高三物理041.doc

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期数： 0512 WLG3 041
学科：物理 年级：高三 编稿老师：王晔
审稿老师：张凤莲

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复 习 篇

高三物理总复习“光的本性”
主干知识点在高考中的级别要求预测：
光电效应、光子说，属于2级要求，其它均为1级要求。关于衍射，只要求知道现象；关于干涉，要求定性理解。删除了用卡尺观察光的衍射实验。

高考在本章考查特点：注重知识的理解和应用，一般以选择题形式出现，以小灵活、小综合问题为主。
【基础知识网络】
一、光的微粒说和波动说
十七世纪，人们对光的本性的认识出现了两种学说，即微粒说和波动说，微粒说和波动说的主张人、内容、实例和所遇到的困难见下表

微粒说
波动说
主张人
牛顿
惠更斯
内容
认为光是光源发出的一种物质微粒，在均匀媒质中以一定的速度匀速传播
认为光是某种振动，以波的形式向外传播
实例
（1）光的直线传播（2）光的反射
（1） 光的反射（2）光的折射
（3）光的干涉（4）光的衍射
困难
不能解释光同时发生反射和折射现象
解释不了光的直进现象
二、 光的干涉
1801年，英国物理学家托马斯·杨在实验室成功地观察到了光的干涉现象
1. 装置
杨氏双缝干涉实验的装置由单缝屏、双缝屏(双缝间的距离为0.1mm左右)和光屏组成.
★ 怎样理解波的叠加和光的干涉？
两列波或几列波在同一介质中传播，当它们相遇时，每一列波都保持自己的特性，互不干扰。在几列波相遇处，介质质点的振动等于各列波单独存在时振动的合振动，这就是波的独立传播和叠加原理。
干涉是特殊条件下波的叠加现象，是波所特有的行为。实验表明光具有波动性，当光源发出的光具有相同的频率——相干光源，且相干光源发出的光在空间相遇叠加，就可以产生干涉现象。一般两个光源发出的光的频率不可能完全相同，所以用两个独立的光源发出的光产生干涉是不可能的，相干光的获得是实现光的干涉的关键。
2． 原理：任何时刻，从前一个孔发出的光波同时传到两个孔，这两个小孔发出的两光波频率相同，振动情况完全相同，因此两个小孔就是两个相干波源.这两列光波在光屏上叠加时，如果波峰和波峰叠加或波谷和波谷叠加光被互相加强，出现明条纹；如果波峰和波谷叠加，光波互相抵消或消弱，出现暗条纹.

3．产生明暗条纹的条件
如图所示，双缝S1、S2到光屏的距离为L从S1、S2发出的两列光波到光屏一点的距离分别为r1和r2，我们把 叫路程差(也叫光程差)，由几何关系得

L＞＞x
则
(1) 如果满足，在P点形成亮条纹 （n=0、1、2）
(2) 如果满足在P点形成暗条纹(n=1、2、3)
(3)相邻两亮纹（暗纹）之间距离
讨论(1)相邻两条亮纹（或暗纹）间的距离是相等的
（2）d、L一定， 所以，即红光的条纹最大，紫光的条纹最小.
(4)用白光做实验，在屏上就会出现不同颜色的彩色条纹，这是因为白光是由不同颜色的单色光复合而成的，而不同的色光波长不同，产生的明暗条纹的间距也不同所以在屏上出现了彩色条纹，在光屏上，中央是白色条纹，两侧是彩色条纹，其颜色顺序为
红 紫 白 紫 红
(5)能量分布情况
暗条纹处能量几乎为零，不是能量在这里抵消了损耗了，而是能量根本就没有传到这里.
亮条处能量较强，不是能量增加了，也不是产生了能量，而是能量集中。
(6)测波长：测出n条亮纹（暗纹）间的距离为a

(7)波长单位 1米
例题： 在双缝干涉实验中，测得双缝之间的距离为d，双缝到光屏之间的距离为L，且L>>d,论证可以用双缝干涉实验测量光波波长的原理。为了得到要测量的波长还要测量的物理量是什么？

解答：如图1所示，P处出现第一级暗纹的条件是光传播的路程之差为半波长

因为d<<L,所以d<<r1,d<<r2

其中△x是干涉纹的宽度，则

只要测得干涉条纹的宽度，就可以得到光的波长λ
由上公式可见，波长与干涉条纹的宽度成正比，所以干涉条纹宽度越大，相应的波长越长。

三、物理光学理论
1．对于光波、公式照样适用
2．各种单色光在真空或空气中传播速度相同，都为C=3.00×108m/s,但波长不同，因而频率不同。
紫 ＜……＜红 红=7×10-7m , 紫=4×10-7m
紫＞……＞红 红=4.3×1014 , 紫=7.5×1014Hz
3．对于某一种单色光，从一种介质进入另一种介质，频率不变，颜色不变（光的颜色是由频率决定的）波长和波速都发生改变，光从真空（空气）进入某种介质速度变小，波长变短

