光的本性4.docx

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光的本性4

第四节光的本性

编写：

陈云检查：

李百顺

一、光的本性学说发展史上的五个学说

1．牛顿的微粒说：

认为光是，它能解释光的直进现象．光的反射现象．

2．惠更斯的波动说：

认为光是某种振动以波的形式向周围传播，它能解释光的干涉和衍射现象．

3．麦克斯韦的电磁说：

认为光是．赫兹用实验证明了光与电磁波在真空中传播速度相等且均为横波．

4．爱因斯坦的光子说：

认为光的传播是一份一份的．每一份叫一个光子，其能量与它的频率成，即E=hν。

光子说能成功地解释光电效应．

5．波粒二象性学说：

光既有粒子性，又有波动性，个别光子表现为性，大量光子的行为表现为性；频率大的光粒子性明显。

而频率小的光波动性明显．

二、光的干涉

1．光的干涉现象在两列光波的叠加区域，某些区域相互，出现亮纹，某些区域相互里，出现暗纹，且加强和减弱的区域相问，即亮纹和暗纹相问的现象．光的干涉现象表明光是一种波．

2．干涉条件

两列光的，振动步调相差恒定，能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源可用同一束光分成两列而获得．

如图14—2一l所示，平行光照射到单缝屏上后．又照射到双缝屏上，这样，一束光就被分成两束频率和振动情况完全一致的相干光，这两束光在像屏上相遇后，在像屏上形成相互平行的明暗相间的条纹．当入射光为白光时得到彩色条纹，当入射光为单色光时，在像屏上得到单色明暗相问的条纹．

（1）双缝干涉图样特点：

单色光干涉图样的中央为亮条纹，往两边是明暗相闯且间距相等的条纹，自光干涉图样的中央亮纹为自色，中央白光边缘呈红色。

在两侧依次出现彩色条纹，紫光最靠近中央．红光最远．

（3）条纹间距与光波长的关系：

屏上相邻明条纹或暗条纹之问的距离总是相等的．其距离大小△X与双缝之间距离d、双缝到屏的距离L及光的波长λ有关，即：

△X=。

在L和d不变的情况下．△X和波长λ成正比，应用上式可测光波的波长．用同一实验装置做干涉实验，红光干涉条纹的间距△X红最大，紫光的干涉条纹问距△X紫最小，则可知：

λ红大于λ紫，红光的频率小于紫光的频率．

4．薄膜干涉

定义：

光照射在薄膜上，从膜的前表面和后表面反射回来的光再次相遇，而产生的干涉涉现象．

（1）薄膜干涉的产生

如阁所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA’和后表面BB’分别反射出来．形成两列频率相同的光波，并且叠加产生干涉现象．

说明：

①若单色光照在上述薄膜上，将形成明暗相问的条纹．②若白光照在上述薄膜上．将形成彩色条纹③在水面上的油膜．肥皂泡等在白光的照射下，出现灿烂的彩色．都是薄膜干涉现象．

（2）薄膜干涉的应用

①检查精密零件的表面平整程度②增透膜：

在光学元件（透镜、棱镜）的表丽涂一层薄膜，当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的l／4时，光垂直入射时在薄膜的两个面上的反射光．光程差恰好等于，因而相互抵消，达到减小反射光、增大透射光强度的作用．

【体验1】如图所示是一个双缝干涉实验装置示意图。

其中S为单缝．S1、S2为双缝，P为光屏。

实验时用白光从左边照射单缝S．可在光屏上观察到彩色的干涉条纹．现在在S1左边加一个红色滤光片（只能透过红光），在S2左边加一个蓝色滤光片（只能透过蓝光），则在光屏P上可观察到

