新版【考前精品】2023年高考物理备考冲刺之易错点点睛系列-专题14-光的波动性-量子论初步光的干涉(学生版)

PAGE1-中华资源库：中华资源库：【高考预测】1、了解光电效应现象，知道光电效应的实质和发生的条件及应用。2、了解光电效应的根本规律和光子说，知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，能对宏观事实进行解释和计算。3、了解光的波粒二象性，能区分光的波动性与粒子性和宏观概念中的波和粒子。本章考查的重点是双缝干预、光的衍射、光电效应。在现在大综合的考试中本章知识更显得重要，因为它与现代科学技术有着紧密的联系，能与其它学科形成横向联系。应是出题的热点。【知识导学】一、光的波动性1、光的干预 ②现象： ③产生明暗条纹的条件： 如图两列完全相同的光波,射到屏上一点时,到两缝的路程差等于波长的整数倍(即半波长的偶数倍),那么该点产生明条纹; 到两缝的路程差等于半波长的奇数倍,那么该点产生暗条纹。 即= ①现象： 单色光照射薄膜，出现明暗相等距条纹 白色光照射薄膜，出现彩色条纹 实例：动膜、肥皂泡出现五颜六色 ②发生干预的原因：是由于前外表的反射光线和反外表的反射光线叠加而成(图1) ③应用：a)利用空气膜的干预，检验工作是否平整〔图2〕 〔图1〕〔图2〕 假设工作平整那么出现等间距明暗相同条纹 假设工作某一点凹陷那么在该点条纹将发生弯曲 假设工作某一点有凸起，那么在该点条纹将变为 b)增透膜2、光的衍射 〔1〕现象：①单缝衍射a)单色光入射单缝时，出现明暗相同不等距条纹，中间亮条纹较宽，较亮两边亮 条纹较窄、较暗b)白光入射单缝时，出现彩色条纹②园孔衍射：光入射微小的圆孔时，出现明暗相间不等距的圆形条纹③泊松亮斑光入射圆屏时，在园屏后的影区内有一亮斑〔2〕光发生衍射的条件障碍物或孔的尺寸与光波波长相差不多，甚至此光波波长还小时，出现明显的衍射现象 3、光的电磁说〔1〕麦克斯伟计算出电磁波传播速度与光速相同，说明光具有电磁本质〔2〕电磁波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线射线组成频率波增大减小产生机理在振荡电路中，自由电子作周期性运动产生原子的外层电子受到激发产生的原子的内层电子受到激发后产生的原子核受到激发后产生的〔3〕光谱①观察光谱的仪器，分光镜②光谱的分类，产生和特征 产生特征发射光谱连续光谱由炽热的固体、液体和高压气体发光产生的由连续分布的，一切波长的光组成明线光谱由稀薄气体发光产生的由不连续的一些亮线组成吸收光谱高温物体发出的白光，通过物质后某些波长的光被吸收而产生的在连续光谱的背景上，由一些不连续的暗线组成的光谱③光谱分析：一种元素，在高温下发出一些特点波长的光，在低温下，也吸收这些波长的光，所以把明线光波中的亮线和吸收光谱中的暗线都称为该种元素的特征谱线，用来进行光谱分析。二、光的核子性1、光电效应〔1〕光电效应在光〔包括不可见光〕的照射下，从物体发射出电子的现象称为光电①任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于极限频率的光不能发生光电效应。②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，光随入射光频率的增大而增大。③大于极限频率的光照射金属时，光电流强度〔反映单位时间发射出的光电子数的多少〕，与入射光强度成正比。④金属受到光照，光电子的发射一般不超过10－9秒。2、波动说在光电效应上遇到的困难波动说认为：光的能量即光的强度是由光波的振幅决定的与光的频率无关。所以波动说对解释上述实验规律中的①②④条都遇到困难3、光子说〔1〕量子论：1900年德国物理学家普郎克提出：电磁波的发射和吸收是不连续的，而是一份一份的，每一份电磁波的能量E=hv〔2〕光子论：1905年受因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比。即：E=hv其中h为普郎克恒量h=6.63×10－34JS4、光子论对光电效应的解释金属中的自由电子，获得光子后其动能增大，当功能大于脱出功时，电子即可脱离金属外表，入射光的频率越大，光子能量越大，电子获得的能量才能越大，飞出时最大初功能也越大。三、波粒二象性1、光的干预和衍射现象，说明光具有波动性，光电效应，说明光具有粒子性，所以光具有波粒二象性。2、个别粒子显示出粒子性，大量光子显示出波动性，频率越低波动性越显著，频率越高粒子性越显著3、光的波动性和粒子性与经典波和经典粒子的概念不同〔1〕光波是几率波，明条纹是光子到达几率较大，暗条纹是光子达几率较小，这与经典波的振动叠加原理有所不同〔2〕光的粒了性是指光的能量不连续性，能量是一份一份的光子，没有一定的形状，也不占有一定空间，这与经典粒子概念有所不同【正确解答】A由教材上千涉图样可知，相邻两条亮纹(或暗纹)间的距离是相等的，屏与双缝之间距离越小，条纹间的距离就越小．单色光条纹间间距随波长增大而增大，由于红光比蓝光波长长，所以，红光的条纹间距比蓝光大．