光的波动性光的偏振光的电磁波学说复习二课时

光的波动性光的偏振光的电磁波学说复习二课时 第三单元 光的波动性 光的偏振 光的电磁波学说(复习二课时) (一)考试内容和要求 光本性学说的发展简史。 光的干涉现象及其常见的应用。光的衍射。双缝干涉的条纹间距与波长的关系。 光的偏振。 光谱和光谱分析。红外线、紫外线、X射线、γ射线以及它们的应用。光的电磁本性。电磁波谱。 (二)知识拓展 1(光本性学说发展简史:十七世纪，关于光的本性形成了两种学说，一种是牛顿主张的微粒说，另一种是惠更斯提出的波动说。光的干涉、衍射、偏振证实光具有波动性。麦克斯韦首先从理论上提出光是一种电磁波。赫兹用实验加以证实。 2.光的干涉 (1)定义:两列波长相同的单色光在相互覆盖的区域发生叠加，会出现明暗相间的条纹，如果是白光， 则会出现彩色条纹，这种现象称为光的干涉。 (2)相干光源的条件:两光源频率相同。 (3)获得相干光的办法是:把一个点光源(或线光源)发出的光分为两列光。 (4)双缝干涉 ?定义:在用单色光做双缝干涉实验时，若双缝处两列光的振动情况完全相同，则在光屏上距双缝的路程差为光波波长整数倍的地方属光被加强处，将出现明条纹;光屏上距双缝的路程差为光波半波长的奇数倍的地方光被减弱处，将出现暗条纹。 LΔx,,?理论和实践都证明，明纹之间或暗纹之间的距离总是相等的，根据公式，在狭缝间距d离和狭缝与屏距离都不变的条件下，条纹的间距跟波长成正比。在波长不变的条件下，当狭缝与屏的距离增大或狭缝间的距离减小时，条纹的间距增大。在双狭缝间的距离和狭缝与屏间的距离不变的条件下，单色光产生的干涉条纹间距(相邻两条明条纹中心或相邻两条暗条纹中心间距离)跟光的波长成正比。 ?在用白光做双缝干涉实验时，光屏上除中央亮条纹为白色外，两侧均为彩色的干涉条纹。 (5)薄膜干涉 ?光照到薄膜上时，被膜的前、后表面反射的两列光相叠加，也可发生干涉现象。若入射光为单色光，可形成明暗相间的干涉条纹;若入射光为白光，可形成彩色的干涉条纹。 ?薄膜干涉常用于检查平面和用作镜头的增透膜。 3(光的衍射 (1)定义:光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象，叫光的衍射。 (2)产生明显衍射的条件:障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相比甚至比光的波长还要小。且障碍物 尺寸比波长越小，衍射越明显。 (3)泊松亮斑是典型的光衍射现象。 4(光的偏振 (1)定义:横波只沿着某一特定的方向振动，称为波的偏振，光的偏振现象说明光是横波。 (2)通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，称为偏振光。 5(光的电磁说 (1)麦克斯韦电磁理论认为光是一种电磁波(赫兹用实验证实了光的电磁本性。 (2)电磁波谱 电磁波按波长由长到短的顺序排列为:无线电波、红外线、可见光。紫外线、X射线、y射线(其产生的机理、主要作用概括如下表: 电磁波 产生机理 主要作用 无线电波 电路中自由电子周期性振荡而产生 广播、电视 红外线 原子的外层电子受激而产生 热作用 可见光 原子的外层电子受激而产生 视觉作用色彩效应 紫外线 原子的外层电子受激而产生 化学作用生理作用荧光效应 伦琴射线 原子的内层电子受激而产生 医用透视 r 射线 原子核受激而产生 穿透作用 6(光谱和光谱分析 (1)光谱:光谱可分为发射光谱和吸收光谱。 (2)物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。其中由炽热的固体、液体及高压气体发光产生的光谱为连 续谱;由稀薄气体或金属蒸气发光产生的光谱为线状谱，又称原子光谱。 (3)连续谱是由连续分布的一切波长的光组成的，不同元素的线状谱不同，是因为每种元素的原子只能 发出具有本身特征的某些波长的光，因此线状谱中的谱线称为原子的特征谱线。 (4)高温物质发出的白光通过某种物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱，其 表现为在连续谱的明亮背景上出现一些不连续的暗线，且同种气体元素的吸收光谱中暗线的位置与 线状谱中的明线的位还是一一对应的，因此吸收光谱和线状谱都属于元素的特征谱线。 (5)光谱分析 根据光谱签别物质和确定化学组成的方法叫做光谱分析。光谱分析可用线状谱，也可用吸收光谱。 典型示范: 例1(一束复色可见光射到置于空气中的平板玻璃上，穿过玻璃后从下表面射出，变为a、b两束平行单色光，如图15-31所示，对于两束单色光来说 ( ) A(玻璃对 a光的折射率较大 B(a光在玻璃中传播的速度较大 C(b光每个光子的能量较大 D(b光的波长较长 图15-31 解析:光从一种透明介质进入另一种透明介质时，频率不变，波长、传播的速度会改变。