1、高考物理知识点之光的性质考试要点基本概念一、光的直线传播 1、几个概念光源：能够发光的物体点光源：忽略发光体的大小和形状，保留它的发光性。（力学中的质点，理想化）光能：光是一种能量，光能可以和其他形式的能量相互转化（使被照物体温度升高，使底片感光、热水器电灯、蜡烛、太阳万物生长靠太阳、光电池）光线：用来表示光束的有向直线叫做光线，直线的方向表示光束的传播方向，光线实际上不存在，它是细光束的抽象说法。（类比：磁感线 电场线）实像和虚像点光源发出的同心光束被反射镜反射或被透射镜折射后，若能会聚在一点，则该会聚点称为实像点；若被反射镜反射或被透射镜折射后光束仍是发散的，但这光束的反向延长线交于一点，
2、则该点称为虚像点实像点构成的集合称为实像，实像可以用光屏接收，也可以用肉眼直接观察；虚像不能用光屏接收，只能用肉眼观察2光在同一种均匀介质中是沿直线传播的lSAhxvt注意前提条件：在同一种介质中，而且是均匀介质。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）。点评：光的直线传播是一个近似的规律。当障碍物或孔的尺寸和波长可以比拟或者比波长小时，将发生明显的衍射现象，光线将可能偏离原来的传播方向。二、反射 平面镜成像1、反射定律光射到两种介质的界面上后返回原介质时，其传播规律遵循反射定律反射定律的基本内容包含如下三个要点： 反射光线、法线、入射光线共面
3、； 反射光线与入射光线分居法线两侧； 反射角等于入射角，即2平面镜成像的特点平面镜成的像是正立等大的虚像，像与物关于镜面对称3光路图作法根据成像的特点，在作光路图时，可以先画像，后补画光路图。4充分利用光路可逆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范围三、折射与全反射1折射定律 (荷兰 斯涅尔)ir光射到两种介质的界面上后从第一种介质进入第二种介质时，其传播规律遵循折射定律折射定律的基本内容包含如下三个要点： 折射光线、法线、入射光线共面； 折射光线与入
4、射光线分居法线两侧； 入射角的正弦与折射角的正弦之比等于常数，即折射定律的各种表达形式： (1为入、折射角中的较大者，C为全反射时的临界角。)折射光路是可逆的。n1介质确定，n确定。（空气1.00028 水n1.33 酒精n1.6）（不以密度为标准）光密介质和光疏介质（1）与密度不同(2)相对性 （3）n大角小，n小角大2全反射现象（1）现象：光从光密介质进入到光速介质中时，随着入射角的增加，折射光线远离法线，强度越来越弱，但是反射光线在远离法线的同时强度越来越强，当折射角达到90度时，折射光线认为全部消失，只剩下反射光线全反射。（2）条件：光从光密介质射向光疏介质； 入射角达到临界角，即（3
5、）临界角: 折射角为900（发生全发射）时对应的入射角,3光导纤维，海市蜃楼和内窥镜全反射的一个重要应用就是用于光导纤维（简称光纤）。光纤有内、外两层材料，其中内层是光密介质，外层是光疏介质。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。四、棱镜和玻璃砖对光路的作用1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，虚像向顶角偏移。2全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。选择适当的入射点，可以使入
6、射光线经过全反射棱镜的作用在射出后偏转90o（右图1）或180o（右图2）。要特别注意两种用法中光线在哪个表面发生全反射。4玻璃砖所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱。当光线从上表面入射，从下表面射出时，其特点是：射出光线和入射光线平行；各种色光在第一次入射后就发生色散；射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关；可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。物理光学光的本性学说发展史光的波粒二象性粒子性光电效应微粒说（牛顿）波动说（惠更斯）电磁说（麦克斯韦）光子说（爱因斯坦）光的波粒二象说光的干涉波动性光的衍射光的本性一、粒子说和波动说1、 微粒说（牛顿）认为个光是粒子流，从光源出发，在均匀介质中遵循力
7、学规律做匀速直线运动。 成功直线传播（匀速直线运动）、反射（经典粒子打在界面上） 困难干涉，衍射（波的特性），折射（粒子受到界面的吸引和排斥：折射角、不能一视同仁），光线交叉2、波动说（荷兰）惠更斯、（法）菲涅尔，光在“以太”中以某种振动向外传播成功反射、折射、 干涉、衍射困难光电效应、康普顿效应、偏振19世纪以前，微粒说一直占上风（1） 人们习惯用经典的机械波的理论去理解光的本性。（2） 牛顿的威望（3） 波动理论本身不够完善 （以太、惠更斯无法科学的给出周期和波长的概念）3、光的电磁说（英）麦克斯韦，光是一种电磁波4、光电效应证明光具有粒子性二、光的双缝干涉证明光是一种波1、 实验 180
8、1年，（英）托马斯杨 单色光 单孔屏 双孔屏 接收屏2、现象（1） 接收屏上看到明暗相间的等宽等距条纹。中央亮条纹（2） 波长越大，条纹越宽（3） 如果用复色光（白），出现彩色条纹。中央复色（白）原因：相干光源在屏上叠加（加强或减弱）3、 小孔的作用：产生同频率的光双孔的作用：产生相干光源（频率相同，步调一致，两小孔出来的光是完全相同的。）4、 条纹的亮暗 L2L1=（2K+1）/ 2 弱 L2L1=2K*/ 2 =K 强5、 条纹间距波长 X = L / d波长 双缝到屏的距离 双缝距离6、 1 m = 10 9nm 1 m = 10 10 A 三、薄膜干涉光是一种波1、 实验酒精中撒钠盐，
9、火焰发出单色的黄光2、 现象（1） 薄膜的反射光中看到了明暗相间的条纹。条纹等宽（2） 波长越大，条纹越宽（3） 如果用复色光，出现彩色条纹3、 原因从前后表面反射回来的两列频率相同的光波叠加，峰峰强、谷谷强、峰谷弱（ 阳光下的肥皂泡、水面上的油膜、压紧的两块玻璃 ）4、 科技技上的应用（1）查平面的平整程度 单色光入射，a的下表面与b的上表面反射光叠加，出现明暗相间的条纹 ，如果被检查的平面是平的，那么空气厚度相同的各点就位于同一条直线上，干涉后得到的是直条纹，否则条纹弯曲。（2）增透膜膜的厚度为入射光在薄膜中波长的1/4倍时，从薄膜的两个面反射的波相遇，峰谷叠加，反射减，抵消黄、绿光，镜头