A．红光和蓝光两套干涉条纹

B．红、蓝相交的干涉条纹

c．两种色光相叠加，但不出现干涉条纹

D．屏的上部为红光．下部为蓝光，不发生叠加

三、光的衍射

1．光的衍射现象

光在遇到障碍物或小孔时，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．光发生明显衍射现象的条件：

当孔和障碍物的尺寸比光波波长，或者跟波长时，光才能发生明显的衍射现象．

3．常见的光的衍射现象

（1）光通过狭缝的衍射现象：

单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相阅的条纹，中央为亮纹．中央条纹较宽，其余条纹变窄．自光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹．中央为自条纹．

（2）光通过小孑L的衍射现象：

光通过小孔时（孔很小）在屏上会出现明暗相间的圆环，中间很亮．

（3）光照到小圆板上的衍射现象：

当光照到不透明的小圆板上，在屏上圆板的阴影中心，出现亮斑——泊松亮斑．这是光能发生衍射现象的有力证据之一．

4．光的衍射现象的意义

（1）于涉和衍射是波的特征。

光具有干涉和衍射现象证明了光具有，波长越大，于涉和衍射现象都越明显，也越容易观察剁干涉和衔射现象．

（2）衍射现象说明了“光沿戎线传播”只是近似规律，只有在光的

波长比障碍物小得多时，光才可以看作是沿直线传播的．

体验：

对光的衍射观象的定性分析，下列说法中不正确的有（）

A．光的衍射是住传播过程中偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象

B．衍射现象是波的特征

C、衍射现象否定了光的直线传播的结论

D、光的衍射为波动说提供了有力的证据

四、光的电磁说

1、麦克斯韦在研究电磁场理论时预言了电磁波的存在。

并且从理论上得出了电磁波的传播速度跟实际测得的光速相同，在此基础上，麦克斯韦提出了光的电磁说：

光是一种．

2．赫兹在光的电磁说提出二十多年后，用实验证实了电磁波的存在，测得电磁波的传播速度确实等于光速，并且证明了电磁波也能产生反射、折射、干涉、衍射、偏振等现象．这就从实验上证实了光是一种电磁波．

3．光的电磁说的重要意义是确定了光的电磁本质：

可见光是一定频率范围内（3．9×1014Hz～7．5×1014Hz）的电磁波，而把光学和电磁学统一起来，同时也说明了光可在真空中传播的原因：

电磁场本身就是物质，不需要别的介质来传递．

4．电磁波谱

电磁波按波长由大到小依次排列起来（无线电波、红外线、

可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线），构成了频率范围非常广阔

的电磁波谱，按此顺序排列它们时，频率是出低到高，波长是由

长到短；

五、光的偏振；

1．只有横波才能发生偏振现象，光的偏振现象表明光是一种横波．

2．自然光与偏振光的区别

除了直接从光源发出的光外．日常生活中遇到的光大都是偏振光．

（1）自然光，

在任意一个垂直于光传播方向振动的光波的强度都相同．

（2）偏振光j

在垂直于光波传播方向的平面内，只沿某一个特定方向上振动的光．

3．光的偏振的应用

立体电影、照相机镜头、消除车灯眩光等．

六、激光

1．激光产生的机理

处于激发态的原予，如果在入射光子的电磁场的影响下，引起高能态向低能态跃辽，同时在两个状态之问的能量差以辐射光子的形式发射出去：

这种辐射叫做受激辐射．原子发生受激辐射时，发出的光子的频率、发射方向等，都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强．这就是激光产生的机理．

2．激光的特点

（1）激光是一种人工产生的相干光．根据此特点，它能象无线电波那样进行调制，应用于光纤通信．也可以用于全息照像．

（2）激光的平行度非常好，根据此特点．它可以应用于精确测距，还应用于VCD光盘的解读．

（3）激光的亮度高，温度高．可以利用激光束来切割各种物质，焊接金属以及在硬质材料上打孔．医学上可以用激光作“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤，也可以用激光“焊接”剥落的视网膜，还可以引起核聚变．

一、利用双缝干涉实验测量光波的波长．

【例l】两个狭缝相距0．3mm，位于离屏50cm处，现用

波长为6x10-7m的光照射双缝，求：

（1）两条相邻暗条纹问的距离是多少?

