逍遥学能 2013-05-27 14:12
一. 教学内容：光的波粒二象性
［过程］
一. 能说明光具有波动性的实验光的干涉及衍射实验
1. 光的干涉及衍射
产生条件 典型实验 图样特点
干涉 相干光源（f相同） 双缝干涉 等宽明暗相间的条纹
衍射 障碍物或小孔的尺寸 单缝、圆孔、 越窄，衍射明显 不等宽
跟光波波长差不多 圆盘 中央亮而宽，边缘暗而窄
a. 干涉条纹间距
△x：两个相邻的亮（暗）条纹间距
b. 明暗条纹分布规律：
光程差δ＝r2－r1
中央 第一级 第二级
亮纹 δ＝nλ 振动加强 n＝0 n＝1 n＝2
增透膜：
λ：绿光在增透膜中的波长
注：①对光的衍射条纹，缝越窄，衍射现象明显，衍射条纹间距越大。缝宽一定时，波长越长的光，衍射现象明显。
②白光的衍射条纹：中央白条纹，两边彩色条纹，红光在外侧。白光的干涉条纹：中央白条纹，两边彩色条纹，红光在外侧。
4. 光的偏振
（1）偏振光的产生方式：①自然光通过起偏器：通过两个轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变偏振光，叫起偏器。第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器。其次，偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特性，即存在一个偏振化方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了。②自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。
（2）偏振光的理论意义和应用：①理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波。光的偏振现象说明光波是横波。②应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等等。
二. 光的粒子性（光电效应B类要求）
1. 光电效应
（1）在光的照射下从物体表面发射电子的现象叫光电效应。发射出的电子叫光电子。
（2）演示实验
2. 光电效应的规律
（1）瞬时性10-9S，从光照到发射电子几乎是同时的
（2）任何金属存在一个极限频率，只有v入射>v极限发生
（3）逸出光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随ν入射增大而增大
（4）在入射光强度不变时，入射光强增加，光电流增大，饱和光电流与入射光强度成正比。I饱和光电流与λ入射光强度成正比
不加电压，少量光电子到阳极，光电流小。加电压，较多光电子到阳极，光电流大。电压大到一定程度，光电流就不再增大，达到饱和光电流。入射光强度：单位时间单位面积入射光的能量。E＝nhv，v不变，增大光强，光子数变大。
3. 爱因斯坦光子说：光是由一个个光子构成，每个光子能量：E＝hv，h：普朗克常量。
v0不同
v不变时，增大I入射，光子数增多，光电子数越多，光电流大
4. 光的波粒二象性
解析：知P点与S1和S2的距离之差，由出现明暗条纹的条件可判断是亮条纹或暗条纹。
由此可知，B光在空气中波长
由光程差δ和波长λ的关系：
可见，用B光做光源，P点为亮条纹。
例2. 劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图2甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示。干涉条纹有如下特点：（1）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相邻明条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹（ ）
A. 变疏 B. 变密 C. 不变 D. 消失
（2003年上海高题）
解析：因为相邻两个明纹位置的空气膜高度差和夹角的关系为：
△h＝l为相邻明纹的距离）
∴变疏，选A
答案：A
规律总结：抓住本题所给的条件是任意相邻明纹对应的薄膜高度差不变。弄清条纹间距的决定因素。
例3. 某金属在一束黄光照射下，恰好能有电子逸出（即用频率小于这种黄光的光线照射就不可能有电子逸出）。在下述情况下，逸出电子的多少和电子的最大初动能会发生什么变化？
（1）增大光强而不改变光的频率；
（2）用一束强度更大的红光代替黄光；
（3）用强度相同的紫光代替黄光。
解析：“正好有电子逸出”，说明此种黄光的频率恰为该种金属的极限频率。
（1）增大光强而不改变光的频率，意味着单位时间内入射光子数增多而每个光子能量不变，根据爱因斯坦光电效应方程，逸出的光电子最大初动能不变，但光电子数目增大。
（2）用一束强度更大的红光代替黄光，红光光子的频率小于该金属的极限频率，所以无光电子逸出。
（3）用强度相同的紫光代替黄光，因为一个紫光光子的能量大于一个黄光光子的能量，而强度相同，因而单位时间内射向金属的紫光光子数将比原来少。因此，逸出的电子数将减少，但据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能将增大。
例4. 如图3所示，阴极K用极限波长λ0＝0.66μm的金属铯制成，用波长λ＝0.50μm的绿光照射阴极K，调整两个极板电压，当A板电压比阴极高出2.5V时，光电流达到饱和，电流表示数为0.64μA，求：
（1）每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能。
（2）如果把照射阴极绿光的强度增大到原来的2倍，每秒钟阴极发射出的光电子数和飞出光电子的最大初动能。
解析：（1）当阴极发射的光电子全部到达阳极时，光电流达到饱和，由电流可求出每秒到达阳极的电子数，即为发射出的电子数，由爱因斯坦光电效应方程可算出最大初动能。
（2）光强加倍，发射的光电子数加倍，但入射光频率不变，光电子的最大初动能不变。
（2）光电子数n’＝2n＝8.0×1012（个）
解析：
；（2） 个
小结：本题说明伦琴射线的产生。
【模拟】
1. 如图所示，两束不同的单色光，A和B，分别沿半径射入截面为半圆形玻璃砖中后，都由圆心O沿OP方向射出，下列说法中正确的是（ ）
A. 在玻璃中B光传播的速度较大
B. A光的光子能量较小
C. 若分别用这两种单色光做双缝干涉实验，且保持其他实验条件不变，则A光在屏上形成的明暗条纹的宽度较小
D. 若用B光照射某金属板能产生光电效应，则用A光照射该金属板也一定能产生光电效应
2. 如图所示，一束复色光射到玻璃三棱镜AB面上，从三棱镜的AC面折出的光线分成a、b两束，如下图所示。有下列几个结论（ ）
