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2019-2020年高考物理 第二十章 光的波動(dòng)性復(fù)習(xí)教案 新人教版 一、考點(diǎn)要求 內(nèi) 容 要求 1．光本性學(xué)說的發(fā)展簡(jiǎn)史 Ⅰ 2.光的干涉現(xiàn)象、雙縫干涉、薄膜干涉、雙縫干涉的條紋間距與波長的關(guān)系 Ⅰ 3．光的衍射 Ⅰ 4．光的偏振 Ⅰ 5.光譜和光譜分析、紅外線、紫外線、X射線、γ射線以及綜合應(yīng)用、光的電磁本性、電磁波譜 Ⅰ 6．激光的特性及應(yīng)用 Ⅰ 二、知識(shí)結(jié)構(gòu) 三、考點(diǎn)命題特點(diǎn)及趨勢(shì) 1．本章內(nèi)容是按照人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)過程展開的，光的干涉和衍射證明了光具有波動(dòng)性，并推動(dòng)了光的波動(dòng)學(xué)說的發(fā)展，光的電磁說揭示了光現(xiàn)象的電磁本質(zhì)，光的偏振進(jìn)一步有力證明了光是橫波。 2．在歷屆高考試題中，有關(guān)本章的內(nèi)容多以選擇題或填空題的形式出現(xiàn)。高考熱點(diǎn)是光的干涉，波長、波速和頻率的關(guān)系，有時(shí)與幾何光學(xué)結(jié)合考查，光的偏振和激光的應(yīng)用屬新增內(nèi)容，易與生產(chǎn)、生活相聯(lián)系考查，應(yīng)引起重視。 四、課后練習(xí) 1．光的波動(dòng)說： （1）代表人：荷蘭物理學(xué)家 （2）內(nèi)容：光是在空間傳播的某種 。 （3）實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：光的 和 。 （4）解釋現(xiàn)象：光的 、 、 及_________。 （5）困難：難以解釋光的 ，真空中光的傳播。 2．光的電磁說 （1）代表人：英國物理學(xué)家 （2）內(nèi)容：光是 。 （3）實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：德國物理學(xué)家 的電磁波實(shí)驗(yàn)。 （4）解釋現(xiàn)象：許多光現(xiàn)象。 （5）困難：無法解釋 _________。 3．干涉的概念：兩列 ，振動(dòng)情況_____ 的光波相疊加，某些區(qū)域出現(xiàn)光被 。某些地方出現(xiàn)光被 ，并且 ____和 __的區(qū)域總是相互間隔的現(xiàn)象叫光的干涉現(xiàn)象。光的干涉證明了光具有 。 　　4．雙縫干涉：在用單色光進(jìn)行的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若雙縫處兩列光的振動(dòng)情況完全相同，則在光屏上距雙縫的路程差為光波波長 倍的地方被加強(qiáng)，將出現(xiàn)明條紋；光屏上距雙縫的路程差為光波半波長 ______倍的地方光被減弱，出現(xiàn)暗條紋。 （1）相干波源：能產(chǎn)生 現(xiàn)象的兩個(gè)波源為相干波源。楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)采用“一分為二”的辦法將同一光波分解成兩列光波，作為相干光源。 （2）雙縫干涉所得到的寬度相等的明暗相間的條紋，理論和實(shí)驗(yàn)都表明，相鄰亮條紋（或暗條紋）間的距離，其中表示 與 間的距離，d表示 間的距離，λ表示 光的波長。若用白光進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，光屏上除了中央為 色明條紋外，兩側(cè)均為 色的干涉條紋。 5．薄膜干涉:光照射到薄膜上時(shí)，薄膜的 和 兩個(gè)表面反射的兩列光恰好構(gòu)成相干光源。由于膜的厚度不同，在有的地方出現(xiàn)明條紋，有的地方出現(xiàn)暗條紋，從而發(fā)生干涉現(xiàn)象。若入射光為單色光，則形成 的條紋，若入射光為白光，則出現(xiàn) 干涉條紋，薄膜干涉常用于檢查平面的平整和制作光學(xué)鏡頭的增透膜。 6．光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：只有當(dāng)障礙物的尺寸可以跟光的波長相比擬，甚至比光的波長還 時(shí)候，衍射現(xiàn)象才會(huì)明顯。 7．光的電磁本性： 認(rèn)為光是一種電磁波， 用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一學(xué)說。 8．光是一種電磁波的實(shí)驗(yàn)依據(jù)： （1）光波和電磁波的傳播都可以 需要介質(zhì)； （2）光波和電磁波在 中傳播的速度相同，都是3.0010m/s； （3）光波和和電磁波都是 波。 9．電磁波譜：電磁波按波長由 到 的順序?yàn)椋簾o線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。電磁波譜是一個(gè)非常廣闊的頻率范圍，其中最長的波長是最短的波長的倍以上。不同的電磁波產(chǎn)生的機(jī)理不同，可見光只是電磁波譜中相當(dāng)狹小的部分。色光就是由可見光的 決定的。 無線電波是由 產(chǎn)生的，紅外線、可見光、紫外線是 電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的，X射線是 電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的，γ射線是 受到激發(fā)后產(chǎn)生的。 10．