2022高三物理高考知识点分析光的本性物理光学

光的本性物理光学微粒说（牛顿）知识网络：波动说（惠更斯）光的本性学说发展史电磁说（麦克斯韦）光子说（爱因斯坦）光的波粒二象说物理光学光的干预波动性光的波粒二象性光的衍射粒子性――光电效应一、粒子说和波动说1、微粒说——（牛顿）认为个光是粒子流，从光源出发，在平均介质中按照力学规律做匀速直线运动。成功——直线流传（匀速直线运动）、反射（经典粒子打在界面上）困难——干预，衍射（波的特性），折射（粒子受到界面的吸引和排挤：折射角、不能视同一律），光芒交错2、波动说——（荷兰）惠更斯、（法）菲涅尔，光在“以太”中以某种振动向外流传成功——反射、折射、干预、衍射困难——光电效应、康普顿效应、偏振19世纪以前，微粒说一直占上风1）人们习习用经典的机械波的理论去理解光的本性。2）牛顿的声威3）波动理论本身不够完善（以太、惠更斯无法科学的给出周期和波长的观点）3、光的电磁说——（英）麦克斯韦，光是一种电磁波4、光电效应——证明光拥有粒子性二、光的双缝干预——证明光是一种波1、实验1801年，（英）托马斯·杨单色光单孔屏双孔屏接收屏2、现象1）接收屏上看到明暗相间的等宽等距条纹。中央亮条纹2）波长越大，条纹越宽3）如果用复色光（白），出现彩色条纹。中央复色（白）原因：相干光源在屏上叠加（加强或减弱）3、小孔的作用：产生同频次的光双孔的作用：产生相干光源（频次相同，步调一致，两小孔出来的光是完全相同的。）4、条纹的亮暗L2—L1=（2K1）λ/2弱L2—L1=2K*λ/2=Kλ强5、条纹间距∝波长X=λL/d波长

双缝到屏的距离

双缝距离6、

1m=10

9nm

1m=10

10

A【例

1】

用绿光做双缝干预实验，在光屏上体现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为。下列说法中正确的有（C）A如果增大单缝到双缝间的距离，将增大B如果增大双缝之间的距离，将增大C如果增大双缝到光屏之间的距离，将增大D如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，将增大三、薄膜干预——光是一种波1、实验酒精中撒钠盐，火焰发出单色的黄光2、现象（1）薄膜的反射光中看到了明暗相间的条纹。条纹等宽（2）波长越大，条纹越宽（3）如果用复色光，出现彩色条纹3、原因——以前后表面反射回来的两列频次相同的光波叠加，峰峰强、谷谷强、峰谷弱（阳光下的肥皂泡、水面上的油膜、压紧的两块玻璃）4、科技技上的应用（1）查平面的平整程度单色光入射，a的下表面与

b的上表面反射光叠加，出现明暗相间的条纹

，如果被检查的平面是平的，那么空气厚度相同的各点就位于同一条直线上，干预后获得的是直条纹，否则条纹弯曲。（2）增透膜膜的厚度为入射光在薄膜中波长的1/4倍时，从薄膜的两个面反射的波相遇，峰谷叠加，反射减，抵消黄、绿光，镜头呈淡紫色。【例2】运动员在登雪山时要注意防备紫外线的过分照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地破坏视力。有人想利用薄膜干预的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛的伤害的眼镜。他采用的薄膜材料的折射率为n=，所要除去的紫外线的频次为×1014H，那么它设计的这种“增反膜”的厚度起码是多少解：为了减少进入眼睛的紫外线，应当使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，因此光程差应当是波长的整数倍，因此膜的厚度起码是紫外线在膜中波长的1/2。紫外线在真空中的波长是λ=c/ν=×10-7m，在膜中的波长是λ/=/=×10-7m，因此膜的λn厚度起码是×10-7m。四．光的衍射——光是一种波1、实验单缝衍射小孔衍射光绕过直线路径到障碍物的阴影里去的现象，称光的衍射，其条纹称衍射条纹2、条纹的特点：条纹宽度不相同，正中央是亮条纹，最宽最亮，若复色光（白），彩色条纹，中央复色（白）3、泊送亮斑——（法）菲涅尔理论泊松数学推导4、光的直线流传是近似规律五．光的电磁说——麦克斯韦根据电磁波与光在真空中的流传速度相同，提出光在本质上是一种电磁波，这就是光的电磁说，赫兹用实考证了然光的电磁说的正确性。1、电磁波谱：波长从大到小排列次序为：无线电波、红外线（一切物体都放出红外线，1800年，英国赫谢尔）、可见光、紫外线（一切高温物体，如太阳、弧光灯发出的光都含有紫外线，1801年，德国里特）、X射线（高速电子流照射到任何固体上都会产生射线，1895年，德国伦琴，）、γ射线。各样电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。各样电磁波的产活力理分别是：无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；伦琴射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的。2、各样电磁波的产生、特性及应用。电磁波产活力理特性应用无线电LC电路中的周波动性强无线技术波期性振荡红外线原子的最外层电热作用显著，衍射性强加热、高空摄影、红外遥感可见光惹起视觉产生色彩效应照明、摄影、光合作用子受激发后产生紫外线的化学、生理作用显著、日光灯、医疗上杀菌消毒、治能产生荧光效应疗皮肤病、软骨病等伦琴射原子的内层电子穿透本领很大医疗透视、工业探伤线受激发后产生的原子核受激发后探伤；电离作用；对生物组织γ射线穿透本领最强的物理、化学作用；医疗上杀产生的菌消毒；3、实考证明：物体辐射出的电磁波中辐射最强的波长λm和物体温度T之间知足关系λmTb（b为常数）。可见高温物体辐射出的电磁波频次较高。在宇宙学中，能够根据接收到的恒星发出的光的频次，剖析其表面温度。【例4】为了转播火箭发射现场的实况，在发射场成立了发射台，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。为了不让发射场邻近的小山挡住信号，需要在小山顶上建了一个转发站，用来转发

