高三物理光的本性復(fù)習(xí)課件公開課一等獎(jiǎng)?wù)n件省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

第二十講光本性淳安中學(xué)曾繼第1頁【知識(shí)重點(diǎn)】一、對(duì)光本性結(jié)識(shí)二、光干涉和衍射三、光電磁說四、光電效應(yīng)與光子說第2頁一、對(duì)光本性結(jié)識(shí)人類對(duì)光本性結(jié)識(shí)經(jīng)歷了微粒說:是高速運(yùn)動(dòng)粒子流波動(dòng)說:某種振動(dòng)在介質(zhì)中傳輸(以為是與機(jī)械波類似)電磁說:光是一種電磁波光子說:光是一份一份,不連續(xù).每一份光子就是一份能量.光波粒二象性:光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,即光具有波粒二象性。幾個(gè)過程。第3頁二、光干涉和衍射光干涉和光衍射是光具有波動(dòng)性有力證據(jù)。1．光干涉

現(xiàn)象:兩列或幾列光波在空間相遇時(shí)互相疊加,在某些區(qū)域始終加強(qiáng),在另某些區(qū)域始終削弱,形成穩(wěn)定明暗相間條紋現(xiàn)象。

產(chǎn)生條件:(1)兩列波頻率必須相同;(2)位相差保持不變。

第4頁雙縫干涉：A:用單色光做波源射到雙縫上，光屏上出現(xiàn)明暗相間條紋，a:產(chǎn)生明紋條件是:此點(diǎn)到兩狹縫路程差是波長整數(shù)倍；b:產(chǎn)生暗紋條件是:此點(diǎn)到兩狹縫路程差是半波長奇數(shù)倍。c:相鄰明紋（或暗紋）間距離式中d是雙縫間距，L是雙縫至屏面距離。假如用白光做光源，光屏上出現(xiàn)干涉圖樣是彩色條紋條紋特點(diǎn):等間距第5頁薄膜干涉：從透明薄膜前背面反射兩列光波疊加在一起,由于薄膜厚度差異,產(chǎn)生明暗相間條紋現(xiàn)象。1.利用薄膜干涉法波長.第6頁

用細(xì)金屬絲繞一線框,將線框浸入肥皂水中,然后取出,這時(shí)線框里有一肥皂水薄膜.把這金屬框豎直放置,光從肥皂液膜反射到我們眼睛,我們看到干涉條紋是A.條紋是水平方向,條紋寬度大體相同B.條紋是水平方向,條紋間隔上寬下密C.條紋是水平方向,條紋間隔上密下寬D.條紋是豎直方向,條紋寬度大體相等第7頁分析：我們眼睛看到圖像是由肥皂液膜前表面（接近人一側(cè)）反射光和由肥皂液膜后表面反射光形成干涉圖樣。假如用白光做試驗(yàn)，觀測到干涉圖樣是彩色條紋；假如用單色光做試驗(yàn)，觀測到是單色明暗條紋。明條紋處是前表面反射光和由后表面反射光在達(dá)到前表面時(shí)振動(dòng)步調(diào)相同，互相疊加而振動(dòng)加強(qiáng)；暗條紋處則是前表面反射光和后表面反射光在達(dá)到前表面時(shí)振動(dòng)步調(diào)相反而互相削弱成果。同一明紋處各點(diǎn)，前表面反射光和后表面反射光路程差（稱為光程差）是相同，說明這些點(diǎn)處，薄膜厚度是相同。同理，同一暗紋處各點(diǎn)，膜厚度也是相同。相鄰兩條明條紋或相鄰兩條暗條紋之間，膜厚度差是相等。假如肥皂液膜兩表面夾角恒定，那么形成明暗條紋是等間距。但本題中，肥皂液膜由于受重力作用，使其形成薄膜截面如圖（甲）所示，膜兩表面夾角自上而下是由小變大。這種情況形成明暗條紋間隔是上邊寬、下邊密。因此本題所展現(xiàn)薄膜干涉圖樣如圖乙所示，條紋是水平方向，條紋間隔是上寬下密。說明：在薄膜干涉中，前表面反射光和后表面反射光光程差，是由膜厚度和膜對(duì)光折射率決定。假如膜前后表面反射兩列光波光程差相同，則表白膜厚度相同，反之亦然。這樣就很容易理解，同一明條紋處或同一暗條紋處，膜厚度是相同。解答：選項(xiàng)B正確。第8頁2.可用薄膜干涉法檢查平面3.增透膜d4.牛頓環(huán).第9頁2．光衍射現(xiàn)象:光線繞過障礙物偏離直線傳輸而進(jìn)入幾何陰影,并在光屏上出現(xiàn)明暗相間條紋現(xiàn)象。產(chǎn)生條件:障礙物或孔尺寸比光波波長小或者相差不多。單縫衍射條紋特點(diǎn):單縫衍射圖樣是平行,中間寬兩邊窄明暗相間條紋。第10頁圓孔衍射條紋特點(diǎn)：圓孔衍射圖樣是明暗相間同心圓環(huán)。第11頁第12頁1.光波在傳輸時(shí)，引發(fā)感光作用（和生理作用）主要是電矢量E.2.光是橫波,但由于通過偏振片前后橫波有一定差異,我們把前面叫自然光,背面叫偏振光.形成偏振光過程叫起偏或偏振.當(dāng)其中一種方向上光振動(dòng)E強(qiáng)于另一種方向上光振動(dòng),則稱為部分偏振光;假如只存在了一種方向上振動(dòng)分量,就稱為完全偏振光.3.反射光中,垂直(“三線”平面)振動(dòng)多于平行振動(dòng);折射光中,平行振動(dòng)多于垂直振動(dòng).即:反射光和折射光均為部分偏振光.當(dāng)入射角i=arctgn21(n21表達(dá)折射媒質(zhì)對(duì)入射媒質(zhì)相對(duì)折射率)時(shí),反射光只存在垂直振動(dòng),為完全偏振光.而折射光仍存在平行振動(dòng)(較多)和垂直振動(dòng)(較少),為部分偏振光.光偏振-------橫波特有現(xiàn)象.第13頁三、光電磁說