光的频率较大，玻璃对它的折射率越大，从平行板玻璃另一面射出时偏离原传播方向越大。由图知玻璃对a的折射率较大，对b的折射率较小，即b光频率较小，即波长较长，故 A、D正确。 例2:如图15-32(a)所示，S是一个单色的点光源，M是水平放置的平面镜，S到M所在平面间的距离很近。P是放在竖直面内的一个光屏。试用作图法确定在光屏上的什么范围内可以观察到光的干涉现象。 ( ) 图15-32(a) 图13-32(b) 解析:如图15-32(b)，点光源S发出的光一部分直接照到光屏上(如阴影部分所示)，另一部分则照 发出的一样，这样到平面镜上，经平面镜反射后再照到光屏上。这一部分光好像是从点光源的像点S’就把同一束光分成了两束，形成相干光源，在它们叠加的区域内，形成明暗相间的干涉条纹。 作法:连接S和平面镜的右边缘并延长交平面镜于b;根据对称性做S在平面镜中的像点S’，连接 S’和平面镜的左、右边缘并延长交平面镜于c、d;光屏上c、d之间的部分是两束光叠加的区域，在此区域内可以观察到干涉现象。 本题这种装置叫劳埃德镜。为了真正能观察到干涉现象，本题中的点光源S到平面镜的距离必须 / 非常小(S和S间的距离相当于双缝干涉实验中双缝间的距离d)。 例3(如图15-33所示，在挡板上开一个大小可以调节的小圆孔P，用点光源S照射小孔，小孔后面放一个光屏MN，点光源和小孔的连线垂直于光屏，并于光屏交于其中心。当小孔的直径从1.0mm逐渐减小到0.1rnm的过程中，在光屏上看到的现象将会是 ( ) A(光屏上始终有一个圆形亮斑，并且其直径逐渐减小 B(光屏上始终有明暗相间的同心圆环，并且其范围逐渐增大 C(光屏上先是形成直径逐渐减小的圆形亮斑，然后是形成范围逐渐增大而亮度逐渐减弱的明暗相间的 同心圆环 D(光屏上先是形成直径逐渐减小的圆形亮斑，然后是形成范围逐渐减小而亮度逐渐增大的明暗相间的 同心圆环 解析:能观察到明显的衍射现象的障碍物或孔的尺寸应该小于0.5mm。本题小孔直径是从1.0mm逐渐减小到0.1rnm的，所以在开始阶段没有明显的衍射现象，光基本上是沿直线传播的，因此在光屏上应该得到和小圆孔相似的圆形亮斑，当孔的直径减小到0.5mm以下时，将发生较为明显的衍射现象，所以光屏上出现明暗相间的圆环;随着小孔直径的减小，光的衍射现象越来越明显，衍射图样的范围越来越大，相邻亮纹和相邻暗纹间的距离也逐渐增大，同时由于通过小孔的光能越来越少，所以衍射图样的亮度将变得越来越暗。根据以上分析，本题应选C 例4(如图15-34所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平的装置，所用的单色光是用普通光加滤光片产生的。检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的, ( ) A(M的上表面和N的下表面 B(M的上表面和N的上表面 C(M的下表面和N的上表面 D(M的下表面和N的下表面 图15-34 解析:首先要弄清薄膜干涉是透明介质形成厚度与光波波长相近的膜的两个面的反射光叠加而成的。利用光的薄膜干涉来检查平面的质量，就是在样板平面和被检查平面间形成一个楔型的空气薄层，用单色光从上面照射，入射光在空气层的上、下表面反射形成两列相干光束。如果被检测的平面是平的，那么空气层厚度相同的各点的干涉条纹就在一条直线上;若是被测平面的某处凹下去了，这时干涉条纹就不是直线，而凹下去的干涉条纹将向楔型膜中薄的一侧弯曲。这是因为凹处的两束反射光的光程差变大了，它只能与膜厚一些位置的两反射光的光程差相同，并形成同一级的条纹(光程差相同的干涉条纹为同一级，一般光程差大的干涉条纹级别高，光程差小的级别低)。显然凹处的级别增大，将与膜厚一些位置的干涉条纹形成同一级别的条纹。同理，若是被测平面某处凸起，则该处的干涉条纹将向模型膜中厚的一侧弯曲(显然本题中的标准样板和厚玻璃是不可能作为薄膜来处理，只有垫上薄片，M的下表面和N的上表面之间的空气膜才能称为薄膜，才能发生干涉，所以C选项正确。 例5(关于电磁波谱，下列说法中正确的是( ) A(γ射线的频率一定大于X射线的频率 B(紫外线的波长一定小于红外线的波长 C(若某紫外线能使一金属发生光电效应，则所有的X射线均可使该金属发生光电效应 D(紫外线光子的能量较大，它是原子内层电子受激发而产生的 解析:由电磁波谱中的频率关系可知:γ射线的频率不一定大于X射线的频率，而紫外线的频率一定高于红外线的频率，所以，紫外线的波长一定小于红外线波长，紫外线的频率不一定低于X射线的频率，即紫外线光子的能量不一定比X射线光子的能量低。紫外线是由原子外层电子受激发而产生的。