2021年高考物理總復(fù)習(xí)：光的本性

2021年高考物理總復(fù)習(xí)：光的本性復(fù)習(xí)要點(diǎn)1．了解光的“微粒說(shuō)”與“波動(dòng)說(shuō)”。2．了解光的干涉現(xiàn)象，熟悉相干條件；掌握雙縫干涉的特征及規(guī)律，熟悉雙縫干涉的條紋分布情況及明、暗紋位置特征；了解薄膜干涉現(xiàn)象，熟悉薄膜干涉的特征及其應(yīng)用。3．了解光的衍射現(xiàn)象，掌握產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，熟悉單縫衍射條紋的人發(fā)布特征4．了解光的電磁說(shuō)，熟悉電磁波譜，了解各種電磁波的產(chǎn)生機(jī)理、基本特征及應(yīng)用類(lèi)型。5．了解光電效應(yīng)現(xiàn)象，熟悉光電效應(yīng)現(xiàn)象所遵循的基本規(guī)律，掌握光子說(shuō)理論。6．了解光的波粒二象性。二、難點(diǎn)剖析1．關(guān)于“微粒說(shuō)”和“波動(dòng)說(shuō)”?！拔⒘Ｕf(shuō)”和“波動(dòng)說(shuō)”都是對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)過(guò)程中所提出的某種假說(shuō)，都是建立在一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的。以牛頓為代表的“微粒說(shuō)”認(rèn)為光是從光源發(fā)出的物質(zhì)微粒，這種假說(shuō)很容易解釋光的直進(jìn)現(xiàn)象，光的反射現(xiàn)象，光的折射現(xiàn)象，但在解釋一束光射到兩種介質(zhì)界面處會(huì)同時(shí)發(fā)生反射與折射現(xiàn)象時(shí)，發(fā)生了很大的困難。以惠更斯為代表的“波動(dòng)說(shuō)”認(rèn)為光是某種振動(dòng)以波的形式向周?chē)鷤鞑?，這種假說(shuō)很容易解釋反射與折射同時(shí)存在的現(xiàn)象，但由于波應(yīng)能繞過(guò)障礙物，所以在解釋光的直進(jìn)現(xiàn)象時(shí)遇到了困難。2．楊氏雙縫干涉的定量分析如圖24—2—2所示，縫屏間距L遠(yuǎn)大于雙縫間距d，O點(diǎn)與雙縫S1和S2等間距，則當(dāng)雙縫中發(fā)出光同時(shí)射到O點(diǎn)附近的P點(diǎn)時(shí)，兩束光波的路程差為δ=r2－r1.由幾何關(guān)系得r12=L2+(x－)2，r22=L2+(x+)2.考慮到圖24—2—2L》d和L》x，可得δ=.若光波長(zhǎng)為λ，則當(dāng)δ=±kλ（k=0，1，2，…）時(shí)，兩束光疊加干涉加強(qiáng)；當(dāng)δ=±(2k－1)(k=1，2，3，…)時(shí)，兩束光疊加干涉減弱，據(jù)此不難推算出（1）明紋坐標(biāo)x=±kλ（k=0，1，2，…）（2）暗紋坐標(biāo)x=±(2k－1)·（k=1，2，…）（3）條紋間距△x=λ.上述條紋間距表達(dá)式提供了一種測(cè)量光波長(zhǎng)的方法。3．光的電磁說(shuō)與電磁波譜光的干涉與衍射充分地表明光是一種波，光的偏振現(xiàn)象又進(jìn)一步表明光是橫波。麥克斯韋對(duì)電磁理論的研究預(yù)言了電磁波的存在，并得到電磁波傳播速度的理論值3.11×108m/s，這和當(dāng)時(shí)測(cè)出的光速3.15×108m/s非常接近，在此基礎(chǔ)上麥克斯韋提出了光在本質(zhì)上是一種電磁波，這就是所謂的光的電磁說(shuō)。赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，并測(cè)出其波長(zhǎng)與頻率，進(jìn)而得到電磁波的傳播速度，用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光的電磁說(shuō)。光作為電磁波的一種，與其他的電磁波共同構(gòu)成電磁波譜。對(duì)于電磁波譜，應(yīng)了解非排布情況、產(chǎn)生機(jī)理及實(shí)際用途。