1.電磁波譜:電磁波按波長以大到小次序是:無線電波(包括微波)、紅外線、可見光、紫外線、x射線、γ射線。產(chǎn)生機(jī)理?2.光譜及光譜分析:由色散形成，按頻率次序排列而成彩色光帶叫做光譜。3.光譜分類：麥克斯韋預(yù)言,赫茲試驗(yàn)驗(yàn)證元素特征譜線產(chǎn)生???第14頁第15頁(1)連續(xù)光譜

連續(xù)分布包括有從紅光到紫光各種色光光譜叫做連續(xù)光譜。熾熱固體、液體和高壓氣體發(fā)射光譜是連續(xù)光譜。例如電燈絲發(fā)出光、熾熱鋼水發(fā)出光都形成連續(xù)光譜。(2)明線光譜

只含有一些不連續(xù)亮線光譜叫做明線光譜.明線光譜中亮線叫譜線,各條譜線對(duì)應(yīng)不一樣波長光.稀薄氣體或金屬蒸氣發(fā)射光譜是明線光譜.明線光譜是由游離狀態(tài)原子發(fā)射,因此也叫原子光譜.實(shí)踐證明:原子不一樣,發(fā)射明線光譜也不一樣,每種原子只能發(fā)出具有本身特性某些波長光,因此明線光譜譜線叫原子特性譜線。第16頁(3)吸取光譜

高溫物體發(fā)出白光（其中包括連續(xù)分布一切波長光）通過溫度較低物質(zhì)時(shí)，某些波長光被物質(zhì)吸取后產(chǎn)生光譜，叫做吸取光譜。多種原子吸取光譜中每一條暗線都跟該種原子原子發(fā)射光譜中一條明線相對(duì)應(yīng)。這表白，低溫氣體原子吸取光，正好就是這種原子在高溫時(shí)發(fā)出光。因此吸取光譜中暗譜線，也是原子特性譜線。太陽光譜是吸取光譜。第17頁(4)光譜分析

由于每種原子都有自己特性譜線,因此能夠根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定化學(xué)組成.這種辦法叫做光譜分析。原子光譜不連續(xù)性反應(yīng)出原子構(gòu)造不連續(xù)性,因此光譜分析也能夠用于摸索原子構(gòu)造。明線譜吸取譜第18頁四、光電效應(yīng)與光子說

