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1、一,光的波動(dòng)性
1.光的干涉:兩列光波在空中相遇時(shí)發(fā)生疊加,在某些區(qū)域總加強(qiáng),某些區(qū)域減弱,相間的條紋或者彩色條紋的現(xiàn)象.
光的干涉的條件:是有兩個(gè)振動(dòng)情況總是相同的波源,即相干波源.(相干波源的頻率必須相同).
形成相干波源的方法有兩種:
①利用激光(因?yàn)榧す獍l(fā)出的是單色性極好的光).
②設(shè)法將同一束光分為兩束(這樣兩束光都來源于同一個(gè)光源,因此頻率必然相等).
(3) 楊氏雙縫實(shí)驗(yàn):
亮紋:屏上某點(diǎn)到雙縫的光程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍,即δ= nλ(n=0,1,2,……)
暗紋:屏上某點(diǎn)到雙縫的光程差等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍,即δ=(n=0,1,2,……)
相鄰亮紋(暗紋)間的距離.用此公式可以測(cè)定單色光的波長(zhǎng).用白光作雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),由于白光內(nèi)各種色光的波長(zhǎng)不同,干涉條紋間距不同,所以屏的中央是白色亮紋,兩邊出現(xiàn)彩色條紋.
(4) 薄膜干涉:
應(yīng)用:
使被檢測(cè)平面和標(biāo)準(zhǔn)樣板間形成空氣薄層,用單色光照射,入射光在空氣薄層上下表面反射出兩列光波,在空間疊加.干涉條紋均勻:表面光滑;不均勻:被檢測(cè)平面不光滑.
增透膜:鏡片表面涂上的透明薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長(zhǎng)的,在薄膜的兩個(gè)表面上反射的光,其光程差恰好等于半個(gè)波長(zhǎng),相互抵消,達(dá)到減少反射光增大透射光強(qiáng)度的作用.
其他現(xiàn)象:陽光下肥皂泡所呈現(xiàn)的顏色.
例1. 用綠光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),在光屏上呈現(xiàn)出綠,暗相間的條紋,相鄰兩條綠條紋間的距離為Δx.下列說法中正確的有
A.如果增大單縫到雙縫間的距離,Δx 將增大
B.如果增大雙縫之間的距離,Δx 將增大
C.如果增大雙縫到光屏之間的距離,Δx將增大
D.如果減小雙縫的每條縫的寬度,而不改變雙縫間的距離,Δx將增大
解:公式中l(wèi)表示雙縫到屏的距離,d表示雙縫之間的距離.因此Δx與單縫到雙縫間的距離無關(guān),于縫本身的寬度也無關(guān).本題選C.
例2. 登山運(yùn)動(dòng)員在登雪山時(shí)要注意防止紫外線的過度照射,尤其是眼睛更不能長(zhǎng)時(shí)間被紫外線照射,否則將會(huì)嚴(yán)重地?fù)p壞視力.有人想利用薄膜干涉的原理設(shè)計(jì)一種能大大減小紫外線對(duì)眼睛的傷害的眼鏡.他選用的薄膜材料的折射率為n=1.5,所要消除的紫外線的頻率為8.1×1014Hz,那么它設(shè)計(jì)的這種"增反膜"的厚度至少是多少
解:為了減少進(jìn)入眼睛的紫外線,應(yīng)該使入射光分別從該膜的前后兩個(gè)表面反射形成的光疊加后加強(qiáng),因此光程差應(yīng)該是波長(zhǎng)的整數(shù)倍,因此膜的厚度至少是紫外線在膜中波長(zhǎng)的1/2.紫外線在真空中的波長(zhǎng)是λ=c/ν=3.7×10-7m,在膜中的波長(zhǎng)是λ/=λ/n=2.47×10 -7m,因此膜的厚度至少是1.2×10-7m.
