2020高考物理一轮复习 光的本性

2020高考物理一轮复习 光的本性 复习要点1了解光的“微粒说”与“波动说”。2了解光的干涉现象，熟悉相干条件；掌握双缝干涉的特征及规律，熟悉双缝干涉的条纹分布情况及明、暗纹位置特征；了解薄膜干涉现象，熟悉薄膜干涉的特征及其应用。3了解光的衍射现象，掌握产生明显衍射现象的条件，熟悉单缝衍射条纹的人发布特征4了解光的电磁说，熟悉电磁波谱，了解各种电磁波的产生机理、基本特征及应用类型。5了解光电效应现象，熟悉光电效应现象所遵循的基本规律，掌握光子说理论。6了解光的波粒二象性。二、难点剖析1关于“微粒说”和“波动说”。“微粒说”和“波动说”都是对光的本性的认识过程中所提出的某种假说，都是建立在一定的实验基础之上的。以牛顿为代表的“微粒说”认为光是从光源发出的物质微粒，这种假说很容易解释光的直进现象，光的反射现象，光的折射现象，但在解释一束光射到两种介质界面处会同时发生反射与折射现象时，发生了很大的困难。以惠更斯为代表的“波动说”认为光是某种振动以波的形式向周围传播，这种假说很容易解释反射与折射同时存在的现象，但由于波应能绕过障碍物，所以在解释光的直进现象时遇到了困难。2杨氏双缝干涉的定量分析如图2422所示，缝屏间距L远大于双缝间距d，O点与双缝S1和S2等间距，则当双缝中发出光同时射到O点附近的P点时，两束光波的路程差为 =r2r1.由几何关系得r12=L2+(x)2，r22=L2+(x+)2.考虑到 图2422Ld 和 Lx，可得=.若光波长为，则当=k（k=0，1，2，）时，两束光叠加干涉加强；当=(2k1) (k=1，2，3，)时，两束光叠加干涉减弱，据此不难推算出（1）明纹坐标x=k （k=0，1，2，）（2）暗纹坐标x=(2k1) （k=1，2，）（3）条纹间距x=.上述条纹间距表达式提供了一种测量光波长的方法。3光的电磁说与电磁波谱光的干涉与衍射充分地表明光是一种波，光的偏振现象又进一步表明光是横波。麦克斯韦对电磁理论的研究预言了电磁波的存在，并得到电磁波传播速度的理论值3.11108m/s，这和当时测出的光速3.15108m/s非常接近，在此基础上麦克斯韦提出了光在本质上是一种电磁波，这就是所谓的光的电磁说。赫兹用实验证实了电磁波的存在，并测出其波长与频率，进而得到电磁波的传播速度，用实验证实了光的电磁说。光作为电磁波的一种，与其他的电磁波共同构成电磁波谱。对于电磁波谱，应了解非排布情况、产生机理及实际用途。电磁波种类无线电波红外线可见光紫外线伦琴射线射线频率（Hz）1043101210123.910143.910147.510147.5101451016310163102031019以上真空中波长（m）3101410431047.71077.710741074107610910810121011以下观察方法无线电技术利用热效应 激发荧光 利用贯穿本领照相底片感光（化学效应）核技术产生方式LC电路中自由电子的的振荡原子的外层电子受到激发原子的内层电子受到激发原子核受到激发用途通讯，广播，导航加热烘干、遥测遥感，医疗，导向等照明，照相，加热日光灯，黑光灯手术室杀菌消毒，治疗皮肤病等检查探测，透视，治疗等探测，治疗等4光电效应现象及其规律。（1）光电效应现象。光照使物体发射电子的现象叫光电效应现象；所发射的电子叫光电子；光电子定向移动所形成的电流叫光电流。（2）光电效应现象所遵循的基本规律。物体在光照的条件下发射电子而发生光电效应现象时遵循如下规律：（1）对于任何一种金属，入射光的频率必须大于某一极限频率才能产生光电效应，低于这个极限频率，无论强度如何，无论照射时间多长，也不能产生光电效应；（2）在单位时间里从金属极板中发射出的光电子数跟入射光的强度成正比；（3）发射出的光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大；（4）只要入射光的频率高于金属极板的极限频率，无论其强度如何，光电子的产生都几乎是瞬时的，不超过109s.5光子说光子说的主要内容为：沿空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子；光子的能量E与光的频率成正比，比例系数即为普朗克常量E=h6光的波粒二象性光的干涉，衍射等现象充分表明光是波，而光电效应现象又表明光是粒子。事实上，光具有波动和粒子二重特性。俗称光的波粒二象性。光在传播时更多地表现为波动特性，在与物质微粒发生作用时更多地表现为粒子特征；波长越长的光波动性越显著，频率越高的光粒子性越显著；大量光子的整体行为表现为波动性，少量光子的个别行为表现为粒子性。三、典型例题例1能产生干涉现象的两束光是（ ）A频率相同、振幅相同的两束光B频率相同、相位差恒定的两束光C两只完全相同的灯光发出的光D同一光源的两个发光部分发出的光分析：比例考察的是对“相干条件”的了解解答：只有频率相同、相差恒定、振动方向相同的光波，在它们相遇的空间里能够产生稳定的干涉，观察到稳定的干涉图样，但是，光波并不是一列连续波，它是由一段段不连续的具有有限长度的所谓“波列”组合而成的，并且波动间的间歇也是不规则的。