射现象的条件 只有 当障碍物的尺寸可以跟光的波长相比拟 甚 至比光的波长还 时候 衍射现 象才会明显 7 光的电磁本性 认为光 是一种电磁波 用实验证实了这 一学说 8 光是一种电磁波的实验依据 1 光波和电磁波的传播都可以 需 要介质 2 光波和电磁波在 中传播的速度 相同 都是 3 00 10 8 m s 3 光波和和电磁波都是 波 9 电磁波谱 电磁波按波长由 到 的顺序为 无线电波 微波 红外线 可见光 紫外线 X 射线 射线 电磁波谱是 一个非常广阔的频率范围 其中最长的波长是最 短的波长的 21 10倍以上 不同的电磁波产生的机 理不同 可见光只是电磁波谱中相当狭小的部分 色光就是由可见光的 决定的 无线电波是由 产生的 红外线 可见光 紫外线是 电子受到激发后产生的 X 射线是 电子受到激发后产生的 射线是 受到激发后产生的 10 横波只沿某一特定的方向振动 称为波 的 在垂直于传播方向的平面上 只沿一个特定方向振动的光 叫做 光 11 原子发生受激辐射时 发出的光子的频 率 发射方向等 都跟入射光子完全一样 如果 这样的光子在介质中传播时 再引起其他原子发 生受激辐射 就会产生越来越多的频率和发射方 向都 光子 使光得到加强 也叫光放大 这就是激光 20 1 光的干涉和衍射 第一课时 一 考点理解 1 1 双缝干涉 双缝干涉 1 两列光波在空间相遇时发生叠加 在某些区域总加强 在另外一些区域总减弱 从而出现亮暗相间的条纹的现象叫光的干涉 现象 2 产生干涉的条件 两个振动情况总是相同的波源叫相干波 源 只有相干波源发出的光互相叠加 才能 产生干涉现象 在屏上出现稳定的亮暗相间 的条纹 3 双缝干涉实验规律 双缝干涉实验中 光屏上某点到相干 光源 1 S 2 S的路程之差为光程差 记为 若光程差 是波长 的整倍数 即 n n 0 1 2 3 P 点将出现亮条 纹 若光程差 是半波长的奇数倍 2 12 n n 0 1 2 3 P 点将 出现暗条纹 屏上和双缝 1 S 2 S距离相等的点 0 P 若用单色光实验该点是亮条纹 中央条纹 2011 高三物理复习教案 第十七章 光的波动性 第 3 页 共 14 页 若用白光实验该点是白色的亮条纹 若用单色光实验 在屏上得到明暗相 间的条纹 若用白光实验 中央是白色条纹 两侧是彩色条纹 屏上明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l及光的波长 有关 即 l d x 在l和d不变的情况下 x 和 波长 成正比 应用该式可测光波的波长 用同一实验装置做干涉实验 红光干 涉条纹的间距 红 x 最大 紫光干涉条纹间 距 紫 x 最小 故可知 红 大于 红紫 小于 紫 2 2 薄膜干涉 薄膜干涉 1 薄膜干涉的成因 由薄膜的前 后表面反射的两列光波叠 加而成 劈形薄膜干涉可产生平行相间的条 纹 2 薄膜干涉的应用 增透膜 透镜和棱镜表面的增透膜的 厚度是入射光在薄膜中波长的 4 1 检查平整程度 待检平面和标准平面 之间的楔形空气薄膜 用单色光进行照射 入射光从空气膜的上 下表面反射出两列光 波 形成干涉条纹 待检平面若是平的 空 气膜厚度相同的各点就位于一条直线上 干 涉条纹是平行的 反之 干涉条纹有弯曲现 象 3 3 光的衍射 光的衍射 1 光的衍射现象 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 光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 衍射图样 单缝衍射 中央为亮条纹 向两侧有 明暗相间的条纹 但间距和亮度不同 白光 衍射时 中央仍为白光 最靠近中央的是紫 光 最远离中央的是红光 圆孔衍射 明暗相间的不等距圆环 泊松亮斑 光照射到一个半径很小的 圆板后 在圆板的阴影中心出现的亮斑 这 是光能发生衍射的有力证据之一 二 方法讲解 1 1 双缝干涉中条纹间距和位置的判断方法 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 