光知识点与习题.pdf

键入文字 戴氏教育集戴氏教育集团团 璧山戴氏教育精品堂学校璧山戴氏教育精品堂学校 物理物理专专用学案用学案 主主讲讲人：胡老人：胡老师师 第十二章光第 1 课时光的折射、全反射基础知识归纳1.光的直线传播在同一均匀介质中光沿直线传播.当光从一种介质进入另一种介质时，传播方向改变.当障碍物或孔的尺寸和波长相等或者比波长小时，将发生明显的衍射现象，光线将偏离原来的方向.2.光的反射、平面镜成像(1)光的反射定律.光从一种介质射到另一种介质的分界面时发生反射，反射光线、入射光线和法线处在同一平面内，反射光线、入射光线分居法线的两侧，反射角等于入射角.(2)平面镜成像的特点：正立等大的虚像，物与像关于镜面对称.(3)在反射现象中，光路是可逆的，常用到这一特点及边缘光线作图来确定视场的范围.3.光的折射(1)折射定律折射光线、入射光线、法线处于同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦的比值是定值(注意两角三线的含义).(2)折射率折射率定义：光从真空或空气中射入介质中发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的折射率.折射率是反映介质折射光的本领大小的一个物理量.折射率的定义表达式：n(其中 1为真空或空气中的角度).sin sin 21折射率的其他各种计算表达形 s 式：n(其中 c、为光在真空或空气中的光速、波长；vc sin1 Cv、为介质中的光速、波长；C 为光发生全反射时的临界角).折射率大小的决定因素：介质、光源(主要是频率)，注意：介质的折射率n1.(3)折射光路是可逆的.4.光的全反射(1)光疏介质和光密介质：两种介质比较，折射率小的介质叫光疏介质，折射率大的介质叫光密介质；“光疏”和“光密”具有相对性.(2)全反射现象：光从光密介质入射到光疏介质的分界面上时，当入射角增大到一定程度时，光全部反射回光密介质，这一现象叫全反射现象.(3)临界角：折射角等于90时对应的入射角叫做临界角，用 C 表示，C.1arcsin n(4)发生全反射的条件：光从光密介质入射到光疏介质；入射角大于等于临界角.(5)光导纤维：实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米键入文字 戴氏教育集戴氏教育集团团 璧山戴氏教育精品堂学校璧山戴氏教育精品堂学校 物理物理专专用学案用学案 主主讲讲人：胡老人：胡老师师 之间，在内芯和外套的界面上发生全反射.其中内芯是光密介质，外套是光疏介质，它对光具有传导作用.5.光的色散(1)三棱镜：横截面为三角形的三棱柱透明体称三棱镜.三棱镜对光线的作用：光密三棱镜：当光线从一侧面射入，从另一侧面射出时，光线两次均向底面偏折.物体经棱镜成像向顶角偏移.光疏三棱镜：当光线从一侧面射入，从另一侧面射出时，光线两次均向顶角偏折.全反射棱镜(等腰直角棱镜)：当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出.当光线垂直于斜边射入时，在两直角边都发生全反射后又垂直于斜边射出.三棱镜成像：当物体发出的光线从三棱镜的一侧面射入，从另一侧面射出时，逆着出射光线可以看到物体的虚像.(2)光的色散：白光通过三棱镜后，出射光束变为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光束.含有多种颜色的光被分解成单色光的现象叫做光的色散.各种色光按其波长的有序排列叫做光谱.各种色光性质比较：可见光中红光的折射率 n 最小，频率最小，在同种介质中(除真空外)传播速度 v 最大，波长 最大，从同种介质射向真空时发生全反射的临界角 C 最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小(注意区分偏折角和折射角).重点难点突破一、对折射率的理解折射率的定义指明了光是从空气(真空)入射至介质中，n，1是空气(真vc21 sin sin空)中的角度，2是介质中的角度.计算折射率时，应先根据题意画好光路图，找对两个角度.无论光是从空气(真空)入射至介质中，还是从介质入射至空气(真空)中，1均为空气(真空)中的角度.12，cv，所以 n1.二、与全反射有关的定性分析和定量计算全反射产生的条件是光从光密介质入射到光疏介质，且入射角大于或等于临界角.涉及的问题如：全反射是否发生、什么范围的入射光才能从介质中射出、折射光覆盖的范围分析、临界角的计算等，都需正确作出光路图，熟练应用几何知识进行分析和计算.三、不同颜色的光的频率不同颜色的光，其频率不同，因此在同一介质中光速及波长不同，同一介质对不同色光的折射率不同，红光的频率最低，紫光的频率最高.