届一轮复习人教版物理光学学案.docx

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届一轮复习人教版物理光学学案

第3讲物理光学

1．光是一种电磁波

⑴光具有波的特性，在同学一介质中光速、波长和频率之间满足：

。

（请注意分清和这两个易混的字母）

⑵在可见光中，各色光频率的大小关系是：

。

2．介质对光速的影响

⑴光在真空中的速度：

。

,]

⑵光在不同学的介质中的速度

由可知，介质的折射率越大，光速越小。

⑶不同学色光在同学一介质中的速度

由三棱镜光的色散实验可知，同学一介质对紫光的折射率最大，红光的最小。

再由得到，在同学一介质中有：

。

例题说明：

例1直接考察光的电磁理论，难度不大；例2与全反射结合，稍有综合；例3综合的知识比较多，由于本讲知识性的内容较多，老师可以根据课程进度，选讲例3

【例1】

对于红、黄、绿、蓝四种单色光，下列说法正确的是

A．红光的频率最高

B．相同学介质中，黄光的速度最大

C．相同学介质中，绿光的折射率最大

D．相同学介质中，蓝光的波长最短

【答案】D

【例2】

为玻璃等腰三棱镜的横截面。

、两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面，在棱镜侧面、上光线的传播情况如图所示，由此可知

A．可能是紫光，可能是红光

B．棱镜内光的传播速度比光的小

C．光的频率比光的高

D．光的波长比光的长

【答案】D

（本题老师可以根据课程进度选讲）

【例3】

在一次讨论中，老师问道：

假如水中相同学深度处有、、三种不同学颜色的单色点光源，有人在水面上方同学等条件下观测发现，在水下的像最深，照亮水面的面积比的大。

关于这三种光在水中的性质，同学们能做出什么判断？

有同学回答如下：

①光的频率最大

②光的传播速度最小

③光的折射率最大

④光的波长比光的短

根据老师的假定，以上回答正确的是

A．①②B．①③C．②④D．③④

【答案】C

在挡板上安装一个宽度可调的狭缝，缝后放一个光屏。

用单色平行光照射狭缝，我们看到，当缝比较宽时，光沿着直线通过狭缝，在屏上产学生一条与缝宽相当的亮条纹。

但是，当缝调到很窄时，尽管亮条纹的亮度有所降低，但是宽度反而增大了。

这表明，光没有沿直线传播，而是绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方，这就是光的衍射现象。

1．衍射现象

光偏离直线传播绕过障碍物进入阴影区域里的现象，叫做衍射。

2．产学生明显衍射的条件

障碍物或孔（缝）的尺寸与波长相差不多或更小。

3．几种衍射图样

⑴单缝衍射：

中央条纹最宽最亮，两侧对称分布不等间距的明暗相间条纹。

⑵圆孔衍射：

中央亮圆亮度大，外围是明暗相间的圆环。

⑶正方形小孔衍射

]

