1、第十二章 光考纲要览主题内 容要求说 明光光的折射定律折射率全反射 光导纤维光的干涉、衍射和偏振实验与探究测定玻璃的折射率用双缝干涉测光波的波长考向预测纵观历年考题和新课改区域的考题，一般与本章内容相关的考题知识较简单，学习过程中识记内容较多.光的直线传播、反射定律、折射定律，全反射出题率较高；光的干涉、衍射、偏振和光电效应与大学物理联系紧密，容易出现应用能力强的新颖题，平时要注重光学与现代科技密切结合，注重理论联系实际能力的培养.本章内容一般可能会以选择、填空题，作图题出现在高考题中；折射率的计算可能会与其它章节综合以计算题出现.第1课时 光的折射、全反射29基础知识回顾1光的直线传播 （1
2、）光在同一种均匀介质中是沿直线传播的前提条件是：在同一种均匀介质中传播.否则，可能发生偏折，如光从空气斜射入水中（不是同一种介质）；“海市蜃楼”现象（介质不均匀）；当障碍物或孔的尺寸和波长可以相比或者比波长小时，将发生明显的衍射现象，光线将可能偏离原来的传播方向.（2）解光的直线传播方面的计算题（包括日食、月食、本影、半影问题）关键是画好示意图，利用数学中的相似形等几何知识计算.2光的反射 平面镜成像（1）光的反射定律光从一种介质射到另一种介质的分界面时发生反射.反射光线、入射光线、法线处在同一平面内，反射光线、入射光位于法线的两侧，反射角等于入射角.（2）平面镜成像的特点平面镜成的像是正立等
3、大的虚像，像与物关于镜面对称.（3）平面镜成像光路图作法利用光的反射定律；根据平面镜成像的特点.在作光路图时，一般常常根据平面镜成像的特点可以先画像，后补光路图.（4）光的反射光路是可逆的在平面镜的计算和作图中要充分利用光路可逆.（眼睛在某点A通过平面镜所能看到的范围和在A点放一个点光源，该点光源发出的光经平面镜反射后照亮的范围是完全相同的.）（5）利用边缘光线作图确定视场范围3.光的折射（1）折射定律折射光线与入射光线、法线处于同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦的比值是定值(注意两角三线的含义) .(2)折射率 折射率定义：光从真空或空气中射入介质中发
4、生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的折射率.折射率反映介质折射光的本领大小的一个物理量折射率的定义表达式： n=（其中1为真空或空气中的角度）折射率的其它各种计算表达形式：n= = = （其中c、为光在真空或空气中的光速、波长；v、为介质中的光速、波长；为光发生全反射时的临界角）.折射率大小的决定因素：介质、光源(主要是频率)，注意：介质的折射率 n1，（3）折射光路是可逆的.4光的全反射 （1）光疏介质和光密介质：两种介质比较，折射率小的介质叫光疏介质，折射率大的介质叫光密介质；“光疏”和“光密”具有相对性.（2）全反射现象：光从光密介质入射到光疏介质的分界面上时，当入射
5、角增大到一定程度时，光全部反射回光密介质，这一现象叫全反射现象.（3）临界角：折射角等于90时对应的入射角叫做临界角.用C表示，C=.（4）发生全反射的条件：光从光密介质入射到光疏介质；入射角大于等于临界角.（5）光导纤维：实际用的光导纤维是非常细的特质玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，在内芯和外套的界面上发生全反射.其中内芯是光密介质，外套是光疏介质.5光的色散（1）三棱镜：横截面为三角形的三棱柱透明体称三棱镜.三棱镜对光线的作用： 光密三棱镜：当光线从一侧面射入，从另一侧面射出时，光线两次均向底面偏折. 光疏三棱镜：当光线从一侧面射入，从另一侧面射出时，光线两次均向顶角偏折. 全反射棱
6、镜（等腰直角棱镜）：当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出.当光线垂直于斜边射入时，在两直角边都发生全反射后又垂直于斜边射出.三棱镜成像：当物体发出的光线从三棱镜的一侧面射入，从另一侧面射出时，逆着出射光线可以看到物体的虚像.（2）光的色散：白光通过三棱镜后，出射光束变为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光束。由七色光组成的光带叫做光谱.这种现象叫做光的色散.色散的实质是由于各种色光在同一介质中传播的速率不同，或同一介质对不同色光的折射率不同而引起的.各种色光性质比较：可见光中红光的折射率n最小，频率最小，在同种介质中（除真空外）传播速度v最大，波长最大，从同种介质射向
7、真空时发生全反射的临界角C最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小（注意区分偏折角和折射角）.重点难点例析一、影、本影和半影的理解由于光的直线传播、当光遇到不透明物体时，物体向光的表面被照明，在背光面的后方形成一个光线照不到的黑暗的区域，形成影，影分本影和半影，光源是点光源时只形成本影，非点光源将形成本影区和半影区，影的形成可以很好的解释日食和月食的形成.图12-1-1【例1】如图12-1-1所示为月球影子的分布情况示意图，在A、B、C、D四个区域内，在哪些区域能看到日全食、日环食、日偏食.【解析】从图12-1-1上可以看出，B区域为月球的本影区，人在B区域看不到从太阳射来的任何光线，
8、在该区域看到的是日全食；当人在A区域时只能看到从太阳上半部分射来的光线，即只能看到太阳的上半部分，而看不到太阳的下半部分，在A区域看到是日偏食；同理，人在C区域看到的也是日偏食；而人在D区域内，只能看到太阳边缘射来的光线，而看不到太阳中间的光线，故在D区域看到的是日环食.【答案】A、C：日偏食B：日全食；D：日环食【点拨】本题关键是确定月球形成的本影区和半影区以及知道太阳是本身发光的天体，本题易出错就在D区域和A、C区域一样，认为是日偏食.l 拓展关于日食和月食下列说法正确的是（ ）A在月球的本影区里可以看到日全食B在月球的本影区里可以看到日偏食C在月球进入地球的半影区时可以看到月偏食D在月球
9、完全进入地球的本影区时可以看到月全食【解析】月球的影里只能形成日食，地球的影里只能形成月食，太阳本身发光，故月球的本影里形成日全食，月球的半影里形成日偏食；而月球靠反射太阳光，只要有光线照射月球就不会形成月食，而地球的半影里虽然只有部分太阳光照射月球，但是还是看得到月球，只是较暗，只有月球部分进入地球本影区，才形成月偏食，全部进入本影区里才形成月全食.【答案】AD二、视深问题的处理分析光的折射时，一般需作出光路图，以便于应用折射定律及光路图中提供的几何关系来解答。在实际应用中，常见的方法是三角形边角关系.近似法，即利用小角度时，tansin的近似关系求解.【例2】位于水面下深H=1.2 m处的
10、鱼，从正上方观察时，看到鱼的视深度是多少？（水的折射率n= ）【解析】解法1：如图12-1-2所示.位于S的鱼（漫反射）发出的光由水和空气的界面折射后进入眼睛，折射光线好像由S发出，S是S的视深位置.已知，设.由图可知图12-1-2得因为从近正上方观察，i和r都很小，由数学知识有由上面的近似关系及折射定律可得：图12-1-3解法2：这个问题可以从一般的情况着手分析，如图12-1-3所示.从空气中观察池水深度时，池底S处发出的光线中有一小束（SA、SB范围内）经水面折射后进入观察者的眼睛，AA、BB的延长线交于S点，这就是S的虚像.由图12-1-3可知：由折射定律可得：从正上方观察时，相当于d等
11、于零，则有解得 【点拨】比较两种解法，解法2更具有推广的意义.上式（其中n为介质的折射率，H为物深，h为视深，d为折射点至通过S的竖直线的距离）可作为经验公式，对一般“物深、视深”问题进行推广使用.解本题的关键就是近视处理.l 拓展有一圆柱形水桶高16cm，直径12cm，人在某处向桶内看能看到桶边缘下方9cm处，若桶内装满水，则刚好能看到桶底边缘，求水的折射率n.【解析】桶内装满水时，桶底边缘任一点S发出的光线折射，其反向延长线交桶边缘下方9cm处，故H=16cm，h=9cm，,d=12 cm,。根据推论公式可得：三、折射定律、折射率的理解及其应用介质的折射率，与光速的关系：解题的关键：根据题
12、意画出光路图，挖掘几何关系，由数学知识求解.P图12-1-4【例3】 如图12-1-4所示，一束光线以60的入射角射到一水平放置的平面镜上，反射后在正上方与平面镜平行的光屏上留下一光点P 。现将一块上下两面平行的透明体平放在平面镜上，如图中虚线所示，则进入透明体的光线经平面境反射后再从透明体的上表面射出，打在光屏上的光点P与原来相比向左平移了3.46cm ，已知透明体对光的折射率为.（1）作出后来的光路示意图，标出P的位置；（2）透明体的厚度为多大？ （3）光在透明体里运动的时间多长？PP图12-1-5【解析】（1）光路示意图如图12-1-5所示（注意出射光线平行，各处光线的箭头）（2）由折射
13、定律得 sin = n sin得 =30设透明体的厚为d ，由题意及光路有2 d tan60 2 d tan30 = s解得 d =1.5cm （3）光在透明体里运动的速度v = 光在透明体里运动的路程所以：光在透明体里运动时间s = 21010 s【点拨】本题考查光的反射和折射。题中有一个难点，就是通过做光路图挖掘几何关系，从而求解透明体的厚度以及光在透明体里运动的时间.作出光路图也是解此类题的关键所在.l 拓展一条光线从空气射入某介质中，已知入射角为45，折射角为30，求光在此介质中的速度.【解析】n=又n=，所以v =m/s四、全反射、全反射棱镜及其应用1全反射现象要记住产生全反射的条件
14、：光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于等于临界角.在解题时要把计算和作图有机地结合起来，根据数据计算反射角、折射角，算一步画一步，画一步再根据需要算一步.作图要依据计算结果，力求准确.2. 全反射的一个重要应用就是用于光导纤维（简称光纤）.光在光纤中传播时，每次射到内、外两层材料的界面，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射.这样使从一个端面入射的光，经过多次全反射能够没有损失地全部从另一个端面射出.图14-1-63.棱镜对光的偏折作用：一般所说的棱镜都是用光密介质制作的.入射光线经三棱镜两次折射后，射出方向与入射方向相比，向底边偏折.（若棱镜的折射率比棱镜外介质小则结论相反.）作图时尽量利