1.光電效應(yīng)現(xiàn)象:在光照射下,使物體中電子逸出現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。試驗(yàn)規(guī)律：(1)任何一種金屬都有一種極限頻率,入射光頻率必須大于這個(gè)極限頻率,才能產(chǎn)生光電效應(yīng);低于這個(gè)頻率光不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。(2)光電子最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無關(guān),只隨入射光頻率增大而增大。(3)入射光照到金屬上時(shí),光電子發(fā)射幾乎是瞬時(shí),一般不超出10-9秒。(4)當(dāng)入射光頻率大于極限頻率時(shí),光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比。第19頁光電子:每秒鐘逸出光電子數(shù)------決定光電流I=Q/t=Ne/t光電子逸出最大初動(dòng)能Ek=hv-hv0入射光:頻率----決定每個(gè)光子能量.強(qiáng)度----決定每秒鐘光源發(fā)射光電子數(shù)光電子:光子:第20頁2．光子說在空間傳輸光不是連續(xù)，而是一份一份,每一份叫做一種光子.光子能量跟它頻率ν成正比,即:E=hν,式中h=6.63×10-34j·s,是普朗克常量。3．愛因斯坦光電方程根據(jù)能量守恒定律,光電子最大初動(dòng)能跟入射光子能量hν和逸出功w之間有如下關(guān)系:這個(gè)方程叫愛因斯坦光電方程。，

第21頁4．對(duì)光電效應(yīng)解釋根據(jù)愛因斯坦理論,當(dāng)光子照射到物體上時(shí),它能量能夠被物體中某個(gè)電子所有吸取,電子吸取光子能量后,它能量立即增加，不需要積累過程，假如hν足夠大,電子就能夠在瞬間離開物體表面逃逸出來,因此光電子發(fā)射一般不超出10-9秒.在這個(gè)過程中電子吸取能量hν,一部分用來克服原子引力脫離物體表面做逸出功,一部分轉(zhuǎn)化為光電子最大初動(dòng)能.對(duì)于一定金屬來說,逸出功w是一定,因此光電子最大初動(dòng)能伴隨入射光頻率增大而增大.假如入射光子能量等于金屬逸出功，它頻率就是極限頻率,不大于這個(gè)頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)了,那么極限頻率

γ0=W/h

假如入射光比較強(qiáng),即單位時(shí)間內(nèi)入射光子數(shù)目多,產(chǎn)生光電子也多,因此光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比。第22頁

5.光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,也就是說光具有波粒二象性。

不過接收光波粒二象性,就要求我們既不能夠把光當(dāng)成宏觀觀念中波,也不能夠把光當(dāng)成宏觀觀念中粒子.一般說來,大量光子產(chǎn)生效果往往顯示出波動(dòng)性,這種波動(dòng)性能夠看做是表白大量光子運(yùn)動(dòng)規(guī)律一種幾率波.而個(gè)別光子產(chǎn)生效果往往顯示出粒子性,這種粒子性體目前有能量、有動(dòng)量,卻沒有靜止質(zhì)量.6.物質(zhì)波:實(shí)物粒子同步具有波動(dòng)性,這種波稱為物質(zhì)波,也叫德布羅意波。德布羅意波長：λ=h/p第23頁【典型例題】如圖所示雙縫干涉裝置,作為線光源小縫S位于雙縫第24頁

太陽光譜中具有許多暗線，這些暗線是由于什么原因形成？

分析：首先要結(jié)識(shí)到太陽光譜是在連續(xù)光譜背景上有許多暗線，這表白太陽光譜是吸取光譜，而不是連續(xù)光譜。太陽光譜這些暗線對(duì)應(yīng)著某些元素特性譜線，它表白太陽大氣層中存在著這些元素。太陽光在通過溫度較低太陽大氣層時(shí)，某些頻率光被太陽大氣中這些元素原子所吸取而形成了連續(xù)光譜中這些暗線。解答：這些暗線是由于太陽光線通過溫度較低太陽大氣層時(shí)，某些特性譜線光被吸取而形成。第25頁

入射光照到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng),若入射光強(qiáng)度削弱,而頻率保持不變.下列說法正確是：A:逸出光電子最大初動(dòng)能減少；B:單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出光電子數(shù)目減少；C:從光照至金屬表面到發(fā)射出光電子之間時(shí)間間隔將增加；D:不發(fā)生光電效應(yīng)。答案:B第26頁

