高考物理-《物理光学》典型例题复习

十八、物理光学一、知识网络光的本性波动说

微粒说光的干涉双缝干涉

光的衍射明显衍射条件

牛顿的微粒说

光电效应及其规律薄膜干涉光的电磁说电磁波谱光谱与光谱分析

光子说光的波粒二象性二画龙点睛概念一、光的波动性、光的干涉（1双缝干涉实验①装置：如图包括光源、单缝、双缝和屏双缝的作用是将一束光分为两束

②现象：③干涉区域内产生的亮、暗纹A亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即=λ（n=01，2，„„）B纹某到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即=

2

（0，2，„„）相邻亮纹（暗纹）间的距离

ld

。用此公式可以测定单色光的波长。用白光作双缝干涉实验时由于白光内各色光的波长不同涉条纹间距不同所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。④光干涉现象说明了光具有波动性。由于红光入射双缝时，条纹间距较宽，所以红光波长较长，频率较小紫光入射双缝时，条纹间距较窄，所以紫光波长较短，频率较大⑤光传播速度，折射率与光的波长，频率的关系。cav关系：v=n）v,和f的系：=（3薄膜干涉①现象：

f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发生干涉的原因：是由于前表面的反射光线和反表面的反射光线叠加而(图1)③应用：a)利空膜的干涉，检验工作是否平整（图）（图）（2若工作平整则出现等间距明暗相同条纹若工作某一点凹陷则在该点条纹将发生弯曲若工作某一点有凸起，则在该点条纹将变为

14-7/-7-714-7/-7-7增膜例题用光做双缝干涉实验在屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为x。列说法中正确的有如增大单缝到双缝间的距离Δ将增大如增双缝之间的距离Δ将增大C.如果增大双缝到光屏之间的距Δ将大如减小双缝的每条缝的宽度而不改变双缝间的距离Δ将大解析公

ld

中l表示双缝到屏的距离示双缝之间的距离因此与单缝到双缝间的距离无关，于缝本身的宽度也无关。本题选C。例题登山运动员在登雪山时要意防止紫外线的过度照射其是眼睛更不能长时间被紫外线照射否则将会严重地损坏力人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛的伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为=1.5所要消除的紫外线的频率为×10，那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少？解析为了减少进入眼睛的紫外该入射光分别从该膜的前后两个表面反射形成的光叠加后加强，因此光程差应该是波长的整数倍，因此膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的。外线在真空中的波长λ=c/ν×10，在膜中的波长λ因此膜的厚度至少是m、光的衍射（1现象：

λ=2.47，①单缝衍射a)单色光入射单缝时，出现明暗相同不等距条纹，中间亮纹较宽，较亮两边亮条纹较窄、较暗白入射单缝时，出现彩色条纹②园衍射：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例题：平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，下列说法中正确的有在射图样的中心都是亮斑泊亮中心亮点周围的暗环较宽C.小孔衍射的衍射图样的中心是斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑小衍射的衍射图样中亮、暗纹间的间距是均匀的，泊松亮斑图样中亮、暗条纹间的间距是不均匀的解析：从课本上的图片可以看出AB选是正确的C、D选是错误的。

1414、光的电磁说⑴麦克斯韦根据电磁波与光在真空中的传播速度相同光在本质上是一种电磁波——这就是光的电磁说，赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性。⑵电磁波谱。波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线X射线、γ射线。各种电磁波中，除见光以外，相邻两个波段间都有重叠。无线电波

红外线

可见光

紫外线

X射

射线组成频率波产生机理

增大减小在振荡电路中，自由电原的外层电子受到激发产生的子作周期性运动产生

原子的内层原子核受到电子受到激激发后产生发后产生的的⑶红外线、紫外线、射的主要性质及其应用举例。种

类

产

生

主要性质

应用举例红外线紫外线

一切物体都能发出一切高温物体能发出

热效应化学效应

遥感、遥控、加热荧光、杀菌、合成V

X射

阴极射线射到固体表面

穿透能力强

人体透视、金属探伤m

⑷实验证明辐出的电磁波中辐射最强的波λ和体温度T间满足关系λmT（常数见高温物体辐射出的电磁波频率较高。在宇宙学中，可以根据接收到的恒星发出的光的频率，分析其表面温度。⑸可见光频率范围是3.9-7.5×Hz，长范围是400-770nm。例题为转播火箭发射现场的况发射场建立了发射台用发射广播电台和电视台两种信号。其中广播电台用的电磁波波长为550m电视台用的电磁波波长为.566m为了不让发射场附近的小山挡住信号，需要在小山顶上建了一个转发站，用来转_____信，这是因为该信号的波长太______不易发生明显衍射。解析磁波的波长越长越容易发生明显衍射越短衍射越不明显现出直线传播性。这时就需要在山顶建转发站。因此本题的转发站一定是转发电视信号的，因为其波长太短。例题：右图是伦琴射线管的结构示意图。电源给丝K热，从而发射出热电子，热电子在KA间强电场作用下高速向对阴极A飞。电子流打到A极面出高频电磁波是X线。下列说法中正确的有、Q应接高压直流电，且接极、Q间接高压交流