橫波只沿某一特定的方向振動(dòng)，稱為波的 ；在垂直于傳播方向的平面上，只沿一個(gè)特定方向振動(dòng)的光，叫做 光。 11．原子發(fā)生受激輻射時(shí)，發(fā)出的光子的頻率、發(fā)射方向等，都跟入射光子完全一樣，如果這樣的光子在介質(zhì)中傳播時(shí)，再引起其他原子發(fā)生受激輻射，就會(huì)產(chǎn)生越來越多的頻率和發(fā)射方向都 光子，使光得到加強(qiáng)（也叫光放大），這就是激光。 20.1 光的干涉和衍射 第一課時(shí) 一、考點(diǎn)理解　 　1．雙縫干涉 （1）兩列光波在空間相遇時(shí)發(fā)生疊加，在某些區(qū)域總加強(qiáng)，在另外一些區(qū)域總減弱，從而出現(xiàn)亮暗相間的條紋的現(xiàn)象叫光的干涉現(xiàn)象。 （2）產(chǎn)生干涉的條件 兩個(gè)振動(dòng)情況總是相同的波源叫相干波源，只有相干波源發(fā)出的光互相疊加，才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，在屏上出現(xiàn)穩(wěn)定的亮暗相間的條紋。 （3）雙縫干涉實(shí)驗(yàn)規(guī)律 ①雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上某點(diǎn)到相干光源、的路程之差為光程差，記為。 若光程差是波長λ的整倍數(shù)，即（n=0，1，2，3…）P點(diǎn)將出現(xiàn)亮條紋；若光程差是半波長的奇數(shù)倍（n=0，1，2，3…）,P點(diǎn)將出現(xiàn)暗條紋。 ②屏上和雙縫、距離相等的點(diǎn)，若用單色光實(shí)驗(yàn)該點(diǎn)是亮條紋（中央條紋），若用白光實(shí)驗(yàn)該點(diǎn)是白色的亮條紋。 ③若用單色光實(shí)驗(yàn)，在屏上得到明暗相間的條紋；若用白光實(shí)驗(yàn)，中央是白色條紋，兩側(cè)是彩色條紋。 ④屏上明暗條紋之間的距離總是相等的，其距離大小與雙縫之間距離d、雙縫到屏的距離及光的波長λ有關(guān)，即。在和d不變的情況下，和波長λ成正比，應(yīng)用該式可測(cè)光波的波長λ。 ⑤用同一實(shí)驗(yàn)裝置做干涉實(shí)驗(yàn)，紅光干涉條紋的間距最大，紫光干涉條紋間距最小，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、后表面反射的兩列光波疊加而成，劈形薄膜干涉可產(chǎn)生平行相間的條紋。 （2）薄膜干涉的應(yīng)用 ①增透膜：透鏡和棱鏡表面的增透膜的厚度是入射光在薄膜中波長的。 ②檢查平整程度：待檢平面和標(biāo)準(zhǔn)平面之間的楔形空氣薄膜，用單色光進(jìn)行照射，入射光從空氣膜的上、下表面反射出兩列光波，形成干涉條紋，待檢平面若是平的，空氣膜厚度相同的各點(diǎn)就位于一條直線上，干涉條紋是平行的；反之，干涉條紋有彎曲現(xiàn)象。 3．光的衍射 （1）光的衍射現(xiàn)象 光在遇到障礙物時(shí)，偏離直線傳播方向而照射到陰影區(qū)域的現(xiàn)象叫做光的衍射。 （2）光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件 當(dāng)孔或障礙物的尺寸比光波波長小，或者跟波長差不多時(shí)，光才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 （3）衍射圖樣 ①單縫衍射：中央為亮條紋，向兩側(cè)有明暗相間的條紋，但間距和亮度不同。白光衍射時(shí)，中央仍為白光，最靠近中央的是紫光，最遠(yuǎn)離中央的是紅光。 ②圓孔衍射：明暗相間的不等距圓環(huán)。 ③泊松亮斑：光照射到一個(gè)半徑很小的圓板后，在圓板的陰影中心出現(xiàn)的亮斑，這是光能發(fā)生衍射的有力證據(jù)之一。 二、方法講解 1．雙縫干涉中條紋間距和位置的判斷方法 （1）影響條紋間距的因素:相鄰亮紋或相鄰暗紋的間距x與雙縫到屏的距離成正比，與兩狹縫之間距離d成反比，與光的波長λ成正比，即。 （2）中央位置是亮紋還是暗紋的條件：雙縫到光屏中央距離相等，光程差為零，如果兩光源振動(dòng)完全一致，中央一定是亮紋，假如兩光源振動(dòng)正好相反，則中央為暗紋。 （3）單色光顏色、頻率、波長的關(guān)系：光的顏色由頻率決定，光的頻率由光源決定，在可見光中紅光頻率最低，紫光最高，真空中各色光速相同，由c =λ知，真空中紅光波長最大，紫光最小。 綜合以上各點(diǎn)可知：（1）為了觀察到清晰的干涉圖樣，必須使雙縫距離d小到與波長相當(dāng)，且使>>d。（2）同樣條件下，紅光的干涉條紋間距最大，紫光最小。這就是白光干涉條紋中央為白色，兩邊出現(xiàn)彩色光帶的原因。 2．雙縫干涉和棱鏡使白光色散的比較 （1）形成原因不同：雙縫干涉是光的干涉現(xiàn)象，棱鏡色散是光的折射現(xiàn)象。 （2）發(fā)生條件比較：由和 可知，在同一種介質(zhì)中，紅光的頻率最低，折射率最小，速度最大，波長最大，依次為紅橙黃綠藍(lán)靛紫，所以雙縫干涉中紅光相鄰亮紋間距最大，紫光最?。焕忡R色散中紅光偏折角最小，紫光最大。 3．光的干涉和光的衍射的比較 （1）雙縫干涉和單縫衍射都是波疊加的結(jié)果，只是干涉條紋是有限的幾束光的疊加，而衍射條紋是極多且復(fù)雜的相干光的疊加。在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光在通過其中的三個(gè)狹縫時(shí)，都發(fā)生了衍射而形成三個(gè)線光源，所以，一般現(xiàn)象中既有干涉又有衍射。 （2）單縫衍射，照射光的波長越長，中央亮紋越寬，所以衍射和干涉都能使白光發(fā)生色散現(xiàn)象，且中央白光的邊緣均呈紅色。 （3）干涉和衍射的圖樣有相似之處，都是明暗相間的條紋。