高考物理一轮教案物理光学

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第十七章：物理光学 ‎『夯实基础知识』‎ 一．光的干涉和衍射 ‎1．双缝干涉 干涉是波独有的特征。如果光是一种波，就应该能观察到光的干涉现象。1801年，托马斯Ÿ杨利用双缝，终于成功地观察到了光的干涉现象。‎ ‎（1）两列光波在空间相遇时发生叠加，在某些区域总加强，在另外一些区域总减弱，从而出现亮暗相间的条纹的现象叫光的干涉现象。‎ ‎（2）产生干涉的条件 两个振动情况总是相同的波源叫相干波源，只有相干波源发出的光互相叠加，才能产生干涉现象，在屏上出现稳定的亮暗相间的条纹。‎ 形成相干波源的方法有两种：‎ ‎⑴利用激光（因为激光发出的是单色性极好的光）。‎ ‎⑵设法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等）。下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。‎ S1‎ S2‎ b d c a S S /‎ ‎（3）双缝干涉实验规律 ‎①双缝干涉实验中，光屏上某点到相干光源、的路程之差为光程差，记为。‎ 若光程差是波长的整倍数，即（n=0，1，2，3…）P点将出现亮条纹；若光程差是半波长的奇数倍（n=0，1，2，3…），P点将出现暗条纹。‎ ‎②屏上和双缝、距离相等的点，若用单色光实验该点是亮条纹（中央条纹），若用白光实验该点是白色的亮条纹。‎ ‎③若用单色光实验，在屏上得到明暗相间的条纹；若用白光实验，中央是白色条纹，两侧是彩色条纹。‎ ‎④屏上明暗条纹之间的距离总是相等的，其距离大小与双缝之间距离d、双缝到屏的距离及光的波长λ有关，即。在和d不变的情况下，和波长λ成正比，应用该式可测光波的波长λ。‎ ‎⑤用同一实验装置做干涉实验，红光干涉条纹的间距最大，紫光干涉条纹间距最小，故可知大于小于。‎ ‎2．薄膜干涉 ‎（1）薄膜干涉的成因：‎ 由薄膜的前、后表面反射的两列光波叠加而成，劈形薄膜干涉可产生平行相间的条纹。‎ ‎（2）薄膜干涉的应用 ‎①增透膜：透镜和棱镜表面的增透膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4。‎ ‎②检查平整程度：待检平面和标准平面之间的楔形空气薄膜，用单色光进行照射，入射光从空气膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹，待检平面若是平的，空气膜厚度相同的各点就位于一条直线上，干涉条纹是平行的；反之，干涉条纹有弯曲现象。‎ ‎3．光的衍射 ‎（1）光的衍射现象 光在遇到障碍物时，偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射。‎ 衍射也是波的特性。如果光是一种波，就应该能观察到光的衍射现象。但由于可见光的波长在数量级，而一般物体的大小比这个尺度大得多，因此很难看到明显的光的衍射现象。‎ ‎（2）光发生明显衍射现象的条件 当孔或障碍物的尺寸比光波波长小，或者跟波长差不多时，光才能发生明显的衍射现象 缝和孔的衍射现象的规律是相同的：在发生明显衍射的条件下，当窄缝变窄（或孔变小）时，亮斑的范围变大，条纹间距离变大，而亮度变暗。‎ 注意关于衍射的表述一定要准确。（区分能否发生衍射和能否发生明显衍射）‎ ‎①各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。‎ ‎②发生明显衍射的条件是：障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。‎ ‎③在发生明显衍射的条件下，当窄缝变窄时，亮斑的范围变大，条纹间距离变大，而亮度变暗。‎ ‎（3）衍射图样 ‎①单缝衍射：中央为亮条纹，向两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同。白光衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光。‎ ‎②圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环。‎ ‎③泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板后，在圆板的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一。‎ 双缝干涉和单缝衍射的联系与区别 ‎⑴双缝干涉和单缝衍射的图样都是明暗相间的条纹。但双缝干涉的条纹间距是等宽的，亮度也是均匀的；而单缝衍射的条纹是中央宽，两边窄，亮度分布也是中央亮两边暗。‎ ‎⑵双缝干涉装置中，入射光从单缝到双缝之间的传播过程中，实际上已经发生了衍射；单缝衍射中的亮、暗纹的形成，可以看成是从单缝不同位置射出的光在光屏处发生干涉，这些干涉条纹叠加后形成的就是单缝衍射的结果 二．光的粒子性 ‎1．光电效应 ‎（1）在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。发射出来的电子叫光电子。（右图装置中，用弧光灯照射锌版，有电子从锌版表面飞出，使原来不带电的验电器带正电。）‎ ‎（2）光电效应的规律。‎ ‎①任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能产生光电效应；若入射光的频率低于这个频率，不论入射光多么强，也不论光照射时间有多么长，都不能发生光电效应。‎ ‎②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大。‎ ‎③瞬时性：入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过秒。‎ ‎④当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。‎ ‎（3）光电效应的理解 ‎①光电效应是单个光子和单个电子之间的相互作用产生的。金属中的某个电子只能吸收一个光子的能量，只有当吸收的能量足够克服原子核的引力而逸出时，才能产生光电效应，而光子的能量与光的频率有关，由此可解释光电效应的瞬时性和存在极限频率的原因。‎ 光子是能量为的粒子，表现出粒子性，而光子的能量与频率有关，体现了波动性，所以光子是统一了波粒二象性的微粒。但是，在不同的条件下的表现不同，大量光子表现出波动性，个别光子的表现出粒子性；光在传播时表现出波动性，光和其他物质相互作用时表现出粒子性；频率低的光波动性更强，频率高的光粒子性更强。‎ ‎②有关光电效应的问题主要是两个方面：一个是关于光电效应现象的判断，另一个就是运用光电效应方程进行简单的计算。解题的关键在于掌握光电效应规律，明确各概念之间的决定关系，即有：‎ ‎③光电子的最大初动能、光电流强度及入射光强度的关系：‎ 在光电效应中，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，与入射光的强度无关；“光电流强度”指的是光电流的最大值(亦称饱和值)，它正比于入射光的强度; “入射光的强度”指的是单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量，在入射光频率不变的情况下，光强度正比于单位时间内照射到金属表面单位面积的光子数。若换用不同频率的光照射，‎ 即使光强度相同，单位时间内照射到金属表面单位面积的光子数也不相同，因而从金属表面逸出的光电子数也不相同，形成的光电流大小也不同。‎ ‎④记住和理解说明光具有波粒二象性的典型实验：“光电效应现象”说明了光具有粒子性，这里的粒子不等于宏观世界的质点，而是微观粒子，即“光子”；“光的干涉、衍射”实验证明了光是一种波，具有波动性，但这里的波动性也并不等于宏观世界里的机械波，而是概率波。光的干涉、衍射现象中亮条纹处，是光子到达可能性较大的区域，暗条纹处是光子到达可能性较小的区域。‎ ‎（4）爱因斯坦的光子说。光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量E跟光的频率成正比：（h是普朗克恒量，是光子的频率。）‎ ‎（5）爱因斯坦光电效应方程：‎ ‎①光子说对光电效应现象的解释：当光子照射到金属上时，它的能量可被金属中的某个电子全部吸收，电子吸收光子的能量后，动能立刻增加，不需要积累能量的过程。如果电子的动能足够大，能够克服内部原子核对它的引力，就可以离开金属表面逃逸出来，成为光电子。‎ ‎②最大初动能和逸出功：金属表面的电子吸收光子后，克服金属原子核的引力做功。