選修3-4《光》重點(diǎn)難點(diǎn)突破

第十二章光

第1課時(shí)光的折射、全反射

重點(diǎn)難點(diǎn)突破

一、對(duì)折射率的理解

折射率的定義指明了光是從空氣（真空）入射至介質(zhì)中，〃=電電=￡,仇是空氣（真空）中

sin02v

的角度，仇是介質(zhì)中的角度.計(jì)算折射率時(shí)，應(yīng)先根據(jù)題意畫(huà)好光路圖，找對(duì)兩個(gè)角度.無(wú)論光

是從空氣（真空）入射至介質(zhì)中，還是從介質(zhì)入射至空氣（真空）中，仇均為空氣（真空）中的角

度.4>。2，c>v,所以n>\.

相對(duì)折射率：々2=區(qū)=="（〃iSina=〃2sin&）,折射率大的，角度小。

%sinv2

二、與全反射有關(guān)的定性分析和定量計(jì)算

全反射產(chǎn)生的條件是光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)，且入射角大于或等于臨界角.臨界

角：sinC=L（〃|SinC=〃2sin90°,〃]>〃2）。涉及的問(wèn)題如：全反射是否發(fā)生、什么范圍的入射

n

光才能從介質(zhì)中射出、折射光覆蓋的范圍分析、臨界角的計(jì)算等，都需正確作出光路圖，熟

練應(yīng)用幾何知識(shí)進(jìn)行分析和計(jì)算.

三、不同顏色的光的頻率

不同顏色的光，其頻率不同，因此在同一介質(zhì)中光速及波長(zhǎng)不同，同一介質(zhì)對(duì)不同色光

的折射率不同，紅光的頻率最低，紫光的頻率最高.同一介質(zhì)中，頻率高的色光折射率大，因

為。=5由工，〃大則C小，當(dāng)入射角從0。逐漸增大時(shí)，頻率高的色光先發(fā)生全反射，利用U

n

=-,\=vlU,可分析比較不同色光在同一介質(zhì)中的光速、波長(zhǎng)的大小.

n

四、折射率測(cè)定的幾種方法

L成像法

（1）原理：利用水面的反射成像和水的折射成像.

（2）方法：緊挨燒杯口豎直插入一直尺，在直尺的對(duì)面觀察水面，能同時(shí)看卜、，/

到直尺在水中的部分和露出水面部分的像.若從點(diǎn)尸看到直尺在水下最低點(diǎn)的刻昌全/

度B的像夕（折射成像）恰好與直尺在水面上的刻度A的像4（反射成像）重合，UlJfflll

讀出AC.BC的長(zhǎng)，量出燒杯內(nèi)徑d,如圖所示，即可求出水的折射率為n=

y/(BC2+d2)/(AC2+d2).

2.視深法

(1)原理:利用視深公式，h'=h1n.

(2)方法：在一盛水的燒杯底部放一粒綠豆，在水面上方吊一根針，如圖所示.調(diào)節(jié)針的位

置，直到針尖在水中的像與看到的綠豆重合，測(cè)出針尖距水面的距離即為杯中水的視深h',

再測(cè)出水的實(shí)際深度肌則水的折射率為〃=4.

h

綠豆

3.全反射法

(1)原理：全反射現(xiàn)象.

(2)方法：在一盛滿水的大玻璃缸下面放一發(fā)光電珠，如圖所示，在水面上觀察，看到一

圓形的發(fā)光面，量出發(fā)光面的直徑。與水深九則水的折射率為.

注意：對(duì)液體、透明固體均可用全反射法測(cè)其折射率.

4.插針?lè)?/p>

測(cè)量玻璃的折射率時(shí)的兩種計(jì)算折射率的方法.

此實(shí)驗(yàn)是通過(guò)測(cè)量入射角和折射角，然后查數(shù)學(xué)用表，找出入射角和折

射角的正弦值，再代入〃=包上中求玻璃的折射率.除運(yùn)用此方法之外，還有

sinp

以下處理數(shù)據(jù)的方法：

在找到入射光線和折射光線以后，以入射點(diǎn)O為圓心，以任意長(zhǎng)為半徑

畫(huà)圓，分別與NO交于C點(diǎn)，與OO'(或O。'的延長(zhǎng)線)交于。點(diǎn)，過(guò)C、。兩點(diǎn)分別向NM

作垂線，交NM于C'、D',用直尺量出CC和。。的長(zhǎng).如圖所示，由于sina=空，si”=也，

CODO

而所以折射率〃=鱉=軍.重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，求得各次折射率計(jì)算值，然后求其

sin0DD

平均值，即為玻璃磚折射率的測(cè)量值.

同典例精析

1.與折射率有關(guān)的計(jì)算

【例1】一個(gè)圓柱形筒，直徑12cm,高16cm.人眼在筒側(cè)上方某處觀察，所見(jiàn)筒側(cè)的深

度為9cm,當(dāng)筒中裝滿液體時(shí)，則恰能看到筒側(cè)的最低點(diǎn).求:

(1)此液體的折射率；

(2)光在此液體中的傳播速度.

【解析】題中的“恰能看到”表明人眼看到的是筒側(cè)最低點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)界面折射后進(jìn)

入人眼的邊界光線.由此可作出符合題意的光路圖，認(rèn)為“由人眼發(fā)出的光線”折射后恰好到

達(dá)筒側(cè)最低點(diǎn).

根據(jù)題中的條件作出光路圖如圖所示：

(1)由圖可知：sinOi=-；d,sin0\=d

yld2+H2yld2+h2

折射率：〃=則6

sin02

8

(2)傳播速度：v=￡_2^12_m/s=2e25xl0m/s

n4

3

【思維提升】本題中知道人眼看到的邊界光線，知道人眼順著折射光線反向延長(zhǎng)線看去,

而認(rèn)為筒深為9cm,是正確作出光路圖的依據(jù).總之，審清題意畫(huà)出光路圖，必要時(shí)還可應(yīng)用

光路的可逆原理畫(huà)出光路圖，這是分析折射問(wèn)題的關(guān)鍵.

【拓展1】空中有一只小鳥(niǎo)，距水面3m,其正下方距水面4m深處的水中有一條魚(yú).已

知水的折射率為；則鳥(niǎo)看水中的魚(yú)離它qm,魚(yú)看天上的鳥(niǎo)離它」m.