15、用对称性，由于各种色光的折射率不同，因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象（红光偏折最小，紫光偏折最大.）【例4】如图14-1-6所示，abc为一全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形.一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射.若光线入射点O的位置保持不变，改变光线的入射方向（不考虑自bc面反射的光线），则（ ）A使入射光按图中的顺时针方向逐渐偏转，则红光首先射出ab面B使入射光按图中的顺时针方向逐渐偏转，则紫光首先射出ab面C使入射光按图中的逆时针方向逐渐偏转，则红光首先射出ab面D使入射光按图中的逆时针方向逐渐偏转，则紫光首先射出ab面【解析】当入射光按顺时针方向逐渐偏转时，进入棱
16、镜中的折射光线也按顺时针方向逐渐偏转，它再射到ab面上时的入射角将逐渐变小，减小到临界角以下时，从ab面上就会有光线射出.不同的色光的频率不同，折射率也不同，从而临界角也不同，其中红光的频率最小，折射率也最小，临界角最大.在入射光按顺时针方向逐渐偏转过程中，红光将首先不满足全反射条件，必是红光首先射出ab面。当入射光按逆时针方向逐渐偏转时，射到ab面上时的入射角逐渐变大，不可能有色光从ab面射出.【答案】A【点拨】本题要求掌握全反射棱镜的特点、发生全反射的条件、不同色光的临界角的大小关系及相应的数学知识.图12-1-7l 拓展如图12-1-7所示，有一玻璃直角三棱镜ABC，其临界角小于450，
17、一束平行于BC边的白光射到AB面，在光束射出三棱镜时（设光线在棱镜内先射至BC面上），则（ ）A.从BC面出射的是白色光束B.从AC面出射的是白色光束C.从AC面出射的是有色不平行光束D.从AC面出射的是平行于入射光线的有色光束【解析】平行于BC边的白光到AB面上，入射角为450，经AB面折后，各种色光的折射角不同，红光的折率最小，紫光的折率最大，则红光的折射角最大，但各种色光的折射角都小于450，射向BC面上时，入射角都将大于450，其中红光的入射角最大，因此各种色光都不会从BC面出，即发生全反射.反射线射至AC面上时，由对称性可知，入射角等于AB面上的折射角，故由AC面出的光线将与AB面上
18、的入射线平行，但各色光产生偏移，最下面是红光，最上面是紫光.【答案】D 易错门诊【例5】一束白光从玻璃里射入稀薄空气中，已知玻璃的折射率为1.53，求入射角为下列两种情况时，光线的折射角各为多少？（1）入射角为50；（2）入射角为30.【错解】由折射定律可知：（1）当入射角i=50时，所以r=30（2）当i=30时，所以 r=19【错因】此解法中没有先分析判断光线是从光疏媒质进入光密媒质，还是从光密媒质进入光疏媒质，会不会发生全反射.而是死套公式，引起错误.【正解】光线由玻璃里射入空气中，是由光密媒质射入光疏媒质，其临界角为C,则有： 所以 C=由已知条件知，当i=50时，iC，所以光线将发生
19、全反射，不能进入空气中.当i=30时，iC，光进入空气中发生折射现象.由折射定律有：sinr=nsini=1.53sin30=0.765 所以：r= 4954【点悟】解光的折射现象的题目时，首先应做出判断：光线是从光疏媒质进入光密媒质，光线还是从光密媒质进入光疏媒质.如是前者则ir，如是后者则ir.其次，如果是从光密媒质进入光疏媒质中，还有可能发生全反射现象，应再判断入射角是否大于临界角，明确有无折射现象.课堂自主训练1 一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45，图12-1-8中的四个光路图中，正确的是( A )2.如图12-1-9所示，在A点有一个小球，紧靠小球的左方
20、有一个点光源S,现将小球从A点正对着竖直墙平抛出去，打到竖直墙之前，小球在点光源照射下的影子在墙上的运动是( A )A.匀速直线运动 B.自由落体运动lSAhxvt图12-1-912C.变加速直线运动 D.匀减速直线运动【解析】小球抛出后做平抛运动，时间t后水平位移是vt，竖直位移是，根据相似形知识可以由比例求得，因此影子在墙上的运动是匀速运动.【答案】A课后创新演练1如图12-1-10所示，关于日食如下说法中正确的是( ABC )日月CBDAA在A区可看到日全食B在B区可看到日环食C在C和D区可看到日偏食D发生日食时，地球上处于白天且天气晴好的任何地方都能看到日月CBDAAA图12-1-10
21、A2光在某种玻璃中的速度是108m/s，要使光由空气射入这种玻璃，且使折射光线与反射光线之间的夹角为90，则入射角应是（ B ） （ ）A30 B60 C45 D903已知介质对单色光的临界角为，则( ABC ) A该介质对此单色光的折射率为B此单色光在介质中的传播速度等于csin C此单色光在该介质中的波长是在真空中的sin图121-8D此单色光在介质中的频率是在真空中的150450入射光线12图12-1-114如图12-1-11所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从空气射向柱体的O点（半圆的圆心）产生反射光束1和2，已知玻璃折射，入射角为450（相应的折射角为240）,现保持入射
22、光线不变，将半圆柱绕通过O垂直于图面的轴线顺时针转过150，如图中虚线所示，则( B C )A.光束1转过150B.光束1转过300C.光束2转过的角度小于150D.光束2转过的角度大于1505. (2008年高考全国I理综第21题)一束由红、蓝两单色光组成的光线从一平板玻璃砖的上表面以入射角射入，穿过玻璃砖自下表射出.已知该玻璃对红光的折射率为1.5.设红光与蓝光穿过玻璃砖所用的时间分别为t1和t2，则在从0逐渐增大至90的过程中（ ）A.t1始终大于t2 B.t1始终小于t2C.t1先大于后小于t2 D.t1先小于后大于t2【解析】设折射角为，玻璃砖的厚度为h，由折射定律n= ，且n= ，
23、在玻璃砖中的时间为t= ，联立解得，红光频率较小，为零时，t1t2，为90时，趋近渐近线，初步判定该函数为单调函数，通过带入为其它特殊值，仍然有t1t2.【答案】B图12-1-126（2008年高考全国II理综第15题）一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上，经两次折射后从玻璃板另一个表面射出，出射光线相对于入射光线侧移了一段距离.在下列情况下，出射光线侧移距离最大的是（ D ）A.红光以的入射角入射B.红光以的入射角入射C.紫光以的入射角入射D.紫光以的入射角入射7. （2008年高考重庆卷理综第19题）图12-1-12是一个圆柱体棱镜的截面图，图中E、F、G、H将半径OM分成5等份，虚线E
24、E1、FF1、GG1、HH1平行于半径ON,ON边可吸收到达其上的所有光线.已知该棱镜的折射率n=,若平行光束垂直入射并覆盖OM,则光线（ B ）A.不能从圆孤NF1射出 B.只能从圆孤NG1射出C.能从圆孤G1H1射出 D.能从圆孤H1M射出【解析】本题考查光的全反射有关的知识，本题为中等难度题目.由该棱镜的折射率为可知其临界角C满足：；可求出GG1右边的入射光线没有发生全反射，其左边的光线全部发生全反射.所以光线只能从圆弧NG1射出.8.（2008年高考山东卷理综第37题）麦克斯韦在1865年发表的（电磁场的动力学理论）一文中揭示了电磁现象与光的内在联系及统一性，即光是电磁波.（l）一单色
25、光波在折射率为1.5的介质中传播，某时刻电场横波图象如图12-1-13所示，求该光波的频率.（2）图12-1-14表示两面平行玻璃砖的截面图，一束平行于CD边的单色光入射到AC界面上，a、b是其中的两条平行光线.光线a在玻璃砖中的光路已给出.画出光线b从玻璃砖中首次出射的光路图并标出出射光线与界面法线夹角的度数.图12-1-13图12-1-14【解析】(l）设光在介质中的传播速度为v，波长为频率为f，则f= v= 联立式得f 由波形图得=4m，代人数字解得f=5Hz （2）光路如图12-1-15所示图12-1-15第2课时 光的干涉、衍射 激光基础知识回顾1.光的干涉现象(1)光的干涉两列光波
26、在空间相遇时发生叠加，在某些区域总加强，在另一区域总减弱，从而出现明暗相间的条纹的现象叫光的干涉.（2）干涉的条件相干光源：频率相同、相差恒定（步调差恒定）的两束光.(3)杨氏双缝干涉相干条件：如图12-2-1图12-2-1若S1、S2光振动情况完全相同，则符合，（n=0、1、2、3）时，出现亮条纹；若S1、S2光振动情况完全相同，则符合，（(n=0，1，2，3)时，出现暗条纹.（注意：振动情况完全相反的加强减弱条件）其中d是两狭缝之间的距离，L是两狭缝到屏的距离，是光波的波长.相邻亮条纹（或相邻暗条纹）之间的中央间距：x = 。双缝干涉图样 单色光：中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条
27、纹；复合光：中央为明条纹，两边等间距对称分布彩色条纹.（4）薄膜干涉薄膜干涉的成因 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.薄膜干涉的应用增透膜：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 (注意：非空气中波长的).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.2.光的衍射现象（1）光的衍射光遇到障碍物时，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.（2）明显衍射的
28、条件从理论上讲衍射是无条件的，但需发生明显的衍射现象的条件：当孔或障碍物的尺寸比光波的波长小，或者跟光波的波长相差不多时，光才发生明显的衍射现象.（3）衍射图样单缝衍射：单色光：中央是最宽的亮条纹，两侧为不等间隔的明暗相间的条纹；复合光：中央是最宽的亮条纹，两侧为不等间隔的彩色条纹，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光.（注意：与双缝干涉的干涉条纹不同的是：干涉条纹均匀分布，而衍射条纹的中央明纹较宽、较亮.）圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环.（4）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亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一.注意泊松亮斑与圆孔衍射条纹的区别：图12-2-2是泊松