x 与双缝到屏的距离l成 正比 与两狭缝之间距离d成反比 与光的 波长 成正比 即 l d 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 假如两光源振动正好相反 则中央为暗纹 3 单色光颜色 频率 波长的关系 光的颜色由频率决定 光的频率由光源决定 在可见光中红光频率最低 紫光最高 真空 中各色光速相同 由 c 知 真空中 红光波长最大 紫光最小 综合以上各点可知 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l d 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色 两边出现彩色光 带的原因 2 2 双缝干涉和棱镜使白光色散的比较 双缝干涉和棱镜使白光色散的比较 1 形成原因不同 双缝干涉是光的 干涉现象 棱镜色散是光的折射现象 2 发生条件比较 由 v和 v c n 第 4 页 共 14 页 可知 在同一种介质中 红光的频率最 低 折射率最小 速度最大 波长最大 依 次为红橙黄绿蓝靛紫 所以双缝干涉中红光 相邻亮纹间距最大 紫光最小 棱镜色散中 红光偏折角最小 紫光最大 3 3 光的干涉和光的衍射的比较 光的干涉和光的衍射的比较 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 光在通过其中的三 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 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 第二课时 三 考点应用 例 1 如图所示 在暗室中从单色点光 源 S 直接射到屏 PP上 的一束光在 Sb 和 Sd 之 间 从 S 射到平面镜 MN 再反射到屏PP 上的另 一束光在 Ma 和 Nc 之间 S 是 S 在平面镜 MN 的像 关于这时屏 PP上是否可能出现明暗 相间的条纹 下列说法正确的是 A 不可能 B 可能 出现在 a b 之间 C 可能 出现在 b c 之间 D 可能 出现在 c d 之间 分析 由于 S 是 S 的像 可当成两个相 干光源 从 S 发出的光射到 bd 区域 似乎 从 S 射出的光 其实是反射光 射到 ac 区 域 故 bc 区为共同传播的区域 即干涉区 必出现明暗相间的条纹 故选 C 答案 C 点评 本题主要考查光的干涉条件 并 利用平面镜成像作图找到相干光源和相干区 域 要明白发生干涉时必须是两束光相遇 即光束叠加 例 2 频率为Hz106 14 的单色光从 1 S和 2 S投射到屏上 并且 1 S与 2 S振动相同 若屏上的点 P 到 1 S与 P 到 2 S的路程差为 m103 6 问 P 点是亮条纹还是暗条纹 设 O 为到 1 S和 2 S路程相等的点 则 PO 间有 几条暗纹 几条亮纹 分析 先算出光的波长 由产生亮暗条 纹的条件判断 P 点应出现亮条纹 又由 k 解得k的值 再判断 PO 间亮纹和暗 条纹数 解答 由公式得m105 7 c 满足产生亮纹的条件 k 则 P 点将出 现亮纹 又由 k 解得k 6 可判断 PO 间有 6 条暗纹 有 5 条亮纹 不包含 P O 两点 点评 尽管机械波和光波的产生本质不 同 但都是波 具有共同的特性 它们的运 动变化规律很相似 研究方法和探索技巧同 样适用 这样就可用研究机械波的方法 技 巧 规律应用到光波中去 实现知识的迁移 能力的提高 例 3 a b 两束平行的单色光 当它们 从空气射入水中时 发现 b 的折射线更靠近 法线 由此可判定 a 比 b 容易发生衍射现象 在水中 a 的波长较短 C 在水中 b 的速度较大 D 单色光 b 的频率较低 分析 由折射程度判断折射率的大小 进而确定光波频率的高低 波速的大小和波 长的长短 解答 由于 b 的折射角较小 由 r i n sin sin 判断得 水对 b 光的折射率大 nb a n b 