同一介质中，频率高的色光折射率大，因为 Csin，n 大则 C 小，当入射角从 0逐渐增大时，频率高的色光先发生全反射，n1利用v，v/，可分析比较不同色光在同一介质中的光速、波长的大小.nc四、折射率测定的几种方法1.成像法(1)原理：利用水面的反射成像和水的折射成像.键入文字 戴氏教育集戴氏教育集团团 璧山戴氏教育精品堂学校璧山戴氏教育精品堂学校 物理物理专专用学案用学案 主主讲讲人：胡老人：胡老师师 (2)方法：紧挨烧杯口竖直插入一直尺，在直尺的对面观察水面，能同时看到直尺在水中的部分和露出水面部分的像.若从点 P 看到直尺在水下最低点的刻度 B 的像 B(折射成像)恰好与直尺在水面上的刻度 A 的像 A(反射成像)重合，读出 AC、BC 的长，量出烧杯内径d，如图所示，即可求出水的折射率为 n.)/()(2222dACdBC2.视深法(1)原理：利用视深公式，hh/n.(2)方法：在一盛水的烧杯底部放一粒绿豆，在水面上方吊一根针，如图所示.调节针的位置，直到针尖在水中的像与看到的绿豆重合，测出针尖距水面的距离即为杯中水的视深h，再测出水的实际深度 h，则水的折射率为 n.hh3.全反射法(1)原理：全反射现象.(2)方法：在一盛满水的大玻璃缸下面放一发光电珠，如图所示，在水面上观察，看到一圆形的发光面，量出发光面的直径 D 与水深 h，则水的折射率为 n.DhD224注意：对液体、透明固体均可用全反射法测其折射率.4.插针法(在第 4 课时重点讲明)典例精析1.与折射率有关的计算【例 1】一个圆柱形筒，直径 12 cm，高 16 cm.人眼在筒侧上方某处观察，所见筒侧的深度为 9 cm，当筒中装满液体时，则恰能看到筒侧的最低点.求：(1)此液体的折射率；(2)光在此液体中的传播速度.【解析】题中的“恰能看到”表明人眼看到的是筒侧最低点发出的光线经界面折射后进入人眼的边界光线.由此可作出符合题意的光路图，认为“由人眼发出的光线”折射后恰好到达筒侧最低点.根据题中的条件作出光路图如图所示：(1)由图可知：sin 2，sin 122Hdd22hdd折射率：n349121612 sin sin2222222221hdHd(2)传播速度：vm/s2.25108 m/s34100.38nc【思维提升】本题中知道人眼看到的边界光线，知道人眼顺着折射光线反向延长线看去，而认为筒深为 9 cm，是正确作出光路图的依据.总之，审清题意画出光路图，必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图，这是分析折射问题的关键.【拓展 1】空中有一只小鸟，距水面 3 m，其正下方距水面 4 m 深处的水中有一条鱼.键入文字 戴氏教育集戴氏教育集团团 璧山戴氏教育精品堂学校璧山戴氏教育精品堂学校 物理物理专专用学案用学案 主主讲讲人：胡老人：胡老师师 已知水的折射率为，则鸟看水中的鱼离它6m，鱼看天上的鸟离它8m.34【解析】首先作出鸟看鱼的光路图，如图所示.由于是在竖直方向上看，所以入射角很小，即图中的 1和 2均很小，故有 tan 1sin 1，tan 2sin 2.由图可得：h1tan 2htan 1，hh1tan 2/tan 1h1sin 2/sin 1m3 m4341nh则鸟看水中的鱼离它：H1(33)m6 m同理可得鱼看鸟时：hnh23m4 m34则 H2(44)m8 m2.与全反射相关的判断、分析及计算【例 2】如图所示，一束平行光从真空垂直射向一块半圆形玻璃砖的底面，下列说法正确的是()A.只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖B.只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖C.通过圆心的光线将沿直线穿过，不发生偏折D.圆心两侧一定范围外的光线将在曲面处发生全反射【解析】垂直射向界面的光线不发生偏折，因而光束沿直线平行射到半圆面上，其中通过圆心的光线将沿直线穿过，不发生偏折；由中心向两侧，光从半圆面进入真空时的入射角逐渐增大并趋于 90，当入射角或大于临界角时，会发生全反射.【答案】BCD【思维提升】半圆形的玻璃砖，法线为圆心与该入射点连线，通过作图，可看出半圆面处的入射角由中心向两侧逐渐增大.【拓展 2】有一折射率为 n 的长方体玻璃砖 ABCD.其周围是空气，如图所示，当入射光线从它的 AB 面以入射角 射入时，(1)要使光线在 BC 面发生全反射，证明入射角应满足的条件是sin.(BC 面足够长)12n(2)如果对于任意入射角(0且 90)的光线都能发生全反射，则玻璃砖的折射率应取何值？【解析】(1)要使光线在 BC 面发生全反射，(如图所示)，首先应满足sin n1式中 为光线射到 BC 面时的入射角，由折射定律有n)(90sin sin-将两式联立解得 sin 12n(2)如果对于任意入射角的光线都能发生全反射，即 01 才能满足上述条件，故 n12n23.