所以本题中只有B选项正确( 典型示范: 1((1997年高考全国卷)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 2(现代光学装置中的透镜，棱镜的表面常涂上一层薄膜(一般用氟化镁)，当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4时，可以大大减少入射光的反射损失，从而增强透射光的强度，这种作用是应用了光的( ) A(色散现象 B(全反射现象 C(干涉现象 D(衍射现象 3. 用眼睛观察远处的灯，有时会看到它周围光芒辐射，对于这一现象的解释，下面的哪些说法正确? ( ) A.这是空气对光的折射作用造成的 B.这是眼睛的瞳孔对光的衍射作用造成的 C.这现象说明眼睛的瞳孔是规则的圆形 D.这现象说明眼睛的瞳孔是多边形 4(从点光源L发出的白光，经过透镜后成一平行光束，垂直照射到档光板P上，板上开有两条靠得很近的 如图15-35所示，在屏上可看到干涉条纹，图15-35中点是屏上与两狭缝等距离平行狭缝S、SQOQ21 的一点，则 ( ) 图15-35 A(干涉条纹是黑白的，O是亮点 B(干涉条纹是黑白的，O是暗点 C(干涉条纹是彩色的，O是亮点 D(干涉条纹是彩色的，O是暗点 (右图15-36所示的是一竖立的肥皂液薄膜的横截面，关于竖立的肥皂薄膜上产生光的干涉现象，看下列5 陈述，其中哪一些是正确的 ( ) 图15-36 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(用绿光照射薄膜产生的干涉条纹间距比黄色光照射时小 D(薄膜上的干涉条纹基本上是竖直的 6((2001年全国理科综合能力测试卷)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的的热效应大大降低，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 ( ) 11A(λ B(λ 48 1C(λ D(λ 2 7((1994年全国高考卷)太阳的连续光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线。产生这些暗线是由于( ) A. 太阳表面大气层中缺少相应的元素; B(太阳内部缺少相应的元素; C(太阳表面大气层中存在着相应的元素; D(太阳内部存在着相应的元素。 8((2000年高考全国卷)图15-37中为X射线管的结构示意图，E为灯丝电源。要使射线管发出X射线，须在K、A两电极间加上几万伏的直流高压，则( ) 图15-37 A(高压电源正极应接在P点，X射线从K极发出 B(高压电源正极应接在P点，X射线从A极发出 C(高压电源正极应接在Q点，X射线从K极发出 D(高压电源正极应接在Q 点，X射线从A极发出 9(试回答下列各现象分别属于哪种现象? (1)通过狭缝看日光灯的周围有彩色条纹，是 现象. (2)阳光下的肥皂泡表面呈现出彩色花纹，是 现象. (3)通过放大镜看物体的边缘是彩色的，这是 现象. (4)光学镜头上涂一层增透膜是利用 现象来减少光的反射损失. (5)通过尼龙织物看白炽灯丝周围呈现彩色，是 现象. 10(用红光做双缝干涉实验，在屏上观察到干涉条纹，在其它条件不变的情况下，改用紫光做实验，则干涉条纹间距将变 。如果改用白光做实验，在屏上将出现 条纹。 11((1987年高考全国卷)在太阳光照射下，水面油膜上会出现彩色的花纹，这是两列相干波发生干涉的结果，这两列相干光波是太阳光分别经 而形成的。用平行的单色光垂直照射不透明的小圆板，在圆板后面的屏上发现圆板阴影中心处有一个亮斑，这是光的__________________ __________________现象。 12(登山运动员在攀登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫 外线照射，否则将会严重地损坏视力(有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小 紫外线照射的眼镜。他用的这种薄膜的折射率为n=1.5，要消除的这种紫外线的频 14率为 8.1×10Hz。那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少, 13(用色光通过双缝做实验，色光的波长为4000埃，A点与狭缝S、S的路程差为1(8 ×12-610米，则A点是出现明条纹还是暗条纹, 14(蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温为37ºC，它发 出的最强的热辐射的波长λm。根据热辐射理论，λm与辐射源的绝对温度T的关系近似 -3为λm?T=2.90×10 m?K，那么: (1)老鼠发出最强的热辐射的波长约为多少米; (2)老鼠发出的这种最强的热辐射属于电磁波的以下哪个波段( ) A(红外波段 B(紫外波段 C(可见光波段 D(X射线波段