高三一轮复习光学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,高三一轮复习,光学,2月,光是一种物质微粒,反射,折射,光是一种波,干涉,衍射,偏振,光是一种横波,光是一种电磁波,麦克斯韦的预言,赫兹的电火花实验,光子说,光电效应,光是一种概率波,光具有波粒二象性,实物粒子也具有波粒二象性,物质波,光的认识发展史,反射定律与折射定律,全反射,发生全反射的条件,光由光密介质射向光疏介质；入射角不小于等于临界角。,临界角：当入射角等于临界角时，折射角等于90。,光从介质射向真空(空气)时，临界角的计算：,sin 90/sinC n sinC1/nCarcsin1/n,应用：光导纤维,光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到几百微米之间，由内芯与外套两层构成。两者的折射率不一样，内芯的折射率大，外套的折射率小。,(07北京理综17)光导纤维的构造如图，其内芯和外套材料不一样，光在内芯中传播。如下有关光导纤维的说法对的的是,A内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射,B内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射,C内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面上发生折射,D内芯的折射率与外套的相似，外套的材料有韧性，可以起保护作用,A,红,紫,偏向角,折射率,频,率,同种介质中传播的速度,波,长,临界角,小,大,小,大,小,大,大,小,大,小,大,小,1紫光由折射率为n的棱镜进入空气，则下列结论对的的是,A频率为本来的n倍，波长为本来的1/n,B波长为本来的n倍，波速为本来的n倍,C波速为本来的1/n，波长为本来的n倍,D频率为本来的1/n，波长为本来的n倍,2,红光在水中的波长与绿光在空气中的波长相等，水对红光的折射率为,4/3,，则红光与绿光的频率之比为,3:4,3、如图所示，只含黄光和紫光的复色光束PO，沿半径方向射入空气中的玻璃半圆柱后，被提成两光束OA和OB沿如图所示方向射出则,AOA为黄光，OB为紫光,BOA为紫光，OB为黄光,COA为黄光，OB为复色光,DOA为紫光，OB为复色光,4如图所示，一束红光和一束紫光从空气中以合适的角度沿半径方向射向半圆形玻璃砖，恰好出射光线均沿OC方向，那么,AAO是红光，穿过玻璃砖的时间较短,BBO是红光，穿过玻璃砖的时间较长,CAO是紫光，穿过玻璃砖的时间较短,DBO是紫光，穿过玻璃砖的时间较长,5、a和b都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为。一细光束以入射角从P点射入，。已知此光束由红光和蓝光构成。则当光束透过b板后,A传播方向相对于入射光方向向左偏转角,B传播方向相对于入射光方向向右偏转角,C红光在蓝光的左边,D红光在蓝光的右边,条纹间距,相邻明纹间距,相邻暗纹间距,干涉条纹等间距分布,光的干涉,光是在空间传播的某种波,光是一种物质微粒，,在均匀的介质中以一定的速度传播,惠更斯,光的本性的大讨论,牛顿,光到底是什么,？,有关光本性的五个学说,牛顿的微粒说,光是高速粒子流。光的直线传播，反射等,惠更斯的波动说,光是空间传播的某种波。光的干涉和衍射等。,麦克斯韦的电磁说,光是一种电磁波，发展了光的波动理论。,爱因斯坦的光子说,成功地解释了光电效应，认为光具有粒子性。,德布罗意的波粒二象性,光既具有粒子性又具有波动性,波的干涉,两列频率相似的波(相干波)相遇时,在某些区域振动加强(波峰与波峰、波谷与波谷叠加),而在某些区域振动减弱(波峰与波谷叠加);且振动加强的区域与振动减弱的区域互相间隔.这种现象叫波的干涉,水波的干涉,18英国物理学家托马斯扬在试验室里成功地观测到了光的干涉现象.,思索：干涉现象是波动独有的特性，假如光真的是一种波，就必然会观测到光的干涉现象你看见过光的干涉现象吗？