高中物理光的干涉和衍射 电磁波.docx

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高中物理光的干涉和衍射电磁波

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课程编号

课型

复习

课题

光的干涉和衍射电磁波

教学目标

1、理解光的干涉和衍射的条件和条纹特点

2、知道电磁波的性质

教学重点

1、理解常见的干涉和衍射类型及条纹的特点

教学安排

版块

时长（分钟）

1

新课导入

5

2

知识点讲解

45

3

课堂练习

60

4

课堂总结

10

5

回家作业

40

光的干涉和衍射电磁波

知识点回顾

一、光的干涉

1、光的干涉：

在两列光波的叠加区域，某些区域的光被________，出现亮纹，某些区域的光被________，出现暗纹，且________区域和________区域互相间隔的现象叫做光的干涉现象．

2、干涉的条件：

两列________相同、________情况完全相同的光相遇．

3、干涉条纹的特点：

相邻明条纹（或暗条纹）的间距________，实验装置不变的条件下，________干涉条纹的间距最大，紫光的干涉条纹的间距最小；若换用白光，在屏上得到________条纹，且中央为白色．

二、光的衍射

1、光的衍射：

光绕过________偏离________传播的现象．

2、光发生明显衍射的条件：

只有当障碍物的________可以与光的波长相比，甚至比光的波长还________的时候，衍射现象才会明显．

3、衍射条纹的特点：

单色光的衍射图样为中间________且亮的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央________且________；白光的衍射图样为中间________且亮的________，两侧是渐窄且暗的彩色条纹．

三、光的本性

大量光子表现出光的________性；少数光子的行为表现出光的________性

四、光电效应、光子说

1、光电效应：

照射到金属表面的光，能使金属中的________从表面逸出的现象。

2、光电效应的条件：

入射光的频率________金属的极限频率．

3、光子说：

在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量E＝______。

其中h＝6.63×10－34J·s（称为普朗克常量）

知识点讲解

知识点一：

光的干涉和衍射

一、光的干涉

1、定义

两列频率相同、振动情况相同的光波相叠加，某些区域出现振动加强，某些区域出现振动减弱，并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象．

2、相干条件

只有相干光源发出的光叠加，才会发生干涉现象．相干光源是指频率相同、振动情况相同的两列光波．

3、明暗条纹的判断方法

（1）如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上P点的路程差r2－r1＝kλ（k＝0，1，2…）时，光屏上出现明条纹．

（2）光的路程差r2－r1＝（2k＋1）

（k＝0，1，2…）时，光屏上出现暗条纹。

4、干涉条纹的特点

由同一光源发出的光经双缝后，在屏上出现明暗相间的条纹．中央条纹为明条纹．白光的双缝干涉的条纹是中央为白色条纹，两边为彩色条纹，

单色光的双缝干涉中相邻亮条纹间距离为Δx＝

λ

5、薄膜干涉

（1）如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．

（2）光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加．

【思考】请同学们根据上述明暗条纹的判断方法分析薄膜的干涉图像特点

（3）薄膜干涉的应用

干涉法检查平面如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检平面不平整，则干涉条纹发生弯曲．

【思考】请同学们根据上图中条纹的弯曲方向判断被检查平面是凸起还是下陷

二、光的衍射

1、定义

光离开直线路径绕到障碍物阴影区的现象叫光的衍射，衍射产生的明暗条纹或光环叫衍射图样．

2、发生明显衍射的条件

只有当障碍物的尺寸跟光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显．

3、衍射图样

（1）单缝衍射

①单色光：

明暗相间的不等距条纹，中央亮纹最宽最亮，两侧条纹具有对称性．

②白光：

中间为宽且亮的白色条纹，两侧是窄且暗的彩色条纹，最靠近中央的是紫光，远离中央的是红光．

（2）圆孔衍射：

明暗相间的不等距圆环，圆环面积远远超过孔的直线照明的面积．

（3）圆盘衍射：

明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑称为泊松亮斑．

【例1】某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如（甲）图所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如（乙）图所示．他改变的实验条件可能是（）

A．减小光源到单缝的距离

B．减小双缝之间的距离

C．减小双缝到光屏之间的距离

D．换用频率更高的单色光源

【例2】在单缝衍射实验中，下列说法正确的是（）（多选）

A．其他条件不变，将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄

B．其他条件不变，使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄

C．其他条件不变，换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽

D．其他条件不变，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽

【例3】利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度．如图（a）所示，现使透明标准板M和待检工件N间形成一楔形空气薄层，并用单色光照射，可观察到如图（b）所示的干涉条纹，条纹的弯曲处P和Q对应于A和B处，下列判断中正确的是（）（多选）

