光的本性(上课使用)

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1、第十一章光的本性1知道人类对光的本质的认识过程2知道光的双缝干涉现象和薄膜干涉现象； 知道光的衍射现象；知道光是一种波3理解光电效应的基本规律和光子说的基本 内容；知道光的波粒二象性的初步概念高考考点1、古希腊认为光是从眼睛里射出的特别细的触须，用 触须触摸物体时就引起视觉。2、17世纪意大利学者格里马第观测到光偏离直线传播 的现象。3、17世纪荷兰物理学家惠更斯提出光的波动学说。但 著名的物理学家牛顿支持微粒说，致使微粒说在100多 年的时间里占主导地位。4、19世纪初人们在实验室成功观测到光的干涉、衍射 现象，证明了波动说的正确。5、19世纪末又发现波动说不能解释的新现象，证实光 的确具有

2、粒子性。人们终于认识到光既具有波动性又具 有粒子性。光本性学说的发展简史惠更斯荷兰物理学家光本性学说的发展简史牛顿（16421727）英国物理学家光本性学说的发展简史一、光的干涉两列频率相同的光波在空中相遇时发生叠加， 在某些区域总加强，在另外一些区域总减弱，出现 明暗相间的条纹或者是彩色条纹的现象叫做光的干 涉。只有两列光波的频率相同的相干光源，才能产 生光的干涉。基本知识点一、光的干涉由两个普通独立光源发出的光，不可能具有相 同的频率，更不可能存在固定的相差，因此，不能 产生干涉现象。光的干涉现象十分常见。白光干涉后能产生很 漂亮的条纹。例如油膜干涉，肥皂膜干涉，牛顿环 等。眼睛的睫毛交叉

3、时可造成衍射光栅看到太阳光 的彩纹。基本知识点光的干涉现象-杨氏干涉实验1、装置特点：（1）双缝接近 0.1mm， （2）双缝S1、S2与单缝S的距离相等，单缝 双缝红滤色片S1SS2屏幕2、滤色片的作用： 获得单色光 单孔的作用：是获得点 光源双孔的作用：相当于 两个振动情况完全相同的 光源，双孔的作用是获得 相干光源基本知识点3、干涉图样的特点：（1）形成明暗相间的条纹 （2）亮纹间等距、暗纹间等距（3）两缝S1、S2中垂线与屏幕相交位置是亮条 纹-中央亮纹提出问题：（1）为什么会出现这样的图象？（2）怎样用波动理论进行解释？基本知识点双缝干涉中屏上出 现明暗条纹的位置和宽 度与两缝间距离

4、、缝到 屏的距离以及光波的波 长有关。且相邻两明条 纹和相邻两暗条纹之间 的距离是相等的。设双缝间距S1=S2=S ，缝到屏的距离r0，光波 波长，相邻两明条纹 间距y。如图所示：4、光的干涉图样的成因基本知识点白光双缝干涉条纹基本知识点5、干涉条纹的间距与哪些因素有关?L、d不变，用不同的单色光进行实验 红光的条纹间距最大，紫光的最小。 基本知识点在狭缝间的距离、狭缝与屏的距离都不变 的条件下，用不同颜色的光做实验，条纹间的 距离是不同的。红光的条纹间距最大，紫光的 条纹间距最小。 红光的波长最长，紫光的波长最短。 x= 红光的波长最长，紫光的波长最短。基本知识点肥皂泡上的彩色干涉条纹 蝉翼

5、上的彩色干涉条纹 油膜上的彩色干涉条纹 二、薄膜干涉基本知识点竖立的肥皂液薄膜上出现的明暗相间的条纹；阳光下肥 皂泡上的彩色花纹；水面上飘浮的油膜上的彩色条纹；蝴蝶 等昆虫翅膀上的彩色花纹，都是薄膜干涉现象。公园里见到的孔雀羽毛色彩艳丽，是由于它的羽毛上生 长着厚度不同的透明薄膜，由于薄膜的干涉而形成漂亮的颜 色。图中所画的波都是反射波，是从楔形薄膜前表面和后表 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。 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，而另一些波长的光反射后弱，这样薄膜