29、亮斑，图12-2-3是圆孔衍射条纹. 图12-2-2 图12-2-3（5）光的衍射的应用用衍射光栅测定光波波长.3.光的偏振（1）自然光、偏振光自然光：从光源（如太阳、亮着的灯等）直接发出的光，包含着在垂直于传播方向的一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同.偏振光：自然光通过偏振片后，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,这样的光叫偏振光.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，这时的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.（2）光的偏振的物理意义
30、光的偏振现象充分表明光波是横波。因为偏振现象是横波所特有的现象.（3）偏振光的应用全息照相、立体电影等.4.激光（1）激光的特点主要特点有：相干性好；平行度好；亮度很高。激光是一种人工相干光,两束相同的激光在相遇区域叠加时，产生非常明显的干涉现象；激光具有非常好的平行度,激光在传播很远的距离后仍然保持一定的强度；激光具有很强的亮度，激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量.（2）激光的重要应用通信、测距、光盘读取、切割等.由于激光是相干光，便于调制，常用来传递信息，光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物；激光测距雷达、激光刻录光盘等都是根据激光的平行度好的原理制成的；利用激光在很短的时
31、间内集中很大的能量的性质，用激光来切割各种物体、焊接金属及在硬质材料上打孔、医学上用激光做“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤、“焊接”剥落的视网膜等，利用激光产生的高温高压引起核聚变.重点难点例析一、 光的干涉的条件的理解光的干涉的条件是有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源（相干波源的频率必须相同）.形成相干波源的方法有两种：1.利用激光：因为激光发出的是单色性极好的光.2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）.下图12-2-4分别是利用双缝、楔形薄膜、空气膜、平面镜形成相干光源的示意图.图12-2-4【例1】如图12-2-5所示，在暗室中从单色点光源S直接射到
32、屏PP上的一束图12-2-5光在Sb和Sd之间，从S射到平面镜MN再反射到屏PP上的另一束光在Ma和Nc之间（S是S在平面镜MN的像）.关于这时屏PP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.【答案】C【点拨】本题主要考查光的干涉条件，并利用平面镜成像作图找到相干光源和相干区域.要明白发生干涉时必须是两束光相遇，即光束叠加.l 拓展在双
33、缝干涉试验中，以白光为光源，在屏上观察到了彩色条纹，若在双缝中的一缝前放红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放绿色滤光片（只能透过绿光），这时（ ）A.只有红色和绿色的干涉条纹，其它颜色的条纹消失B.红色和绿色的干涉条纹消失，其它颜色的条纹消失C.任何颜色的条纹都不存在，但屏上光亮存在D.屏上无任何光亮【解析】双缝透过的红光和绿光的频率不同，不满足形成干涉的条件，不会出现干涉条纹，但是红光和绿光各自透过双缝会发生明显的衍射，因此屏上会出现衍射亮光.【答案】C【点拨】本题考查发生干涉的条件，不同频率的光不会发生干涉，但通过狭缝可以发生衍射，形成衍射图样，另外要注意区别双缝干涉和单缝衍射图样，本题
34、看似简单，实际包含的内容和复杂，要深刻理解光亮的形成原因.二、 双缝干涉中条纹间距和位置的判断方法1.影响条纹间距的因素相邻亮纹或相邻暗纹的间距x与双缝到屏的距离L成正比，与两狭缝之间距离d成反比，与光的波长成正比，即.2.中央位置是亮纹还是暗纹的条件双缝到光屏中央距离相等，光程差为零，如果两光源振动完全一致，中央一定是亮纹，假如两光源振动正好相反，则中央为暗纹.3.单色光颜色、频率、波长的关系光的颜色由频率决定，光的频率由光源决定，在可见光中红光频率最低，紫光最高，真空中各色光速相同，由c =v知，真空中红光波长最大，紫光最小。【例2】频率为61014 HZ的单色光从S1和S2投射到屏上，并
35、且S1与S2振动相同.若屏上的点P到S1与P到S2的路程差为310-6m，问P点是亮条纹还是暗条纹？设O为到S1和S2路程相等的点，则PO间有几条暗纹？几条亮纹？【解析】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）【点拨】本题考查干涉条纹是亮纹还是暗纹的形成条件，同时注意尽管机械波和光波的产生本质不同，但都是波，具有共同的特性，它们的运动变化规律很相似，研究方法和探索技巧同样适用，这样就可用研究机械波的方法、技巧、规律应用到光波中去，实现知识的迁移，能力的提高.l 拓展激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉
36、原理.用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当与双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度v与二次曝光时间间隔t的乘积等于双缝间距.实验中可测得二次曝光时间间隔t、双缝到屏之距离以及相邻两条亮纹间距x.若所用的激光波长为，则该实验确定物体运动速度的表达式是（ ）A. v= B.v= C. v= D.v=【解析】由题中信息可知“散斑对”相当与双缝干涉实验中的双缝，则d=vt，双缝到屏之距离以及相邻两条亮纹间距x，由x = 得v=.【答案】B【点拨】本题主要考查光的干涉，注意题中信息，学会知识的迁移，熟悉干涉条纹相邻明纹或暗纹的间距公式以及d的计算.三、光的干涉、光的衍射和棱镜使白光色散的比较1.形成原因不
37、同光的干涉、光的衍射都是光波叠加的发生的现象；棱镜色散是光从一种介质射入另一种介质发生的折射现象，复色光通过透明介质由于折射分解为单色光.2.产生条件不同光的干涉形成的干涉条纹是有限的几束光的叠加；光的衍射形成的衍射条纹是极多且复杂的相干光的叠加；棱镜使白光的色散是光在不同介质中的折射率不同形成的，且必须是复色光才能产生色散.在双缝干涉实验中，光在通过其中的三个狭缝时，都发生了衍射而形成三个线光源，所以，一般现象中既有干涉又有衍射；单缝衍射，照射光的波长越长，中央亮纹越宽，所以衍射和干涉都能使白光发生色散现象，且中央白光的边缘均呈红色.干涉和衍射的图样有相似之处，都是明暗相间的条纹.只是干涉条
38、纹中条纹宽度和亮纹亮度基本相同，衍射条纹中条纹宽度和亮纹亮度均不等，中央亮纹最宽最亮.【例题3】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
39、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.【答案】A C图12-2-5图12-2-5【点拨】本题要求认真观察做好光的干涉、衍射实验的现象，还要比较这两种现象的差异，重视干涉、衍射在科技和生产中的应用.l 拓展（2008年高考上海卷物理第16题）用如图12-2-5所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象.图（a）是点燃酒精灯（在灯芯上洒些盐），图（b）是竖立的附着一层肥皂液
40、薄膜的金属丝圈.将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是（ ）A当金属丝圈旋转30时干涉条纹同方向旋转30B当金属丝圈旋转45时干涉条纹同方向旋转90C当金属丝圈旋转60时干涉条纹同方向旋转30D干涉条纹保持原来状态不变【解析】金属丝圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由薄膜干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈转动无关，仍然是水平的干涉条纹.【答案】D【点拨】本题主要考查薄膜干涉的干涉条纹的形成，肥皂液膜在重力的作用下，上薄下厚，薄膜不会随金属丝的转到而变化，熟知该知识点就可以得出答案.四、光的干涉与实际生活相结合的应用1.薄膜干涉条纹间距与弯曲方向的判断方法（1）条纹出现在上
41、表面的等厚线上，因为明纹的条件是厚度等于光波半波长的整数倍.（2）等倾干涉条纹是均匀的，相邻明纹间的高度差是一个常数，是由厚度决定.如图12-2-6所示:（h为相邻明纹的高度差，为斜劈的倾角，l为相邻明纹间的间距）.2.薄膜干涉的增透膜利用薄膜干涉现象可以制作增透膜，如在透镜表面镀一层厚度均匀的介质薄膜，要求介质的折射率小于制作透镜的玻璃，厚度等于黄绿色光在介质中传播时的波长的四分之一,这样从介质膜后表面反射的光和从介质膜前表面反射的光恰好相差半个波长，干涉结果相互抵消，即反射光的强度大大提高.在光学仪器上，包括人的眼镜镜片都已经广泛使用了增透膜.图12-2-7【例4】把一个平行玻璃板压在另一
42、个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入如图12-2-7所示，这时可以看到亮暗相间的条纹，下面关于条纹的说法中正确的是（ ）A将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变疏B将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，条纹变疏C将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动D将上玻璃板平行上移，条纹远离劈尖移动图12-2-8【解析】楔形空气层的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，空气层厚度相同的地方，两列波的路程差相同，故如果被测表面是平的，干涉条纹就是一组平行的直线，如图12-2-8，当劈角为时，相邻两条纹间等于，当劈角增大为时，相邻的条纹左移至A、C处，条纹间距变为.设=s，则=s，故=，=.
