《物理(下册)》教学课件-第六章-光现象及其应用

第六章光现象及其应用案例导入●内容充实●体例丰富第六章光现象及其应用案例导入●内容充实●体例丰富1目录/Contents010203光现象光的波粒二象性认识激光目录/Contents010203光现象光的波粒二象性认识激201光现象一、光的折射和全反射二、光的干涉、衍射和偏振01光现象一、光的折射和全反射301光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的折射光从一种介质斜射入另一种介质时，会在这两种介质的交界处发生偏折，使得光的传播方向发生改变，这种现象叫作光的折射。如图所示，入射光线与法线的夹角为入射角，用α表示；折射光线与法线的夹角为折射角，用γ表示。1．光的折射定律01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的折射光从一种401光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的折射1．光的折射定律光的折射定律的内容包括以下三点：（1）折射光线在入射光线和法线所决定的平面内。（2）折射光线和入射光线分别位于法线的两侧。（3）入射角的正弦与折射角的正弦之比为一常数，即

常数。光在两种介质的分界处不仅会发生折射，也会发生反射。例如，光从空气斜射入水中时，部分光线会进入水中，部分光线会被反射回空气中。注意：

01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的折射1．光的501光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的折射2．折射率光从一种介质射入另一种介质时，虽然入射角的正弦与折射角的正弦之比是常数，但对于不同的介质来说，这个常数是不同的。当光由介质1射入介质2中时，入射角α的正弦与折射角γ的正弦之比，称为介质2对介质1的相对折射率，用n21

表示，即当光线由真空进入某种介质时，介质对真空的相对折射率称为该介质的绝对折射率，简称折射率，用n表示。用v表示介质中的光速，c表示真空中的光速，则01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的折射2．折射601光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的折射2．折射率几种介质的折射率01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的折射2．折射701光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的折射2．折射率【例题6-1】如下图（左）所示，一个储油桶的底面直径与桶高均为d，当桶内没有油时，从A点恰能看到桶底边缘的B点。如下图（右）所示，当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿AB方向看去，恰好看到桶底上的C点。CB两点距离为d/4，求油的折射率和光在油中的传播速度。01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的折射2．折射801光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的折射2．折射率解：因为储油桶的底面直径和桶高相等，所以

。又因为

，所以

，故油对空气的相对折射率

。因为空气的折射率为1，所以油的折射率

。光在油中的传播速度为

。01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的折射2．折射901光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的折射2．折射率课堂讨论如图所示，“海市蜃楼”是一种经常发生在海上和沙漠中的自然现象。试利用所学的折射知识，解释此种现象的成因。01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的折射2．折射1001光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的全反射1．光疏介质和光密介质不同介质的折射率不同，折射率较小的介质叫作光疏介质，折射率较大的介质叫作光密介质。光疏介质和光密介质是相对的。例如，水晶对水来说是光密介质，对金刚石来说则是光疏介质。光从光疏介质射入光密介质01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的全反射1．光1101光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的全反射2．光的全反射的条件光从一种介质射入另一种介质时，一般会同时发生反射和折射，但并不是在任何情况下都这样。当光从光密介质射入光疏介质时，在某种条件下，只有反射而无折射，这种现象是如何发生的？想一想光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，随着入射角的增大，折射光线越来越偏离法线，折射光线越来越弱，而反射光线越来越强。当入射角增大到某一角度时，折射角达到

，折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫作全反射。刚好能发生全反射的入射角，即折射角为

的入射角叫作全反射的临界角，用符号C表示。由全反射的定义可总结出发生全反射的条件：光从光密介质进入光疏介质，且入射角等于或大于临界角。01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的全反射2．光1201光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的全反射3．光导纤维借助接连不断的全反射，光可以从均匀透明且弯曲的玻璃（或塑料）棒的一端传导到另一端，如图所示。当玻璃（或塑料）棒的截面直径很小，甚至到微米数量级时，它对光的传导效果也不会改变，即无能量损失，称这种导光的细玻璃（或塑料）棒为光导纤维，简称光纤。01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的全反射3．光1301光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(一)光的干涉1．杨氏双缝干涉实验如图6-7所示，从挡板的小孔a中出来的一束单色光投射到挡板S2上，挡板S2上有两条相距很近的狭缝b和c。如果光是一种波，从挡板S2的狭缝中出来的光就会成为两个波源，并且这两个波源的频率、相位、振动方向总是相同的。两列波在传播过程中，会在空间叠加，产生相互加强或相互减弱的区域，形成光的干涉，并在挡板后面的光屏上产生明暗相间的条纹。1801年，英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功地观察到了光的这一干涉现象。01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(一)光的干涉1．1401光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(一)光的干涉2．薄膜干涉如图所示，阳光下的肥皂泡上和水面漂浮的油膜上均会出现彩色的条纹，这些现象产生的原因是什么？想一想01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(一)光的干涉2．1501光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(一)光的干涉2．薄膜干涉如图所示，竖立的肥皂液薄膜在重力的作用下，会形成上薄下厚的楔形，当光照在薄膜上时，从膜的前后表面各反射一列光波，这两列光波就是频率相同的相干光波。由于薄膜的厚度不同，这两列光波的路程差不同。当两列光波的路程差为光波波长的整数倍时，波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，光波的振动加强，形成亮条纹；当路程差为半波长的奇数倍时，则波峰与波谷相遇，光波的振动减弱，形成暗条纹，这就是薄膜干涉现象。01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(一)光的干涉2．1601光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(一)光的干涉2．薄膜干涉知识角牛顿环又称“牛顿圈”，它是一种薄膜干涉现象。牛顿环实验示意图如图（上）所示，取两块玻璃体，一块是望远镜用的平凸透镜，另一块是望远镜用的大型双凸透镜，将平凸透镜的平面朝上放在双凸透镜上。把两块玻璃体互相压紧时，会在围绕着接触点O的周围出现各种颜色的环，即牛顿环，如图（下）所示。01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(一)光的干涉2．1701光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(一)光的干涉2．薄膜干涉知识角在实验室里，常用牛顿环测定光波的波长或平凸透镜的曲率半径。在工业生产中，则常用牛顿环检测透镜的质量。牛顿环装置也常被用来检验光学元件表面的平整度。牛顿虽然发现了牛顿环，并做了精确的定量测定，可以说已经走到了光的波动说的边缘，但由于他过分偏爱自己的微粒说，始终无法正确解释这个现象。事实上，这个实验倒可以成为光的波动说的有力证据之一。直到19世纪初，英国物理学家托马斯·杨才用光的波动说，圆满地解释了牛顿环实验。01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(一)光的干涉2．1801光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(一)光的干涉3．光的干涉的应用1）检查精密部件的表面如图所示，将一个透明的标准样板放在待检查部件的表面，并在一端垫一薄片，使标准样板的平面与被检查部件的平面间形成一个楔形空气膜（空气劈尖）。用单色光从标准样板的上面向下照射，入射光从楔形空气膜的上下表面反射出两列相干光，形成干涉条纹。凹面凸面平面01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(一)光的干涉3．1901光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(一)光的干涉3．光的干涉的应用2）增透膜增透膜是在透镜、棱镜等光学元件表面涂的一层氟化镁薄膜。为了提高成像的亮度，增透膜只对人眼或感光胶片上最敏感的绿光起增透作用。01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(一)光的干涉3．2001光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(二)光的衍射1．光的衍射现象（a）小孔衍射