光在水中的速度小 ab vv 表示 b 光的频率大 ab vv 由波长 频 率 波速的关系可知 b 光的波长短 所以 a 光更容易发生衍射 则 A 正确 点评 本题不仅运用单缝衍射现象的知 识 还应用光的折射率及光的波长 频率 波速的关系 综合分析 判断答案 例 4 有关光的双缝干涉和衍射的现象 中 下列说法正确的是 2011 高三物理复习教案 第十七章 光的波动性 第 5 页 共 14 页 A 无论用什么色光做双缝干涉实验 中央一定是亮纹 B 用白光做双缝干涉实验时 得到的 彩色亮纹中最靠近中央的是红光 C 用白光做单缝衍射实验 得到的彩 色条纹中偏离中央最远的是红光 D 涂有增透膜的照相机镜头看上去呈 淡紫色 是由于增透膜增强了对紫光的透射 分析 运用双缝干涉及单缝衍射的图样 特征 分析 ABC 的正误 运用光的干涉原理 判断 D 的正误 解答 因为中央到双缝的光程差恒为零 所以中央位置始终是亮纹 则 A 正确 因为 双缝实验中屏上干涉条纹的间距与入射光波 长成正比 白光中的紫光波长最短 所以得 到的彩色条纹中最靠近中央 的是紫色 则 B 错 白光中 红光的波长最长 对同样的 单缝 红光的衍射现象最明 显 得到的中央亮纹最宽 所以彩条中偏离中央最远的 是红光 则 C 对 照相机镜头涂的增透膜 通常是针对人眼最敏感的绿光设计的 使从 镜头反射的绿光干涉相消 而对太阳光中红 光和紫光并没有显著削弱 所以看上去呈淡 紫色 并不是增强了对紫光的透射 正确答案 A C 点评 本题要求认真观察做好光的干涉 衍射实验的现象 还要比较这两种现象的差 异 重视干涉 衍射在科技和生产中的应用 四 随堂练习 1 2004 湖北 湖南 下面是四种与 光有关的事实 用光导纤维传播信号 用透明的标 准样板和单色光检查平面的平整度 一束 白光通过三棱镜形成彩色光带 水面上的 油膜呈现彩色 其中 与光的干涉有关的是 A B C D 2 2004 天津 激光散斑测速是一种 崭新的测速技术 它应用了光的干涉原理 用二次曝光照相所获得的 散斑对 相当于 双缝干涉实验中的双缝 待测物体的速度 与二次曝光时间间隔 t 的乘积等于双缝 间距 实验中可测得二次曝光时间间隔 t 双缝到屏到之距离l以及相邻两条亮纹间 距 x 若所用激光波长为 则该实验确 定物体运动速度的表达式是 A x l t B l x t C l x t D l t x 3 在双缝干涉实验中 双缝到光屏 上 P 点的距离之差l 0 6 m 若分别用频 率为Hz100 5 14 1 和频率 Hz105 7 14 2 的单色光垂直照射双缝 则 P 点出现条纹的情况是以下哪种 A 用频率为 1 的单色光照射时 P 点出 现明条纹 B 用频率为 2 的单色光照射时 P 点出 现明条纹 C 用频率为 1 的单色光照射时 P 点出 现暗条纹 D 用频率为 2 的单色光照射时 P 点出 现暗条纹 4 2003 上海 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 图 1 俯视图 图 2 第 6 页 共 14 页 C 不变 D 消失 5 2005 江苏物理 1801 年 托马 斯 杨用双缝干涉实验证明了光波的性质 1834 年 洛埃利用单面镜同样得到了杨氏 干涉的结果 称洛埃镜实验 1 洛埃镜实验的基本装置如图所示 S 为单色光源 M 为平面镜 试用平面镜成 像作图法在答题上画出 S 经平面镜反射后的 光与直接发出的光在光屏上相交的区域 2 设光源 S 到平面镜的垂直距离和 到光屏的垂直距离分别为a和L 光的波长 为 在光屏上形成干涉条纹 写出相邻 两条亮纹 或暗条纹 间的距离 x 的表达 式 2011 高三物理复习教案 第十七章 光的波动性 第 7 页 共 14 页 20 2 光的电磁说 20 3 光的偏振 激光 第一课时 一 考点理解 1 1 光的电磁说 光的电磁说 1 麦克斯韦电磁理论认为光是一种 电磁波 赫兹用实验证实了光的电磁本性 2 电磁波谱 电磁波按波长由大到 小顺序排列为 