43、因为，所以，故劈角增大时，条纹变密.同理，当上玻璃板平行上移时，易得ACCA为平行四边形，所以条纹向壁尖移动，且间距不变.【答案】B C【点拨】本题主要考查薄膜干涉的应用之一，检查工件的平整程度.熟悉等厚干涉条纹是均匀的，知道条纹间距的决定因素，且满足关系就可以得出正确答案.l 拓展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=1.5，所要消除的紫外线的频率为8.11014Hz，那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少？【解析】“增反
44、膜”与“增透膜”的区别是：“增透膜”是增强透射光的强度，“增反膜”却是减弱透射光的强度，故“增反膜”的前后表面的两反射光的距离差为波长的整数倍，即最薄应为光在膜中一个波长，由题中信息可知：紫外线的波长：=2.5m，所以d=2.5m【点拨】本题关键就是注意知识能力的迁移，“增反膜”与“增透膜”的类比之处和它们的区别所在.“增透膜”是增加透射光，而“增反膜”是减弱透射光. 易错门诊如图12-2-9所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图12-2-10所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正
45、确的是（ ） A干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C干涉条纹不等距是因为空气膜厚度不是均匀变化D干涉条纹不等距是因为空气膜厚度是均匀变化图12-2-9 图12-2-10【错解】凸透镜和平板玻璃组成薄膜，凸透镜的上表面的反射光和平板玻璃的上表面的反射光形成薄膜干涉条纹，故B正确A错，根据薄膜干涉的应用检测工件的平整程度可知，凸透镜上表面是圆弧表面不是均匀变化，故衍射条纹不是均匀变化，故C正确D错。【错因】上述错误的原因是没有弄清凸透镜和平板玻璃组成的哪部分是薄膜，把凸透镜看成薄膜而错选C，而实际上是凸透镜和平
46、板玻璃之间的空气形成薄膜，反射光是薄膜的两个表面的反射光干涉形成干涉条纹【正解】由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜，所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和平板玻璃的上表面，故A正确，由于凸透镜的下表面是圆弧面，所以形成的薄膜厚度不是均匀变化，形成不等间距的干涉条纹，故C正确.【答案】A C【点悟】本题中也许学生不易理解哪部分是薄膜，本题的关键是弄清楚薄膜，相干光是薄膜的上下两个表面.课堂自主训练1.能产生干涉现象的两束光是（ B ）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【解析】只有频率相同、相差恒定、振动方
47、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
48、、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. 【答案】B2.用红光做光的双缝干涉实验，光屏上出现明、暗相间直间距均匀的红色的干涉条纹，今用不透光的障碍物堵起一条缝，则屏上（ D ）A一片黑暗 B一片红色C仍然是红色的干涉条纹，只是亮相减弱D仍然是明、暗相间的红色条纹，但条纹间距不相同【解析】堵起一条缝后红光只能透过单缝而射到屏上发生单缝衍射现象，也应将在屏上产生明、暗相间的红色条纹，只是单缝衍射所产生的衍射条纹间距不均匀.【答案】D3.有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有( B D ) A只有光波才能发生偏振，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
49、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】偏振是横波的特有现象，机械波中的横波能发生偏振。偏振光的获取除了自然光通过偏振片形成偏振光外，还可以让自然光从一种介质射入另一种介质发生反射和折射形成的反射光和折射光只要互相垂直，这样的反射光和折射光都是偏振光.【答案】B D 课后创新演练1.用包括红、绿、紫三种色光的复色光做光的双缝干涉实验，在所产生的干涉条纹中离中心条纹最近的干涉条纹是（ C ）A.红色条纹 B.绿色条纹 C.紫色条纹 D.三种条纹中心条纹的距离相等2.如图12-2-11所示，让白炽灯发出的光通过
50、偏振片P 和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P和Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象.这个实验表明（ B ）光源pQ明图12-2-11 A.光是电磁波 B.光是一种横波C.光是一种纵波 D.光是概率波图12-2-123.一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是( A B ) A各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同B各色光的速度不同，造成条纹的间距不同C各色光的强度不同D各色光通过双缝的距离不同4.纳米技术是跨世纪的新技术，将激光束的宽度集中到纳米范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把诸如癌
51、症等彻底根除。在上述技术中，人们主要利用了激光的（ BC ）A.单色性B.单向性 C.亮度高D.粒子性5.太阳光照射在平坦的大沙漠上，我们在沙漠中向前看去，发现前方某处射来亮光，好像太阳光从远处水面反射来的一样，我们认为前方有水，但走到该处仍是干燥的沙漠，这现象在夏天城市中太阳光照射沥青路面时也能观察到，对这种现象正确的解释是（ C ）A越靠近地面空气的折射率越大B这是光的干涉形成的C越靠近地面空气的折射率越小D这是光的衍射形成的6.有关光现象的下列说法中正确的是（ B D ）A在平静的湖面上出现岸边树的倒影是光的折射现象B在太阳光照射下，水面上的油膜上出现彩色花纹是光的干涉现象C光导纤维传递
52、信号的基本物理原理是光的折射D在光的双缝干涉实验中，只将入射光由绿光改为黄光，则条纹间距变宽【解析】A项是平面镜成像，B项叙述的是一个薄膜干涉现象，C项中光导纤维是利用全反射现象制成的，D项中干涉条纹宽度只与波长有关，波长大、宽度就宽黄光的波长比绿光的波长长，干涉条纹宽.【答案】B D7.某学生在观察双缝干涉现象的实验中，分别用红色、绿色、紫色三种单色光做实验，经同一干涉仪观察到如图12-2-12所示的明显干涉条纹，那么甲、乙、丙依次表示的颜色是（ D ）A.红色 绿色 紫色 B红色 紫色 绿色C.紫色 绿色 红色 D绿色 紫色 红色9.（2008年高考上海）在杨氏双缝干涉实验中，如果（ BD
53、 ） A用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹B用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹C用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹D用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹【解析】白光作杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A错；用红光作光源，屏上将呈现红色两条纹与暗条纹（即黑条纹）相间，B对；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，C错；紫光作光源，遮住一条狭缝，屏上出现单缝衍射条纹，即间距不等的条纹，D对.9.（2008年高考天津卷理综）下列有关光现象的说法正确的是（ A ）A.在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大B.以
54、相同入射角从水中射向空气，紫光能发生全反射，红光也一定能发生全反射C.紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时也一定有电子向外发射D.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度【解析】根据干涉条纹的间距的公式x=可知，由于紫光的波长比红光的波长短，所以改为红光后条纹间距一定增大，A正确；紫光的临界角比红光的临界角小，所以紫光发生全反射后红光不一定发生全反射，B错误；由于紫光的频率大于红光的频率，所以紫光的能量比红光的能量大，紫光发生光电效应红光不一定发生光电效应，C错误，拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振镜是为了防止玻璃的反光，所以D错误. 【答
55、案】A第3课时 波粒二象性基础知识回顾1光的本性学说的发展史（1）牛顿的微粒说：认为光是高速粒子流，它能解释光的直进、光的反射现象，不能解释光的干涉、衍射现象.（2）惠更斯的波动说：认为光是某种振动，以波的形式向四周传播，它能解释光的干涉、衍射现象，不能解析光电效应、光的直进.（3）麦克斯韦的电磁说：认为光是电磁波，试验依据是赫兹试验，证明了光与电磁波在真空中传播速度相等，且都为横波，能够解释光在真空中的传播、光的干涉、衍射，不能解释光电效应.（4）爱因斯坦的光子说：认为光的传播是一份一份的，每一份叫做光子，其能量与频率成正比，即E=h,能够解释光电效应、光的直进、光的反射，不能解释光的干涉、
56、衍射.（5）得布罗意的波粒二象性：认为光既有粒子性，又有波动性，个别光子表现粒子性，大量光子表现波动性；频率大光子的粒子性明显，频率小的波动性明显.能够解释所有光现象.2.光的电磁说（1）内容：光的本质是电磁波（2）意义：光的电磁说说明了光的电磁本质，使人们认识到光波与机械波的本质不同，把光学和电磁学统一起来.（3）依据：光和电磁波的传播都不需要介质；光和电磁波在真空中的传播速度相同，及c=3ms.（4）电磁波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线射线变化波长：大小波动性：明显不明显频率：小大粒子性：不明显明显产生机理自由电子作周期性运动原子的外层电子受到激发产生的内层电子受到激发核受到激发特性波
57、动性强热效应引起视觉化学效应穿透力强穿透最强应用无线电技术遥感加热摄影照明荧光杀菌医用透视工业探伤3.光电效应（1）现象:在光的照射下，物体发射电子的现象，叫做光电效应.（2）光电效应的规律:任何一种金属都有发生光电效应的极限频率，入射光的频率必须大于这个频率才能产生光电效应；光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光的频率增大而增大；光电效应的产生几乎是瞬时的，一般不超过10-9s；当入射光的频率大于金属极限频率时，光电流强度与入射光的强度成正比.（3）光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子的能量与其频率成正比，即E=h.（4）光电效应方程 ：逸出功：
58、使电子脱离某种金属所做功的最小值；即；光电效应方程：Ek= h W.4. 康普顿效应（1）康普顿效应：即当射线或X射线打在物质上，与物质中原子的核外电子发生相互作用，作用后产生散射光子和反冲电子的效应；其作用过程为：当入射X ()光子和原子内一个轨道电子发生相互作用时，光子损失一部分能量，并改变运动方向（散射光子），电子获得能量而脱离原子（反冲电子），此种作用过程称为康普顿效应.其结果是：产生了次级电子,反冲电子继而将发生电子与物质的相互作用.（2）意义：康普顿效应是验证光的波粒二象性的重要物理实验之一.爱因斯坦光子理论圆满解释了光电效应的实验规律；而康普顿对康普顿效应进行了成功的解释，使光量