電磁波種類(lèi)無(wú)線(xiàn)電波紅外線(xiàn)可見(jiàn)光紫外線(xiàn)倫琴射線(xiàn)γ射線(xiàn)頻率（Hz）104～3×10121012～3.9×10143.9×1014～7.5×10147.5×1014～5×10163×1016～3×10203×1019以上真空中波長(zhǎng)（m）3×1014～10—43×104～7.7×10—77.7×10—7～4×10—74×10—7～6×10—910—8～10—1210—11以下觀(guān)察方法無(wú)線(xiàn)電技術(shù)利用熱效應(yīng)激發(fā)熒光利用貫穿本領(lǐng)照相底片感光（化學(xué)效應(yīng)）核技術(shù)產(chǎn)生方式LC電路中自由電子的的振蕩原子的外層電子受到激發(fā)原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)原子核受到激發(fā)用途通訊，廣播，導(dǎo)航加熱烘干、遙測(cè)遙感，醫(yī)療，導(dǎo)向等照明，照相，加熱日光燈，黑光燈手術(shù)室殺菌消毒，治療皮膚病等檢查探測(cè)，透視，治療等探測(cè)，治療等4．光電效應(yīng)現(xiàn)象及其規(guī)律。（1）光電效應(yīng)現(xiàn)象。光照使物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫光電效應(yīng)現(xiàn)象；所發(fā)射的電子叫光電子；光電子定向移動(dòng)所形成的電流叫光電流。（2）光電效應(yīng)現(xiàn)象所遵循的基本規(guī)律。物體在光照的條件下發(fā)射電子而發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)遵循如下規(guī)律：（1）對(duì)于任何一種金屬，入射光的頻率必須大于某一極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)極限頻率，無(wú)論強(qiáng)度如何，無(wú)論照射時(shí)間多長(zhǎng)，也不能產(chǎn)生光電效應(yīng)；（2）在單位時(shí)間里從金屬極板中發(fā)射出的光電子數(shù)跟入射光的強(qiáng)度成正比；（3）發(fā)射出的光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大；（4）只要入射光的頻率高于金屬極板的極限頻率，無(wú)論其強(qiáng)度如何，光電子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時(shí)的，不超過(guò)10—9s.5．光子說(shuō)光子說(shuō)的主要內(nèi)容為：沿空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光量子，簡(jiǎn)稱(chēng)光子；光子的能量E與光的頻率ν成正比，比例系數(shù)即為普朗克常量E=hν6．光的波粒二象性光的干涉，衍射等現(xiàn)象充分表明光是波，而光電效應(yīng)現(xiàn)象又表明光是粒子。事實(shí)上，光具有波動(dòng)和粒子二重特性。俗稱(chēng)光的波粒二象性。光在傳播時(shí)更多地表現(xiàn)為波動(dòng)特性，在與物質(zhì)微粒發(fā)生作用時(shí)更多地表現(xiàn)為粒子特征；波長(zhǎng)越長(zhǎng)的光波動(dòng)性越顯著，頻率越高的光粒子性越顯著；大量光子的整體行為表現(xiàn)為波動(dòng)性，少量光子的個(gè)別行為表現(xiàn)為粒子性。三、典型例題例1．能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的兩束光是（）A．頻率相同、振幅相同的兩束光B．頻率相同、相位差恒定的兩束光C．兩只完全相同的燈光發(fā)出的光D．同一光源的兩個(gè)發(fā)光部分發(fā)出的光分析：比例考察的是對(duì)“相干條件”的了解解答：只有頻率相同、相差恒定、振動(dòng)方向相同的光波，在它們相遇的空間里能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉，觀(guān)察到穩(wěn)定的干涉圖樣，但是，光波并不是一列連續(xù)波，它是由一段段不連續(xù)的具有有限長(zhǎng)度的所謂“波列”組合而成的，并且波動(dòng)間的間歇也是不規(guī)則的。