直接从金属表面逸出的电子所具有的动能称为最大初动能，克服金属原子核的引力所做的功的最小值叫逸出功。‎ ‎③光电效应方程：（是光电子的最大初动能；是逸出功，它和极限频率的关系为，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功。显然，该方程符合能量守恒定律。）‎ 三．光的电磁说 光的偏振激光 ‎1．光的电磁说 ‎（1）光的干涉和衍射以无可辩驳的事实证明了光是一种波。但它和水波、声波等机械波一样吗？是否也靠弹性介质传播？这个问题一直困扰着光的波动学说。‎ 麦克斯韦根据电磁波与光在真空中的传播速度相同，提出光在本质上是一种电磁波——这就是光的电磁说，赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性。‎ ‎（2）电磁波谱。波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。‎ 各种电磁波的产生机理分别是：无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；伦琴射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的。‎ 其产生机理、性质差别、用途等概括如下表：‎ ‎（3）实验证明：物体辐射出的电磁波中辐射最强的波长。和物体温度之间满足关系（b为常数）。可见高温物体辐射出的电磁波频率较高。在宇宙学中，可以根据接收到的恒星发出的光的频率，分析其表面温度。‎ ‎（4）可见光频率范围是，波长范围是。‎ ‎（5）光的波长、频率和光速的关系式为：‎ ‎。在真空中，不同色光的光速相同；在介质中，不同色光的光速不同。色光的颜色是由频率决定的。同一种色光在不同介质中传播时，颜色和频率均不变，而波速和波长却因介质不同而改变。‎ ‎2．光的偏振 ‎⑴偏振现象 在沿同一个方向传播的纵波中，所有介质质点的振动方向都和波的传播方向平行，因此振动总是发生在同一条直线上的；而在沿同一个方向传播的横波中，介质质点的振动方向和波的传播方向是垂直的，而跟波的传播方向垂直的方向有无穷多种可能，沿同一方向传播的横波，质点的振动方向可能是不同的，因此会发生偏振现象。能否发生偏振，是纵波和横波的区别。利用偏振可以判定一种波是横波还是纵波。‎ ‎（2）偏振光：在跟光传播方向垂直的平面内，光振动在某一方向较强而在另一些方向振动较弱的光即为偏振光。自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直。我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。‎ ‎（3）自然光。太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫自然光。‎ ‎（4）光的偏振现象证明光是横波 ‎（5）偏振光的应用 偏振光可用于摄影。在拍摄照片时为消除水面或玻璃表面多余的反光，可以在照相机镜头前装偏振滤光片，让其透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光的干扰，使拍出的相片影象清晰。‎ 偏振光还可用于拍摄和观看立体电影。‎ ‎3．激光 ‎（1）光是从物质的原子中发射出来的。原子获得能量后处于不稳定状态，会以光子的形式把能量发射出来。‎ ‎（2）普通光源中的各个原子何时发光，发出什么频率的光，向什么方向发光，都是不确定的。即使同一个红色灯泡发光，也不能保证发出的光频率相同（3.9-4.9×1014Hz），因此不能得到稳定的干涉图样。‎ ‎（3）激光是一种人工相干光，激光的特点有 ‎⑴激光是人工产生的相干光。‎ ‎⑵激光的平行度好。（可以用来测距、测速；可以用来刻录、读取光盘）‎ ‎⑶激光的亮度高。（切割、焊接、打孔、手术用光刀、治疗视网膜剥落；用于人工控制聚变）‎ 重要应用有：通信、测距、光盘读取、切割等。‎ ‎4．光谱 ‎（1）线状光谱 由一些不连续的亮线组成，是稀薄气体发光产生的光谱，每种元素的原子只有发出某些特定的谱线（特征谱线），不同元素的明线光谱不同，所以线状谱又叫原子光谱。‎ ‎（2）吸收光谱 连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，它是由分布在连续光谱背景上的某些暗线组成的，通常在吸收光谱中看到的特性谱线（暗线）比相应的明线光谱中的明线光谱要少一些。‎ ‎（3）光谱分析 由于每种元素都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成，做光谱分析时，可以利用线状光谱，也可以利用吸收光谱。‎ ‎（4）发射光谱与吸收光谱的比较 三．实验用双缝干涉测光的波长 ‎1．实验目的：学会观察双缝干涉图样。掌握用双缝干涉测定单色光波长的方法 ‎2．实验原理：如图所示，‎ 电灯发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一单色光源，衍射光波同时到达双缝和之后，再次发生衍射，、双缝相当于二个步调完全一致的单色相干光源，透过、双缝的单色光波在屏上相遇并叠加，、到屏上P点的路程分别是、两列光波传到P的路程差，设光波波长为λ ‎1、若，两列波传到P点同相，互相加强，出现明条纹。‎ ‎2．若，两列波传到P点反相，互相减弱，出现暗条纹。‎ 这样就在屏上得到了平行于双缝、的明暗相间的干涉条纹。相邻两条明纹间的距离与入射光波长λ，双缝、间距离d及双缝与屏的距离有关，其关系式为，因此，只要测出、d 、即可测出波长λ。‎ 两条相邻明（暗）条纹间的距离用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图所示。‎ 转动手轮，分划板会左、右移动，测量时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心（如图所示）记下此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线对齐另一条相邻的明条纹中心时，记下手轮上的刻度数，两次读数之差就是相邻两条明条纹间的距离，即。‎ 很小，直接测量时相对误差较大，通常测出n条明条纹间的距离a，再推算相邻两条明（暗）条纹间的距离，。‎ ‎3．实验器材 双缝干涉仪即：光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双逢、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺 ‎4．实验步骤 ‎（1）观察双缝干涉图样 ‎①将光屏、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。如图所示。‎ 白炽灯 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 屏 ‎②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。‎ ‎③调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线射到光屏。‎ ‎④安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约‎5cm—‎10cm，这时，可观察白光的干涉条纹。‎ ‎⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。‎ ‎（2）测定单色光的波长 ‎①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。‎ ‎②使分划板中心刻线对齐某亮条纹中 央，记下手轮上的读数；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数；并记下两次测量时移过的条纹数n，则相邻两亮条纹间距 ‎③用刻度尺测量双缝到光屏间距离（d是已知的）。‎ ‎④重复测量、计算，求出波长的平均值。‎ ‎⑤换用不同滤光片，重复实验。‎ ‎4．注意事项 ‎（1）双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒，测量头等元件。‎ ‎（2）滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸或干净软片轻轻擦去。‎ ‎（3）安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行。