或根据公式判断，其中d表示双缝间距离，乙表示缝到屏的距离，入表示光的波长，通过分析确定，选项A正确．2．在双缝干预试验中，双缝到光屏上P点的距离之差Δx=0．6μm.假设分别用频率v1=5．0×1014Hz为v2=7．5×1014Hz和的单色光垂直照射双缝，那么P点出现亮、暗条纹的情况为()A.用频率为v1的单色光照射时，出现亮条纹B．用频率为v2，的单色光照射时，出现亮条纹C.用频率为v1，的单色光照射时，出现暗条纹D．用频率为v2的单色光照射时，出现暗条纹【错误答案】BC【错解分析】对出现亮条纹和暗条纹的条件不清楚．的热效应最显著的红外线，以λ表示此红外线在膜中的波长，那么所镀薄膜的厚度最小应为()【错误答案】C或A【错解分析】一是没能从题目设置的新情境中抽出物理模型出来，其实是考查对“增透膜〞的理解能力和知识的迁移能力．【正确解答】B红外线最显著特点之一就是热效.应，当光照射物体时，一般都伴随着大量的红外线而致热．在灯泡后面放置的反射镜玻璃外表上镀一层如氟化镁(相当于增透膜)，这种膜要消除不镀膜时从玻璃外表反射回来的红外线，也就是要使从镀膜前后外表反射的两列红外线光波相互抵消，使反射的红外线强度减弱，到达冷光效果；，从前后外表反射回来的光波路程差等于镀膜厚度的两倍，即2d=(2n+1)(n=0、1、2…)，d为薄膜的厚度．当n=0时，d取最小值，即dmin=应选项B叶正确．4．如图14—1所示的4种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一双缝干预仪器形成的干预图样以及黄光、紫光各自通过同一单缝形成的衍射图样(灰黑色局部表示亮纹)．那么在下面的四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是()【正确解答】B由干预图样与衍射图样的特征可知第一组和第三组是干预图样，第二组和第四组是衍射图样，分析题目的四个选项其实已经告诉我们了．红光比蓝光波长长，故第一组是红光，第三组是蓝光．由光发生明显衍射现象的条件可知，对同一单缝，波长越长，衍射越明显，故第四组衍射要明显些，是波长较长的黄光的衍射图样．应选项B正确．专家会诊光的干预现象和衍射现象是光具有波动性的试验证明．要通过观察试验现象，掌握干预、衍射现象的一些特点和发生干预、衍射现象的条件，及干预、衍射现象的一些应用易错点2光电效应1．某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2．21eV，用波长为2．5×10-7m的紫外线照射阴极，真空中光速为3．0×108m/s，元电荷为1．6×10—19C，普朗克常量为6．63×10-34J·s，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能应分别是()A．5．3×1014HZ，2．2JB．5．3×1014Hz,4．4×10-19JC．3．3×1033Hz，2．2JD．3．3×1033Hz，4．4×10-19J【错误答案】D【错解分析】错选D项的原因是把eV与J两单位混淆，【正确解答】B钾的极限频率为v0，逸出功为W，那么，光电子的最大初动能为Ekm，由光电效应方程Ekm=hv-W，代入数据得Ekm=4．4×10-19J，应选项B正确．2．下表给出了一些金属材料的逸出功．材料铯钙镁铍钛逸出功(10-19J)3．04．35．96．26．6现用波长为400am的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种?(普朗克常量h=6．6×10-34J·s，光速c=3．00×108m/s)()A．2种B．3种，C．4种D．5种【错误答案】B或C或D【错解分析】一可能是对逸出功的物理意义不清楚，二可能是计算错了．D.某单色光照射一金属时不能发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应【错误答案】BC【错解分析】错选B选项是对光电效应方程理解不透：错选C选项是没有用光量子的理论，而是用经典的电磁理论来理解光电效应现象．【正确解答】AD极限频率是刚好发生光电效应的入射光的频率，故入射光的频率低于极限频率时，是不能发生光电效应，选项A正确．由光电效应方程Ekm=kv-W可知光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大，但不成正比，与入射光的强度无关，应选项BC错误．某单色光照射一金属时不能发生光电效应，改用波长较短的光，由c=λv可知，波长变短，频率增加，故可能超过极限频率，也就是可能发生光电效应，选项D正确．4．入射光照到某金属外表上发生光电效应，假设入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么以下说法正确的选项是()A.从光照射到金属外表到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能减小C.单位时间内从金属外表逸出的光电子数目将减少D.