（b）单缝衍射让一束平行光通过孔隙，当孔隙的宽度比光波的波长大很多时，在孔隙后的屏幕上将出现与孔隙宽度相一致的光斑；当孔隙的宽度缩小到可以与光波波长相比拟时，在孔隙后的屏幕上将出现明暗相间且间距不等的条纹，这就是光的衍射现象。01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(二)光的衍射1．2101光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(二)光的衍射1．光的衍射现象当单色光照射在线度小于或等于光源波长的小圆板或小圆珠上时，在其后的观察屏上会出现环状的互为同心圆的衍射条纹，并且在所有同心圆的圆心处会出现一个极小的亮斑，这个亮斑被称为泊松亮斑。01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(二)光的衍射1．2201光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(二)光的衍射2．光的衍射和干涉的比较01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(二)光的衍射2．2301光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(三)光的偏振1．光的偏振现象课堂互动取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，在软绳上就会形成一列横波。让软绳穿过一块带有狭缝的木板，使狭缝与软绳的振动方向平行［见图（a）］，观察软绳是否可以通过狭缝传播到木板的另一侧；使狭缝与软绳的振动方向垂直［见图（b）］，观察软绳是否可以通过狭缝传播到木板的另一侧。（a）狭缝与软绳的振动方向平行

（b）狭缝与软绳的振动方向垂直01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(三)光的偏振1．2401光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(三)光的偏振1．光的偏振现象课堂互动如图所示，将软绳换成细软的弹簧，前后推动弹簧形成纵波，改变狭缝放置的方向，观察振动时弹簧上的纵波是否可以通过狭缝传播到木板的另一侧。01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(三)光的偏振1．2501光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(三)光的偏振1．光的偏振现象某些波只沿着某个特定的方向振动的现象，称为波的偏振。横波具有偏振现象，纵波不具有这样的特性。偏振片是一种由高分子薄膜制成的光学器件，它只允许沿某个方向振动的光波通过，并称这个方向为透振方向。透射光强度不变透射光强度变弱透射光强度最弱01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(三)光的偏振1．2601光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(三)光的偏振2．光的偏振现象的应用在拍摄水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里陈列的物品时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，经常使得拍摄出的图像不清晰。如果在照相机镜头前安装一片偏振滤光片，让偏振滤光片的透振方向与反射光的偏振方向垂直，这样就可以减弱反射光的强度而使图像变得清晰。蜜蜂有五只眼，其中两只为复眼，每个复眼包含6300个小眼，这些小眼能根据太阳的偏光确定太阳的方位，然后以太阳为定向标来判断方向，所以蜜蜂可以准确无误地把它的同类引到它所找到的花丛中去。在沙漠中，如果不带罗盘，人是会迷路的，但是沙漠中有一种蚂蚁，它能利用天空中的紫外偏光来导航，因而不会迷路。01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(三)光的偏振2．2702光的波粒二象性一、光的电磁理论二、光的粒子性三、光具有波粒二象性02光的波粒二象性一、光的电磁理论三、光具有波粒二象性2802光的波粒二象性一、光的电磁理论●

(一)光是一种电磁波19世纪60年代，麦克斯韦在电磁学研究的基础上，从理论上推得电磁波的传播速度等于光速，这使得他推测：光的传播是一种电磁现象，是电磁振荡在空间的传播。20年后，赫兹通过实验，第一次证实了光波就是电磁波，从而肯定了麦克斯韦的预言，产生了光的电磁理论。光的电磁理论的确立，推动了光学及整个物理学的发展。现代光学尽管形成了许多新的领域，并且许多光学现象需要用量子理论来解释，但是光的电磁理论仍然是阐明大多数光学现象及掌握现代光学的重要基础。02光的波粒二象性一、光的电磁理论●(一)光是一种电磁2902光的波粒二象性一、光的电磁理论●

(二)红外线、紫外线和伦琴射线光的颜色是由电磁波的频率决定的。不同频率的色光在真空中的波速相同，但在介质中的波速不同。不可见光中，红外线、紫外线和伦琴射线的频率各不相同，因此有不同的性质和用途。02光的波粒二象性一、光的电磁理论●(二)红外线、紫外3002光的波粒二象性一、光的电磁理论●