兩個(gè)獨(dú)立光源發(fā)出的光，即使是“頻率相同的單色光（實(shí)際上嚴(yán)格的單色光并不存在），也不能保持有恒定的相差。因此，為了得到相干光波，通常是把同一光源發(fā)出的一束光分成兩束。楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，所以在光源和雙縫間設(shè)置一個(gè)狹縫，就是讓點(diǎn)光源發(fā)出的一束光，先經(jīng)第一個(gè)縫產(chǎn)生衍射，使得由雙縫得到的兩束光成為相干光波。光源發(fā)光是以原子為發(fā)光單位的，由前面分析可知，我們無(wú)法使兩只完全相同的燈泡、同一光源的兩個(gè)發(fā)光部分發(fā)出頻率相同、相差恒定的光。這樣的光源不會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，無(wú)法觀(guān)察到干涉圖樣。所以應(yīng)選B。例2．在真空中頻率為4×1014Hz的是紅光，頻率為6×1014Hz的是綠光，現(xiàn)在有一束單色光，它在n=1.5的玻璃中，波長(zhǎng)為5000?，它在這種玻璃中的頻率是多少？是什么顏色？在真空中的頻率是多少？又是什么顏色？分析：光的頻率決定于光的顏色，光從一種介質(zhì)傳到另一種介質(zhì)時(shí)，由于頻率不變，故顏色不變，因此，本題關(guān)鍵是求頻率。由n=得，光在玻璃中的速度為υ==m/s=2×m/s它在玻璃中的頻率為ν==Hz=4×1014Hz由此可知，該單色光在真空中的頻率也為4×1014Hz，故為紅光。在真空中與玻璃中均為紅顏色。例3．如圖24—2所示是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，屏上O點(diǎn)到雙縫S1、S2的距離相等。當(dāng)用波長(zhǎng)為0.75μm的單色光照射時(shí)，P是位于O上方的第二條亮紋位置，若換用波長(zhǎng)為0.6μm的單色光做實(shí)驗(yàn)，P處是亮紋還是暗紋？在OP之間共有幾圖24—2條暗紋？分析：P點(diǎn)是暗紋還是暗紋，關(guān)鍵取決于P到S1和S2的路程差△r=r2－r1；P是第幾級(jí)明（暗）紋，關(guān)鍵取決于△r是光波長(zhǎng)（半波長(zhǎng)）的多少倍。解答：當(dāng)用波長(zhǎng)為λ1=0.75μm單色光時(shí)P為O上方第二條亮紋，所以P到雙縫S1、S2的距離差△r=2λ1=2×0.75μm=1.5μm.改用λ2=0.6μm.的單色光時(shí)，路程差△r=λ2，所以P和為暗紋，從O到P路程差由零逐漸增大，必有路程差為和λ2的兩點(diǎn)，即OP之間還有兩條暗紋。例4．關(guān)于光電效應(yīng)，有如下幾種陳述，其中正確的是（）A．金屬電子的逸出功與入射光的頻率成正比B．光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)C．用不可見(jiàn)光照射金屬一定比用可見(jiàn)光照射同種金屬產(chǎn)生的光電子的初動(dòng)能要大D．對(duì)于任何一種金屬都存在一個(gè)“最大波長(zhǎng)”，入射光的波長(zhǎng)必須小于這個(gè)波長(zhǎng)，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)分析：此例的解答要求熟悉光電效應(yīng)現(xiàn)象的特征及其規(guī)律。解答：金屬的逸出功由該金屬?zèng)Q定，與入射光源頻率無(wú)關(guān)，光電流的強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。不可見(jiàn)光包括能量大的紫外線(xiàn)、X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)，也包括能量比可見(jiàn)光小的紅外線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)電波，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。所以應(yīng)選D。例5．已知金屬銫的逸出功為1.9eV，在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，要使銫表面發(fā)出的光電子的最大功能為1.0eV，入射光的波長(zhǎng)應(yīng)為_(kāi)_________m.