‎ ‎（4）光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。‎ ‎（5）调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴线所致，干涉条纹不清晰一般主要原因是单缝与双缝不平行所致，故应正确调节。‎ ‎『题型解析』‎ 类型题： 光的干涉 ‎ ‎1、发生干涉的条件：‎ ‎【例题】在做双缝干涉实验时．用白光做光源，将在屏上得到彩色条纹，若在双缝的—条缝前放置红色滤光片(只能透过红光)，而另一缝前加绿色滤光片(只能透过绿光)，则这时( )‎ A．只有红色和绿色的双缝干涉，其他颜色的双缝干涉条纹消失 B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在 C．任何颜色的双缝干涉条纹都下存在．但屏仍然有光亮 D．屏上无任任光亮 ‎★解析：‎ 从双缝中透射出的红光和绿光，它们的频率不相同，不满足产生干涉的条件，所以屏上没有干涉条纹，但由于屏上有红光和绿光到达，因而屏上有光亮，故只有C是正确的．[答案)C ‎[点拨]两列光相遇叠加只有满足相干条件才能在光屏上出现稳定的干涉图样 ‎2、双缝干涉 ‎【例题】用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为。下列说法中正确的有 ‎ A．如果增大单缝到双缝间的距离，将增大 B．如果增大双缝之间的距离，将增大 C．如果增大双缝到光屏之间的距离，将增大 D．如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，将增大 ‎★解析：公式中表示双缝到屏的距离，d表示双缝之间的距离。因此与单缝到双缝间的距离无关，于缝本身的宽度也无关。本题选C ‎【例题】用单色光做双缝干涉实验时，下列说法正确的是( )‎ A．入射光波长越长，干涉条纹间距越大 B．入射光频率越高，干涉条纹间距越大 C．把入射光中绿光变成紫光，干涉条纹间距变小 D．把入射光中绿光变成红光，干涉条纹间距变小 ‎★解析：由公式∆x＝可知，在d、不变的情况下．∆与成正比，所以A对．由于频率越高，依据可知，越小，∆也越小，故B措．因为绿＞紫，绿＜红，所以C对D错．[答案]AC ‎【例题】双缝干涉实验装置如图所示，双缝间的距离为d，双缝到像屏的距离为L，调整实验装置使得像屏上可以见到清晰的条纹，关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是( )‎ A．若将像屏向左平移一小段距离，屏上的于涉条纹将变得不清晰 B．若将像屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹 C．若将双缝间的距离d减小，像屏上的两个相邻明条纹间的距离变小 D．若将双缝间的距离d减小，像屏上的两个相邻暗条纹间的距离增大 ‎★解析：BD ‎【例题】用氦氖激光器进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间距离ｄ=‎0.1mm，双缝到屏的距离L=6.Om，测出屏上干涉条纹中相邻亮纹间的距离是‎3.8cm，氦氖激光器发出的红光的波长是多少？假如把整个装置放入折射率是的水中，这时屏上的条纹间距又是多少？‎ ‎★解析：6.3×10‎-7m2‎.8×10‎-2m点拨：依据∆x＝可知：‎ ‎，代入算出波长为6.3×10‎-7m．由'=/n求出'=4.7×10‎-7m，再由公式∆x'＝'得：∆'=2.8×10‎‎-2m ‎【例题】如图所示，在暗室中从单色点光源S直接射到屏上的一束光在Sb和Sd之间，从S射到平面镜MN再反射到屏上的另一束光在Ma和Nc之间（是S在平面镜MN的像）。关于这时屏上是否可能出现明暗相间的条纹，下列说法正确的是（ ）‎ A、不可能 B、可能，出现在a、b之间 C、可能，出现在b、c之间 D、可能，出现在c、d之间 ‎★解析：由于是S的像，可当成两个相干光源，从S发出的光射到bd区域，（似乎）从射出的光（其实是反射光）射到ac区域，故bc区为共同传播的区域，即干涉区，必出现明暗相间的条纹，故选C。‎ 答案：C ‎【例题】频率为的单色光从和投射到屏上，并且与振动相同。若屏上的点P到与P到的路程差为，问P点是亮条纹还是暗条纹？设O为到和路程相等的点，则PO间有几条暗纹？几条亮纹？‎ ‎★解析：先算出光的波长，由产生亮暗条纹的条件判断P点应出现亮条纹；又由解得k的值，再判断PO间亮纹和暗条纹数。‎ 解答：由公式得，满足产生亮纹的条件，则P点将出现亮纹；又由解得k =6，可判断PO间有6条暗纹，有5条亮纹（不包含P、O两点）‎ ‎【例题】有关光的双缝干涉和衍射的现象中，下列说法正确的是（）‎ A、无论用什么色光做双缝干涉实验，中央一定是亮纹 B、用白光做双缝干涉实验时，得到的彩色亮纹中最靠近中央的是红光 C、用白光做单缝衍射实验，得到的彩色条纹中偏离中央最远的是红光 D、涂有增透膜的照相机镜头看上去呈淡紫色，是由于增透膜增强了对紫光的透射 ‎★解析：因为中央到双缝的光程差恒为零，所以中央位置始终是亮纹，则A正确；因为双缝实验中屏上干涉条纹的间距与入射光波长成正比，白光中的紫光波长最短，所以得到的彩色条纹中最靠近中央的是紫色，则B错；白光中红光的波长最长，对同样的单缝，红光的衍射现象最明显，得到的中央亮纹最宽，所以彩条中偏离中央最远的是红光，则C对；照相机镜头涂的增透膜，通常是针对人眼最敏感的绿光设计的，使从镜头反射的绿光干涉相消，而对太阳光中红光和紫光并没有显著削弱，所以看上去呈淡紫色，并不是增强了对紫光的透射。‎ 正确答案:A，C ‎【例题】如图所示，用单色光做双缝干涉实验，P处为第二亮纹，改用频率较高的单色光重做实验（其他条件不变）时，则第二亮纹的位置（ C ）‎ A、仍在P处 B、在P点上方 C、在P点下方 ‎ D、要将屏向双缝方向移近一些才能看到亮纹 ‎【例题】在单色光的双缝干涉实验中( )‎ A．两列光的波峰和波峰重叠处出现亮条纹 B．两列光的波谷和波谷重叠处出现暗条纹 C．从两个狭缝到屏上的路程差是光的波长的奇数倍处，出现暗条纹 D．从两个狭缝列屏上的路程差是光的波长的整数倍处，出现亮条纹 ‎★解析：AD ‎【例题】S1、S2是两个相干光源，发出的光波长皆为4000Å，P点到S1、S2的路程差为1.8×10‎-6m，若S1、S2的振动情况完全相同，则P点将是________点．(1Å=10‎-10m)‎ ‎★解析：此题考查出现亮条纹(或暗条纹)的条件．由于∆＝4.5＝(2×4+1)，满足出现暗条纹的条件，所以P点将是暗点．‎ ‎【例题】如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为两狭缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10‎-6m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验．‎ ‎(1)已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为4×10‎-7m，问P点是亮条纹还是暗条纹；‎ ‎(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10‎-7m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37º，问P点是亮条纹还是暗条纹：‎ ‎★解析：(1)根据出现亮条纹或暗条纹的条件来判断．设A单色光在空气和介质中的波长分别为0和，由，和得：0==6×10-7ｍ。由于∆ｓ＝(2ｎ+1)（n=0、1、2、3．．．．），所以P点应是暗条纹．(2)由可知：，所以0==5.25×10‎-7m．由于∆ｓ=40，故P点应是亮条纹．‎ ‎[点拨]这类综合题的求解方法除了用到判断明条纹和暗条纹的条件，还要用到几何光学中的诸多知识，分析时要注意前后联系．‎ ‎【例题】用波长为的平行单色光照射双缝，在光屏上偏离中心的P点处恰好出现亮条纹，则( )‎ A．改用波长为2的单色光照射，P点处一定出现亮条纹 B．改用波长为2的单色光照射，P点处一定出现暗条纹 C．改用波长为的单色光照射，P点处—定出现亮条纹 D．改用波长为的单色光照射，P点处一定出现暗条纹 ‎★解析：出现亮纹条件是∆=n，当波长变为2时，∆不一定是2的整数倍，所以P点可能是亮纹或暗纹．当波长变为/2时，∆一定是/2的整数倍，故P点一定是亮纹．因而选C．‎ ‎【例题】在双缝干涉实验中，屏上某点Q到双缝的路程差是2.6×10‎-6m，如果Q点是亮条纹，并且和中央亮纹之间的亮纹不超过两条，则光的波长是多少?