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1、2019高三物理二轮练习教学案光的本性 知识络 高考考点考纲要求：知识点要求说明光本性学说的发展简史光的干涉现象，双缝干涉，薄膜干涉，双缝干涉的条纹间距与波长的关系 光的衍射光的偏振现象 光谱和光谱分析，红外线、紫外线、x射线、射线以及它们的应用，光的电磁本性，电磁波谱光电效应，光子，爱因斯坦光电效应方程光的波粒二象性，物质波激光的特性及应用复习指导：“光的本性”的内容基本上是按照人类对光的本性的认识过程展开的。光的干涉和衍射实验的成功证明了光具有波动性，并推动了光的波动学说的发展。光的电磁说揭示了光现象的电磁本质。光电效应现象的发现，又确凿无疑地说明了光还具有粒子性，最终使人们认识到光具有波
2、粒二象性。在历年的高考试题中，有关“光的本性”的内容多以选择或填空题的形式出现。在所列的知识与几何光学中的知识结合起来进行考查。 要点精析 光的波动性：（一）光的干涉1干涉是波的特有现象：只有相干波源才能产生稳定的干涉现象，光若具有波动性则必能观察到它的干涉现象，但必须要有产生干涉现象的相干光源。2相干光源：振动情况（指描述振动的物理量频率、相位、振幅以及振动方向）总是相同。由于物质发光的特殊性，任何两个独立的光源发出的光相叠加均不能产生干涉现象，只有采用特殊的方法从同一光源分离出两列频率相同的光波相叠加，才可能发生干涉现象。双缝干涉、薄膜干涉等都是采用这种“分光”方法而获得相干光源的。3典型
3、干涉实验：杨氏双缝干涉实验、薄膜干涉实验。（二）双缝干涉1实验结果：用单色光源在屏上出现明暗相间的等距干涉条纹；若用白光做该实验则屏上出现彩色的干涉条纹。2实验分析：当屏上某点到双缝S1、S2的路程差是光波波长的整数倍时，在这些地方出现亮纹；当屏上某点到双缝S1、S2的路程差是光波半波长的奇数倍时，在这些地方出暗纹；干涉条纹是等间距的；同样条件的双缝实验，用红光和紫光得到的相邻暗条纹间的宽度不等，红光的宽度大。3结论：相邻明暗相间条纹间的距离 ；同一实验中，任意两个相邻的亮纹间的距离是相等的；x与、d、三因素有关，当、d相同条件下x与成正比，所以红光和紫光分别做实验得到的条纹间隔是不同的，红光
4、的波长比紫光的波长长，因而红光干涉条纹比紫光宽。（三）薄膜干涉1成因：薄膜前表面和后表面分别反射的两列波叠加，这两列波是同一光源发出的，所以是相干波，由于同一水平线上的薄膜厚度近似相同，所以干涉后能产生水平的明暗条纹，由于光波波长极短，因此做薄膜干涉实验所用介质膜应足够薄，才能观察到干涉条纹。2如果膜的厚度为d，折射率为n的前后表面的反射光的光程差为2d，则：当2d是光波半波长的偶数倍时，在这些地方出现亮纹；当2d是光波半波长的奇数倍时，在这些地方出现暗纹；3如果膜的厚度均匀变化，若用单色光照射，相邻的条纹间的距离是相等的；若用白光照射，则在薄膜某一厚度的地方某一波长的光反射后增强，而另一些波
5、长的光反射后减弱，这样薄膜的像上就出现彩色条纹。4光的干涉在技术上的应用。（1）干涉法检查镜面：光的干涉在技术上可以检查精密零件的表面质量，将被检查平面和放在上面的透明标准样板的一端垫一薄片，使样板的标准平面和被检查平面间形成一个楔形空气薄层，单色光从上面照射，入射光在空气层的上、下表面反映出两列光波叠加情况，从反射光中看到干涉条纹，根据干涉条纹的形状，来确定工件表面情况。（2）镜片增透膜：在光学元件（透镜、棱镜）的表面涂一层薄膜，当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4时，在薄膜的两个面上的反射光，光程差恰好等于半波长，因而相互抵消，达到减小反射光、增大透射光强度的作用。（四）光的衍射1光的
6、衍射：光离开直线路径绕到障碍物阴影区域内的现象叫光的衍射。任何障碍物都可以使光发生衍射；2产生明显衍射的条件：障碍物或小孔的尺寸跟光的波长相差不多或比光的波长小；3明显衍射的现象：白光的单缝衍射：中央宽、亮的白色条纹；两侧窄、暗的彩色条纹；单色光的单缝衍射：中央宽、亮的亮条纹；两侧明暗相间的条纹，条纹间距向两侧越来越窄；4光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，但存在明显的区别：双缝干涉条纹是等间距、等亮度的，而单缝衍射条纹除中央明条纹最宽、最亮外，两侧条纹亮度逐渐减小。（五）光的电磁说电磁波谱1光的电磁说：19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦提出电磁场的理论，预见了电磁波的存在，并提出电
7、磁波是横波，传播的速度等于光速，根据它跟光波的这些相似性，指出“光波是一种电磁波”光的电磁说。1888年赫兹用实验证实了电磁波的存在，测得它传播的速度等于光速，与麦克斯韦的预言符合得相当好，证实了光的电磁说是正确的。2电磁波谱：（1）红外线：发现过程：1800年英国物理学家赫谢耳用灵敏温度计研究光谱各色光的热作用时，把温度计移至红光区域外侧，发现温度更高，说明这里存在一种不可见的射线，后来就叫做红外线。特点：最显著的是热作用应用：红外线加热，这种加热方式优点是能使物体内部发热，加热效率高，效果好；红外摄影（远距离摄影、高空摄影、卫星地面摄影），这种摄影不受白天黑夜的限制；红外线成像（夜视仪），