例题说明：

由于单独考察衍射的题目很少，一般都是与干涉对比或结合，因此这部分只放两道简单题，在后面干涉部分的题目中，还会涉及到衍射的知识。

【例4】

在一个亮着的小电珠和光屏之间，放一个带圆孔的遮光板，在圆孔直径从逐渐变小到闭合的整个过程中，在屏上我们将依次看到

a．完全黑暗b．小孔成像c．衍射图样d．圆形亮斑

正确顺序是：

A．abcdB．dbcaC．bdcaD．cdba

【答案】B

【例5】

声音能绕过一般建筑物而光却不能，这是因为

A．声音的传播是波动，光的传播沿直线

B．光的传播速度太大，有限距离内偏离直线不明显

C．建筑物对声音吸收少，对光吸收多

D．相对一般建筑物来说，光的波长极短，衍射现象不明显

【答案】D

1．杨氏干涉实验

⑴实验装置介绍

如图所示，挡板上有两个狭缝、，平行激光束垂直于挡板照射到两小孔上，我们在挡板后的屏上观察实验现象。

屏上的干涉现象

⑵实验原理

如上图，我们取点为研究对象。

点是线段的中点，点是屏上的点，且。

设两缝之间的距离为，挡板与屏之间的距离为，、之间的距离为，、之间的距离为，、之间的距离为。

①找路程差

在线段上作，于是。

②数处理

由于，所以能够认为三角形是直角三角形。

由三角函数的关系得，。

另一方面，。

消去，有。

③结果分析

当，即时，点为亮条纹。

其中

当，即时，点为暗条纹。

其中

2．光的干涉现象

振动方向一致的两束光，若频率相同学、相位差恒定，那么在它们相遇的区域会出现稳定的明暗相间的条纹，这种现象叫做光的干涉。

答案：

因为两盏灯发出的光不是相干光。

3．条纹特点

⑴两个相邻的亮条纹或暗条纹中心之间的距离是：

。

⑵若用白光代替单色光做此实验，在中央亮白条纹的边缘处会出现彩色条纹。

白光的双缝干涉条纹

例题说明：

例6考察对实际学生活现象的分析，贴近实际，难度不大；例7考察双缝干涉的条件；例8考察产学生明暗条纹的光程关系，需要简单计算；例9考察条纹间距公式；例10综合干涉、衍射的内容，需要学生明确干涉与衍射条纹的区别。

【例6】

下面哪些属于光的干涉现象：

A．雨后美丽的彩虹

B．对着日光灯从两铅笔的缝中看到的彩色条纹]

C．光通过三棱镜产学生的彩色条纹

D．阳光下肥皂膜上的彩色条纹

【答案】D

【例7】

在杨氏双缝干涉实验中，如果

A．用红光作为光源，屏上将出现红黑相间的条纹

B．用白光作为光源，屏上将出现白黑相间的条纹]

C．用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将出现彩色条纹

D．用红光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将出现间距不等的条纹]

【答案】AD

【例8】

双缝干涉实验中，两缝到光屏上某点的距离之差，若分别用频率和的两单色光垂直照射双缝，则在点出现条纹的情况是

A．用频率为的单色光照射时，出现亮条纹

B．用频率为的单色光照射时，出现亮条纹

C．用频率为的单色光照射时，出现暗条纹

D．用频率为的单色光照射时，出现暗条纹

【解析1】两种单色光的波长分别为：

，。

因为，所以。

]

故用频率为的光照射双缝时，点出现明条纹；

用频率为的光照射双缝时，点出现暗条纹。

【答案】AD

【例9】

双缝干涉实验中，用黄色光照射双缝，在光屏上得到了干涉图样。

若要使得相邻两条纹间的距离变大，我们可以

A．使光源发出的光更强一些

B．使光屏向双缝靠拢一些

C．将黄光换作红光

D．将黄光换作绿光

【答案】C

【例10】

红光、蓝光各自通过同学一个双缝干涉仪以及黄光、紫光各自通过同学一个单缝衍射仪，在光屏上形成的条纹如下图所示，其中黑色部分表示亮条纹。

这四幅图从左向右排列，亮条纹的颜色依次是

A．红黄蓝紫B．红紫蓝黄C．蓝紫红黄D．蓝黄红紫

【答案】B

在纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向在同学一直线上；在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向垂直。

不同学的横波，振动方向可能不同学。

假如让绳上的横波穿过一块带有狭缝的木板，先后将狭缝与振动方向平行放置及与振动方向垂直放置。

可以想象，对于甲图的情形，绳上的横波能够穿过狭缝，而对于乙图的情形则不能。

如果是在一条弹簧上传播的纵波，无论狭缝的取向如何，波都能穿过。

下面利用“偏振片”代替图中带有狭缝的木板，来做光实验。

偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向的振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”。