不同色光在同一介质中的波长、波速、折射率的对比【例 3】OMN 为玻璃等腰三棱镜的横截面.a、b 两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面 MN，在棱镜侧面 OM、ON 上反射和折射的情况如图所示.由此可知()键入文字 戴氏教育集戴氏教育集团团 璧山戴氏教育精品堂学校璧山戴氏教育精品堂学校 物理物理专专用学案用学案 主主讲讲人：胡老人：胡老师师 A.棱镜内 a 光的传播速度比 b 光的小B.棱镜内 a 光的传播速度比 b 光的大C.a 光的频率比 b 光的高D.a 光的波长比 b 光的长【解析】由光路图可以看出，a 光入射到界面 OM 与 b 光入射到界面 ON 的入射角相等，a 光没有发生全反射，但 b 光已经发生全反射，说明此时的入射角小于 a 光的临界角，却等于或大于 b 光的临界角，可见对于同一种介质，b 光的临界角较小,由 sin C可知玻璃n1对 b 光的折射率 nb较大，说明 b 光的频率较高，C 错；根据 v知棱镜内 b 光的传播速度nc较小，B 对、A 错；根据 vf 可知 b 光的波长较短，D 对.【答案】BD【思维提升】折射率 n 是讨论折射和全反射问题的重要物理量，是联系各物理量的桥梁，对跟折射率 n 有关的所有关系式应熟练掌握.【拓展 3】一束白光从顶角为 的三棱镜的一边以较大的入射角 i 射入并通过三棱镜后，在屏 P 上可得到彩色光带，如图所示，在入射角 i 逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失，则(B)A.红光最先消失，紫光最后消失B.紫光最先消失，红光最后消失C.紫光最先消失，黄光最后消失D.红光最先消失，黄光最后消失【解析】作出白光的折射光路图，如图所示，可看出，白光从 AB 射入玻璃后，由于紫光偏折大，从而到达另一侧面 AC 时的入射角较大，且因紫光折射率最大，根据 sin C可知n1其全反射的临界角最小，故随着入射角 i 的减小，进入玻璃后的各色光中紫光首先发生全反射不从 AC 射出，以后依次是靛、蓝、绿、黄、橙、红，逐渐发生全反射而不从 AC 面射出，所以只有选项 B 正确.易错门诊【例 4】一束白光从玻璃里射入稀薄空气中，已知玻璃的折射率为 1.53，求入射角为下列两种情况时，光线的折射角各为多少？(1)入射角为 50；(2)入射角为 30.【错解】由折射定律 n可知：sin sin i(1)当入射角 i50时，sin 53.1 50 sin sinni所以 30(2)当 i30时，sin 53.1 30 sin sinni所以 19【错因】此解法中没有先分析判断光线是从光疏介质进入光密介质，还是从光密介质进入光疏介质，会不会发生全反射，而是死套公式，引起错误.【正解】光线由玻璃射入空气中，是由光密媒质射入光疏介质，其临界角为 C，则有：sin C0.653 653.1 11n所以 C4050键入文字 戴氏教育集戴氏教育集团团 璧山戴氏教育精品堂学校璧山戴氏教育精品堂学校 物理物理专专用学案用学案 主主讲讲人：胡老人：胡老师师 由已知条件知，当 i50时，iC，所以光线将发生全反射，不能进入空气中.当 i30时，iC，光进入空气中发生折射现象.由折射定律有：sin sin1insin nsin i1.53sin 300.765所以 4954【思维提升】解光的折射现象的题目时，首先应作出判断：光线是从光疏介质进入光密介质，还是从光密介质进入光疏介质.如是前者则 i，如是后者则 i.其次，如果是从光密介质进入光疏介质中，还有可能发生全反射现象，应再判断入射角是否大于临界角，明确有无折射现象.第 2 课时 光的干涉、衍射 激光基础知识归纳1.光的干涉现象(1)光的干涉两列光波在空间相遇时发生叠加，在某些区域总加强，在另一区域总减弱，从而出现明暗相间的条纹的现象叫光的干涉.(2)干涉的条件相干光源：频率相同、相差恒定(步调差恒定)的两束光.相干光源采用将一束光一分为二的方法获得，或者采用人造激光.(3)杨氏双缝干涉相干条件：如图若 S1、S2光振动情况完全相同，则符合 r2r1xn(n0,1,2,3)时，出现dL亮条纹；若 S1、S2光振动情况完全相同，则符合 r2r1x(2n1)(n0,1,2,3)时，dL2出现暗条纹.(注意：振动情况完全相反的加强减弱条件)其中d是两狭缝之间的距离，L是两狭缝到屏的距离，是光波的波长.相邻亮条纹(或相邻暗条纹)之间的中央间距：x dL双缝干涉图样 单色光：中央为明条纹，两边为等间距对称分布明暗相间条纹；复合光：中央为明条纹，两边为等间距对称分布彩色条纹.白光：中央为白色明条纹.(4)薄膜干涉薄膜干涉的成因：由薄膜的前、后表面反射的两列光波叠加而形成.生活实例及应用：a.液膜干涉：劈形薄膜干涉可产生平行明暗相间的条纹.b.固膜干涉：增透膜.键入文字 戴氏教育集戴氏教育集团团 璧山戴氏教育精品堂学校璧山戴氏教育精品堂学校 物理物理专专用学案用学案 主主讲讲人：胡老人：胡老师师 膜的厚度：.4 介d增反膜：.2 介dc.