高三复习光的本性

第十七章光的本性知识结构「连续光谱「发射光谱C1明线光谱（线状谱）「L吸收光谱卜光谱分析H光谱电磁波谱无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、Y射线电磁波谱光的本性双缝干涉<光的波动性”光的衍射光的偏振光的本性双缝干涉<光的波动性”光的衍射光的偏振光的干涉薄膜干涉1■康普顿效应二．基础回顾1．光本性学说发展简史：学说名称提出代表者内容实验基础能解释的现象困难微粒说牛顿光是沿直线传播的粒子流光的直线传播光的直进光的反射无法解释同时发生反射和折射波动说惠更斯光疋某种振动，以波的形式从光源向周围传播光的干涉和衍射光的反射、折射、干涉和衍射难以解释光的直进，真空中光的传播介质光的电磁说麦克斯韦光疋种电磁波赫兹的电磁波实验许多光的现象无法解释光电效应光子说爱因斯坦光是一种能量子光电效应各种光学现象2．光的波动性（1）光的干涉相干光源的条件：两光源频率相同。获得相干光的办法是：把一个点光源（或线光源）发出的光分为两列光。如杨氏双缝干涉实验；利用薄膜前后表面的反射光等。杨氏双缝干涉中出现亮、暗条纹的条件：路程差等于波长整数倍；即路程那r=kA(k=0.1、2…)处，出现亮纹。路程差等于半波长的奇数倍，即路程差厶r=(2k+l)A(k=0、1、2…)处出现暗纹。明纹之间或暗纹之间的距离2总是相等的，狭缝间距离为d狭缝与屏距离为L则条纹的间距用公式表示为Ax=纟九。d③实例：薄膜干涉：如肥皂泡、水面上或马路上的薄油层、检查精密零件的表面质量。(2)光的衍射：光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象，叫光的衍射。产生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相比甚至比光的波长还要小。图样：产生明暗(或彩色)条纹或光环。光的衍射现象证明光是一种波(3)光的偏振现象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的方向、磁场B的方向和电磁波的传播方向之间，两两互相垂直。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。偏振光：自然光通过偏振片后，在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。3．光的电磁本性麦克斯韦的光的电磁说：光是一种电磁波。光和电磁波都可以在真空中传播;光和电磁波在真空中速度相等，均为3X108m/s。赫兹用实验证明了麦克斯韦的光的电磁说是正确的。电磁波跟光波一样具有反射、干涉、衍射等性质；测算出电磁波的波速等于光速。电磁波谱电磁波谱：由无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴(或X射线)、Y射线组合起来构成电磁波谱。不同的电磁波产生的机理不同：振荡电路中的自由电子振荡一一无线电波；原子外层电子受激——红外线、可见光、紫外线；原子内层电子受激——伦琴射线；原子核受激——Y射线。③红外线、紫外线及伦琴射线的产生、特点和应用射线名称红外线紫外线伦琴射线发现人赫谢耳里特伦琴产生一切物体都在不停地辐射咼温物体发出的光中含有高速电子流射到固体上产生特点热作用强化学作用穿透本领大主要应用加热物体、远距离摄影、红外线遥感激发荧光、杀菌消毒透视人体、探测金属内部4．光的粒子性(1)光电效应①在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。(用弧光灯照射锌板，有电子从锌板表面飞出，使原来不带电的验电器带正电。)②光电效应的规律：I.各种金属都存在极限频率”0,只有v》0才能发生光电效应；II.瞬时性(光电子的产生不超过10-9S)。⑶爱因斯坦的光子说。光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量E跟光的频率V成正比：E=hv

爱因斯坦光电效应方程：Ek=hvW(Ek是光电子的最大初动能；W是逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功。)(2)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。实验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。5．光的波粒二象性光的波粒二象性就是光的本性。光子能量决定于光的频率，说明光本身具有波粒二象性。大量光子产生的效果显示出波动性，因而频率小的电磁波容易观察到波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性，因而频率大的电磁波粒子性显著。概率波：光波是一种概率波实物粒子也具有波动性。即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，而且粒子的能量£和动量P跟它所对应的波的频率v和波长九之间，也像光子的光波一样，遵从：v=三，X=hP6．光谱和光谱分析(1)光谱的分类、产生和特点光谱的分类产生办法特点发射光谱连续光谱炽热固体、液体及高压气体发光包括红光到紫光连续分布的一切光波线状谱稀薄气体或金属蒸汽发光只有一些不连续的亮线吸收光谱(特征光谱)咼温物体发出的白光通过温度较低的物质在连续谱的背景上出现一些暗线(2)光谱分析：每种元素都有自己的特征谱线。根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成的方法，叫光谱分析。三．典型例题问题1：光的干涉现象例1．如图为双缝干涉的实验示意图，若要使干涉条纹的间距变大可改用波长更(填长、短)的单色光，或是使双缝与光屏间的距离(填增大、减小)。解析：依据双缝干涉条纹间距规律Ax=-X，可知要使干d涉条纹的间距变大，需要改用波长更长的单色光，应增大双缝与屏之间的距离-。答案：长，增大。例2．下列有关光现象的说法正确的是()在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大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解析：根据干涉条纹的间距的公式Ax=-X可知，由于紫光的波长比红光的波长短，