例5、能量為6eV光子射入某金屬表面后，逸出光電子最大初動(dòng)能為2.5eV，求這種金屬發(fā)生光電效應(yīng)極限頻率。

分析：已知光子能量，光電子最大初動(dòng)能，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，可計(jì)算出金屬逸出功。再根據(jù)金屬極限頻率與逸出功關(guān)系，計(jì)算出金屬極限頻率。金屬逸出功為第27頁【反饋練習(xí)】1．下面幾個(gè)光學(xué)現(xiàn)象中，屬于光衍射現(xiàn)象是A．浮在水平上薄油層在太陽光照射下，展現(xiàn)多種不一樣顏色B．將兩塊平玻璃片緊緊捏在一起，會(huì)從玻璃片面上看到許多彩色花紋C．通過并在一起兩根鉛筆間狹縫，看遠(yuǎn)處與縫平行線狀白熾燈燈絲，會(huì)看到許多彩色條紋D．太陽光通過玻璃三棱鏡后形成彩色光帶答案:C第28頁2．下列現(xiàn)象中，屬于光干涉現(xiàn)象是：A．天空出現(xiàn)彩虹B．肥皂泡在陽光照射中展現(xiàn)彩色花紋C．隔著棱鏡觀測物體，在物體邊緣看到彩色D．通過靠得很近兩根平行鉛筆間縫隙觀測遠(yuǎn)處日光燈時(shí)，見到彩色光帶答案:B第29頁3．如圖所示，是干涉法檢查某塊厚玻璃板上表面是否平裝置，所用單色光是用一般光源加濾光片產(chǎn)生，檢查中所觀測到干涉條紋是由下列哪兩表面反射光線疊加而成A．a(chǎn)上表面和b下表面B．a(chǎn)上表面和b上表面C．a(chǎn)下表面和b上表面D．a(chǎn)下表面和b下表面答案:C第30頁4．通過游標(biāo)卡尺兩測腳間狹縫觀看遠(yuǎn)處與縫平行白熾燈直燈絲，能夠看到衍射圖樣。目前將紅色和藍(lán)色濾光片分別放到卡尺與燈泡間，假如其他條件不變，那么衍射圖樣中央亮紋寬度，紅光與藍(lán)光相比較A．紅色較窄B．藍(lán)色較窄C．兩種光寬度相等D．需經(jīng)計(jì)算才能確定答案:B第31頁5．如圖所示，用頻率為f單色光垂直照射雙縫，在光屏上P應(yīng)為答案:D第32頁6．有關(guān)光譜，下面說法中正確是A．熾熱液體發(fā)射連續(xù)光譜B．太陽光譜中暗線說明太陽上缺乏與這些暗線對(duì)應(yīng)元素C．明線光譜和暗線光譜都可用于對(duì)物質(zhì)成份進(jìn)行分析D．發(fā)射光譜一定是連續(xù)光譜答案:AC第33頁7．有關(guān)電磁波，下列說法中哪些是正確？A．電磁波中最容易體現(xiàn)出干涉、衍射現(xiàn)象是無線電波B．紅外線、可見光、紫外線是原子外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生。C．γ射線是原子內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生D．紅外線波長比紅光波長長，它顯著作用是熱作用答案:ABD第34頁8．某種無色透明玻璃對(duì)于在真空中波長為0.60μm單色光折射率是1.50。則C．這種光在該玻璃中波長是0.9μmD．對(duì)于真空中波長為0.40μm單色光，該玻璃折射率略不大于1.50答案:AB第35頁9．某激光器能發(fā)射波長為λ激光，發(fā)射功率為P，c表達(dá)光速，h表達(dá)普朗克常量，則激光器每秒發(fā)射光子數(shù)為答案:A第36頁10．用綠光照射一光電管，能產(chǎn)生光電效應(yīng)。欲使光電子從陰極逸出時(shí)最大初動(dòng)能增大，應(yīng)A．改用紅光照射；B．增大綠光強(qiáng)度C．增大光電管上加速電壓D．改用紫光照射答案:D第37頁【課后練習(xí)】1．有關(guān)光干涉和衍射，下列說法正確是A．在波峰跟波峰疊加地方，光就加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋B．在波谷跟波谷疊加地方，光就削弱，出現(xiàn)暗條紋C．在雙縫干涉試驗(yàn)條件不變情況下，紅光條紋間距比紫光大D．雙縫干涉明條紋或暗條紋之間距離總是相等；單縫衍射明條紋或暗條紋間距也是相等答案:AC第38頁2、用頻率為ν光照射某種金屬表面產(chǎn)生光電子。當(dāng)光電子垂直進(jìn)入強(qiáng)度為B勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，其最大半徑為R，以W表達(dá)逸出功，m、e、h分別表達(dá)電子質(zhì)量、電量和普朗克常量。下列表達(dá)電子最大初動(dòng)能式子中哪些是正確答案:CD第39頁3、在演示光電效應(yīng)試驗(yàn)中，本來不帶電一塊鋅板與敏捷驗(yàn)電器相連。用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器指針就張開一種角度：如圖所示，這時(shí)A、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)電答案:B第40頁4、一盞電燈發(fā)光功率為100W，假設(shè)它發(fā)出光向四周均勻輻射，答案:C第41頁5．用紅光做雙縫干涉試驗(yàn)，在屏上觀測到干涉條紋。在其他條件不變情況下，改用紫光做試驗(yàn)，則干涉條紋間距將變______。假如改用白