电磁感应（五）（上）

朽木易折，金石可镂。千里之行，始于足下。第页/共页第7讲第7讲物理光学本讲导学本讲导学惠更斯原理。光的干涉光的衍射光的偏振光电效应。总之本讲是异常让人发疯的一讲，基本上我们只是生硬的采纳了一些新的现象。谈不上很系统的理解。今后我们会在高二课程中系统的讲述关于这讲实验的理解以及推导。知识点睛知识点睛引入：惠更斯原理惠更斯指出，由光源发出的光波，在同一时刻t时它所达到的各点的集合所构成的面，叫做此时刻的波阵面（又称为波前），在同一波阵面上各点的相位都相同，且波阵面上的各点又都作为新的波源向外发射子波，子波相遇时可以互相叠加，历时△t后，这些子波的包络面就是t+△t时刻的新的波阵面。波的传扬方向与波阵面垂直，波阵面是一个平面的波叫做平面波，其传扬方向与此平面垂直，波阵面是一个球面（或球面的一部分）的波叫做球面波，其传扬方向为沿球面的半径方向,如图2）菲涅耳对惠更斯原理的改进（惠—菲原理）波面S上每个面积单元都可看作新的波源，它们均发出次波，波面前方空间某一点P的振动可以由S面上所有面积所发出的次波在该点迭加后的合振幅来表示。面积元ds所发出各次波的振幅和位相符合下列四个假设：=1\*GB3①在波动理论中，波面是一个等位相面，因而可以认为面上名点所发出的所有次波都有相同的初位相②次波在P点处的振幅与r成反比。SPN③从面积元所发出的次波的振幅正比于的面积，且与倾角θ有关，其中θ为ds的法线N与ds到P点的连线r之间的夹角，即从ds发出的次波到达P点时的振幅随θ的增大而减小（倾斜因数）。SPN④次波在P点处的位相，由光程决定。一、光的干涉1．干涉现象频率相同，振动方向一致，相差恒定（步调差恒定）的两束光，在相遇的区域浮上了稳定相间的加强区域和削弱区域的现象。（1）产生干涉的条件：=1\*GB3①若S1、S2光振动情况彻低相同，则符合，（）时，浮上亮条纹；=2\*GB3②若符合，（）时，浮上暗条纹。相邻亮条纹（或相邻暗条纹）之间的中央间距为。（2）认识条纹特点中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹。2．用双缝干涉测量光的波长原理：两个相邻的亮纹或暗条纹的中央间距是测波长为：（1）看见双缝干涉图样：只改变缝宽，用相同的色光来做；只改变屏与缝的间距看条纹间距的变化单色光：形成明暗相间的条纹。白光：中央亮条纹的边缘处浮上了彩色条纹。这是因为白光是由不同色彩的单色光复合而成的，而不同色光的波长不同，在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离不变的条件下，光波的波长越长，各条纹之间的距离越大，条纹间距与光波的波长成正比。各色光在双缝的中垂线上均为亮条纹，故各色光重合为白色。（2）测定单色光的波长：双缝间距是已知的，测屏到双缝的距离，测相邻两条亮纹间的距离，测出个亮纹间的距离，则两个相邻亮条纹间距：3．薄膜干涉中的色散现象用肥皂膜做薄膜干涉实验：在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光。把灯丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜。把这层液膜当成平面镜，用它看见灯焰的像。这个像与直接看到的灯焰有什么不同？如图：把这层液膜当做一个平面镜，用它看见灯焰的像：是液膜前后两个反射的光形成的，与双缝干涉的情况相同，在膜上不同位置，来自前后两个面的反射光用图中实虚线来代表两列光，所走的路程差不同。在某些位置叠加后加强，浮上了亮纹，在另一些位置，叠加后互相削弱，于是浮上了暗纹。注重：关于薄膜干涉要弄清的几个问题：（1）是哪两列光波发生干涉；（2）应该从哪个方向去看见干涉图样；（3）条纹会向哪个方向侧移4．应用（1）照相机、望远镜的镜头表面的增透膜。（2）检查工件表面是否平整。二、光的衍射光偏离直线传扬绕过障碍物进入阴影区域里的现象。产生显然衍射的条件：障碍物或孔（缝）的尺寸与波长可比（相差不多）或更小。单色光单缝衍射图象特点：中央条纹最宽最亮，两侧为不等间隔的明暗相间的条纹。应用：用衍射光栅测定光波波长。三、光的偏振如图甲所示，让阳光或灯光通过偏振片，在的另一侧看见，可以看到偏振片是透明的。以光的传扬方向为轴旋转偏振片，透射光的强度变化吗？在偏振片的后面再放置另一个偏振片，以光的传扬方向为轴旋转偏振片，看见通过两块偏振片的透射光的强度变化。天然光通过偏振片后，在垂直于传扬方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。光的偏振也证实了光是一种波，而且是横波。太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含垂直于传扬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，这种光叫天然光。