光的特性講解及題目分析.doc

輔導(dǎo)材料光的特性一、本講內(nèi)容光的波動性二、重點難點簡析1光的干涉現(xiàn)象（1）現(xiàn)象：兩列相干光波在相遇的區(qū)域內(nèi)疊加干涉，形成“有明有暗，明暗相間”的干涉紋。（2）意義：光的干涉現(xiàn)象充分證實了光具有波動的特性。（3）相干條件：頻率相同；相差恒定。（4）雙縫干涉：由同一光源發(fā)出的光經(jīng)雙縫后獲得的兩列相干光波疊加而形成的干涉現(xiàn)象。若從雙縫射出的是頻率相同，相差為零的光波，則屏上到達(dá)雙縫的路程差等于光的半波長的偶（奇）數(shù)倍處，將出現(xiàn)明（暗）紋。若雙縫間距為d，雙縫屏到光屏的距離為L，入射光波長為，則相鄰明（暗）紋間距為x=上述關(guān)系式給出了一種“測量光波長”的方法。波長和頻率我們知道，波長與頻率的乘積等于波速各種色光在真空中的速度都等于c，如果用v表示光波的頻率，則有c=v由于各種色光的波長不同，可見它們的頻率也不相同紅光的波長最長，頻率最小；紫光的波長最短，頻率最大下表是各種色光的頻率和在真空中波長的范圍：光的波長也常用埃（A）作單位，1埃=10-10米但埃不是國際制單位（5）薄膜干涉：由透明膜的前、后表面反射的相干光波疊加而形成的干涉現(xiàn)象。利用薄膜干涉可以檢驗工件平面是否平整，還可以作為光學(xué)鏡頭上的增透膜。2光的衍射現(xiàn)象（1）現(xiàn)象：光繞過障礙物的現(xiàn)象。（2）意義：光的衍射現(xiàn)象進(jìn)一步表明光是波。（3）條件：從理論上講衍射是無條件的，但需發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，其條件是阻礙物（或孔）的尺寸與光波可比（接近光波長或小于光波長）。（4）單縫衍射：光通過單縫照射到屏上時，屏上將出現(xiàn)“有明有暗，明暗相間”的衍射條紋，與雙縫干涉的干涉條紋不同的是：干涉條紋均勻分布，而衍射條紋的中央明紋較寬，較亮。（5）泊松亮斑：光照射到不透光的小圓板上時，在圓板陰影中心處出現(xiàn)的衍射亮斑。3光的偏振現(xiàn)象（1）自然光與偏振光：沿著各個方向振動的強度均相同的光稱自然光；只沿某一特定方向振動的光稱偏振光。（2）偏振現(xiàn)象：自然光經(jīng)過某一偏振片（起偏器）A后即變?yōu)槠窆?；若再使光?jīng)過另一偏振片（檢偏器）B并逐漸轉(zhuǎn)動偏振片B使A與B的偏振化方向相互垂直，則光就完全不能透過偏振片B。這樣的現(xiàn)象叫做光的偏振現(xiàn)象。（3）意義：光的偏振現(xiàn)象充分表明光波是橫波。因為偏振現(xiàn)象是橫波所特有的現(xiàn)象。4光的電磁說理論（1）光的電磁說理論 光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象充分說明光是一種波，而建立在一定理論研究（麥克斯韋理論）和實驗事實基礎(chǔ)（光速與電磁波速的比較，光的偏振等）上的光的電磁說更進(jìn)一步指出：光是一種電磁波。（2）電磁波譜 光與其它電磁波一起按波長從大到小排列起來，構(gòu)成所謂電磁波譜：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、x射線、射線。（3）各波段電磁波的比較（見表） 電磁波產(chǎn)生機(jī)理主要應(yīng)用無線電波電路中自由電子振動無線電廣播電視紅外線原子核外外層電子躍遷熱作用可見光原子核外外層電子躍遷視覺效應(yīng)紫外線原子核外外層電子躍遷熒光效應(yīng)，化學(xué)作用x射線原子核外內(nèi)層電子躍遷醫(yī)用、人體透視射線核內(nèi)能級躍遷金屬探傷等三、典型例題例1用包括紅、綠、紫三種色光的復(fù)色光做光的雙縫干涉實驗，在所產(chǎn)生的干涉條紋中離中心條紋最近的干涉條紋是（ ）A紅色條紋； B綠色條紋；C紫色條紋； D三種條紋中心條紋的距離相等分析：不同色光波長不同，紅光波長最長，紫光波長最短；雙縫干涉中條紋間距與光波長成正比。解：雙縫干涉現(xiàn)象中將在光屏上產(chǎn)生明、暗相間的干涉條紋，條紋間距與光波長成正比，中心處應(yīng)該是三種單色光的干涉中央明紋疊加，形成的復(fù)色光條紋，考慮到紫光波長最短，紫光的干涉條紋間距最小，所以，靠中心條紋最近的應(yīng)該是紫色條紋。比例應(yīng)選C。