假如真的存在光的干涉现象，那么，光的干涉现象的干涉图样又是怎么样？,光的干涉,光的干涉双缝干涉,1、频率相似，振动方向一致，相差恒定的两束光，在相遇的区域出现了稳定相间的加强区域和减弱区域的现象。,现象：等间距明暗相间的条纹,白光的干涉图样,明暗相间的彩色条纹；,中央为白色亮条纹；,干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；,在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。,单缝,光源,双缝,光屏,杨氏双缝干涉实验,单色 光源,获得较窄光源,获得两个振动状况完全相似的光源,观测条纹特点,干涉图样,明暗相间的条纹,相干光源,干涉图样的特点,:,一、屏上到,S,1,S,2,距离相等的点出现的是明条纹,叫做,中央亮纹,二、明(暗)条纹的宽度相似,S1,S2,双缝,屏幕,P,1,第一亮纹,P,中央亮纹,P,2,第二亮纹,P,3,/,第三亮纹,P,3,第三亮纹,P,2,/,第二亮纹,P,1,/,第一亮纹,明条纹形成的原因,S1,S2,P,由于S1S2到中央亮纹的距离是相等的,又由于从S1S2发出的光是振动状况完全相似，那么,当其中一条光传来的是波峰时，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷时，另一条传来的也一定是波谷，在P点总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅AA1+A2为最大，P点总是振动加强的地方，故出现亮纹,1.“,中央明纹”的形成原因,:,光程差,=S,1,P,S,2,P=0,S1,S2,双缝,屏幕,中央亮纹,P,S1,S2,P,1,取P点上方的点P1，若从S1S2发出的光到P1点的光程差，恰好等于一种波长=S1S2=，则当其中一条光传来的是波峰时，另一条传来的也一定是波峰，其中一条光传来的是波谷时，另一条传来的也一定是波谷，在P1点总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅AA1+A2为最大，P1点总是振动加强的地方，故出现亮纹。,2,、,第一条亮纹的形成原因分析,光程差,=,s,1,p,1,-s,2,p,2,=,S1,S2,双缝,屏幕,第一亮纹,P,1,光程差,=S,1,P,2,-S,2,P,2,=,2,S1,S2,P,1,第二亮纹,P,2,S1,S2,P,2,S1,S2,2,2,双缝,S1,S2,屏幕,P1,第一亮纹,=,P,中央亮纹,=0,P2,第二亮纹,=2,P3/,第三亮纹,=3,P3,第三亮纹,=3,P2/,第二亮纹,=2,P1/,第一亮纹,=,当光程差,=,时出现亮纹,由此可以推断,n,Q,1,当其中一条光传来的是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一条光传来的是波谷，另一条传来的一定是波峰，,Q,1,点总是波峰与波谷相遇，振幅最小，,Q,1,点总是振动减弱的地方，故出现暗纹。,/2,S1,S2,暗条纹形成的原因,光程差,=,/2,S1,S2,Q,1,S1,S2,/2,双缝,S1,S2,屏幕,Q,2,第二暗纹,Q,1,第一暗纹,Q,3,第三暗纹,Q,3,/,第三暗纹,Q,2,/,第二暗纹,Q,1,/,第一暗纹,=5/2,=/2,=3/2,=5/2,=3/2,=/2,当光程差,=,半波长的奇数时出现暗纹,以此类推,总结产生明暗条纹的条件,光程差,=k,（,k=0,1,，,2,）,光程差,=,（,2k+1)/2 (k=0,1,2,、,）,产生亮条纹,产生暗条纹,干涉条纹的间距(条纹宽度)与哪些原因有关?,1,、什么是干涉条纹的间距,(,条纹宽度,)?,x,x,条纹间距的含义：相邻亮纹和亮纹之间的距离或暗纹和暗纹之间的距离叫做条纹间距。