届一轮复习人教版物理光学学案.docx
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届一轮复习人教版物理光学学案
第3讲物理光学
1.光是一种电磁波
⑴光具有波的特性,在同学一介质中光速、波长和频率之间满足:
。
(请注意分清和这两个易混的字母)
⑵在可见光中,各色光频率的大小关系是:
。
2.介质对光速的影响
⑴光在真空中的速度:
。
,]
⑵光在不同学的介质中的速度
由可知,介质的折射率越大,光速越小。
⑶不同学色光在同学一介质中的速度
由三棱镜光的色散实验可知,同学一介质对紫光的折射率最大,红光的最小。
再由得到,在同学一介质中有:
。
例题说明:
例1直接考察光的电磁理论,难度不大;例2与全反射结合,稍有综合;例3综合的知识比较多,由于本讲知识性的内容较多,老师可以根据课程进度,选讲例3
【例1】
对于红、黄、绿、蓝四种单色光,下列说法正确的是
A.红光的频率最高
B.相同学介质中,黄光的速度最大
C.相同学介质中,绿光的折射率最大
D.相同学介质中,蓝光的波长最短
【答案】D
【例2】
为玻璃等腰三棱镜的横截面。
、两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面,在棱镜侧面、上光线的传播情况如图所示,由此可知
A.可能是紫光,可能是红光
B.棱镜内光的传播速度比光的小
C.光的频率比光的高
D.光的波长比光的长
【答案】D
(本题老师可以根据课程进度选讲)
【例3】
在一次讨论中,老师问道:
假如水中相同学深度处有、、三种不同学颜色的单色点光源,有人在水面上方同学等条件下观测发现,在水下的像最深,照亮水面的面积比的大。
关于这三种光在水中的性质,同学们能做出什么判断?
有同学回答如下:
①光的频率最大
②光的传播速度最小
③光的折射率最大
④光的波长比光的短
根据老师的假定,以上回答正确的是
A.①②B.①③C.②④D.③④
【答案】C
在挡板上安装一个宽度可调的狭缝,缝后放一个光屏。
用单色平行光照射狭缝,我们看到,当缝比较宽时,光沿着直线通过狭缝,在屏上产学生一条与缝宽相当的亮条纹。
但是,当缝调到很窄时,尽管亮条纹的亮度有所降低,但是宽度反而增大了。
这表明,光没有沿直线传播,而是绕过了缝的边缘,传播到了相当宽的地方,这就是光的衍射现象。
1.衍射现象
光偏离直线传播绕过障碍物进入阴影区域里的现象,叫做衍射。
2.产学生明显衍射的条件
障碍物或孔(缝)的尺寸与波长相差不多或更小。
3.几种衍射图样
⑴单缝衍射:
中央条纹最宽最亮,两侧对称分布不等间距的明暗相间条纹。
⑵圆孔衍射:
中央亮圆亮度大,外围是明暗相间的圆环。
⑶正方形小孔衍射
]
例题说明:
由于单独考察衍射的题目很少,一般都是与干涉对比或结合,因此这部分只放两道简单题,在后面干涉部分的题目中,还会涉及到衍射的知识。
【例4】
在一个亮着的小电珠和光屏之间,放一个带圆孔的遮光板,在圆孔直径从逐渐变小到闭合的整个过程中,在屏上我们将依次看到
a.完全黑暗b.小孔成像c.衍射图样d.圆形亮斑
正确顺序是:
A.abcdB.dbcaC.bdcaD.cdba
【答案】B
【例5】
声音能绕过一般建筑物而光却不能,这是因为
A.声音的传播是波动,光的传播沿直线
B.光的传播速度太大,有限距离内偏离直线不明显
C.建筑物对声音吸收少,对光吸收多
D.相对一般建筑物来说,光的波长极短,衍射现象不明显
【答案】D
1.杨氏干涉实验
⑴实验装置介绍
如图所示,挡板上有两个狭缝、,平行激光束垂直于挡板照射到两小孔上,我们在挡板后的屏上观察实验现象。
屏上的干涉现象
⑵实验原理
如上图,我们取点为研究对象。
点是线段的中点,点是屏上的点,且。
设两缝之间的距离为,挡板与屏之间的距离为,、之间的距离为,、之间的距离为,、之间的距离为。
