第十六章光的本性教案Word文件下载.docx

1、下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。2干涉区域内产生的亮、暗纹亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即= n（n=0，1，2，）暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即=（n=0，1，2，）相邻亮纹（暗纹）间的距离。用此公式可以测定单色光的波长。用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。【例1】 用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为x。下列说法中正确的有 A.如果增大单缝到双缝间的距离，x 将增大B.如果增大双缝之间

2、的距离，x 将增大C.如果增大双缝到光屏之间的距离，x将增大D.如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，x将增大解：公式中l表示双缝到屏的距离，d表示双缝之间的距离。因此x与单缝到双缝间的距离无关，于缝本身的宽度也无关。本题选C。【例2】 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n=1.5，所要消除的紫外线的频率为8.11014Hz，那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少？为了减少进入眼睛的紫外线，应该使入射光分别从该膜

3、的前后两个表面反射形成的光叠加后加强，因此光程差应该是波长的整数倍，因此膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的1/2。紫外线在真空中的波长是=c/=3.710-7m，在膜中的波长是/=/n=2.4710-7m，因此膜的厚度至少是1.210-7m。3衍射注意关于衍射的表述一定要准确。（区分能否发生衍射和能否发生明显衍射）各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。发生明显衍射的条件是：障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。【例3】 平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，下列说法中正确的有A.在衍射图样的中心都是亮斑B.泊松亮斑中心亮点周围的暗环较宽C.小孔衍射的衍射图样的中心是暗斑，泊松

4、亮斑图样的中心是亮斑D.小孔衍射的衍射图样中亮、暗条纹间的间距是均匀的，泊松亮斑图样中亮、暗条纹间的间距是不均匀的从课本上的图片可以看出：A、B选项是正确的，C、D选项是错误的。4光的电磁说麦克斯韦根据电磁波与光在真空中的传播速度相同，提出光在本质上是一种电磁波这就是光的电磁说，赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性。电磁波谱。波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线。各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。各种电磁波的产生机理分别是：无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；伦琴射线是原子的内

5、层电子受到激发后产生的；射线是原子核受到激发后产生的。各种电磁波的产生、特性及应用。电磁波产生机理特 性应 用无线电波LC电路中的周期性振荡波动性强无线技术红外线原子的最外层电子受激发后产生的热作用显著，衍射性强加热、高空摄影、红外遥感可见光引起视觉产生色彩效应照明、摄影、光合作用紫外线化学、生理作用显著、能产生荧光效应日光灯、医疗上杀菌消毒、治疗皮肤病、软骨病等伦琴射线原子的内层电子受激发后产生的穿透本领很大医疗透视、工业探伤射线原子核受激发后产生的穿透本领最强探伤；电离作用；对生物组织的物理、化学作用；医疗上杀菌消毒；实验证明：物体辐射出的电磁波中辐射最强的波长m和物体温度T之间满足关系m

6、 T = b（b为常数）。可见高温物体辐射出的电磁波频率较高。在宇宙学中，可以根据接收到的恒星发出的光的频率，分析其表面温度。【例4】 为了转播火箭发射现场的实况，在发射场建立了发射台，用于发射广播电台和电视台两种信号。其中广播电台用的电磁波波长为550m，电视台用的电磁波波长为0.566m。为了不让发射场附近的小山挡住信号，需要在小山顶上建了一个转发站，用来转发_信号，这是因为该信号的波长太_，不易发生明显衍射。电磁波的波长越长越容易发生明显衍射，波长越短衍射越不明显，表现出直线传播性。这时就需要在山顶建转发站。因此本题的转发站一定是转发电视信号的，因为其波长太短。【例5】 右图是伦琴射线管

7、的结构示意图。电源E给灯丝K加热，从而发射出热电子，热电子在K、A间的强电场作用下高速向对阴极A飞去。电子流打到A极表面，激发出高频电磁波，这就是X射线。A.P、Q间应接高压直流电，且Q接正极 B.P、Q间应接高压交流电C.K、A间是高速电子流即阴极射线，从A发出的是X射线即一种高频电磁波D.从A发出的X射线的频率和P、Q间的交流电的频率相同 K、A间的电场方向应该始终是向左的，所以P、Q间应接高压直流电，且Q接正极。从A发出的是X射线，其频率由光子能量大小决定。若P、Q间电压为U，则X射线的频率最高可达Ue/h。本题选AC。5光的偏振光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。各种电磁波中电场E