四、光电效应1．光电效应实验光的电磁说，使光的理论发展到相当完美的地步，取得了庞大成就，但是并不能解释所有的光现象，光电效应现象的浮上，光的电磁说碰到了不可克服的艰难．演示光电效应实验：锌板被光照后，验电器带正电，说明从锌板表面上发射出电子在光（包括不可见光）照耀下从物体发射出电子（光子）的现象叫做光电效应．2．光电效应结论（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，才干产生光电效应；低于这个频率的光不能产生光电效应．（2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率的增大而增大．（3）入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，普通不超过．（4）当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比．3．光电效应与光的电磁说的矛盾光的电磁说不能解释前三条实验结论．（1）按照光的电磁说，光是电磁波，是变化的电场与变化的磁场的传扬．入射光照耀到金属上时，金属中的自由电子受变化电场的驱动力作用而做受迫振动，增大入射光的强度，光波的振幅增大，当电子做受迫振动的振幅充足大时，总可挣脱金属束缚而逸出，成为光电子，不应存在极限频率．（2）按照光的电磁说，光的强度应由光波的振幅决定，因此光电子的最大初动能应与入射光的强度有关．（3）按照光的电磁说，光电子的产生需要较长的时光而不是眨眼．光电磁说与光电效应现象产生了尖锐的矛盾．是谁总算胜利地解释了光电效应现象？4．光子说年德国物理学家普朗克在研究“电磁场辐射的能量分布”时发现，惟独认为电磁波的发射和吸收不是延续的，而是一份一份地举行的，每一份的能量等于，理论计算的结果才干跟实验事实彻低符合．普朗克恒量爱因斯坦在上述学说的启发下,于年提出光的光子说,在空间传扬的光也不是延续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子,光子的能量与频率成正比.．光子说对光电效应的解释:光子的能量只与光的频率有关，金属中的电子吸收的光子的频率越大，电子获得的能量也就越多，当能量足以使电子挣脱金属束缚时就能从金属表面逸出，成为光电子．因而存在一个能使电子获得充足能量的频率，即极限频率．上述解释同样能解释光电效应第二条结论．电子吸收了光子后，动能赶紧就增强了，不需要能量的堆积过程，因此光电子的发射几乎是瞬时的．按照能量守恒定律:（光电方程）5．光电效应的应用（1）将光能量转化成其它能量将太阳能转化为化学能——太阳能电池．（2）用来检查光信号（3）光电管光电管：如图所示．光电管是利用光电效应把光信号转化为电信号的器件．为抽成真空的光电管，是石英窗口，光芒可通过它照耀到金属板上，金属板和组成一对电极与外部电路相衔接．光源为白炽灯，在光源和石英窗口之间插入不同色彩的滤光片可以改变入射光的频率，光源的亮度可以通过另一套装置调节．制成光电管，可将光信号转化为声音信号．如电影，以前需一边放一边配音，现在则不用了，直接得声音信号．（4）自动化装置、无线电传真和光纤通信技术中．知识点睛知识点睛在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏幕上看见到了彩色干涉条纹,若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光),另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光),这时A.有红色和绿色的双缝干涉条纹,其他色彩的双缝干涉条纹出现B.红色和绿色的双缝干涉条纹出现,其它色彩的双缝干涉条纹依然存在C.任何色彩的双缝干涉条纹都不存在,但屏上仍有光亮D.屏上无任何光亮在双缝干涉实验中，双缝到光屏上点的距离之差；若分离用频率和频率为的单色光垂直照耀双缝，则点浮上条纹的情况是以下哪种()A．用频率为的单色光照耀时，浮上明条纹B．用频率为的单色光照耀时，浮上明条纹C．用频率为的单色光照耀时，浮上暗条纹D．用频率为的单色光照耀时，浮上暗条纹如图是研究光的双缝干涉用的暗示图，挡板上有两条狭缝、，由和发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹.已知入射激光的波长为，屏上的点到两缝和的距离相等，倘若把处的亮条记作第0号亮纹，由向上数，与0号亮纹相邻的亮纹为1号亮纹，与1号亮纹相邻的亮纹为2号亮纹，则处的亮纹恰好是10号亮纹.设直线的长度为，的长度为，则等于（）A．B.C. D.