①找路程差
在线段上作,于是。
②数处理
由于,所以能够认为三角形是直角三角形。
由三角函数的关系得,。
另一方面,。
消去,有。
③结果分析
当,即时,点为亮条纹。
其中
当,即时,点为暗条纹。
其中
2.光的干涉现象
振动方向一致的两束光,若频率相同学、相位差恒定,那么在它们相遇的区域会出现稳定的明暗相间的条纹,这种现象叫做光的干涉。
答案:
因为两盏灯发出的光不是相干光。
3.条纹特点
⑴两个相邻的亮条纹或暗条纹中心之间的距离是:
。
⑵若用白光代替单色光做此实验,在中央亮白条纹的边缘处会出现彩色条纹。
白光的双缝干涉条纹
例题说明:
例6考察对实际学生活现象的分析,贴近实际,难度不大;例7考察双缝干涉的条件;例8考察产学生明暗条纹的光程关系,需要简单计算;例9考察条纹间距公式;例10综合干涉、衍射的内容,需要学生明确干涉与衍射条纹的区别。
【例6】
下面哪些属于光的干涉现象:
A.雨后美丽的彩虹
B.对着日光灯从两铅笔的缝中看到的彩色条纹]
C.光通过三棱镜产学生的彩色条纹
D.阳光下肥皂膜上的彩色条纹
【答案】D
【例7】
在杨氏双缝干涉实验中,如果
A.用红光作为光源,屏上将出现红黑相间的条纹
B.用白光作为光源,屏上将出现白黑相间的条纹]
C.用红光照射一条狭缝,用紫光照射另一条狭缝,屏上将出现彩色条纹
D.用红光作为光源,遮住其中一条狭缝,屏上将出现间距不等的条纹]
【答案】AD
【例8】
双缝干涉实验中,两缝到光屏上某点的距离之差,若分别用频率和的两单色光垂直照射双缝,则在点出现条纹的情况是
A.用频率为的单色光照射时,出现亮条纹
B.用频率为的单色光照射时,出现亮条纹
C.用频率为的单色光照射时,出现暗条纹
D.用频率为的单色光照射时,出现暗条纹
【解析1】两种单色光的波长分别为:
,。
因为,所以。
]
故用频率为的光照射双缝时,点出现明条纹;
用频率为的光照射双缝时,点出现暗条纹。
【答案】AD
【例9】
双缝干涉实验中,用黄色光照射双缝,在光屏上得到了干涉图样。
若要使得相邻两条纹间的距离变大,我们可以
A.使光源发出的光更强一些
B.使光屏向双缝靠拢一些
C.将黄光换作红光
D.将黄光换作绿光
【答案】C
【例10】
红光、蓝光各自通过同学一个双缝干涉仪以及黄光、紫光各自通过同学一个单缝衍射仪,在光屏上形成的条纹如下图所示,其中黑色部分表示亮条纹。
这四幅图从左向右排列,亮条纹的颜色依次是
A.红黄蓝紫B.红紫蓝黄C.蓝紫红黄D.蓝黄红紫
【答案】B
在纵波中,各点的振动方向总与波的传播方向在同学一直线上;在横波中,各点的振动方向总与波的传播方向垂直。
不同学的横波,振动方向可能不同学。
假如让绳上的横波穿过一块带有狭缝的木板,先后将狭缝与振动方向平行放置及与振动方向垂直放置。
可以想象,对于甲图的情形,绳上的横波能够穿过狭缝,而对于乙图的情形则不能。
如果是在一条弹簧上传播的纵波,无论狭缝的取向如何,波都能穿过。
下面利用“偏振片”代替图中带有狭缝的木板,来做光实验。
偏振片由特定的材料制成,每个偏振片都有一个特定的方向,只有沿着这个方向的振动的光波才能顺利通过偏振片,这个方向叫做“透振方向”。
偏振片对光波的作用就像狭缝对于机械波的作用一样。
如图甲所示,让阳光或灯光通过偏振片,在的另一侧观察透射光的强度。
在偏振片的后面再放置另一个偏振片,以光的传播方向为轴旋转偏振片,再观察通过两块偏振片的透射光的强度。
1.光的偏振
阳光或灯光通过偏振片后,在垂直于传播方向的平面上,只沿一个特定的方向振动,这种现象叫做光的偏振。
偏振现象说明光是一种横波
2.自然光、偏振光
太阳、电灯等普通光源发出的光,包含有垂直于传播方向上沿各个方向振动的光,而且沿各个方向振动的光的强度都相同学,这种光叫自然光。
自然光经过偏振片后的光,叫做偏振光。