10、呈淡紫色。四光的衍射光是一种波1、实验 a 单缝衍射b 小孔衍射光绕过直线路径到障碍物的阴影里去的现象，称光的衍射，其条纹称衍射条纹2、条纹的特点：条纹宽度不相同，正中央是亮条纹，最宽最亮，若复色光（白），彩色条纹，中央复色（白）3、泊送亮斑（法）菲涅尔理论 泊松数学推导4、光的直线传播是近似规律 五光的电磁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。1、电磁波谱：波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线（一切物体都放出红外线，1800年，英国 赫谢尔 ）、可见光、紫外线（一切高温物体，如太阳、弧光灯发出的光
11、都含有紫外线，1801年， 德国 里特）、X射线（高速电子流照射到任何固体上都会产生x射线，1895年，德国 伦琴，）、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；射线是原子核受到激发后产生的。2、各种电磁波的产生、特性及应用。电磁波产生机理特 性应 用无线电波LC电路中的周期性振荡波动性强无线技术红外线原子的最外层电子受激发后产生的热作用显著，衍射性强加热、高空摄影、红外遥感可见光引起视觉产生色彩效应照明、
12、摄影、光合作用紫外线化学、生理作用显著、能产生荧光效应日光灯、医疗上杀菌消毒、治疗皮肤病、软骨病等伦琴射线原子的内层电子受激发后产生的穿透本领很大医疗透视、工业探伤射线原子核受激发后产生的穿透本领最强探伤；电离作用；对生物组织的物理、化学作用；医疗上杀菌消毒；3、实验证明：物体辐射出的电磁波中辐射最强的波长m和物体温度T之间满足关系m T = b（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。六光电效应在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。（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。）光
13、效应中发射出来的电子叫光电子。（1）光电效应的规律。各种金属都存在极限频率0，只有0才能发生光电效应；光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入光的频率增大而增大；当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入光的强度成正比；瞬时性（光电子的产生不超过10-9s）。（2）光子说、普朗克量子理论电磁波的发射和接收是不连续的，是一份一份的，每一份叫能量子或量子，每一份的能量是Eh ，h6.6310 34 Js，称为普朗克常量。爱因斯坦光子说光的发射、传播、接收是不连续的，是一份一份的，每一份叫一个光子。其能量Eh 。解释：一对一，不积累，能量守恒， 爱因斯坦光电效应方程 E=h ：Ek= h -
14、 W（Ek是光电子的最大初动能；W是逸出功，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。）（3）光电管阴极K阳极A玻璃泡（碱金属） （4）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。七 康普顿效应八、光的波粒二象性1光的波粒二象性人们无法用其中一种观点把光的所有现象解释清楚，只能认为光具有波粒二象性，但不能把它看成宏观经典的波和粒子。减小窄缝的宽度，减弱光的强度，使光子一个一个的通过，到达接收屏的底片上。若暴光时间短，底片上是不规则的亮点，若
15、暴光时间长，底片上是条纹干涉、衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波；光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子；因此现代物理学认为：光具有波粒二象性。2正确理解波粒二象性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，是一份能量。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。高的光子容易表现出粒子性；低的光子容易表现出波动性。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。由光子的能量E=h，光子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
16、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 = p c。八、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=。九光的偏振光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。各种电磁波中电场E的方向、磁场B的方向和电磁波的传播方向之间，两两互相垂直。光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起的，将E的振动称为光振动。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。偏振光。自
17、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。十、激光（1）方向性好激光束的光线平行度极好，从地面上发射的一束极细的激光束，到达月球表面时，也只发散成直径lm多的光斑，因此激光在地面上传播时，可以看成是不发散的（2）单色性强激光器发射的激光，都集中在一个极窄的频率范围内，由于光的颜色是由频率决定的，因此激光器是最理想的单色光源由于激光束的高度平行性及极强的单色性，因此激光是最好的相干光，用激光器作光源观察光的干涉和衍射现象，都能取得较好的效果（3）亮度高所谓亮度，是指垂直于光线平面内单位面积上的发光功率，自然光源亮度最高的是太阳，而目前的高功率激光器，亮度可达太阳的1万倍