6、的 像上就出现彩色条纹。在水面的油膜上常常看到彩色花 纹就是由于油膜的各部分的厚度不均匀，从油膜的上表 面和下表面分别反射的光发生干涉而形成的。 薄膜干涉基本知识点竖立的肥皂膜在重力的作用下形成上薄下厚的楔 形，当光照在薄膜上时，从膜的前后表面各反射回一 列光波，这两列波即是频率相同的相干光波，由于薄 膜的厚度不同，这两列光波的路程差不同。当路程差 为光波波长的整数倍时，则为波峰与波峰相遇，波谷 与波谷相遇，使光波的振动加强，形成亮条纹；当光 波的路程差为半波长的奇数倍时，则波峰与波谷相遇 ，光波的振动减弱，形成暗条纹。如果用白光照射上述肥皂液薄膜，薄膜就出现各 种不同颜色的条纹。这也是由于白

7、光是由种种不同颜 色的光组成的，而每种颜色的光各有一定的波长，所 以在薄膜某一厚度的地方，某一波长的光反射回来互 相增强，另外一些波长的光反射回来互相削弱。这样 ，在薄膜上就出现了不同颜色的条纹。基本知识点基本知识点光的薄膜干涉的应用。 1、增透膜 增透膜是在透镜、棱镜等光学元件表面涂的一层氟化镁薄膜。 当薄膜的两个表面上反射光的路程差等于半个波长时，反射回 来的光抵消。从而增强了透射光的强度。显然增透膜的厚度应 该等于光在该介质中波长的1/4。由能量守恒可知，入射光总 强度=反射光总强度+透射光总强度。在膜的厚度等于光波长的 1/4时，光恰好实现波峰与波谷相叠加，实现干涉相消，使其 合振幅接

8、近于零，即反射光的总强度接近于零，从总效果上看 ，相当于光几乎不发生反射而透过薄膜，因而增透膜作用大大 减少了光的反射损失，增强了透射光的强度。 增透膜只对人眼或感光胶片上最敏感的绿光起增透作用。当白 光照到(垂直)增透膜上，绿光产生相消干涉，反射光中绿光的 强度几乎是零。这时其他波长的光(如红光和紫光)并没有被完 全抵消。因此，增透膜呈绿光的互补色淡紫色。2、干涉法检查精密部件的表面 取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一薄 片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，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形成 相干光，从反射光中就会看到干涉条纹，

9、如图2-3甲所示。如果被检表面是平的，那么空气层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(如图乙)；如果观察到的干涉 条纹如图所示，A、B处的凹凸情况可以这样分析：由丙图知，P 、Q两点位于同一条亮纹上，故甲图中与P、Q对应的位置空气层 厚度相同。由于Q位于P的右方(即远离楔尖)，如果被检表面是平 的，Q处厚度应该比P处大，所以，只有当A处凹陷时才能使P与 Q处深度相同。同理可以判断与M对应的B处为凸起。 基本知识点3、牛顿环 一种光的干涉图样。是牛顿在1675年首先观察到的。将一块曲率半 径较大的平凸透镜放在一块玻璃平板上，用单色光照射透镜与玻璃 板，就可以观察到一些明暗相

10、间的同心圆环。圆环分布是中间疏、 边缘密，圆心在接触点O。从反射光看到的牛顿环中心是暗的，从 透射光看到的牛顿环中心是明的。若用白光入射，将观察到彩色圆 环。牛顿环是典型的等厚薄膜干涉。平凸透镜的凸球面和玻璃平板 之间形成一个厚度均匀变化的圆尖劈形空气簿膜，当平行光垂直射 向平凸透镜时，从尖劈形空气膜上、下表面反射的两束光相互叠加 而产生干涉。同一半径的圆环处空气膜厚度相同，上、下表面反射 光程差相同。因此使干涉图样呈圆环状。这种由同一厚度薄膜产生 同一干涉条纹的干涉称作等厚干涉。 牛顿环装置常用来检验光学元件表面的准确度。如果改变凸透镜和 平板玻璃间的压力，能使其间空气薄膜的厚度发生微小变化

11、，条纹 就会移动。用此原理可以精密地测定压力或长度的微小变化。 牛顿环是牛顿首先观察到的，但是由于牛顿持光的粒子说，他并不 认为牛顿环是干涉的结果，他用微粒说解释了他的观测结果，但很 不令人满意。直到19世纪初才由英国科学家杨氏用光的波动理论解 释了牛顿环。基本知识点衍射现象也是波特有现象，光能发生 衍射说明光是波。光线绕过障碍物的现象叫光的衍射。 利用单缝也能产生光的衍射现象。基本知识点二、光的衍射光的干涉现象反映了光的波动性，而波动 性的另一特征是波的衍射现象，光是否具有衍 射现象呢？如果有衍射现象，为什么在日常生 活中我们没有观察到光的衍射现象呢？水波、声波都会 发生衍射现象， 它们发生