【解析】首先作出鳥(niǎo)看魚(yú)的光路圖，如圖所示.由于是在豎直方向上看，所以入射角很小,

即圖中的仇和。2均很小，故有tanOi=sin&，tan02=sin劣.圖可

得：

-tan62ftan仇，

h3

h'=h\taneptan仇=%sin62/sin仇=」=4x-m=3m

n4

則鳥(niǎo)看水中的魚(yú)離它：“i=(3+3)m=6m

同理可得魚(yú)看鳥(niǎo)時(shí)：〃”="〃2=3x3m=4m

3

則〃2=(4+4)m=8m

［拓展2］如圖所示，一束單色光從空氣入射到棱鏡的面上，經(jīng)Z8和NC兩個(gè)面折射后從NC面進(jìn)入空

氣。當(dāng)出射角，和入射角i相等時(shí)，出射光線相對(duì)于入射光線偏轉(zhuǎn)的角度為0。已知棱鏡頂角為a,則計(jì)算

棱鏡對(duì)該色光的折射率表達(dá)式為

.a+0a+0

sm—sin

sin。sina

A.一2_B.2

.a.0a

sin—sin—sin(^-y)

22

答案：A

【拓展3】（2007?海南）如圖所示，置于空氣中的一不透明容器

中盛滿某種透明液體，容器底部靠近器壁處有一豎直放置的6.0cm

長(zhǎng)的線光源，靠近線光源一側(cè)的液面上蓋有一遮光板，另一側(cè)有一

水平放置的與液面等高的望遠(yuǎn)鏡，用來(lái)觀察線光源，開(kāi)始時(shí)通過(guò)望

遠(yuǎn)鏡不能看到線光源的任何一部分，將一光源沿容器底向望遠(yuǎn)鏡一側(cè)平移至某處時(shí)，通過(guò)望

遠(yuǎn)鏡剛好可以看到線光源底端.再將光源沿同一方向移動(dòng)8.0cm,剛好可以看到其頂端.求此液

體的折射率〃.

【解析】當(dāng)線光源上某一點(diǎn)發(fā)出的光線射到未被遮光板遮住的液面上時(shí)，射到遮光邊緣

。的那條光線的入射角最小.若線光源底端在〃點(diǎn)時(shí)，望遠(yuǎn)鏡內(nèi)剛好可以看到此光源底端，設(shè)

過(guò)。點(diǎn)液面的法線為OQ,則N/OOi=a①

其中a為此液體到空氣的全反射臨界角，

由折射定律有sina=［②

同理，若線光源頂端在囪點(diǎn)時(shí)，通過(guò)望遠(yuǎn)鏡剛好可以看到此光源頂端，則NN8i6=a,

AB

設(shè)此時(shí)線光源底端位于8點(diǎn)，由圖中幾何關(guān)系可得sina==③

AB\

q市2+荷

聯(lián)立②③式得n=-----④

AB

由題給條件可知N8=8.0cm,BB]=6.0cm

代入③式得77=1.25

2.與全反射相關(guān)的判斷、分析及計(jì)算

［例2］如圖所示，一束平行光從真空垂直射向一塊半圓形玻璃磚的底面，下列說(shuō)法正

確的是（）

A.只有圓心兩側(cè)一定范圍內(nèi)的光線不能通過(guò)玻璃磚

B.只有圓心兩側(cè)一定范圍內(nèi)的光線能通過(guò)玻璃磚

C.通過(guò)圓心的光線將沿直線穿過(guò)，不發(fā)生偏折

D.圓心兩側(cè)一定范圍外的光線將在曲面處發(fā)生全反射

【解析】垂直射向界面的光線不發(fā)生偏折，因而光束沿直線平行射到半

圓面上，其中通過(guò)圓心的光線將沿直線穿過(guò)，不發(fā)生偏折；由中:卜.、心向兩側(cè)，

光從半圓面進(jìn)入真空時(shí)的入射角逐漸增大并趨于90。，當(dāng)入射角或:產(chǎn)”）大于臨界角

時(shí)，會(huì)發(fā)生全反射.

【答案】BCD

【思維提升】半圓形的玻璃磚，法線為圓心與該入射點(diǎn)連線，通過(guò)作圖，可看出半圓面

處的入射角由中心向兩側(cè)逐漸增大.

【拓展2】有一折射率為〃的長(zhǎng)方體玻璃磚ZBCD其周?chē)强諝?，如圖所示，當(dāng)入射光

線從它的N8面以入射角a射入時(shí),

（1）要使光線在8C面發(fā)生全反射，證明入射角應(yīng)滿足的條件是sinaW7717.（8。面

足夠長(zhǎng)）

（2）如果對(duì)于任意入射角（存0。且a＜90。）的光線都能發(fā)生全反射，則玻璃成的折

射率應(yīng)取何值？

【解析】（1）要使光線在8C面發(fā)生全反射，（如圖所示），首先應(yīng)滿足

sin—①

n

式中夕為光線射到3C面時(shí)的入射角，由折射定律有

sina

------------=n②

sin（90。/）

將①②兩式聯(lián)立解得sinaW7n2-l

（2）如果對(duì)于任意入射角的光線都能發(fā)生全反射，即0。＜6（＜90。都能發(fā)生全反射，則只有當(dāng)

J”2T＞］才能滿足上述條件,我心收

【拓展3】如圖所示，一束截面為圓形半徑為R的平行單色光，

垂直射向一玻璃半球的平面，經(jīng)折射后在屏幕S上形成一個(gè)圓形

亮區(qū)，已知玻璃半球的半徑為R,屏幕S到球心的距離為d（d＞3R）,

不考慮光的干涉和衍射，玻璃對(duì)該光的折射率為n,求屏幕上被照亮區(qū)域的半徑。

解析：光恰要發(fā)生全反射時(shí)的臨界線射到屏幕S上的E點(diǎn)到亮區(qū)中心0'的距離r,就是所求最大半徑，

OF=-A_

設(shè)臨界角為C,如圖所示,①又CMC②C加=③解得

【拓展4】一玻璃三棱鏡，其橫截面為等腰三角形，頂角0為銳角，折射率為血?，F(xiàn)在橫截面內(nèi)有一光

線從其左側(cè)面上半部分射入棱鏡。不考慮棱鏡內(nèi)部的反射。若保持入射線在過(guò)入射點(diǎn)的法A

線的下方一側(cè)(如圖所示)，且要求入射角為任何值的光線都會(huì)從棱鏡的右側(cè)面射出，則

頂角?？稍谑裁捶秶鷥?nèi)取值？(0"<0<45")j\

【拓展5】如圖所示，空氣中在一折射率為0的玻璃柱體，其橫截面是圓心角為90。、半/\

徑為R的扇形OAB,一束平行光平行于橫截面，以45。入射角照射到OA上，OB不透光，若只考慮首次

入射到圓弧以8上的光，則以8上有光透出部分的弧長(zhǎng)為(B)////

1115//々"

