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一. 教學(xué)內(nèi)容：光的波粒二象性

［過(guò)程］

一. 能說(shuō)明光具有波動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)光的干涉及衍射實(shí)驗(yàn)

1. 光的干涉及衍射

產(chǎn)生條件 典型實(shí)驗(yàn) 圖樣特點(diǎn)

干涉 相干光源（f相同） 雙縫干涉 等寬明暗相間的條紋

衍射 障礙物或小孔的尺寸 單縫、圓孔、 越窄，衍射明顯 不等寬

跟光波波長(zhǎng)差不多 圓盤(pán) 中央亮而寬，邊緣暗而窄

a. 干涉條紋間距

△x：兩個(gè)相鄰的亮（暗）條紋間距

b. 明暗條紋分布規(guī)律：

光程差δ＝r2－r1

中央 第一級(jí) 第二級(jí)

亮紋 δ＝nλ 振動(dòng)加強(qiáng) n＝0 n＝1 n＝2

增透膜：

高中數(shù)學(xué)

λ：綠光在增透膜中的波長(zhǎng)

注：①對(duì)光的衍射條紋，縫越窄，衍射現(xiàn)象明顯，衍射條紋間距越大。縫寬一定時(shí)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)的光，衍射現(xiàn)象明顯。

②白光的衍射條紋：中央白條紋，兩邊彩色條紋，紅光在外側(cè)。白光的干涉條紋：中央白條紋，兩邊彩色條紋，紅光在外側(cè)。

4. 光的偏振

（1）偏振光的產(chǎn)生方式：①自然光通過(guò)起偏器：通過(guò)兩個(gè)軸的偏振片觀察自然光，第一個(gè)偏振片的作用是把自然光變偏振光，叫起偏器。第二個(gè)偏振片的作用是檢驗(yàn)光是否為偏振光，叫檢偏器。其次，偏振片并非刻有狹縫，而是具有一種特性，即存在一個(gè)偏振化方向，只讓平行于該方向振動(dòng)的光通過(guò)，其他振動(dòng)方向的光被吸收了。②自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上，如果光入射的方向合適，使反射光和折射光之間的夾角恰好是90°時(shí)，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。

（2）偏振光的理論意義和應(yīng)用：①理論意義：光的干涉和衍射現(xiàn)象充分說(shuō)明了光是波，但不能確定光波是橫波還是縱波。光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光波是橫波。②應(yīng)用：照相機(jī)鏡頭、立體電影、消除車(chē)燈眩光等等。

二. 光的粒子性（光電效應(yīng)B類(lèi)要求）

1. 光電效應(yīng)

（1）在光的照射下從物體表面發(fā)射電子的現(xiàn)象叫光電效應(yīng)。發(fā)射出的電子叫光電子。

（2）演示實(shí)驗(yàn)

2. 光電效應(yīng)的規(guī)律

（1）瞬時(shí)性10-9S，從光照到發(fā)射電子幾乎是同時(shí)的

（2）任何金屬存在一個(gè)極限頻率，只有v入射>v極限發(fā)生

（3）逸出光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨ν入射增大而增大

（4）在入射光強(qiáng)度不變時(shí)，入射光強(qiáng)增加，光電流增大，飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比。I飽和光電流與λ入射光強(qiáng)度成正比

不加電壓，少量光電子到陽(yáng)極，光電流小。加電壓，較多光電子到陽(yáng)極，光電流大。電壓大到一定程度，光電流就不再增大，達(dá)到飽和光電流。入射光強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間單位面積入射光的能量。E＝nhv，v不變，增大光強(qiáng)，光子數(shù)變大。

3. 愛(ài)因斯坦光子說(shuō)：光是由一個(gè)個(gè)光子構(gòu)成，每個(gè)光子能量：E＝hv，h：普朗克常量。

v0不同

v不變時(shí)，增大I入射，光子數(shù)增多，光電子數(shù)越多，光電流大

4. 光的波粒二象性

解析：知P點(diǎn)與S1和S2的距離之差，由出現(xiàn)明暗條紋的條件可判斷是亮條紋或暗條紋。

由此可知，B光在空氣中波長(zhǎng)

由光程差δ和波長(zhǎng)λ的關(guān)系：

可見(jiàn)，用B光做光源，P點(diǎn)為亮條紋。

例2. 劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖2甲所示，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(gè)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如圖乙所示。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）任意相鄰明條紋和暗條紋所對(duì)應(yīng)的薄膜厚度差恒定�，F(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋（ ）

A. 變疏 B. 變密 C. 不變 D. 消失

（2003年上海高題）

解析：因?yàn)橄噜弮蓚�(gè)明紋位置的空氣膜高度差和夾角的關(guān)系為：

△h＝l為相鄰明紋的距離）

∴變疏，選A

答案：A

規(guī)律總結(jié)：抓住本題所給的條件是任意相鄰明紋對(duì)應(yīng)的薄膜高度差不變。弄清條紋間距的決定因素。

例3. 某金屬在一束黃光照射下，恰好能有電子逸出（即用頻率小于這種黃光的光線照射就不可能有電子逸出）。在下述情況下，逸出電子的多少和電子的最大初動(dòng)能會(huì)發(fā)生什么變化？