_____信号，这是因为该信号的波长太

______，不易发生显然衍射。解：波长越长越容易显然衍射，波长越短衍射越不显然，表现出直线流传性。这时就需要在山顶建转发站。因此此题的转发站一定是转发电视信号的，因为其波长很短。【例5】伦琴射线管的构造，电源E给灯丝K加热，从而发射出热电子，热电子在

K、A间的强电场作用下高速向对阴极

A飞去。电子流打到

A极表面，激发出高频电磁波，这就是

X射线。正确的有

（

AC

）、Q间应接高压直流电，且

Q接正极、Q间应接高压沟通电、A间是高速电子流即阴极射线，从A发出的是X射线即一种高频电磁波、Q间的沟通电的频次相同六．光电效应——在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。射锌版，有电子从锌版表面飞出，使原来不带电的验电器带

（右图装置中，用弧光灯照正电。）光效应中发射出来的电子叫光电子。（1）光电效应的规律。①各样金属都存在极限频次ν0，有ν≥ν0才能发生光电效应；②光电子的最大初动能与入射

只光的强度无关，只随入光的频次增大而增大；③当入射光的频次大于极限频次时，光电流的强度与入光的强度成正比；④刹时性（光电子的产生不超过10-9）。（2）．光子说①、普朗克量子理论～电磁波的发射和接收是不连续的，是一份一份的，每一份叫能量子或量子，每一份的能量是E＝hγ，h＝×10－34J·，称为普朗克常量。②爱因斯坦光子说～光的发射、流传、接收是不连续的，是一份一份的，每一份叫一个光子。其能量E＝hγ。解释：一对一，不积累，能量守恒，③爱因斯坦光电效应方程1mv2hwE=hν⑷：E=h-W（E是光电子的最大初动能；2W是逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子战胜正电荷引力所做的功。）（3）．光电管玻璃泡阴极K（碱金属）阳极A【例7】对爱因斯坦光电效应方程EK=hν-W，下面的理解正确的有（C。）A只假如用同种频次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拥有同样的初动能EK表示每个光电子从金属中飞出过程中战胜金属中正电荷引力所做的功hν0光电子的最大初动能和入射光的频次成正比4）．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单有能量，也拥有动量。实验结果证明这个设想是正确的。因此康普顿效应也证了然光拥有粒子性。七康普顿效应八、光的波粒二象性1．光的波粒二象性人们无法用其中一种观点把光的所有现象解释清楚，只能认为光拥有波粒二象性，但不能把它当作宏观经典的波和粒子。减小窄缝的宽度，减弱光的强度，使光子一个一个的经过，到达接收屏的底片上。若暴光时间短，底片上是不规则的亮点，若暴光时间长，底片上是条纹干预、衍射和偏振以无可辩驳的事实表示光是一种波；光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表示光是一种粒子；因此现代物理学认为：光拥有波粒二象性。2．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，对大量光子才存心义。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高的光子容易表现出粒子性；ν低的光子容易表现出波动性。⑶光在流传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=hν，光子的动量表示式也能够看出，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点的物理量——频次ν和波长λ。由以上两式和波速公式c=λν还能够得出：E=3，设激光束的光子全部被铝球吸收，求铝球的直径是多大（计算中可取π=3，g=10m/2）解：设每个激光光子的能量为，动量为nn，远大于纳米，会发生显然的衍PE,FpEtt射现象，因此不能精准聚焦。如果用很高的电压使电子加快，使它拥有很大的动量，其物质波的波长就会很短，衍射的影响就小多了。因此此题应选A。九．光的偏振⑴光的偏振也证了然光是一种波，而且是横波。各样电磁波中电场E的方向、磁场B的方向和电磁波的流传方向之间，两两互相垂直。⑵光波的感光作用和生理作用主假如由电场强度E惹起的，将E的振动称为光振动。⑶自然光。太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含垂直于流传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。自然光经过偏振片后，在垂直于流传方向的平面上，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巧是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。我们往常看到的绝大多半光都是偏振光。十、激光1）方向性好．激光束的光芒平行度极好，从地面上发射的一束极细的激光束，抵达月球表面时，也只发散成直径m多的光斑，因此激光在地面上流传时，能够当作是不发散的．2）单色性强．激光器发射的激光，都集中在一个极窄的频次范围内，由于光的颜色是由频次决定的，因此激光器是最理想的单色光源．由于激光束的高度平行性及极强的