气膜干涉：检查平整程度.待检平面和标准平面之间的楔形空气薄膜，用单色光进行照射，入射光从空气膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹，待检平面若是平的，空气膜厚度相同的各点就位于一条直线上，干涉条纹是平行的；反之，干涉条纹有弯曲现象.2.光的衍射现象(1)光的衍射光遇到障碍物时，偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射.(2)明显衍射的条件从理论上讲衍射是无条件的，但需发生明显的衍射现象的条件：当孔或障碍物的尺寸比光波的波长小，或者跟光波的波长相差不多时，光才发生明显的衍射现象.(3)衍射图样单缝衍射：单色光：中央是最宽的亮条纹，两侧为不等间隔的明暗相间的条纹；复合光：中央是最宽的亮条纹，两侧为不等间隔的彩色条纹，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光.注意：与双缝干涉的干涉条纹不同的是：干涉条纹均匀分布，而衍射条纹的中央明纹较宽、较亮.圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环.(4)泊松亮斑光照射到一个半径很小的圆板后在圆板的阴影中心出现亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一.注意泊松亮斑与圆孔衍射条纹的区别：图甲是泊松亮斑，图乙是圆孔衍射条纹.(5)光的衍射的应用用衍射光栅测定光波波长.3.光的偏振(1)自然光、偏振光自然光：从光源(如太阳、亮着的灯等)直接发出的光，包含着在垂直于传播方向的一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同.偏振光：自然光通过偏振片后，在跟光传播方向垂直的平面内，光振动在某一方向较强而在另一些方向振动较弱，这样的光叫偏振光.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好是90，这时的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.我们通常看到的绝大多数光都是偏振光.(2)光的偏振的物理意义光的偏振现象充分表明光波是横波.因为偏振现象是横波所特有的现象.(3)偏振光的应用全息照相、立体电影等.4.激光键入文字 戴氏教育集戴氏教育集团团 璧山戴氏教育精品堂学校璧山戴氏教育精品堂学校 物理物理专专用学案用学案 主主讲讲人：胡老人：胡老师师 (1)激光的特点主要特点有：相干性好；平行度好；亮度很高.激光是一种人工相干光，两束相同的激光在相遇区域叠加时，产生非常明显的干涉现象；激光具有非常好的平行度，激光在传播很远的距离后仍然保持一定的强度；激光具有很强的亮度，激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量.(2)激光的重要应用应用：通信、测距、光盘读取、切割等.由于激光是相干光，便于调制，常用来传递信息，光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物；激光测距雷达、激光刻录光盘等都是根据激光的平行度好的原理制成的；利用激光在很短的时间内集中很大的能量的性质，用激光来切割各种物体、焊接金属及在硬质材料上打孔、医学上用激光做“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤、“焊接”剥落的视网膜等，利用激光产生的高温高压引起核聚变.重点难点突破一、正确识别生活中的干涉、衍射、折射、反射等光现象，掌握干涉、衍射条纹的特点因白光是复色光，白光在干涉，衍射与折射时均可观察到彩色光带，生活中常见的干涉现象为薄膜干涉，如水面的油膜、照相机镜头前的增透膜、肥皂膜，相干光源是同一束光在薄膜前后两个表面的反射光.因可见光的波长很短，只有几百纳米，要观察到明显的衍射现象，障碍物或孔的尺寸必须很小.所以将眼眯成一条缝或透过纱巾观察到的彩色光带是白光经过缝隙产生的衍射现象.白光通过三棱镜形成的彩色光带是光的折射现象即色散，雨后天空中的彩虹产生也是光的色散现象.二、光的干涉条件的理解光的干涉条件是有两个频率相同、振动情况总是相同(或相差恒定)的波源，即相干波源由于不同光源发出的光的频率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位发出的光也不一定有相同的频率和恒定的相位差，在一般情况下，很难找到两列相干光源.通常采用人造激光或将一束光一分为二，如图分别是利用双缝、楔形薄膜、空气膜、平面镜形成相干光源.三、双缝干涉中条纹间距和位置的分析及有关计算1.