如果Q点恰为暗纹，并且与中央亮纹之间还有一条亮纹，问光的波长又是多少？‎ ‎★解析：0.87×10‎-6m、1.3×10‎-6m、2.6×10‎-6m、1.73×10‎-6m点拨：∆=2.6×10‎-6m=n(n=0，1，2)，所以光的波长可能值是3个．若P点为暗纹，则∆ｓ＝(2+1)，且=1，所以波长是1个数值．‎ ‎3．薄膜干涉 ‎【例题】关于薄膜干涉，以下说法正确的是( )‎ A．干涉条纹的产生是由于光在膜的前后两表面反射，形成的两列光波叠加的结果 B．干涉条纹中的暗纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 C．干涉条纹是等间距的平行线时，说明膜的厚度处处相等 D．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的同一侧 ‎★解析：薄膜干涉是反射先叠加形成的，当反射光的波谷与波谷叠加时仍足加强的，应是亮条纹，所以A对B错．每一平行条纹对应的膜的厚度是相等的，但不同的平行条纹对应的膜厚度是不同的，即C错．人眼观察时应与光源位于同侧，故D对。[答案]AD ‎【例题】(2003上海)劈尖干涉是一种薄膜干涉，具装置如图‎20-1-6‎所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成—个劈形空气薄膜，当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图20-1-7所示．干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(1)任意相邻明条纹或明条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若在图装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹( )‎ A．变疏 B．变密 C．不变 D．消失 ‎★解析：撤去一张纸片后，劈形空气薄膜的劈势(即倾斜程度)减缓，相同水平距离上，劈势厚度变化减小，以致于干涉时路程差变化减小，条纹变宽，条纹数量变少(变疏)，故A正确．‎ ‎[答案]A ‎【例题】一个半径较大的透明玻璃球体，截去上面的一大部分，然后将这—部分放到标准的水平面上，现让单色光竖直射向截面，如图所示，在反射光中看到的是( )‎ A．平行的亮暗相间的干涉条纹 B．环形的亮暗相间的干涉条纹 C．只能看到同颜色的平行反射光 D．一片黑暗 ‎★解析：B点拨：因为以玻璃球体与水平面的接触点为圆心的同一个圆周上，光通过空气楔形膜的路程差是相同的。因而干涉条纹是环形的，故选B，‎ ‎[点拨]本题是对薄膜干涉的创新应用的考查．分析时要抓住在相同水平距离上，空气膜厚度变化变小这一前提，从而得出条纹变疏的结论。‎ ‎【例题】以下哪些属于干涉现象 ( )‎ A．雨后天边美丽的彩虹 B．阳光下肥皂膜上的彩色条纹 C．荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮 D．上表面咐有油膜的厚玻璃板，受阳光照射，在油膜表面上会有彩色光斑 ‎★解析：BD点拨：A是色散，C是全反射，B、D才是干涉 ‎【例题】取两块平玻璃板，合在一起用手捏紧，从玻璃板上方会看到彩色条纹，这是光的干涉现象，关于这一干涉的下列说法正确的是( )‎ A．这是上、下两块玻璃板的上表面反射光干涉结果 B．这是上面那块玻璃的上、下两个表面的反射光干涉的结果 C．这是两玻璃板间的空气膜上、下两表面的反射光干涉的结果 D．这是下面玻璃的上、下两个表面反射光干涉的结果 ‎★解析：玻璃间形成的空气膜的上、下两表面的反射光产生的干涉现象．‎ ‎【例题】用太阳光照射竖直放置的肥皂膜，观察肥皂膜的反射光，将会看到彩色条纹。关于这些彩色条纹的说法中正确的有 ‎ A．所看到的彩色条纹是光的色散形成的 B．所看到的彩色条纹的每一条亮线都是竖直线 C．每一组完整的彩色亮线中，都是紫光在最上方 D．每一组完整的彩色亮线中，都是红光在最上方 ‎ ‎★解析：这是光的干涉现象，不是由色散引起的；竖直放置的肥皂膜从上到下厚度逐渐增大，在同一水平高度，膜的厚度是相同的，因此每一条亮线都是水平的；薄膜干涉出现亮纹的条件是同一束入射光在薄膜前后两个表面分别反射后的光程差δ等于波长λ的整数倍。在入射光接近垂直于薄膜表面入射的情况下，光程差是由薄膜的厚度决定的，竖直放置的肥皂膜从上到下厚度逐渐增大，光程差也逐渐增大。由于紫光波长最短，因此每一组亮线中总是紫光的光程差先达到波长整数倍，也就是紫光的亮线在最上方。本题选C 类型题： 物理光学中的STS问题 ‎ ‎（1）光的干涉的实际应用——增透膜 现代的光学装置，如摄影机、照相机的光学镜头、潜水艇的潜望镜等，都是由许多透镜和棱镜组成的，光进入这些装置时，在每个镜面上都有一部分光被反射，使得通过装置的光强度减弱，造成所成像的亮度不够。为解决这个问题，可以利用光的干涉，在镜面涂上一层厚度适当的透明薄膜，该膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的1/4。这样，从膜的前后两个表面反射的光，光程差恰好等于半个波长，因而叠加后互相抵消，减弱了反射光的强度，使透射光的强度得以增大。因此这种膜叫增透膜。‎ 一般情况下入射光是白光，其中各种色光的波长是不同的。因此在确定薄膜厚度时要使白光中人的视觉最敏感的绿光在垂直入射时完全抵消。这时红光和紫光的反射光不可能完全抵消，因此我们看到的这些镜头的颜色总是呈现淡紫色或兰色。‎ ‎【例题】在光学仪器中，为了减小在光学元件表面上的反射损失，可在光学元件表面镀上一层增透膜，利用薄膜的干涉相消来减少反射光．如果照相机镜头所镀膜对绿光的折射率为n，最小厚度为d，它使绿光在垂直入射时反射光完全抵消，那么绿光在真空中的波长λ为 A．d/4 B．nd/4 ‎ C．4d D．4nd ‎★解析：因为两反射光的路程差为2d ，绿光在真空中的波长为λ，所以在薄膜中的波长为λ/n ，根据增透膜的原理，2d＝λ/2n ，所以选D。 ‎ 答案：D ‎【例题】登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损坏视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛的伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n，光速为c。所要消除的紫外线的频率f，那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是（ ）‎ A B C D ‎ ‎★解析：为了减少进入眼睛的紫外线，应该使入射光分别从该膜的前后两个表面反射形成的光叠加后加强，因此光程差应该是波长的整数倍，因此膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的1/2。紫外线在真空中的波长是λ=c/ｆ，紫外线在膜中波长是，所以厚度为。答案：Ｄ ‎【例题】某高层建筑物外墙大量使用的幕墙玻璃，在白天时外面的人看不清室内的物体．而室内的人却能较清楚地看到外面的景物，其主要原因是( )‎ A．在玻璃的外表面涂有增透膜 B．在玻璃外表面涂有高反膜(即对光的反射率远大于透射率的物质)‎ C．在玻璃的外表面涂有大量能吸收光的物质 D．在玻璃的外表面涂有不透光的彩色薄膜 ‎★解析：高反膜的原理与增透膜原理相反，它使从膜前后表面反射出来的光叠加增强，这样由能量守知透射光必减弱，在白天室内光线本身就弱，所以透射出来的就更少，外面就看不清室内的物体，而室外光线很强，所以能透射一部分光线，室内的人能较清楚地看见外面的景物。‎ ‎[答案]B ‎（2）利用光的干涉检查物体表面的平整成度 ‎【例题】如图是用干涉法检查平面的平整程度的示意图。其中AB是透明的样板，CD是被检查的平面。用单色光从上面竖直地照射下来，观察两束反射光线叠加后的结果。这里的两束反射光分别是指从以下哪两个表面反射的光 A．从AB的上表面和AB的下表面 B．从AB的上表面和CD的上表面 C．从AB的下表面和CD的上表面 D．从AB的下表面和CD的下表面 ‎★解析：AB是等厚的透明样板，CD是不透明的，发生干涉的是两者之间的空气膜。本题选C。‎ 这里看到的亮纹（暗纹）实际上是下方空气膜的等厚线。如果亮纹是均匀分布的直线，说明被检测平面是平整的；如果某些亮纹（暗纹）向左端弯曲，说明该处有凹陷；向右端弯曲，说明该处有突起。‎ 类型题： 光的衍射现象及其拓展 ‎ ‎1、光的衍射重点 ‎【例题】对于光的衍射现象，下述定性分析中错误的是( )‎ A．