2.光的衍射:
注意關(guān)于衍射的表述一定要準(zhǔn)確.(區(qū)分能否發(fā)生衍射和能否發(fā)生明顯衍射)
⑴各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射.
⑵發(fā)生明顯衍射的條件是:障礙物(或孔)的尺寸可以跟波長(zhǎng)相比,甚至比波長(zhǎng)還小.
(3)衍射現(xiàn)象:明暗相間的條紋或彩色條紋.
(與干涉條紋相比,中央亮條紋寬兩邊窄,是不均勻的.若為白光,存在一條白色中央亮條紋)
例3. 平行光通過小孔得到的衍射圖樣和泊松亮斑比較,下列說法中正確的有
A.在衍射圖樣的中心都是亮斑
B.泊松亮斑中心亮點(diǎn)周圍的暗環(huán)較寬
C.小孔衍射的衍射圖樣的中心是暗斑,泊松亮斑圖樣的中心是亮斑
D.小孔衍射的衍射圖樣中亮,暗條紋間的間距是均勻的,泊松亮斑圖樣中亮,暗條紋間的間距是不均勻的
解:從課本上的圖片可以看出:A,B選項(xiàng)是正確的,C,D選項(xiàng)是錯(cuò)誤的.
3.光譜:
光譜分析可用原子光譜,也可用吸收光譜.太陽光譜是吸收光譜,由太陽光譜的暗線可查知太陽大氣的組成元素.
4.光的電磁說:
⑴麥克斯韋根據(jù)電磁波與光在真空中的傳播速度相同,提出光在本質(zhì)上是一種電磁波——這就是光的電磁說,赫茲用實(shí)驗(yàn)證明了光的電磁說的正確性.
⑵電磁波譜.波長(zhǎng)從大到小排列順序?yàn)?無線電波,紅外線,可見光,紫外線,X射線,γ射線.各種電磁波中,除可見光以外,相鄰兩個(gè)波段間都有重疊.
各種電磁波的產(chǎn)生機(jī)理分別是:無線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的;紅外線,可見光,紫外線是原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的;倫琴射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的;γ射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的.
⑶紅外線,紫外線,X射線的主要性質(zhì)及其應(yīng)用舉例.
種 類
產(chǎn) 生
主要性質(zhì)
應(yīng)用舉例
紅外線
一切物體都能發(fā)出
熱效應(yīng)
遙感,遙控,加熱
紫外線
一切高溫物體能發(fā)出
化學(xué)效應(yīng)
熒光,殺菌
X射線
陰極射線射到固體表面
穿透能力強(qiáng)
人體透視,金屬探傷
例4 為了轉(zhuǎn)播火箭發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)況,在發(fā)射場(chǎng)建立了發(fā)射臺(tái),用于發(fā)射廣播電臺(tái)和電視臺(tái)兩種信號(hào).其中廣播電臺(tái)用的電磁波波長(zhǎng)為550m,電視臺(tái)用的電磁波波長(zhǎng)為 0.566m.為了不讓發(fā)射場(chǎng)附近的小山擋住信號(hào),需要在小山頂上建了一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)站,用來轉(zhuǎn)發(fā)_____信號(hào),這是因?yàn)樵撔盘?hào)的波長(zhǎng)太______,不易發(fā)生明顯衍射.
解:電磁波的波長(zhǎng)越長(zhǎng)越容易發(fā)生明顯衍射,波長(zhǎng)越短衍射越不明顯,表現(xiàn)出直線傳播性.這時(shí)就需要在山頂建轉(zhuǎn)發(fā)站.因此本題的轉(zhuǎn)發(fā)站一定是轉(zhuǎn)發(fā)電視信號(hào)的,因?yàn)槠洳ㄩL(zhǎng)太短.