8、的方向、磁场B的方向和电磁波的传播方向之间，两两互相垂直。光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起的，因此将E的振动称为光振动。自然光。太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫自然光。偏振光。自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，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，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。【例6】 有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有 A.只有电磁

9、波才能发生偏振，机械波不能发生偏振B.只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振C.自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光D.除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光 机械能中的横波能发生偏振。自然光不一定非要通过偏振片才能变为偏振光。本题应选BD。二、光的粒子性1光电效应在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。（右图装置中，用弧光灯照射锌版，有电子从锌版表面飞出，使原来不带电的验电器带正电。）光效应中发射出来的电子叫光电子。光电效应的规律。各种金属都存在极限频率0，只有0才能发生光电效应；光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入光的频率增大而增大；当入射

10、光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入光的强度成正比；瞬时性（光电子的产生不超过10-9s）。爱因斯坦的光子说。光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量E跟光的频率成正比：E=h 爱因斯坦光电效应方程：Ek= h - W（Ek是光电子的最大初动能；W是逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功。）【例7】 对爱因斯坦光电效应方程EK= h-W，下面的理解正确的有 A.只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能EKB.式中的W表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功 C.逸出功W和极限频率0之间应满

11、足关系式W= h0D.光电子的最大初动能和入射光的频率成正比爱因斯坦光电效应方程EK= h-W中的W表示从金属表面直接中逸出的光电子克服金属中正电荷引力做的功，因此是所有逸出的光电子中克服引力做功的最小值。对应的光电子的初动能是所有光电子中最大的。其它光电子的初动能都小于这个值。若入射光的频率恰好是极限频率，即刚好能有光电子逸出，可理解为逸出的光电子的最大初动能是0，因此有W= h0。由EK= h-W可知EK和之间是一次函数关系，但不是成正比关系。本题应选C。2康普顿效应在研究电子对X射线的散射时发现：有些散射波的波长比入射波的波长略大。康普顿认为这是因为光子不仅有能量，也具有动量。实验结果证

12、明这个设想是正确的。因此康普顿效应也证明了光具有粒子性。三、光的波粒二象性1光的波粒二象性干涉、衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波；光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子；因此现代物理学认为：光具有波粒二象性。2正确理解波粒二象性波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量。个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。高的光子容易表现出粒子性；低的光子容易表现出波动性。光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。由光子的能量E=h，光子的动量表示式也可以看出，光

13、的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率和波长。由以上两式和波速公式c=还可以得出：E = p c。【例8】 已知由激光器发出的一细束功率为P=0.15kW的激光束，竖直向上照射在一个固态铝球的下部，使其恰好能在空中悬浮。已知铝的密度为=2.7103kg/m3，设激光束的光子全部被铝球吸收，求铝球的直径是多大？（计算中可取=3，g=10m/s2）设每个激光光子的能量为E，动量为p，时间t内射到铝球上的光子数为n，激光束对铝球的作用力为F，铝球的直径为d，则有：光子能量和动量间关系是E = p c，铝球的重力和F平衡，因此F=gd3，由以上各式

14、解得d=0.33mm。四、物质波（德布罗意波）由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去，得出物质波（德布罗意波）的概念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波长=【例9】试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。估计一个中学生的质量m50kg ，百米跑时速度v7m/s ，则m 由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性。【例10】 为了观察到纳米级的微小结构，需要用到分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜。下列说法中正确的是 A.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此不容易发生明显衍射B.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可

15、见光长，因此不容易发生明显衍射C.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此更容易发生明显衍射D.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长，因此更容易发生明显衍射为了观察纳米级的微小结构，用光学显微镜是不可能的。因为可见光的波长数量级是10-7m，远大于纳米，会发生明显的衍射现象，因此不能精确聚焦。如果用很高的电压使电子加速，使它具有很大的动量，其物质波的波长就会很短，衍射的影响就小多了。因此本题应选A。五、对本章重点与难点的补充解析1光的干涉现象的产生和观察两列光波在空间相遇时，相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域始终减弱，形成稳定的强弱分布的现象叫做光的干涉实验告诉我