例2 在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏上觀察到彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光用只能透過紅光），另一縫前放一綠色濾光片（只能透過綠光），這時：A、只有紅色和綠色的干涉條紋，其它顏色的雙縫干涉條紋消失；B、紅色和綠色的干涉條紋消失，其它顏色的干涉條紋仍然存在；C、任何顏色的干涉條紋都不存在，但屏上仍有亮光；D、屏上無任何亮光解：在雙縫干涉實驗中，白光通過單縫成為線光源，從單縫時出的光通過雙縫分成兩束光，它們在光屏上形成彩色的干涉條紋，現(xiàn)在兩個縫前分別放上紅色和綠色濾光片，紅光和綠光的頻率不同，不是相干光，所以屏上沒有干涉條紋，只有亮光，選擇項C正確例3用紅光做光的雙縫干涉實驗，光屏上出現(xiàn)明、暗相間直間距均勻的紅色的干涉條紋，今用不透光的障礙物堵起一條縫，則屏上（ ）A一片黑暗； B一片紅色；C仍然是紅色的干涉條紋，只是亮相減弱；D仍然是明、暗相間的紅色條紋，但條紋間距不相同。分析：紅色透過雙縫將發(fā)生雙縫干涉現(xiàn)象；堵起一條縫后紅光只能透過單縫而發(fā)生單縫衍射現(xiàn)象。注意到雙縫干涉的條紋間距與單縫衍射的條紋間距是不同的。解：堵起一條縫后紅光只能透過單縫而射到屏上發(fā)生單縫衍射現(xiàn)象，也應(yīng)將在屏上產(chǎn)生明、暗相間的紅色條紋，只是單縫衍射所產(chǎn)生的衍射條紋間距不均勻，由此知：此例應(yīng)選D。例4用白光做雙縫干涉實驗時，得到彩色的干涉條紋，下列正確的說法是：A、干涉圖樣的中央亮紋是白色的；B、在靠近中央亮紋兩側(cè)最先出現(xiàn)的是紅色條紋；C、在靠近中央亮紋兩側(cè)最先出現(xiàn)的是紫色條紋；D、在靠近中央亮紋兩側(cè)最先出現(xiàn)的彩色條紋的顏色與雙縫間距離有關(guān)分析與解答：白光是各種不同色光組成的復(fù)色光，光屏中央到兩狹縫距離相等，各色光經(jīng)雙縫到達(dá)光屏中央的路程差為零，在光屏中央均出現(xiàn)亮紋，各色光復(fù)合成白光，所以中央亮紋為白色由 可知不同色光的干涉條紋間距 隨波長的增大而增大，紫光的波長最短所以靠近中央亮紋兩側(cè)最先出現(xiàn)的是紫色條紋，選擇項AC是正確的例5關(guān)于衍射的下列說法中正確的是：（ ）A、衍射現(xiàn)象中條紋的出現(xiàn)是光疊加后產(chǎn)生的結(jié)果B、從雙縫干涉中也存在折射現(xiàn)象C、一切波都很容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象D、影的存在是一個與衍射現(xiàn)象相矛盾的客觀事實分析與解答：對于選項A，衍射現(xiàn)象是光通過單縫或孔形成的，但通過單縫（或孔）很窄（?。┻@些光波在相遇的區(qū)域里必然發(fā)生疊加于是就出現(xiàn)了條紋故A正確。對選項B雙縫干涉中，每縫中透過的光自身必然發(fā)生衍射，因為它完全符合衍射的條件，故B亦正確至于選項C，一切波都能發(fā)生衍射，但并不是一切破都容易發(fā)生明顯的衍射，要發(fā)生明顯的衍射，必須滿足小孔（或障礙物）的尺度小于或近似等于波長，而有些被長是極短的（例如射線）所以就不易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，故C錯，選項D也是錯的，影的出現(xiàn)只不過是障礙物的尺度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波長，沒能發(fā)生明顯衍射，而且衍射是波的本質(zhì)屬性，并不能以是否被發(fā)現(xiàn)而改變，仔細(xì)觀察便會發(fā)現(xiàn)：影的邊緣是模糊的，也就是說已經(jīng)發(fā)生了衍射，但不明顯罷了，實際上“影的出現(xiàn)”與“衍射條紋”是光波在不同條件下的表現(xiàn)故選AB例6關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下面說法正確的是（ ）A、紅光的單縫衍射圖樣是紅黑相間的直條紋B、白光的單縫衍射圖樣是白黑相間的直條紋C、光照到不透明小圓盤上出現(xiàn)泊松亮斑，說明發(fā)生了衍射D、光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，說明光沿直線傳播，不存在光的衍射分析與解答：單色光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是明暗相間的直條紋，白光的衍射圖樣是彩色條紋；光照到不透明圓盤上，在其陰影處出現(xiàn)亮點，是衍射現(xiàn)象光的衍射現(xiàn)象只有明顯與不明顯之分，D項中屏上大光斑的邊線很模糊，正是光的衍射造成的，不能認(rèn)為不存在衍射現(xiàn)象綜合以上分析，選項A、C正確例7試分析下列光現(xiàn)象各屬于哪種：夏天的樹蔭下出現(xiàn)了很多小的圖形亮斑，這是_；雨后路面上油膜呈現(xiàn)出彩色，這是_；在陽光照射下有時玻璃片的邊緣呈現(xiàn)出彩色，這是_.分析：比例要求了解各種光現(xiàn)象的形成原因及基本特征。解：夏天樹蔭下出現(xiàn)小的圖形亮斑是光的小孔成像現(xiàn)象，這些圖形斑實際上是太陽經(jīng)茂密的枝葉間的小孔所形成的像；雨后路面上油膜呈現(xiàn)彩色是光的薄膜干涉現(xiàn)象，由于陽光是復(fù)色光，不同色光波長不同，將會在油膜的不同厚度、處經(jīng)前，后表面反射疊加加強，這才使得復(fù)色光經(jīng)油膜的薄膜干涉后呈現(xiàn)出彩色；陽光照射下玻璃片邊緣呈現(xiàn)出彩色是光的色散現(xiàn)象，不同色光經(jīng)玻璃片邊緣兩次折射后偏折的程度有所不同，這就是因色散而呈現(xiàn)出彩色的原因所在。例8和紅外線相比，x射線的頻率比較_；在水中傳播的速度比較_；水對其折射率比較_；從水中射向空氣時發(fā)生全反射現(xiàn)象的臨界角比較_；繞過障礙物的本領(lǐng)比較_；穿透能力比較_。分析：要求熟悉電磁波譜，同時要了解頻率，波速、折射率、波長、穿透能力等因素間的關(guān)系。解：從電磁波譜的排列中可知，x射線的頻率的紅外線要高。而頻率越高，在介質(zhì)中傳播速度越慢，介質(zhì)對其的折射率越高，在介質(zhì)中射向空氣時發(fā)生全反射現(xiàn)象的臨界角越小，波長越短而導(dǎo)致繞過障礙物的本領(lǐng)越多，能量越多而導(dǎo)致穿透能力越強。由此知：此例應(yīng)依次填充：高、慢、大、小、弱、強。例9關(guān)于電磁波譜的下列說法中正確的是（ ）A、倫琴射線是高速電子流射到固體上，使固體原子的內(nèi)層電子受激發(fā)而產(chǎn)生的B、射線是原子的內(nèi)層電子受激發(fā)而產(chǎn)生的C、紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射D、在電磁波譜中，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是射線分析與解答：射線是原子核受激發(fā)產(chǎn)生的，故答案B不對，在電磁波譜中從無線電波到射線，波長逐漸減小，頻率逐漸增大，而波長越大，波動性越強，越容易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，因此紫光應(yīng)比紫外線更容易發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，無線電波最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，故C、D答案也不對正確答案是A例10 兩個偏振片緊靠在一起將它們放在一盞燈的前面以致沒有光通過如果將其中的一片旋轉(zhuǎn)180度，在旋轉(zhuǎn)過程中，將會產(chǎn)生下述的哪一種現(xiàn)象（ ）A、透過偏振片的光強先增強，然后又減少到零B、透過偏振片的光強光增強，然后減少到非零的最小值C、透過偏振片的光強在整個過程中都增強D、透過偏振片的光強先增強，再減弱，然后又增強分析與解答：起偏器和檢偏器的偏振方向垂直時，沒有光通過；偏振方向平行時，光強度達(dá)到最大當(dāng)其中一個偏振片轉(zhuǎn)動180度的過程中，兩偏振片的方向由垂直到平行再到垂直，所以通過的光先增強，又減小到零，選項A正確例11以下特點哪些是激光的特性：（ ）（A）方向性好（B）單色性強 （C）相干性好 （D）溫度高 