64312\

VI

【拓展6】如圖，為某種透明材料做成的三棱鏡橫截面，其形狀是邊長(zhǎng)為a的等邊三角形，現(xiàn)用一束寬度

為a的單色平行光束，以垂直于BC面的方向正好入射到該三棱鏡的AB及AC面上，結(jié)果所有從AB、AC面

入射的光線進(jìn)入后恰好全部直接到達(dá)BC面。試求：

(i)該材料對(duì)此平行光束的折射率；

(ii)這些到達(dá)BC面的光線從BC面折射而出后，如果照射到一塊平行于BC面的屏上形成光斑，則當(dāng)屏

到BC面的距離d滿足什么條件時(shí)，此光斑分為兩塊？

(i)由于對(duì)稱性，我們考慮從AB面入射的光線，這些光線在棱鏡中是平行于AC面的，由對(duì)稱性不難得出，光線進(jìn)入AB

面時(shí)的入射角"折射角尸分別為

a=60°,￡=30°(3分)

由折射定律，材料折射率

ska

skfl（3分）

（ii）如圖。為BC中點(diǎn)，在B點(diǎn)附近折射的光線從BC射出后與直線AO交于D,可看出只要光屏放得比D點(diǎn)遠(yuǎn)，則光斑會(huì)

分成兩塊。

紇

由幾何關(guān)系可得0D=6（2分）

/

所以當(dāng)光屏到BC距離超過(guò)6時(shí)，光斑分為兩塊（1分）

3.不同色光在同一介質(zhì)中的波長(zhǎng)、波速、折射率的對(duì)比

[例3]△OWN為玻璃等腰三棱鏡的橫截面々、b兩束可見(jiàn)單色光從空氣垂直射入棱鏡

底面MN,在棱鏡側(cè)面OM、GW上反射和折射的情況如圖所示.由此可知（）

A.棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的小

B.棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的大

C。光的頻率比b光的高

D.a光的波長(zhǎng)比b光的長(zhǎng)

【解析】由光路圖可以看出，。光入射到界面與b光入射到界面CW的入射角相等,

。光沒(méi)有發(fā)生全反射，但b光已經(jīng)發(fā)生全反射，說(shuō)明此時(shí)的入射角小于。光的臨界角，卻等

于或大于6光的臨界角，可見(jiàn)對(duì)于同一種介質(zhì)，6光的臨界角較小，由sinC=L可知玻璃對(duì)

n

h光的折射率〃〃較大，說(shuō)明b光的頻率較高，C錯(cuò)；根據(jù)v=￡知棱鏡內(nèi)b光的傳播速度較小,

n

B對(duì)、A錯(cuò)；根據(jù)u=y可知b光的波長(zhǎng)較短，D對(duì).

【答案】BD

【思維提升】折射率〃是討論折射和全反射問(wèn)題的重要物理量，是聯(lián)系各物理量的橋梁,

對(duì)跟折射率〃有關(guān)的所有關(guān)系式應(yīng)熟練掌握.

【拓展3】如圖所示，ABC為一玻璃三棱鏡的截面，一束光線MN垂直于AB面射人，

在AC面發(fā)生全反射后從BC面射出，則()

A.由BC面射出的紅光與BC面夾角最小.

月

B.由BC面射出的紫光與BC面夾角最小叱

C.若NMNB變小，最先從AC面透出的是紅光

D.若NMNB變小，最先從AC面透出的是紫光.//\

答案：BC

4.測(cè)定玻璃磚的折射率

【例4】在用兩面平行的玻璃磚測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中，其實(shí)驗(yàn)光路如圖所示。對(duì)實(shí)驗(yàn)中的一些具體問(wèn)

題，下列說(shuō)法中正確的是()

A.為了減小作圖誤差，P3和P4的距離應(yīng)適當(dāng)取大些

B.為減少測(cè)量誤差，Pl和P2的連線與玻璃磚界面的夾角應(yīng)適當(dāng)取大一些

C.若Pl、P2的距離較大，通過(guò)玻璃磚會(huì)看不到匕、P2的像

D.若Pi、P2連線與法線NN夾角過(guò)大，有可能在bb面上發(fā)生全反射，所以在bb一側(cè)就看不到Pi、P2

的像

答案：AB

【拓展I]如圖所示，等腰直角棱鏡/8。的兩腰長(zhǎng)都是16cm.為了測(cè)定它的折射率，棱鏡放在直角坐標(biāo)系

中，使兩腰與公、0軸重合.從08邊的C點(diǎn)注視/棱，發(fā)現(xiàn)/點(diǎn)的視位置在04邊上的。點(diǎn)，在

C、。兩點(diǎn)插上大頭針，測(cè)出C點(diǎn)的坐標(biāo)位置(0,12),。點(diǎn)的坐標(biāo)位置(9,0),由此計(jì)算出該棱鏡的折射

率為.

答案：4/3

|y/cm

[B

oDx/cm

【拓展2】學(xué)校開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)，某研究小組的同學(xué)根據(jù)所學(xué)的光學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量液體折射

率的儀器，如圖所示.在一圓盤(pán)上，過(guò)其圓心0作兩條互相垂直的直徑BC、EF,在半徑0A上，垂直盤(pán)面

插下兩枚大頭針Pl、P2并保持Pl、P2位置不變，每次測(cè)量時(shí)讓圓盤(pán)的下半部分

豎直進(jìn)入液體中，而且總使得液面與直徑BC相平，EF作為界面的法線，而后在

圖中右上方區(qū)域觀察Pl、P2的像，并在圓周上插上大頭針P3,使P3正好擋住P1、

P2的像.同學(xué)們通過(guò)計(jì)算，預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)

P3所插的位置，就可直接讀出液體折射率的值，則：(1)若NAOF=30°.0P3

與0C的夾角為30°,則P3處所對(duì)應(yīng)的折射率的值為.(2)圖中

P3、P4兩位置處所對(duì)應(yīng)的折射率大.(3)作AO的延長(zhǎng)線交圓周于K,K處所對(duì)應(yīng)的折射率值

應(yīng)為_(kāi)___________

答案：(1)1.73(2)自(3)1

第2課時(shí)光的干涉、衍射激光

重點(diǎn)難點(diǎn)突破

一、正確識(shí)別生活中的干涉、衍射、折射、反射等光現(xiàn)象，掌握干涉、衍射條紋的特點(diǎn)

因白光是復(fù)色光，白光在干涉，衍射與折射時(shí)均可觀察到彩色光帶，生活中常見(jiàn)的干涉

現(xiàn)象為薄膜干涉，如水面的油膜、照相機(jī)鏡頭前的增透膜、肥皂膜，相干光源是同一束光在

薄膜前后兩個(gè)表面的反射光.因可見(jiàn)光的波長(zhǎng)很短，只有幾百納米，要觀察到明顯的衍射現(xiàn)象,

障礙物或孔的尺寸必須很小.所以將眼瞇成一條縫或透過(guò)紗巾觀察到的彩色光帶是白光經(jīng)過(guò)

縫隙產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象.白光通過(guò)三棱鏡形成的彩色光帶是光的折射現(xiàn)象即色散，雨后天空中的

彩虹產(chǎn)生也是光的色散現(xiàn)象.

