高三物理二轮复习 光的本性教学案

1、高考综合复习-光之本性知识网络考试分数试验纲要：知识点要求说明光本性学说发展的简史光的干涉现象、双狭缝干扰作用、薄膜干涉、双狭缝干扰作用的条纹间距与波长的关系光的衍射光的偏振现象光谱和频谱分析、红外线、紫外辐射、x射线、射线及其应用、光的电磁性质、电磁波谱爱因斯坦光电效应光电效应方程光的波粒二象性、物质波激光的特性及应用复习指导：“光的本性”的内容基本上是按照人们对光的本性的认识过程展开的。 光的干扰作用和衍射实验的成功证明了光具有波动性，推动了光的波动说发展。 光的电磁说明了光现象的电磁本质。 光电效应现象的发现，明确了光还具有粒子性，最终使人认识到光具有波粒二象性。在往年的高等院校入学考试

2、问题上，关于“光的本性”的内容多以选择或者填空的形式出现。 所列知识点中命题频率高的是光的干扰作用、光谱与光电效应，其次是波长、波速与频率的关系，有时结合几何光学中的知识进行考察。要点精析光的波动性：(1)光的干扰作用1 .干扰作用是波特有的现象：只有干扰作用波源能够产生稳定的干涉现象，光具有波动性的话能够观察其干涉现象，但是需要产生干涉现象的干扰作用光源。2 .相干光源：振动时(指描述振动的物理量-频率、相位、振幅及振动方向)始终相同。 由于物质发光的特殊性，无论哪两个独立的光源发出的光重叠都不能引起干涉现象，只有用特殊的方法从同一光源分离出两列频率相同的光波重叠后才能引起干涉现象。 双缝干

3、扰作用、薄膜干涉等采用这种“分光”方法得到了相干光源。3 .典型的干扰作用实验：杨氏双缝干扰作用实验、薄膜干扰作用实验。(2)双狭缝干扰作用1 .实验结果：用单色光源在画面上出现明暗相间的等间距干扰作用条纹，用白光进行该实验后，画面上出现颜色的干扰作用条纹。2 .实验分析：当从画面上的某点到双缝S1、S2的距离差为光波波长的整数倍时，在这些个的位置出现明亮的条纹当从屏幕上的某点到双狭缝S1、S2的距离差为光波的半波长的奇数倍时，在这些个的位置出现暗纹干扰作用条纹等间距在相同条件的双缝实验中，用红色光和紫光得到的相邻的暗条纹间的宽度不同，红色光的宽度大。3 .结论：在相邻的明暗相间条纹间的距离相

4、同的实验中，任意两个相邻的明亮条纹间的距离相等的x与、d、三要素有关，d相同的条件下x与成比例，因此红色光和紫色光分别实验得到的条纹间隔不同，因为红色光的波长比紫色光的波长长(3)薄膜干扰作用1 .原因：由于薄膜的前面和后面分别反射的两个列波重叠，这两个列波由相同的光源发出，所以干扰作用波，相同水平线上的薄膜厚度大致相同，干扰作用后产生水平的明暗条纹，光波的波长极短，所以薄膜干扰作用实验使用的电介质膜一盏茶薄，可以观察到干扰作用条纹。2 .设薄膜厚度为d、折光率为n前后表面的反射光的光路差为2d时2d是光波的半波长的偶数倍的情况下，在这些个的场所出现明亮的图案当2d是光波的半波长的奇数倍时，在

5、这些个的场所出现暗纹3 .如果膜的厚度均匀变化，如果照射单色光，则相邻条纹间的距离相等，如果照射白色光，则作为膜的某一厚度处的波长的光反射而变强，另一波长的光反射而变弱，在膜的像上出现色纹。4 .光的干扰作用的技术应用。(1)基于尺干扰作用的镜面检查：光的干扰作用在技术上可以检测精密零配件的表面质量，将被检测平面和放置在上面的透明标准十字形大板块的一端对着片，在十字形大板块的标准平面和被检测平面之间形成楔形的空气薄层，单色的光从上照射，入射光在空气层的上、下表面反映两列光波的重日式榻榻米情况，由反射光形成干扰作用条纹的形状(2)镜头防反射胶片；在光学元件(透镜、棱镜项目)的表面涂复薄膜，当薄膜

