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1、2012年高考物理备考冲刺之易错点点睛系列 专题14 光的波动性 量子论初步光的干涉（教师版）【高考预测】 1、了解光电效应现象，知道光电效应的实质和发生的条件及应用。 2、了解光电效应的基本规律和光子说，知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，能对宏观事实进行解释和计算。 3、了解光的波粒二象性，能区分光的波动性与粒子性和宏观概念中的波和粒子。本章考查的重点是双缝干涉、光的衍射、光电效应。在现在大综合的考试中本章知识更显得重要，因为它与现代科学技术有着紧密的联系，能与其它学科形成横向联系。应是出题的热点。【知识导学】一、光的波动性1、光的干涉（1）双缝干涉实验装置：如图包括光源、单缝、双缝和屏双缝
2、的作用是将一束光分为两束现象：产生明暗条纹的条件：如图两列完全相同的光波, 射到屏上一点时,到两缝的路程差等于波长的整数倍(即半波长的偶数倍),则该点产生明条纹;到两缝的路程差等于半波长的奇数倍, 则该点产生暗条纹。即= 光的干涉现象说明了光具有波动性。由于红光入射双缝时，条纹间距较宽，所以红光波长较长，频率较小紫光入射双缝时，条纹间距较窄，所以紫光波长较短，频率较大 光的传播速度，折射率与光的波长，频率的关系。a）v与n的关系：v=b）v,和f的关系：v=（3）薄膜干涉现象：单色光照射薄膜，出现明暗相等距条纹白色光照射薄膜，出现彩色条纹实例：动膜、肥皂泡出现五颜六色发生干涉的原因：是由于前表
3、面的反射光线和反表面的反射光线叠加而成应用：a) 利用空气膜的干涉，检验工作是否平整（图2）（图1） （图2）若工作平整则出现等间距明暗相同条纹 若工作某一点凹陷则在该点条纹将发生弯曲若工作某一点有凸起，则在该点条纹将变为b) 增透膜2、光的衍射（1）现象：单缝衍射a) 单色光入射单缝时，出现明暗相同不等距条纹，中间亮条纹较宽，较亮两边亮条纹较窄、较暗b) 白光入射单缝时，出现彩色条纹 园孔衍射：光入射微小的圆孔时，出现明暗相间不等距的圆形条纹 泊松亮斑 光入射圆屏时，在园屏后的影区内有一亮斑（2）光发生衍射的条件障碍物或孔的尺寸与光波波长相差不多，甚至此光波波长还小时，出现明显的衍射现象3、
4、光的电磁说（1）麦克斯伟计算出电磁波传播速度与光速相同，说明光具有电磁本质（2）电磁波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线 n射线组成频率波 增大 减小产生机理在振荡电路中，自由电子作周期性运动产生原子的外层电子受到激发产生的原子的内层电子受到激发后产生的原子核受到激发后产生的（3）光谱观察光谱的仪器，分光镜 光谱的分类，产生和特征产生特征发射光谱连续光谱由炽热的固体、液体和高压气体发光产生的由连续分布的，一切波长的光组成明线光谱由稀薄气体发光产生的由不连续的一些亮线组成吸收光谱高温物体发出的白光，通过物质后某些波长的光被吸收而产生的在连续光谱的背景上，由一些不连续的暗线组成的光谱 光谱分析：一
5、种元素，在高温下发出一些特点波长的光，在低温下，也吸收这些波长的光，所以把明线光波中的亮线和吸收光谱中的暗线都称为该种元素的特征谱线，用来进行光谱分析。二、光的核子性1、光电效应（1）光电效应在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射出电子的现象称为光电效应。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发生光电效应，低于极限频率的光不能发生光电效应。光电子的最大初动能与入射光的强度无关，光随入射光频率的增大而增大。大于极限频率的光照射金属时，光电流强度（反映单位时间发射出的光电子数的多少），与入射光强度成正比。 金属受到光照，光电子的发射一般不超过109秒。2、波动说在光电
6、效应上遇到的困难波动说认为：光的能量即光的强度是由光波的振幅决定的与光的频率无关。所以波动说对解释上述实验规律中的条都遇到困难3、光子说（1）量子论：1900年德国物理学家普郎克提出：电磁波的发射和吸收是不连续的，而是一份一份的，每一份电磁波的能量E=hv（2）光子论：1905年受因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比。即：E=hv其中h为普郎克恒量h=6.631034JS4、光子论对光电效应的解释金属中的自由电子，获得光子后其动能增大，当功能大于脱出功时，电子即可脱离金属表面，入射光的频率越大，光子能量越大，电子获得的能量才能
7、越大，飞出时最大初功能也越大。三、波粒二象性1、光的干涉和衍射现象，说明光具有波动性，光电效应，说明光具有粒子性，所以光具有波粒二象性。2、个别粒子显示出粒子性，大量光子显示出波动性，频率越低波动性越显著，频率越高粒子性越显著3、光的波动性和粒子性与经典波和经典粒子的概念不同（1）光波是几率波，明条纹是光子到达几率较大，暗条纹是光子达几率较小，这与经典波的振动叠加原理有所不同（2）光的粒了性是指光的能量不连续性，能量是一份一份的光子，没有一定的形状，也不占有一定空间，这与经典粒子概念有所不同【错解分析】对教材上单色光通过双缝产生的干涉图样，红光和紫光通过同一双缝产生的干涉条纹没有仔细分析和深刻