(二)红外线、紫外线和伦琴射线1．红外线在电磁波中，能够作用于人的眼睛并引起视觉的，只是一个很窄的波段，通常叫作可见光。其中，波长最短的是紫光，波长约为400nm；波长最长的是红光，波长约为770nm；波长更长的光，不能引起视觉，叫作红外线。红外线的波长范围很宽，约为770nm～106nm。红外线的主要作用是热作用，可以利用红外线来加热物体或进行红外线遥感。02光的波粒二象性一、光的电磁理论●(二)红外线、紫外3102光的波粒二象性一、光的电磁理论●

(二)红外线、紫外线和伦琴射线2．紫外线紫外线也是不可见光，它的波长比紫光还短，大约为5nm～40nm。紫外线有荧光作用，有些物质受到紫外线照射时，可以发出可见光。紫外线能够杀灭多种细菌，可以用紫外线进行杀菌和消毒。02光的波粒二象性一、光的电磁理论●(二)红外线、紫外3202光的波粒二象性一、光的电磁理论●

(二)红外线、紫外线和伦琴射线3．伦琴射线波长比紫外线更短的光叫作伦琴射线，也叫X射线，是德国物理学家伦琴在1895年发现的。伦琴射线的穿透能力很强，能使包在黑纸里的照相底片感光。在工业上，常用它来做金属探伤；在医学上，可利用它透视人体、拍摄照片，以检查病变、骨折等情况，图为医院的X光机拍摄的X光片。02光的波粒二象性一、光的电磁理论●(二)红外线、紫外3302光的波粒二象性二、光的粒子性●

(一)光电效应1．光电效应实验如图所示，把一块锌板连接在验电器上，用弧光灯照射锌板，结果发现验电器的指针张开了一个角度，表示锌板经照射后带了电，进一步检验知道锌板带的是正电。这说明在弧光灯的照射下，锌板中有一部分自由电子从其表面逸出，锌板因缺少了电子而带正电。物体在光（包括不可见光）的照射下发射电子的现象叫作光电效应。发射出来的电子叫作光电子。02光的波粒二象性二、光的粒子性●(一)光电效应1．光3402光的波粒二象性二、光的粒子性●

(一)光电效应2．光电效应的实验规律及其解释规律一：任何一种金属，都有存在截止频率v0

。只有当入射光的频率v>v0时，电子才能逸出金属表面，进而产生光电效应。当入射光的频率v<v0时，无论光强多大，也无电子逸出金属表面。几种金属的截止频率和截止波长02光的波粒二象性二、光的粒子性●(一)光电效应2．光3502光的波粒二象性二、光的粒子性●

(一)光电效应2．光电效应的实验规律及其解释规律二：当入射光的频率大于金属的截止频率时，入射光越强，饱和光电流就越大。如图所示，当蓝光的光照强度不变时，随着电压的增大，电流达到某一值后便不再增大，这是因为光照不变时，光电效应中发射的电子数目一定，因此饱和光电流不变。光照强度不同的黄光，光强越大，饱和光电流越大，这是因为入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，则饱和光电流越大。02光的波粒二象性二、光的粒子性●(一)光电效应2．光3602光的波粒二象性二、光的粒子性●

(一)光电效应2．光电效应的实验规律及其解释规律三：光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大。一定颜色（频率）的入射光，无论光的强弱如何，其遏止电压是一样的。光的频率v改变时，遏止电压也会改变，而光电子的最大初动能又和遏止电压有关。因此，光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。规律四：入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的。实验中观察到，只要入射光的频率大于被照金属的截止频率，即使入射光的强度非常微弱，电流表的指针也会随着入射光的照射立即偏转。02光的波粒二象性二、光的粒子性●(一)光电效应2．光3702光的波粒二象性二、光的粒子性●

(一)光电效应3．光电效应的应用1）光控继电器光控继电器的工作原理如图所示，当外界光线发生变化时，光线作用在光控原件上，会使光控元器件上的电流发生变化，从而引起继电器的开合，达到控制外部电路的目的。02光的波粒二象性二、光的粒子性●(一)光电效应3．光3802光的波粒二象性二、光的粒子性●

(一)光电效应3．光电效应的应用2）光电倍增管光电倍增管［见图（a）］由入射窗、光电阴极、电子光学输入系统、倍增系统、阳极等部分组成。它的工作过程是光子入射到光电阴极上产生光电子，光电子通过电子光学系统（聚焦系统）进入倍增系统，电子得到倍增，最后通过阳极把电子收集起来，形成阳极电流或电压输出，如图（b）所示。（a）光电倍增管的结构

（b）光电倍增管的工程过程02光的波粒二象性二、光的粒子性●(一)光电效应3．光3902光的波粒二象性二、光的粒子性●

(二)光量子理论1．光电效应与光的电磁理论的矛盾矛盾一：按照光的波动理论，不管光的频率如何，只要光足够强，电子就会获得足够的能量从而逸出金属表面，就可产生光电效应，不应存在截止频率。而实验结果表明：只有入射光的频率

大于被照射金属的截止频率

时，才能发生光电效应。矛盾二：根据能量的观点，电子要从物体中飞出，必须具有一定的能量，而这一能量只能来源于入射光。光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压

应与光的强弱有关。而实验结果表明：逸出光电子的能量与入射光的强度无关，只取决于入射光的频率。矛盾三：从光的波动理论可知，当一束很细的光（光很弱）照射到金属上时，电子需几分钟到十几分钟的时间，才能获得逸出金属表面所需的能量，这个时间远远大于

。而光电效应实验却表明：入射光的照射和光电子的逸出几乎是同时的。02光的波粒二象性二、光的粒子性●(二)光量子理论1．4002光的波粒二象性二、光的粒子性●

(二)光量子理论2．光量子理论对光电效应的解释既然光电效应的规律与电磁理论存在矛盾，那么该如何解释光电效应现象呢？想一想光可以看作由光源发出的一束不连续的、以光速运动的粒子流，这种粒子叫作光量子，简称光子。每个光子的能量E和光的频率v

