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2019-2020年高考物理 第二十章 光的波動性復(fù)習(xí)教案 新人教版 一、考點(diǎn)要求 內(nèi) 容 要求 1．光本性學(xué)說的發(fā)展簡史 Ⅰ 2.光的干涉現(xiàn)象、雙縫干涉、薄膜干涉、雙縫干涉的條紋間距與波長的關(guān)系 Ⅰ 3．光的衍射 Ⅰ 4．光的偏振 Ⅰ 5.光譜和光譜分析、紅外線、紫外線、X射線、γ射線以及綜合應(yīng)用、光的電磁本性、電磁波譜 Ⅰ 6．激光的特性及應(yīng)用 Ⅰ 二、知識結(jié)構(gòu) 三、考點(diǎn)命題特點(diǎn)及趨勢 1．本章內(nèi)容是按照人類對光的本性的認(rèn)識過程展開的，光的干涉和衍射證明了光具有波動性，并推動了光的波動學(xué)說的發(fā)展，光的電磁說揭示了光現(xiàn)象的電磁本質(zhì)，光的偏振進(jìn)一步有力證明了光是橫波。 2．在歷屆高考試題中，有關(guān)本章的內(nèi)容多以選擇題或填空題的形式出現(xiàn)。高考熱點(diǎn)是光的干涉，波長、波速和頻率的關(guān)系，有時與幾何光學(xué)結(jié)合考查，光的偏振和激光的應(yīng)用屬新增內(nèi)容，易與生產(chǎn)、生活相聯(lián)系考查，應(yīng)引起重視。 四、課后練習(xí) 1．光的波動說： （1）代表人：荷蘭物理學(xué)家 （2）內(nèi)容：光是在空間傳播的某種 。 （3）實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：光的 和 。 （4）解釋現(xiàn)象：光的 、 、 及_________。 （5）困難：難以解釋光的 ，真空中光的傳播。 2．光的電磁說 （1）代表人：英國物理學(xué)家 （2）內(nèi)容：光是 。 （3）實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：德國物理學(xué)家 的電磁波實(shí)驗(yàn)。 （4）解釋現(xiàn)象：許多光現(xiàn)象。 （5）困難：無法解釋 _________。 3．干涉的概念：兩列 ，振動情況_____ 的光波相疊加，某些區(qū)域出現(xiàn)光被 。某些地方出現(xiàn)光被 ，并且 ____和 __的區(qū)域總是相互間隔的現(xiàn)象叫光的干涉現(xiàn)象。光的干涉證明了光具有 。 　　4．雙縫干涉：在用單色光進(jìn)行的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若雙縫處兩列光的振動情況完全相同，則在光屏上距雙縫的路程差為光波波長 倍的地方被加強(qiáng)，將出現(xiàn)明條紋；光屏上距雙縫的路程差為光波半波長 ______倍的地方光被減弱，出現(xiàn)暗條紋。 （1）相干波源：能產(chǎn)生 現(xiàn)象的兩個波源為相干波源。楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)采用“一分為二”的辦法將同一光波分解成兩列光波，作為相干光源。 （2）雙縫干涉所得到的寬度相等的明暗相間的條紋，理論和實(shí)驗(yàn)都表明，相鄰亮條紋（或暗條紋）間的距離，其中表示 與 間的距離，d表示 間的距離，λ表示 光的波長。若用白光進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，光屏上除了中央為 色明條紋外，兩側(cè)均為 色的干涉條紋。 5．薄膜干涉:光照射到薄膜上時，薄膜的 和 兩個表面反射的兩列光恰好構(gòu)成相干光源。由于膜的厚度不同，在有的地方出現(xiàn)明條紋，有的地方出現(xiàn)暗條紋，從而發(fā)生干涉現(xiàn)象。若入射光為單色光，則形成 的條紋，若入射光為白光，則出現(xiàn) 干涉條紋，薄膜干涉常用于檢查平面的平整和制作光學(xué)鏡頭的增透膜。 6．光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：只有當(dāng)障礙物的尺寸可以跟光的波長相比擬，甚至比光的波長還 時候，衍射現(xiàn)象才會明顯。 7．光的電磁本性： 認(rèn)為光是一種電磁波， 用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一學(xué)說。 8．光是一種電磁波的實(shí)驗(yàn)依據(jù)： （1）光波和電磁波的傳播都可以 需要介質(zhì)； （2）光波和電磁波在 中傳播的速度相同，都是3.0010m/s； （3）光波和和電磁波都是 波。 9．電磁波譜：電磁波按波長由 到 的順序?yàn)椋簾o線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。電磁波譜是一個非常廣闊的頻率范圍，其中最長的波長是最短的波長的倍以上。不同的電磁波產(chǎn)生的機(jī)理不同，可見光只是電磁波譜中相當(dāng)狹小的部分。色光就是由可見光的 決定的。 無線電波是由 產(chǎn)生的，紅外線、可見光、紫外線是 電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的，X射線是 電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的，γ射線是 受到激發(fā)后產(chǎn)生的。 