二、光的干涉條件的理解

光的干涉條件是有兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)情況總是相同

(或相差恒定)的波源，即相干波源由于不同光源發(fā)出的光

的頻率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位發(fā)出的

光也不一定有相同的頻率和恒定的相位差，在一般情況

下，很難找到兩列相干光源.通常采用人造激光或?qū)⒁皇?/p>

一分為二，如圖分別是利用雙縫、楔形薄膜、空氣膜、平

面鏡形成相干光源.

三、雙縫干涉中條紋間距和位置的分析及有關(guān)計(jì)算

1.影響條紋間距的因素，Ax=4加上為雙縫亥U屏的距離，d為兩狹縫間的距離，2為光的

a

波長(zhǎng).

2.中央位置是亮紋還是暗紋的條件：雙縫到光屏中央距離相等，光程差為零.若兩光源振

動(dòng)完全一致，中央一定是亮紋，若兩光源振動(dòng)恰好相反，則中央為暗紋.分析時(shí)要結(jié)合兩狹縫

的具體位置及兩光源的振動(dòng)情況兩個(gè)因素進(jìn)行判斷.

3.單色光顏色、頻率、波長(zhǎng)的關(guān)系.光的顏色由光的頻率決定，在可見(jiàn)光中，紅光頻率最

低，紫光頻率最高，真空中各色光光速相同，由，=2?〃知，真空中紅光波長(zhǎng)最大，紫光波

長(zhǎng)最小.

四、薄膜干涉條紋間距與彎曲方法的判斷方法

1.條紋出現(xiàn)在薄膜前表面的等厚線上，明紋產(chǎn)生的條件是厚度等于光波半波長(zhǎng)的整數(shù)倍.

2.等傾干涉條紋是均勻的，相鄰明紋間的高度差是一個(gè)常數(shù)，是由

厚度決定.

如圖若薄片變厚，。增大，第一條明紋位置向左移動(dòng)且相鄰明紋的

間距變密.

3.若被檢查平面平整則干涉圖樣是等間距明暗相同的平行直條紋.若某處凹下，則對(duì)應(yīng)明

(暗)條紋提前出現(xiàn)，如圖(a)所示；若某處凸起，則對(duì)應(yīng)明(暗)條紋延后出現(xiàn)，如圖(b)所示.

標(biāo)準(zhǔn)樣板

被檢杳平面空氣薄膜

叱典例精析

1.各種光現(xiàn)象的識(shí)別

【例1】分析以下現(xiàn)象產(chǎn)生的原因:

(1)通過(guò)盛水的玻璃杯，在適當(dāng)?shù)慕嵌?，可看到彩色光?/p>

(2)菜湯上的油花呈現(xiàn)彩色；

(3)隔著帳?？催h(yuǎn)處的燈，見(jiàn)到燈周?chē)椛洳噬墓饷ⅲ?/p>

(4)光線照在花布上，可以看見(jiàn)花布上的圖樣.

【解析】(1)白光通過(guò)盛水的玻璃杯發(fā)生折射，產(chǎn)生色散，在適當(dāng)?shù)慕嵌?，各色光分離較

大，可看到彩色光.

(2)光經(jīng)過(guò)菜湯上油膜的上、下兩表面發(fā)生反射，兩列反射光波相互疊加，產(chǎn)生干涉條紋，

因此菜湯上的油花呈現(xiàn)彩色.

(3)遠(yuǎn)處發(fā)出的光經(jīng)過(guò)帳幔的縫隙，產(chǎn)生衍射，因此遠(yuǎn)處的燈周?chē)椛洳噬墓饷?

(4)光線照在花布上看見(jiàn)花布的圖樣，是由于光的反射與吸收的結(jié)果.花布是由各種顏色的

花紋組成的，當(dāng)白光照在花布上時(shí)紅色花紋反射紅光，吸收其他顏色的光，這樣我們?cè)谠撐?/p>

置只看到紅色.同理可以看到各種花紋反射的顏色.這樣可以看到花布的圖樣.

【思維提升】題目中的四種現(xiàn)象都使觀察者看到彩色光，但它們產(chǎn)生彩色光的原因不盡

相同，解答這類(lèi)說(shuō)理題要求我們善于透過(guò)現(xiàn)象抓住事物的本質(zhì).

【拓展1】如圖所示為單色光源發(fā)出的光經(jīng)一狹縫照射到光屏上，可觀察到的圖像是(A)

I，in.rnnnn11川川HII

ABCI)

【解析】單色光源經(jīng)狹縫產(chǎn)生衍射，衍射圖樣是間距不等明暗相間，中央寬而亮，兩邊

寬度和亮度逐漸降低的條紋，且兩邊明條紋的亮度迅速降低，只有A符合這些特點(diǎn).故本題答

案為A.

2.對(duì)相干光源的理解及干涉規(guī)律的實(shí)際應(yīng)用

【例2】1801年，托馬斯?楊用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)研究了光波的性質(zhì).1834年，洛埃利用單面

鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果(稱洛埃鏡實(shí)驗(yàn)).

(1)洛埃鏡實(shí)驗(yàn)的基本裝置如圖所示，S為單色光源〃為一平面鏡.試用平面鏡成像作圖法

在圖上畫(huà)出S經(jīng)平面鏡反射后的光與直接發(fā)出的光在光屏上相交的區(qū)域.

(2)設(shè)光源S到平面鏡的垂直距離和到光屏的垂直距離分別為。和L,光的波長(zhǎng)為X,在

光屏上形成干涉條紋.寫(xiě)出相鄰兩條亮紋(或暗紋)間距離Ax的表達(dá)式.

【解析】（1）根據(jù)平面鏡成像特點(diǎn)（對(duì)稱性），先作出S在鏡中的像，畫(huà)出邊沿光線，范圍

如圖所示.

（2）要求記住楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中干涉條紋寬度與雙縫間距、縫屏距離、光波波長(zhǎng)之間的

關(guān)系A(chǔ)x='九因?yàn)閐=2a,所以AruKA

dla

【思維提升】對(duì)于雙縫干涉原理的理解是很重要的，關(guān)鍵是楊氏的“一分為二”的實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)思想.光源S在平面鏡中所成的像與S本身構(gòu)成了相干光源.要獲得穩(wěn)定的干涉，就是要找

到相干光源.如還可以利用兩塊成很小角度的平面鏡的反射光進(jìn)行干涉實(shí)驗(yàn)等.