成正比，即E=hv式中的h是一个恒量，叫作普朗克常量，其值为6.63x10-63J·s。对于某种金属，电子从中挣脱出来所需做功的最小值，叫作这种金属的逸出功。根据能量守恒定律，光电子的初动能Ek

跟入射光子的能量W逸

和逸出功

之间，存在如下关系：Ek=hv-W逸此式叫作爱因斯坦方程，又称光电效应方程。02光的波粒二象性二、光的粒子性●(二)光量子理论2．4102光的波粒二象性二、光具有波粒二象性光的干涉、衍射和偏振现象表明光具有波动性，而光电效应又无可争辩地表明光是具有能量的光子流，即光具有粒子性。由此可见，光既具有波动性又具有粒子性，即光具有波粒二象性。在微观和宏观世界中，光的波动性和粒子性是如何统一起来的？想一想由光子说和电磁说都可以推导出光具有动量，并被实验所证实。光子说的结论是：光子的动量为p=hv/c

；电磁说的结论是：辐射能为E的光子具有的动量为p=E/c

。由于光子的能量

，所以，这两个学说得到的结论是一致的。可见，宏观世界中完全对立的粒子性和波动性，在微观粒子身上却完美地联系在一起。02光的波粒二象性二、光具有波粒二象性光的干涉、衍射和偏4202光的波粒二象性二、光具有波粒二象性光的双缝干涉实验中，在观察屏处放上感光胶片，并设法减弱光子流的强度，直到光子只能一个一个地通过狭缝。实验表明，如果曝光时间不太长，照片上只会出现一些无规则分布的点，如图（a）所示。这些点是光子打在感光胶片上形成的，表现出光的粒子性。随着曝光时间的延长，胶片上点的分布越来越有规则，如图（b）～（d）所示。可见，光子通过双缝后，落在某些条形区域内的可能性较大，这些条形区域正是某些波通过双缝后发生干涉时振动加强的区域。这个现象表明，光具有波动性。光的波动性是大量光子表现出来的特征。在干涉条纹中，那些光波强度大的地方就是光子到达的概率大的地方；光波强度小的地方就是光子到达的概率小的地方。所以，可以把光波看作是表明大量光子运动规律的一种概率波。02光的波粒二象性二、光具有波粒二象性光的双缝干涉实验中4302光的波粒二象性二、光具有波粒二象性（a）28个光子

（b）1000个光子（c）10000个光子

（d）数百万个光子02光的波粒二象性二、光具有波粒二象性（a）28个光子4403认识激光一、激光的产生与特性二、激光的应用03认识激光一、激光的产生与特性4503认识激光一、激光的产生与特性●

(一)激光产生的原理和条件原子是由原子核和绕核高速运动的电子组成，核外电子所处的状态不同，原子的状态也不同。每个状态对应的能量也是不连续的，这些不连续的能量值叫作能级。1）自发辐射原子在不受外界辐射场的影响下，自发由高能级

跃迁至低能级

，同时放出一个光子的过程叫作自发辐射，如图所示。由自发辐射发出的光子称为自发辐射光子，这些光子不仅波长、频率不同，而且方向也不相同。普通光源的发光都是由原子的自发辐射产生的。1．激光产生的原理（a）自发辐射前

（b）自发辐射后03认识激光一、激光的产生与特性●(一)激光产生的原理4603认识激光一、激光的产生与特性●

(一)激光产生的原理和条件2）受激辐射处于高能级E2

的原子，在满足v=(E2-E1)/h

的辐射场的作用下，跃迁至低能级

E1

并辐射出一个能量为hv

的光子，该光子与辐射场中入射光子的频率、相位、偏振态及传播方向都相同，这个过程叫作受激辐射，如图所示。受激辐射跃迁发出的光子称为受激辐射光子。1．激光产生的原理（a）受激辐射前

（b）受激辐射后03认识激光一、激光的产生与特性●(一)激光产生的原理4703认识激光一、激光的产生与特性●

(一)激光产生的原理和条件3）受激吸收处于低能级

的一个原子，在频率为

的辐射场作用下吸收一个能量为

的光子，并跃迁至高能级

的过程叫作受激吸收，如图所示。受激辐射的反过程就是受激吸收。1．激光产生的原理（a）受激吸收前

（b）受激吸收后03认识激光一、激光的产生与特性●(一)激光产生的原理4803认识激光一、激光的产生与特性●

(一)激光产生的原理和条件2．激光产生的条件①要有实现粒子数反转的工作物质；②要有使原子被激发的激励能源（泵浦源）；③要有实现光放大的光学谐振腔。03认识激光一、激光的产生与特性●(一)激光产生的原理4903认识激光一、激光的产生与特性●

(一)激光产生的原理和条件2．激光产生的条件激光器是利用受激辐射原理，使光在某些受激发的物质中放大或振荡并发射激光的装置。图为激光器的基本结构示意图。03认识激光一、激光的产生与特性●(一)激光产生的原理5003认识激光一、激光的产生与特性●

(二)激光的特性方向性好亮度高单色性好相干性好激光具有的特性03认识激光一、激光的产生与特性●(二)激光的特性方向5103认识激光二、激光的应用●

(一)工业应用1．

激光打孔与激光切割（a）激光打孔

（b）激光切割03认识激光二、激光的应用●(一)工业应用1．激光打5203认识激光二、激光的应用●

(一)工业应用2．激光焊接激光焊接是利用激光的高功率密度进行焊接的技术。所谓高功率密度，是指在每平方厘米面积上集中极高的能量。激光焊接特别适合精密、微量加工。例如，传感器或温控器中的弹性薄壁波纹片的厚度只有～0.1mm，采用传统的焊接方法难以将其与其他元件焊接在一起，而采用激光焊接却能得到很好的效果。如今，激光焊接在制造业、汽车工业、粉末冶金领域、生物医学及电子工业等领域都得到了广泛的应用。03认识激光二、激光的应用●(一)工业应用2．激光焊接5303认识激光二、激光的应用●