A．N的上表面A处向上凸起

B．N的上表面B处向上凸起

C．条纹的c、d点对应处的薄膜厚度相同

D．条纹的d、e点对应处的薄膜厚度相同

课堂练习

1、在杨氏双缝干涉实验中，如果（）

A．用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹

B．用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹

C．用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹

D．用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹

2、关于光的干涉，下列说法中正确的是（）

A．在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的

B．在双缝干涉现象里，把入射光由红光换成紫光，相邻两个明条纹间距将变宽

C．只有频率相同的两列光波才能产生干涉

D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定

3、用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象．图（a）是点燃的酒精灯（在灯芯上撒些盐），图（b）是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈，将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是（）

A．当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°

B．当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°

C．当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°

D．干涉条纹保持原来状态不变

4、用单色光通过小圆盘和小圆孔分别做衍射实验，在光屏上得到衍射图形，则（）

A．用小圆盘时，图形中央是暗的，用小圆孔时，图形中央是亮的

B．用小圆盘时，图形中央是亮的，用小圆孔时，图形中央是暗的

C．两个图形中央均为亮点的同心圆形条纹

D．两个图形中央均为暗点的同心圆形条纹

5、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看到清晰的干涉条纹．关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是（）（多选）

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．若将双缝间距离d减小，像屏上的两个相邻暗条纹间的距离增大

6、薄膜干涉在科学技术上有很大应用．如图甲是干涉法检查平面示意图，图乙是得到的干涉图样，则干涉图样中条纹弯曲处的凹凸情况是______．（选填“上凸”或“下凹”）

知识点二：

光的本性

一、光电效应

1、光电效应现象：

在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子．

2、光电效应规律

（1）每种金属都有一个极限频率．

（2）光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大．

（3）光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．

（4）光电流的强度与入射光的强度成正比．

3、易混淆的概念

（1）光子与光电子

光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子．光子是光电效应的因，光电子是果．

（2）光电子的动能与光电子的最大初动能

光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能，光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能．

4、爱因斯坦光电效应方程

（1）光子说：

空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为E＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34J·s

（2）光电效应方程：

Ek＝hν－W

其中hν为入射光的能量，Ek为光电子的最大初动能，W是金属的逸出功．

极限频率：

能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率．不同的金属对应着不同的极限频率

逸出功：

电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功．

（3）由Ek－ν图象可以得到的信息

①极限频率：

图线与ν轴交点的横坐标νc

②逸出功：

图线与Ek轴交点的纵坐标的值E＝W

③普朗克常量：

图线的斜率k＝h

二、光的波粒二象性

1、光的干涉、衍射现象证明光具有波动性．

2、光电效应说明光具有粒子性．

3、光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．

【例1】关于光电效应的规律，下列说法中正确的是（）

A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生

B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比

C．发生光电效应的反应时间一般都大于10－7s

D．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比

【例2】关于光电效应，下列几种叙述正确的是（）

A．金属电子的逸出功与入射光的频率成正比

B．光电流的强度与入射光的强度无关

C．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大

D．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应

【例3】如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线（直线与横轴的交点坐标为4.27，与纵轴交点坐标为0.5）．由图可知（）（多选）