偏振片对光波的作用就像狭缝对于机械波的作用一样。

如图甲所示，让阳光或灯光通过偏振片，在的另一侧观察透射光的强度。

在偏振片的后面再放置另一个偏振片，以光的传播方向为轴旋转偏振片，再观察通过两块偏振片的透射光的强度。

1．光的偏振

阳光或灯光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，这种现象叫做光的偏振。

偏振现象说明光是一种横波

2．自然光、偏振光

太阳、电灯等普通光源发出的光，包含有垂直于传播方向上沿各个方向振动的光，而且沿各个方向振动的光的强度都相同学，这种光叫自然光。

自然光经过偏振片后的光，叫做偏振光。

。

]

例题说明：

偏振现象在高考中考察较少，因此这里这放了两道比较简单的题，老师重点在于讲清知识。

【例11】

在垂直于太阳光的传播方向上依次放置两个偏振片和，在的后边放上光屏，下列说法正确的是

A．不动，旋转偏振片，屏上光的亮度不变

B．不动，旋转偏振片，屏上光的亮度时强时弱

C．不动，旋转偏振片，屏上光的亮度不变

D．不动，旋转偏振片，屏上光的亮度时强时弱

【解析2】是起偏器，它的作用是把太阳光（自然光）转为偏振光，该偏振光的振动方向与的透振方向一致，所以当与的透振方向平行时，通过的光强最大；当与的透振方向垂直时，通过的光强最小，即无论旋转或，屏上的光强都是时强时弱的。

【答案】BD

【例12】

如图是一偏振片，的透振方向（用带有箭头的实线表示）为竖直方向。

下列四种入射光束中，哪几种照射时能在的另一侧观察到透射光

A．太阳光

B．沿竖直方向振动的光

C．沿水平方向振动的光

D．沿与竖直方向成角振动的光

【答案】ABD

1．光电效应

如图所示，把一块锌板连接在验电器上，手触锌板使验电器指示归零。

用紫外线照射锌板，发现验电器的指针张开。

物理家赫兹（德国）、勒纳德（德国）、汤姆孙（英国）等相继进行了实验研究，证实了这样一个现象：

照射到金属表面的光，能使金属表面的电子从表面逸出。

这个现象称为光电效应，这种电子常被称为光电子。

⑴光电效应实验规律

任何一种金属，都有一个截止频率，也称极限频率。

入射光的频率低于截止频率时不发学生光电效应。

逸出光电子的动能只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。

入射光的频率越大，逸出光电子的动能就越大。

对于一定颜色的光（），入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。

无论入射光（）怎样微弱，光电效应几乎是瞬时发学生的。

⑵光电效应与经典电磁理论的冲突

按照光的电磁理论，光是电磁波，是变化的电场与变化的磁场的传播。

入射光照射到金属上时，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足够大时，总可以挣脱金属束缚而逸出，成为光电子，不应存在极限频率。

②按照光的电磁理论，光越强，光子的初动能应该越大。

按照光的电磁理论，光电子的产学生需要较长的时间而不是瞬间。

光子说

在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量与光的频率成正比，即，其中普朗克常量。

②光子说对光电效应的解释：

（a）光子的能量只与光的频率有关，电子吸收到光子的频率越大，获得的能量也就越多。

当能量足以使电子摆脱金属的束缚时，它就从金属表面逸出，成为光电子，因而存在一个截止频率。

（b）根据能量守恒定律，逸出光电子的最大初动能：

。

这就是著名的爱因斯坦光电效应方程，为金属的逸出功。

（c）入射光越强，单位体积内的光子数就越多。

光子数越多，单位时间内从金属表面逸出的光电子数也就越多。

（d）电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，因此光电效应几乎是瞬时发学生的。

2．康普顿效应

⑴光的散射

光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发学生改变，这种现象叫做光的散射。

⑵康普顿效应

19181922年，美国物理家康普顿在研究石墨对射线的散射时，发现在散射的射线中，除了与入射波长相同学的成分外，还有波长大于的成分，这个现象叫做康普顿效应。

康普顿的学生，中国留学生吴有训测试了多种物