10．橫波只沿某一特定的方向振動，稱為波的 ；在垂直于傳播方向的平面上，只沿一個特定方向振動的光，叫做 光。 11．原子發(fā)生受激輻射時，發(fā)出的光子的頻率、發(fā)射方向等，都跟入射光子完全一樣，如果這樣的光子在介質(zhì)中傳播時，再引起其他原子發(fā)生受激輻射，就會產(chǎn)生越來越多的頻率和發(fā)射方向都 光子，使光得到加強(qiáng)（也叫光放大），這就是激光。 20.1 光的干涉和衍射 第一課時 一、考點(diǎn)理解　 　1．雙縫干涉 （1）兩列光波在空間相遇時發(fā)生疊加，在某些區(qū)域總加強(qiáng)，在另外一些區(qū)域總減弱，從而出現(xiàn)亮暗相間的條紋的現(xiàn)象叫光的干涉現(xiàn)象。 （2）產(chǎn)生干涉的條件 兩個振動情況總是相同的波源叫相干波源，只有相干波源發(fā)出的光互相疊加，才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，在屏上出現(xiàn)穩(wěn)定的亮暗相間的條紋。 （3）雙縫干涉實(shí)驗(yàn)規(guī)律 ①雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上某點(diǎn)到相干光源、的路程之差為光程差，記為。 若光程差是波長λ的整倍數(shù)，即（n=0，1，2，3…）P點(diǎn)將出現(xiàn)亮條紋；若光程差是半波長的奇數(shù)倍（n=0，1，2，3…）,P點(diǎn)將出現(xiàn)暗條紋。 ②屏上和雙縫、距離相等的點(diǎn)，若用單色光實(shí)驗(yàn)該點(diǎn)是亮條紋（中央條紋），若用白光實(shí)驗(yàn)該點(diǎn)是白色的亮條紋。 ③若用單色光實(shí)驗(yàn)，在屏上得到明暗相間的條紋；若用白光實(shí)驗(yàn)，中央是白色條紋，兩側(cè)是彩色條紋。 ④屏上明暗條紋之間的距離總是相等的，其距離大小與雙縫之間距離d、雙縫到屏的距離及光的波長λ有關(guān)，即。在和d不變的情況下，和波長λ成正比，應(yīng)用該式可測光波的波長λ。 ⑤用同一實(shí)驗(yàn)裝置做干涉實(shí)驗(yàn)，紅光干涉條紋的間距最大，紫光干涉條紋間距最小，故可知大于小于。 2．薄膜干涉 （1）薄膜干涉的成因： 由薄膜的前、后表面反射的兩列光波疊加而成，劈形薄膜干涉可產(chǎn)生平行相間的條紋。 （2）薄膜干涉的應(yīng)用 ①增透膜：透鏡和棱鏡表面的增透膜的厚度是入射光在薄膜中波長的。 ②檢查平整程度：待檢平面和標(biāo)準(zhǔn)平面之間的楔形空氣薄膜，用單色光進(jìn)行照射，入射光從空氣膜的上、下表面反射出兩列光波，形成干涉條紋，待檢平面若是平的，空氣膜厚度相同的各點(diǎn)就位于一條直線上，干涉條紋是平行的；反之，干涉條紋有彎曲現(xiàn)象。 3．光的衍射 （1）光的衍射現(xiàn)象 光在遇到障礙物時，偏離直線傳播方向而照射到陰影區(qū)域的現(xiàn)象叫做光的衍射。 （2）光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件 當(dāng)孔或障礙物的尺寸比光波波長小，或者跟波長差不多時，光才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 （3）衍射圖樣 ①單縫衍射：中央為亮條紋，向兩側(cè)有明暗相間的條紋，但間距和亮度不同。白光衍射時，中央仍為白光，最靠近中央的是紫光，最遠(yuǎn)離中央的是紅光。 ②圓孔衍射：明暗相間的不等距圓環(huán)。 ③泊松亮斑：光照射到一個半徑很小的圓板后，在圓板的陰影中心出現(xiàn)的亮斑，這是光能發(fā)生衍射的有力證據(jù)之一。 二、方法講解 1．雙縫干涉中條紋間距和位置的判斷方法 （1）影響條紋間距的因素:相鄰亮紋或相鄰暗紋的間距x與雙縫到屏的距離成正比，與兩狹縫之間距離d成反比，與光的波長λ成正比，即。 （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，如果兩光源振動完全一致，中央一定是亮紋，假如兩光源振動正好相反，則中央為暗紋。 （3）單色光顏色、頻率、波長的關(guān)系：光的顏色由頻率決定，光的頻率由光源決定，在可見光中紅光頻率最低，紫光最高，真空中各色光速相同，由c =λ知，真空中紅光波長最大，紫光最小。 綜合以上各點(diǎn)可知：（1）為了觀察到清晰的干涉圖樣，必須使雙縫距離d小到與波長相當(dāng)，且使>>d。（2）同樣條件下，紅光的干涉條紋間距最大，紫光最小。這就是白光干涉條紋中央為白色，兩邊出現(xiàn)彩色光帶的原因。 2．雙縫干涉和棱鏡使白光色散的比較 （1）形成原因不同：雙縫干涉是光的干涉現(xiàn)象，棱鏡色散是光的折射現(xiàn)象。 （2）發(fā)生條件比較：由和 可知，在同一種介質(zhì)中，紅光的頻率最低，折射率最小，速度最大，波長最大，依次為紅橙黃綠藍(lán)靛紫，所以雙縫干涉中紅光相鄰亮紋間距最大，紫光最??；棱鏡色散中紅光偏折角最小，紫光最大。 3．光的干涉和光的衍射的比較 （1）雙縫干涉和單縫衍射都是波疊加的結(jié)果，只是干涉條紋是有限的幾束光的疊加，而衍射條紋是極多且復(fù)雜的相干光的疊加。