8、可以在漆黑的夜间能看见目标；红外遥感，可以在飞机或卫星上勘测地热，寻找水源、监测森林火情，估计农作物的长势和收成，预报台风、寒潮。（2）紫外线：发现过程：1801年德国的物理学家里特，发现在紫外区放置的照相底板感光，荧光物质发光；特性：主要作用是化学作用，还有很强的荧光效应，杀菌消毒作用。应用：紫外照相，可辨别出很细微差别，如可以清晰地分辨出留在纸上的指纹；照明和诱杀害虫的日光灯，黑光灯；医院里病房和手术室的消毒；治疗皮肤病。（3）伦琴射线：发现过程：1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线的性质时，发现阴极射线（高速电子流）射到玻璃壁上，管壁会发出一种看不见的射线，伦琴把它叫做X射线；产生条
9、件：高速电子流射到任体固体上，都会产生X射线；特性：穿透本领很强。应用：工业上金属探伤；医疗上透视人体。此外还有比伦琴射线波长更短的电磁波，如放射性元素放出的射线。（4）电磁波谱无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、射线合起来构成了范围广阔的电磁波谱。一方面，从无线电波到射线，都是本质相同的电磁波，它们的行为服从共同的规律，另一方面，由于频率或波长的不同而又表现出不同的特性，如波长越长的无线电波，很容易表现出干涉、衍射等现象，随波长越来越短的可见光、紫外线、x射线、射线要观察到它们的干涉、衍射现象，就越来越困难了。（5）电磁波产生的机理：无线电波：产生于振荡电路中；红外线、可见光、紫外线
10、：原子的外层电子受到激发后产生的；伦琴射线：原子内层电子受到激发而产生的；射线：原子核受到激发后产生的。（6）电磁波谱图： 光的粒子性（一）光电效应1在光（包括不可见光）照射下从物体发射出电子（即光电子）的现象叫做光电效应。2光电效应的规律：（1）任何一种金属，都有一个极限频率，入射光频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应；（2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大（线性关系）；（3）入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过109秒；（4）当入射光频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光强度成正比。光电效应规律中，“光电流的强度”指的是光电流的饱和
11、值（对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态）。因为光电流未达到饱和值之前，其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比。金属中的自由电子，由于受到晶格正离子的吸引，必须从外部获得足够能量才能从金属中逸出。按照波动理论，光的能量是由光的强度决定的，而光的强度又是由光波的振幅决定的，跟频率无关。因此无论光的频率如何，只要光的强度足够大或照射时间足够长，都能使电子获得足够的能量产生光电效应，然而这跟实验结果是直接矛盾的，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。（二）光子说在普朗克（德国物理学家）认为电磁波的能量是不连续的基础上，爱因斯
12、坦提出光子说即空间传播的光是一份一份地进行的，每一份的能量等于h，每一份叫一个光子，是光的频率。光子说对光电效应的解释：光子照射到金属上时，某个电子吸收光子的能量后动能变大，若电子的动能增大到足以克服原子核的引力时，便飞出金属表面，成为光电子。（1）光子的能量和频率有关，金属的逸出功是一定的，光子的能量必须大于逸出功才能发生光电效应，这就是每一种金属都存在一个极限频率的原因；（2）光照射到金属上时，电子吸收光子能量不需积累，吸收能量立刻增大动能，并逸出金属表面成为光电子；（3）电子吸收光子能量后，从金属表面逸出，其中金属表面电子克服逸出功飞出金属表面具有最大初动能，根据能量守恒有 该方程称为爱
13、因斯坦光电方程，显然最大初动能和入射光子的频率有关。（三）光的波粒二象性光的干涉、衍射等现象说明光具有波动性，而光电效应又无可争辩地说明光具有粒子性。现在，人们认识到，光既具有波动性又具有粒子性，也就是说光具有波粒二象性，但是既不可把光当成宏观观念中的波，也不可把光当成微观观念中的粒子。从几率波来理解：大量光子产生的效果往往显示波动性；个别光子产生的效果往往显示粒子性。从各种频率电磁波的探测来理解：低频率光子容易显示波动性；高频率光子容易显示粒子性。要理解各种频率的电磁波，就必须综合运用波动观点和粒子观点，这是由于波动性与粒子性是光所具有的不可分割的属性，即波粒二象性。（四）物质波定义：任何运
14、动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应，这种波叫物质波，也叫德布罗意波。特点：宏观物体的德布罗意波长比微观粒子的波长小得多。波长公式 ，其中h6.631034Js，p是运动物体的动量。物质波也是概率波。在光的衍射图样中，光子落到亮条纹处的概率较大，落到暗条纹处的概率较小。 光的偏振、激光：1波的偏振现象：横波的振动矢量垂直于波的传播方向振动时，偏于某个特定方向的现象。纵波只能沿着波的传播方向振动，所以不可能有偏振。2自然光和偏振光：自然光：从普通光源直接发出的天然光是无数偏振光的无规则集合，所以直接观察时不能发现光强偏于一定方向。这种沿着各个方向振动的光波的强度都相同的光叫自然光。偏振光：自然光通过偏振片后，垂直于传播方向的振动矢量只沿着一个方向振动，这种光叫偏振光。3激光与自然光比较，具有以下几个重要特点：普通光源