例5. 右圖是倫琴射線管的結(jié)構(gòu)示意圖.電源E給燈絲K加熱,從而發(fā)射出熱電子,熱電子在K,A間的強(qiáng)電場(chǎng)作用下高速向?qū)﹃帢OA飛去.電子流打到A極表面,激發(fā)出高頻電磁波,這就是X射線.下列說法中正確的有
A.P,Q間應(yīng)接高壓直流電,且Q接正極
B.P,Q間應(yīng)接高壓交流電
C.K,A間是高速電子流即陰極射線,從A發(fā)出的是X射線即一種高頻電磁波
D.從A發(fā)出的X射線的頻率和P,Q間的交流電的頻率相同
解:K,A間的電場(chǎng)方向應(yīng)該始終是向左的,所以P,Q間應(yīng)接高壓直流電,且Q接正極.從A發(fā)出的是X射線,其頻率由光子能量大小決定.若P,Q間電壓為U,則X射線的頻率最高可達(dá)Ue/h.本題選AC.
二,光的粒子性
1.光電效應(yīng)
⑴在光的照射下物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫光電效應(yīng).(右圖裝置中,用弧光燈照射鋅版,有電子從鋅版表面飛出,使原來不帶電的驗(yàn)電器帶正電.)
(2)愛因斯坦的光子說.光是不連續(xù)的,是一份一份的,每一份叫做一個(gè)光子,光子的能量E跟光的頻率ν成正比:E=hν
(3)光電效應(yīng)的規(guī)律:
各種金屬都存在極限頻率ν0,只有ν≥ν0才能發(fā)生光電效應(yīng);
瞬時(shí)性(光電子的產(chǎn)生不超過10-9s).
③光子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān),只隨著入射光的的頻率的增大而增大;
④當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí),光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比.
⑷愛因斯坦光電效應(yīng)方程:Ek= hν - W(Ek是光電子的最大初動(dòng)能;W是逸出功,即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功.)
例6. 對(duì)愛因斯坦光電效應(yīng)方程EK= hν-W,下面的理解正確的有
A.只要是用同種頻率的光照射同一種金屬,那么從金屬中逸出的所有光電子都會(huì)具有同樣的初動(dòng)能EK
B.式中的W表示每個(gè)光電子從金屬中飛出過程中克服金屬中正電荷引力所做的功
C.逸出功W和極限頻率ν0之間應(yīng)滿足關(guān)系式W= hν0
D.光電子的最大初動(dòng)能和入射光的頻率成正比
解: 愛因斯坦光電效應(yīng)方程EK= hν-W中的W表示從金屬表面直接中逸出的光電子克服金屬中正電荷引力做的功,因此是所有逸出的光電子中克服引力做功的最小值.對(duì)應(yīng)的光電子的初動(dòng)能是所有光電子中最大的.其它光電子的初動(dòng)能都小于這個(gè)值.若入射光的頻率恰好是極限頻率,即剛好能有光電子逸出,可理解為逸出的光電子的最大初動(dòng)能是0,因此有W= hν0.由EK= hν-W可知EK和ν之間是一次函數(shù)關(guān)系,但不是成正比關(guān)系.本題應(yīng)選C.
三,光的波粒二象性
1.光的波粒二象性
干涉,衍射和偏振以無可辯駁的事實(shí)表明光是一種波;光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)又用無可辯駁的事實(shí)表明光是一種粒子;因此現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為:光具有波粒二象性.
2.正確理解波粒二象性
波粒二象性中所說的波是一種概率波,對(duì)大量光子才有意義.波粒二象性中所說的粒子,是指其不連續(xù)性,是一份能量.
⑴個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性;大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性.
⑵ν高的光子容易表現(xiàn)出粒子性;ν低的光子容易表現(xiàn)出波動(dòng)性.
⑶光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性;在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)為粒子性.
⑷由光子的能量E=hν,光子的動(dòng)量表示式也可以看出,光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾:表示粒子性的粒子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長(zhǎng)λ.。

本文到此結(jié)束，希望對(duì)大家有所幫助。

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