在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光在通過其中的三個狹縫時，都發(fā)生了衍射而形成三個線光源，所以，一般現(xiàn)象中既有干涉又有衍射。 （2）單縫衍射，照射光的波長越長，中央亮紋越寬，所以衍射和干涉都能使白光發(fā)生色散現(xiàn)象，且中央白光的邊緣均呈紅色。 （3）干涉和衍射的圖樣有相似之處，都是明暗相間的條紋。只是干涉條紋中條紋寬度和亮紋亮度基本相同，衍射條紋中條紋寬度和亮紋亮度均不等，中央亮紋最寬最亮。 第二課時 三、考點(diǎn)應(yīng)用 例1：如圖所示，在暗室中從單色點(diǎn)光源S直接射到屏上的一束光在Sb和Sd之間，從S射到平面鏡MN再反射到屏上的另一束光在Ma和Nc之間（是S在平面鏡MN的像）。關(guān)于這時屏上是否可能出現(xiàn)明暗相間的條紋，下列說法正確的是（ ） A、不可能 B、可能，出現(xiàn)在a、b之間 C、可能，出現(xiàn)在b、c之間 D、可能，出現(xiàn)在c、d之間 分析：由于是S的像，可當(dāng)成兩個相干光源，從S發(fā)出的光射到bd區(qū)域，（似乎）從射出的光（其實(shí)是反射光）射到ac區(qū)域，故bc區(qū)為共同傳播的區(qū)域，即干涉區(qū)，必出現(xiàn)明暗相間的條紋，故選C。 答案：C 點(diǎn)評：本題主要考查光的干涉條件，并利用平面鏡成像作圖找到相干光源和相干區(qū)域。要明白發(fā)生干涉時必須是兩束光相遇，即光束疊加。 例2：頻率為的單色光從和投射到屏上，并且與振動相同。若屏上的點(diǎn)P到與P到的路程差為，問P點(diǎn)是亮條紋還是暗條紋？設(shè)O為到和路程相等的點(diǎn)，則PO間有幾條暗紋？幾條亮紋？ 分析：先算出光的波長，由產(chǎn)生亮暗條紋的條件判斷P點(diǎn)應(yīng)出現(xiàn)亮條紋；又由解得k的值，再判斷PO間亮紋和暗條紋數(shù)。 解答：由公式得，滿足產(chǎn)生亮紋的條件，則P點(diǎn)將出現(xiàn)亮紋；又由解得k =6，可判斷PO間有6條暗紋，有5條亮紋（不包含P、O兩點(diǎn)） 點(diǎn)評：盡管機(jī)械波和光波的產(chǎn)生本質(zhì)不同，但都是波，具有共同的特性，它們的運(yùn)動變化規(guī)律很相似，研究方法和探索技巧同樣適用，這樣就可用研究機(jī)械波的方法、技巧、規(guī)律應(yīng)用到光波中去，實(shí)現(xiàn)知識的遷移，能力的提高。 例3：a、b兩束平行的單色光，當(dāng)它們從空氣射入水中時，發(fā)現(xiàn)b的折射線更靠近法線，由此可判定（ ） Ａ、a比b容易發(fā)生衍射現(xiàn)象. Ｂ、在水中a的波長較短 C、在水中b的速度較大 D、單色光b的頻率較低 分析：由折射程度判斷折射率的大小。進(jìn)而確定光波頻率的高低、波速的大小和波長的長短。 解答：由于b的折射角較小，由判斷得：水對b光的折射率大（），b光在水中的速度?。ǎ?，表示b光的頻率大（）。由波長、頻率、波速的關(guān)系可知，b光的波長短，所以a光更容易發(fā)生衍射，則A正確。 點(diǎn)評：本題不僅運(yùn)用單縫衍射現(xiàn)象的知識，還應(yīng)用光的折射率及光的波長、頻率、波速的關(guān)系，綜合分析、判斷答案。 例4：有關(guān)光的雙縫干涉和衍射的現(xiàn)象中，下列說法正確的是（ ） A、無論用什么色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，中央一定是亮紋 B、用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時，得到的彩色亮紋中最靠近中央的是紅光 C、用白光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)，得到的彩色條紋中偏離中央最遠(yuǎn)的是紅光 D、涂有增透膜的照相機(jī)鏡頭看上去呈淡紫色，是由于增透膜增強(qiáng)了對紫光的透射 分析：運(yùn)用雙縫干涉及單縫衍射的圖樣特征，分析ABC的正誤；運(yùn)用光的干涉原理判斷D的正誤。 解答：因?yàn)橹醒氲诫p縫的光程差恒為零，所以中央位置始終是亮紋，則A正確；因?yàn)殡p縫實(shí)驗(yàn)中屏上干涉條紋的間距與入射光波長成正比，白光中的紫光波長最短，所以得到的彩色條紋中最靠近中央的是紫色，則B錯；白光中紅光的波長最長，對同樣的單縫，紅光的衍射現(xiàn)象最明顯，得到的中央亮紋最寬，所以彩條中偏離中央最遠(yuǎn)的是紅光，則C對；照相機(jī)鏡頭涂的增透膜，通常是針對人眼最敏感的綠光設(shè)計的，使從鏡頭反射的綠光干涉相消，而對太陽光中紅光和紫光并沒有顯著削弱，所以看上去呈淡紫色，并不是增強(qiáng)了對紫光的透射。 正確答案:A,C 點(diǎn)評：本題要求認(rèn)真觀察做好光的干涉、衍射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，還要比較這兩種現(xiàn)象的差異，重視干涉、衍射在科技和生產(chǎn)中的應(yīng)用。 