只是干涉條紋中條紋寬度和亮紋亮度基本相同，衍射條紋中條紋寬度和亮紋亮度均不等，中央亮紋最寬最亮。 第二課時(shí) 三、考點(diǎn)應(yīng)用 例1：如圖所示，在暗室中從單色點(diǎn)光源S直接射到屏上的一束光在Sb和Sd之間，從S射到平面鏡MN再反射到屏上的另一束光在Ma和Nc之間（是S在平面鏡MN的像）。關(guān)于這時(shí)屏上是否可能出現(xiàn)明暗相間的條紋，下列說法正確的是（ ） A、不可能 B、可能，出現(xiàn)在a、b之間 C、可能，出現(xiàn)在b、c之間 D、可能，出現(xiàn)在c、d之間 分析：由于是S的像，可當(dāng)成兩個(gè)相干光源，從S發(fā)出的光射到bd區(qū)域，（似乎）從射出的光（其實(shí)是反射光）射到ac區(qū)域，故bc區(qū)為共同傳播的區(qū)域，即干涉區(qū)，必出現(xiàn)明暗相間的條紋，故選C。 答案：C 點(diǎn)評(píng)：本題主要考查光的干涉條件，并利用平面鏡成像作圖找到相干光源和相干區(qū)域。要明白發(fā)生干涉時(shí)必須是兩束光相遇，即光束疊加。 例2：頻率為的單色光從和投射到屏上，并且與振動(dòng)相同。若屏上的點(diǎn)P到與P到的路程差為，問P點(diǎn)是亮條紋還是暗條紋？設(shè)O為到和路程相等的點(diǎn)，則PO間有幾條暗紋？幾條亮紋？ 分析：先算出光的波長，由產(chǎn)生亮暗條紋的條件判斷P點(diǎn)應(yīng)出現(xiàn)亮條紋；又由解得k的值，再判斷PO間亮紋和暗條紋數(shù)。 解答：由公式得，滿足產(chǎn)生亮紋的條件，則P點(diǎn)將出現(xiàn)亮紋；又由解得k =6，可判斷PO間有6條暗紋，有5條亮紋（不包含P、O兩點(diǎn)） 點(diǎn)評(píng)：盡管機(jī)械波和光波的產(chǎn)生本質(zhì)不同，但都是波，具有共同的特性，它們的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律很相似，研究方法和探索技巧同樣適用，這樣就可用研究機(jī)械波的方法、技巧、規(guī)律應(yīng)用到光波中去，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移，能力的提高。 例3：a、b兩束平行的單色光，當(dāng)它們從空氣射入水中時(shí)，發(fā)現(xiàn)b的折射線更靠近法線，由此可判定（ ） Ａ、a比b容易發(fā)生衍射現(xiàn)象. Ｂ、在水中a的波長較短 C、在水中b的速度較大 D、單色光b的頻率較低 分析：由折射程度判斷折射率的大小。進(jìn)而確定光波頻率的高低、波速的大小和波長的長短。 解答：由于b的折射角較小，由判斷得：水對(duì)b光的折射率大（），b光在水中的速度小（），表示b光的頻率大（）。由波長、頻率、波速的關(guān)系可知，b光的波長短，所以a光更容易發(fā)生衍射，則A正確。 點(diǎn)評(píng)：本題不僅運(yùn)用單縫衍射現(xiàn)象的知識(shí)，還應(yīng)用光的折射率及光的波長、頻率、波速的關(guān)系，綜合分析、判斷答案。 例4：有關(guān)光的雙縫干涉和衍射的現(xiàn)象中，下列說法正確的是（ ） A、無論用什么色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，中央一定是亮紋 B、用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，得到的彩色亮紋中最靠近中央的是紅光 C、用白光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)，得到的彩色條紋中偏離中央最遠(yuǎn)的是紅光 D、涂有增透膜的照相機(jī)鏡頭看上去呈淡紫色，是由于增透膜增強(qiáng)了對(duì)紫光的透射 分析：運(yùn)用雙縫干涉及單縫衍射的圖樣特征，分析ABC的正誤；運(yùn)用光的干涉原理判斷D的正誤。 解答：因?yàn)橹醒氲诫p縫的光程差恒為零，所以中央位置始終是亮紋，則A正確；因?yàn)殡p縫實(shí)驗(yàn)中屏上干涉條紋的間距與入射光波長成正比，白光中的紫光波長最短，所以得到的彩色條紋中最靠近中央的是紫色，則B錯(cuò)；白光中紅光的波長最長，對(duì)同樣的單縫，紅光的衍射現(xiàn)象最明顯，得到的中央亮紋最寬，所以彩條中偏離中央最遠(yuǎn)的是紅光，則C對(duì)；照相機(jī)鏡頭涂的增透膜，通常是針對(duì)人眼最敏感的綠光設(shè)計(jì)的，使從鏡頭反射的綠光干涉相消，而對(duì)太陽光中紅光和紫光并沒有顯著削弱，所以看上去呈淡紫色，并不是增強(qiáng)了對(duì)紫光的透射。 正確答案:A,C 點(diǎn)評(píng)：本題要求認(rèn)真觀察做好光的干涉、衍射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，還要比較這兩種現(xiàn)象的差異，重視干涉、衍射在科技和生產(chǎn)中的應(yīng)用。 四、隨堂練習(xí) 1、（xx湖北、湖南）下面是四種與光有關(guān)的事實(shí)： ①用光導(dǎo)纖維傳播信號(hào) ②用透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板和單色光檢查平面的平整度 ③一束白光通過三棱鏡形成彩色光帶 ④水面上的油膜呈現(xiàn)彩色 其中，與光的干涉有關(guān)的是（ ） A、①④ B、②④ C、①③ D、②③ 2、（xx天津）激光散斑測(cè)速是一種嶄新的測(cè)速技術(shù)，它應(yīng)用了光的干涉原理。