如图中甲的装置，按照光的薄膜干涉原理检查被检平面是否平直.结果得到图乙所示干涉图样（图乙是图甲的鸟瞰图）.据此可知被检平面有缺陷处的缺陷类别是（）A.凸起 B.凹下C.可能凸起也可能凹下 D.无法判断劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示.将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜.当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示.干涉条纹有如下特点：（1）随意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）随意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定.现若在第一图装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下看见到的干涉条纹（）A．变疏 B．变密 C．不变 D．出现如图所示，红光、蓝光各自通过一个双缝干涉器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样（灰黑色部分表示亮纹）.则在下面的四个图中从左往右罗列,亮条纹的色彩依次是（）A.红黄蓝紫 B.红紫蓝黄 C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫单色光源发生的光经一狭缝，照耀到光屏上，可看见到的图像是图中的（）

如图所示，a表示单缝，b表示双缝，用某单色光分离照耀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看见到明暗相间的条纹（图中阴影表示明条纹），如图c、d所示.下列关于缝和条纹间关系的说法中准确的是（）A.图c表示单缝衍射条纹，图d表示双缝干涉条纹B.单缝越宽，越容易看见到对应的明暗条纹C.双缝间距离越小，对应条纹间距越大D.照耀双缝的单色光波长越小，对应条纹间距越大如图所示，甲、乙为单色光通过窄缝后形成的明暗相间的两种条纹图样，下列判断准确的是（）A.甲为单缝衍射的图样 B.乙为双缝干涉的图样C.甲为双缝干涉的图样 D.乙为单缝衍射的图样如图是看见立体电影时放映机镜头上的偏振片和看见者所带的偏光眼镜的配置情况，其中准确的是（）

一段时光以来，“假奶粉事件”闹得沸沸扬扬，奶粉的碳水化合物（糖）含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量.偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传扬方向向左或向旋转一个角度，这一角度称为“旋光度”，的值只与糖溶液的浓度有关，将的测量值与标准值相比较，就能决定被测样品的含糖量了.如图所示，是天然光源，是偏振片，转动，使到达处的光最强，然后将被测样品置于之间，则下列说法中准确的是（）A.到达处光的强度会显然削弱B.到达处光的强度不会显然削弱C.将偏振片转动一个角度，使得处光的强度最大，偏振片转过的角度等于D.将偏振片转动一个角度，使得处光的强度最大，偏振片转过的角度等于1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质.1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果（称洛埃镜实验）.（1）洛埃镜实验的基本装置如图所示，为单色光源，为一平面镜.试用平面镜成像作图法在答题卡上画出经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域.（2）设光源到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分离为和，光的波长为，在光屏上形成干涉条纹.写出相邻两条亮纹（或暗纹）间距离的表达式.光电效应的实验结论是：对于某种金属（）A.无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生电效应B.无论光的频率多低，只要光照时光充足长就能产生光电效应C.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D.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关于光电效应，下列说法准确的是＿＿＿＿（填入选项前的字母）A.极限频率越大的金属材料逸出功率大B.只要光照耀的时光充足长，任何金属都能产生光电效应C.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D.入射光的光强一定时，频率越高，单位时光内逸出的光电子数就越多