【拓展2】在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果（BD）

A.用白光作為光源，屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋

B.用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋

C.用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋

D.用紫光作為光源，遮住其中一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)間距不等的條紋

【解析】白光是由不同頻率單色光組成的復(fù)色光，各種色光都能形成明暗相間的條紋，

各種色光都在中央條紋處形成亮條紋，從而復(fù)合成白色條紋，由于兩側(cè)條紋間距與各色光波

長(zhǎng)成正比，即紅光的亮條紋間寬度最大，紫光亮條紋間寬度最小，除中央條紋以外的其他條

紋不能完全重合，這樣便形成了彩色干涉條紋，所以A錯(cuò)，B正確；當(dāng)兩縫用不同光照射時(shí)，

兩光頻率不同，不是相干光，不能呈現(xiàn)彩色條紋，C錯(cuò)；遮住一縫，則為衍射實(shí)驗(yàn)，屏上將

呈現(xiàn)間距不等的條紋，D正確.

3.雙縫干涉中明暗條紋出現(xiàn)的條件及定量計(jì)算

【例3】如圖所示是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，使用波長(zhǎng)為600nm的橙色

光源照射單縫S,在光屏中央尸處觀察到亮條紋，在位于P點(diǎn)上方的

Pi點(diǎn)出現(xiàn)第一條亮紋中心（即4到與、S2的路程差為一個(gè)波長(zhǎng)），現(xiàn)換用

波長(zhǎng)為400nm的紫光源照射單縫，則（）

A.P和Pi仍為亮點(diǎn)B.尸為亮點(diǎn)，Pi為暗點(diǎn)

C.P為暗點(diǎn)，尸?為亮點(diǎn)D.P、Pi均為暗點(diǎn)

【解析】從單縫S射出的光波被與、S2兩縫分成的兩束光為相干光，由題意，屏中央P

點(diǎn)到&、S2距離相等，即由Si、S2分別射出的光到P點(diǎn)的路程差為零，因此是亮紋中心.因而,

無(wú)論入射光是什么顏色的光，波長(zhǎng)多大，P點(diǎn)都是中央亮紋中心.

而Pl點(diǎn)到S|、S2路程相差剛好是橙光的一個(gè)波長(zhǎng)，即|尸|$一尸5|=600nm=九%則兩

列光波到達(dá)Pi點(diǎn)振動(dòng)情況完全一致，振動(dòng)得到加強(qiáng)，因此出現(xiàn)亮紋.

當(dāng)換用波長(zhǎng)為400nm的紫光時(shí)，RS]一尸廊=600nm=凈，則兩列光波到達(dá)尸i點(diǎn)時(shí)

振動(dòng)情況完全相反，即由Si、電射出的光波到達(dá)Pi點(diǎn)就相互消弱，因此，出現(xiàn)暗條紋.綜上

所述，選項(xiàng)B正確.

【答案】B

【思維提升】判斷屏上某點(diǎn)為亮紋還是暗紋，要看該點(diǎn)到兩個(gè)光源（雙縫）的路程差與波

長(zhǎng)的比值，要記住路程差等于波長(zhǎng)整數(shù)倍處為亮條紋，等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍處為暗條紋.還要

注意這一結(jié)論成立的條件是：兩個(gè)光源情況完全相同.

本題若頻率相同的兩相干光源，振動(dòng)情況完全相反，那么P點(diǎn)仍然是中央亮條紋嗎？（答

案：不是，為暗條紋.）

【拓展3】雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，綠光通過(guò)單縫S后，投射到具有雙縫的擋板上,

雙縫S和S2與單縫S的距離相等，光通過(guò)雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋.屏上O

點(diǎn)距雙縫S和S2的距離相等，P點(diǎn)是距。點(diǎn)最近的第一條亮紋.如果將入射的單色光換成紅

雙縫屏

光或藍(lán)光，討論屏上。點(diǎn)及其上方的干涉條紋的情]I"況是：①O

點(diǎn)是紅光的亮條紋；②紅光的第一條亮條紋在p點(diǎn)學(xué):JL…上!________0的上方；

③O點(diǎn)不是藍(lán)光的亮條紋；④藍(lán)光的第一條亮條紋||在P點(diǎn)的

上方.已知紅光波長(zhǎng)大于綠光波長(zhǎng)，綠光波長(zhǎng)大于藍(lán)光的波長(zhǎng)，據(jù)此判斷（A）

A.只有①②正確B.只有①④正確

C.只有②③正確D.只有③④正確

【解析】由于。點(diǎn)到雙縫的光程差為零，所以為各種單色光的亮條紋，P點(diǎn)是綠光的第

一亮條紋，因?yàn)槿巳纾?妹，Ax=-2,所以紅光條紋間距大于綠光條紋間距.

d

【2013浙江卷16】與通常觀察到的月全食不同，小虎同學(xué)在2012年12月10日晚觀看月全食時(shí)，看到整

個(gè)月亮是暗紅的。小虎畫(huà)了月全食的示意圖，并提出了如下猜想，其中最為合理的是

A.地球上有人用紅色激光照射月球

B.太陽(yáng)照射到地球的紅光反射到月球

C.太陽(yáng)光中的紅光經(jīng)地球大氣層折射到月球

D.太陽(yáng)光中的紅光在月球表面形成干涉條紋

【答案】C

4.薄膜干涉規(guī)律的認(rèn)識(shí)與應(yīng)用

[例4]登山運(yùn)動(dòng)員在登雪山時(shí)要注意防止紫外線的過(guò)度照射，尤其是眼睛更不能長(zhǎng)時(shí)

間被紫外線照射，否則將會(huì)嚴(yán)重地?fù)p壞視力.有人想利用薄膜干涉的原理設(shè)計(jì)一種能大大減小

紫外線對(duì)眼睛的傷害的眼鏡.他選用的薄膜材料的折射率為〃=1.5,所要消除的紫外線的頻率

為8.1x1014Hz,那么它設(shè)計(jì)的這種“增反膜”的厚度至少是多少？

【解析】“增反膜”與“增透膜”的區(qū)別是：“增透膜”是增強(qiáng)透射光的強(qiáng)度，“增反

膜”卻是減弱透射光的強(qiáng)度，故“增反膜”的前后表面的兩反射光的光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，

即光程差最小為光在膜中的一個(gè)波長(zhǎng)X介，由題中信息可知：紫外線在膜中波長(zhǎng)X詐=&=￡?=

nvn

2.5x10-7m

J

所以d=—=1.25x10"m

2

【拓展4］如圖甲所示，在一塊平板玻璃上放置一平凸薄透鏡，在兩者之間形成厚度不

均勻的空氣膜，讓一束單一波長(zhǎng)的光垂直入射到該裝置上，I解山廠、

結(jié)果在上方觀察到如圖乙所示的同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀干

，勿勿ly

涉條紋，稱為牛頓環(huán)，以下說(shuō)法正確的是（）甲乙

A.干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的

B.干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡上表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的

C.干涉條紋不等距是因?yàn)榭諝饽ず穸炔皇蔷鶆蜃兓?/p>

D.干涉條紋不等距是因?yàn)榭諝饽ず穸仁蔷鶆蜃兓?/p>

【錯(cuò)解】凸透鏡和平板玻璃組成薄膜，凸透鏡的上表面的反射光和平板玻璃的上表面的

反射光形成薄膜干涉條紋，故B正確，A錯(cuò)；根據(jù)薄膜干涉的應(yīng)用檢測(cè)工件的平整程度可知，

凸透鏡上表面是圓弧，表面不是均勻變化，故干涉條紋不是均勻變化，故C正確，D錯(cuò).

