1、第4讲 光的波动性 光 的 传 播第十四章一、光的本性学说的发展史1.光的微粒说代表人物是牛顿，认为光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀介质中以一定的速度传播.微粒说很容易解释光的直进现象与反射现象，但在解释一束光射到两种介质分界面处会同时发生反射和折射现象时遇到了困难.2.光的波动说代表人物是惠更斯，认为光是某种振动，以光的形式向周围传播.波动说在解释一束光射到两种介质分界面处同时发生反射和折射等现象时很成功，然而在解释光遇到障碍物在其后面留下清晰的影子时遇到了困难.3.光的电磁说代表人物是麦克斯韦和赫兹，认为光是一种电磁波，从而解决了光的波动说在传播介质问题上遇到的困难.然而在解释光电效应
2、和康普顿效应时遇到了困难.4.光的量子说代表人物是爱因斯坦，他是在普朗克提出的能量子假设的基础上提出的.光子说认为在光的发射和吸收过程中光只能一份份地发射与吸收，这一份最小能量称为光量子，简称光子；能量值Eh.光子的静质量为零，动量为ph/c.光子说能圆满解释光电效应规律.5.光的波粒二象性光既有粒子性，又有波动性，就是光的波粒二象性.一般来说，大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性.频率越高的光粒子性越明显，波长越长的电磁波波动性越明显.研究光与粒子相互作用时，往往考虑光的粒子性，研究光的传播时往往考虑光的波动性.人类对光的本性的认识经历了曲折的过程.下列关于
3、光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是()A.牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B.光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C.麦克斯韦预言了光是一种电磁波D.光具有波粒二象性BCD牛顿的“微粒说”把光视为一个物质微粒，爱因斯坦的“光子说”是把光子视为一个能量子，其既有粒子性又有波的性质，本质不同，A项错；光是电磁波，具有波动性，光又具有粒子性，所以光具有波粒二象性.二、光的干涉1.产生稳定干涉的条件：两列光的频率相同，振动情况相同，即相干波源.2.单色光产生的干涉图样的特点（1）中央出现的总为明条纹，两边则为明、暗相间的条纹；（2）两相邻明纹（或暗纹）间的距离相等.（3）条纹的
4、间距与单色光的波长成正比，红光的最大，紫光的最小.3.白光产生的干涉图样的特点中央为白色条纹，两侧为彩色条纹，且红光在外侧，紫光在内侧.4.杨氏双缝干涉两束相干光在介质中某一点叠加时的情况决定于光程差.（1）当k（k0，1，2）时，两列波总在该点波峰跟波峰叠加，波谷跟波谷叠加，光波得到加强，出现明条纹；（2）当（k0，1，2）时，两列波总在该点波峰跟波谷叠加，光波相互削弱，出现暗条纹.212k（）从点光源L发出的白光，经过透镜后成一平行光束，垂直照射到挡光板P上，板上开有两条靠得很近的平行狭缝S1、S2，如图14-4-1，在屏Q上可以看到干涉条纹，图中O点是屏上与两狭缝等距离的一点，则（）图1
5、4-4-1CA.干涉条纹是黑白的，O点是亮点B.干涉条纹是黑白的，O点是暗点C.干涉条纹是彩色的，O点是亮点D.干涉条纹是彩色的，O点是暗点由于O到S1、S2是等间距的，所以其路程差为零，所以在O点出现亮条纹.又由于是白光的干涉，出现的是彩色条纹.5.薄膜干涉（1）光射到一透明薄膜上时，薄膜的前后表面都会对光产生反射，这两束反射光波相遇时产生干涉现象为薄膜干涉.（2）薄膜干涉的特点：由于光波波长极短，因此干涉所用的介质薄膜要足够薄才能观察到干涉条纹；由于是两列反射波发生干涉现象，所以要在入射光的同侧观察才能看到干涉条纹;同一条亮(暗)条纹上所对应薄膜厚度完全相同;单色光在肥皂膜上(上薄下厚)形
6、成水平状亮暗相间条纹(白光入射形成彩色条纹).（3）薄膜干涉的应用平面检测仪利用薄膜干涉可以检查工件表面的平整程度.同一条干涉条纹对应的空气薄层的厚度相同，若被测物体表面的某处凹凸不平，则那里空气薄层的厚度就不同，干涉条纹就会发生弯曲.增透膜为了减少光在透镜表面的反射损失，在透镜表面上涂的一层很薄的透明薄膜，它使膜的前后表面的反射光相消，从而起到增透的作用.当光在膜里传播的 波 长 为 时，增 透 膜 的 厚 度 为最小厚度为/4.1(),24n如图14-4-2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
7、纹平行排列D.彩色条纹竖直排列图14-4-2BC白光从左侧照射到薄膜上,经两个表面反射回来的光相遇产生干涉现象.这样人从左侧向右看可以看到彩色条纹.故A错B对.由于薄膜从上到下逐渐变厚，且同一水平线上厚度相同，两列反射光叠加时振幅相同，故彩色条纹是水平的，C对D错.三、光的衍射光偏离直线传播绕到障碍物的几何阴影里去的现象叫光的衍射.说明：（1）任何波通过障碍物时都会发生衍射，但要发生明显的衍射现象必须满足：障碍物或孔的尺寸比波长小或者差不多.（2）在发生明显衍射的条件下，当窄缝变窄时，亮斑的范围变大，条纹间距变大，但亮度变暗.1.单缝衍射（1）单色光的单缝衍射条纹：中央条纹亮而宽，两侧的亮纹具
8、有对称性，且亮度减弱，宽度变窄.单缝宽一定时，单色光的波长越长，亮纹越宽，条纹间距越宽.（2）白光的单缝衍射条纹：中央为白色亮纹，两侧为彩色条纹，且每一单元彩带中外侧为红色、内侧为紫色.2.小孔衍射：明暗相间的同心圆环.3.泊松亮斑：在光的传播方向上放置一足够小的圆板，这时在光屏上的阴影中心会出现一个亮斑，称为泊松亮斑.4.光的干涉与光的衍射的关系（1）干涉和衍射都是波所特有的现象，在很多时候，两者同时表现出来，如单缝衍射，光波绕到单缝背后是衍射的结果，而出现的明暗相间的衍射图样是干涉的结果.（2）干涉条纹与衍射条纹的关系：光的干涉条纹与衍射条纹的宽度都随入射光波长的增大而变宽；干涉条纹是等间