6、的厚度为入射光在薄膜中的波长的1/4时，薄膜两面的反射光，由于光路差正好等于半波长，相互抵消，起到减小反射光，增大透射光强度的作用。(4)光的衍射1 .光的衍射：光离开直线路径，回到障碍物的影子区域内的现象称为光的衍射。 任何障碍物都能使光衍射2 .产生明显衍射的条件：障碍物或小孔的尺寸与光的波长差异小或小于光的波长3 .明显衍射现象：白光单缝衍射：中间宽度，明白条纹两侧狭窄暗色条纹单色光的单缝衍射：中央宽度、明亮条纹两侧明暗之间的条纹，条纹的间距向两侧越来越窄4 .光的干扰作用条纹和衍射条纹都是光波多重日式榻榻米的结果，但有明显差异：双缝干扰作用条纹为等间距、等亮度，而单缝衍射条纹除中央亮条

7、纹最宽、最亮外，两侧条纹的亮度逐渐减少。(5)光的电磁说电磁波频谱1 .光的电磁说：十九世纪六十年代、英吉利的物理学家麦斯威尔提出电磁场理论，预见电磁波的存在，提出电磁波为横波，传播速率等于光速，并基于光波这些个的相似性，指出了“光波是电磁波”光的电磁说。 1888年赫兹实验证明电磁波的存在，其传播速率测定等于光速，与麦斯威尔的预言非常符合，证明了光的电磁说是正确的。2 .电磁波频谱：(1)红外线：发现过程： 1800年英吉利物理学家赫歇尔使用灵敏度温度修正研究光谱各色光的热作用时，将温度修正移动到红色区域外侧，发现温度更高，说明这里存在看不见的放射性射线，然后称为红外线。特点：最明显的是热作

8、用适用：红外线加热，该加热方式的优点是能够发热物体内部，加热效率高，效果好红外线拍摄(远距离拍摄、高空拍摄、卫星地面拍摄)不分昼夜夜视红外成像可以在黑暗的夜晚看到目标红外遥感可以用飞机和卫星测量地热，寻找水源，监测森林火灾，估计农作物的气势和收获，预报台风、寒流。(2)紫外辐射：发现过程： 1801年德意志物理学家丽特发现，放置在紫外波段上的摄影图片基板感光，荧光物质发光特性：主要作用为化学作用，具有较强的荧光效果、杀菌消毒作用。适用：紫外摄影图片只要能清楚地分辨纸张上残留的指纹，就能分辨出微妙的差异照明和诱杀害虫荧光灯、黑光灯医院病房和手术室的消毒治疗皮肤病。(3)伦琴线：发现过程： 189

9、5年，德意志物理学家伦琴研究阴极射线性质时，发现阴极射线(高速电子流)照射玻璃壁，产生管壁看不见的放射性射线，伦琴将其称为x射线产生条件：高速电子流接触到任意体的固体时，产生x射线特性：透过能力强。适用：工业金属探伤；从医疗角度透视人体。另外，还有波长比伦琴射线短的电磁波，例如从放射性元素发射的射线。(4)电磁波频谱电波、红外线、可见光、紫外辐射、x光、射线合并构成大范围的电磁波频谱。另一方面，从电波到射线是本质上相同的电磁波，它们的行为遵循共同的规则，另一方面，根据频率和波长而不同的特性，例如波长越长，越容易表现干扰作用、衍射等现象，随着波长变短，需要可见光、紫外辐射、x射线、射线(5)电磁

10、波的产生反应历程；电波：在振荡电路中产生红外线、可见光、紫外辐射：原子的外层电子被激发而产生伦琴线：原子内层的电子被激发而产生射线：原子核被激发而产生。(6)电磁波频谱：光的粒子性(1)光电效应1 .通过光(包括不可见光)的照射从物体发射电子(即，光电子)的现象被称为光电效应。2 .光电效应定律：(1)所有的金属都具有临界频率，所以只要入射光的频率不大于该临界频率就不能产生光电效应(2)光电子的最大初始动能与入射光的强度无关，仅随着入射光频率的增大而增大(线性关系)(3)当入射光照射到金属时，光电子的发射几乎是瞬间的，通常为109秒以下(4)当入射光的频率大于临界频率时，光电电流的强度与入射光

11、的强度成比例。在光电效应定律中，“光电流的强度”是指光电流的饱和值(对应于从阴极发射的电子全部被吸引到阳极的状态)。 在光电电流达到饱和值之前，由于其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管的两极间的电压有关，因此只有在光电电流达到饱和值之后，才与入射光的强度成比例。金属中的自由电子被晶格正络离子吸引，要从金属中逃脱必须从外部获得一盏茶的能量。根据波动理论，光的能量由光的强度决定，光的强度由光波的振幅决定，与频率无关。 因此，不管光的频率如何，只要光的强度在一盏茶上很大，或者照射时间在一盏茶上很长，电子就能得到一盏茶的能量产生光电效应，但由于这与实验结果直接不符点，所以不能用经典的波动理论说明光