光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物发生弯曲的传播现象 B．光的衍射现象否定了光的直线传播的结论 C．光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据 D．衍射花纹图样是光波相互叠加的结果 ‎★解析：[解析]当障碍物或孔的尺寸小于光的波长或可以跟波长相比拟时，发生明显衍射现象，光的直线传播是障碍物或孔的尺寸远大于光的波长时表现出的现象，者并不矛盾，都是光在不同条件下的行为，所以A 对D错。衍射也是波动性的特征，是光的叠加，故C、D都是正确的．[答案]B ‎【例题】关于光的衍射的下列说法中正确的是 A．只有当障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相比或者比光的波长小的时候才能发生衍射 B．如果障碍物的尺寸比光的波长大得太多，就不能发生光的衍射 C．隔着高墙和墙另一侧的人说话时“听其声而不见其人”，是因为声波发生了明显衍射，而光波的衍射非常微弱 D．小孔成像就是由光的衍射形成的 ‎★解析：各种障碍物都能使光发生衍射，只是有明显和不明显的区别。小孔成像的原理是光的直线传播，而不是光的衍射。高墙的高度一般是几米，这个尺寸跟声波的波长可以相比，但比光的波长大得多，因此出现“听其声而不见其人”的现象。本题选C。‎ ‎2、发生明显衍射现象的条件：‎ ‎【例题】下列现象中能产生明显衍射现象的是( )‎ A．光的波长与孔或障碍物尺寸相比拟 B．光的波长比孔或障碍物的尺寸大 C．光的波长等于孔或障碍物的尺寸 D．光的波长比孔或障碍物的尺寸小得多 ‎★解析：ABC ‎3、单缝衍射：‎ ‎【例题】在用单色平行光照射单缝观察衍射现象的实验中，下列说法正确的是( )‎ A．缝越窄，衍射现象越显著 D．缝越宽，衍射现象越显著 C．照射光的波长越长，衍射现象越显著 D．照射光的频率越高，衍射现象越显著 ‎★解析：缝越窄，越满足明显衍射条件；波长越长，越能满足发生明显衍射的条件．由可知，频率越高，波长越小，衍射越不明显．综上可知，应选AC．[答案]AC ‎[点拨]为了满足发生明显衍射的条件，可以使障碑物尺寸减小，也可以使光的波长变长．‎ ‎【例题】(2001全国)某同学以线状白炽灯为光源，利用游标卡尺两测脚间形成的狭缝观察光的衍射现象后，总结出以下几点，你认为正确的是( )‎ A．若狭缝与灯泡平行，衍射条纹与狭缝平行 B．若狭缝与灯泡垂直，衍射条纹与狭缝垂直 c．衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度有关 D．衍射条纹的间距与光的波长有关 ‎★解析：如果狭缝与线状白织灯平行，衍射条纹与狭缝平行且现象明显，而衍射条纹的疏密程度与缝宽有关，挟缝越小，条纹越疏；条纹间距与光的波长有关，波长越长，间距越大．[答案]ACD ‎[点拨]对单缝衍射狭缝越小衍射更明显，扩展范围更大，因而条纹更疏；而条纹间距跟光的波长成正比(其它条件不变情况下)．‎ ‎【例题】关于光的衍射现象，下面说法正确的是( )‎ A．红光的单缝衍射图样是红黑相间的直条纹 B．白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹 C．阳光照射到窗口玻璃上在室内出现大光斑，说明光沿直线传播，不存在光的衍射 D．光照射到不透明的小圆板上出现泊松亮斑，这说明光发生了衍射 ‎★解析：AD ‎4、圆孔衍射 ‎【例题】在一个发光的小电珠和光屏之间放一个大小可调节的圆形孔屏，在圆孔从较大调至完全闭合的过程中，在屏上看到的现象是( )‎ A．先是圆形亮区，再是圆形亮环，最后完全黑暗 B．先是圆形亮环，最后完全黑暗 C．先是圆形亮区，最后完全黑暗 D．先是圆形亮环，然后圆形亮区，最后完全黑暗 ‎★解析：当孔由大变小时，屏上先是出现由光妁直线传播所照亮的圆形亮区，然后屏上出现小孔成像，当光的波长大于等于孔的直径时发生衍射，屏上出现圆形亮环、直到黑暗(此时圆孔完全封闭)．[答案]A[点拨]随着孔的尺寸的变化，屏上会出现不同的光现象。‎ ‎【例题】如图所示，A、B两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图案．其中图A是光的________(填“干涉”或“衍射”)图像，由此可判断出图A所对应的圆孔的孔径________ (填“大于”或“小于”)图B所对应的圆孔的孔径．‎ ‎★解析：据题意知A图为小孔衍射图，而B图表明未发生衍射，故A对应孔小于B对应孔直径．[答案]衍射小于[点拨]由题意知是一个圆孔，而且条纹是不等间距的，所以A是衍射而不足干涉。‎ ‎【例题】点光源照射到—个障碍物，在屏上所形成的阴影的边缘部分模糊不清。产生这一现象的原因是( )‎ A．光的反射 B．光的折射 C．光的干涉 D．光的衍射 ‎★解析：D ‎5、圆盘衍射(泊松亮斑)‎ ‎【例题】用单色光分别通过小圆盘与小圆孔做衍射实验时，在光屏上得到衍射图样，它们的特点是( )‎ A．用前者做实验时中央是亮的，用后者做实验时中央是暗的 B．用前者做实验时中央是暗的，用后者做实验时中央是亮的 C．两次实验中央均为暗点的同心圆形条纹 D．两次实验中央均为亮点的同心圆形条纹 ‎【例题】平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，下列说法中正确的有 A．在衍射图样的中心都是亮斑 B．泊松亮斑中心亮点周围的暗环较宽 C．小孔衍射的衍射图样的中心是暗斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑 D．小孔衍射的衍射图样中亮、暗条纹间的间距是均匀的，泊松亮斑图样中亮、暗条纹间的间距是不均匀的 ‎ ‎★解析：从课本上的图片可以看出：A、B选项是正确的，C、D选项是错误的。‎ 类型题： 干涉的衍射的区别 ‎ ‎【例题】一束平行单色光，通过双缝后，在屏上得到明暗相间的条纹，则( )‎ A．相邻亮条纹或暗条纹的间距不等 B．将双缝中某一缝挡住，屏上的亮、暗条纹位置不变，但亮度减半 C．将双缝中某一缝挡住，屏上出现间距不等的亮、暗条纹 D．将双缝中某一缝挡住，则屏上一切条纹将消失，而出现一亮点 ‎★解析：双缝干涉实验表明，亮、暗条纹是等间距的，若挡住一缝则变成单缝衍射，此时中央条纹最宽最亮，是不等间距的，故C是最符合要求的．[答案]C ‎【例题】关于光的衍射的下列说法中正确的是( )‎ A．一切波都可以产生衍射 B．双缝干涉中也存在着光的衍射现象 C．衍射现象中衍射花样的明暗条纹的出现是光波叠加的结果 D．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实 ‎★解析：ABC点拨：—切波均可发生衍射，因为衍射是波的特征，A对．双缝干涉中光通过每个狭缝时均伴随有光的衍射。影是光沿直线传播形成的，光的直线传播和衍射是光在不同情况下的行为，不是矛盾对立的．‎ ‎【例题】下面给出的几种光的现象中，能说明光具有波动性的是( )‎ A．水面上的油膜呈现出彩色条纹 B．月亮的圆缺变化 C．通过卡尺两测脚间的狭缝看与狭缝平行的日光灯，灯的边缘出现彩色条纹 D．通过放大镜可以看到倒立、缩小的像 ‎★解析：AC点拨：A是光的干涉．B是影子，说明光的直线传播．C是光的衍射．D是透镜的折射成像．故AC说明光的波动性 类型题：光的衍射、色散和散射的区别 类型题： 有关光电效应的习题 ‎ ‎【例题】关于光电效应，下列几种叙述正确的是 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 ‎★解析：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。正确选项为 D。‎ ‎[点评] 正确理解金属的逸出功的概念，知道极限频率(或最大波长)存在的原因是解决光电效应问题的关键；光电效应是金属中的自由电子吸收了光子的能量后，其动能大到足以克服金属离子的引力而逃逸出金属表面，成为光电子．对一定的金属来说，逸出功是一定的．照射光的频率越大，光子的能量越大，从金属中逸出的光电子的初动能就越大．如果入射光子的频率较低，它的能量小于金属的逸出功，就不能产生光电效应，这就是存在极限频率的原因．光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值(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．‎ ‎【例题】如图所示，与锌板相连的验电器的铝箔原来是张开的，现在让弧光灯发出的光经一狭缝后照射到锌板，发现在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器的铝箔张角变大，以上实验事实说明：‎ A．