E

KPC.、A间高速电子流即阴极射线，从A发出的是X线即一种高频电磁波D.从发的X射的频率和P、Q间交流电的频率相同解析间的电场方向应该始终是向左的，所以P间接高压直流电，且接极。从发的是X射，其频率由光子能量大小决定。若、Q间压为U，则X射的频率最高可达/。本题选AC⑸光谱①观察光谱的仪器，分光镜②谱的分类，产生和特征产生

特征连续光谱

由炽热的固体、液体和由续布的，一切波发射光谱

高压气体发光产生的长光组成

产生

特征明线光谱

由稀薄气体发光产生的由连的一些亮线组成吸收光谱③光分析：

高温物体发出的白光，在续谱的背景上，通过物质后某些波长的由些连续的暗线组光被吸收而产生的成光谱一种元素，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。、光的偏振⑴光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。各种电磁波中电场E的向、磁场的方向和电磁波的传播方向之间，两两互相垂直。⑵光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度引起的，因此将的动称为光振动。⑶自然光。太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫自然光。⑷偏振光然通过偏振片后垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰好是90，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直。我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。例题：有关振和偏振光的下说法中正确的有

光振动垂直于纸光振动在纸面只电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振只横能发生偏振，纵波不能发生偏振C.自然界不存在偏振光，自然光有通过偏振片才能变为偏振光除从光源直接发出的光以外我们通常看到的绝大部分光都是偏振光解析机能中的横波能发生偏然光不一定非要通过偏振片才能变为偏振光题应选BD二、光的粒子性、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效应右图装置中，用弧光灯照射锌版，有电子从锌版表面飞出，使原来不带电的验电器带正电（2光电效应的实验规律：装置：①任何一种金属都有一个极限频率光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应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入光频率的增大而增大。

3434③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入射光强度成正比。④金受到光照，光电子的发射一般不超过10

9

秒。例题：对爱斯坦光电效应方hν，下面的理解正确的有K只是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能E

K式的W表每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功C.逸出功W和限频率ν之应满足关系式=ν0光子的最大初动能和入射光频率成正比

0解析：爱因斯坦光电效应方程=hν-W中表示从金属表面直接中逸出的光电子克服K金属中正电荷引力做的功此所有逸出的光电子中克服引力做功的最小值应光电子的初动能是所有光电子中最大的它光电子的初动能都小于这个值入光的频率恰好是极限频率，即刚好能有光电子逸出，可理解为逸出的光电子的最大初动能是0因此有=hν。由ν可E和ν之0KK是一次函数关系，但不是成正比关系。本题应选C例题：如图，当电键K断时，用光子能量为一束光照射

阴极P，发现电流表读数不为零。合上键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为

VK

AA.1.9eVD.3.1eV解析电流表读数刚好为零说明好没有光电子能够到达阳极就光电子的最大初动能刚好为。=hν-W可W=1.9eV选A。K、康普顿效应在研究电子对X射线的散射时发现：有些散射波的波长比入射波的波长略大康普顿认为这是因为光子不仅有能量也具有动量实结果证明这个设想是正确的因此康普顿效应也证明了光具有粒子性。、波动说在光电效应上遇到的困难波动说认为的量即光的强是由光波的振幅决定的与光的频率无关以波动说对解释上述实验规律中的①②④条都遇到困难、光子说（1）量子论年国物理学家普郎克提：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（2）光子论：1905年因斯坦提出：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其中为普郎克恒量h=6.63×、光子论对光电效应的解释

金属中的自由电子获得光子后动能增大当能大于脱出功时电子即可脱离金属表面入光的频率越大，光子量越大，电子获得的能量才能越大时大初功能也越大。三、波粒二象性、光的波粒二象性：干涉、衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波；光电效

32P3-32P3-和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子此现代物理学认为具有波粒二象性。、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，频率高粒子性越显著、正确理解波粒二象性波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量。⑴个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。⑵ν高光子容易表现出粒子性ν低的光子容易表现出波动性。⑶光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。⑷由光子的能量E=h，光子的动量

表示式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——波λ。例题：已知激光器发出的一束功率为=0.15kW的光，竖直向上照射在一个固态铝球的下部，使其恰好能在空中悬浮。已知铝的密度ρ=2.7×10kg/m，激光束的光子全部被铝球吸收，求铝球的直径是多大？（计算中可=3=10m/s

）解析：设每个激光光子的能量为E，动量为p时间t内到铝球上的光子数为，激光束对铝球的作用力为F球的直径为d有：

E,Fptt

光子能量和动量间关系是E=，铝球的重力和平，因F=ρπ，以上各式解得d。6四、物质波（德布罗意波）由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去，得出物质波（德布罗意波）的概念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波=例题：试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。解析：估计一个中学生的质量≈50kg，米跑时速度≈，

hp

。

6.6350

由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性。例题：为了察到纳米级的微结构，需要用到分辨率比光学显微镜