用二次曝光照相所獲得的“散斑對(duì)”相當(dāng)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中的雙縫，待測(cè)物體的速度υ與二次曝光時(shí)間間隔△t的乘積等于雙縫間距，實(shí)驗(yàn)中可測(cè)得二次曝光時(shí)間間隔△t、雙縫到屏到之距離以及相鄰兩條亮紋間距△x。若所用激光波長為λ，則該實(shí)驗(yàn)確定物體運(yùn)動(dòng)速度的表達(dá)式是（ ） A、 B、 C、 D、 3、在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差= 0.6μm；若分別用頻率為和頻率的單色光垂直照射雙縫，則P點(diǎn)出現(xiàn)條紋的情況是以下哪種（ ） 　A、用頻率為的單色光照射時(shí)，P點(diǎn)出現(xiàn)明條紋 B、用頻率為的單色光照射時(shí)，P點(diǎn)出現(xiàn)明條紋 C、用頻率為的單色光照射時(shí)，P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋 D、用頻率為的單色光照射時(shí)，P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋 圖1（俯視圖） 圖2 4、（xx上海）劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖（1）所示，將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個(gè)劈形空氣薄膜，當(dāng)光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋有如下特點(diǎn)：（1）任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相鄰明條紋或暗條紋所對(duì)應(yīng)的薄膜厚度差恒定。現(xiàn)若在圖（1）裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋（ ） A、變疏 B、變密 C、不變 D、消失 5、（xx江蘇物理）1801年，托馬斯楊用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)證明了光波的性質(zhì)。1834年，洛埃利用單面鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果（稱洛埃鏡實(shí)驗(yàn)）。 （1）洛埃鏡實(shí)驗(yàn)的基本裝置如圖所示，S為單色光源，M為平面鏡。試用平面鏡成像作圖法在答題上畫出S經(jīng)平面鏡反射后的光與直接發(fā)出的光在光屏上相交的區(qū)域。 （2）設(shè)光源S到平面鏡的垂直距離和到光屏的垂直距離分別為a和L。光的波長為λ，在光屏上形成干涉條紋，寫出相鄰兩條亮紋（或暗條紋）間的距離△x的表達(dá)式。 20.2 光的電磁說 20.3光的偏振 激光 第一課時(shí) 一、考點(diǎn)理解 1．光的電磁說 （1）麥克斯韋電磁理論認(rèn)為光是一種電磁波。赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光的電磁本性。 （2）電磁波譜：電磁波按波長由大到小順序排列為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。其產(chǎn)生機(jī)理、性質(zhì)差別、用途等概括如下表： 波 譜 無線 電波 紅外線 可見光 紫 外 線 X 射 線 γ 射 線 產(chǎn) 生 機(jī) 理 振蕩電路中自由電子運(yùn)動(dòng) 原子外層電子受激發(fā) 原子內(nèi)層電子受激發(fā) 原子核受激發(fā) 特 性 波動(dòng)性強(qiáng) 熱效應(yīng) 引起視覺 化學(xué)作用熒光效應(yīng)殺菌 貫穿作用強(qiáng) 貫穿本領(lǐng)最強(qiáng) 應(yīng) 用 無線電技術(shù) 加熱搖感熱 照明攝影 感光技術(shù)醫(yī)用透視 檢查探測(cè)醫(yī)用透視 工業(yè)探傷醫(yī)用治療 （3）光的波長、頻率和光速的關(guān)系式為： 。在真空中,不同色光的光速相同；在介質(zhì)中，不同色光的光速不同。色光的顏色是由頻率決定的。同一種色光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，顏色和頻率均不變，而波速和波長卻因介質(zhì)不同而改變。 2．光的偏振 （1）偏振光：在跟光傳播方向垂直的平面內(nèi)，光振動(dòng)在某一方向較強(qiáng)而在另一些方向振動(dòng)較弱的光即為偏振光。 （2）光的偏振現(xiàn)象證明光是橫波 （3）偏振光的應(yīng)用：全息照相、立體電影等。 3．激光 激光是一種人工相干光，主要特點(diǎn)有：相干性好；平行度好；亮度很高。重要應(yīng)用有：通信、測(cè)距、光盤讀取、切割等。 4．光譜 （1）線狀光譜 由一些不連續(xù)的亮線組成，是稀薄氣體發(fā)光產(chǎn)生的光譜，每種元素的原子只有發(fā)出某些特定的譜線（特征譜線），不同元素的明線光譜不同，所以線狀譜又叫原子光譜。 （2）吸收光譜 連續(xù)光譜中某些波長的光被物質(zhì)吸收后 產(chǎn)生的光譜，它是由分布在連續(xù)光譜背景上的某些暗線組成的，通常在吸收光譜中看到的特性譜線（暗線）比相應(yīng)的明線光譜中的明線光譜要少一些。 （3）光譜分析 由于每種元素都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)組成，做光譜分析時(shí)，可以利用線狀光譜，也可以利用吸收光譜。 （4）發(fā)射光譜與吸收光譜的比較 名稱 發(fā)射光譜 吸收光譜 連續(xù)譜 線狀譜（原子光譜） 產(chǎn)生方法 熾熱的固體、液體和高壓氣體 稀薄氣體發(fā)光產(chǎn)生 高溫物體產(chǎn)生的白光通過低溫物質(zhì)的蒸氣 特點(diǎn) 含連續(xù)分布的一切波長的光 只含一些不連續(xù)的亮線 在連續(xù)光譜的背景中出現(xiàn)某些暗線 實(shí)例 白熾燈、蠟燭的光譜 霓虹燈、日光燈的光譜 太陽光譜 二、方法講解 1、比較各種波長的電磁波和特性：從無線電波到γ射線，這些電磁波既具有共同的本質(zhì)，又有各自的特性和不同產(chǎn)生機(jī)理。如波長較長的無線電波波動(dòng)性較強(qiáng)，而波長較短的射線則粒子性較強(qiáng)，具體的比較見下表： 名　稱 特　性 無線電波 紅外線 可見光 紫外線 X 射線 γ射線 頻率 小————————→大 同一介質(zhì)中速度 大————————→小 同一介質(zhì)中折射率 小——————→大 熱作用 強(qiáng)——————→弱 感光作用 弱——————→強(qiáng) 波動(dòng)性 強(qiáng)————————→弱 粒子性 弱————————→強(qiáng) 2、光波和機(jī)械波的比較 （1）相同點(diǎn)：都是波，都具有周期性，都是傳播能量的過程；波的頻率都是由波源決定，與介質(zhì)無關(guān)；波速、波長與頻率三者都滿足關(guān)系式。 （2）不同點(diǎn)：①產(chǎn)生原因不同。機(jī)械波是機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播形成的，而光波則是由電子受激產(chǎn)生的；②機(jī)械波的傳播需要彈性介質(zhì)，而光波可以在真空中傳播；③在同一介質(zhì)中，機(jī)械波傳播的速度相同，而不同頻率的光波在同一介質(zhì)中速度不同，且在真空中傳播速度最大；④光波的能量只與頻率有關(guān)，而機(jī)械波的能量與振幅有關(guān)，跟頻率無關(guān)。 第二課時(shí) 三、考點(diǎn)應(yīng)用 例1：光的電磁說認(rèn)為（ ） A、光波和機(jī)械波相同，在真空中傳播時(shí)速度最大 B、光波也能產(chǎn)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象 C、光是一種電磁波 D、在真空中光速和電磁波傳播速度相同 分析：光波是電磁波，不同于機(jī)械波，光波在真空中傳播速度最大，而機(jī)械波不能在真空中傳播。但是光波和機(jī)械波都能產(chǎn)生反射、折射、干涉、衍射等波動(dòng)特有的現(xiàn)象，因此，本題B、C、D選項(xiàng)正確。 答案：B、C、D 點(diǎn)評(píng)：了解光的電磁說，知道光波和機(jī)械波的異同，就能作出正確的判斷。 例2 關(guān)于X射線和X射線管，如圖所示，下列說法中正確的是（ ） A. X射線波長比可見光長 B、X射線是由陽極發(fā)出的 C、X射線管中K是陽極 D、X射線管所加高壓電源D端為正極 分析：圖中為X光管示意圖。K是X光管陰極，A是X光管陽極，其表面是一傾斜的平板。X光管的工作原理是：當(dāng)陰極兩端接上一低壓電源，就有電流通過鎢絲K，當(dāng)鎢絲達(dá)到赤熱狀態(tài)就能發(fā)射電子；如果陰極K和陽極A之間加上幾萬伏高壓時(shí)，使鎢絲發(fā)出的電子加速運(yùn)動(dòng)到A極，以高速打在A極的極板上，就打出X射線來。 答案 ：B、D 點(diǎn)評(píng)：本題考查了電磁波譜及X射線的產(chǎn)生機(jī)制，X射線的產(chǎn)生機(jī)制在課本上有詳細(xì)敘述，平時(shí)應(yīng)注重課本內(nèi)容的閱讀，尤其要注重對(duì)課本中圖示的理解。 例3：通過一塊偏振片觀察電燈、蠟燭、月亮、反光的黑板，當(dāng)以入射光線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí)，看到的現(xiàn)象有何不同？ 分析：通過一塊偏振片觀察電燈、蠟燭時(shí)，透射光的強(qiáng)弱不隨偏振片的旋轉(zhuǎn)而變化。因?yàn)闊艄狻T光都是自然光，沿各個(gè)方向振動(dòng)的光的強(qiáng)度相同，因此當(dāng)偏振片旋轉(zhuǎn)時(shí)，透射出來的光波的振動(dòng)方向雖然改變了（肉眼對(duì)此不能感覺），但光的強(qiáng)弱沒有改變。 月亮和黑板反射的光是偏振光，它們通過偏振片透射過來的光線的強(qiáng)弱會(huì)隨偏振片的旋轉(zhuǎn)發(fā)生周期性的變化。 點(diǎn)評(píng)：許多同學(xué)在第一次看到這道題時(shí)束手無策，當(dāng)然有知識(shí)不熟練的原因，但也有審題不細(xì)致的原因，本題要求通過“偏振片觀察光源”，實(shí)際上是一種暗示——從光的偏振現(xiàn)象分析問題。 例4：納米科技是跨世紀(jì)新科技，將激光束寬度聚焦到納米范圍，可修復(fù)人體已損壞的器官，對(duì)DNA分子進(jìn)行超微型基因修復(fù)，把尚令人類無奈的癌癥、遺傳疾病徹底根除。 （1）這是利用激光的（ ） A、單色性 B、方向性 C、高能量 D、粒子性 （2）納米科技是人類認(rèn)識(shí)自然的一個(gè)新層次，1nm等于（ ） A、 B、 C、 D、 （3）對(duì)DNA分子進(jìn)行修復(fù)，屬于（ ） A、基因突變 B、基因重組 C、基因互換 D、染色體變異 解析：（1）激光由于能把巨大能量高度集中地輻射出來，所以在醫(yī)學(xué)上作“光刀”切開皮膚、切除腫瘤或應(yīng)用于其他外科手術(shù)。故選C。 （2）納米是長度單位，波長經(jīng)常用納米作單位，1nm=。故應(yīng)選B。 （3）激光對(duì)生物DNA分子進(jìn)行修復(fù)實(shí)質(zhì)是生物體基因突變，故應(yīng)選A。 點(diǎn)評(píng)：了解激光的特征及應(yīng)用，是高考的基本要求；與現(xiàn)代科技、生活的結(jié)合，是高考命題的方向，要注意這類“冷題”的復(fù)習(xí)。 例５：關(guān)于光譜，下列說法正確的是（　） Ａ、白熾燈和霓虹燈的光譜都是連續(xù)光.譜 Ｂ、做光譜分析時(shí)，可以利用所有的發(fā)射光譜，也可以利用所有的吸收光譜 Ｃ、各種原子的吸收光譜與其線狀譜中每一條譜線都相對(duì)應(yīng) Ｄ、對(duì)太陽譜進(jìn)行分析，可以知道太陽的組成成分 分析：白熾燈的光譜是由高溫?zé)霟岬慕饘俳z發(fā)出光產(chǎn)生的連續(xù)譜，霓虹燈的光譜是由低壓氣體發(fā)的光產(chǎn)生的線狀譜，連續(xù)譜和線狀譜雖然都是發(fā)射光譜，但是只有其中的線狀譜（原子光譜）才能做光譜分析。因?yàn)槊糠N元素的原子內(nèi)能發(fā)生某些具有特定波長的光譜線，這些譜線稱為那種元素的特征譜線。 低溫物質(zhì)原子吸收的光，恰好是這種原子在高溫時(shí)發(fā)出的光，因此，某元素的吸收光譜的暗線正與它的線狀譜的每一條明線相對(duì)應(yīng)，可見吸收光譜也可做光譜分析。太陽光譜是吸收光譜，其中暗線是由于太陽光經(jīng)過溫度較低的太陽大氣時(shí)某些特征譜線的光被某些物質(zhì)吸收而形成的，所以，太陽光譜只能用來分析太陽大氣的組成成分，答案Ｃ。 點(diǎn)評(píng)：明確光譜產(chǎn)生的原因，正確理解“低溫物質(zhì)原子吸收的光，恰好是這種原子在高溫時(shí)發(fā)出的光”，是正確判斷此類問題的關(guān)鍵。 五、隨堂練習(xí) 1、（xx上海）下列說法中正確的是（?。? Ａ、光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性 B、光的頻率越大，波長越大 C、光的波長越大，光子的能量越大 D、光在真空中的傳播速度為3.00 2、（04江蘇物理）下列說法正確的是（ ） A、 光波是一種概率波 B、光波是一種電磁波 C、單色光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，光子的能量改變 D、單色光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，光的波長不變 3、（江蘇）如圖所示，讓太陽光或白熾燈光通過偏振片P和Q，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片P或Q，可以看到透射光的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生改變，這是光的偏振現(xiàn)象。這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明（ ） A、光是電磁波 B、光是一種橫波 B、 光是一種縱波 D、光是概率波 4、（xx上海）閱讀下列資料并回答問題： 自然界中的物體由于具有一定的溫度，會(huì)不斷向外輻射電磁波，這種輻射與溫度有關(guān)，稱為熱輻射。熱輻射具有如下特點(diǎn)：①輻射的能量中包含各種波長的電磁波；②物體的溫度越高，單位時(shí)間從物體表面單位面積上輻射的能量越大；③在輻射的總能量中，各種波長所占的百分比不同。 處在一定溫度的物體在向外輻射電磁能量的同時(shí)，也要吸收由其他物體輻射的電磁能量，如果它處在平衡狀態(tài)，則能量保持不變，若不考慮物體表面性質(zhì)對(duì)輻射與吸收的影響，我們定義一種理想的物體，它能100%地吸收入射到其表面的電磁輻射，這樣的物體稱為黑體。單位時(shí)間內(nèi)從黑體表面單位面積輻射的電磁波的總能量與黑體絕對(duì)溫度的四次方成正比，即，其中常數(shù) 。 在下面的問題中，把研究對(duì)象簡(jiǎn)單地看作黑體。 有關(guān)數(shù)據(jù)及數(shù)學(xué)公式為：太陽半徑，太陽表面溫度T =5770K，火星半徑r =3395km；球表面積，其中R為球半徑。 （1）太陽熱輻射能量的絕大多數(shù)集中在波長為范圍內(nèi)，求相應(yīng)的頻率范圍； （2）每小時(shí)從太陽表面輻射的總能量為多少？ （3）火星受到來自太陽的輻射可以認(rèn)為垂直射到面積為（r為火星半徑）的圓盤上，已知太陽到火星的距離約為太陽半徑的 400倍，忽略其他天體及宇宙空間的輻射，試估算火星的平均溫度。 20.4 實(shí)驗(yàn)用雙縫干涉測(cè)光的波長 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 學(xué)會(huì)觀察雙縫干涉圖樣。掌握用雙縫干涉測(cè)定單色光波長的方法。 二、實(shí)驗(yàn)原理 如圖所示,電燈發(fā)出的光，經(jīng)過濾光片后變成單色光，再經(jīng)過單縫S時(shí)發(fā)生衍射，這時(shí)單縫S相當(dāng)于一單色光源，衍射光波同時(shí)到達(dá)雙縫和之后，再次發(fā)生衍射，、雙縫相當(dāng)于二個(gè)步調(diào)完全一致的單色相干光源，透過、雙縫的單色光波在屏上相遇并疊加，、到屏上P點(diǎn)的路程分別是、兩列光波傳到P的路程差，設(shè)光波波長為λ 　　1、若，兩列波傳到P點(diǎn)同相，互相加強(qiáng)，出現(xiàn)明條紋。 2．若，兩列波傳到P點(diǎn)反相，互相減弱，出現(xiàn)暗條紋。 這樣就在屏上得到了平行于雙縫、的明暗相間的干涉條紋。相鄰兩條明紋間的距離與入射光波長λ，雙縫、間距離d及雙縫與屏的距離有關(guān)，其關(guān)系式為 ，因此，只要測(cè)出、d 、即可測(cè)出波長λ。 