光具有波粒二象性 B．验电器的铝箔原来带负电 C．锌板上亮条纹是平行等宽度的 D．若改用激光器发出的红光照射锌板，观察到验电器的铝箔张角则一定会变得更大 ‎★解析：当弧光灯发出的紫外线经过狭缝照在锌板上，锌板上形成明暗相间的条纹，发生衍射现象，中心条纹宽度最宽，说明光有波动性；同时与锌板相连的验电器的铝箔张角变大，发生了光电效应，电子飞出，锌板原带正电，说明光有粒子性。所以A正确，B、C错误。‎ 红光的频率小于锌板的极限频率，不发生光电效应，D错误。‎ ‎[点评] 这道题要求学生掌握光的衍射图象的特点与光电效应的实质。‎ ‎【例题】在做光电效应实验中，某金属被光照射发生了光电效应，实验测出了光电子的最大初动能EK与入射光的频率的关系如图所示，由实验图像可求出 ‎(A)该金属的逸出功 ‎ ‎(B)该金属的极限频率 ‎(C)单位时间内逸出的光电子数 ‎ ‎(D)普朗克恒量 ‎★解析：根据爱因斯坦光电效应方程EK=h-W，任何一种金属的逸出功W一定，说明EK随的变化而变化，且是线性关系(与y=ax+b类似)，直线的斜率等于普朗克恒量，直线与横轴的截距oA表示EK=0时的频率O，即为金属的极限频率，由波速公式c=。求该金属发生光电效应照射光的极限波长．‎ EK=h-W，EK=0时有h-W =0，， ‎ 又由波速公式，得c=， ‎ 故选 (A)、(B)、(D) 与横纵轴截距的物理意义．注意将有关的物理知识和数学的图线联系起来，培养用数学知识 ‎【例题】用波长为λ1和λ2的单色光1和2分别照射金属1和2的表面。色光1照射金属1和2的表面时都有电子射出，色光2照射金属1时有电子射出，照射金属2时没有电子射出。‎ 设金属1和2的逸出功分别为W1和W2，则有 （ D ）‎ A．λ1>λ2，W1> W2 B．λ1>λ2，W1< W2‎ C．λ1<λ2，W1> W2 D．λ1<λ2，W1< W2‎ ‎【例题】用如图所示的装置研究光电效应现象， 当用光子能量为2.5eV的光照射到光电管上时， 电流表G的读数为0.2mA。 移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表读数为0则（ABC）‎ A．光电管阴极的逸出功为1.8eV B．电键k断开后， 有电流流过电流表G ‎ C．光电子的最大初动能为0.7eV ‎ D．改用能量为1.5eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小 ‎【例题】如图所示电路中两个光电管的阴极是由同种金属材料制成的，现用强度相同的两束光分别照射两个光电管的阴极，紫光照在甲电路的光电管上，绿光照在乙电路的光电管上，若都能产生光电效应，则下列判断中正确的是（ D ）‎ A．从两个极板射出的光电子的最大初动能相同 B．甲光电管中打到阳极上的光电子的最大动能一定大于乙光电管中打到阳极上的光电子的最大动能 C．单位时间内由两光电管产生的光电子的数量相同 D．单位时间内由乙光电管产生的光电子的数量比甲光电管产生的光电子的数量多 ‎【例题】某种金属材料在绿光照射下恰能产生光电效应，则下列说法中错误的是（B）‎ A．改用黄光照射，不能产生光电效应 B．增加绿光强度，光电子最大初动能增加 ‎ C．减弱绿光强度，光电管中的光电流减小 D．改用紫光照射，光电子最大初动能增加 ‎【例题】对爱因斯坦光电效应方程，下面的理解正确的有 ‎ A．只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能 B．式中的表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功 ‎ C．逸出功和极限频率之间应满足关系式 D．光电子的最大初动能和入射光的频率成正比 ‎★解析：爱因斯坦光电效应方程中的表示从金属表面直接中逸出的光电子克服金属中正电荷引力做的功，因此是所有逸出的光电子中克服引力做功的最小值。对应的光电子的初动能是所有光电子中最大的。其它光电子的初动能都小于这个值。若入射光的频率恰好是极限频率，即刚好能有光电子逸出，可理解为逸出的光电子的最大初动能是0，因此有。由可知和之间是一次函数关系，但不是成正比关系。本题应选C ‎【例题】如图，当电键K断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为 V A P K A．1.9eV B．0.6eV ‎ C．2.5eV D．3.1eV ‎ ‎★解析：电流表读数刚好为零说明刚好没有光电子能够到达阳极，也就是光电子的最大初动能刚好为0.6eV。由EK= hν-W可知W=1.9 eV。选A。‎ 类型题： 光的电磁说 ‎ ‎1、光的电磁说 ‎【例题】下列关于声波和光波的对比，正确的是( )‎ A．光波是横波，声波也是横波 B．光波和声波都能在真空中传播 C．光波能发生干涉，声波也能发生干涉 D．光波从空气进入水中速度变小，声波从空气进入水中速度也变小 ‎★解析：C点拨：光波是横波而声波是纵波．由知，光从空气进入水中速度变小，而声波从空气进入水中速度却变大，因为光波是电磁被，而声波却是机械波，不能在真空中传播．‎ ‎2、电磁波谱 ‎【例题】一种电磁波入射到半径为‎1m的孔上，可发生明显的衍射现象，这种波属于电磁波谱的哪个区域( )‎ A．可见光B．射线C．无线电波D．紫外线 ‎★解析：一种波发生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸大小跟光的波长差不多或比波长还要小．电磁波中的无线电波波长大约是‎104m～10‎-2m，红外线波长大约是10‎-2m～10‎-3m，可见光、紫外线、射线的波长更短．所以只有无线电波才符合条件．[答案]C ‎[点拨]要记住各种电磁波波长的大致范围，才能作出正确判断．‎ ‎3、红外线：紫外线：伦琴射线(又叫X射线)：可见光：‎ ‎【例题】下列关于红外线与紫外线的说法中，正确的是( )‎ A．红外线的热效应显著，而紫外线的化学效应显著 B．红外线与紫外线都是可见光的一部分 C．红外线与紫外线产生的机理在本质上是相同的 D．红外线的波动性比紫外线显著 ‎★解析：ACD点拨：红外线的波长比紫外线的长，所以易发生衍射、干涉现象，波动性显著．红外线、可见光、紫外线均是由原子的外层电子受激发后而产生的，本质是相同的，但产生的三种射线的能级差(能量差)不同，所以频率不相同。‎ ‎【例题】下面关于X射线的叙述，正确的是( )‎ A．它是高速电子流 B．它的频率高于可见光频率 C．电场和磁场都不能使它偏转 D．电场和磁场都能使它偏转 ‎★解析：BC点拨：X射线是中性射线，不带电，所以在电场和磁场中不偏转．‎ ‎【例题】下述叙述伦琴射线的说法中正确的是( )‎ A．伦琴射线是高速运动的电子流 B．伦琴射线的穿透本领比紫外线大 C．伦琴射线有荧光作用 D．伦琴射线比射线容易出现干涉、衍射现象 ‎★解析：BD点拨：伦琴射线是高速电子流射到任何固体上而产生的，而不是电子流．‎ ‎【例题】下列说法符合实际情况的是( )‎ A．医院里常用X射线对病房和手术室消毒 B．医院里常用紫外线对病房和手术室消毒 C．在人造卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力 D．在人造卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的分辨能力 ‎★解析：★解析：医院里常用来消毒的是紫外线，用来检查病变、透视的才是X射线．由于红外线波长较长，易发生衍射现象，所以较易穿透云雾烟尘．[答案]BD 原来答案BD，我认为是BC。问别人也说是BC ‎【例题】关于电磁波谱的说法中，正确的是( )‎ A．红外线的显著作用是热作用，紫外线有显著的化学作用 B．在各种电磁波中，最容易表现出干涉和衍射现象的是射线 C．射线的穿透本领比射线更强 D．在电磁波中，射线与射线有很大一部分重叠区域，因此两者产生机理应该是一样的 ‎★解析：A选项与客观事实一致，而C选项与客观事实相矛盾．干涉和衍射是波的特征，依据发生干涉和衍射的条件，显然波长越长越易满足，而射线频率很大，波长很短，所以B错．对于D选项中，射线产生机理与电磁波谱中区城重叠是两回事，对电磁波谱按波长(或频率)的大小来排列是人为的，而产生这种重叠的根本原因是：原子内层电子受激发产生的X射线，不都是同频率的，同样，原于核受激发而产生射线也不都是同频率的，于是较高频率的X射线和较低频率的射线在波谱中产生了重叠．‎ ‎[答案]A[点拨]本题最易选错的是D选项，两种射线部分区域的重叠只是一种表面现象，分析时要弄清其根本原因．