【錯(cuò)因】上述錯(cuò)誤的原因是沒(méi)有弄清凸透鏡和平板玻璃組成的哪部分是薄膜，把凸透鏡

看成薄膜而錯(cuò)選B,而實(shí)際上是凸透鏡和平板玻璃之間的空氣形成薄膜，反射光是薄膜的兩

個(gè)表面的反射光干涉形成干涉條紋.

【正解】由于在凸透鏡和平板玻璃之間的空氣形成薄膜，所以形成相干光的反射面是凸

透鏡的下表面和平板玻璃的上表面，故A正確，由于凸透鏡的下表面是圓弧面，所以形成的

薄膜厚度不是均勻變化，形成不等間距的干涉條紋，故C正確.

【答案】AC

【思維提升】本題中不易理解哪部分是薄膜，本題的關(guān)鍵是弄清楚薄膜，相干光是薄膜

上下兩個(gè)表面的反射光.

5.楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)

《用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)》的實(shí)驗(yàn)中，將雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀按要求安裝在光具座上(如圖1),

并選用縫間距d=0.2mm的雙縫屏。從儀器注明的規(guī)格可知，像屏與雙縫屏間的距離L=700mm。

然后，接通電源使光源正常工作。

光源八選贊母光片單攝雙緝wsronw

&一圖]乜

(1)利用圖中裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象時(shí)，有下面幾種說(shuō)法，其中正確的是o

A.將屏移近雙縫，干涉條紋間距變窄

B.將濾光片由藍(lán)色的換成紅色的，干涉條紋間距變寬

C.將單縫向雙縫移動(dòng)一小段距離后，干涉條紋間距變寬

D.換一個(gè)兩縫之間距離較大的雙縫，干涉條紋間距變窄

E.去掉濾光片后，干涉現(xiàn)象消失

(2)已知測(cè)量頭主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。某同學(xué)調(diào)整手輪后，從測(cè)量頭

的目鏡看去，第1次映入眼簾的干涉條紋如圖2(a)所示，圖2(a)中的數(shù)字是該同學(xué)給各

暗紋的編號(hào)，此時(shí)圖2(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)xkl.16mm；接著再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，映入眼簾的干

涉條紋如圖3(a)所示，此時(shí)圖3(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)X2=；

(3)利用上述測(cè)量結(jié)果，經(jīng)計(jì)算可得兩個(gè)相鄰明紋間的距離Ax=mm；這種色光

的波長(zhǎng)4=nm。

答案：(l)ABD(2)15.02(3)2.31,6.6x102

機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械波

1.如圖所示，在0點(diǎn)懸有一細(xì)繩，細(xì)繩穿過(guò)小球B的通過(guò)直徑的小孔，使B球能順著繩子滑下來(lái).在O點(diǎn)

正下方有一半徑為R=lm的光滑弧形軌道，圓心位置恰好在。點(diǎn)，弧形軌道的最低點(diǎn)為0',在接近O'

處有另一小球A,令A(yù)、B兩球同時(shí)開(kāi)始無(wú)初速釋放。(取"2=[0,g=10m/s2)求：

①、若細(xì)線光滑，試計(jì)算B小球和A小球第一次到0'時(shí)間？

②、若要A球第一次到達(dá)平衡位置時(shí)正好能夠和B球相碰，則B球與繩之間的摩擦力與B球重力大小之

比是多少？

2.如圖所示，將小球甲、乙、丙（都可視為質(zhì)點(diǎn)）分別從4、以。三點(diǎn)由靜止同時(shí)釋放，最后都到達(dá)豎直面內(nèi)圓弧的最低點(diǎn)

D,其中甲是從圓心4出發(fā)做自由落體運(yùn)動(dòng)，乙沿弦軌道從一端8到達(dá)另一端。，丙沿圓弧軌道從。點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到。，且C點(diǎn)很靠

近。點(diǎn)。如果忽略一切摩擦阻力，那么下列判斷正確的是：（A）

A.甲球最先到達(dá)〃點(diǎn)，乙球最后到達(dá)。點(diǎn)

B.甲球最先到達(dá)"點(diǎn)，丙球最后到達(dá)"點(diǎn)

C.丙球最先到達(dá)〃點(diǎn)，乙球最后到達(dá)。點(diǎn)

D.甲球最先到達(dá)〃點(diǎn)，無(wú)法判斷哪個(gè)球最后到達(dá)。點(diǎn)

兩列頻率相同聲波，在空氣中相遇發(fā)生干涉現(xiàn)象時(shí)（BCD）

A.振動(dòng)加強(qiáng)質(zhì)點(diǎn)的位移總是最大，不隨時(shí)間改變

B.在某一時(shí)刻，振動(dòng)加強(qiáng)質(zhì)點(diǎn)的位移可能小于振動(dòng)減弱點(diǎn)的位移

C.振動(dòng)加強(qiáng)質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間不斷變化

D.振動(dòng)減弱質(zhì)點(diǎn)的振幅一定小于振動(dòng)加強(qiáng)質(zhì)點(diǎn)的振幅

3.例題七：如圖所示，在半徑為R=45m的圓心0和圓周A處，有兩個(gè)功率差不多的喇叭，同時(shí)發(fā)出兩列完

全相同的聲波，且波長(zhǎng)4=10%若人站在B處，正好聽(tīng)不到聲音；若逆時(shí)針?lè)较驈腂走到A,則時(shí)而聽(tīng)到

時(shí)而聽(tīng)不到聲音。試問(wèn)在到達(dá)A點(diǎn)之前，還有幾處聽(tīng)不到聲音？

解：因?yàn)椴ㄔ碅、0到B點(diǎn)的波程差為Ar=rLr2=R=45m所以B點(diǎn)發(fā)生干涉相消現(xiàn)象。在圓周任

2

1

一點(diǎn)C上聽(tīng)不到聲音的條件為：Ar=r1-r2=±(2k+l)-=±5(2k+l)

2

將r2=R=45m代入上式得：r產(chǎn)±5(2k+l)+r2

所以：ri=10k+50或r1=—10k+40而0<ri<90m,

所以有：0<(10k+50)<90m和0<(—10k+40)<90m

求得：-5<k<4HPk=-4、一3、一2、一1、0、1、2、3,

所以在到達(dá)A點(diǎn)之前有八處聽(tīng)不到聲音。

一列橫波以40m/s的速度沿x軸正方向傳播，如圖所示，表示介質(zhì)中x=6m范圍內(nèi)某時(shí)刻的波形，由此可

知該波的頻率為多少？如果該波的波源位于x=-4m處，波源剛開(kāi)始振動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)從平衡位置向下運(yùn)動(dòng)，則

從波源開(kāi)始振動(dòng)算起，至少經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間才能在x=0到x=6m段出現(xiàn)圖示的波形.