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X 射线 射线 其产生机理 性 质差别 用途等概括如下表 波 谱 无线 电波 红 外 线 可 见 光 紫 外 线 X 射 线 射 线 产 生 机 理 振荡 电路 中自 由电 子运 动 原子外层电子受 激发 原子 内层 电子 受激 发 原子 核受 激发 特 性 波动 性强 热 效 应 引 起 视 觉 化学作 用荧光 效应杀 菌 贯穿 作用 强 贯穿 本领 最强 应 用 无线 电技 术 加 热 摇 感 热 照 明 摄 影 感光技 术医用 透视 检查 探测 医用 透视 工业 探伤 医用 治疗 3 光的波长 频率和光速的关系式 为 在真空中 不同色光的光速相 同 在介质中 不同色光的光速不同 色光 的颜色是由频率决定的 同一种色光在不同 介质中传播时 颜色和频率均不变 而波速 和波长却因介质不同而改变 2 2 光的偏振 光的偏振 1 偏振光 在跟光传播方向垂直的 平面内 光振动在某一方向较强而在另一些 方向振动较弱的光即为偏振光 2 光的偏振现象证明光是横波 3 偏振光的应用 全息照相 立体 电影等 3 3 激光 激光 激光是一种人工相干光 主要特点有 相干性好 平行度好 亮度很高 重要应用 有 通信 测距 光盘读取 切割等 4 4 光谱 光谱 1 线状光谱 由一些不连续的亮线组成 是稀薄气体 发光产生的光谱 每种元素的原子只有发出 某些特定的谱线 特征谱线 不同元素的 明线光谱不同 所以线状谱又叫原子光谱 2 吸收光谱 连续光谱中某些波长的光被物质吸收后 产生的光谱 它是由分布在连续光谱背 景上的某些暗线组成的 通常在吸收光谱中 看到的特性谱线 暗线 比相应的明线光谱 中的明线光谱要少一些 3 光谱分析 由于每种元素都有自己的特征谱线 因 此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学 组成 做光谱分析时 可以利用线状光谱 也可以利用吸收光谱 4 发射光谱与吸收光谱的比较 发射光谱 名称 连续谱 线状谱 原 子光谱 吸收光谱 产生 方法 炽热的固 体 液体 和高压气 体 稀薄气体发 光产生 高温物体 产生的白 光通过低 温物质的 蒸气 特点 含连续分 布的一切 波长的光 只含一些不 连续的亮线 在连续光 谱的背景 中出现某 些暗线 实例 白炽灯 蜡烛的光 谱 霓虹灯 日 光灯的光谱 太阳光谱 二 方法讲解 1 1 比较各种波长的电磁波和特性 比较各种波长的电磁波和特性 从 无线电波到 射线 这些电磁波既具有共 同的本质 又有各自的特性和不同产生机理 如波长较长的无线电波波动性较强 而波长 第 8 页 共 14 页 较短的射线则粒子性较强 具体的比较见下 表 名 称 特 性 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X 射线 射线 频率小 大 同一介质中速度大 小 同一介质中折射率小 大 热作用强 弱 感光作用弱 强 波动性强 弱 粒子性弱 强 2 2 光波和机械波的比较 光波和机械波的比较 1 相同点 都是波 都具有周期性 都是传播能量的过程 波的频率都是由波源 决定 与介质无关 波速 波长与频率三者 都满足关系式 2 不同点 产生原因不同 机械 波是机械振动在介质中传播形成的 而光波 则是由电子受激产生的 机械波的传播需 要弹性介质 而光波可以在真空中传播 在同一介质中 机械波传播的速度相同 而 不同频率的光波在同一介质中速度不同 且 在真空中传播速度最大 光波的能量只与 频率有关 而机械波的能量与振幅有关 跟 频率无关 第二课时 三 考点应用 例 1 光的电磁说认为 A 光波和机械波相同 在真空中传播 时速度最大 B 光波也能产生反射 折射 干涉 衍射等现象 C 光是一种电磁波 D 在真空中光速和电磁波传播速度相 同 分析 光波是电磁波 不同于机械波 光波在真空中传播速度最大 而机械波不能 在真空中传播 但是光波和机械波都能产生 反射 折射 干涉 衍射等波动特有的现象 因此 本题 B C D 选项正确 答案 