‎ ‎【例题】风云二号卫星发送回地面的红外云图是由卫星上设置的具有接收云层辐射的红外线感应器完成的，云图上的黑白程度是由辐射红外线的云层的温度高低决定的，这是利用了红外线的( )‎ A．穿透性 B．热效应 C．不可见性 D．化学效应 ‎[解析]红外线是不可见光，人眼无法觉察到，所以C错。它的波长大频率低，穿透能力较弱，A错．它的主要作用是热效应，由于物体温度越高，向外辐射的红外线越强，正是利用这一作用得到大气层的遥感图，故B对D错．[答案]B ‎【例题】地球的大气层中，基本不变的成分为氧、氮、氩等，占大气总量的99.96％．可变气体成分主要有二氧化碳(C02)、水气和臭氧等，这些气体的含量很少，但对大气物理状况影响却很大．据研究：人类大量燃烧矿物燃料放出C02，使大气中的CO2浓度不断增大，是导致“温室效应”的主要原因．即：使大气的平均温度上升，从而导致一系列生态环境问题．由此可判断：CO2比大气中的氧、氮、氩等基本不变的气体成份( )‎ A．对可见光的吸收作用强 B．对无线电波的吸收作用强 C．对紫外线的吸收作用强 D．对红外线的吸收作用强 ‎★解析：红外线的主要作用是热效应，紫外线的主要作用是化学作用，所以CO2对红外线的吸收作用强是导致温室效应的根本原因．[答案]D ‎【例题】为了转播火箭发射现场的实况，在发射场建立了发射台，用于发射广播电台和电视台两种信号。其中广播电台用的电磁波波长为‎550m，电视台用的电磁波波长为‎0.566m。为了不让发射场附近的小山挡住信号，需要在小山顶上建了一个转发站，用来转发_____信号，这是因为该信号的波长太______，不易发生明显衍射。‎ ‎★解析：电磁波的波长越长越容易发生明显衍射，波长越短衍射越不明显，表现出直线传播性。这时就需要在山顶建转发站。因此本题的转发站一定是转发电视信号的，因为其波长太短。‎ ‎【例题】如图所示，是X射线管的结构示意图，E为灯丝电源，要使X射线管发出X射线，须在K、A两电极间加上几万伏的直流电压( )‎ E K A P Q A．高压电源正极应接在P点，X射线从K极发出 B．高压电源正极应接在P点。X射线从A极发出 C．高压电源正极应接在P点，X射线从K极发出 D．高压电源正板应接在Q点，X射线从A极发出 ‎★解析：如图所示，E为灯丝电源，对灯丝K加热，灯丝K放出电子，电子速度几乎为零，要使电子到达对阴极A上，并高速撞击A，使原子内层电子受激发而产生X射线，就必须在K、A之间加高压直流电场，使电子加速到很大速度，所以Q应接高压电源的正极。[答案]D ‎[点拨]X射线在医学检查病变、工业探伤等领域有广泛应用，本题考查了X射线的产生原理．‎ 综合创新与应用，提高篇 ‎【例题】如图所示是伦琴射线管的示意图．下列有关伦琴射线管和伦琴射线的说法中正确的是( )‎ A．蓄电池也可用低压交流电源代替 B．高压电源的右端是正极 C．伦琴射线是由对阴极A发出的 D．伦琴射线的波长比可见光长。‎ ‎★解析：ABC点拨：灯丝电源作用是使灯丝达到炽热状态而发射电子，所以用交流低压电源也可达到目的．伦琴射线频率比光波大，所以波长小于可见光．综上所述，应选ABC 类型题： 康普顿效应、物质波 ‎ 康普顿效应 在研究电子对X射线的散射时发现：有些散射波的波长比入射波的波长略大。康普顿认为这是因为光子不仅有能量，也具有动量。实验结果证明这个设想是正确的。因此康普顿效应也证明了光具有粒子性。‎ 物质波（德布罗意波）‎ 由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去，得出物质波（德布罗意波）的概念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波长λ=‎ ‎【例题】试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。‎ ‎★解析：估计一个中学生的质量m≈‎50kg ，百米跑时速度v≈‎7m/s ，则 m ‎ ‎ 由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性。‎ ‎【例题】 为了观察到纳米级的微小结构，需要用到分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜。下列说法中正确的是 ‎ A．电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此不容易发生明显衍射 B．电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长，因此不容易发生明显衍射 C．电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此更容易发生明显衍射 D．电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长，因此更容易发生明显衍射 ‎★解析：为了观察纳米级的微小结构，用光学显微镜是不可能的。因为可见光的波长数量级是10‎-7m，远大于纳米，会发生明显的衍射现象，因此不能精确聚焦。如果用很高的电压使电子加速，使它具有很大的动量，其物质波的波长就会很短，衍射的影响就小多了。因此本题应选A。‎ 类型题： 光的偏振激光 ‎ ‎1、光的偏振(2)偏振片透振方向．自然光．偏振光．‎ ‎【例题】有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有 ‎ A．只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振 B．只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振 C．自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光 D．除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光 ‎ ‎★解析：机械能中的横波能发生偏振。自然光不一定非要通过偏振片才能变为偏振光。本题应选BD ‎【例题】下列哪些波能发生偏振现象( )‎ A．声波 B．电磁波 C．横波 D．纵波 ‎★解析：只有横波才能发生偏振现象．声波是纵波，电磁波是横波，所以正确选项是BC．·‎ ‎[答案)BC ‎【例题】如图所示，让自然光照射到P、Q两偏振片下，当P、Q两偏振片的透振方向夹角为以下哪些度数时，透射光的强度最弱( )‎ A．0ºB．30ºC．60ºD．90º ‎★解析：因为光是横渡，自然先通过偏振片P后变为偏振光，所以当P与Q的透振方向互相垂直时，透过Q的光的强度最弱，几乎为零．‎ ‎[答案]D ‎【例题】对于光的偏振，下列说法中正确的是( )‎ A．自然光是偏振光 B．自然光通过偏振片后成为偏振光 C．偏振光不能再通过偏振片 D．如果偏振片的透振方向与偏振光的振动方向垂直，偏振光不能射透偏振片 ‎★解析：BD ‎【例题】用自然光照射偏振片，在偏振片后放置—光屏，下面说法正确的是( )‎ A．在光屏上仍然是自然光 B．在光屏上得到偏振光 C．光屏上没有光照 D．如果以光的传播方向为轴旋转偏振片，则屏上光的亮度将变暗 ‎★解析：B点拨：自然光通过偏振片后便得到只有一个振动方向的偏振光，‎ ‎【例题】两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯的前面以致没有光通过．如果将其中的一片旋转180º，在旋转过程中，将会产生下述的哪—种现象( )‎ A．透过的光的强度在整个过程中都增强 B．透过的光的强度先增强，再减弱，然后又增强 C．透过的光的强度先增强，然后减少到非零的最小值 D．透过的光的强度先增强，然后又减少到零 ‎★解析：D点拨：起偏器(先通过光的偏振片)和检偏器的偏振方向垂直时，没有光通过；偏振方向平行时，光的强度达到最大。‎ ‎2、反射光和折射光之间的夹角恰好是90º时，反射光和折射光都是偏振光．‎ ‎【例题】—束光由真空射到平面玻璃上，当其折射角为30º时，反射光恰好产生完全偏振，试求玻璃的折射率．‎ ‎★解析：反射先恰好完全偏振时，反射光线与折射光线的夹角为90º，所以反射角和折射角之和为90º，而反射角又等于入射角，所以折射率。‎ ‎[答案]‎ ‎3、激光受激辐射(3)激光的特点：‎ ‎①相干性好．②平行度和方向性好。③亮度高，强度大．(4)激光被广泛应用于激光通信、测距、准直、定向、雷达、医学等领域．‎ ‎【例题】下列应用激光的事例中错误的是( )‎ A．利用激光进行通信 B．利用激光进行长距离精确测量 C．利用激光进行室内照明 D．利用激光加工坚硬材料 ‎★解析：C ‎【例题】对于激光，下列说法正确的是( )‎ A．