A．该金属的截止频率为4.27×1014Hz

B．该金属的截止频率为5.5×1014Hz

C．该图线的斜率表示普朗克常量

D．该金属的逸出功为0.5eV

课堂练习

1、下列说法正确的是（）（多选）

A．光电效应反映了光的粒子性

B．大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性

C．光的干涉、衍射现象证明了光具有波动性

D．只有运动着的小物体才有一种波和它相对应，大的物体运动是没有波和它对应的

2、关于光的本性，下列说法正确的是（）

A．光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的

B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点

C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性

D．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性

3、下列说法正确的是（）

A．有的光是波，有的光是粒子

B．光子与电子是同样的一种粒子

C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著

D．γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性

4、用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则（）

A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变

B．逸出的光电子数减少，

光电子的最大初动能减小

C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小

D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了

知识点三：

电磁波

一、电磁波

1、麦克斯韦电磁理论：

①恒定的磁场周围没有电场产生，同理，恒定的电场周围也没有磁场产生．

②变化的磁场产生电场；变化的电场产生磁场．

③周期性变化的电场和周期性变化的磁场相互联系，形成一个不可分离的统一的场，就是电磁场．

2、电磁波的传播及波长、频率、波速

（1）电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度是相同的（都等于光速）．

（2）不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小．

3、电磁波谱

【例1】电磁波与机械波具有的共同性质是（）

A．都是横波B．都能传输能量

C．都能在真空中传播D．都具有恒定的波速

【例2】关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是（）

A．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息

B．手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波

C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同

D．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同

课堂练习

1、下列关于电磁波的说法正确的是（）

A．电磁波必须依赖介质传播B．电磁波可以发生衍射现象

C．电磁波的速度始终等于光速D．电磁波无法携带信息传播

2、电磁波谱中的可见光、无线电波、X射线和γ射线中，其光子能量最小的是（）

A．可见光B．无线电波C．X射线D．γ射线

3、一种电磁波入射到半径为1m的孔上，可发生明显衍射现象，此波属于电磁波谱区域可能是（）

A．可见光B．γ射线C．紫外线D．无线电波

4、微波是（）

A．一种机械波，只能在介质中传播

B．一种电磁波，只能在介质中传播

C．一种机械波，其在真空中传播速度等于光速

D．一种电磁波，比可见光更容易产生衍射现象

课堂总结

1、试比较光的干涉和衍射的相同点和不同点

2、电磁场和之前学习的电场和磁场有关系吗？

可够看成电场和磁场的综合体？

回家作业

1、在宏观世界中相互对立的波动性和粒子性，在光的本性研究中却得到了统一，即所谓光具有波粒二象性，下列关于光的波粒二象性的叙述中正确的是（）（多选）

A．大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果展示出粒子性

B．光在传播时表现出波动性，而在跟物质作用时表现出粒子性

C．频率大的光比频率小的光的粒子性强，但波动性弱

D．频率大的光比频率小的光的粒子性及波动性都强

2、下列关于光的波粒二象性的论述中，正确的是（）（多选）

A．光子说完全否定了光的电磁说

B．光的波粒二象性说的是光与机械波和物质波粒子很相似

C．大量光子的行为显示波动性，个别光子的行为显示粒子性

D．随着电磁波频率的增大其波动性越不显著，粒子性越显著

3、用红光光照射某种金属表面，发生光电效应，若减弱该束红光的光强后，再次照射该金属表面，则

A．不能发生光电效应B．光电流强度不变

C．光电子的最大初动能不变D．经长时间照射后才能发生光电效应

4、在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（）

A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失

B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其它颜色的双缝干涉条纹依然存在

C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮

D．屏上无任何光亮

5、关于竖立的肥皂薄膜上产生光的干涉现象，下列陈述中正确的是（）（多选）

A．干涉条纹产生是由于光线在薄膜前后两表面反射，形成的两列光波的叠加

B．干涉条纹的暗线是由于上述两列反射波的波谷与波谷叠加造成的

C．用绿色光照射薄膜产生的干涉条纹间距比黄光照射时小

D．薄膜上的干涉条纹基本上是竖直的

6、如图所示为光电管的工作电路，要使电路中形成较强的光电流，须在A、K两电极间加一直流高压，则（）

A．高压电源正极应接在P点，光电子从极K发出

B．高压电源正极应接在P点，光电子从极A发出

C．高压电源正极应接在Q点，光电子从极K发出

D．高压电源正极应接在Q点，光电子从极A发出

7、某种金属材料在绿光照射下恰能产生光电效应，则下列说法中错误的是（）

A．改用黄光照射，不能产生光电效应

B．增加绿光强度，光电子最大初动能增加

C．减弱绿光强度，光电管中的光电流减小

D．改用紫光照射，光电子最大初动能增加

8、如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象．由图象可知（）（多选）

A．该金属的逸出功等于E

B．该金属的逸出功等于hνc

C．入射光的频率为2νc时，产生的光电子的最大初动能为E

D．入射光的频率为

时，产生的光电子的最大初动能为

9、下表给出了一些金属材料的逸出功.

材料

铯

钙

镁

铍

钛

逸出功（10－19J）

3.0

4.3

5.9

6.2

6.6

现用波长为400nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种（普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s）（）

A．2种B．3种C．4种D．5种

10、如图所示，当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在位于圆盘后方屏幕上的阴影中心出现了一个亮斑。

这是光的_______（填“干涉”、“衍射”或“直线传播”）现象，这一实验支持了光的_______（选填“波动说”、“微粒说”或“光子说”）。

11、用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图（a）、（b）、（c）所示的图像，该实验现象说明：

个别光子的行为往往显示出_______，大量光子的行为往往显示出_______（选填“粒子性”、“波动性”、或“波粒二象性”）。