兩條相鄰明（暗）條紋間的距離用測(cè)量頭測(cè)出。測(cè)量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，如圖所示。 轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，分劃板會(huì)左、右移動(dòng)，測(cè)量時(shí)，應(yīng)使分劃板中心刻線對(duì)齊條紋的中心（如圖所示）記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板向一側(cè)移動(dòng)，當(dāng)分劃板中心刻線對(duì)齊另一條相鄰的明條紋中心時(shí)，記下手輪上的刻度數(shù)，兩次讀數(shù)之差就是相鄰兩條明條紋間的距離，即。 很小，直接測(cè)量時(shí)相對(duì)誤差較大，通常測(cè)出n條明條紋間的距離a，再推算相鄰兩條明（暗）條紋間的距離，。 三、實(shí)驗(yàn)器材 雙縫干涉儀即： 光具座、光源、學(xué)生電源、導(dǎo)線、濾光片、單縫、雙逢、遮光筒、毛玻璃屏、測(cè)量頭、刻度尺 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、 觀察雙縫干涉圖樣 （1）將光屏、遮光筒、毛玻璃屏依次安 放在光具座上。如圖所示。 （2）接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光。 　?。?）調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線射到光屏。 （4）安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫的縫平行，二者間距約5cm—10cm，這時(shí)，可觀察白光的干涉條紋。 （5）在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋。 2、 測(cè)定單色光的波長 （1）安裝測(cè)量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到 干涉條紋。 （2）使分劃板中心刻線對(duì)齊某亮條紋中 央，記下手輪上的讀數(shù)；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線移動(dòng)至另一亮條紋的中央，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)；并記下兩次測(cè)量時(shí)移過的條紋數(shù)n，則相鄰兩亮條紋間距 　?。?）用刻度尺測(cè)量雙縫到光屏間距離（d是已知的）。 （4）重復(fù)測(cè)量、計(jì)算，求出波長的平均值。 （5）換用不同濾光片，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。 五、注意事項(xiàng) 1、雙縫干涉儀是比較精密的儀器，應(yīng)輕拿輕放，不要隨便拆解遮光筒，測(cè)量頭等元件。 2、濾光片、單縫、雙縫、目鏡等如有灰塵，應(yīng)用擦鏡紙或干凈軟片輕輕擦去。 3、安裝時(shí)，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行。 4、光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近。 5、調(diào)節(jié)的基本依據(jù)是：照在像屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫，測(cè)量頭與遮光筒不共軸線所致，干涉條紋不清晰一般主要原因是單縫與雙縫不平行所致，故應(yīng)正確調(diào)節(jié)。 六、誤差分析 光波波長很小， 、的測(cè)量對(duì)波長λ的影響很大。用毫米刻度尺測(cè)量，用測(cè)量頭上的游標(biāo)尺測(cè)量，可測(cè)多條亮紋間距再求，采用多次測(cè)量求λ的平均值法，可減小誤差。 七、 考點(diǎn)應(yīng)用 例1 ：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以白光為光源，在光屏上觀察到了彩色干涉條紋，若在雙縫前分別放一黃色濾光片和一紅色濾光片，這時(shí)（ ） A、只有紅色和黃色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失 Ｂ、紅色和黃色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的雙縫干涉條紋依然存在 Ｃ、任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但光屏上仍有條紋 D、光屏上無任何光亮 分析：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的裝置中，縫的寬度跟光的波長相差不多，在雙縫前分別放上紅色和黃色濾光片之后，由于紅光和黃光的頻率不同，在光屏上不可能再出現(xiàn)干涉條紋了，但由于滿足產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，所以在光屏上將同時(shí)出現(xiàn)紅光和黃光的衍射條紋，故本題正確答案Ｃ。 點(diǎn)評(píng)：某種顏色的濾光片只能讓這種顏色的光通過，其他顏色的光不能通過。 例2：如圖所示，用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，P處為第二亮紋，改用頻率較高的單色光重做實(shí)驗(yàn)（其他條件不變）時(shí)，則第二亮紋的位置（ ） A、仍在P處 B、在P點(diǎn)上方 C、在P點(diǎn)下方 D、要將屏向雙縫方向移近一些才能看到亮紋 分析：由判斷的變化情況。 