,A,B,通过几何关系可以证明：,在,L.d,时有,双缝与屏间的距离,光的波长,双缝间的距离,前表面,后表面,1、由于重力的作用，肥皂薄膜将形成上薄下厚的楔形。,2、光从薄膜的前后两个表面反射出来两列光波，这两列光波的频率相似，发生干涉。,光的干涉,薄膜干涉,3,、光程差为,波长的整数倍,，形成黄色的,亮条纹,。,4,、光程差为,半波长的奇数倍,，形成,暗条纹,。,5、在重力作用下，薄膜越来越薄。条纹间距变稀疏。,6、白光照射时，不一样色光在不一样位置互相加强，因此是彩色条纹。,7、膜越厚，不一样色光亮纹越密集，因此膜要足够薄，才能看到白光干涉条纹。,薄膜干涉在技术上的应用,1,、检查物体表面的平整程度,楔形空气薄层,原则样板,被检测平面,光在空气层的上下表面发生反射，这,两束反射光,发生干涉,.,假如被检测表面是平整的，将看到与底线平行的干涉条纹.,原因：厚度相等的地方，光程差同样、干涉状况同样，即某一厚度光叠加加强，该厚度所有加强，为亮纹；若叠加减弱，则为暗纹。,表面平整,这样的条纹阐明什么？,假如干涉条纹弯曲，阐明工件表面不平。,设厚度为 h 处为亮纹，由于该处下凹，厚度h 向劈尖方向平移，条纹向劈尖弯曲。,故条纹向劈尖方向弯曲，该处为下凹。,条纹向劈尖反方向弯曲，该处为上凸。,h,h,即薄膜的厚度：,两列反射光干涉相消，减小了反射光的能量，增强了透射光的能量，称为增透膜。,增透膜,2、增透膜：透镜表面涂一层薄膜，当薄膜前后两表面反射回来的光的旅程差为：,3,、牛顿环,光的衍射,1、光的衍射：光离开直线途径绕过障碍物，抵达阴影里的现象叫做光的衍射现象。,2、明显衍射的条件,障碍物或狭缝的尺寸比光的波长小或者跟波长相差不多。,3、物理意义：,光的衍射现象证明光是一种波。,光的衍射,单缝衍射,单色光,狭缝宽度可调,光屏,单缝,单缝衍射衍射图样,1、单缝衍射条纹特性,中央亮纹宽而亮,两侧条纹亮纹较窄、较暗，且有对称性,中央亮纹,2、观测下列衍射图样，分析衍射规律：,波长一定，单缝越窄中央条纹越宽，条纹间距越大。,红光,a=0.8mm,红光,a=0.4mm,单缝一定，光波波长越大，中央亮纹越宽，条纹间隔越大,红光,a=0.4mm,蓝光,a=0.4mm,3,、白光单缝衍射：中央亮条纹为白色，两侧为彩色，且呈外红内紫,白光,a=0.4mm,光的衍射与干涉,4,、干涉条纹与衍射条纹的区别,干涉,：等间距明暗相间条纹。,衍射,：中央亮纹较宽，两边是对称明暗相间的条纹，条纹宽度不等，间距不等。,（双缝）干涉图样,（单缝）衍射图样,双缝间距越小，条纹间距越大,单缝宽度越小，条纹间距越大,（单色光）波长越小，条纹间距越小,（单色光）波长越小，条纹间距越小,单色光形成明暗条纹，白光形成彩色条纹,单色光形成明暗条纹，白光形成彩色条纹,S,屏上出现清晰的光斑,光的衍射,圆孔衍射,光沿直线传播,A,B,1,、孔较大时：,屏上出现光源倒立的像,S,A,B,小孔成像,2,、孔减小时,光沿直线传播,S,屏上出现衍射图样,A,B,光的衍射,3,、孔较小时：,不只是狭缝和圆孔，多种不一样形状的物体都能使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原因是光通过物体的边缘而发生衍射的成果历史上曾有一种著名的衍射图样泊松亮斑,四、圆盘衍射,光的偏振,1、太阳、电灯等一般光源发出的光，包括着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，并且沿着各个方向振动的光波的强度都相似这种光叫做自然光.,2、自然光通过第一种偏振片（叫做起偏器）之后，只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通过也就是说，通过第一种偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一种特定的方向振动这种光叫做偏振光,横波只沿着某一种特定的方向振动，称为波的偏振只有横波才有偏振现象,3、通过第一种偏振片的偏振光再通过第二个偏振片（称为检偏器）时，假如两个偏振片的透振方