答：該波的頻率為*OHz,從波源開(kāi)始振動(dòng)算起，至

少經(jīng)過(guò)O32SS才能在X=O到x=6m段出現(xiàn)圖示的波

形.口

如圖所示，波源S從平衡位置y=0開(kāi)始振動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向豎直向上(y軸的正方向)，振

動(dòng)周期T=0.01s,產(chǎn)生的機(jī)械波向左、右兩個(gè)方向傳播，波速均為v=80m/s。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間

后，P、Q兩點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)，已知距離SP=1.2m、SQ=2.6m,若以Q點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)的時(shí)刻作為計(jì)時(shí)

的零點(diǎn)，則關(guān)于下面的四幅振動(dòng)圖像說(shuō)法正確的是

[AD]

A.甲為Q點(diǎn)的振動(dòng)圖像

B.乙為振源S點(diǎn)的振動(dòng)圖像

C.丙為P點(diǎn)的振動(dòng)圖像

D.丁為P點(diǎn)的振動(dòng)圖像

機(jī)械橫波某時(shí)刻的波形圖如圖所示，波沿x軸正方向傳

播，質(zhì)點(diǎn)p的坐標(biāo)x=0.32m.從此時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí).

(1)若每間隔最小時(shí)間0.4s重復(fù)出現(xiàn)波形圖，求波速.

(2)若p點(diǎn)經(jīng)0.4s第一次達(dá)到正向最大位移，求波速.

(3)若p點(diǎn)經(jīng)0.4s到達(dá)平衡位置，求波速.

答：(1)若每間隔最小時(shí)間0.4s重復(fù)出現(xiàn)波形圖，波速為2m/s.

(2)若p點(diǎn)經(jīng)0.4s第一次達(dá)到正向最大位移，波速為0.3m/s.

(3)若p點(diǎn)經(jīng)0.4s到達(dá)平衡位置，波速為(0.8+n)m/s(n=0,1,2,3,---).

15.一列簡(jiǎn)諧橫波沿直線由a向6傳播，相距10.5m的a、b兩處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)圖象如圖中a、6所示，則(D)

A.該波的振幅可能是20cm

B.該波的波長(zhǎng)可能是8.4m

C.該波的波速可能是10.5m/s

D.該波由a傳播到b可能歷時(shí)7s

第3課時(shí)波粒二象性

重點(diǎn)難點(diǎn)突破

一、光電效應(yīng)

“光電效應(yīng)”是光的粒子性的一個(gè)重要體現(xiàn)，也是光的本性中一個(gè)高考熱點(diǎn)，因此在復(fù)

習(xí)過(guò)程中：

L要澄清一些易混淆的概念，如“光子”、“光電子”、“光子的能量”與“光電子的

最大初動(dòng)能”等，這對(duì)理解光電效應(yīng)的規(guī)律具有重要意義.

(1)“光子”與“光電子”

光子是指光在空間傳播時(shí)的每一份能量(即能量是不連續(xù)的)，光子不帶電，是微觀領(lǐng)域

中的一種粒子；而光電子是金屬表面受到光照時(shí)發(fā)射出來(lái)的電子，因此其本質(zhì)就是電子.

(2)“光子的能量”與“入射光的強(qiáng)度”

光子的能量是一份一份的，每一份的能量為其大小由光的頻率決定；而入射光

的強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)入射光中包含光子數(shù)的多少，入射光的強(qiáng)度可表示為P=〃〃〃，其中〃

為單位時(shí)間內(nèi)的光子數(shù).

(3)“光電子的最大初動(dòng)能”與“光電子的動(dòng)能”

光照射到金屬表面時(shí)，電子吸收光子的能量，就可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中要克

服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分能量轉(zhuǎn)化為光電子的初動(dòng)能.所以金

屬表面的電子，只需克服原子核的引力做功就能從金屬表面逸出，那么這些光電子具有最大

初動(dòng)能，其值為Ekm=//V—%（式中W為金屬的逸出功）.而不從金屬表面發(fā)射的光電子，在逸

出的過(guò)程中損失的能量會(huì)更多，所以此時(shí)光電子的動(dòng)能及<Ekm.一個(gè)電子吸收一個(gè)光子的能量

后，動(dòng)量立即增大，不需要積累能量的過(guò)程.

2.掌握兩條線索、明確各概念間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

「強(qiáng)度一決定著每秒鐘

光源發(fā)射的光子數(shù)

「照射光

?頻率一決定著每個(gè)光子

曰.r->，

,每秒鐘逸出的光電子數(shù)

——決定著光電流的強(qiáng)度

L光電子

,光電子逸出后的最大初動(dòng)能七田力

由上圖可知，這兩條線索：一是光的頻率線，二是光的強(qiáng)度線.這兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系線就是：

光強(qiáng)一光子數(shù)目多一發(fā)射光電子多一光電流強(qiáng)度大；光子頻率高一光子能量大一產(chǎn)生光電子

的最大初動(dòng)能大.

二、對(duì)光的波粒二象性的理解

1.光的干涉、衍射現(xiàn)象和光的電磁說(shuō)，表明了光不可懷疑地具有波動(dòng)性；光電效應(yīng)和光

子說(shuō)，卻說(shuō)明了光的波動(dòng)性理論有一定的局限性，光還具有粒子性.光的一切行為只有光具有

波粒二象性才能說(shuō)明，所以我們認(rèn)為光具有波粒二象性.

2.光子說(shuō)并沒(méi)有否定光的電磁說(shuō)，光子的能量￡=加，其中頻率v仍是波的特征，我們不

可以把光當(dāng)成宏觀概念中的波，也不可把光子當(dāng)成宏觀概念中的粒子，對(duì)于宏觀物體來(lái)說(shuō)，

波粒二象性不可想象但在微觀世界卻是存在的.