59、子说得到了实验的证明，更有力地证明了爱因斯坦光子理论的正确性.（3）康普顿效应的解释：经典解释（电磁波的解释）：单色电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起受迫振动，向各方向辐射同频率的电磁波.经典理论解释频率不变的一般散射可以，但对康普顿效应不能作出合理解释；光子理论的解释：光子不仅有能量h,而且有动量h/；模型：X射线光子与静止的自由电子发生弹性碰撞；在碰撞过程中能量、动量守恒.5物质波 任何运动物体都有一种波与它对应，波长是=h/p6.光的波粒二象性：（1）光既具有波动性，又有粒子性；大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性. （2）光子和电子、质子等实物粒子一
60、样，具有能量和动量与其它物质相互作用 时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的多少(概率)，由波动性起主导作用.（3）对不同频率的光，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著重点难点例析一、在电磁波谱中各种电磁波的理解1.相同之处 （1）都有共同的电磁本性，是由于电荷的运动产生的。（2）都有波的性质，能产生反射、折射，也能产生干涉、衍射等现象，另外，它们在真空中波速都相同.2.相异之处 （1）具体的产生机理不同无线电波是振荡电路中自由电子作周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是由原子外层电子受激发产生；X射线是由原子内层电子受激发
61、产生；射线是由原子核受激发产生.（2）产生干涉、衍射现象的难易程度不同波长越短的电磁波，产生明显的衍射现象越不容易，产生干涉现象也越不容易.（3）性质和应用范围不同红外线的主要性质是热效应；应用于加热和遥感；紫外线的主要性质是化学作用，应用于消毒杀菌；X射线、射线主要性质是穿透力强，应用于透视和检测金属部件的缺陷.（4）在同一介质中的传播速度不同：频率越高，传播速度越小.【例1】光的电磁说认为（ ）A光波和机械波相同，在真空中传播时速度最大B光波也能产生反射、折射、干涉、衍射等现象C光是一种电磁波D在真空中光速和电磁波传播速度相同【解析】光波是电磁波，不同于机械波，光波在真空中传播速度最大，而
62、机械波不能在真空中传播；但是光波和机械波都能产生反射、折射、干涉、衍射等波特有的现象.【答案】B、C、D【点拨】了解光的电磁说，知道光波和机械波的异同，就能作出正确的判断.l 拓展美国在伊拉克战场上给士兵配备了夜视仪，使用它能在晚上识别2km范围内的目标身份，这种灵敏的仪器使用的电磁波属于以下哪个波段（ ）A.可见光波段 B.红外线波段C.紫外线波段 D.X射线波段【解析】由于夜视仪的作用是识别目标，它主要根据目标发出的红外线的热效应感知的，所以B选行正确.【答案】B【点拨】解决本题的关键在于熟知电磁波各个波段的性质和作用，知道夜视仪的原理.二、光电效应的理解1.光子说对光电效应的解释（1）一
63、个电子只吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要积累能量的过程.（2）电子从金属表面逸出，首先克服金属原子核的引力做功（逸出功W）要使入射光的能量不下于W，对应的频率v=,即极限频率.（3）电子吸收光子的能量hv后，一部分消耗于克服核的引力做功（逸出功W），一部分消耗于金属内部向表面运动时克服其它原子阻碍做功（W）,剩余部分转化为初动能.即：只有直接从金属表面逸出的光电子才具有最大初动能（W=0）.对于确定的金属，W是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大.（4）入射光越强，单位时间内入射到金属表面的光电子数就越多，产生的光电子就越多，射出的光电子形成的光电流就越大.2.如何
64、判断能否发生光电效应要产生光电效应，光电子的能量hvW,即存在极限频率=.3.光电效应方程.【例2】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.【答案】D【点拨】正确理解金属的逸出
65、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
66、的强度成正比.l 拓展12-3-1如图12-3-1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 )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
67、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.【答案】A【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规律和实质.三、正确理解波粒二象性1.波粒二象性的的实质波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义；波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份一份的，每一份具有能量.2.波粒二象性的理解（1）个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性.（2）频率高的光子容易表现出粒子性；频率低的光子容易表现出波动性.（3）光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性.（4）由光子的能量E=h，光子
68、的动量表示式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾,表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率和波长.由以上两式和波速公式c=还可以得出：E = pc.【例3】（2008年江苏高考题）如图12-3-2下列实验中，深入地揭示了光的粒子性一面的有（ ）图12-3-2【解析】A为康普顿散射，B为光电效应，康普顿散射和光电效应都深入揭示了光的粒子性；C为粒子散射，不是光子，揭示了原子的核式结构模型。D为光的折射，揭示了氢原子能级的不连续.【答案】A B【点拨】本题是一个识记的内容，熟悉光的波动性和粒子性以及原子物理的有关知识即可得出答案.图12-3-3l 拓展一束复色可见光射到
69、置于空气中的平板玻璃上，穿过玻璃后从下表面射出，变为a、b两束平行单色光，如图12-3-3所示，对于两束单色光来说（ ）A玻璃对 a光的折射率较大Ba光在玻璃中传播的速度较大Cb光每个光子的能量较大Db光的波长较长【解析】光的频率较大，玻璃对它的折射率越大，从平行板玻璃另一面射出时偏离原传播方向越大。由图12-3-1知玻璃对a的折射率较大，对b的折射率较小，即b光频率较小，即波长较长.【答案】A D【点拨】光从一种透明介质进入另一种透明介质时，频率不变，波长、传播的速度会改变.频率大的色光折射率大，偏折也大. 易错门诊如图12-3-4图12-3-4甲乙所示的电路中两个光电管是由同种金属材料制成
70、的阴极.现用强度相同的两束光分别照射在两个光电管的阴极上，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，则下列判断正确的是（ ）A.从A、B两个极板射出光电的最大初动能一样大B.打到C极上的光电子的最大动能一定大于打到D极上的光电子的最大动能C.单位时间内由A、B两个金属极板产生的光电子的数目一样多D.单位时间内由B极板产生的光电子的数目更多些【错解】本题因为紫光的频率大于绿光的频率，所以打在C板上的光电子的最大初动能大于D板上的光电子的最大初动能，故B选项正确，A项错误；由于两个光电管完全相同，入射光的强度完全相同，故光电流相同，单位时间内的光电子数目相同，
71、故C项正确D错误.【错因】本题错误原因是混淆发生时光电效应出射电子的最大初动能和电子达到C板或D板的动能；光电流对于是同种光只与光的强度有关，即能量相同，但是不是同种光则光电子个数不同.【正解】紫光的频率大于绿光的频率，则从A极板射出的光电子的最大初动能大于从B极板射出的光电子的最大初动能.但由于光电管两极加的都是正向电压，电场力对电子做正功，不能确定哪个电路做的正功多，所以无法确定电子打到C、D极后动能哪个大.光的强度相同，则单位时间内照射到金属板光的能量相同，由于紫光一个光子的能量大于绿光一个光子的能量，所以单位时间内照射到A板的光电子的数少于单位时间内照射到B板的光电子的数，则单位时间内
72、由B极板产生的光电子的数目更多些.【答案】D【点悟】本题中也许学生不易理解动能和最大初动能以及光电流的大小的决定因素，关键是要弄清光电子出射后经过电场加速，而两电场不同，电场对光电子做功不同；光电流由强度即能量决定，光电流相同但是对于不同频率的光而言光电子个数不同.课堂自主训练1下列说法正确的是（ AB ）A光波是种概率波 B光波是一种电磁波图12-3-5 C单色光从光密介质进入光疏介质时，光子的能量改变 D单色光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变2.一次观察光衍射的实验中，观察到如图12-3-5所示的清晰的明暗相间的图样，那么障碍物应是（黑线为暗纹）（ D ）A很小的不透明的圆板B很大的
73、中间有大圆孔的不透明的圆板C很大的不透明圆板D很大的中间有小圆孔的不透明圆板3.用绿光照射一光电管，能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时最大初动能增大，应该（ B ）A改用红光照射 B改用紫光照射C增大绿光强度 D增大光电管上的加速电压课后创新演练1.光热转换是将太阳光能转换成其他物质内能的过程，太阳能热水器就是一种光热转换装置，它的主要转换器件是真空玻璃管，这些玻璃管将太阳光能转换成水的内能.真空玻璃管上采用镀膜技术增加透射光，使尽可能多的太阳光能转化为热能，这种镀膜技术的物理学依据是（ C ）光的直线传播光的粒子性光的干涉光的衍射2. 在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是（ C
74、 ）A.光的折射现象、色散现象B.光的反射现象、干涉现象C.光的衍射现象、偏振现象D.光的直线传播现象、光电效应现象3.2005年是“世界物理年”，100年前的1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功地解释了光电效应现象.关于光电效应，下列说法正确的是（ A D ）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4.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
75、的电子显微镜.下列说法中正确的是（ A ）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.【答案】A5.用眼睛观
76、察远处的灯，有时会看到它周围光芒辐射，对于这一现象的解释，下面的哪些说法正确( B D)A.这是空气对光的折射作用造成的B.这是眼睛的瞳孔对光的衍射作用造成的C.这现象说明眼睛的瞳孔是规则的圆形D.这现象说明眼睛的瞳孔是多边形6.某同学通过高中三年物理的学习，有以下一些认识，其中正确的是（ C ） A“神舟七号”航天员在加速升空时有超重感，在减速着陆时有失重感 B第二类永动机不可能实现是因为它违反了能的转换与守恒定律 C光在与物质发生作用时具有粒子性，在传播时也具有粒子性D阳光下水面上的油膜呈彩色是光的干涉现象，雨后的彩虹是光的衍射现象7.关于电磁波谱，下列说法中正确的是（ B ）A射线的频率
77、一定大于X射线的频率B紫外线的波长一定小于红外线的波长C若某紫外线能使一金属发生光电效应，则所有的X射线均可使该金属发生光电效应D紫外线光子的能量较大，它是原子内层电子受激发而产生的【解析】由电磁波谱中的频率关系可知：射线的频率不一定大于X射线的频率，而紫外线的频率一定高于红外线的频率，所以，紫外线的波长一定小于红外线波长，紫外线的频率不一定低于X射线的频率，即紫外线光子的能量不一定比X射线光子的能量低。紫外线是由原子外层电子受激发而产生的。【答案】B8.实验室用功率P15w、光波波长253710-10m的紫外灯演示光电效应，阴极离光源d0.5m，原子半径为0.510-10m.估算阴极表面每个