（1）增大光強(qiáng)而不改變光的頻率；

（2）用一束強(qiáng)度更大的紅光代替黃光；

（3）用強(qiáng)度相同的紫光代替黃光。

解析：“正好有電子逸出”，說(shuō)明此種黃光的頻率恰為該種金屬的極限頻率。

（1）增大光強(qiáng)而不改變光的頻率，意味著單位時(shí)間內(nèi)入射光子數(shù)增多而每個(gè)光子能量不變，根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，逸出的光電子最大初動(dòng)能不變，但光電子數(shù)目增大。

（2）用一束強(qiáng)度更大的紅光代替黃光，紅光光子的頻率小于該金屬的極限頻率，所以無(wú)光電子逸出。

（3）用強(qiáng)度相同的紫光代替黃光，因?yàn)橐粋�(gè)紫光光子的能量大于一個(gè)黃光光子的能量，而強(qiáng)度相同，因而單位時(shí)間內(nèi)射向金屬的紫光光子數(shù)將比原來(lái)少。因此，逸出的電子數(shù)將減少，但據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，光電子的最大初動(dòng)能將增大。

例4. 如圖3所示，陰極K用極限波長(zhǎng)λ0＝0.66μm的金屬銫制成，用波長(zhǎng)λ＝0.50μm的綠光照射陰極K，調(diào)整兩個(gè)極板電壓，當(dāng)A板電壓比陰極高出2.5V時(shí)，光電流達(dá)到飽和，電流表示數(shù)為0.64μA，求：

（1）每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時(shí)的最大初動(dòng)能。

（2）如果把照射陰極綠光的強(qiáng)度增大到原來(lái)的2倍，每秒鐘陰極發(fā)射出的光電子數(shù)和飛出光電子的最大初動(dòng)能。

解析：（1）當(dāng)陰極發(fā)射的光電子全部到達(dá)陽(yáng)極時(shí)，光電流達(dá)到飽和，由電流可求出每秒到達(dá)陽(yáng)極的電子數(shù)，即為發(fā)射出的電子數(shù)，由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程可算出最大初動(dòng)能。

（2）光強(qiáng)加倍，發(fā)射的光電子數(shù)加倍，但入射光頻率不變，光電子的最大初動(dòng)能不變。

（2）光電子數(shù)n’＝2n＝8.0×1012（個(gè)）

解析：

；（2） 個(gè)

小結(jié)：本題說(shuō)明倫琴射線的產(chǎn)生。

【模擬】

1. 如圖所示，兩束不同的單色光，A和B，分別沿半徑射入截面為半圓形玻璃磚中后，都由圓心O沿OP方向射出，下列說(shuō)法中正確的是（ ）

A. 在玻璃中B光傳播的速度較大

B. A光的光子能量較小

C. 若分別用這兩種單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，且保持其他實(shí)驗(yàn)條件不變，則A光在屏上形成的明暗條紋的寬度較小

D. 若用B光照射某金屬板能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則用A光照射該金屬板也一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)

2. 如圖所示，一束復(fù)色光射到玻璃三棱鏡AB面上，從三棱鏡的AC面折出的光線分成a、b兩束，如下圖所示。有下列幾個(gè)結(jié)論（ ）

①a光的光子能量比b光的光子能量大

②光a、b射到同一金屬表面時(shí)，若光a能發(fā)生光電效應(yīng)，那么光b也一定能發(fā)生光電效應(yīng)

③光從棱鏡內(nèi)射出時(shí)，a光的臨界角大于b光的臨界角

④在此玻璃三棱鏡中a光的光速比b光的光速小

A. ①④ B. ②③ C. ①③ D. ②④

3. a、b二束平行細(xì)光束垂直射入直角三棱鏡的AB面，對(duì)應(yīng)的折射光線為a’、b’，a’、b’有發(fā)散的趨勢(shì)，比較a、b二束光，下列說(shuō)法正確的是（ ）

A. 光束a在棱鏡中的傳播速度快

B. 若b光束能使某一金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，則a光束同樣能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)

C. 在完全相同的條件下做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)a光對(duì)應(yīng)的干涉條紋較寬

D. 在其它條件不變的情況下，當(dāng)頂角A增大時(shí)，一定是折射光束b’先消失

4. 雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，雙縫間的距離為d，雙縫到像屏的距離為L(zhǎng)，調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置使得像屏上可以見(jiàn)到清晰的干涉條紋。關(guān)于干涉條紋的情況，下列敘述正確的是（ ）