影响条纹间距的因素，x，L 为双缝刻屏的距离，d 为两狭缝间的距离，为dL光的波长.2.中央位置是亮纹还是暗纹的条件：双缝到光屏中央距离相等，光程差为零.若两光源振动完全一致，中央一定是亮纹，若两光源振动恰好相反，则中央为暗纹.分析时要结合两狭缝的具体位置及两光源的振动情况两个因素进行判断.3.单色光颜色、频率、波长的关系.光的颜色由光的频率决定，在可见光中，红光频率最低，紫光频率最高，真空中各色光光速相同，由 c知，真空中红光波长最大，紫光波长最小.四、薄膜干涉条纹间距与弯曲方法的判断方法键入文字 戴氏教育集戴氏教育集团团 璧山戴氏教育精品堂学校璧山戴氏教育精品堂学校 物理物理专专用学案用学案 主主讲讲人：胡老人：胡老师师 1.条纹出现在薄膜前表面的等厚线上，明纹产生的条件是厚度等于光波半波长的整数倍.2.等倾干涉条纹是均匀的，相邻明纹间的高度差是一个常数，是由厚度决定.如图若薄片变厚，增大，第一条明纹位置向左移动且相邻明纹的间距变密.3.若被检查平面平整则干涉图样是等间距明暗相同的平行直条纹.若某处凹下，则对应明(暗)条纹提前出现，如图(a)所示；若某处凸起，则对应明(暗)条纹延后出现，如图(b)所示.典例精析1.各种光现象的识别【例 1】分析以下现象产生的原因：(1)通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光；(2)菜汤上的油花呈现彩色；(3)隔着帐幔看远处的灯，见到灯周围辐射彩色的光芒；(4)光线照在花布上，可以看见花布上的图样.【解析】(1)白光通过盛水的玻璃杯发生折射，产生色散，在适当的角度，各色光分离较大，可看到彩色光.(2)光经过菜汤上油膜的上、下两表面发生反射，两列反射光波相互叠加，产生干涉条纹，因此菜汤上的油花呈现彩色.(3)远处发出的光经过帐幔的缝隙，产生衍射，因此远处的灯周围辐射彩色的光芒.(4)光线照在花布上看见花布的图样，是由于光的反射与吸收的结果.花布是由各种颜色的花纹组成的，当白光照在花布上时红色花纹反射红光，吸收其他颜色的光，这样我们在该位置只看到红色.同理可以看到各种花纹反射的颜色.这样可以看到花布的图样.【思维提升】题目中的四种现象都使观察者看到彩色光，但它们产生彩色光的原因不尽相同，解答这类说理题要求我们善于透过现象抓住事物的本质.【拓展 1】如图所示为单色光源发出的光经一狭缝照射到光屏上，可观察到的图像是(A)【解析】单色光源经狭缝产生衍射，衍射图样是间距不等明暗相间，中央宽而亮，两边键入文字 戴氏教育集戴氏教育集团团 璧山戴氏教育精品堂学校璧山戴氏教育精品堂学校 物理物理专专用学案用学案 主主讲讲人：胡老人：胡老师师 宽度和亮度逐渐降低的条纹，且两边明条纹的亮度迅速降低，只有 A 符合这些特点.故本题答案为 A.2.对相干光源的理解及干涉规律的实际应用【例 2】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，S 为单色光源.M 为一平面镜.试用平面镜成像作图法在图上画出 S 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 S 到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为 a 和 L，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 x 的表达式.【解析】(1)根据平面镜成像特点(对称性)，先作出 S 在镜中的像，画出边沿光线，范围如图所示.(2)要求记住杨氏双缝干涉实验中干涉条纹宽度与双缝间距、缝屏距离、光波波长之间的关系 x，因为 d2a，所以 xdLaL2【思维提升】对于双缝干涉原理的理解是很重要的，关键是杨氏的“一分为二”的实验设计思想.光源 S 在平面镜中所成的像与 S 本身构成了相干光源.要获得稳定的干涉，就是要找到相干光源.如还可以利用两块成很小角度的平面镜的反射光进行干涉实验等.【拓展 2】在杨氏双缝干涉实验中，如果(BD)A.用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹B.用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹C.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D.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】白光是由不同频率单色光组成的复色光，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹，由于两侧条纹间距与各色光波长成正比，即红光的亮条纹间宽度最大，紫光亮条纹间宽度最小，除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹，所以 A 错，B 正确；当两缝用不同光照射时，两光频率不同，不是相干光，不能呈现彩色条纹，C 错；遮住一缝，则为衍射实验，屏上将呈现间距不等的条纹，D 正确.3.