12、电效应。光子学在平板支撑(德意志物理学家)认为电磁波的能量是不连续的基础上，爱因斯坦提出了光子，在空间中传播的光一部分一部分地前进，一部分一部分的能量等于HV，一部分称为光子，是光的频率。光子学光电效应的解释：光子碰到金属时，有的电子吸收光子能量动能变大，电子动能变大到可以克服原子核引力的程度时，就会从金属表面飞出，变成光电子。(1)光子能量和频率有关，金属的逸功一定，光子能量必须大于逸功才能引起光电效应。 这就是各金属中存在临界频率的原因。(2)如果光照射到金属上，则电子吸收光子而不需要蓄积能量，吸收能量立即增大动能，逃逸到金属表面而成为光电子(3)电子吸收光子能量后从金属表面逃逸，其中金属

13、表面的电子战胜逸出功，从金属表面飞出，具有最大的初始动能，通过能量守恒该方程称为爱因斯坦光电方程，显然最大初始动能与入射光子的频率有关。(3)光的波粒二象性光的干扰作用、衍射等现象表明光具有波动性，光电效应没有讨论地表照明光具有粒子性的馀地。 现在人们认为，光既具有波动性又具有粒子性，也就是说光具有波粒二象性，但无论是将光作为宏命令观念中的波，还是作为微观观念中的粒子进行要不得。从概率波来看很多光子的效果大多显示出波动性个别光子的效果大多显示出粒子性。从各种频率的电磁波的检测中理解次低频光子容易显示波动性射频波光子容易显示粒子性。为了理解各种频率的电磁波，波动性和粒子性是光所具有的不可分割的属

14、性，即波粒二象性，因此必须综合运用波动观点和粒子观点。(四)物质波定义：运动的物体，电子、质子、行星、太阳，都有相应的波，这种波又称物质波，又称达布罗伊波。特点：宏命令物体的达布洛伊波长远小于微粒子的波长。波长公式，其中h=6.6310-34Js，p是运动物体的运动量。物质波也是概率波。 在光的衍射图案中，光子落入亮条纹的概率大，落入暗条纹的概率小。光的偏振，激光：1 .波的偏振现象：横波的振动矢量与波的传播方向垂直振动时，偏向某特定方向的现象。 因为纵波只能在波的传播方向上振动，所以不会有偏振光。2 .自然光和偏振光：自然光：由于普通光源直接发出的天然光是无数偏振光的随机集合，所以直接观察时

15、光强不会偏向一定方向。 在这个所有方向上振动的光波的强度相同的光叫做自然光。偏振光：自然光通过偏振片后，垂直于传播方向的振动矢量只在单向式上振动，这种光称为偏振光。3 .激光与自然光相比，具有以下几个重要特征普通光源发出混合光，由于激光器频率单一，激光器相干性非常好，颜色特别纯粹激光束的平行度和方向性非常好激光的强度特别大，亮度很高。4 .激光的重要应用：激光的应用很多，发展前景非常广阔，目前重要的应用有导光纤维通讯、精确测距、目标跟踪、激光光盘、激光发热切割、激光核聚变等。光谱和频谱分析：频谱分析：从光谱中鉴定物质，决定其化学组成的方法称为频谱分析。精细主题笔记本例题1 .双狭缝干扰作用实验

16、中，以白色光为光源，在屏幕上观察到颜色的干扰作用条纹，在双狭缝的一个狭缝前放置红色过滤烟嘴(仅透过红色光)，在另一个狭缝前放置绿色过滤烟嘴(仅透过绿色光)的情况下()。a .只有红色和绿色的双缝干扰作用条纹，其他颜色的双缝干扰作用条纹消失b .红色和绿色的双缝干扰作用条纹消失，其他颜色的双缝干扰作用条纹依然存在c .没有任何颜色的双缝干扰作用条纹，但画面上还有光d .屏幕上没有光分析：在双狭缝干扰作用实验的装置中，狭缝的宽度与光的波长大致相同。 在双缝中分别放入红色和绿色的过滤烟嘴后，由于红色和绿色的频率不相等，虽然在触摸屏上不再出现干扰作用条纹，但由于满足明显的衍射现象发生的条件，在触摸屏上出现红色和绿色的衍射条纹。 正确的选择是c。评价：光的干扰作用、衍射和机械波的干扰作用、衍射在原理上完全相似，在复习中可以与对照类比。例题2 .芯片干扰作用是薄膜干扰作用，其装置如下图甲所示。 将一块平板玻璃放置在另一块平板玻璃上，在一端夹入两张纸片，在两块玻璃表面之间形