①a光的光子能量比b光的光子能量大
②光a、b射到同一金属表面时，若光a能发生光电效应，那么光b也一定能发生光电效应
③光从棱镜内射出时，a光的临界角大于b光的临界角
④在此玻璃三棱镜中a光的光速比b光的光速小
A. ①④ B. ②③ C. ①③ D. ②④
3. a、b二束平行细光束垂直射入直角三棱镜的AB面，对应的折射光线为a’、b’，a’、b’有发散的趋势，比较a、b二束光，下列说法正确的是（ ）
A. 光束a在棱镜中的传播速度快
B. 若b光束能使某一金属产生光电效应，则a光束同样能使该金属产生光电效应
C. 在完全相同的条件下做双缝干涉实验a光对应的干涉条纹较宽
D. 在其它条件不变的情况下，当顶角A增大时，一定是折射光束b’先消失
4. 双缝干涉实验装置如图所示，双缝间的距离为d，双缝到像屏的距离为L，调整实验装置使得像屏上可以见到清晰的干涉条纹。关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是（ ）
A. 若将像屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹将变得不清晰
B. 若将像屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹
C. 若将双缝间的距离d减小，像屏上的两个相邻明条纹间的距离变小
D. 若将双缝间的距离d减小，像屏上的两个相邻暗条纹间的距离不变
5. 如图所示，（a）表示单缝，（b）表示双缝，用某单色光分别照射竖直放置的单缝和双缝，在缝后较远位置竖直放置的光屏上可以观察到明暗相间的条纹（图中阴影表示明条纹），如图（c）、（d）所示。下列关于缝和条纹间关系的说法中正确的是（ ）
A. 图（c）表示单缝衍射条纹，图（d）表示双缝干涉条纹
B. 单缝S越宽，越容易观察到对应的明暗条纹
C. 双缝间距离越小，对应条纹间距越大
D. 照射双缝的单色光波长越小，对应条纹间距越大
6. 如下图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干状条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是（ ）
A. 干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
B. 干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
C. 干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的
D. 干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的
7. 尖劈干涉是一种薄膜干涉，其装置如图a所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图b所示，干涉条纹有如下特点：（1）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图1装置中抽出一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹（ ）
A. 变疏 B. 变密 C. 不变 D. 消失
8. 市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处产生热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜（例如氟化镁），这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线。以λ表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为（ ）
A. C. 以及相邻两条亮纹间距 。若所用激光波长为 ，则该实验确定物体运动速度的表达式是（ ）
A. D. ，普朗克常量为
B.
5. 分别用波长为 和 D.
A. 光是电磁波 B. 光是一种横波
C. 光是一种纵波 D. 光是概率波
7. 如图，当电键K断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零，由此可知阴极材料的逸出功为（ ）
A. 1.9eV B. 0.6eV C. 2.5eV D. 3.1eV
8. 下列说法正确的是（ ）
A. 光的干涉和衍射说明光具有波动性
B. 光的频率越大，波长越大
C. 光的波长越大，光子的能量越大
D. 光在真空中的传播速度为
9. 下列说法正确的是（ ）
A. 光波是一种概率波
B. 光波是一种电磁波
C. 单色光从光密介质进入光疏介质时，光子的能量改变
D. 单色光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变
10. 下面是四种与光有关的事实：
①用光导纤维传播信号
②用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度
③一束白光通过三棱镜形成彩色光带
④水面上的油膜呈现彩色
其中，与光的干涉有关的是（ ）
A. ①④ B. ②④ C. ①③ D. ②③
11. 我们经常可以看到，凡路边施工处总挂着红色的电灯，这除了红色光容易引起人的视觉注意以外，还有一个重要的原因，这一原因是红色光（ ）
A. 比其它色光更容易发生衍射
B. 比其它可见光的光子能量大
C. 比其它可见光更容易发生干涉
D. 比其它可见光更容易发生光电效应
12. 下列各种现象中不能说明光具有波动性的是（ ）
A. 光的偏振现象
B. 光电效应现象
C. 光的双缝干涉现象
D. 光的衍射现象
13. 如图是产生X射线的装置，叫做X射线管。图中的K是阴极，A是阳极，通电时由阴极发出的电子，打在阳极上，从阳极上激发出X射线（也称X光），设其中光子能量的最大值等于电子到达阳极时的动能。已知阴极与阳极之间电势差U、普朗克常量h、电子电荷量e和光速c，则（设电子初速为零）（ ）
A. 高压电源的a端为正极
B. 高压电源的a端为负极
C. 射线管发出的X光的最长波长为
【试题答案】
光的波动性
1. B 2. A 3. ACD 4. B 5. C 6. AC
7. A 8. B 9. B 10. B
光的粒子性
1. D 2. A 3. AC 4. B 5. B 6. B
7. A 8. AD 9. AB 10. B 11. A 12. B
13. AD