双缝干涉中明暗条纹出现的条件及定量计算【例 3】如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为 600 nm 的橙色光源照射单缝 S，在光屏中央 P 处观察到亮条纹，在位于 P 点上方的 P1点出现第一条亮纹中心(即 P1到S1、S2的路程差为一个波长)，现换用波长为 400 nm 的紫光源照射单缝，则()A.P 和 P1仍为亮点B.P 为亮点，P1为暗点C.P 为暗点，P1为亮点D.P、P1均为暗点键入文字 戴氏教育集戴氏教育集团团 璧山戴氏教育精品堂学校璧山戴氏教育精品堂学校 物理物理专专用学案用学案 主主讲讲人：胡老人：胡老师师 【解析】从单缝 S 射出的光波被 S1、S2两缝分成的两束光为相干光，由题意，屏中央 P点到 S1、S2距离相等，即由 S1、S2分别射出的光到 P 点的路程差为零，因此是亮纹中心.因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P 点都是中央亮纹中心.而 P1点到 S1、S2路程相差刚好是橙光的一个波长，即|P1S1P1S2|600 nm橙，则两列光波到达 P1点振动情况完全一致，振动得到加强，因此出现亮纹.当换用波长为 400 nm 的紫光时，|P1S1P1S2|600 nm，则两列光波到达 P1点23紫时振动情况完全相反，即由 S1、S2射出的光波到达 P1点就相互消弱，因此，出现暗条纹.综上所述，选项 B 正确.【答案】B【思维提升】判断屏上某点为亮纹还是暗纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差与波长的比值，要记住路程差等于波长整数倍处为亮条纹，等于半波长的奇数倍处为暗条纹.还要注意这一结论成立的条件是：两个光源情况完全相同.本题若频率相同的两相干光源，振动情况完全相反，那么 P 点仍然是中央亮条纹吗？(答案：不是，为暗条纹.)【拓展 3】双缝干涉实验装置如图所示，绿光通过单缝 S 后，投射到具有双缝的挡板上，双缝 S1和 S2与单缝 S 的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹.屏上 O 点距双缝 S1和 S2的距离相等，P 点是距 O 点最近的第一条亮纹.如果将入射的单色光换成红光或蓝光，讨论屏上 O 点及其上方的干涉条纹的情况是：O 点是红光的亮条纹；红光的第一条亮条纹在 P 点的上方；O 点不是蓝光的亮条纹；蓝光的第一条亮条纹在 P 点的上方.已知红光波长大于绿光波长，绿光波长大于蓝光的波长，据此判断(A)A.只有正确 B.只有正确C.只有正确 D.只有正确【解析】由于 O 点到双缝的光程差为零，所以为各种单色光的亮条纹，P 点是绿光的第一亮条纹，因为 红绿，x，所以红光条纹间距大于绿光条纹间距.dL4.薄膜干涉规律的认识与应用【例 4】劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图所示.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，从上往下看到干涉条纹如图所示.干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定.现若在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，从上往下观察到的干涉条纹()A.变疏B.变密C.不变D.消失【解析】撤去一张纸片后，劈形空气薄膜的劈势减缓，相同水平距离上，劈势厚度变化减小，以致干涉时波程差变化减小，条纹变宽，数量变少(变疏).【答案】A【思维提升】本题考查了对薄膜干涉的正确理解，特别是同一条纹对应的空气膜厚度相同这一知识的灵活运用，考查了学生的应用能力.【拓展 4】登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能键入文字 戴氏教育集戴氏教育集团团 璧山戴氏教育精品堂学校璧山戴氏教育精品堂学校 物理物理专专用学案用学案 主主讲讲人：胡老人：胡老师师 长时间被紫外线照射，否则将会严重地损坏视力.有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛的伤害的眼镜.他选用的薄膜材料的折射率为 n1.5，所要消除的紫外线的频率为 8.11014 Hz，那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少？