d所以改为红光后条纹间距一定增大，A正确；紫光的临界角比红光的临界角小，所以紫光发生全反射后红光不一定发生全反射，B错误；由于紫光的频率大于红光的频率，所以紫光的能量比红光的能量大，紫光发生光电效应红光不一定发生光电效应，C错误，拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振镜是为了防止玻璃的反光，所以D错误。答案：A问题2：光的衍射现象例3：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（）在衍射图样的中心都是亮斑泊松亮斑中心亮点周围的暗环较宽小孔衍射的衍射图样的中心是暗斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑小孔衍射的衍射图样中亮、暗条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：A、B选项是正确的，C、D选项是错误的。例4：为了转播火箭发射现场的实况，在发射场建立了发射台，用于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0.566m。为了不让发射场附近的小山挡住信号，需要在小山顶上建一个转发站，用来转发信号，这是因为该信号的波长太，不易发生明显衍射。解析：电磁波的波长越长越容易发生明显衍射，波长越短衍射越不明显，表现出直线传播性。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。问题3：光的偏振现象例5：有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光除了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：机械波中的横波能发生偏振。自然光不一定非要通过偏振片才能变为偏振光。本题应选BD。问题4：光电效应例6：光电效应的实验结论是：对于某种金属（）无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大解析：每种金属都有它的极限频率v，只有入射光子的频率大于极限频率v时，才会00发生光电效应，且入射光的强度越大则产生的光子数越多，光电流越强；由光电效应方程E=hv-W=hv-h，可知入射光子的频k0率越大，产生的光电子的最大初动能也越大，与入射光的强度无关，所以AD正确。例7：对爱因斯坦光电效应方程Ek=hv-W，下面的理解正确的有（）K只要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EK式中的W表示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逸出功W和极限频率v0之间应满足关系式W=hv0光电子的最大初动能和入射光的频率成正比解析：爱因斯坦光电效应方程Ek=hv-W中的W表示从金属表面直接逸出的光电子克服K金属中正电荷引力做的功，因此是所有逸出的光电子中克服引力做功的最小值。对应的光电子的初动能是所有光电子中最大的。其它光电子的初动能都小于这个值。若入射光的频率恰

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W=hv0。由Ek=hv-W可知Ek和V之间是一次函数关系，但不是成正比关系。本题应选Co0KK例8：如图，当电键K断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P,发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为()1.9eVB.0.6eV2.5eVD.3.1eV解析：电流表读数刚好为零说明刚好没有光电子能够到达阳极，也就是光电子的最大初动能刚好为0.6eV。由Ek=hv-W可知W=1.9eV。K选A。问题5：光的波粒二象性例9：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m~50kg，百米跑时速度v~7m/s，则h6.63x10-34九二二=1.9x10-36mp50x7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10：为了观察到纳米级的微小结构，需要用到分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜。下列说法中正确的是()电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此不容易发生明显衍射电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长，因此不容易发生明显衍射电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此更容易发生明显衍射电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长，因此更容易发生明显衍射解析：为了观察纳米级的微小结构，用光学显微镜是不可能的。因为可见光的波长数量级是10-7m，远大于纳米，会发生明显的衍射现象，因此不能精确聚焦。如果用很高的电压使电子加速，使它具有很大的动量，其物质波的波长就会很短，衍射的影响就小多了。因此本题应选A。四．单元测试下列说法正确的是(A)用分光镜观测光谱是利用光折射时的色散现象用X光机透视人体是利用光电效应光导纤维传输信号是利用光的干涉现象门镜可以扩大视野是利用光的衍射现象2.3.已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光(C)在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大C•从该玻璃中射入空气发生反射时，红光临界角较大

用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较大4.红光和紫光相比（B）A•红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大B•红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较小根据电磁波谱从下列选项中选出电磁波的范围相互交错重叠、且频率顺序由高到低排列的情况（A）伦琴射线、紫外线、可见光B.伦琴射线、紫外线、红外线C.紫外线、红外线、可见光D.无线电波、红外线、紫外线7.如图所示，一束复色光通过玻璃棱镜发生色散现象，分成a、b两束，下列说法正确的是（B）A.a光在玻璃中传播速度比b光在玻璃中传播速度小B•玻璃对a光的折射率比对b光的小在双缝干涉实验中，在实验条件完全相同的情况下b光比a光的干涉条纹间距宽若b光照射到某金属表面有光电子逸出，则a光照射也一定有光电子逸出用a、b、c、d表示四种单色光，若a、b从同种玻璃射向空气，a的临界角小于b的临界角用b、c和d在相同条件下分别做双缝干涉实验，c的条纹间距最大用b、d照射某金属表面，只有b能使其发射电子。则可推断a、b、c、d可能分别是（A）紫光、蓝光、红光、橙光B.蓝光、紫光、红光、橙光C.紫光、蓝光、橙光、红光D.紫光、橙光、红光、蓝光在杨氏双缝干涉实验中，如果（BD）用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹解析：白光作杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A错；用红光作光源，屏上将呈现红色两条纹与暗条纹（即黑条纹）相间，B对；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，C错；紫光作光源，遮住一条狭缝，屏上出现单缝衍射条纹，即间距不等的条纹，D对。关于光电效应，下列说法正确的是（A）极限频率越大的金属材料逸出功越大只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（D）

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用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象在光导纤维束内传送图像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涉现象13.下列说法正确的是（B）用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象电视机遥控器是利用发出紫外线脉冲信号来变换频道的如图，P是一偏振片，P的透振方向（用带有箭头的实线表示）为竖直方向。下列四种ABD)入射光束中，哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光？ABD)太阳光沿竖直方向振动的光沿水平方向振动的光沿与竖直方向成45°角振动的光光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹，衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应，这一现象说明（BC）光是电磁波光具有波动性光是电磁波光具有波动性光可以携带信息D.光具有波粒二象性光的偏振现象说明光是横波，下列现象中不能反映光的偏振特性的是（D）—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