分析與解答：激光束的光線平行度極好，可以看成是不發(fā)散的，所以A正確；激光器發(fā)射的激光，都集中在一個極窄的頻率范圍內(nèi)，由于光的顏色是由頻率決定的，因此激光器是最理想的單色光源，所以B正確；由于激光束的高度平行性及極強的單色性，因此激光是最好的相干光，所以C也是正確的；D答案說的是激光的溫度，是錯誤的，應(yīng)該是亮度高鞏固練習(xí)一、選擇題（每題4分，共60分）1紅光和紫光的波長分別為1和2，在真空中傳播速度分別為1和2，在水中傳播速度為u1和u2，當(dāng)用同樣的雙縫裝置分別用紅光和紫光做雙縫干涉實驗所產(chǎn)生的條紋間距為x1和x2，則（ ）A12 B12Cu1u2 Dx1x22在楊氏干涉實驗中，用一束折光照射小孔，在其后的雙孔處用紫色玻璃擋住一孔，用紅色玻璃擋住另一孔，則在屏上（ ）A出現(xiàn)紅紫相同的干涉條紋；B紅色干涉條紋；C紫色干涉條紋；D無干涉條紋。3一整在玻璃中波長為4000的單色光，由玻璃射向真空界面，當(dāng)入射角i=sin1（） 時就無法進(jìn)入真空，則此單色光在真空中的波長和頻率為：（ ）A6000，7.51014Hz B6000，51014Hz C4000，7.51014Hz D4000，51014Hz 4關(guān)于光的傳播，下列說法中哪些是正確的？（ ）A各種色光在真空中傳播速度相同，在介質(zhì)中傳播速度不同；B各種色光在真空中頻率不同，同一色光在不同介質(zhì)中頻率相同；C同一色光在各種介質(zhì)中折射率不同，不同色光在同一介質(zhì)中折射率相同；D各種色光在同一介質(zhì)中波長不同，同一色光在真空中的波長比任何價質(zhì)中的波長都長。5關(guān)于無線電波，下列說法哪些是正確的？（ ）A電磁波中最容易表現(xiàn)干涉、衍射現(xiàn)象的是無線電波；B紅外線、可見光、紫外線是原子外層電子受激發(fā)以后產(chǎn)生的；C射線是原子內(nèi)層電子受激發(fā)而產(chǎn)生的；D紅外線的波長比紅光的波長長，它的顯著效應(yīng)是熱效應(yīng)。6關(guān)于光學(xué)裝置上的增透膜，下列說法中錯誤的是（ ）A照相機(jī)的鏡頭上涂一層增透膜后，可提高成像的藝術(shù)效果。B光學(xué)鏡頭上涂增透膜是為了使入射的各種色光都不發(fā)生反射。C增透膜的厚度應(yīng)是入射光波長的四分之一。D涂有增透膜的鏡頭，看上去呈淡紫色，說明增透膜增強了鏡頭對紫光的透射程度7如圖所示是用干涉檢查某塊厚玻璃板的上表面是否平的裝置。所用單色光是用普通光源加濾光片產(chǎn)生的，檢查中所觀察到的干涉條紋是由下列哪兩個表面反射的光線疊加而成的（ ）Aa的上表面和b的下表面.Ba的上表面和b的上表面 Ca的下表面和b的下表面 Da的下表面和b的下表面8如圖所示，一等腰玻璃三棱鏡，其頂角恰好與黃光的臨界角相等，今有一束白光射入棱鏡，在屏M上形成了由紅到紫的七色彩帶，當(dāng)把入射光的入射角逐漸減小到零的過程中，我們將觀察到（ ）A紅光最先消失 B紫光最后消失 C紫光最先消失 D紅光最后消失 9用一單色的黃光，照射一不透明的圓板時，在圓板的背景中恰能觀察到一光斑，則用紅光，綠光、紫光照射圓板也能在圓板背影中觀察到光斑的是（ ）A只有紅光 B只有紫光C只有綠光和紫光 D三種光都能10對于光的衍射定性分析，下列說法中正確的是（ ）A只有障礙物（或孔）的尺寸可以跟光波波長相長甚至比光的波長還要小的時候，才能明顯產(chǎn)生光的衍射現(xiàn)象.B光的衍射現(xiàn)象是光波互相疊加的結(jié)果.C光的衍射現(xiàn)象否定了光的直線傳播的結(jié)論.D光的衍射現(xiàn)象說明了光具有波動性.11光的電磁說認(rèn)為（ ）A光波跟機(jī)構(gòu)波不同，光波傳播時不需要任何彈性介質(zhì)B光是一種電磁波C光速跟電磁波傳播速度相同D跟電磁波一樣，光波具有反射，折射、干涉、衍射等性質(zhì)12關(guān)于紅外線的作用和來源的正確敘述有（ ）A一切物體都在不停地輻射紅外線B紅外線有很強的熒光效應(yīng)和熱作用C紅外線的主要作用是化學(xué)作用D紅外線容易穿過云霧煙塵13關(guān)于倫琴射線，下述正確的是（ ） A高速電子流射到任何固體上，都會產(chǎn)生倫琴射線B倫琴射線是波長很短的電磁波C倫琴射線可使照相底片感光D倫琴射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)跟物質(zhì)的密度有關(guān)14在電磁波譜中（ ） A各種電磁波有著明顯的頻率和波長區(qū)域界限B射線的頻率一定高于倫琴的射線的頻率C倫琴射線的波長有可能等于紫外線的波長D可見光的波