A. 若將像屏向左平移一小段距離，屏上的干涉條紋將變得不清晰

B. 若將像屏向右平移一小段距離，屏上仍有清晰的干涉條紋

C. 若將雙縫間的距離d減小，像屏上的兩個(gè)相鄰明條紋間的距離變小

D. 若將雙縫間的距離d減小，像屏上的兩個(gè)相鄰暗條紋間的距離不變

5. 如圖所示，（a）表示單縫，（b）表示雙縫，用某單色光分別照射豎直放置的單縫和雙縫，在縫后較遠(yuǎn)位置豎直放置的光屏上可以觀察到明暗相間的條紋（圖中陰影表示明條紋），如圖（c）、（d）所示。下列關(guān)于縫和條紋間關(guān)系的說(shuō)法中正確的是（ ）

A. 圖（c）表示單縫衍射條紋，圖（d）表示雙縫干涉條紋

B. 單縫S越寬，越容易觀察到對(duì)應(yīng)的明暗條紋

C. 雙縫間距離越小，對(duì)應(yīng)條紋間距越大

D. 照射雙縫的單色光波長(zhǎng)越小，對(duì)應(yīng)條紋間距越大

6. 如下圖甲所示，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，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)狀干狀條紋，稱(chēng)為牛頓環(huán)，以下說(shuō)法正確的是（ ）

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. 干涉條紋不等間距是因?yàn)榭諝饽ず穸炔皇蔷鶆蜃兓��?/p>

D. 干涉條紋不等間距是因?yàn)榭諝饽ず穸仁蔷鶆蜃兓��?/p>

7. 尖劈干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖a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(gè)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如圖b所示，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(duì)應(yīng)的薄膜厚度差恒定�，F(xiàn)若在圖1裝置中抽出一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋（ ）

A. 變疏 B. 變密 C. 不變 D. 消失

8. 市場(chǎng)上有種燈具俗稱(chēng)“冷光燈”，用它照射物品時(shí)能使被照物品處產(chǎn)生熱效應(yīng)大大降低，從而廣泛地應(yīng)用于博物館、商店等處。這種燈降低熱效應(yīng)的原因之一是在燈泡后面放置的反光鏡玻璃表面上鍍一層薄膜（例如氟化鎂），這種膜能消除不鍍膜時(shí)玻璃表面反射回來(lái)的熱效應(yīng)最顯著的紅外線。以λ表示此紅外線的波長(zhǎng)，則所鍍薄膜的厚度最小應(yīng)為（ ）

A. C. 以及相鄰兩條亮紋間距 。若所用激光波長(zhǎng)為 ，則該實(shí)驗(yàn)確定物體運(yùn)動(dòng)速度的表達(dá)式是（ ）

A. D. ，普朗克常量為

B.

5. 分別用波長(zhǎng)為 和 D.

A. 光是電磁波 B. 光是一種橫波

C. 光是一種縱波 D. 光是概率波

7. 如圖，當(dāng)電鍵K斷開(kāi)時(shí)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上電鍵，調(diào)節(jié)滑線變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)為零，由此可知陰極材料的逸出功為（ ）

A. 1.9eV B. 0.6eV C. 2.5eV D. 3.1eV

8. 下列說(shuō)法正確的是（ ）

A. 光的干涉和衍射說(shuō)明光具有波動(dòng)性

B. 光的頻率越大，波長(zhǎng)越大

C. 光的波長(zhǎng)越大，光子的能量越大

D. 光在真空中的傳播速度為

9. 下列說(shuō)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(shí)，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(shí)，光的波長(zhǎng)不變

10. 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(hào)

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(guò)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

11. 我們經(jīng)�？梢钥吹�，凡路邊施工處總掛著紅色的電燈，這除了紅色光容易引起人的視覺(jué)注意以外，還有一個(gè)重要的原因，這一原因是紅色光（ ）

A. 比其它色光更容易發(fā)生衍射

B. 比其它可見(jiàn)光的光子能量大

C. 比其它可見(jiàn)光更容易發(fā)生干涉

D. 比其它可見(jiàn)光更容易發(fā)生光電效應(yīng)

12. 下列各種現(xiàn)象中不能說(shuō)明光具有波動(dòng)性的是（ ）

A. 光的偏振現(xiàn)象

B. 光電效應(yīng)現(xiàn)象

C. 光的雙縫干涉現(xiàn)象

D. 光的衍射現(xiàn)象

13. 如圖是產(chǎn)生X射線的裝置，叫做X射線管。圖中的K是陰極，A是陽(yáng)極，通電時(shí)由陰極發(fā)出的電子，打在陽(yáng)極上，從陽(yáng)極上激發(fā)出X射線（也稱(chēng)X光），設(shè)其中光子能量的最大值等于電子到達(dá)陽(yáng)極時(shí)的動(dòng)能。已知陰極與陽(yáng)極之間電勢(shì)差U、普朗克常量h、電子電荷量e和光速c，則（設(shè)電子初速為零）（ ）

A. 高壓電源的a端為正極

B. 高壓電源的a端為負(fù)極

C. 射線管發(fā)出的X光的最長(zhǎng)波長(zhǎng)為

【試題答案】

光的波動(dòng)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

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