分析：要求了解光電效應(yīng)的規(guī)律及光子說(shuō)理論。解答：由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程可得：=W+m∴=1.9+1.0=2.9eV=2.9×1.6×10—19J∴λ==4.3×10—7m例6．太陽(yáng)光垂直射到地面上時(shí)，地面上1m2接受的太陽(yáng)光的功率為1.4kW,其中可見(jiàn)部分約占45%（1）假如認(rèn)為可見(jiàn)光的波長(zhǎng)約為0.55μm，日地間距離R=1.5×1011m.普朗克恒量h=6.6×10—34J·s，估算太陽(yáng)每秒輻射出的可見(jiàn)光子數(shù)為多少？（2）若已知地球的半徑為6.4×106m，估算地球接受的太陽(yáng)光的總功率。分析：了解光子說(shuō)理論，建立起適當(dāng)?shù)哪Ｐ?，即可得出正確解答。解答：（1）設(shè)地面上垂直陽(yáng)光的1m2面積上每秒鐘接收的可見(jiàn)光光子數(shù)為n.則有P×45%=n·h.解得：n===1.75×1021m—2設(shè)想一個(gè)以太陽(yáng)為球心，以日、地距離為半徑的大球面積包圍著太陽(yáng)，大球面接受的光子數(shù)即等于太陽(yáng)輻射的全部光子數(shù)。則所求可見(jiàn)光光子數(shù)N=n·4πR2=1.75×1021×4×3.14×（1.5×1011）2=4.9×1044（2）地球背著陽(yáng)光的半個(gè)球面沒(méi)有接收太陽(yáng)光。地球向陽(yáng)的半個(gè)球面面積也不都與太陽(yáng)光垂直。接收太陽(yáng)光輻射且與陽(yáng)光垂直的有效面積是以地球半徑為半徑的圓平面的面積。則地球接收陽(yáng)光的總功率P地=P·πr2=1.4×3.14×(6.4×106)2=1.8×1017kW.單元檢測(cè)一、選擇題1．下列哪些現(xiàn)象是光衍射產(chǎn)生的（）A．著名的泊松亮斑B．陽(yáng)光下茂密樹(shù)蔭中地面上的圓形亮斑C．光照到細(xì)金屬絲上在其后面屏上得到的陰影中間出現(xiàn)亮線(xiàn)D．陽(yáng)光經(jīng)凸透鏡后形成的亮斑2．下列屬于光的干涉現(xiàn)象的是（）A．雨后天空中出現(xiàn)的彩虹B．紅光比紫光更容易透過(guò)云霧煙塵C．人們?cè)谘芯抗獾牟▌?dòng)時(shí)，觀(guān)察的泊松亮斑D．在透鏡（或棱鏡）的表面鍍上一層氟化鎂薄膜，這樣可增加光的透射強(qiáng)度，減小反射光的強(qiáng)度3．在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法正確的是（）A．若將其中一縫擋位，則屏上條紋不變只是亮度減半B．若將其中一縫擋住，則屏上無(wú)條紋C．若將其中一縫用紅色濾光片擋住，另一縫用藍(lán)色濾光片擋住，屏上將出現(xiàn)紅藍(lán)相間條紋D．若將其中一縫用紅色濾光片擋住，另一縫用藍(lán)色濾光片擋住，屏上不出現(xiàn)條紋，但有亮光4．用黃光照射一不透明的圓板時(shí)，在圓板的背影中恰能觀(guān)察到一黃色光斑，若用紅色光、綠色光和紫色光照射圓板，能夠觀(guān)察到光斑的是（）A．只有紅色光B．只有紫色光C．只有紅色光和紫色光D．三種色光都能5．如圖24—3所示，一束白光從左側(cè)射入肥皂薄膜，下列說(shuō)法中正確的是（）A．人從右側(cè)向左看，可看到彩色條紋B．人從左側(cè)向右看，可看到彩色條紋C．彩色條紋平行排列D．彩色條紋豎直排列圖24—36．楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法正確的是（n為自然數(shù)，λ為光波波長(zhǎng)）①在距雙縫的路程相等的點(diǎn)形成暗條紋②在距雙縫的路程差為nλ的點(diǎn)形成亮條紋③在距雙縫的路程差為n的點(diǎn)形成亮條紋④在距雙縫的路程差為(n+)λ的點(diǎn)形成暗條紋A．①②B．②③C．③④D．②④7．各種電磁波的產(chǎn)生機(jī)理不同，下面給出的幾組電磁波中，哪一組中的電磁波都是由原子外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生的（）A．