B C D 点评 了解光的电磁说 知道光波和机 械波的异同 就能作出正确的判断 例 2 关于 X 射线和 X 射线管 如图所 示 下列说法中正确的是 A X 射线波长比可见光长 B X 射线是由阳极发出的 C X 射线管中 K 是阳极 D X 射线管所加高压电源 D 端为正极 分析 图中为 X 光管示意图 K 是 X 光 管阴极 A 是 X 光管阳极 其表面是一倾斜 的平板 X 光管的工作原理是 当阴极两端 接上一低压电源 就有电流通过钨丝 K 当 钨丝达到赤热状态就能发射电子 如果阴极 K 和阳极 A 之间加上几万伏高压时 使钨丝 发出的电子加速运动到 A 极 以高速打在 A 极的极板上 就打出 X 射线来 答案 B D 点评 本题考查了电磁波谱及 X 射线的 产生机制 X 射线的产生机制在课本上有详 细叙述 平时应注重课本内容的阅读 尤其 要注重对课本中图示的理解 例 3 通过一块偏振片观察电灯 蜡烛 月亮 反光的黑板 当以入射光线为轴转动 偏振片时 看到的现象有何不同 分析 通过一块偏振片观察电灯 蜡烛 时 透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化 因为灯光 烛光都是自然光 沿各个方向振 动的光的强度相同 因此当偏振片旋转时 透射出来的光波的振动方向虽然改变了 肉 眼对此不能感觉 但光的强弱没有改变 月亮和黑板反射的光是偏振光 它们通 过偏振片透射过来的光线的强弱会随偏振片 的旋转发生周期性的变化 点评 许多同学在第一次看到这道题时 2011 高三物理复习教案 第十七章 光的波动性 第 9 页 共 14 页 束手无策 当然有知识不熟练的原因 但也 有审题不细致的原因 本题要求通过 偏振 片观察光源 实际上是一种暗示 从光 的偏振现象分析问题 例 4 纳米科技是跨世纪新科技 将激 光束宽度聚焦到纳米范围 可修复人体已损 坏的器官 对 DNA 分子进行超微型基因修复 把尚令人类无奈的癌症 遗传疾病彻底根除 1 这是利用激光的 A 单色性 B 方向性 C 高能量 D 粒子性 2 纳米科技是人类认识自然的一个 新层次 1nm 等于 A m 16 10 B m 9 10 C m 10 10 D m 12 10 3 对 DNA 分子进行修复 属于 A 基因突变 B 基因重组 C 基因互换 D 染色体变异 解析 1 激光由于能把巨大能量高 度集中地辐射出来 所以在医学上作 光刀 切开皮肤 切除肿瘤或应用于其他外科手术 故选 C 2 纳米是长度单位 波长经常用纳 米作单位 1nm m10 9 故应选 B 3 激光对生物 DNA 分子进行修复实 质是生物体基因突变 故应选 A 点评 了解激光的特征及应用 是高考 的基本要求 与现代科技 生活的结合 是 高考命题的方向 要注意这类 冷题 的复 习 例 关于光谱 下列说法正确的是 白炽灯和霓虹灯的光谱都是连续光 谱 做光谱分析时 可以利用所有的发 射光谱 也可以利用所有的吸收光谱 各种原子的吸收光谱与其线状谱中 每一条谱线都相对应 对太阳谱进行分析 可以知道太阳 的组成成分 分析 白炽灯的光谱是由高温炽热的金 属丝发出光产生的连续谱 霓虹灯的光谱是 由低压气体发的光产生的线状谱 连续谱和 线状谱虽然都是发射光谱 但是只有其中的 线状谱 原子光谱 才能做光谱分析 因为 每种元素的原子内能发生某些具有特定波长 的光谱线 这些谱线称为那种元素的特征谱 线 低温物质原子吸收的光 恰好是这种原 子在高温时发出的光 因此 某元素的吸收 光谱的暗线正与它的线状谱的每一条明线相 对应 可见吸收光谱也可做光谱分析 太阳 光谱是吸收光谱 其中暗线是由于太阳光经 过温度较低的太阳大气时某些特征谱线的光 被某些物质吸收而形成的 所以 太阳光谱 只能用来分析太阳大气的组成成分 答案 点评 明确光谱产生的原因 正确理解 低温物质原子吸收的光 恰好是这种原子 在高温时发出的光 是正确判断此类问题 的关键 五 随堂练习 1 2004 上海 下列说法中正确的是 光的干涉和衍射现象说明光具有波 动性 B 光的频率越大 波长越大 C 