激光是单色光 B．单色光就是激光 C．激光的频率比X射线的频率还高 D．激光是人工产生的相干光 ‎★解析：AD点拨：单色光不一定是激光，只要颜色单一就是单色光．激光属于可见光，它的频率低于X射线的频率．‎ ‎【例题】将激光束的宽度聚焦到纳米级(10‎-9m)范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传病等彻底根除，这是利用了激光的( )‎ A．平行性好的特性， B．单色性好的特性 C．亮度高的特性 D．粒子性好的特性 ‎★解析：由于激光能在很小的空间、很短的时间内集中很大的能量，所以可修复器官、根除病变，这是利用了激光亮度高、强度大的特性．‎ ‎[答案]C ‎[点拨]判断这类问题要熟记激光的特点并了解激光在各个领域的利用．‎ ‎【例题】在做双缝干涉实验时，常用激光做光源，这主要是应用了激光的( )‎ A．平行性好的特性 B．单色性好的特性 C．亮度高的特性 D．方向性好的特性 ‎★解析：要发生双缝干涉必须满足相干条件，而激光由于频率相同．振动状态(方向等)完全相同，所以满足条件．‎ ‎[答案]B ‎【例题】应用激光平行性好的特性，可以精确地测量距离．对准目标发射—个极短的激光脉冲，测量发射脉冲与收到反射脉冲的时间间隔，就可求出激光器到目标的距离．若在地球上向月球发射一个激光脉冲，测得从发射到收到发射脉冲所用的时间为2.56s，则月球到地球的距离大约是多少千米?‎ ‎★解析：3.84×‎‎105km 点拨：‎ ‎【例题】一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为—个光脉冲．若这种激光器光脉冲的持续时间为1.0×10-11，波长为694。3nm，发射功率为1.0×lO10W，问(1)每列光脉冲的长度是多少?(2)用红宝石激光器照射皮肤上色斑，每l‎0mm2色斑上吸收能量达到60J以后，便逐渐消失．一颗色斑的面积为‎50mm2，则要吸收多少个红宝石激光脉冲，才能逐渐消失?‎ ‎★解析：光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需要的时间，所以一个光脉冲的长度为∆I=c∆=3.0×l08×l.0×10‎-11m=3.0×10‎-3m，一个光脉冲所具有的能量为：∆E=P∆t=1.0×l010×l.0×10-11J。消除面积为‎50mm2的色斑需要的光脉冲数是：ｎ==300(个)‎ ‎[答案](1)3.0×10‎-3m(2)300个 ‎[点拨)本题中是利用了激光的平行度好和亮度高的特点。分析本题时要正确理解光脉冲持续时间的含义．‎ 类型题：五实验用双缝干涉测光的波长 ‎【例题】用单色光做双缝干涉实验，下列说法正确的是( )‎ A．中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍 B．相邻干涉条纹之间的距离相等 C．屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间距变大 D．在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距大于蓝光的条纹间距 ‎★解析：在双缝干涉实验中，相邻两条亮纹(或暗纹)之间的距离∆x＝，d是双缝的距离，是双缝到屏的垂直距离，为光的波长．由上述公式可判断B、D是对的．[答案]BD ‎[点拨]牢记∆x＝是分析和判断的依据．‎ ‎【例题】某同学在做双缝干涉实验时，按要求安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是因为( )‎ A．光源发出的光束太强 B．单缝与双缝不平行 C．没有安装滤光片 D．光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大 ‎★解析：安装干涉仪要做到：光束的中央轴线与遮光筒的轴线重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝、双缝要处在同一高度，中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，光源发出的光束不能太暗，综上所述，应选B、D[点拨]搞清原理、记清步骤是判断的依据．‎ ‎【例题】关于双缝干涉测光的波长实验，下列说法正确的是( )‎ A．滤光片放在单缝与双缝之间 B．测量∆时，分划板刻线竖直放置 C．从第1条到第n条亮纹中央距离为，则相邻亮条纹间距为 D．换用不同滤光片后应调节单、双缝间距才能看到干涉条纹 ‎★解析：滤光片应放在单缝和双缝之前，测∆时，分划板刻线要与双缝平行放置，如果双缝是水平放置的，则分划板刻线也应水平放置．换不同滤光片后，在光屏上应得到不同颜色的干涉条纹．综上所述，应选C ‎【例题】用氦氖激光器发出的激光做双缝干涉实验，在屏上得到一系列干涉条纹，如双缝间的距离为‎0.45mm．双缝到屏间的距离为‎10.7m，现测得7条亮纹间的距离为‎9cm，则此激光的波长为多少米?‎ ‎★解析：由于，根据得=6.3×10‎‎-7m ‎【例题】做“双缝干涉测光的波长”实验时，如果用白光照射双缝，屏上干涉条纹的中央亮纹是色的，共它各级条纹中最外侧的条纹是色的．‎ ‎★解析：各种单色先经过双缝干涉后又会聚于屏的中央重新复合成白色光，根据∆x＝可知：在d、一定的情况下，越大，相邻亮纹(或暗纹)的间距越大．由于红＞紫，所以在最外侧的是红光．‎ ‎[答案]白红 ‎【例题】用氦氖激光器发出的波长为‎0.633m的激光做双缝干涉实验，双缝间的距离是‎0.45mm，在光屏上得到了干涉条纹．若测得相邻两条明条纹中心间的距离是‎1.5cm，求光屏与双缝间的距离．‎ ‎★解析：根据∆x＝知：，代入数值可求出=‎10.7m．[答案]‎‎10.7m ‎【例题】在做双缝干涉实验时，若屏上某处发现亮条纹，则双缝S1和S2到屏上该处的距离之差为( )‎ A．光波的半波长的奇数倍 B．光波的半波长的偶数倍 C．光波波长的奇数倍 D．光波波长的偶数倍 ‎★解析：B点拨：考查形成明纹的条件(∆＝λ(＝0，1，2，3……))．‎ ‎【例题】在“用双缝干涉测光的波长”实验中，有下列器材：‎ A．白炽灯B．双缝片C．单缝片D．滤光片E．光屏 在放置它们时，正确的排列次序(填代号)‎ ‎★解析：ADCBE或EBCDA ‎【例题】在“用双缝干涉测光的波长”实验中，为使光屏上单色的条纹间距减小些，可采取的措施是( )‎ A．换用缝距大些的双缝片 B．换用缝距小些的双缝片 C．适当调大双缝与屏的距离 D．适当调小双缝与屏的距离 ‎★解析：AD点拨：∆x＝‎ ‎【例题】在做双缝干涉实验时，若在双缝后各放置一个偏振片，当两个偏振片的透振方向相互垂直时( )‎ A．光屏上仍有干涉条纹，但亮条纹的亮度减小 B．光屏上仍有干涉条纹，但亮条纹的亮度增大 C．干涉条纹消失，但仍有光照射到光屏上 D．干涉条纹消失，光屏上一片黑暗 ‎★解析：C点拨：若两个偏振片互相垂直，则振动方向垂直，不符合产生干涉的条件．因为产生干涉的条件是：频率相同，振动方向相同．故选C。‎ ‎【例题】在“用双缝干涉测光的波长”实验中，不直接测相邻两条亮纹间的距离，而要测多条亮纹间的距离，其原因是。‎ ‎★解析：为了减小测量长度的误差 ‎【例题】在双缝干涉测光的波长的实验中，所用双缝间距d=‎2mm，双缝到屏的间距L=‎86.4cm，手轮的初始读数为1=‎2.12mm，转动手轮，分划板中心刻线移动到第13条线，手轮凑数2=‎5.54mm，求通过滤光片后的波长．‎ ‎★解析：点拨：6.6×10‎-7m，，代入公式可求出的值 ‎【例题】在用双缝干涉测光的波长的实验中：⑴已知双缝到光屏之间的距离是‎600mm，双缝之间的距离是‎0.20mm，单缝到双缝之间的距离是‎100mm，某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹（记作第1条）的中心，这时手轮上的示数如下左图所示。然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第7条亮纹的中心，这时手轮上的示数如下右图所示。这两次示数依次为_______mm和______mm。由此可以计算出这次实验中所测得的单色光的波长为_______nm。‎ ‎0‎ ‎10 15‎ ‎0 5 10‎ ‎25 30‎ ‎⑵一下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离 ‎ A．增大单缝和双缝之间的距离 B．增大双缝和光屏之间的距离 C．将红色滤光片改为绿色滤光片 D．增大双缝之间的距离 ‎★解析：⑴0.640，10.295，536 ⑵B