16、们，产生稳定干涉现象的条件是：两列光波频率（波长）相同、相差恒定、振动方向相同时，两列波产生稳定的干涉图样实验中，要想得到两列相干光源（即满足干涉条件：频率（波长）相同、相差恒定、振动方向相同的光源），常采用的方法是从一列光波中“分出”一部分完全相同的光波干涉图样的特征是：明暗相间的图样产生干涉图样的具体方法有几种，但总的来说都是将一个光源的光分成两束如图1所示的双缝干涉；图2所示菲涅耳双棱镜干涉；图3所示洛埃镜干涉；图4所示薄膜干涉；图5所示牛顿环干涉两列相干光波相遇的空间为干涉场，只有在干涉场中用屏才可以接收到干涉图样（在薄膜干涉中的薄膜同时又是屏）2光的衍射现象的产生和观察光遇到障碍物时

17、，偏离直线传播而进入障碍物的几何阴影中，这种光绕过障碍物的绕射现象叫做光的衍射产生明显的衍射现象需要：障碍物或孔的线度（大小）与波长相差不多由于光的波长较短，不足10-6 m（即1m），所以一般情况下，很难看到光的衍射现象如图6所示，为单缝衍射实验现象从图样上看，单缝衍射图样也是明暗相间的图样，但单缝衍射图样中央亮条纹较宽、较亮，两边条纹明暗相间逐渐变暗，即能量大部分集中在中央亮纹在单缝衍射实验中，减小单缝的宽度，会看到中央亮纹宽度及明暗条纹间距增大，反之则减小对光的“限制”越厉害，光在这个方向上展开的也越厉害眯起眼睛或通过羽毛、沙巾会见到“光芒”现象，就是光的衍射现象3光的“微粒说”与光的“

18、波动说”关于光的本性问题，物理学的发展过程中曾经有过激烈的争论以牛顿为代表的“微粒说”认为：光是从光源发出的一种物质微粒，它在均匀的介质中以一定的速度传播；以惠更斯为代表的“波动说”则认为：光是从光源发出并在介质中传播的某种波对光的本性的上述两种认识都能解释一些光现象，相比较而言，早期是“微粒说”占据明显的上风，究其原因可能除了牛顿的学术地位外，主要是由于牛顿的万有引力定律对光的折射现象的精妙解释当光以速度v从介质1射向介质2时，由于“光微粒”在介质1中所受到的分布均匀的“介质微粒”的引力合力为零，所以“光微粒”在介质1中将以速度v1 做匀速直线运动；当“光微粒”运动到两种介质的界面附近时，两

19、种介质的“介质微粒”对“光微粒”的引力在与介质界面平行的方向上平衡，以至使“光微粒”进入介质2后沿与介质界面平行方向上的分速度 和进入介质2前的相应方向上的分速度 大小相等；当“光微粒”运动到两种介质的界面附近时，两种介质的“介质微粒”对“光微粒”的引力在与介质界面垂直的方向上不平衡，考虑到光密介质2中的“介质微粒”对“光微粒”的引力更大些，所以可以判断“光微粒”进入介质2后沿与介质界面垂直方向上的分速度 要比进入介质2前的相应方向上的分速度 大；这样，“光微粒”在穿过两种介质界面时，传播的方向就将发生偏折尽管一百多年后对光速的测量表明：牛顿的上述解释实际上把光在光密介质中的速度大小和光在光疏

20、介质中的速度大小的关系弄颠倒了，但在当时能把光的折射现象解释得如此精妙，确实不得不令人叹服4对光的波动性的认识 1801年，英国物理学家托马斯-杨所做的“光的双缝干涉实验”充分表明光是一种波；而“光的偏振现象”又表明光是一种横波；光速的测定值与麦克斯韦电磁场理论中电磁波的理论波速的比较又启发人们提出“光波是一种电磁波”的假说；赫兹的实验证实了电磁波的存在，并测得电磁波的波速，使“光的电磁说”假设得到了确立六、针对练习（一）光的干涉和衍射：1以下现象中（1）属于光的干涉现象的是： 。（2）属于光的衍射现象的是：（3）属于光的色散现象的是：A雨后空中出现的彩虹 B隔着手指缝隙看太阳光，出现的彩色条

21、纹C肥皂泡上的彩色条纹D水面上的油膜呈现的彩色图样E隔着棱镜看白色物体，看到物体的边沿呈现各种彩色F用手指把两块平玻璃板紧紧捏在一起，会从玻璃板面上看到许多彩色打纹2有关光现象的应用技术，下列陈述中不正确的是（ ）A无影灯是应用光的衍射现象B增透膜是应用光的干涉现象C分光镜是应用光的色散现象D光导纤维是应用光的全反射现象（二）电磁波谱：3电磁波有：A可见光 B红外线 C紫外线 D无线电波 E射线 F伦琴射线（1）按频率由小到大的顺序排列是：（2）随着频率的升高，波动性越来越 ，而粒子性越来越 （填“明 显”或“不明显”）。（3）可对物体进行加热的是 ，激发物质发光的是 ，可用来检查人体病变或骨