光的波长越大 光子的能量越大 D 光在真空中的传播速度为 3 00 s m108 2 04 江苏物理 下列说法正确的是 A 光波是一种概率波 B 光波是一种电磁波 第 10 页 共 14 页 C 单色光从光密介质进入光疏介质时 光子的能量改变 D 单色光从光密介质进入光疏介质时 光的波长不变 3 江苏 如图所示 让太阳光或白炽 灯光通过偏振片 P 和 Q 以光的传播方向为 轴旋转偏振片 P 或 Q 可以看到透射光的强 度会发生改变 这是光的偏振现象 这个实 验表明 A 光是电磁波 B 光是一种横波 B 光是一种纵波 D 光是概率波 4 2004 上海 阅读下列资料并回答 问题 自然界中的物体由于具有一定的温度 会不断向外辐射电磁波 这种辐射与温度有 关 称为热辐射 热辐射具有如下特点 辐射的能量中包含各种波长的电磁波 物 体的温度越高 单位时间从物体表面单位面 积上辐射的能量越大 在辐射的总能量中 各种波长所占的百分比不同 处在一定温度的物体在向外辐射电磁能 量的同时 也要吸收由其他物体辐射的电磁 能量 如果它处在平衡状态 则能量保持不 变 若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的 影响 我们定义一种理想的物体 它能 100 地 吸收入射到其表面的电磁辐射 这样的物体 称为黑体 单位时间内从黑体表面单位面积 辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四 次方成正比 即 4 0 Tp 其中常数 k m W1067 5 428 在下面的问题中 把研究对象简单地 看作黑体 有关数据及数学公式为 太阳半径 km696000 s 太阳表面温度 T 5770K 火星半径 r 3395km 球表面积 2 4 RS 其中 R 为球半径 1 太阳热辐射能量的绝大多数集中 在波长为 m101 m102 57 范围内 求相 应的频率范围 2 每小时从太阳表面辐射的总能量 为多少 3 火星受到来自太阳的辐射可以认 为垂直射到面积为 2 r r 为火星半径 的圆盘上 已知太阳到火星的距离约为太阳 半径的 400 倍 忽略其他天体及宇宙空间的辐射 试估算火星的平均温度 2011 高三物理复习教案 第十七章 光的波动性 第 11 页 共 14 页 20 4 实验用双缝干涉测光的波长 一 实验目的 学会观察双缝干涉图样 掌握用双缝干涉测定单色光波长的方法 二 实验原理 如图所示 电灯发出的光 经过滤光片 后变成单色光 再经过单缝 S 时发生衍射 这时单缝 S 相当于一单色光源 衍射光波同 时到达双缝 1 S和 2 S之后 再次发生衍射 1 S 2 S双缝相当于二个步调完全一致的单 色相干光源 透过 1 S 2 S双缝的单色光波 在屏上相遇并叠加 1 S 2 S到屏上 P 点的 路程分别是 1 r 2 r两列光波传到 P 的路程差 21 rrr 设光波波长为 1 若 2 1 0 nnr 两列 波传到 P 点同相 互相加强 出现明条纹 2 若 2 1 0 12 2 nnr 两列波传到 P 点反相 互相减弱 出现暗条 纹 这样就在屏上得到了平行于双缝 1 S 2 S的明暗相间的干涉条纹 相邻两条明纹 间的距离x 与入射光波长 双缝 1 S 2 S间距离d及双缝与屏的距离l有关 其关 系式为 l d x 因此 只要测出x d l即 可测出波长 两条相邻明 暗 条纹间的距离x 用 测量头测出 测量头由分划板 目镜 手轮 等构成 如图所示 转动手轮 分划板会左 右移动 测量 时 应 使 分 划 板 中 心刻线对齐条纹的中心 如图所示 记下此 时手轮上的读数 1 a 转动手轮 使分划板向 一侧移动 当分划板中心刻线对齐另一条相 邻的明条纹中心时 记下手轮上的刻度数 2 a 两次读数之差就是相邻两条明条纹间的距离 即 21 aax x 很小 直接测量时相对误差较大 通常测出 n 条明条纹间的距离 a 再推算相 邻两条明 暗 条纹间的距离 1 nax 第 12 页 共 14 页 三 实验器材 双缝干涉仪即 光具座 