四、隨堂練習(xí) 1、（xx湖北、湖南）下面是四種與光有關(guān)的事實(shí)： ①用光導(dǎo)纖維傳播信號 ②用透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板和單色光檢查平面的平整度 ③一束白光通過三棱鏡形成彩色光帶 ④水面上的油膜呈現(xiàn)彩色 其中，與光的干涉有關(guān)的是（ ） A、①④ B、②④ C、①③ D、②③ 2、（xx天津）激光散斑測速是一種嶄新的測速技術(shù)，它應(yīng)用了光的干涉原理。用二次曝光照相所獲得的“散斑對”相當(dāng)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中的雙縫，待測物體的速度υ與二次曝光時間間隔△t的乘積等于雙縫間距，實(shí)驗(yàn)中可測得二次曝光時間間隔△t、雙縫到屏到之距離以及相鄰兩條亮紋間距△x。若所用激光波長為λ，則該實(shí)驗(yàn)確定物體運(yùn)動速度的表達(dá)式是（ ） A、 B、 C、 D、 3、在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差= 0.6μm；若分別用頻率為和頻率的單色光垂直照射雙縫，則P點(diǎn)出現(xiàn)條紋的情況是以下哪種（ ） 　A、用頻率為的單色光照射時，P點(diǎn)出現(xiàn)明條紋 B、用頻率為的單色光照射時，P點(diǎn)出現(xiàn)明條紋 C、用頻率為的單色光照射時，P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋 D、用頻率為的單色光照射時，P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋 圖1（俯視圖） 圖2 4、（xx上海）劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖（1）所示，將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜，當(dāng)光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋有如下特點(diǎn)：（1）任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相鄰明條紋或暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定?，F(xiàn)若在圖（1）裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋（ ） A、變疏 B、變密 C、不變 D、消失 5、（xx江蘇物理）1801年，托馬斯楊用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)證明了光波的性質(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，M為平面鏡。試用平面鏡成像作圖法在答題上畫出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a和L。光的波長為λ，在光屏上形成干涉條紋，寫出相鄰兩條亮紋（或暗條紋）間的距離△x的表達(dá)式。 20.2 光的電磁說 20.3光的偏振 激光 第一課時 一、考點(diǎn)理解 1．光的電磁說 （1）麥克斯韋電磁理論認(rèn)為光是一種電磁波。赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光的電磁本性。 （2）電磁波譜：電磁波按波長由大到小順序排列為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。其產(chǎn)生機(jī)理、性質(zhì)差別、用途等概括如下表： 波 譜 無線 電波 紅外線 可見光 紫 外 線 X 射 線 γ 射 線 產(chǎn) 生 機(jī) 理 振蕩電路中自由電子運(yùn)動 原子外層電子受激發(fā) 原子內(nèi)層電子受激發(fā) 原子核受激發(fā) 特 性 波動性強(qiáng) 熱效應(yīng) 引起視覺 化學(xué)作用熒光效應(yīng)殺菌 貫穿作用強(qiáng) 貫穿本領(lǐng)最強(qiáng) 應(yīng) 用 無線電技術(shù) 加熱搖感熱 照明攝影 感光技術(shù)醫(yī)用透視 檢查探測醫(yī)用透視 工業(yè)探傷醫(yī)用治療 （3）光的波長、頻率和光速的關(guān)系式為： 。在真空中,不同色光的光速相同；在介質(zhì)中，不同色光的光速不同。色光的顏色是由頻率決定的。同一種色光在不同介質(zhì)中傳播時，顏色和頻率均不變，而波速和波長卻因介質(zhì)不同而改變。 2．光的偏振 （1）偏振光：在跟光傳播方向垂直的平面內(nèi)，光振動在某一方向較強(qiáng)而在另一些方向振動較弱的光即為偏振光。 （2）光的偏振現(xiàn)象證明光是橫波 （3）偏振光的應(yīng)用：全息照相、立體電影等。 3．激光 激光是一種人工相干光，主要特點(diǎn)有：相干性好；平行度好；亮度很高。重要應(yīng)用有：通信、測距、光盤讀取、切割等。 4．光譜 （1）線狀光譜 由一些不連續(xù)的亮線組成，是稀薄氣體發(fā)光產(chǎn)生的光譜，每種元素的原子只有發(fā)出某些特定的譜線（特征譜線），不同元素的明線光譜不同，所以線狀譜又叫原子光譜。 （2）吸收光譜 連續(xù)光譜中某些波長的光被物質(zhì)吸收后 產(chǎn)生的光譜，它是由分布在連續(xù)光譜背景上的某些暗線組成的，通常在吸收光譜中看到的特性譜線（暗線）比相應(yīng)的明線光譜中的明線光譜要少一些。 （3）光譜分析 由于每種元素都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)組成，做光譜分析時，可以利用線狀光譜，也可以利用吸收光譜。 （4）發(fā)射光譜與吸收光譜的比較 名稱 發(fā)射光譜 吸收光譜 連續(xù)譜 線狀譜（原子光譜） 產(chǎn)生方法 熾熱的固體、液體和高壓氣體 稀薄氣體發(fā)光產(chǎn)生 高溫物體產(chǎn)生的白光通過低溫物質(zhì)的蒸氣 特點(diǎn) 含連續(xù)分布的一切波長的光 只含一些不連續(xù)的亮線 在連續(xù)光譜的背景中出現(xiàn)某些暗線 實(shí)例 白熾燈、蠟燭的光譜 霓虹燈、日光燈的光譜 太陽光譜 二、方法講解 1、比較各種波長的電磁波和特性：從無線電波到γ射線，這些電磁波既具有共同的本質(zhì)，又有各自的特性和不同產(chǎn)生機(jī)理。如波長較長的無線電波波動性較強(qiáng)，而波長較短的射線則粒子性較強(qiáng)，具體的比較見下表： 名　稱 特　性 無線電波 紅外線 可見光 紫外線 X 射線 γ射線 頻率 小————————→大 同一介質(zhì)中速度 大————————→小 同一介質(zhì)中折射率 小——————→大 熱作用 強(qiáng)——————→弱 感光作用 弱——————→強(qiáng) 波動性 強(qiáng)————————→弱 粒子性 弱————————→強(qiáng) 2、光波和機(jī)械波的比較 （1）相同點(diǎn)：都是波，都具有周期性，都是傳播能量的過程；波的頻率都是由波源決定，與介質(zhì)無關(guān)；波速、波長與頻率三者都滿足關(guān)系式。 （2）不同點(diǎn)：①產(chǎn)生原因不同。機(jī)械波是機(jī)械振動在介質(zhì)中傳播形成的，而光波則是由電子受激產(chǎn)生的；②機(jī)械波的傳播需要彈性介質(zhì)，而光波可以在真空中傳播；③在同一介質(zhì)中，機(jī)械波傳播的速度相同，而不同頻率的光波在同一介質(zhì)中速度不同，且在真空中傳播速度最大；④光波的能量只與頻率有關(guān)，而機(jī)械波的能量與振幅有關(guān)，跟頻率無關(guān)。 第二課時 三、考點(diǎn)應(yīng)用 例1：光的電磁說認(rèn)為（ ） A、光波和機(jī)械波相同，在真空中傳播時速度最大 B、光波也能產(chǎn)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象 C、光是一種電磁波 D、在真空中光速和電磁波傳播速度相同 分析：光波是電磁波，不同于機(jī)械波，光波在真空中傳播速度最大，而機(jī)械波不能在真空中傳播。但是光波和機(jī)械波都能產(chǎn)生反射、折射、干涉、衍射等波動特有的現(xiàn)象，因此，本題B、C、D選項(xiàng)正確。 答案：B、C、D 點(diǎn)評：了解光的電磁說，知道光波和機(jī)械波的異同，就能作出正確的判斷。 例2 關(guān)于X射線和X射線管，如圖所示，下列說法中正確的是（ ） A. X射線波長比可見光長 B、X射線是由陽極發(fā)出的 C、X射線管中K是陽極 D、X射線管所加高壓電源D端為正極 分析：圖中為X光管示意圖。K是X光管陰極，A是X光管陽極，其表面是一傾斜的平板。X光管的工作原理是：當(dāng)陰極兩端接上一低壓電源，就有電流通過鎢絲K，當(dāng)鎢絲達(dá)到赤熱狀態(tài)就能發(fā)射電子；如果陰極K和陽極A之間加上幾萬伏高壓時，使鎢絲發(fā)出的電子加速運(yùn)動到A極，以高速打在A極的極板上，就打出X射線來。 答案 ：B、D 點(diǎn)評：本題考查了電磁波譜及X射線的產(chǎn)生機(jī)制，X射線的產(chǎn)生機(jī)制在課本上有詳細(xì)敘述，平時應(yīng)注重課本內(nèi)容的閱讀，尤其要注重對課本中圖示的理解。 例3：通過一塊偏振片觀察電燈、蠟燭、月亮、反光的黑板，當(dāng)以入射光線為軸轉(zhuǎn)動偏振片時，看到的現(xiàn)象有何不同？ 分析：通過一塊偏振片觀察電燈、蠟燭時，透射光的強(qiáng)弱不隨偏振片的旋轉(zhuǎn)而變化。因?yàn)闊艄狻T光都是自然光，沿各個方向振動的光的強(qiáng)度相同，因此當(dāng)偏振片旋轉(zhuǎn)時，透射出來的光波的振動方向雖然改變了（肉眼對此不能感覺），但光的強(qiáng)弱沒有改變。 月亮和黑板反射的光是偏振光，它們通過偏振片透射過來的光線的強(qiáng)弱會隨偏振片的旋轉(zhuǎn)發(fā)生周期性的變化。 點(diǎn)評：許多同學(xué)在第一次看到這道題時束手無策，當(dāng)然有知識不熟練的原因，但也有審題不細(xì)致的原因，本題要求通過“偏振片觀察光源”，實(shí)際上是一種暗示——從光的偏振現(xiàn)象分析問題。 例4：納米科技是跨世紀(jì)新科技，將激光束寬度聚焦到納米范圍，可修復(fù)人體已損壞的器官，對DNA分子進(jìn)行超微型基因修復(fù)，把尚令人類無奈的癌癥、遺傳疾病徹底根除。 （1）這是利用激光的（ ） A、單色性 B、方向性 C、高能量 D、粒子性 （2）納米科技是人類認(rèn)識自然的一個新層次，1nm等于（ ） A、 B、 C、 D、 （3）對DNA分子進(jìn)行修復(fù)，屬于（ ） A、基因突變 B、基因重組 C、基因互換 D、染色體變異 解析：（1）激光由于能把巨大能量高度集中地輻射出來，所以在醫(yī)學(xué)上作“光刀”切開皮膚、切除腫瘤或應(yīng)用于其他外科手術(shù)。故選C。 （2）納米是長度單位，波長經(jīng)常用納米作單位，1nm=。故應(yīng)選B。 （3）激光對生物DNA分子進(jìn)行修復(fù)實(shí)質(zhì)是生物體基因突變，故應(yīng)選A。 點(diǎn)評：了解激光的特征及應(yīng)用，是高考的基本要求；與現(xiàn)代科技、生活的結(jié)合，是高考命題的方向，要注意這類“冷題”的復(fù)習(xí)。 例５：關(guān)于光譜，下列說法正確的是（?。? Ａ、白熾燈和霓虹燈的光譜都是連續(xù)光.譜 Ｂ、做光譜分析時，可以利用所有的發(fā)射光譜，也可以利用所有的吸收光譜 Ｃ、各種原子的吸收光譜與其線狀譜中每一條譜線都相對應(yīng) Ｄ、對太陽譜進(jìn)行分析，可以知道太陽的組成成分 分析：白熾燈的光譜是由高溫?zé)霟岬慕饘俳z發(fā)出光產(chǎn)生的連續(xù)譜，霓虹燈的光譜是由低壓氣體發(fā)的光產(chǎn)生的線狀譜，連續(xù)譜和線狀譜雖然都是發(fā)射光譜，但是只有其中的線狀譜（原子光譜）才能做光譜分析。因?yàn)槊糠N元素的原子內(nèi)能發(fā)生某些具有特定波長的光譜線，這些譜線稱為那種元素的特征譜線。 低溫物質(zhì)原子吸收的光，恰好是這種原子在高溫時發(fā)出的光，因此，某元素的吸收光譜的暗線正與它的線狀譜的每一條明線相對應(yīng)，可見吸收光譜也可做光譜分析。太陽光譜是吸收光譜，其中暗線是由于太陽光經(jīng)過溫度較低的太陽大氣時某些特征譜線的光被某些物質(zhì)吸收而形成的，所以，太陽光譜只能用來分析太陽大氣的組成成分，答案Ｃ。 點(diǎn)評：明確光譜產(chǎn)生的原因，正確理解“低溫物質(zhì)原子吸收的光，恰好是這種原子在高溫時發(fā)出的光”，是正確判斷此類問題的關(guān)鍵。 五、隨堂練習(xí) 1、（xx上海）下列說法中正確的是（?。? Ａ、光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動性 B、光的頻率越大，波長越大 C、光的波長越大，光子的能量越大 D、光在真空中的傳播速度為3.00 2、（04江蘇物理）下列說法正確的是（ ） A、 光波是一種概率波 B、光波是一種電磁波 C、單色光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時，光子的能量改變 D、單色光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時，光的波長不變 3、（江蘇）如圖所示，讓太陽光或白熾燈光通過偏振片P和Q，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片P或Q，可以看到透射光的強(qiáng)度會發(fā)生改變，這是光的偏振現(xiàn)象。這個實(shí)驗(yàn)表明（ ） A、光是電磁波 B、光是一種橫波 B、 光是一種縱波 D、光是概率波 4、（xx上海）閱讀下列資料并回答問題： 自然界中的物體由于具有一定的溫度，會不斷向外輻射電磁波，這種輻射與溫度有關(guān)，稱為熱輻射。熱輻射具有如下特點(diǎn)：①輻射的能量中包含各種波長的電磁波；②物體的溫度越高，單位時間從物體表面單位面積上輻射的能量越大；③在輻射的總能量中，各種波長所占的百分比不同。 處在一定溫度的物體在向外輻射電磁能量的同時，也要吸收由其他物體輻射的電磁能量，如果它處在平衡狀態(tài)，則能量保持不變，若不考慮物體表面性質(zhì)對輻射與吸收的影響，我們定義一種理想的物體，它能100%地吸收入射到其表面的電磁輻射，這樣的物體稱為黑體。單位時間內(nèi)從黑體表面單位面積輻射的電磁波的總能量與黑體絕對溫度的四次方成正比，即，其中常數(shù) 。 在下面的問題中，把研究對象簡單地看作黑體。 有關(guān)數(shù)據(jù)及數(shù)學(xué)公式為：太陽半徑，太陽表面溫度T =5770K，火星半徑r =3395km；球表面積，其中R為球半徑。 （1）太陽熱輻射能量的絕大多數(shù)集中在波長為范圍內(nèi)，求相應(yīng)的頻率范圍； （2）每小時從太陽表面輻射的總能量為多少？ （3）火星受到來自太陽的輻射可以認(rèn)為垂直射到面積為（r為火星半徑）的圓盤上，已知太陽到火星的距離約為太陽半徑的 400倍，忽略其他天體及宇宙空間的輻射，試估算火星的平均溫度。 20.4 實(shí)驗(yàn)用雙縫干涉測光的波長 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 學(xué)會觀察雙縫干涉圖樣。掌握用雙縫干涉測定單色光波長的方法。 二、實(shí)驗(yàn)原理 如圖所示,電燈發(fā)出的光，經(jīng)過濾光片后變成單色光，再經(jīng)過單縫S時發(fā)生衍射，這時單縫S相當(dāng)于一單色光源，衍射光波同時到達(dá)雙縫和之后，再次發(fā)生衍射，、雙縫相當(dāng)于二個步調(diào)完全一致的單色相干光源，透過、雙縫的單色光波在屏上相遇并疊加，、到屏上P點(diǎn)的路程分別是、兩列光波傳到P的路程差，設(shè)光波波長為λ 　　1、若，兩列波傳到P點(diǎn)同相，互相加強(qiáng)，出現(xiàn)明條紋。 