22、折的是 ，能使种子发生变异培育新品种的是 。（三）光电效应：4用绿光照射一光电管，能产生光电流，现欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大，下列哪种措施是正确的 （ ）A改用红光照射 B增大绿光的强度C增加光照时间 D改用紫光照射（四）光的波粒二象性：5在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其它生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥重要作用。蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的，假设老鼠的体温约37，它发出的最强的热辐射的波长为m根据热辐射理论，m与辐射源的绝对温度的关系近似为Tm.910（1）老鼠发出的最强的热辐射的波长为 （ ）A7.8105 m B9.4106m C1.161

23、04m 9.7108m（2）老鼠发出的最强的热辐射属于 （ ）A可见光波段 B紫外线波段 C红外线波段 D射线波段6光电效应把光信号转变为电信号，动作非常迅速灵敏，因此，在科学中得到了广泛的应用，光电管就是适应这种需要而制成的。下图是一个用光电管自动控制路灯的电路图。（1）请在光电管的控制电路中标出电源的正 负极。（2）已知铯、钠、锌、银、铂等金属的极限 频率分别为4.5451014、6.0001014、8.0651014、1.1531015、1.5291015 （单位：Hz ），而可见光的频率范围是：3.97.5 （单位：1014Hz ），则选用上述哪种金属作光电管阴极材料最好？课后参考练习

24、题1用不同的色光进行双缝干涉实验时，下列说法中正确的是 （ ）A条纹的间距跟光波的波长成反比 B红光的条纹间距最大C紫光的条纹间距最大 D各种色光的条纹间距一样大2光在不同介质中的传播速度不同，但频率不变，一束红光从空气射入水中后，在水中还是红色的吗？答：请根据事实推断光的颜色是由下列哪个物理量决定的 （ ）A波长 B频率 C介质 D波速3关于白光做双缝干涉实验时，中央出现的条纹 （ ）A一定是暗条纹 B一定是白色亮纹C一定是彩色亮纹 D一定是红色亮纹4把肥皂液薄膜放在洒有氯化钠的酒精灯火焰前，可以在薄膜上看到火焰的反射像，此反射像上出现了明暗相间的条纹，其中明条纹呈 （ ）A白色 B黄色 C

25、红色 D蓝色5下列现象中属于光的干涉现象的是 （ ）A油膜上的彩色花纹B旱晨草叶上的露珠在太阳光的照射下看起来特别明亮C雨后天空的彩虹D白光透过三棱镜后出现各种颜色的光6在不透明的圆板的阴影中心有一个亮斑，这是由于 （ ）A光的干涉现象 B光的衍射现象 C光的反射现象 D光的直线传播7下列说法中正确的是 （ ）A光是一种电磁波是由麦克斯韦提出的B电磁波的存在是爱因斯坦用实验证实的C红外线最显著的作用是化学作用D紫外线最显著的作用是热作用8下列哪种电磁波是由原子核受到激发后产生的 （ ）A紫外线 B伦琴射线能 C射线 D无线电波9一切物体都在不停的辐射 （ ）A红外线 B紫外线 C射线 D射线1

26、0下列哪种射线可用于对医院的病房和手术室进行消毒 （ ）A红外线 B紫外线 C射线 D射线11医学上用来透视人体内部病变和骨折等情况的是下列哪一种射线 （ ）12光子的能量是由下列哪个物理量决定的 （ ）A光的波长 B光的频率 C光的传播速度 D介质的折射率13绿光能使某种金属产生光电效应，则下列哪些光也能使这种金属产生光电效应（ ）红光 黄光 蓝光 紫光A B C D14用绿光照射一光电管，能产生光电流，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大，下列哪种措施是正确的 （ ）改用红光照射 增大绿光的强度 增加光照时间 改用紫光照射15下列说法中正确的是 （ ）A单个光子的运动规律表现为粒子性B大量光子的运动规律表现为波动性C波长较长的无线电波，很容易表现出干涉，衍射现象D光既表现为粒子性又表现为波动性，即具有波粒二象性