（2）若将整个装置放于水中．那么两条相邻暗条纹间的距离是多少?

（水的折射率为

）

二、光的干涉和光的衍射的比较分析

1．双缝于涉和单缝衍射都是波叠加的结果，只是于涉条纹是有限的几束光的叠加，而衍射条纹是极多且复杂的相干光的叠加．在双缝干涉实验中，光在通过其中三个狭缝时，都发生了衍射而形成三个线光源．所以。

一般现象中既有干涉又有衍射．

2．单缝衍射时，照射光的波长越长，中央亮纹越宽，所以衍射和干涉都能使白光发生色散现象，且中央白光的边缘均呈红色．

3．干涉和衍射的图样有相似之处，都是明暗相间的条纹，只是干涉条纹中条纹宽度和亮纹亮发基本相同，衍射条纹中条纹宽度和亮纹亮度均不等，中央亮纹最宽最亮．

例2、分析以下现象产生的原因

（1）白光通过盛水的玻璃杯，在适当的角度可以得到彩色光．

（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·

光学课时作业4

编写：

陈云检查：

李百顺

1、在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是（）

A．光的折射现象、色散现象

B．光的反射现象、干涉现象

C．光的衍射现象、偏振现象

D．光的直线传播现象、光电效应现象

2、激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理．其二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝．待测物体的速度v与二次曝光的时间间隔△t的乘积等于双缝间距．实验中可测得第二次曝光的时间间隔△t、双缝到屏的距离L以及相邻两条亮纹间距△x．若所用激光波长为λ，则该实验确定物体运动速度的表达式是（）