4．各种色光在同一介质也满足 红＞……＞紫
四、薄膜干涉
1．现象：把金属丝圆环在肥皂液里蘸一下，环上就形成一层肥皂薄膜，用单色光照射薄膜，薄膜上就产生明暗相间的干涉条纹.
2．原因：竖直的肥皂液薄膜在重力的作用下成了上薄下厚的楔形，如图所示，照射到膜上的光会从膜的前表面和后表面分别反射回来形成两列波，这两列波是由同一入射波产生的，因此频率相同，振动情况完全相同，能够产生干涉。
两列波叠加
用白光作薄膜干涉实验：在薄膜上会出现彩色条纹，这是因为不同色光独立发生干涉的结果。
五、光的干涉在技术上的应用
1．检查精密零件表面质量
如果被检查的表面是平面，可以在它的上表面放一个透明的标准样半板，并在一端垫一薄片，使样板的标准平面和被检查的平面间形成一个楔形的空气薄层，用单色光从上面照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列光波，发生干涉，如果被测表面是平的，空气层的厚度相同的各点就位于一条直线上，产生的干涉条纹就是平行的，如果被测表面某些地方不平，产生的干涉条纹就发生弯曲，从干涉条纹的弯曲程度和方向可以了解被测表面的不平情况，这种测量的精度可以达10-6cm.
2．增透膜
例题：市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处产生热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜（例如氟化镁），这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线。以λ表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为
A. B. C. D.
现代部分光学仪器的镜头都是由许多光学元件(棱镜、透镜等)组成的，进入这些装置的光，在每个元件的表面都要发生反射，结果只有入射光的10－20% 通过装置，所成的像既暗又不清晰，为了增加透射光的强度，减小反射光的强度，在棱镜、透镜表面涂上一层用氟化镁作成的薄膜，使膜厚为绿光波长的1/4，这样在薄膜的两个面的反射光的路程差等于半个波长，因而互相抵消，这种膜叫增透膜
B
第二单元 光的衍射
一、光的衍射
1．圆孔衍射
（1） 圆孔较大时，光屏出现光斑，这是光直线传播的结果.
（2） 圆孔缩小，圆形光斑随之减小
（3） 圆孔较小时，出现倒像，即小孔成像
（4） 圆孔很小时，像屏上的光斑不但不减小反而变大，而且光斑的亮度也变得不均匀，成为一些明暗相间的圆环，这就是圆孔衍射.
2.用细缝代替圆孔，会得到同样结果.
3.衍射条纹
(1)用白光做实验：中心是白色条纹，两侧是彩色条纹，从紫到红.
(2)用单色光做实验：中心是亮条纹，两侧是明暗相间的条纹.
4．不只是细缝和圆孔，各种不同的障碍物都能使光发生衍射，至使影的轮廓模糊不清，出现亮暗相间的条纹.
5．泊松亮斑
用一束光照射一个不透明的圆盘，在不透明的圆盘的阴影中心，出现一个亮斑，叫泊松亮斑，这是光发生衍射的结果
二、用卡尺观察光的衍射现象
1．原理
当单缝的宽度与光波的波长相差不多时，可以观察倒明显的衍射现象
2．步骤
光的干涉、衍射和色散有什么不同？
它们都是光的波动行为。
它们产生的原因不同：干涉是两列相干光波在相遇处由于叠加而产生的加强、减弱相间分布现象；衍射是光在传播过程中遇到障碍物体，或孔、缝时出现偏离直线传播的现象；色散是由于同一介质对不同频率的光折射情况不同而产生的现象
它们条纹特点不同：干涉条纹和衍射条纹明显不同，用白光进行单缝衍射时，衍射条纹中央宽且亮的白色直条纹，两侧窄且暗的彩色条纹。用单色光进行单缝衍射实验，屏上呈现的是中间宽且亮的条纹，两侧是明暗相间的较窄的条纹，可以用卡尺形成窄缝观察衍射条纹；白光经过棱镜折射产生色散而形成彩色光带中没有明显的暗条纹。
注意油膜和肥皂泡上的彩色纹，是干涉结果，不是色散行为。
注意通常我们说干涉是几列波的特殊的叠加行为，衍射是一列波的行为。实际上常常是干涉离不开衍射，衍射离不开干涉。如双缝干涉，光首先经过前面的单缝发生衍射，衍射波同时达到双缝分离成两束相干光波，再叠加干涉，而衍射条纹的形成又是干涉的结果。.
(1)调节游标卡尺的两测脚间的距离，形成一个0.5mm的狭缝，然后让狭缝水平地紧靠眼睛，通过狭缝观察2m外的日光灯，注意，使狭缝和日光灯平行；
(2)改变狭缝的宽度，从0.5mm增加到0.8mm，再把狭缝宽度缩小到0.2mm，观察衍射条纹的变化.
现象
两测脚间距(mm)
衍射条纹情况
衍射条纹的亮度
0．5
中间为白色条纹
两侧为彩色条纹
比较亮
0．8
彩色条纹模糊，条纹变窄
亮度增强
0．2
彩色条纹变得清楚
条纹变宽
亮度减弱