12、衍射的 现象特征是什么 ？光的衍射基本知识点一切波都能发生衍射，通过衍射把能量 传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是 障碍物或孔的尺寸跟波长差不多取一个不透光的 屏，在它的中间装 上一个宽度可以调 节的狭缝，用平行 的单色光照射，在 缝后适当距离处放 一个像屏。激 光 束 调节狭缝宽窄像 屏光的衍射基本知识点单缝衍射条纹的特征1、中央亮纹宽而亮2、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗光的衍射基本知识点观察下列衍射图样，分析衍射规律：不同缝宽的单缝衍射不同色光的单缝衍射光的衍射基本知识点1、波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹 间距大2、单缝不变时，光波波长的（红光）中央亮 纹越宽，条纹间隔越

13、大3、白炽灯的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为 彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为 紫色单缝衍射规律光的衍射基本知识点ABS1、 孔较大时 屏上出现清晰的光斑2、 孔较小时屏上出现 衍射花样光的衍射基本知识点光的衍射不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使 光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原因是光 通过物体的边缘而发生衍射的结果历史上曾有一个 著名的衍射图样泊松亮斑。圆屏衍射圆孔衍射钢针的衍射基本知识点用激光做实验效果好，如图3 所示，S为点源，当档板小孔较大 ，在光屏上出现亮斑，亮斑大小 由光沿直线传播规律决定如甲、 乙图示规律，当小孔很小时，光 斑不仅不减小反而增大，出现明 暗相

14、间的圆环，光线能传播到被 挡板挡住的区域，如图所示。基本知识点衍射实验图小孔或障碍物的大小与光的波长差不多时 可产生明显衍射。光的干涉、衍射现象说明光具有波动性。产生明显衍射的条件基本知识点光的颜色和频率的关系光的颜色是由频率决定的，当频 率不变时，光的颜色不变。基本知识点用弧光灯照射擦得很 亮的锌板，(注意用 导线与不带电的验电 器相连），使验电 器张角增大到约为 30度时，再用与丝绸 磨擦过的玻璃棒去靠 近锌板，则验电器的 指针张角会变大。三、光电效应现象表明锌板在射线照射下失去电子而带正电基本知识点定义：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电 子的现象叫做光电效应。 发射出来的电子叫

15、做光电子基本知识点二、光电效应规律1、产生光电效应的条件2、光电子最大初动能4、光电流强度的决定3、光电效应产生的时间基本知识点1、产生光电效应的条件如图所示装置，不同单 色光照射不同金属，要产生 光电效应，必须有一个如锌板用紫外线照射， 能产生光电效应，用可见光 照射则不能产生光电效应。实验结论任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率 必须大于这个极限频率才能产生光电效应，低于这个频 率的光，无论光强怎样大，也不能产生光电效应。最低频率。基本知识点2、光电子最大初动能(1)最大初动能的概念(2)最大初动能的测定(3)最大初动能的结论 基本知识点光电效应中从金属出来 的电子，有的从金属表面

16、直接 飞出，有的从内部出来沿途与 其它粒子碰撞，损失部分能量 ，因此电子速度会有差异，直 接从金属表面飞出的速度最大 ，其动能为最大初动能。(1)最大初动能的概念VV基本知识点(2) 最大初动能的测定实验电路如图甲（其中单色光的入口C 用石英窗），用来测定光电子的最大初动 能。当图中电流表G读数为零时，伏特表V 中的读数就是图乙中的U。最大初动能+ + + +- - - -U乙甲设光电子的最大初动能为 mv2，若 光电子置于左图匀强场中，则光电子作匀 减速直线运动。m , e在电子运动的位移上，设电势差为U，电 子电量为e，当eU= mv2,电场对光电 子做负功，光电子的动能将变为零,所以 eU就代表光电子的 基本知识点（3）最大初动能的结论光电子的最大初动能与入射光强度无关 ，只随入射光的频率增大而增大。精确的实验表明:基本知识点3、光电效应产生的时间图中发射光电子的阴极K，它相 对图中A极电势可正可负。 现将图 中电源正负极反接（正向电压）移 动P适当调