(二)信息应用1．激光通信激光通信是一种利用激光传输信息的通信方式。激光通信具有通信容量大、保密性强、可传送距离远、设备轻便、价格低廉等优点，但是也受天气和所需设备精度高等条件的限制。2．全息照相全息照相技术不仅能记录物体表面的光强分布，还能记录光波的相位信息，因此全息照片可以真实、立体地还原并记录物体。目前，全息影像技术的应用有商业展示、舞台表演、科技设计等。以舞台应用来说，全息影像技术不仅可以产生立体的空中幻象，还可以使幻象与表演者产生互动，一起完成表演，产生令人震撼的演出效果。03认识激光二、激光的应用●(二)信息应用1．激光通信5403认识激光二、激光的应用●

(二)信息应用知识角全息照相分为两步。第一步：利用激光束的干涉拍摄物体的全息照片。如图（a）所示，把激光束分成两束，一束激光直接投射在感光底片上，称为参考光束；另一束激光投射在物体上，经物体反射或者透射，就携带物体的有关信息，称为物光束。物光束经过处理与参考光束投射在感光底片的相同区域内。在感光底片上，物光束与参考光束发生相干叠加，形成干涉条纹，这就是一张全息照片。第二步：利用衍射原理，将全息图中的物体再现。若人眼直接去看这种感光的底片，只能看到像指纹一样的干涉条纹，而用一束频率和传输方向与参考光束完全相同的激光照射全息照片，就可以再现物体的立体图像，如图（b）所示。人从不同角度看全息照片时，可看到物体不同的侧面，就好像看到真实的物体一样。03认识激光二、激光的应用●(二)信息应用知识角全息照5503认识激光二、激光的应用●

(二)信息应用知识角（a）（b）03认识激光二、激光的应用●(二)信息应用知识角（a）5603认识激光二、激光的应用●

(三)医疗应用激光手术有传统手术无法比拟的优越性。激光手术不需要住院治疗，手术切口小，术中不出血，创伤轻。激光能够作用于人体组织并且在局部产生高热量，从而达到去除或破坏目标组织的目的。例如，利用激光手术可以切除肿瘤、焊接脱落的视网膜等。03认识激光二、激光的应用●(三)医疗应用激光手术有传5703认识激光二、激光的应用●

(四)军事应用激光武器是一种利用定向发射的激光束直接锁定摧毁目标或使之失效的定向武器，如激光瞄准器、激光炮和激光枪等。激光武器具有攻击速度快、转向灵活、可实现精确打击和不受电磁干扰等优点，但是也存在易受天气和环境影响等缺点。03认识激光二、激光的应用●(四)军事应用激光武器是一58感谢观看感谢观看59第六章光现象及其应用案例导入●内容充实●体例丰富第六章光现象及其应用案例导入●内容充实●体例丰富60目录/Contents010203光现象光的波粒二象性认识激光目录/Contents010203光现象光的波粒二象性认识激6101光现象一、光的折射和全反射二、光的干涉、衍射和偏振01光现象一、光的折射和全反射6201光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的折射光从一种介质斜射入另一种介质时，会在这两种介质的交界处发生偏折，使得光的传播方向发生改变，这种现象叫作光的折射。如图所示，入射光线与法线的夹角为入射角，用α表示；折射光线与法线的夹角为折射角，用γ表示。1．光的折射定律01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的折射光从一种6301光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的折射1．光的折射定律光的折射定律的内容包括以下三点：（1）折射光线在入射光线和法线所决定的平面内。（2）折射光线和入射光线分别位于法线的两侧。（3）入射角的正弦与折射角的正弦之比为一常数，即

常数。光在两种介质的分界处不仅会发生折射，也会发生反射。例如，光从空气斜射入水中时，部分光线会进入水中，部分光线会被反射回空气中。注意：

01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的折射1．光的6401光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的折射2．折射率光从一种介质射入另一种介质时，虽然入射角的正弦与折射角的正弦之比是常数，但对于不同的介质来说，这个常数是不同的。当光由介质1射入介质2中时，入射角α的正弦与折射角γ的正弦之比，称为介质2对介质1的相对折射率，用n21

表示，即当光线由真空进入某种介质时，介质对真空的相对折射率称为该介质的绝对折射率，简称折射率，用n表示。用v表示介质中的光速，c表示真空中的光速，则01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的折射2．折射6501光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的折射2．折射率几种介质的折射率01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的折射2．折射6601光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的折射2．折射率【例题6-1】如下图（左）所示，一个储油桶的底面直径与桶高均为d，当桶内没有油时，从A点恰能看到桶底边缘的B点。如下图（右）所示，当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿AB方向看去，恰好看到桶底上的C点。CB两点距离为d/4，求油的折射率和光在油中的传播速度。01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的折射2．折射6701光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的折射2．折射率解：因为储油桶的底面直径和桶高相等，所以

。又因为

，所以

，故油对空气的相对折射率

。因为空气的折射率为1，所以油的折射率

。光在油中的传播速度为

。01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的折射2．折射6801光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的折射2．折射率课堂讨论如图所示，“海市蜃楼”是一种经常发生在海上和沙漠中的自然现象。试利用所学的折射知识，解释此种现象的成因。01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的折射2．折射6901光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的全反射1．光疏介质和光密介质不同介质的折射率不同，折射率较小的介质叫作光疏介质，折射率较大的介质叫作光密介质。光疏介质和光密介质是相对的。例如，水晶对水来说是光密介质，对金刚石来说则是光疏介质。光从光疏介质射入光密介质01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的全反射1．光7001光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的全反射2．光的全反射的条件光从一种介质射入另一种介质时，一般会同时发生反射和折射，但并不是在任何情况下都这样。当光从光密介质射入光疏介质时，在某种条件下，只有反射而无折射，这种现象是如何发生的？想一想光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，随着入射角的增大，折射光线越来越偏离法线，折射光线越来越弱，而反射光线越来越强。当入射角增大到某一角度时，折射角达到