解答：光波的頻率變高，則光波波長變短。由可知，減小。所以，第二亮紋的位置P點(diǎn)的下方。正確答案為C。 點(diǎn)評(píng)：無論光波的波長如何，屏的中央總是亮條紋。求解本題需要用到的知識(shí)有：和光波波長與光波頻率之間的關(guān)系。 例3：某同學(xué)按實(shí)驗(yàn)安裝好儀器后，觀察光的干涉現(xiàn)象，獲得成功，若他在此基礎(chǔ)上對(duì)儀器的安裝作如下改動(dòng)，但還能使實(shí)驗(yàn)成功的是（ ） A、將遮光筒內(nèi)的光屏，向靠近雙縫的方向移動(dòng)少許，其他不動(dòng) B、將濾光片移至單縫和雙縫之間，其它不動(dòng) C、將單縫向雙縫移動(dòng)少許，其它不動(dòng) D,將單縫和雙縫的位置互換，其它不動(dòng) 分析：雙縫發(fā)生干涉，而單縫發(fā)生衍射，故D錯(cuò)，由知，改變雙縫到屏的距離仍能得清晰條紋，只不過條紋間距變化,故A正確。單縫與雙縫之間距離對(duì)干涉無影響，故C正確。濾光片的作用是得到相干單色光，在單縫前還是在單、雙縫之間不影響干涉，故B正確。 答案A、B、C 點(diǎn)評(píng)：掌握雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的原理運(yùn)用公式是解此題的關(guān)鍵 例4：在雙縫干涉測(cè)光的波長的實(shí)驗(yàn)中，所用雙縫間距d =2mm，雙縫到屏的間距=86.4cm，手輪的初始讀數(shù)為，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，分劃板中心刻線移動(dòng)到第13條線時(shí)手輪讀數(shù)，求通過濾光片后的波長。 分析：根據(jù)雙縫干涉的規(guī)律利用公式求解。 解答：相鄰亮條紋間的距離為： 由知： 點(diǎn)評(píng)：明確并記住是解本題的關(guān)鍵。 八、隨堂練習(xí) 1、在利用雙縫干涉測(cè)定光波波長時(shí)，首先調(diào)節(jié) _________和 的中心均位于遮光筒的中心軸線上，并使_______和_______豎直并且互相平行，當(dāng)屏上出現(xiàn)了干涉圖樣后，用測(cè)量頭上的游標(biāo)卡尺測(cè)出n條明條紋間的距離a，則兩條相鄰明條紋間的距離= ，雙縫到毛玻璃屏的距離用 __________測(cè)量，用公式 可以測(cè)出單色光的波長。 2、（xx南京市）如圖所示，某同學(xué)在做“用雙縫干涉測(cè)光的波長”實(shí)驗(yàn)時(shí)，第一次分劃板中心刻度線對(duì)齊A條紋中心時(shí)（圖1），游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖（3）所示，第二次分劃板中心刻度線對(duì)齊B條紋中心時(shí)（圖2），游標(biāo)卡尺的示數(shù)如（4）所示，已知雙縫間距為0.5mm，從雙縫到屏的距離為1m，則圖（3）中游標(biāo)卡尺的示數(shù)為 mm。實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)量多條干涉條紋寬度的目的是 _______，所測(cè)光波的波長為 __________m。（保留兩位有效數(shù)字） 3、（xx廣州市）某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)定激光的波長的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，激光器發(fā)生的一束直徑很小的紅色激光進(jìn)入一個(gè)一端裝有雙縫、另一端裝有感光片的遮光筒，感光片的位置上出現(xiàn)一排等距的亮點(diǎn)，乙圖中的黑點(diǎn)代表亮點(diǎn)的中心位置。 （1）這個(gè)現(xiàn)象說明激光具有 性 （2）通過量出相鄰光點(diǎn)的距離可算出激光的波長，據(jù)資料介紹：如果雙縫的縫間距離為a，雙縫到感光片的距離為，感光片相鄰兩點(diǎn)間的距離為b,則激光的波長。該同學(xué)測(cè)得=1.0000m、縫間距a =0.220mm，用帶十分度游標(biāo)的卡尺測(cè)感光片上的點(diǎn)的距離時(shí)，尺與點(diǎn)的中心位置如乙圖所示。乙圖中第1到第4個(gè)光點(diǎn)的距離是 mm實(shí)驗(yàn)中激光的波長λ= m。（保留兩位有效數(shù)字) （3）如果實(shí)驗(yàn)時(shí)將紅激光換成藍(lán)激光，距離將 。屏上相鄰兩光點(diǎn)間的距離將__________。 4、利用雙縫干涉測(cè)光波波長的實(shí)驗(yàn)中，已知雙縫到屏的距離為0.6000m，兩狹縫間距離為0.2510,讓分劃板中心刻度線對(duì)齊中央亮條紋中心時(shí)，手輪上的讀數(shù)為3.5210,分劃板中心刻度線對(duì)齊中央亮紋一側(cè)第6條亮條紋中心時(shí)，手輪上的讀數(shù)為 11.5610則此光波波長為多少？ 5、一同學(xué)在用雙縫干涉測(cè)光的波長實(shí)驗(yàn)中，使用的雙縫的間距為0.02cm。測(cè)得雙縫與屏的距離為50cm，第一級(jí)亮紋中心到第五級(jí)亮紋中心的距離為0.45cm，則待測(cè)單色光的波長是多少？ 6、雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，要使屏上單色光的干涉條紋之間距離變寬，可采用的辦法有哪些？為測(cè)量紅光的波長，現(xiàn)測(cè)得屏上6條亮紋間的距離為7.5mm，雙縫的間距為0.5mm，雙縫到屏的距離為1m，則此紅光的波長 是多少？