有可能不再产生光电效应【错误答案】ABD【错解分析】错选ABD三选项的原因只有一个，仍然是没有用光量子的理论，而是用经典的电磁理论来理解【正确解答】C由光电效应规律可知：只要入射光的频率大于或等于被照射金属的极限频率，产生光电效应的时间就不会有变化，也就是电子吸收光予的时间一定，且是瞬时的．同一光电效应中，频率不变，光电子飞出的最大初动能不变，应选项B错误，入射光的强度减弱，而频率不变，那么单位时间内吸收光子的电子数减少，相应地从金属外表选出的光电子数也减少，故只有选项C正确．专家会诊解决这类问题关键是要从受因斯坦光量子说理解光电效应的四条规律：存在极限频率；光电子的最大初动能只与久射光频率有关；瞬D．1【错误答案】A或C或D【错解分析】一是对原子吸收光子的特点没掌握，二是没区别“一群〞氢原子和“一个〞氢原子．【正确解答】B光子能量为13．07eV刚好是n=1、n=5两能级差值，原子吸收光子的特点是只有当光子的能量刚好等于某两个能级的差值才吸收，多了少了都不吸收，故此题处于基态的氢原子只能从n=1能级跃迁到n=5能级，不能跃迁到n=4或n=3或n=2能级．如果光予的能量大于氢原予基态的能量的绝对值，那么氢原子被电离成氢离子，这种情况下光子的能量不管比氢原子基态的能量的绝对值大多少，都吸收，这种特殊情况要特别注意．既然是一群处于n=5能级的氢原子，那么它向较低能级跃迁时各种可能性都可以实现，由于氢原子任意两个能级级差值都不相等，故一共发射种不同波长或频率的光，应选项B正确．2．现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，假设这些受激发氢原子都回到到基态，那么此过程中发出的光子总数是多少?假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的()A．2200B．2000C．1200D．2400【错误答案】B或C或D400个氢原子向n=2、n=1能级跃迁原子数分别为400=200个，那么辐射的光子数为200×2=400个，而处于n=2的原子总数为400+200=600个，向基态跃迁那么辐射光子数为600个．因此在此过程中发出的光子总数为1200+400+600=2200个，应选项A正确．3．原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子．例如在某种条件下，铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=l能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子，使之脱离原子，这一现象叫做俄歇效应．以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子．铬原子的能级公式可简化表示为En=，式中n=1，2，3…表示不同的能级，A是正的常数．上述俄歇电子的动能是()【错误答案】D易错点4光的偏振现象、激光、电磁波谱、光的波粒二象性等I级知识点1．验钞机发出的光“能使钞票上的荧光物质发光；家用电器上的遥控器发出的“光〞用来控制电视机、空调器，对于它们发出的“光〞，以下判断正确的选项是()A.验钞机发出的“光〞是红外线B．遥控器发生的“光〞是红外线C．红外线是由原子的内层电子受到激发后产生的D．红外线是由原子的外层电子受到激发后产生的【错误答案】AC【错解分析】选错的主要原因对红外线、紫外线、x射线的显著特点没记住，电磁波谱的顺序以及产生机制要通过看书记住．【正确解答】BD通过阅读教材知道：验钞机发出的是紫外线，紫外线能使钞票上的荧光物质发光；遥控器发出的是红外线；红外线、紫外线是由原子的外层电子受到激发后产生的，X射线是由原子的内层电子受到激发后产生的，故BD选项正确．2．以下说法正确的选项是()A.光波是一种概率波B．光波是一种电磁波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【错误答案】C【错解分析】对光的本性即光的波粒二象性理解不透．2．以下有关光现象的说法中正确的选项是 ()A．在太阳光照射下，水面上的油膜出现彩色花纹是光的色散现象B．在光的双缝干预实验中，假设仅将入射光由绿光改为黄光，那么条纹间距变宽C．光导纤维的内芯材料的折射率比外套材料的折射率大D．光的偏振现象说明光是一种纵波3．如下图为竖直的肥皂液膜的横截面，右侧受到一束平行白光的照射，关于肥皂液膜产生干预条纹的说法正确的选项是 ()A．在右侧观察到的干预条纹是由光线在肥皂液膜左右两个外表反射的两列光波叠加产生的B．观察到的干预条纹可能是水平的，也可能是竖直的C．在左侧也能观察到类似的条纹D．观察到的条纹可能是黑白的，也可能是彩色的4．光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，以下说法正确的选项是 ()A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C．在光导纤维束内传送图象是利用光的色散现象D．光学镜头上的增透膜是利用光的干预现象5．