2．若，兩列波傳到P點(diǎn)反相，互相減弱，出現(xiàn)暗條紋。 這樣就在屏上得到了平行于雙縫、的明暗相間的干涉條紋。相鄰兩條明紋間的距離與入射光波長λ，雙縫、間距離d及雙縫與屏的距離有關(guān)，其關(guān)系式為 ，因此，只要測出、d 、即可測出波長λ。 兩條相鄰明（暗）條紋間的距離用測量頭測出。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，如圖所示。 轉(zhuǎn)動手輪，分劃板會左、右移動，測量時，應(yīng)使分劃板中心刻線對齊條紋的中心（如圖所示）記下此時手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板向一側(cè)移動，當(dāng)分劃板中心刻線對齊另一條相鄰的明條紋中心時，記下手輪上的刻度數(shù)，兩次讀數(shù)之差就是相鄰兩條明條紋間的距離，即。 很小，直接測量時相對誤差較大，通常測出n條明條紋間的距離a，再推算相鄰兩條明（暗）條紋間的距離，。 三、實(shí)驗(yàn)器材 雙縫干涉儀即： 光具座、光源、學(xué)生電源、導(dǎo)線、濾光片、單縫、雙逢、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭、刻度尺 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、 觀察雙縫干涉圖樣 （1）將光屏、遮光筒、毛玻璃屏依次安 放在光具座上。如圖所示。 （2）接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光。 　?。?）調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線射到光屏。 （4）安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫的縫平行，二者間距約5cm—10cm，這時，可觀察白光的干涉條紋。 （5）在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋。 2、 測定單色光的波長 （1）安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到 干涉條紋。 （2）使分劃板中心刻線對齊某亮條紋中 央，記下手輪上的讀數(shù)；轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋的中央，記下此時手輪上的讀數(shù)；并記下兩次測量時移過的條紋數(shù)n，則相鄰兩亮條紋間距 　?。?）用刻度尺測量雙縫到光屏間距離（d是已知的）。 （4）重復(fù)測量、計算，求出波長的平均值。 （5）換用不同濾光片，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。 五、注意事項(xiàng) 1、雙縫干涉儀是比較精密的儀器，應(yīng)輕拿輕放，不要隨便拆解遮光筒，測量頭等元件。 2、濾光片、單縫、雙縫、目鏡等如有灰塵，應(yīng)用擦鏡紙或干凈軟片輕輕擦去。 3、安裝時，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行。 4、光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近。 5、調(diào)節(jié)的基本依據(jù)是：照在像屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫，測量頭與遮光筒不共軸線所致，干涉條紋不清晰一般主要原因是單縫與雙縫不平行所致，故應(yīng)正確調(diào)節(jié)。 六、誤差分析 光波波長很小， 、的測量對波長λ的影響很大。用毫米刻度尺測量，用測量頭上的游標(biāo)尺測量，可測多條亮紋間距再求，采用多次測量求λ的平均值法，可減小誤差。 七、 考點(diǎn)應(yīng)用 例1 ：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以白光為光源，在光屏上觀察到了彩色干涉條紋，若在雙縫前分別放一黃色濾光片和一紅色濾光片，這時（ ） A、只有紅色和黃色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失 Ｂ、紅色和黃色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的雙縫干涉條紋依然存在 Ｃ、任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但光屏上仍有條紋 D、光屏上無任何光亮 分析：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的裝置中，縫的寬度跟光的波長相差不多，在雙縫前分別放上紅色和黃色濾光片之后，由于紅光和黃光的頻率不同，在光屏上不可能再出現(xiàn)干涉條紋了，但由于滿足產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，所以在光屏上將同時出現(xiàn)紅光和黃光的衍射條紋，故本題正確答案Ｃ。 點(diǎn)評：某種顏色的濾光片只能讓這種顏色的光通過，其他顏色的光不能通過。 