【解析】“增反膜”与“增透膜”的区别是：“增透膜”是增强透射光的强度，“增反膜”却是减弱透射光的强度，故“增反膜”的前后表面的两反射光的光程差为波长的整数倍，即光程差最小为光在膜中的一个波长介，由题中信息可知：紫外线在膜中波长介2.5107 mncn0所以 d1.25107 m2介 易错门诊【例 5】如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是()A.干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B.干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C.干涉条纹不等距是因为空气膜厚度不是均匀变化D.干涉条纹不等距是因为空气膜厚度是均匀变化【错解】凸透镜和平板玻璃组成薄膜，凸透镜的上表面的反射光和平板玻璃的上表面的反射光形成薄膜干涉条纹，故 B 正确，A 错；根据薄膜干涉的应用检测工件的平整程度可知，凸透镜上表面是圆弧，表面不是均匀变化，故干涉条纹不是均匀变化，故 C 正确，D 错.【错因】上述错误的原因是没有弄清凸透镜和平板玻璃组成的哪部分是薄膜，把凸透镜看成薄膜而错选 B，而实际上是凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜，反射光是薄膜的两个表面的反射光干涉形成干涉条纹.【正解】由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜，所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和平板玻璃的上表面，故 A 正确，由于凸透镜的下表面是圆弧面，所以形成的薄膜厚度不是均匀变化，形成不等间距的干涉条纹，故 C 正确.【答案】AC【思维提升】本题中不易理解哪部分是薄膜，本题的关键是弄清楚薄膜，相干光是薄膜上下两个表面的反射光.第 3 课时波粒二象性基础知识归纳1.光的本性学说的发展史(1)牛顿的微粒说：认为光是高速粒子流，它能解释光的直进、光的反射现象，不能解释光的干涉、衍射现象.(2)惠更斯的波动说：认为光是某种振动，以波的形式向四周传播，它能解释光的干涉、衍射现象，不能解释光电效应、光的直进.(3)麦克斯韦的电磁说：认为光是电磁波，实验依据是电火花实验，证明了光与电磁波在真空中传播速度相等，且都为横波，能够解释光在真空中的传播、光键入文字 戴氏教育集戴氏教育集团团 璧山戴氏教育精品堂学校璧山戴氏教育精品堂学校 物理物理专专用学案用学案 主主讲讲人：胡老人：胡老师师 的干涉、衍射，不能解释光电效应.(4)爱因斯坦的光子说：认为光的传播是一份一份的，每一份叫做光子，其能量与频率成正比，即Eh，能够解释光电效应、光的直进、光的反射，不能解释光的干涉、衍射.(5)德布罗意的波粒二象性：认为光既有粒子性，又有波动性，个别光子表现粒子性，大量光子表现波动性；光子频率大的粒子性明显，频率小的波动性明显.能够解释所有光现象.2.光的电磁说(1)内容：光的本质是电磁波.(2)意义：光的电磁说说明了光的电磁本质，使人们认识到光波与机械波的本质不同，把光学和电磁学统一起来.(3)依据：光和电磁波的传播都不需要介质；光和电磁波在真空中的传播速度相同，即c3108 m/s.3.光电效应(1)现象：在光的照射下，物体发射电子的现象，叫做光电效应.(2)光电效应的规律：任何一种金属都有发生光电效应的极限频率，入射光的频率必须大于这个频率才能产生光电效应；光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光的频率增大而增大；光电效应的产生几乎是瞬时的，一般不超过 109 s；当入射光的频率大于金属极限频率时，光电流强度与入射光的强度成正比.(3)光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子的能量与其频率成正比，即Eh.(4)光电效应方程：逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值，即Wh0；光电效应方程：Ek hW.4.康普顿效应(1)康普顿效应：即当 射线或 X 射线打在物质上，与物质中原子的核外电子发生相互作用，作用后产生散射光子和反冲电子的效应；其作用过程为：当入射 X()光子和原子内一个轨道电子发生相互作用时，光子损失一部分能量，并改变运动方向(散射光子)，电子获得能量而脱离原子(反冲电子)，此种作用过程称为康普顿效应.其结果是：产生了次级电子，反冲电子继而将发生电子与物质的相互作用.(2)意义：康普顿效应是验证光的波粒二象性的重要物理实验之一.爱因斯坦光子理论圆满解释了光电效应的实验规律，而康普顿对康普顿效应进行了成功的解释，使光量子说得到了实验的证明，更有力地证明了爱因斯坦光子理论的正确性.