3.要認(rèn)識(shí)到不僅光具有波粒二象性，一切微觀粒子都具有波粒二象性，所以波粒二象性

是微觀世界具有的特性.隨著研究對(duì)象的不同，我們的觀念、方法也要改變，宏觀現(xiàn)象和微觀

現(xiàn)象的研究方法、理解方式是不相同的.

4.對(duì)光的波粒二象性簡(jiǎn)短的總結(jié)：

（1）光波有一定的頻率和波長(zhǎng)，光子有一定的能量（￡=6）和動(dòng)量防=人爪），是個(gè)矛盾對(duì)立

的統(tǒng)一體，彼此含有對(duì)方的成分，共存于光的統(tǒng)一體中方=〃u=與，0=處=4?.事實(shí)上，不

僅光具有波粒二象性，一切運(yùn)動(dòng)的物體都具有波粒二象性，其波長(zhǎng)（德布羅意波長(zhǎng)）.宏

P

觀物體的德布羅意波長(zhǎng)非常小，很難觀察到它們的波動(dòng)性.

（2）只有一個(gè)差異：在一定條件下波動(dòng)性顯著，在另一條件下粒子性顯著，即我們觀察到

這對(duì)矛盾的主要方面.具體地說(shuō)就是：光在傳播過(guò)程中波動(dòng)性顯著，光在與物質(zhì)作用時(shí)粒子性

表現(xiàn)顯著；大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動(dòng)性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果則顯示出粒子性.

頻率越低的光，波動(dòng)性越顯著；頻率越高的光，粒子性越顯著.

W典例精析

1.對(duì)光的波粒二象性的正確理解

【例1】關(guān)于光的波粒二象性，下列說(shuō)法正確的是（）

A.大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動(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)出波動(dòng)性，光跟物質(zhì)相互作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性

C.頻率高的光波動(dòng)性顯著，頻率低的光粒子性顯著

D.光既有波動(dòng)性又有粒子性，說(shuō)明光既是波又是粒子

【解析】光在一定條件下波動(dòng)性顯著，在另一條件下的粒子性顯著.大量光子的產(chǎn)生的效

果顯示波動(dòng)性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果則顯示出粒子性，A對(duì)，B對(duì).頻率高的光波長(zhǎng)短，波動(dòng)

性不明顯，C錯(cuò).不能將光的波粒二象性理解成光既是波又是粒子，它既不同于宏觀概念中的

波，也不同于宏觀概念的粒子，D錯(cuò).

【答案】AB

【思維提升】波動(dòng)性和粒子性在宏觀領(lǐng)域看起來(lái)是相互對(duì)立的，但在微觀領(lǐng)域，一切微

觀粒子都具有波粒二象性.

【拓展1］如圖所示，與鋅板相連的驗(yàn)電器的鋁箔原來(lái)是張開(kāi)的，現(xiàn)在讓弧光燈發(fā)出的

光經(jīng)一狹縫后照射到鋅板，發(fā)現(xiàn)在鋅板上形成明暗相間的條

紋，同時(shí)與鋅板相連的驗(yàn)電器的鋁箔張角變大，以（L'^弧光燈上實(shí)驗(yàn)事

實(shí)說(shuō)明（A）0/M

A.光具有波粒二象性X

B.驗(yàn)電器的鋁箔原來(lái)帶負(fù)電

C.鋅板上亮條紋是平行等寬度的

D.若改用激光器發(fā)出的紅光照射鋅板，觀察到驗(yàn)電器的鋁箔張角則一定會(huì)變得更大

【解析】當(dāng)弧光燈發(fā)出的紫外線經(jīng)過(guò)狹縫照在鋅板上，鋅板上形成明暗相間的條紋，發(fā)

生衍射現(xiàn)象，中心條紋寬度最寬，說(shuō)明光有波動(dòng)性；同時(shí)與鋅板相連的驗(yàn)電器的鋁箔張角變

大，發(fā)生了光電效應(yīng)，電子飛出，鋅板原來(lái)帶正電，說(shuō)明光有粒子性.所以A正確，B、C錯(cuò)

誤.紅光的頻率小于鋅板的極限頻率，不能發(fā)生光電效應(yīng)，D錯(cuò)誤.

2.對(duì)光電效應(yīng)遵循的規(guī)律的理解及應(yīng)用

【例2】對(duì)于光電效應(yīng)的解釋，下列選項(xiàng)正確的是（）

A.金屬內(nèi)每個(gè)電子可以吸收一個(gè)或一個(gè)以上的光子，當(dāng)它積累的動(dòng)能足夠大時(shí)，就能從

金屬表面逸出

B.如果入射光子的能量小于金屬表面電子克服原子核的引力逸出時(shí)需做的最小功，光電

效應(yīng)便不能發(fā)生

C.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，光子的能量就越大，光電子的最大初動(dòng)能也就越大

D.由于不同金屬的逸出功不同，因此，使不同金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的入射光的最低頻率也

不相同

【解析】同一個(gè)電子是不可能實(shí)現(xiàn)雙光子吸收的，因同一個(gè)電子接收兩個(gè)光子的時(shí)間間

隔相當(dāng)長(zhǎng)，而金屬內(nèi)電子的碰撞又是極其頻繁的.兩次碰撞的時(shí)間間隔只有1075s左右.所以

一個(gè)電子接收一個(gè)光子后如不能立即逃逸出金屬表面，它來(lái)不及吸收第二個(gè)光子，原來(lái)吸收

的能量就早已消耗殆盡了.可見(jiàn)電子吸收光子的能量不能累加，則A錯(cuò).

不同金屬內(nèi)原子核對(duì)電子的束縛程度是不同的，因此電子逃逸出來(lái)克服原子束縛力做功

不同，若光子的能量u小于使金屬表面電子克服原子核引力逸出時(shí)所做功的最小值，那

就不會(huì)有光電子逸出，即不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng).可見(jiàn)要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子能量有

一個(gè)最小值&=〃%,這就對(duì)應(yīng)了一個(gè)極限頻率，則B對(duì).同時(shí)注意到不同的金屬逸出功不同，

則其產(chǎn)生光電效應(yīng)的最低頻率（即極限頻率）不同，則D對(duì).

如果光照射某金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，那么入射光線越強(qiáng)說(shuō)明每秒照射到金屬表面單位面

積上的光子數(shù)越多，這時(shí)產(chǎn)生的光電子數(shù)就越多，光電流就越大，但由于光子的能量是由光

的頻率決定的，〃與光子數(shù)的多少無(wú)關(guān)，所以入射光的強(qiáng)度增大，但其頻率不改變時(shí)，

光子的能量也不會(huì)改變，這時(shí)每個(gè)電子吸