78、原子每秒接收到的光子数.【解析】把灯看作点光源，假定它均匀地向四周辐射，则阴极表面每个原子半个圆面上得到的光能量为：.每秒到达阴极表面每个原子半个圆面上的光子数： 9.蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温为37C，它发出的最强的热辐射的波长m.根据热辐射理论，m与辐射源的绝对温度T的关系近似为mT=2.9010-3 rnK，那么：（1）老鼠发出最强的热辐射的波长约为多少米；（2）老鼠发出的这种最强的热辐射属于电磁波的以下哪个波段（ A ） A红外波段 B紫外波段 C可见光波段 DX射线波段【解析】（1）根据mT=2.9010-3 rnK可知： m=2.9010-3（2
79、73+37）=9.3510-6 m（2）根据红外线的波长在770nm106 nm之间，紫外线的波长在5nm400nm之间，可见光的波长在440nm770nm之间，而m=9.3510-6 m =9350nm，属于红外线波段，故A选行正确.【答案】（1）9.3510-6 m （2）A第4课时 实验：用双缝干涉测量光的波长 附（测定玻璃的折射率）基础知识回顾1实验目的（1）了解光波产生稳定的干涉现象的条件；（2）观察白光及单色光的双缝干涉图样；（3）测单色光的波长.2. 实验原理（1）如果双缝光源的相位相同，双缝到屏上任意一点P的路程差时，P点加强，出现亮条纹；时，P点减弱，出现暗条纹.所以如果用单
80、色光光屏上出现明暗相间的条纹，如果用白光光屏上出现彩色条纹.（2）光通过双缝干涉仪上的单缝和双缝后，得到振动情况完全相同的光，它们在双缝后面空间互相叠加，发生干涉现象.如果用单色光光屏上出现明暗相间的条纹，如果用白光光屏上出现彩色条纹.（3）由公式可以计算出光波的波长，其中双缝间距d是已知的，双缝到屏的距离L可以用米尺测出，条纹间距x可以用测量头测出.3. 实验器材光具座、单缝片、双缝片、滤光片（红、绿色滤光片各一片）、遮光筒、光源、测量头（目镜、游标尺、分划板、滑块、手轮）、米尺.4实验装置如图12-4-1所示：5. 实验步骤（1）按照图12-4-1所示的装置安装好仪器，调整光源的位置，使光
81、源发出的光能平行地进入遮光筒并照亮光屏.（2）放置单缝和双缝，使缝相互平行，调整各部件的间距，观察白光的双缝干涉图样.（3）在光源和单缝间放置滤光片，使单一颜色的光通过后观察单色光的双缝干涉图样.（4）用米尺测出双缝到屏的距离L，用测量头测出相邻的n亮（或暗）纹间的距离a；并利用公式计算出x.（5）利用表达式，求单色光的波长.（6）换用不同颜色的滤光片重复（3）（4）（5）步骤，观察干涉图样的异同，并求出相应的波长.6.注意事项（1）单缝、双缝应相互平行，其中心大致位于遮光筒的轴线上，双缝到单缝的距离应相等；（2）测双缝到屏的距离L可以用米尺多次测量取平均值；（3）测条纹间距x时，用测量头测出
82、相邻n条亮（暗）纹之间的距离a,再求出相邻的两条亮（暗）纹之间的距离.7误差分析（1）误差来源本实验误差的主要有米尺和测量头出现的读数误差对实验结果的影响很大；单缝、双缝不是严格相互平行，其中心没有位于遮光筒的轴线上；单缝到双缝的距离不是严格相等.（2）减小误差的方法米尺测量单缝到双缝的距离时多次测量取平均值，测量n条纹间距时多测几条条纹之间间距和多次测量取平均值；尽量把单缝、双缝调平行，调节单缝到双缝的距离相等，其中心大致位于遮光筒的中心.附：（测定玻璃的折射率）图12-4-21实验目的 测定玻璃的折射率2实验原理如图12-4-2所示，当光线AO以一定入射角穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法
83、找出跟入射光线AO对应的出射光线的OB，从而求出折射光线OO 和折射角r，再根据算出玻璃的折射率.3实验器材一块两面平行的玻璃砖，白纸，木板，大头针，量角器（或圆规、三角板），刻度尺4实验装置如图12-4-2所示5.实验步骤 （1）把白纸铺在木板上.（2）在白纸上画一直线aa作为界面，过aa上的一点O画出界面的法线NN，并画一条线段AO作为入射光线.（3）把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa重合，再用直尺画出玻璃的另一边bb.（4）在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2.（5）从玻璃砖bb一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P1的像被P2的像挡住。再在bb一侧插上
84、大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P1、P2的像及P3本身.（6）移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线OB交bb于O；连接O、O，OO就是玻璃砖内折射光线的方向；AON为入射角，OON为折射角.（7）用量角器量出入射角和折射角的度数,查出它们的正弦值，并把这些数据填入记录表格里.（8）用上述方法分别求出入射角是15、30、45、60和75时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，记录在表格里.（9）算出不同入射角时的值，比较一下，看它们是否接近一个常数。求出几次实验测得的的平均值，这就是这块玻璃的折射率.6注意事项（1）轻拿轻
85、放玻璃砖，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面。严禁把玻璃砖当直尺用.（2）实验过程中，玻璃砖在纸面上的位置不可移动。（3）插针P1与P2、P3与P4的间距要适当地大些，以减小确定光路方向时出现的误差.（4）实验时入射角不能太小（接近零度），否则会使测量误差加大；也不能太大（接近90），否则会不易观察到P1、P2的像.（5）本实验中如果采用的不是两面平行玻璃砖，如采用三棱镜，半圆形玻璃砖等，只是出射光和入射光不平行，但一样能测出折射率.7误差分析（1）误差本实验误差的主要来源是测量光在玻璃中的折射角r的误差；（2）减小误差的方法选用宽度ab较大的玻璃砖，宜在5cm以上；入射角应在1
86、575范围内取值；在纸上画aa、bb两线条时，应尽量准确地与玻璃砖的两个平行的折射面重合，这样，两交点O、O才能与光线的实际入射点较好的相符，否则将使画出的玻璃中的光路与实际情况严重偏离.重点难点例析一、实验原理与误差分析的理解测量玻璃的折射率时两种计算折射率的方法图12-4-3此实验是通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代人中求玻璃的折射率.除运用此方法之外，还有以下处理数据的方法：（1） 在找到人射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与OO(或OO的延长线)交于D点，过C、D两点分别向NN作垂线，交NN于C、D，用
87、直尺量出CC和DD的长.如图12-4-3所示:由于， 而CO=DO所以折射率: 重复以上实验，求得各次折射率计算值，然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值.（2）根据 有：在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上，以sina值为横坐标、以sin值为纵坐标，建立直角坐标系.如图12-4-4所示：描数据点，过数据点连线得一条图12-4-4过原点的直线；求解图线斜率，设斜率为k，则故玻璃砖折射率图12-4-5【例1】某同学用插针法测定玻璃砖的折射率，他的实验方法和操作步骤正确无误。但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa与bb不平行，如图12-4-5所示：则（ ）AP1P2与P3
88、P4两条直线平行 BP1P2与P3P4两条直线不平行C他测出的折射率偏大 D他测出的折射率不受影响【解析】如图12-4-5所示在光线aa面进入玻璃砖的中，由折射定律有：，在光线由bb射出玻璃砖的现象中，同理，若aa与bb平行，则i=，因此=，此时入射光线AO与出射光线OB平行。若aa与bb不平行，则i，因此。此时入射光线AO与出射光线OB不平行.故选项B正确.在具体测定折射率时，要求实验方法、光路均准确无误，折射率的测量值应不受aa与bb是否平行的影响. 【答案】B D【点拨】（1）入射光线与出射光线是否平行，取决于玻璃砖两界面aa与bb是否平行.（2）利用插针法确定光的入射点和出射点，从而确
89、定入射光线和折射光线.此方法可适合应用平行玻璃砖、棱镜、圆柱形玻璃体等.l 拓展在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中：（1）甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa和bb后，不自觉地碰了玻璃砖使它向aa方向平移了少许，如图12-4-6图12-4-6所示:则他测出的折射率值将_(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)；图12-4-7（2）乙同学在画界面时，不自觉地将两界面aa、bb间距画得比玻璃砖宽度些，如图12-4-7所示，则他测得折射率 (填“偏大”、“偏小”“不变”) . 图12-4-8【解析】（1）如图12-4-8所示，甲同学利用插针法确定入射光线、折射光线后，测得的入射角、折射角没有受到图
90、12-4-9影响，因此测得的折射率将不变.(2)如图12-4-9所示，乙同学利用插针法确定人射光线、折射线后，测得的入射角不受响，但测得的折射角比真实的折射角偏大，因此测得的折射率偏小.2.用双缝干涉测量光波的波长的原理理解二、 测量头的结构与应用测量头上有游标尺、分划板、滑座、滑块、目镜、手轮等。游标尺的主尺固定在滑座上，游标、分划板、目镜固定在滑块上.转动手轮，推动滑块在滑座里移动，并带动游标、分划板及目镜一起移动，通过目镜可以看到分划板上的刻线与干涉条纹的相对位移；干涉条纹的间距在游标尺上读得.【例2】某同学在做“用双缝干涉测光的波长”实验时，第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时，游标
91、卡尺的示数如图12-4-10（3）所示，第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心时，游标卡尺的示数如图12-4-10（4）所示，已知双缝间距为0.5mm，从双缝到屏的距离为1m，则图12-4-10（3）中游标卡尺的示数为 mm图12-4-10（4）游标卡尺的示数为 mm实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是 ，所测光波的波长为 m （保留两位有效数字）【解析】根据游标卡尺的读数原理可知：图12-4-10（3）的读数为11.4mm；图12-4-10（4）的读数为16.7mm；实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是减小测量的绝对误差（或提高测量的精确度）；由图12-4-10（1）和图12-4-10（2）可知n
92、=5，由两次测定的数值的a=16.7-11.4=5.3mm根据 有：又由 有：【点拨】本题主要考查双缝干涉测量光波的波长，熟悉测量头的应用.根据实验原理计算出光波的波长.l 拓展在用双缝干涉测光的波长的实验中，准备了下列仪器：A白炽灯 B双窄缝片 C单窄缝片 D滤光片 E毛玻璃光屏（1）把以上仪器安装在光具座上，自光源起合理的顺序是_（填字母）；（2）在某次实验中，用某种单色光通过双缝在光屏上得到明暗相间的干涉条纹，其中亮纹a、c的位置利用测量头上的分划板确定，如图12-4-11所示；其中表示a纹位置（图甲）的手轮读数为_mm，c纹位置（图乙）的手轮读数为_mm；（3）已知双缝间的距离为0.1