，折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫作全反射。刚好能发生全反射的入射角，即折射角为

的入射角叫作全反射的临界角，用符号C表示。由全反射的定义可总结出发生全反射的条件：光从光密介质进入光疏介质，且入射角等于或大于临界角。01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的全反射2．光7101光现象一、光的折射和全反射●

(一)光的全反射3．光导纤维借助接连不断的全反射，光可以从均匀透明且弯曲的玻璃（或塑料）棒的一端传导到另一端，如图所示。当玻璃（或塑料）棒的截面直径很小，甚至到微米数量级时，它对光的传导效果也不会改变，即无能量损失，称这种导光的细玻璃（或塑料）棒为光导纤维，简称光纤。01光现象一、光的折射和全反射●(一)光的全反射3．光7201光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(一)光的干涉1．杨氏双缝干涉实验如图6-7所示，从挡板的小孔a中出来的一束单色光投射到挡板S2上，挡板S2上有两条相距很近的狭缝b和c。如果光是一种波，从挡板S2的狭缝中出来的光就会成为两个波源，并且这两个波源的频率、相位、振动方向总是相同的。两列波在传播过程中，会在空间叠加，产生相互加强或相互减弱的区域，形成光的干涉，并在挡板后面的光屏上产生明暗相间的条纹。1801年，英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功地观察到了光的这一干涉现象。01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(一)光的干涉1．7301光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(一)光的干涉2．薄膜干涉如图所示，阳光下的肥皂泡上和水面漂浮的油膜上均会出现彩色的条纹，这些现象产生的原因是什么？想一想01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(一)光的干涉2．7401光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(一)光的干涉2．薄膜干涉如图所示，竖立的肥皂液薄膜在重力的作用下，会形成上薄下厚的楔形，当光照在薄膜上时，从膜的前后表面各反射一列光波，这两列光波就是频率相同的相干光波。由于薄膜的厚度不同，这两列光波的路程差不同。当两列光波的路程差为光波波长的整数倍时，波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，光波的振动加强，形成亮条纹；当路程差为半波长的奇数倍时，则波峰与波谷相遇，光波的振动减弱，形成暗条纹，这就是薄膜干涉现象。01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(一)光的干涉2．7501光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(一)光的干涉2．薄膜干涉知识角牛顿环又称“牛顿圈”，它是一种薄膜干涉现象。牛顿环实验示意图如图（上）所示，取两块玻璃体，一块是望远镜用的平凸透镜，另一块是望远镜用的大型双凸透镜，将平凸透镜的平面朝上放在双凸透镜上。把两块玻璃体互相压紧时，会在围绕着接触点O的周围出现各种颜色的环，即牛顿环，如图（下）所示。01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(一)光的干涉2．7601光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(一)光的干涉2．薄膜干涉知识角在实验室里，常用牛顿环测定光波的波长或平凸透镜的曲率半径。在工业生产中，则常用牛顿环检测透镜的质量。牛顿环装置也常被用来检验光学元件表面的平整度。牛顿虽然发现了牛顿环，并做了精确的定量测定，可以说已经走到了光的波动说的边缘，但由于他过分偏爱自己的微粒说，始终无法正确解释这个现象。事实上，这个实验倒可以成为光的波动说的有力证据之一。直到19世纪初，英国物理学家托马斯·杨才用光的波动说，圆满地解释了牛顿环实验。01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(一)光的干涉2．7701光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(一)光的干涉3．光的干涉的应用1）检查精密部件的表面如图所示，将一个透明的标准样板放在待检查部件的表面，并在一端垫一薄片，使标准样板的平面与被检查部件的平面间形成一个楔形空气膜（空气劈尖）。用单色光从标准样板的上面向下照射，入射光从楔形空气膜的上下表面反射出两列相干光，形成干涉条纹。凹面凸面平面01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(一)光的干涉3．7801光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(一)光的干涉3．光的干涉的应用2）增透膜增透膜是在透镜、棱镜等光学元件表面涂的一层氟化镁薄膜。为了提高成像的亮度，增透膜只对人眼或感光胶片上最敏感的绿光起增透作用。01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(一)光的干涉3．7901光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(二)光的衍射1．光的衍射现象（a）小孔衍射

（b）单缝衍射让一束平行光通过孔隙，当孔隙的宽度比光波的波长大很多时，在孔隙后的屏幕上将出现与孔隙宽度相一致的光斑；当孔隙的宽度缩小到可以与光波波长相比拟时，在孔隙后的屏幕上将出现明暗相间且间距不等的条纹，这就是光的衍射现象。01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(二)光的衍射1．8001光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(二)光的衍射1．光的衍射现象当单色光照射在线度小于或等于光源波长的小圆板或小圆珠上时，在其后的观察屏上会出现环状的互为同心圆的衍射条纹，并且在所有同心圆的圆心处会出现一个极小的亮斑，这个亮斑被称为泊松亮斑。01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(二)光的衍射1．8101光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(二)光的衍射2．光的衍射和干涉的比较01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(二)光的衍射2．8201光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(三)光的偏振1．光的偏振现象课堂互动取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，在软绳上就会形成一列横波。让软绳穿过一块带有狭缝的木板，使狭缝与软绳的振动方向平行［见图（a）］，观察软绳是否可以通过狭缝传播到木板的另一侧；使狭缝与软绳的振动方向垂直［见图（b）］，观察软绳是否可以通过狭缝传播到木板的另一侧。（a）狭缝与软绳的振动方向平行

（b）狭缝与软绳的振动方向垂直01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(三)光的偏振1．8301光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(三)光的偏振1．光的偏振现象课堂互动如图所示，将软绳换成细软的弹簧，前后推动弹簧形成纵波，改变狭缝放置的方向，观察振动时弹簧上的纵波是否可以通过狭缝传播到木板的另一侧。01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(三)光的偏振1．8401光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(三)光的偏振1．光的偏振现象某些波只沿着某个特定的方向振动的现象，称为波的偏振。横波具有偏振现象，纵波不具有这样的特性。偏振片是一种由高分子薄膜制成的光学器件，它只允许沿某个方向振动的光波通过，并称这个方向为透振方向。透射光强度不变透射光强度变弱透射光强度最弱01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(三)光的偏振1．8501光现象二、光的干涉、衍射和偏振●