两个独立光源发出的光，即使是“频率相同的单色光（实际上严格的单色光并不存在），也不能保持有恒定的相差。因此，为了得到相干光波，通常是把同一光源发出的一束光分成两束。杨氏双缝干涉实验中，所以在光源和双缝间设置一个狭缝，就是让点光源发出的一束光，先经第一个缝产生衍射，使得由双缝得到的两束光成为相干光波。光源发光是以原子为发光单位的，由前面分析可知，我们无法使两只完全相同的灯泡、同一光源的两个发光部分发出频率相同、相差恒定的光。这样的光源不会产生稳定的干涉现象，无法观察到干涉图样。所以应选B。例2在真空中频率为41014Hz的是红光，频率为61014Hz的是绿光，现在有一束单色光，它在n=1.5的玻璃中，波长为5000，它在这种玻璃中的频率是多少？是什么颜色？在真空中的频率是多少？又是什么颜色？分析：光的频率决定于光的颜色，光从一种介质传到另一种介质时，由于频率不变，故颜色不变，因此，本题关键是求频率。由n=得，光在玻璃中的速度为=m/s=2m/s它在玻璃中的频率为=Hz=41014H z由此可知，该单色光在真空中的频率也为41014Hz，故为红光。在真空中与玻璃中均为红颜色。例3如图242所示是双缝干涉实验装置，屏上O点到双缝S1、S2的距离相等。当用波长为0.75m的单色光照射时，P是位于O上方的第二条亮纹位置，若换用波长为0.6m的单色光做实验，P处是亮纹还是暗纹？在OP之间共有几 图242条暗纹？分析：P点是暗纹还是暗纹，关键取决于P到S1和S2的路程差r=r2r1；P是第几级明（暗）纹，关键取决于r是光波长（半波长）的多少倍。解答：当用波长为1=0.75m单色光时P为O上方第二条亮纹，所以P到双缝S1、S2的距离差r=21=20.75m=1.5m.改用2=0.6m.的单色光时，路程差r=2，所以P和为暗纹，从O到P路程差由零逐渐增大，必有路程差为和2的两点，即OP之间还有两条暗纹。例4关于光电效应，有如下几种陈述，其中正确的是（ ）A金属电子的逸出功与入射光的频率成正比B光电流的强度与入射光的强度无关C用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大D对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应分析：此例的解答要求熟悉光电效应现象的特征及其规律。解答：金属的逸出功由该金属决定，与入射光源频率无关，光电流的强度与入射光强度成正比，选项A、B错误。不可见光包括能量大的紫外线、X射线、射线，也包括能量比可见光小的红外线、无线电波，选项C错误。所以应选D。例5已知金属铯的逸出功为1.9eV，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大功能为1.0eV，入射光的波长应为_m.分析：要求了解光电效应的规律及光子说理论。解答：由爱因斯坦光电效应方程可得：=W+m=1.9+1.0=2.9eV=2.91.61019J=4.3107 m例6太阳光垂直射到地面上时，地面上1m2接受的太阳光的功率为1.4kW,其中可见部分约占45%（1）假如认为可见光的波长约为0.55m，日地间距离R=1.51011m.普朗克恒量h=6.61034Js，估算太阳每秒辐射出的可见光子数为多少？（2）若已知地球的半径为6.4106m，估算地球接受的太阳光的总功率。分析：了解光子说理论，建立起适当的模型，即可得出正确解答。解答：（1）设地面上垂直阳光的1m2面积上每秒钟接收的可见光光子数为n.则有P45%=nh.解得：n=1.751021m2设想一个以太阳为球心，以日、地距离为半径的大球面积包围着太阳，大球面接受的光子数即等于太阳辐射的全部光子数。则所求可见光光子数N=n 4R2=1.75102143.14（1.51011）2=4.91044（2）地球背着阳光的半个球面没有接收太阳光。地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直。接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆平面的面积。则地球接收阳光的总功率P地=Pr2=1.43.14(6.4106)2=1.81017kW.单元检测一、选择题1下列哪些现象是光衍射产生的（ ）A著名的泊松亮斑B阳光下茂密树荫中地面上的圆形亮斑C光照到细金属丝上在其后面屏上得到的阴影中间出现亮线D阳光经凸透镜后形成的亮斑2下列属于光的干涉现象的是（ ）A雨后天空中出现的彩虹B红光比紫光更容易透过云雾烟尘C人们在研究光的波动时，观察的泊松亮斑D在透镜（或棱镜）的表面镀上一层氟化镁薄膜，这样可增加光的透射强度，减小反射光的强度3在杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是（ ）A若将其中一缝挡位，则屏上条纹不变只是亮度减半B若将其中一缝挡住，则屏上无条纹C若将其中一缝用红色滤光片挡住，另一缝用蓝色滤光片挡住，屏上将出现红蓝相间条纹D若将其中一缝用红色滤光片挡住，另一缝用蓝色滤光片挡住，屏上不出现条纹，但有亮光4用黄光照射一不透明的圆板时，在圆板的背影中恰能观察到一黄色光斑，若用红色光、绿色光和紫色光照射圆板，能够观察到光斑的是（ ）A只有红色光 B只有紫色光C只有红色光和紫色光 D三种色光都能5如图243所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法中正确的是（ ）A人从右侧向左看，可看到彩色条纹B人从左侧向右看，可看到彩色条纹C彩色条纹平行排列D彩色条纹竖直排列 图2436杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是（n为自然数，为光波波长）在距双缝的路程相等的点形成暗条纹在距双缝的路程差为n的点形成亮条纹在距双缝的路程差为n的点形成亮条纹在距双缝的路程差为(n+)的点形成暗条纹A B C D7各种电磁波的产生机理不同，下面给出的几组电磁波中，哪一组中的电磁波都是由原子外层电子受激发后产生的（ ）A红外线、紫外线、伦琴射线 B微波、红外线、紫光、紫外线C无线电波、微波、红外线 D黄光、绿光、紫光8关于光谱，下面说法中正确的是（ ）A炽热的液体发射连续光谱B太阳光谱中的暗线说明太阳上缺与这些暗线相应的元素C明线光谱和暗线光谱都可用于对物质成分进行分析D发射光谱一定是连续光谱9太阳光谱有许多暗线，它们对应着某些元素的特征光谱，产生这些暗线是由于（ ）A太阳内部缺少相应的元素B太阳表面大气层中存在着相应的元素C太阳表面大气层中缺少相应的元素D太阳内部存在着相应的元素10下列说法中正确的是哪些（ ）A可见光是原子外层电子受激发产生B射线是原子外层电子脱离原子放出的C一切物质都在不停地辐射红外线D、其中射线的电离本领最强11用爱因斯坦光子说解释光电效应时，正确的说法是（ ）A每个光电子都是吸收一个光子后跑出来的B光电子克服原子核的引力并从金属内部逸出来所需要的能量等于逸出功C光电子的最大初动能与入射光的频率成正比D光子的能量由频率决定，也与光的强度和光波的振幅有关12关于光的波粒二象性，下面说法中正确的是（ ）A大量光子的效果往往显示波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性B光在传播时往往表现波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性C频率大的光粒子性显著，频率小的光波动性显著D光既有波动性，又有粒子性，两者相互矛盾，是不能统一的13在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图244所示。这时（ ）图244A锌板带正电，指针带负电 B锌板带正电，指针带正电C锌板带负电，指针带正电 D锌板带负电，指针带负电14下列哪组现象胡说明光具有波粒二象性（ ）A光的色散和光的干涉 B光的衍射和光的干涉C泊松亮斑和光电效应 D以上三组现象都不行二、填空题15已知绿光频率为，增透膜对它的折射率为n，则增透膜厚度为_.（光速为c）16使金属钠产生光电效应的光的最长波长是5000，因此，金属钠的逸出功W=_J，现在用频率在3.901014Hz到7.501014Hz范围内的光照射钠，那么使钠产生光电效应的频率范围是从_Hz到_.（普朗克常量h=6.631034Js）17如图245（a）所示，用单色光照射透明标准板M来检查零件N的表面情况，观察到如图245（b）所示的条纹，则P条纹的弯曲情况表明零件N的表面上A处是_的；P处条纹的弯曲情况表明零件N的表面上B处是_的。（填“凸”或“凹”）图24518激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光。红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲。现有一红宝石激光器，发射功率为1.01010W，所发射的每个光脉冲持续的时间t为1.01011s，波长为793.4nm，问每列光脉冲的长度l是多少？其中含有的光子数为n=_个.三、计算题19在双缝干涉的实验中，入射光的频率为51014Hz，从双缝射出的两束光到达屏上某点的路程差为15000，该点将出现什么样条纹20用红光做乐的双缝干涉实验时，已知双缝间距为0.20103m，测得双缝到屏间的距离为0.700m，分划板中心刻线对齐第一条亮条纹中央时手轮读数为0.52103m ，第4条亮条纹所在位置为7.47103m，求此红光的波长.21实验室用功率P=15W的紫外灯（波长=2537）演示光电效应，阴极离光源d=0.5m，估算阴极表面每个原子每秒钟接收到的光子数。（原子半径取r0=0.51010m）参考答案一、 选择题1AC 2D 3D 4A 5BC 6D 7D 8AC 9B 10ACD11A 12ABC 13B 14C二、填空题15 163.981019， 6.001014，7.501014.17凹，凸 183.51017三、计算题19暗条纹 20=6.62107m21n0.05