93、8mm，双缝与屏的距离为500mm，则单色光的波长为_m.图12-4-11【答案】（1）ADCBE；（2）1.7901.792；4.9404.942（3）0.567课堂自主训练1.用单色光做双缝干涉实验,下列说法中正确的是（ A ）A相邻干涉条纹之间的距离相等B中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍C屏与双缝间距离减小,则屏上条纹间距增大P1P2P3P4aabbirAOBENN图12-4-12D在实验装置不变的情况下,红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距2. 几位同学做“用插针法测定玻璃的折射率”实验，图12-4-12所示直线aa、bb表示在白纸上画出的玻璃的两个界面。几位同学进行了如下操作：白炽灯
94、滤光片单缝双缝遮光筒屏图12-4-14（a） 图12-4-15 （b）A甲同学选定的玻璃两个光学面aa、bb不平行，其它操作正确；B乙同学在白纸上正确画出平行玻璃砖的两个界aa、bb后，将玻璃砖向aa方向平移了少许，其它操作正确；C丙同学在白纸上画aa、bb界面时，其间距比平行玻璃砖两光学界面的间距稍微在些，其它操作正 确；上述几位同学的操作，对玻璃折射率的测定结果没有影响的是 （填写字母代号）. 【答案】A B课后创新演练1.利用图12-4-13中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法：白炽灯滤光片单缝双缝遮光筒屏图12-4-13A.将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄B.将滤光片由蓝色换成红色，
95、干涉条纹间距变宽C.将单缝向双缝移动一小段距离，条纹间距变宽D.换一个两缝间较大的双缝，条纹间距变窄E.去掉滤光片后，干涉现象消失其中正确的是： .【答案】A B D2. 能产生干涉现象的两束光是（ B ）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.两只完全相同的灯泡发出的光 D.同一光源的两个发光部分发出的光3.从两支手电筒射出的光，当它们照到同一点时看不到干涉花纹，是因为( D )A.手电筒射出的光不是单色光；B.干涉图样太细小看不清楚；C.周围环境的漫反射光太强；D.两个光源是非相干光源【解析】产生干涉现象的条件是频率相同，振动情况相同的两列光波，由于物质发光的特
96、殊性，任何两个独立的光源都不具有这一条件，即都不是相干光源，因而都不能产生干涉现象.只有采用特殊的方法从同一光源分离出两列光波相叠加，才能发生干涉现象. 【答案】B 4.某同学在用双缝干涉测光的波长的实验中，实验装置如图12-4-14所示。使用的双缝的间距为0.025cm.实验时，首先调节_和_的中心位于遮光筒的中心轴线上，并使_和_竖直且互相平行；当屏上出现了干涉图样后，通过测量头（与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500mm）观察第一条亮纹的位置如图12-4-15（a）所示，第五条亮纹位置如图12-4-15（b）所示，测出双缝与屏的距离为50.00cm，则待测光的波长
97、=_nm.【答案】光源；滤光片；单缝；双缝；5945.在测定玻璃折射率的实验中：（1）某同学实验插针的步骤如下： A.在表示入射光线的AO上插上大头针P1、P2； B通过玻璃砖观察P2、P1,调整视线，直到P1的像被P2的像挡住； C.在观察一侧插上大头针P3、P4,记下P3、P4的位置. 这位同学在操作中有什么重要疏漏？ .图12-4-16（2）以通过P1、P2的直线与玻璃砖的交点O为圆心，以某一适当长度R为半径画圆，与OA交与P,与OO的延长线交与Q，如图12-4-16示，从P、Q分别作玻璃砖界面的法线NN，的垂线，图中P、Q分别为垂足，用刻度尺量得PP=45mm，QQ=30mm,求玻璃砖
98、的折射率为 .【答案】（1）插针时应使P3挡住P2、P1的像，P4挡住P3和P2、P1的像；（2）1.5MNPQhLOO/P1P2P3P4图12-4-176.利用插针法测玻璃的折射率，实验中先将玻璃砖固定在水平桌面上的白纸上，画出玻璃砖两侧界面MN、PQ，在玻璃砖的一侧插好P1、P2大头针后，某同学发现在P1、P2同侧通过玻璃砖在图12-4-17所示位置也可观察到P1、P2的像.于是他在白纸上插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，同样方法，他又插入大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像.取走玻璃砖，P1、P2连线交MN于O点，P3、P4连线交MN于O/点.测出P1P2连线与MN间的夹角=
99、30，玻璃砖的厚度h=2.00cm.OO/两点间的距离L=3.00cm，则玻璃砖的折射率为n= （结果保留3位有效数字）.【解析】依题意作出光路如MNPQhLOO/P1P2P3P4图12-4-18i图12-4-18所示.从图中可得出：所以玻璃砖的折射率为：7.如图12-4-19所示，一束激光垂直照射在半球形玻璃砖的直径上，并过圆心O沿直线在球面上射出，玻璃砖的半径为R，当激光束向上平移距离d时，从A点垂直射入玻璃砖，恰好没有光线从球面上射出，则玻璃砖的折射率为n=_.【解析】本题考查利图12-4-19用光的全反射测玻璃折射率，由题意知临界角的正弦为： 有.8.用氦氖激光器进行双缝干涉实验，已知
100、使用的双缝间距d=0.1mm，双缝到屏的距离L=6.0mm,测得屏上干涉条纹中亮条纹间距是3.8mm,求：（1）氦氖激光器发出的红光的波长是多少？（2）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是多少？【解析】由条纹间距x、双缝间距d、双缝到屏的距离L及波长的关系，可测光波的波长，同理知道水的折射率，可知该波在水中的波长，然后又能x、d、L、的关系，可计算出条纹间距.（1） 由可得 ，即激光器发出的红光的波长为.（2）如果整个装置放入水中，激光器发出的红光在水中的波长，由 得： 这时屏上的条纹间距是：第6课时 单元综合提升光学 光的反射光的传播光的直线传播 光的折射 全反射和临界角的
101、计算 平面镜成像光的色散实验：测定玻璃的折射率光速 反射定律折射定律和折射率的计算日食月食的形成光的本性光电效应光的粒子性康普顿效应光子说光电效应规律光电效应方程光的电磁性光的波动性光的干涉双缝干涉光的衍射薄膜干涉光的波粒二象性实验:用双缝干涉测光的波长知识网络构建本章主要方法回顾历年来实施新课标省份的考纲和试题，发现对光学内容的要求明显降低，只考查光的折射、折射定律、全反射、光导纤维、光的干涉、光的衍射和光的偏振；新教材中新增加了康普顿效应来说明光的粒子性.估计2010年的高考对光学的要求不会提高，由于识记的内容较多，同学们对于几何光学要熟练掌握反射定律、折射定律、折射率、全反射、折射率和临
102、界角以及棱镜对光的色散的特点等，要能够熟练画出光路图，并且注意几何知识的应用；对物理光学应在理解的基础上进行强化记忆，理解发生干涉的条件及光的各种干涉、衍射现象的区别与联系；电磁波谱及各种电磁波的特点和产生机理；注意物理光学的实际应用，理解增透膜、劈尖干涉、电磁波谱以及它们的实际应用；光电效应是高考的热点和重点，因此要加强光电效应规律的理解和光电效应方程的应用.本章涉及的主要方法有：1.反射、折射光路的可逆性无论是在光的反射还是在光的折射现象中，光路均满足光路可逆性，光路可逆性原理在平面镜成像绘图，折射率的测定与计算中均有重要的应用.【例1】 宽度为d的平面镜MN立于水平地面上，平面镜的正前方
103、的A点处（A点距平面镜M、N点等距离），有一人面对平面镜站在水平地面上，A点距镜面h远；在平面镜的前方与镜面平行的直线PQ上有一点光源S,从远处以速度沿直线QP运动，如图12-5-1所示.已知直线PQ与镜面相距H（Hh）远.hA NHPQ图12-5-1M（1）点光源S沿QP直线运动,在某一范围内可以被A点的人通过平面镜看到,请用作图法画出人通过平面镜可看到发光点S的范围,在图中用粗线标示出来.（2）人通过平面镜可以看到发光点S的时间是多少？【解析】（1）根据光路可逆性（把人看成点光源），如图12-5-2所示BC范围都可看到发光点S图12-5-2（2）如图12-6-2所示： 又 解得 【点拨】本
104、题主要考查光的反射的光路可逆性，把人当做点光源，利用平面镜成像的特点就可得出答案.2.平面镜成像的对称性平面镜成像的重要特点是对称性，成像绘图中先根据对称性确定像的位置，再画出完整的光路图.甲乙hM图12-5-3【例2】如图12-5-3中M是竖直放置的平面镜，镜离地面的距离可以调节。甲、乙二人站在镜前，乙离镜的距离是甲离境的距离的3倍，二人略错开，以便甲能看到乙的像.以l表示镜的长度，h表示乙的身高，为使甲能看到镜中乙的全身像，l的最小值为（ ）A BC Dhh甲乙hABCDO图12-5-4【解析】如图12-5-4示，乙和他的象关于镜面对称，甲看到乙的象，由几何关系知OABOMN得【答案】A【
105、点拨】本题主要考查平面镜成象的规律，解题的关键是利用平面镜成像对称性画好光路图，要注意数学知识的灵活运用.3.分析反射（折射）问题的基本思路在分析光的反射（折射）问题时，应根据题意分析光路，即入射点、入射光线、反射（折射）光线，作出光路图，找出入射角和反射（折射）角的直接已知条件或表达式，然后应用公式求解，找出临界光线往往是解题的关键.【例3】“井底之蛙”这个成语常被用来讽刺没有见识的人，现有井口大小和深度相同的两口井，一口是枯井，一口是水井(水面在井口之下)，两井底枯井水井都各有一只青蛙(青蛙位于井底中央处)，则（ ）A枯井中青蛙觉得天比较小，水井中青蛙看到井外的范围比较大B枯井中青蛙觉得天
106、比较大，水井中青蛙看到井外的范围比较小C枯井中青蛙觉得天比较大，水井中青蛙看到井外的范围比较大D两只青蛙觉得井口一样大，水井中青蛙看到井外的范围比较大1(a)22(b)图12-5-5【解析】如图12-5-5所示，枯井图(a)中的青蛙的视野由井口中的任一直径两端点与井底中央定的入射光线确定，这两条光线仅在空气中传播，不发生偏折，则1角可代表枯井中青蛙的视野范围，枯井中青蛙也因此感觉到天就是井口那么大；水井中图(b)沿直径两端点射入的光线经水面折射后才能进入青蛙的眼睛，由图12-5-9可知青蛙的可视范围(视野)较大，由2角所夹范围决定，但感觉到天较小(限于2角度范围内) .【答案】C【点拨】本题以
107、成语“井底之蛙”作为命题素材，涉及到光的折射，考查学生对空间的想象能力和建立模型的能力。本题目所述情景较新颖，部分考生不能在读完题目后建立起模型，不知道从哪里入手，解题陷入盲目的猜测；另一部分考生未能准确理解“天比较大”和“看到井外的范围比较大”的含义而倍感迷茫.4.分析光的全反射的的方法比较法（1）画出恰好发生全反射的光路图（2）利用几何知识分析线角关系，找出临界角（3）以刚好发生全反射的光线为比较对象来判断光路是否发生全反射，从而画出其它光线的光路图.BCA图12-5-6【例4】如图12-5-6所示，一个横截面为直角三角形的三棱镜，A=300，C900三棱镜材料的折射率是一条与BC面成30
108、0角的光线射向BC面，求：（1）这条光线又从AB边射出时与AB边的夹角；（2）作出其相应光路图.BCA图12-5-7 /【解析】（1）如图12-5-7所示 由折射定律：在BC界面有 sin600=sin =300 sinC= 入射角大于临界角，光线在AC界面发生全反射再经AB界面折射 sin300=sin / / = 600则射出光线与AB面的夹角 =900- /=300 （2）光路图见图12-5-7所示： 【点拨】本题主要考查光的折射和全反射，判断出AC面发生全反射AB面没有发生全反射.5.分析棱镜改变光路和色散的方法（1）棱镜对光线的偏折规律环境介质相对棱镜为光疏介质时光线向底边偏折，虚像