(3)康普顿效应的解释：经典解释(电磁波的解释)：单色电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起受迫振动，向各方向辐射同频率的电磁波.经典理论解释频率不变的一般散射可以，但对康普顿效应不能做出合理解释；光子理论的解释：光子不仅有能量h，而且有动量h/；模型：X 射线光子与静止的自由电子发生弹性碰撞；在碰撞过程中能量、动量守恒.(4)康普顿效应进一步证实了光的粒子性.5.概率波在双缝干涉图样中，不能肯定某个光子落在哪一点，即光子落在各点的概率是不一样的.但光子落在明纹处的概率大，落在暗纹处的概率小.光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定，所以光波是一种概率波.键入文字 戴氏教育集戴氏教育集团团 璧山戴氏教育精品堂学校璧山戴氏教育精品堂学校 物理物理专专用学案用学案 主主讲讲人：胡老人：胡老师师 6.光的波粒二象性(1)光既具有波动性，又有粒子性；大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性.(2)光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量.与其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的多少(概率)，由波动性起主导作用.(3)对不同频率的光，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著.7.不确定关系式，其中 x 表示粒子位置的不确定量，p 表示粒子在 x 方向上 4 hpx的动量的不确定量.不确定关系式表明：(1)微观粒子的坐标测得愈准确(x0)，动量就愈不准确(p)；(2)微观粒子的动量测得愈准确(p0)，坐标就愈不准确(x).但这里要注意，不确定关系不是说微观粒子的坐标测不准；也不是说微观粒子的动量测不准；更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准；而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准.重点难点突破一、光电效应“光电效应”是光的粒子性的一个重要体现，也是光的本性中一个高考热点，因此在复习过程中：1.要澄清一些易混淆的概念，如“光子”、“光电子”、“光子的能量”与“光电子的最大初动能”等，这对理解光电效应的规律具有重要意义.(1)“光子”与“光电子”光子是指光在空间传播时的每一份能量(即能量是不连续的)，光子不带电，是微观领域中的一种粒子；而光电子是金属表面受到光照时发射出来的电子，因此其本质就是电子.(2)“光子的能量”与“入射光的强度”光子的能量是一份一份的，每一份的能量为 Eh，其大小由光的频率决定；而入射光的强度是指单位时间内入射光中包含光子数的多少，入射光的强度可表示为 Pnh，其中 n 为单位时间内的光子数.(3)“光电子的最大初动能”与“光电子的动能”光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量，就可能向各个方向运动，运动过程中要克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分能量转化为光电子的初动能.所以金属表面的电子，只需克服原子核的引力做功就能从金属表面逸出，那么这些光电子具有最大初动能，其值为 EkmhW(式中 W 为金属的逸出功).而不从金属表面发射的光电子，在逸出的过程中损失的能量会更多，所以此时光电子的动能 EkEkm.一个电子吸收一个光子的能量后，动量立即增大，不需要积累能量的过程.2.掌握两条线索、明确各概念间的对应关系键入文字 戴氏教育集戴氏教育集团团 璧山戴氏教育精品堂学校璧山戴氏教育精品堂学校 物理物理专专用学案用学案 主主讲讲人：胡老人：胡老师师 由上图可知，这两条线索：一是光的频率线，二是光的强度线.这两条对应关系线就是：光强光子数目多发射光电子多光电流强度大；光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大.二、对光的波粒二象性的理解1.光的干涉、衍射现象和光的电磁说，表明了光不可怀疑地具有波动性；光电效应和光子说，却说明了光的波动性理论有一定的局限性，光还具有粒子性.光的一切行为只有光具有波粒二象性才能说明，所以我们认为光具有波粒二象性.2.光子说并没有否定光的电磁说，光子的能量 Eh，其中频率 仍是波的特征，我们不可以把光当成宏观概念中的波，也不可把光子当成宏观概念中的粒子，对于宏观物体来说，波粒二象性不可想象但在微观世界却是存在的.3.要认识到不仅光具有波粒二象性，一切微观粒子都具有波粒二象性，所以波粒二象性是微观世界具有的特性.随着研究对象的不同，我们的观念、方法也要改变，宏观现象和微观现象的研究方法、理解方式是不