(三)光的偏振2．光的偏振现象的应用在拍摄水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里陈列的物品时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，经常使得拍摄出的图像不清晰。如果在照相机镜头前安装一片偏振滤光片，让偏振滤光片的透振方向与反射光的偏振方向垂直，这样就可以减弱反射光的强度而使图像变得清晰。蜜蜂有五只眼，其中两只为复眼，每个复眼包含6300个小眼，这些小眼能根据太阳的偏光确定太阳的方位，然后以太阳为定向标来判断方向，所以蜜蜂可以准确无误地把它的同类引到它所找到的花丛中去。在沙漠中，如果不带罗盘，人是会迷路的，但是沙漠中有一种蚂蚁，它能利用天空中的紫外偏光来导航，因而不会迷路。01光现象二、光的干涉、衍射和偏振●(三)光的偏振2．8602光的波粒二象性一、光的电磁理论二、光的粒子性三、光具有波粒二象性02光的波粒二象性一、光的电磁理论三、光具有波粒二象性8702光的波粒二象性一、光的电磁理论●

(一)光是一种电磁波19世纪60年代，麦克斯韦在电磁学研究的基础上，从理论上推得电磁波的传播速度等于光速，这使得他推测：光的传播是一种电磁现象，是电磁振荡在空间的传播。20年后，赫兹通过实验，第一次证实了光波就是电磁波，从而肯定了麦克斯韦的预言，产生了光的电磁理论。光的电磁理论的确立，推动了光学及整个物理学的发展。现代光学尽管形成了许多新的领域，并且许多光学现象需要用量子理论来解释，但是光的电磁理论仍然是阐明大多数光学现象及掌握现代光学的重要基础。02光的波粒二象性一、光的电磁理论●(一)光是一种电磁8802光的波粒二象性一、光的电磁理论●

(二)红外线、紫外线和伦琴射线光的颜色是由电磁波的频率决定的。不同频率的色光在真空中的波速相同，但在介质中的波速不同。不可见光中，红外线、紫外线和伦琴射线的频率各不相同，因此有不同的性质和用途。02光的波粒二象性一、光的电磁理论●(二)红外线、紫外8902光的波粒二象性一、光的电磁理论●

(二)红外线、紫外线和伦琴射线1．红外线在电磁波中，能够作用于人的眼睛并引起视觉的，只是一个很窄的波段，通常叫作可见光。其中，波长最短的是紫光，波长约为400nm；波长最长的是红光，波长约为770nm；波长更长的光，不能引起视觉，叫作红外线。红外线的波长范围很宽，约为770nm～106nm。红外线的主要作用是热作用，可以利用红外线来加热物体或进行红外线遥感。02光的波粒二象性一、光的电磁理论●(二)红外线、紫外9002光的波粒二象性一、光的电磁理论●

(二)红外线、紫外线和伦琴射线2．紫外线紫外线也是不可见光，它的波长比紫光还短，大约为5nm～40nm。紫外线有荧光作用，有些物质受到紫外线照射时，可以发出可见光。紫外线能够杀灭多种细菌，可以用紫外线进行杀菌和消毒。02光的波粒二象性一、光的电磁理论●(二)红外线、紫外9102光的波粒二象性一、光的电磁理论●

(二)红外线、紫外线和伦琴射线3．伦琴射线波长比紫外线更短的光叫作伦琴射线，也叫X射线，是德国物理学家伦琴在1895年发现的。伦琴射线的穿透能力很强，能使包在黑纸里的照相底片感光。在工业上，常用它来做金属探伤；在医学上，可利用它透视人体、拍摄照片，以检查病变、骨折等情况，图为医院的X光机拍摄的X光片。02光的波粒二象性一、光的电磁理论●(二)红外线、紫外9202光的波粒二象性二、光的粒子性●

(一)光电效应1．光电效应实验如图所示，把一块锌板连接在验电器上，用弧光灯照射锌板，结果发现验电器的指针张开了一个角度，表示锌板经照射后带了电，进一步检验知道锌板带的是正电。这说明在弧光灯的照射下，锌板中有一部分自由电子从其表面逸出，锌板因缺少了电子而带正电。物体在光（包括不可见光）的照射下发射电子的现象叫作光电效应。发射出来的电子叫作光电子。02光的波粒二象性二、光的粒子性●(一)光电效应1．光9302光的波粒二象性二、光的粒子性●

(一)光电效应2．光电效应的实验规律及其解释规律一：任何一种金属，都有存在截止频率v0

。只有当入射光的频率v>v0时，电子才能逸出金属表面，进而产生光电效应。当入射光的频率v<v0时，无论光强多大，也无电子逸出金属表面。几种金属的截止频率和截止波长02光的波粒二象性二、光的粒子性●(一)光电效应2．光9402光的波粒二象性二、光的粒子性●

(一)光电效应2．光电效应的实验规律及其解释规律二：当入射光的频率大于金属的截止频率时，入射光越强，饱和光电流就越大。如图所示，当蓝光的光照强度不变时，随着电压的增大，电流达到某一值后便不再增大，这是因为光照不变时，光电效应中发射的电子数目一定，因此饱和光电流不变。光照强度不同的黄光，光强越大，饱和光电流越大，这是因为入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，则饱和光电流越大。02光的波粒二象性二、光的粒子性●(一)光电效应2．光9502光的波粒二象性二、光的粒子性●