9、距、等亮度的；单缝衍射条纹除中央明条纹最宽最亮外，两侧条纹亮度、宽度逐渐减小.红光透过双缝在墙上呈现明、暗相间的条纹，若将其中的一条缝封住，在墙上可以观察到()A.条纹形状与原来相同，但亮度减弱B.仍有条纹，但形状与原来不同C.一片红光D.光源的像B红光透过双缝在墙上呈现明、暗相间的干涉条纹，若将其中的一条缝封住，则在墙上可以观察到单缝衍射条纹.干涉条纹是明、暗相间的等距条纹，而衍射条纹中央又宽又亮，两侧条纹宽度减小、亮度减弱，所以两者条纹形状不同.四、光的偏振1.自然光：在与光的传播方向垂直的平面内，沿各个方向振动的光波强度都相同的光叫自然光.太阳光就是自然光.2.光的偏振：在与光的传播方向
10、垂直的平面内，只沿一个特定的方向振动的光，叫偏振光.光能发生偏振，说明光波是一种横波.两片偏振片紧靠在一起，它们偏振方向互相垂直，将它们放在一盏灯的前面以致有很微弱的光通过，如果将其中的一片旋转180，在旋转过程中，将会产生下述中的哪种现象()A.通过偏振片的光的强度先减弱后增强B.透过的光的强度先增强，然后又减弱C.透过的光的强度在整个过程中都增强D.透过的光强先增强，再减弱，最后又增强B当起偏器和检偏器的偏振方向垂直时，才有很微弱的光通过，所以初始情况是起偏器和检偏器的偏振方向垂直；偏振方向平行时，光强度达到最大.旋转180的过程中，两偏振片的方向由垂直到平行再到垂直，所以通过的光先增强，
11、后减弱.五、光的电磁说1.麦克斯韦预言了电磁波的存在，并认为光是一种电磁波，此后赫兹用实验证实了这种假说.光的波长、频率和光速的关系式为v=f，同一种色光由一种介质进入另一种介质时，颜色和频率均不变，光速和波长因介质不同而改变.2.电磁波按波长由大到小的顺序排列为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线，除可见光外，相邻波段都有重叠，没有绝对的界限.其产生机理、特征、应用等可概括为下表：波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线 射线产生机理振荡电路中自由电子的周期性运动原子外层电子受激发原子内层电子受激发原子核受激发特性波动性强热效应视觉化学作用、荧光效应贯穿作用强贯穿本领最强应用无线电技
12、术加热遥感照明摄影感光技术、医用消毒检查探测医用消毒工业探伤医用治疗下列说法中正确的是()A.红外线易穿透云层，故被广泛应用于遥感技术领域B.医院用X光进行透视，是因为它是各种电磁波中穿透能力最强的C.阳光晒黑皮肤，主要是阳光中红外线的作用D.电取暖器利用了红外线的热作用AD由于一切物体都能发射红外线，且红外线波长较长，容易绕过空气中的微粒，穿透云层，故被用于高空红外遥感，A项对；X光穿透能力没有射线强，B项错；晒黑皮肤是紫外线的原因，C项错；取暖利用的是红外线的热效应，D项对.故选AD.六、激光激光和自然光相比，具有以下特点：1.激光是人工产生的相干光，可应用于光纤通信.2.平行度非常好.应
13、用于激光测距雷达，可精确测距、测速等.3.亮度高能量大，应用于切割各种物质、打孔和焊接金属.医学上用激光作“光刀”来做外科手术.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，紫光能发生全反射，红光也一定能发生全反射AC.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对光的干涉、全反射、光电效应的理解.根据干涉条纹的间距的公式可知，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
14、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.lxd 用a、b、c、d表示四种单色光，若：a、b从同种玻璃射向空气，a的临界角小于b的临界角；用b、c和d在相同条件下分别做双缝干涉实验，c的条纹间距最大用b、d照射某金属表面，只有b能使其发射电子.则可推断a、b、c、d可能分别是()A.紫光、蓝光、红光、橙光B.蓝光、紫光、红光、橙光C.紫光、蓝光、橙光、红光D.紫光、橙光、红光、蓝光
15、A根据临界角、折射率由可知nanb，根据色散规律可知a的频率大于b；根据双缝干涉条纹间距由可知b、c和d中c的波长最长，再根据色散规律可知b、c、d中c的频率最小；1sinCn12sinsinn，,lxd 每种金属都有对应的最小入射光频率，入射光频率越大、光电效应越容易发生，由可知b和d中b的频率大，综合上述可知a、b、c、d的频率从大到小依次为a、b、d、c,只有A选项中满足.光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是()A.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象B.用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象DC.在光导纤维束内传送图像是利用光的色
16、散现象D.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象对光的反射、衍射、色散、偏振等性质的理解.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象，A错；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射形成的色散现象，B错；在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象，C错；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，D对.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BDD.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机械波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.