已知一束可见光是由三种单色光组成的.检测发现三种单色光中，两种色光的频率都大于色光；色光能使某金属发生光电效应，而色光不能使光金属发生光电效应.那么，光束通过三棱镜的情况是（）如图，当电键K断开时，用光子能量为的一束光照耀到阴极，发现电流表读数不为零.合上电键，调节滑线变阻器，发生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（）A. B. C. D.研究光电效应逻辑的实验装置如图所示，以频率为的光照耀光电管阴极时，有光电子产生.因为光电管间加的是反向电压，光电子从阴极发射后将向阳极作减速运动.光电流由图中电流计测出，反向电压由电压表测出.当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压.在下列表示光电效应实验逻辑的图像中，错误的是（）在图所示的光电管的实验中，发现用一定频率的单色光照耀光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的单色光照耀时不发生光电效应，那么（）A.光的频率大于光的频率 B.光的频率大于光的频率C.用光照耀光电管时流过电流表G的电流方向是流向D.用光照耀光电管时流过电流表G的电流方向是流向如图为伦琴射线的暗示图，为阴极钨丝，发射的电子的初速度为零，为对阴极（阳极），当之间加直流电压时，电子被加速地打在对阴极上，使之发出伦琴射线，设电子的动能所有转化为伦琴射线的能量，试求：（1）电子到达对阴极的速度是多大？（2）由对阴极发出的伦琴射线的最短波长是多大？（3）若间的电流为，那么每秒钟从对阴极最多能辐射出多少个伦琴射线电子？（电子电荷量，质量）光具有波粒二象性，光子的能量，其中频率表示波的特性，在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量与光波波长的关系：，若某激光管以的功率发射波长为的光波，试按照上述理论计算：（1）该管在内发射出多个光子？（2）若光束所有被某黑体表面吸收，那么该黑体表面所受到光速对它的作使劲为多大？小练习在一个亮着的小电珠和光屏之间，放一个带圆孔的遮光板，在圆孔直径从1厘米左或右逐渐变小到闭合的囫囵过程中，在屏上依次看到：a.彻低黑暗 b.小孔成像c.衍射图样 d.图形亮斑准确顺序是：A.abcd B.dbca C.bdca D.cdba在双缝干涉实验中，用黄光得到一个干涉图样，若要使其干涉条纹间的距离变大，可以采取的主意是（）A.换用绿色的滤光片B.换用红色的滤光片C.使光源发出的光更强一些D.使光屏向双缝靠拢一些光电效应实验的装置如图，则下列说法中准确的是（）A.用紫色光照耀锌板，验电器指针会发生偏转B.用红色光照耀锌板，验电器指针会发生偏转C.锌板带的是负电荷D.使验电器指针发生偏转的是正电荷科技史科技史对物质结构的探索几千年来，人类对物质结构的探索，只是在近两三百年里，异常是近百年里才进入科学阶段，得出了物质最小构成单位是原子的科学论断。300年前，俄国科学家门捷列夫从已发现的元素中发现了逻辑性，制成了元素周期表，预测了未发现的元素的特性。从此人们认识到，我们周围的一切物质都是由元素组成的，每一种元素都有化学性质相同的原子。近百年来，在科学实验的基础上，物理学家们发现了电子，质子和原子核，并逐步形成了原子模型，认识到原子是由原子核与核外运动的电子所组成。最初的认识是原子核只由质子组成，一定数目的电子和相同数目的质子组成原子，不同电子数和不同质子数的原子构成不同的元素。本世纪30年代，科学家们又陆续发现了中子，正电子。后来在宇宙射线中又发现了μ子，π介子和神奇粒子。50年代以后，通过高能加速器又发现了大批新粒子。这里所说的“粒子”是指比原子核更小的下一个层次的极小颗粒。到目