如下图，水下光源S向水面A点发射一束光线，折射光线分别为a、b两束，那么 ()A．在水中a光的速度比b光的小B．a、b两束光相比拟，a光的波动性较强C．假设保持入射点A位置不变，将入射光线顺时针旋转，从水面上方观察，b光先消失D．用同一双缝干预实验装置分别以a、b光做实验，a光干预条纹间距小于b光干预条纹间距6．光的偏振现象说明光是横波．以下现象中不能反映光的偏振特性的是()A．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化B．一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹7．如下图，a表示单缝，b表示双缝，用某单色光分别照射竖直放置的单缝和双缝，在缝后较远位置竖直放置的光屏上可以观察到明暗相间的条纹(图中阴影表示明条纹)，如图8．激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干预原理．用二次曝光照相所获得的“散斑对〞相当于双缝干预实验中的双缝，待测物体的速度v与二次曝光时间间隔Δt的乘积等于双缝间距，实验中可测得二次曝光时间间隔Δt，双缝到屏之间距离l以及相邻两条亮纹间距离Δx，假设所用激光波长为λ，那么该实验确定物体运动速度的表达式是 ()A．v＝eq\f(λΔx,lΔt) B．v＝eq\f(lλ,ΔxΔt)C．v＝eq\f(lΔx,λΔt) D．v＝eq\f(lΔt,λΔx)9．煤矿最危险的是瓦斯爆炸事故，危害极大．某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是设计了一种利用光的干预监测矿井瓦斯的仪器，如下图，在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干预条纹，就能够监测瓦斯．以下说法正确的选项是()A．如果屏的正中央仍是亮条纹，说明B中的气体与A中的气体成分相同，不含瓦斯B．如果屏的正中央是暗条纹，说明B中的气体与A中的气体成分不相同，含有瓦斯C．如果屏上干预条纹不停移动，说明B中的气体瓦斯含量不稳定D．只有用单色光照射单缝时，才可能在屏上出现干预条纹10．以下有关光现象的说法正确的选项是()A．在光的双缝干预实验中，假设仅将入射光由紫光改为红光，那么条纹间距一定变大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11．以下说法中正确的选项是 ()A．氢原子从较高能级的激发态跃迁到较低能级的激发态时，电子的动能增加，电势能增加，原子的总能量增加B．α射线是原子核发出的一种粒子流，它的电离能力在α、β、γ三种射线中是最弱的C．原子核反响过程中的质量亏损现象违背了能量守恒定律D．将放射性元素掺杂到其他稳定元素中并大幅度降低其温度，它的半衰期不发生改变12．人眼对绿光最为敏感．正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能发觉．普朗克常量为6.63×10－34J·s，光速为3.0×108m/s，那么人眼能发觉到绿光时所接收到的最小功率是 ()A．2.3×10－18W B．3.8×10－19WC．7.0×10－48W D．1.2×10－48W13．有两个质量为m的均处于基态的氢原子A、B，A静止，B以速度为v0与它发生碰撞．碰撞前后二者的速度均在一条直线上，碰撞过程中局部动能有可能被某一氢原子吸收，从而该原子由基态跃迁到激发态，然后此原子向低能级跃迁，并放出光子．假设氢原子碰撞后放出一个光子，氢原子的基态能量为E1(E1<0)．那么速度v0至少为 ()A.eq\r(\f(－E1,m))B.eq\r(\f(－2E1,m))C.eq\r(\f(－3E1,m))D.eq\r(\f(－4E1,m))14．如下图，1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级．用以下能量的光子照射基态的氢原子时，能使氢原子跃迁到激发态的是()A．1.51eV B．3.4eVC．10.2eV D．10.3eV15．真空中有一平行板电容器，两极板分别由铂和钾(其极限波长分别为λ1和λ2)制成，板面积为S，间距为d.现用波长为λ(λ1<λ<λ2)的单色光持续照射两板内外表，那么电容器的最终带电荷量Q正比于()A.eq\f(d,S)(eq\f(λ－λ1,λλ1)) B.eq\f(d,S)(eq\f(λ2－λ,λλ2))C.eq\f(S,d)(eq\f(λ－λ1,λλ1)) D.eq\f(S,d)(eq\f(λ2－λ,λλ2))16．如下图，只含两种单色光的复色光束PO，沿半径方向射入空气中的玻璃半圆柱体后，被分成OA和OB两束，沿图示方向射出．假设用光束OA照射某金属，能使该金属产生光电效应现象，并测得光电子的最大初动能Ek.如果改用光束OB照射同一金属，那么以下判断正确的选项是()A．不能产生光电效应现象B．能产生光电效应现象，并且光电子的最大初动能等于EkC．能产生光电效应现象，并且所有光电子的初动能都大于EkD．能产生光电效应现象，并且光电子的最大初动能大于Ek二、论述