8、理解，物理光学这部分内容要认真看书或对相邻两条亮纹(或暗纹)间的距离公式记忆不牢 【正确解答】A 由教材上千涉图样可知，相邻两条亮纹(或暗纹)间的距离是相等的，屏与双缝之间距离越小，条纹间的距离就越小单色光条纹间间距随波长增大而增大，由于红光比蓝光波长长，所以，红光的条纹间距比蓝光大或根据公式判断，其中d表示双缝间距离，乙表示缝到屏的距离，入表示光的波长，通过分析确定，选项A正确 2在双缝干涉试验中，双缝到光屏上P点的距离之差x=06m.若分别用频率v1=5 01014Hz为v2=751014Hz和的单色光垂直照射双缝，则P点出现亮、暗条纹的情况为 ( ) A.用频率为v1的单色光照射时，出现
9、亮条纹 B用频率为v2，的单色光照射时，出现亮条纹 C.用频率为v1，的单色光照射时，出现暗条纹 D用频率为v2的单色光照射时，出现暗条纹 【错误答案】 BC 【错解分析】对出现亮条纹和暗条纹的条件不清楚 【正确解答】AD 相干光源的两列光波到达某点的路程差等于波长的整数倍时，该处光相互加强，出现亮条纹；当到达某点路程差等于半波长的奇数倍时，该处光相互减弱，出现暗条纹故双缝干涉的中央条纹为亮条纹根据c=，求出两种单色光的波长分别为：故用频率为v1的光照射双缝时，P点出现亮条纹；用频率为v2的光照射双缝时，P点出现暗条纹，故选项AD正确3市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处
10、产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜(例如氟化镁)，这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线，以表示此红外线在膜中的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为 ( ) 【错误答案】 C或A 【错解分析】一是没能从题目设置的新情境中抽出物理模型出来，其实是考查对“增透膜”的理解能力和知识的迁移能力【正确解答】B 红外线最显著特点之一就是热效.应，当光照射物体时，一般都伴随着大量的红外线而致热在灯泡后面放置的反射镜玻璃表面上镀一层如氟化镁(相当于增透膜)，这种膜要消除不镀膜时从玻璃表面反射回来的红外线，也
11、就是要使从镀膜前后表面反射的两列红外线光波相互抵消，使反射的红外线强度减弱，达到冷光效果；，从前后表面反射回来的光波路程差等于镀膜厚度的两倍，即2d=(2n+1)(n=0、1、2)，d为薄膜的厚度当n=0时，d取最小值，即dmin=故选项B叶正确 C蓝紫红黄 D蓝黄红紫 【错误答案】A 【错解分析】之所以错选A项，根本原因是不清楚波长对同一单缝形成的衍射图样有何影响 【正确解答】B 由干涉图样与衍射图样的特征可知第一组和第三组是干涉图样，第二组和第四组是衍射图样，分析题目的四个选项其实已经告诉我们了红光比蓝光波长长，故第一组是红光，第三组是蓝光由光发生明显衍射现象的条件可知，对同一单缝，波长越
12、长，衍射越明显，故第四组衍射要明显些，是波长较长的黄光的衍射图样故选项B正确专家会诊光的干涉现象和衍射现象是光具有波动性的试验证明要通过观察试验现象，掌握干涉、衍射现象的一些特点和发生干涉、衍射现象的条件，及干涉、衍射现象的一些应用易错点2 光电效应 1某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为221eV，用波长为2510-7m的紫外线照射阴极，已知真空中光速为30108 m/s，元电荷 为161019C，普朗克常量为66310-34Js，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能 应分别是 ( ) A53 1014HZ，22J B53 1014 Hz,4410-19J C33 10
13、33 Hz，22J D33 1033 Hz，44 10-19 J 【错误答案】 D 【错解分析】错选D项的原因是把eV与J两单位混淆， 【正确解答】B 钾的极限频率为v0，逸出功为W，则，光电子的最大初动能为Ekm，由光电效应方程Ekm=hv-W，代入数据得Ekm=4410-19J，故选项B正确 2下表给出了一些金属材料的逸出功 材料 铯 钙 镁 铍 钛逸出功(10-19J)3043596266现用波长为400am的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种? (普朗克常量h=6610-34Js，光速c=300108 m/s) ( ) A2种 B3种， C4种 D5种 【错误答案】 B
14、或C或D 【错解分析】一可能是对逸出功的物理意义不清楚，二可能是计算错了 A.当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应 B光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 C.光电子的最大初动能与入射光的强度成正比 D.某单色光照射一金属时不能发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应 【错误答案】BC 【错解分析】错选B选项是对光电效应方程理解不透：错选C选项是没有用光量子的理论，而是用经典的电磁理论来理解光电效应现象 【正确解答】AD极限频率是刚好发生光电效应的入射光的频率，故入射光的频率低于极限频率时，是不能发生光电效应，选项A正确由光电效应方程Ekm=kv-W可知光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大，但不成正比，与入射光的强度无关，故选项BC错误某单色光照射一金属时不能发生光电效应，改用波长较短的光，由c=v可知，波长变短，频率增加，故可能超过极限