(一)光电效应2．光电效应的实验规律及其解释规律三：光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大。一定颜色（频率）的入射光，无论光的强弱如何，其遏止电压是一样的。光的频率v改变时，遏止电压也会改变，而光电子的最大初动能又和遏止电压有关。因此，光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。规律四：入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的。实验中观察到，只要入射光的频率大于被照金属的截止频率，即使入射光的强度非常微弱，电流表的指针也会随着入射光的照射立即偏转。02光的波粒二象性二、光的粒子性●(一)光电效应2．光9602光的波粒二象性二、光的粒子性●

(一)光电效应3．光电效应的应用1）光控继电器光控继电器的工作原理如图所示，当外界光线发生变化时，光线作用在光控原件上，会使光控元器件上的电流发生变化，从而引起继电器的开合，达到控制外部电路的目的。02光的波粒二象性二、光的粒子性●(一)光电效应3．光9702光的波粒二象性二、光的粒子性●

(一)光电效应3．光电效应的应用2）光电倍增管光电倍增管［见图（a）］由入射窗、光电阴极、电子光学输入系统、倍增系统、阳极等部分组成。它的工作过程是光子入射到光电阴极上产生光电子，光电子通过电子光学系统（聚焦系统）进入倍增系统，电子得到倍增，最后通过阳极把电子收集起来，形成阳极电流或电压输出，如图（b）所示。（a）光电倍增管的结构

（b）光电倍增管的工程过程02光的波粒二象性二、光的粒子性●(一)光电效应3．光9802光的波粒二象性二、光的粒子性●

(二)光量子理论1．光电效应与光的电磁理论的矛盾矛盾一：按照光的波动理论，不管光的频率如何，只要光足够强，电子就会获得足够的能量从而逸出金属表面，就可产生光电效应，不应存在截止频率。而实验结果表明：只有入射光的频率

大于被照射金属的截止频率

时，才能发生光电效应。矛盾二：根据能量的观点，电子要从物体中飞出，必须具有一定的能量，而这一能量只能来源于入射光。光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压

应与光的强弱有关。而实验结果表明：逸出光电子的能量与入射光的强度无关，只取决于入射光的频率。矛盾三：从光的波动理论可知，当一束很细的光（光很弱）照射到金属上时，电子需几分钟到十几分钟的时间，才能获得逸出金属表面所需的能量，这个时间远远大于

。而光电效应实验却表明：入射光的照射和光电子的逸出几乎是同时的。02光的波粒二象性二、光的粒子性●(二)光量子理论1．9902光的波粒二象性二、光的粒子性●

(二)光量子理论2．光量子理论对光电效应的解释既然光电效应的规律与电磁理论存在矛盾，那么该如何解释光电效应现象呢？想一想光可以看作由光源发出的一束不连续的、以光速运动的粒子流，这种粒子叫作光量子，简称光子。每个光子的能量E和光的频率v

成正比，即E=hv式中的h是一个恒量，叫作普朗克常量，其值为6.63x10-63J·s。对于某种金属，电子从中挣脱出来所需做功的最小值，叫作这种金属的逸出功。根据能量守恒定律，光电子的初动能Ek

跟入射光子的能量W逸

和逸出功

之间，存在如下关系：Ek=hv-W逸此式叫作爱因斯坦方程，又称光电效应方程。02光的波粒二象性二、光的粒子性●(二)光量子理论2．10002光的波粒二象性二、光具有波粒二象性光的干涉、衍射和偏振现象表明光具有波动性，而光电效应又无可争辩地表明光是具有能量的光子流，即光具有粒子性。由此可见，光既具有波动性又具有粒子性，即光具有波粒二象性。在微观和宏观世界中，光的波动性和粒子性是如何统一起来的？想一想由光子说和电磁说都可以推导出光具有动量，并被实验所证实。光子说的结论是：光子的动量为p=hv/c

；电磁说的结论是：辐射能为E的光子具有的动量为p=E/c

。由于光子的能量

，所以，这两个学说得到的结论是一致的。可见，宏观世界中完全对立的粒子性和波动性，在微观粒子身上却完美地联系在一起。02光的波粒二象性二、光具有波粒二象性光的干涉、衍射和偏10102光的波粒二象性二、光具有波粒二象性光的双缝干涉实验中，在观察屏处放上感光胶片，并设法减弱光子流的强度，直到光子只能一个一个地通过狭缝。实验表明，如果曝光时间不太长，照片上只会出现一些无规则分布的点，如图（a）所示。这些点是光子打在感光胶片上形成的，表现出光的粒子性。随着曝光时间的延长，胶片上点的分布越来越有规则，如图（b）～（d）所示。可见，光子通过双缝后，落在某些条形区域内的可能性较大，这些条形区域正是某些波通过双缝后发生干涉时振动加强的区域。这个现象表明，光具有波动性。光的波动性是大量光子表现出来的特征。在干涉条纹中，那些光波强度大的地方就是光子到达的概率大的地方；光波强度小的地方就是光子到达的概率小的地方。所以，可以把光波看作是表明大量光子运动规律的一种概率波。02光的波粒二象性二、光具有波粒二象性光的双缝干涉实验中10202光的波粒二象性二、光具有波粒二象性（a）28个光子

（b）1000个光子（c）10000个光子

（d）数百万个光子02光的波粒二象性二、光具有波粒二象性（a）28个光子10303认识激光一、激光的产生与特性二、激光的应用03认识激光一、激光的产生与特性10403认识激光一、激光的产生与特性●

(一)激光产生的原理和条件原子是由原子核和绕核高速运动的电子组成，核外电子所处的状态不同，原子的状态也不同。每个状态对应的能量也是不连续的，这些不连续的能量值叫作能级。1）自发辐射原子在不受外界辐射场的影响下，自发由高能级

跃迁至低能级

，同时放出一个光子的过程叫作自发辐射，如图所示。由自发辐射发出的光子称为自发辐射光子，这些光子不仅波长、频率不同，而且方向也不相同。普通光源的发光都是由原子的自发辐射产生的。1．激光产生的原理（a）自发辐