例2：如圖所示，用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，P處為第二亮紋，改用頻率較高的單色光重做實(shí)驗(yàn)（其他條件不變）時，則第二亮紋的位置（ ） A、仍在P處 B、在P點(diǎn)上方 C、在P點(diǎn)下方 D、要將屏向雙縫方向移近一些才能看到亮紋 分析：由判斷的變化情況。 解答：光波的頻率變高，則光波波長變短。由可知，減小。所以，第二亮紋的位置P點(diǎn)的下方。正確答案為C。 點(diǎn)評：無論光波的波長如何，屏的中央總是亮條紋。求解本題需要用到的知識有：和光波波長與光波頻率之間的關(guān)系。 例3：某同學(xué)按實(shí)驗(yàn)安裝好儀器后，觀察光的干涉現(xiàn)象，獲得成功，若他在此基礎(chǔ)上對儀器的安裝作如下改動，但還能使實(shí)驗(yàn)成功的是（ ） A、將遮光筒內(nèi)的光屏，向靠近雙縫的方向移動少許，其他不動 B、將濾光片移至單縫和雙縫之間，其它不動 C、將單縫向雙縫移動少許，其它不動 D,將單縫和雙縫的位置互換，其它不動 分析：雙縫發(fā)生干涉，而單縫發(fā)生衍射，故D錯，由知，改變雙縫到屏的距離仍能得清晰條紋，只不過條紋間距變化,故A正確。單縫與雙縫之間距離對干涉無影響，故C正確。濾光片的作用是得到相干單色光，在單縫前還是在單、雙縫之間不影響干涉，故B正確。 答案A、B、C 點(diǎn)評：掌握雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的原理運(yùn)用公式是解此題的關(guān)鍵 例4：在雙縫干涉測光的波長的實(shí)驗(yàn)中，所用雙縫間距d =2mm，雙縫到屏的間距=86.4cm，手輪的初始讀數(shù)為，轉(zhuǎn)動手輪，分劃板中心刻線移動到第13條線時手輪讀數(shù)，求通過濾光片后的波長。 分析：根據(jù)雙縫干涉的規(guī)律利用公式求解。 解答：相鄰亮條紋間的距離為： 由知： 點(diǎn)評：明確并記住是解本題的關(guān)鍵。 八、隨堂練習(xí) 1、在利用雙縫干涉測定光波波長時，首先調(diào)節(jié) _________和 的中心均位于遮光筒的中心軸線上，并使_______和_______豎直并且互相平行，當(dāng)屏上出現(xiàn)了干涉圖樣后，用測量頭上的游標(biāo)卡尺測出n條明條紋間的距離a，則兩條相鄰明條紋間的距離= ，雙縫到毛玻璃屏的距離用 __________測量，用公式 可以測出單色光的波長。 2、（xx南京市）如圖所示，某同學(xué)在做“用雙縫干涉測光的波長”實(shí)驗(yàn)時，第一次分劃板中心刻度線對齊A條紋中心時（圖1），游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖（3）所示，第二次分劃板中心刻度線對齊B條紋中心時（圖2），游標(biāo)卡尺的示數(shù)如（4）所示，已知雙縫間距為0.5mm，從雙縫到屏的距離為1m，則圖（3）中游標(biāo)卡尺的示數(shù)為 mm。實(shí)驗(yàn)時測量多條干涉條紋寬度的目的是 _______，所測光波的波長為 __________m。（保留兩位有效數(shù)字） 3、（xx廣州市）某同學(xué)設(shè)計了一個測定激光的波長的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，激光器發(fā)生的一束直徑很小的紅色激光進(jìn)入一個一端裝有雙縫、另一端裝有感光片的遮光筒，感光片的位置上出現(xiàn)一排等距的亮點(diǎn)，乙圖中的黑點(diǎn)代表亮點(diǎn)的中心位置。 （1）這個現(xiàn)象說明激光具有 性 （2）通過量出相鄰光點(diǎn)的距離可算出激光的波長，據(jù)資料介紹：如果雙縫的縫間距離為a，雙縫到感光片的距離為，感光片相鄰兩點(diǎn)間的距離為b,則激光的波長。該同學(xué)測得=1.0000m、縫間距a =0.220mm，用帶十分度游標(biāo)的卡尺測感光片上的點(diǎn)的距離時，尺與點(diǎn)的中心位置如乙圖所示。乙圖中第1到第4個光點(diǎn)的距離是 mm實(shí)驗(yàn)中激光的波長λ= m。（保留兩位有效數(shù)字) （3）如果實(shí)驗(yàn)時將紅激光換成藍(lán)激光，距離將 。屏上相鄰兩光點(diǎn)間的距離將__________。 4、利用雙縫干涉測光波波長的實(shí)驗(yàn)中，已知雙縫到屏的距離為0.6000m，兩狹縫間距離為0.2510,讓分劃板中心刻度線對齊中央亮條紋中心時，手輪上的讀數(shù)為3.5210,分劃板中心刻度線對齊中央亮紋一側(cè)第6條亮條紋中心時，手輪上的讀數(shù)為 11.5610則此光波波長為多少？ 5、一同學(xué)在用雙縫干涉測光的波長實(shí)驗(yàn)中，使用的雙縫的間距為0.02cm。測得雙縫與屏的距離為50cm，第一級亮紋中心到第五級亮紋中心的距離為0.45cm，則待測單色光的波長是多少？ 6、雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，要使屏上單色光的干涉條紋之間距離變寬，可采用的辦法有哪些？為測量紅光的波長，現(xiàn)測得屏上6條亮紋間的距離為7.5mm，雙縫的間距為0.5mm，雙縫到屏的距離為1m，則此紅光的波長 是多少？