。
]
例题说明:
偏振现象在高考中考察较少,因此这里这放了两道比较简单的题,老师重点在于讲清知识。
【例11】
在垂直于太阳光的传播方向上依次放置两个偏振片和,在的后边放上光屏,下列说法正确的是
A.不动,旋转偏振片,屏上光的亮度不变
B.不动,旋转偏振片,屏上光的亮度时强时弱
C.不动,旋转偏振片,屏上光的亮度不变
D.不动,旋转偏振片,屏上光的亮度时强时弱
【解析2】是起偏器,它的作用是把太阳光(自然光)转为偏振光,该偏振光的振动方向与的透振方向一致,所以当与的透振方向平行时,通过的光强最大;当与的透振方向垂直时,通过的光强最小,即无论旋转或,屏上的光强都是时强时弱的。
【答案】BD
【例12】
如图是一偏振片,的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向。
下列四种入射光束中,哪几种照射时能在的另一侧观察到透射光
A.太阳光
B.沿竖直方向振动的光
C.沿水平方向振动的光
D.沿与竖直方向成角振动的光
【答案】ABD
1.光电效应
如图所示,把一块锌板连接在验电器上,手触锌板使验电器指示归零。
用紫外线照射锌板,发现验电器的指针张开。
物理家赫兹(德国)、勒纳德(德国)、汤姆孙(英国)等相继进行了实验研究,证实了这样一个现象:
照射到金属表面的光,能使金属表面的电子从表面逸出。
这个现象称为光电效应,这种电子常被称为光电子。
⑴光电效应实验规律
任何一种金属,都有一个截止频率,也称极限频率。
入射光的频率低于截止频率时不发学生光电效应。
逸出光电子的动能只与入射光的频率有关,而与入射光的强弱无关。
入射光的频率越大,逸出光电子的动能就越大。
对于一定颜色的光(),入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多。
无论入射光()怎样微弱,光电效应几乎是瞬时发学生的。
⑵光电效应与经典电磁理论的冲突
按照光的电磁理论,光是电磁波,是变化的电场与变化的磁场的传播。
入射光照射到金属上时,金属中的自由电子受变化电场的驱动力作用而做受迫振动,增大入射光的强度,光波的振幅增大,当电子做受迫振动的振幅足够大时,总可以挣脱金属束缚而逸出,成为光电子,不应存在极限频率。
②按照光的电磁理论,光越强,光子的初动能应该越大。
按照光的电磁理论,光电子的产学生需要较长的时间而不是瞬间。
光子说
在空间传播的光不是连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子,光子的能量与光的频率成正比,即,其中普朗克常量。
②光子说对光电效应的解释:
(a)光子的能量只与光的频率有关,电子吸收到光子的频率越大,获得的能量也就越多。
当能量足以使电子摆脱金属的束缚时,它就从金属表面逸出,成为光电子,因而存在一个截止频率。
(b)根据能量守恒定律,逸出光电子的最大初动能:
。
这就是著名的爱因斯坦光电效应方程,为金属的逸出功。
(c)入射光越强,单位体积内的光子数就越多。
光子数越多,单位时间内从金属表面逸出的光电子数也就越多。
(d)电子一次性吸收光子的全部能量,不需要积累能量的时间,因此光电效应几乎是瞬时发学生的。
2.康普顿效应
⑴光的散射
光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发学生改变,这种现象叫做光的散射。
⑵康普顿效应
19181922年,美国物理家康普顿在研究石墨对射线的散射时,发现在散射的射线中,除了与入射波长相同学的成分外,还有波长大于的成分,这个现象叫做康普顿效应。
康普顿的学生,中国留学生吴有训测试了多种物
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