3、下列说法正确的是（）

A．光波是一种概率波

B．光波是一种电磁波

C．单色光从光密介质进入光疏介质时，光子的能量改变

D．单色光从光密介质进入光疏介质时．光的波长不变

4、下列哪些现象是光的衍射产生的（）

A．著名的泊松亮斑

B．阳光下茂密树荫中地面上的圆形亮斑

C．光照到细金属丝上在其后面屏上得到的阴影中间出现亮线

D．阳光经凸透镜后形成的亮斑

5、汽车在行驶时滴下一些油滴，滴下的油滴在带水的路面上会形成一薄层油膜，并呈现出彩色，这是由于（）

A．光的色散B．空气的折射

C．光的干涉D．光的衍射

6、在光的双缝干涉实验中，在光屏上放上照相底片，并设法减弱光子流强度，尽可能使光子一个一个地通过狭缝，在曝光时间不长和曝光时间足够长两种情况下，实验结果是（）

A．若曝光时间不长，则底片上出现一些无规则的点

B．若曝光时间足够长，则底片上出现干涉条纹

C．这一实验结果表明光具有波动性

D．这一实验结果否定了光具有粒子性

7、由于空气中C02含量增多，导致全球气温升高，这被称为温室效应，是环境保护面临的一个重大问题，C02对地面附近气温产生影响，主要是因为C02气体（）

A．对射来的太阳光中的红外线有强烈的吸收作用，这就足以使全球气温升高

B．在一昼夜中对射来的太阳光吸收的热量大于它向地球四周辐射的热量，这就使的C02温度升高，导致全球气温升高

C．对由地面向外辐射的红外线有强烈的吸收作用，是这些被吸收的热量使大气温度升高

D．对由地面向外辐射的红外线有强烈的反射作用，使这些能量返回地面，从而使地面附近气温升高

8、在观察光的衍射实验时，如果用细长的直狭缝观看远处的目光灯管（灯管与狭缝平行放置），可以看到（）

A．黑自相间的直条纹B．黑白相间的弧形条纹

C．彩色的直条纹D．彩色的弧形条纹

9、在做杨氏双缝干涉实验时，将其中的一条狭缝挡住，在屏上

仍能观察到明暗相问的条纹，此条纹（）

A．仍是原来的干涉条纹，只是亮度减弱了

B．仍是干涉条纹，只是条纹宽度变窄了

C．是衍射条纹

D．无法确定是干涉条纹还是衍射条纹

10、某高层建筑物外墙大量使用的幕墙玻璃，在白天时外面的人看不到室内的物体，而室内的人却能较清楚地看见外面的景物，其原因是（）

A．在玻璃的外表面涂有增透膜

B．在玻璃的外表面涂有高反膜（即对光的反射率远大于透射率的物质）

C．在玻璃的外表面涂有能大量吸收光的物质

D．在玻璃的外表蘑涂有不透光的彩色薄膜

11、在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差△x=0．6μm．若分别用频率为fl=5.0×1014Hz和f2=7．5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况为（）

①用频率为fl的单色光照射时，出现明条纹

②用频率为f2的单色光照射时，出现明条纹

③用频率为fl的单色光照射时，出现暗条纹

④用频率为f2的单色光照射时，出现暗条纹

A．①③B．②④

C．②③D．①④

12、如图所示是用干涉法检查厚玻璃板的上表面是否平整的装置．所用单色光是用普通光源加滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光叠加而成的（）

A．a的上表面和b的下表面

B、的上表面和b的上表面

C．a的下表面和b的下表面

D．a的下表面和b的上表面

13、如图所示为X射线管的结构示意图，E为灯丝电源．要使射线管发出X射线，须在K、A两电极间加上几万伏的直流高压。

则（）

A．高压电源正极应接在Q点，X射线从A极发出

B、高压电源正极应接在Q点．x射线从K极发出

C、高压电源正极应接在P点。

X射线从A极发出

D、高压电源正极应接在P点．x射线从K极发出

14、关于电磁波谱的’下列说法中正确的是（）

A．伦琴射线是高速电子流射刊固体上，使固体原子的内层电子受激发而产生的

B、γ射线是原子的内层电子受激发后产生的

C．在电磁波谱中．最容易发生衍射现象的是γ射线

D．紫外线比紫光更容易发生衍射现象

15、如图（甲）所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜．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．于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．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的

D．干涉条纹不等间距是闺为空气膜厚度是均匀变化的

16、如图，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象．这个实验表明（）

A．光是电磁波B、光是一种横波

C．光是～种纵波D．光是概率波

17、光子不仅有能量．还有动量，光照射到某个面上就会产生压力，宇宙飞船可以采用光压作为动力．给飞船安上面积很大的薄膜，正对着太阳光，靠太阳光在薄膜上产生压力推动宇宙飞船前进．第一次安装的是反射率极高的薄膜．第二次安装的是吸收率极高的薄膜，那么（）

A．安装反射率极高的薄膜．飞船的加速度大

B．安装吸收率极高的薄膜．飞船的加速度大

C．两种情况下，由于飞船的质量一样，飞船的加速度大小都一样

D．两种情况下，飞船的加速度不好比较

18、用单色光通过小圆盘与小圆孔分别做衍射实验，在光屏上得到衍射图形．则（）

A．两个图形是中央均为亮点的同心圆形条纹

B．两个图形是中央均为暗点的同心圆形条纹

C、用小圆盘时．图形中央是暗的同心圆形条纹；用小圆孔时，图形中央是亮的同心圆形条纹

D．用小圆盘时．图形中央是亮的同心圆形条纹；用小圆孔时．图形中央是暗的同心圆形条纹．

19、在真空中频率为4×1014Hz的是红光，频率为6×1014Hz的是绿光．现在有一束单色光．它在n=1．5的玻璃中，波长为5×l014m．它在这种玻璃中的频率是多少?

是什么颜色?

在真空中的频率是多少?

又是什么颜色?