光源 学生电源 导线 滤光 片 单缝 双逢 遮光筒 毛玻璃屏 测量 头 刻度尺 四 实验步骤 1 观察双缝干涉图样 1 将光屏 遮光筒 毛玻璃屏依次 安 放在光具座上 如图所示 2 接好光源 打开开关 使灯丝正 常发光 3 调节各器件的高度 使光源灯丝 发出的光能沿轴线射到光屏 4 安装双缝和单缝 中心大致位于 遮光筒的轴线上 使双缝与单缝的缝平行 二者间距约 5cm 10cm 这时 可观察白光 的干涉条纹 5 在单缝和光源间放上滤光片 观 察单色光的干涉条纹 2 测定单色光的波长 1 安装测量头 调节至可清晰观察 到 干涉条纹 2 使分划板中心刻线对齐某亮条纹 中 央 记下手轮上的读数 1 a 转动手轮 使分 划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央 记 下此时手轮上的读数 2 a 并记下两次测量时 移过的条纹数 n 则相邻两亮条纹间距 12 n aa x 3 用刻度尺测量双缝到光屏间距离 l d是已知的 4 重复测量 计算 求出波长的平 均值 5 换用不同滤光片 重复实验 五 注意事项 1 双缝干涉仪是比较精密的仪器 应 轻拿轻放 不要随便拆解遮光筒 测量头等 元件 2 滤光片 单缝 双缝 目镜等如有 灰尘 应用擦镜纸或干净软片轻轻擦去 3 安装时 注意调节光源 滤光片 单缝 双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上 并使单缝 双缝平行 4 光源灯丝最好为线状灯丝 并与单 缝平行且靠近 5 调节的基本依据是 照在像屏上的 光很弱 主要原因是灯丝与单缝 双缝 测 量头与遮光筒不共轴线所致 干涉条纹不清 晰一般主要原因是单缝与双缝不平行所致 故应正确调节 六 误差分析 光波波长很小 x l的测量对波长 的影响很大 l用毫米刻度尺测量 x 用测量头上的游标尺测量 可测多条亮 纹间距再求x 采用多次测量求 的平均 值法 可减小误差 七 考点应用 例 1 在双缝干涉实验中 以白光为光源 在光屏上观察到了彩色干涉条纹 若 2011 高三物理复习教案 第十七章 光的波动性 第 13 页 共 14 页 在双缝前分别放一黄色滤光片和一红色滤光 片 这时 A 只有红色和黄色的双缝干涉条纹 其他颜色的双缝干涉条纹消失 红色和黄色的双缝干涉条纹消失 其他颜色的双缝干涉条纹依然存在 任何颜色的双缝干涉条纹都不存在 但光屏上仍有条纹 D 光屏上无任何光亮 分析 在双缝干涉实验的装置中 缝的 宽度跟光的波长相差不多 在双缝前分别放 上红色和黄色滤光片之后 由于红光和黄光 的频率不同 在光屏上不可能再出现干涉条 纹了 但由于满足产生明显衍射现象的条件 所以在光屏上将同时出现红光和黄光的衍射 条纹 故本题正确答案 点评 某种颜色的滤光片只能让这种颜 色的光通过 其他颜色的光不能通过 例 2 如图所示 用单色光做双缝干涉 实验 P 处为第二亮纹 改用频率较高的单 色光重做实验 其他条件不变 时 则第二 亮纹的位置 A 仍在 P 处 B 在 P 点上方 C 在 P 点下方 D 要将屏向双缝方 向移近一些才能看到亮纹 分析 由 l d x 判断x 的变化情况 解答 光波的频率变高 则光波波长变 短 由 l d x 可知 x 减小 所以 第 二亮纹的位置 P 点的下方 正确答案为 C 点评 无论光波的波长如何 屏的中央 总是亮条纹 求解本题需要用到的知识有 l d x 和光波波长与光波频率 之间的关 系 c 例 3 某同学按实验安装好仪器后 观 察光的干涉现象 获得成功 若他在此基础 上对仪器的安装作如下改动 但还能使实验 成功的是 A 将遮光筒内的光屏 向靠近双缝的 方向移动少许 其他不动 B 将滤光片移至单缝和双缝之间 其 它不动 C 将单缝向双缝移动少许 其它不动 D 将单缝和双缝的位置互换 其它不动 分析 双缝发生干涉 而单缝发生衍射 故 D 错 由 l d x 知 改变双缝到屏的距 离l仍能得清晰条纹 只不过条纹间距变化 故 A 正确 单缝与双缝之间距离对干涉无影 响 故 C 正确 滤光片