紅外線(xiàn)、紫外線(xiàn)、倫琴射線(xiàn)B．微波、紅外線(xiàn)、紫光、紫外線(xiàn)C．無(wú)線(xiàn)電波、微波、紅外線(xiàn)D．黃光、綠光、紫光8．關(guān)于光譜，下面說(shuō)法中正確的是（）A．熾熱的液體發(fā)射連續(xù)光譜B．太陽(yáng)光譜中的暗線(xiàn)說(shuō)明太陽(yáng)上缺與這些暗線(xiàn)相應(yīng)的元素C．明線(xiàn)光譜和暗線(xiàn)光譜都可用于對(duì)物質(zhì)成分進(jìn)行分析D．發(fā)射光譜一定是連續(xù)光譜9．太陽(yáng)光譜有許多暗線(xiàn)，它們對(duì)應(yīng)著某些元素的特征光譜，產(chǎn)生這些暗線(xiàn)是由于（）A．太陽(yáng)內(nèi)部缺少相應(yīng)的元素B．太陽(yáng)表面大氣層中存在著相應(yīng)的元素C．太陽(yáng)表面大氣層中缺少相應(yīng)的元素D．太陽(yáng)內(nèi)部存在著相應(yīng)的元素10．下列說(shuō)法中正確的是哪些（）A．可見(jiàn)光是原子外層電子受激發(fā)產(chǎn)生B．β射線(xiàn)是原子外層電子脫離原子放出的C．一切物質(zhì)都在不停地輻射紅外線(xiàn)D．α、β、γ其中α射線(xiàn)的電離本領(lǐng)最強(qiáng)11．用愛(ài)因斯坦光子說(shuō)解釋光電效應(yīng)時(shí)，正確的說(shuō)法是（）A．每個(gè)光電子都是吸收一個(gè)光子后跑出來(lái)的B．光電子克服原子核的引力并從金屬內(nèi)部逸出來(lái)所需要的能量等于逸出功C．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比D．光子的能量由頻率決定，也與光的強(qiáng)度和光波的振幅有關(guān)12．關(guān)于光的波粒二象性，下面說(shuō)法中正確的是（）A．大量光子的效果往往顯示波動(dòng)性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性B．光在傳播時(shí)往往表現(xiàn)波動(dòng)性，光在跟物質(zhì)相互作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性C．頻率大的光粒子性顯著，頻率小的光波動(dòng)性顯著D．光既有波動(dòng)性，又有粒子性，兩者相互矛盾，是不能統(tǒng)一的13．在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來(lái)不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針就張開(kāi)一個(gè)角度，如圖24—4所示。這時(shí)（）圖24—4A．鋅板帶正電，指針帶負(fù)電B．鋅板帶正電，指針帶正電C．鋅板帶負(fù)電，指針帶正電D．鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電14．下列哪組現(xiàn)象胡說(shuō)明光具有波粒二象性（）A．光的色散和光的干涉B．光的衍射和光的干涉C．泊松亮斑和光電效應(yīng)D．以上三組現(xiàn)象都不行二、填空題15．已知綠光頻率為ν，增透膜對(duì)它的折射率為n，則增透膜厚度為_(kāi)_______.（光速為c）16．使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)的光的最長(zhǎng)波長(zhǎng)是5000?，因此，金屬鈉的逸出功W=______J，現(xiàn)在用頻率在3.90×1014Hz到7.50×1014Hz范圍內(nèi)的光照射鈉，那么使鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)的頻率范圍是從_______Hz到________.（普朗克常量h=6.63×10—34J·s）17．如圖24—5（a）所示，用單色光照射透明標(biāo)準(zhǔn)板M來(lái)檢查零件N的表面情況，觀(guān)察到如圖24—5（b）所示的條紋，則P條紋的彎曲情況表明零件N的表面上A處是_______的；P處條紋的彎曲情況表明零件N的表面上B處是_________的。（填“凸