109、向顶角偏移；顶角、底边是相对入射光线和折射光线的位置而言，入射光线延长线切出的角为顶角；当环境介质相对棱镜为光密介质时，光线向顶角偏折，虚像向底边偏移.（2）色散问题应熟记光谱顺序和对应折射率大小顺序，熟记折射率越大，偏折角越大，由偏折规律作出光路图分析判断.【例5】（2006年全国高考重庆卷）OMN为玻璃等腰三棱镜的横截面.a、b两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面MN，在棱镜侧面OM、ON上反射和折射的情况如图12-5-8所示：此可知A棱镜内a光的传播速度比b光的小B棱镜内a光的传播速度比b光的大C. a光的波长比b光的长Da光的频率比b光的高图12-5-8图12-5-16【解析】根据对称
110、性可知：a、b分别在界面处入射角相等，由于a未发生全反射，说明a光对应的临界角大。根据，有，又，知棱镜内a光的传播速度比b光的大。根据 得：.【答案】B C【点拨】本题涉及了折射定律、全反射的条件、折射率与频率的关系、传播速度与折射率的关系等，考查了考生的综合应用物理知识分析、解决问题的能力. 易错门诊光从玻璃射入空气里时传播方向如图12-5-9所示，图12-5-912-5-19请在图中标出入射角和折射角.【错解】如图12-5-10所示，为入射角，为折图12-5-10射角.【错因】一是受思维定势的影响，不加分析地认定玻璃与空气总是上下接触的；二是对光的折射及其规律未吃透，将题设文字条件与图形条
111、件结图12-5-11学5-2合起来的分析能力差.根据光的折射规律，光从水或玻璃等透明物质射入空气里时，折射角大于入射角，题设文字条件是“从玻璃射入空气”，因此折射角大于入射角，再结合题设所给图形，可知CD为界面，AB为法线.【正解】如图12-5-11所示， 为入射角， 折射角（CD左面为玻璃，右面为空气）.【点悟】解光的折射现象的题目，首先应对光线是从光疏媒质进入光密媒质呢？还是光线是从光密媒质进入光疏媒质作出判断。为了保证你每次做题时，能够不忘判断，建议同学们做光的折射题时，先画出光路图，标出入射光线和出射光线的方向，在界面处标出哪一个是光密媒质，哪一个是光疏媒质，然后再解题.高考试题赏析【
112、例6】2006全国，23天空有近似等高的浓云层。为了测量云层的高度，在水平地面上与观测者的距离为d=3.0km处进行一次爆炸，观测者听到由空气直接传来的爆炸声和由云层反射来的爆炸声时间上相差t6.0s，试估算云层下表面的高度.已知空气中的声速v=km/s.dAOh图12-5-12【考点】光的反射定律、光的直线传播、匀速直线运动【解析】如图12-5-12，A表示爆炸处，O表示观测者所在处，h表示云层下表面的高度.用t1表示爆炸声直接传到O处所经时间，则 d=vt1 用t2表示爆炸声经云层反射到达O处所经历时间，因为入射角等于反射角，故有 已知t2t1t 联立式，可得 代入数值得h=2.0103m
113、.郝双制【点拨】本题是光的直线传播和匀速直线运动综合，关键画出光的传播图.【例7】2007全国，17在桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴（图中虚线）与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形如图12-5-13，如所示。有一半径图12-5-13为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的地面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合.已知玻璃的折射率为1.5，则光束在桌面上形成的光斑半径为（ ）Ar B.1.5r C.2r D.2.5r【考点】光的折射、三棱镜、全反射的应用图12-5-14【解析】如12-5-14所示,光线射到A或B时，入射角大于临界角，发生全反射,而后由几何关系得到第二次到达界面的
114、时候垂直打出.O点为ABC的重心，设EC=x，则由几何关系得到：.解得光斑半径x=2r【点拨】本题的关键是知道光线在A或B发生全反射，画出光路图，利用数学知识解三角形就可得出答案.图12-5-15【例6】2008宁夏，32一半径为R的球体放置在水平面上，球体由折射率为的透明材料制成。现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从直表面射出，如图12-5-15所示：已知入射光线与桌面的距离为，求出射角。【考点】光的折射、折射率的计算图12-5-16【解析】如图12-5-16设入射光线与球体的交点为C，连接OC，OC即为入射点的法线。因此，图中的角为入射角.过C
115、点作球体水平表面的垂线，垂足为B，依题意，COB=，又由OBC知sin= 设光线在C点的折射角为，由折射定律得 由式得 由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角(见图)为30.由折射定律得 所以： 解得 【点拨】本题考查几何光学知识，通过画光路图，根据折射定律，由几何关系列式求解.【例7】2007广东，11、关于光的性质，下列说法正确的是（）A光在介质中的速度大于光在真空中的速度B双缝干涉说明光具有波动性C光在同种介质种沿直线传播D光的偏振现象说明光是纵波【考点】光的波动性、光的直线传播【解析】樊守青真空中光速最大，选项A错误；干涉现象、衍射现象、偏振现象都是波的特有属性，选项B正确；光在
116、透明的同种均匀介质中沿直线传播；选项C错误（没有透明均匀的条件是不行的）；偏振现象说明光是横波，选项D错误.【答案】B【点拨】本题的关键是理解光的直线传播的条件和光的波动性，熟练掌握光的本性的基本知识.高考试题选编1.（2008年高考北京）下列说法正确的是（ ）A.用分光镜观测光谱是利用光折射时的色散现象B.用X光机透视人体是利用光电效应C.光导纤维舆信号是利用光的干涉现象D.门镜可以扩大视野是利用光的衍射现象【解析】用X光机透视人体是利用X光的穿透性；光导纤维传输信号是利用光的全反射现象；门镜可以扩大视野是利用光的折射现象.2（2008上海）在杨氏双缝干涉实验中，如果（）A用白光作为光源，屏
117、上将呈现黑白相间的条纹B用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹C用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹D用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹【解析】白光作杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A错；用红光作光源，屏上将呈现红色两条纹与暗条纹（即黑条纹）相间，B对；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，C错；紫光作光源，遮住一条狭缝，屏上出现单缝衍射条纹，即间距不等的条纹，D对.【答案】BD3.（2008天津）下列有关光现象的说法正确的是（ ）A.在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大B.以相同入射角从水中射向空气，紫光
118、能发生全反射，红光也一定能发生全反射C.紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时也一定有电子向外发射D.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度【解析】根据干涉条纹的间距的公式x=可知，由于紫光的波长比红光的波长短，所以改为红光后条纹间距一定增大，A正确；紫光的临界角比红光的临界角小，所以紫光发生全反射后红光不一定发生全反射，B错误；由于紫光的频率大于红光的频率，所以紫光的能量比红光的能量大，紫光发生光电效应红光不一定发生光电效应，C错误，拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振镜是为了防止玻璃的反光，所以D错误.【答案】A4.（2008年高考四川卷
119、理综）如图12-5-17，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60；己知光线在玻璃球内经一次反图12-5-17射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行，此玻璃的折射率为（）A B1.5 C D25.（2007年上海）两种单色光a和b，a光照射某金属时有光电子逸出，b光照射该金属时没有光电子逸出，则（ ）A在真空中，a光的传播速度较大 B在水中，a光的波长较小C在真空中，b光光子的能量较大 D在水中，b光的折射率较小【解析】根据光电效应的规律可知：a光的频率高于b光的频率，故a光传播速度速小于b光的传播速度；a光的能量高于b光的能量；a光的波长小于b光的波长；对于同一种介质a光的折射率大于b光的折
120、射率.【答案】BD6.（2007年上海）光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹，衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应，这一现象说明（ ）A光是电磁波B.光具有波动性C.光可以携带信息D.光具有波粒二象性【解析】 干涉和衍射是波特有的性质，光可以发生衍射，说明光是波；在发生衍射时，衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应，是因为光携带了障碍物的信息；所以BC正确；麦克斯韦预言了电磁波的存在，并且从理论上得出，电磁波在真空中的传播速度应为，而当时实验测得的光速为，麦克斯韦认为这不是一种巧合，它表明光与电磁现象之间有本质的联系，赫兹做了一系列实验，证实了电磁波的存在，并且没测出了实验中的电磁波的波
121、长和频率，从而计算出了电磁波的传播速度，发现电磁波的速度确实与光速相同，证明了光的电磁说的正确性；所以A错误.衍射只能说明光具有波动性，光的粒子性是通过光电效应来证明的.【答案】 BC7.（2008年高考广东卷物理）光纤通信中,光导纤维递光信号的物理原理是利用光的现象，要发生这种现象，必须满足的条件是：光从光密介质射向，且入射角等于或大于.【答案】全反射 光疏介质 临界角图12-5-188.（2007年海南18）如图12-5-18所示，置于空气中的一不透明容器中盛满某种透明液体，容器底部靠近器壁处有一竖直放置的6.0cm长的线光源，靠近线光源一侧的液面上盖有一遮光板，另一侧有一水平放置的与液面
122、等高的望远镜，用来观察线光源，开始时通过望远镜不能看到线光源的任何一部分，将一光源沿容器底向望远镜一侧平移至某处时，通过望远镜刚好可能看到线光源底端.再将光源沿同一方向移动8.0cm，刚好可以看到其顶端，求此液体的折射率n.【解析】当线光源上某一点发出的光线射到未被遮光板遮住的液面上时，射到遮光边缘O的那条光线的入射角最小.若线光源底端在A点时，望远镜内刚好可以看到此光源底端，设过O点液面的法线为OO1，则 其中a为此液体到空气的全反射临界角由折射定律有 同理，若线光源顶端在B1点时，通过望远镜刚好可以看到此光源顶端，则，设此时线光源底端位于B点，由图中几何关系可得 联立式得 dPabc图12
123、-5-19由题给条件可知，代入式得 n=1.39.（2004全国）如图12-5-19所示，abc为一直角三棱镜的横截面，其顶角= 30，P是平行于ab的光屏。现有一束宽度为d的单色平行光垂直射向ab面，结果在屏P上形成一宽度等于的光带，求棱镜的折射率n【解析】平行光束经棱镜折射后的出射光束仍是平行光束，如图12-5-20所示：图中、为acCD图12-5-20dPabcAB面上的入射角和折射角，设出射光线与水平方向成角，则依题意有： BD =d，BC = d CD = d 又 AC = BC tg= = 30 ； =+= 60 棱镜的折射率 【点拨】本题主要考查折射率的计算，考查数学知识在物理中的应用，解决本题的关键是作光路图.高考资源网（） 您身边的高考专家高考资源网()来源：高考资源网版权所有：高考资源网(www.k s 5 )版权所有：高考资源网()版权所有：高考资源网() 版权所有高考资源网