向平行，那么，通过第一种偏振光的振动方向跟第二个偏振片的透振方向平行，透射光的强度最大,4、假如两个偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的振动方向跟第二个偏振片的透振方向垂直，偏振光不能通过第二个偏振片，透射光的强度为零,因此，光是一种横波,4.,偏振现象的应用,光的本性,1672,牛顿,微粒说,T/,年,惠更斯波动说,1690,麦克斯韦电磁说,1864,波动性,粒子性,1801,托马斯杨,双缝干涉,试验,1814,菲涅耳,衍射试验,赫兹,的电火花,1888,赫兹,发现光电效应,牛顿微粒说占主导地位,波动说,渐成真理,.,光电效应,1,定义：在光的照射下，物体表面发出电子的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫,光电子,。,原因：当光照射电子时，它吸取光子能量，振动加剧，当这个能量足够大时，就会是电子逸出，从而发生光电效应。,2、光电效应规律,1）光电效应的发生几乎是瞬时的，时间不超过109s。,2）任何金属均有一种能产生光电效应的最低照射光频率，叫做极限频率。,3）光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，而与入射光强度无关。,4）光电流强度与入射光的强度成正比。,得出结论,:,光电效应的发生与否，与光的强弱无关，与照射时间的长短无关，与光的频率、金属材料的种类有关。,阳极,阴极,真空玻璃管,电源,光强决定的饱和电流,频率决定的遏制电压,66,二、爱因斯坦的光电效应方程,1、光子假说,光是一束以速度C运动着一粒一粒的粒子流，每一种光子所带能量=h，不一样的频率的光子具有不一样的能量。这些粒子就是光量子，现称光子。,2、光子理论对光电效应的解释,光不仅在发射和吸取时体现出量子性，并且在空间传播时也体现出量子性提出了辐射的电磁场也具有量子性。,由爱因斯坦光电效应方程,初动能与频率有关,极限频率：,得：,68,19，美国物理学家康普顿在观测X射线被物质散射时，发现散射线中具有波长发生变化了的成分。接着他用自制的X射线分光计,测定了X射线经石墨沿不一样方向的散射的定量关系,并于19刊登论文作出理解释.,康普顿试验装置及成果,1 康普顿试验装置,康普顿散射试验的意义,支持了“光量子”概念，深入证明了,初次试验证明了爱因斯坦提出的“光量子具有动量”的假设,证明了在微观领域的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。,康普顿获得,1927,年诺贝尔物理学奖。,p =h,/c=h/,E,=h,粒子性,波动性,（具有能量）,（具有频率）,（具有动量）,h,h,架起了粒子性与波动性之间的桥梁,光的波粒二象性,（具有波长）,1672,牛顿,微粒说,T/,年,惠更斯波动说,1690,麦克斯韦电磁说,1864,1905,爱因斯坦光子说,波动性,粒子性,1909,爱因斯坦,光的波粒二象性,光既具有,粒子性,，又具有,波动性,。,1924,德布罗意,粒子的波粒二象性,实物粒子既具有,粒子性,，,也具有波动性。,粒子的波粒二象性,7,个电子,100,个电子,3000,20000,一种一种电子依次入射双缝的衍射试验：,70000,体现了粒子性,体现了波动性,粒子出现的概率高,粒子出现的概率低,通过上述试验可知：,虽然不能肯定某个光子落在哪一点，但在屏上各处明暗不一样可以推知，光子落在各点的概率是不一样样的，即光子落在明纹处的概率大，落在暗处的概率小。则光子在空间出现的概率可以通过衍射、干涉的明暗条纹这样的波动规律确定。,-光是一种概率波。,物质波也具有波粒二象性，同样物质波也是概率波。,现象：1.单个粒子的位置是不确定的，但在某点附近出现的概率的大小可以由波动规律确定。,2.大量粒子，概率的分布导致确定的宏观成果。粒子数越多，规则的条纹越来越明显。,不确定关系,若用x表达位置的不确定量，用p表达粒子在x方向上的动量的不确定量，则,