高考物理——《物理光学》典型例题复习分析.pdf
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1、十八、物理光学 光的本性 波动说微粒说 光的干涉光的衍射 双缝干涉明显衍射条件牛顿的微粒说光电效应及其规律 薄膜干涉 光的电磁说光子说 电磁波谱 光谱与光谱分析 光的波粒二象性 一、光的波动性 1、光的干涉 (1)双缝干涉实验 装置:如图包括光源、单缝、双缝和屏 双缝的作用是将一束光分为两束 一、知识网络 二、 画龙点睛 概念 现象: 干涉区域内产生的亮、暗纹 A、亮纹:屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍, 即 = n( n=0, 1,2,) B、 暗纹:屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍, 即 = ) 12( 2 n (n= 0,1,2,) 相邻亮纹(暗纹)间的距离 d l x 。
2、用此公式可以测定单色光的波长。用白光作 双缝干涉实验时,由于白光内各种色光的波长不同,干涉条纹间距不同,所以屏的中央是白 色亮纹,两边出现彩色条纹。 光的干涉现象说明了光具有波动性。 由于红光入射双缝时,条纹间距较宽,所以红光波长较长,频率较小 紫光入射双缝时,条纹间距较窄,所以紫光波长较短,频率较大 光的传播速度,折射率与光的波长,频率的关系。 a)v 与 n 的关系: v= c n b) v,和 f 的关系: v=f (3)薄膜干涉 现象: 单色光照射薄膜,出现明暗相等距条纹 白色光照射薄膜,出现彩色条纹 实例:动膜、肥皂泡出现五颜六色 发生干涉的原因:是由于前表面的反射光线和反表面的反射
3、光线叠加而成(图 1) 应用: a) 利用空气膜的干涉,检验工作是否平整(图2) (图 1)(图 2) 若工作平整则出现等间距明暗相同条纹 若工作某一点凹陷则在该点条纹将发生弯曲 若工作某一点有凸起,则在该点条纹将变为 b) 增透膜 例题: 用绿光做双缝干涉实验,在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹,相邻两条绿条纹间的距 离为 x。下列说法中正确的有 A.如果增大单缝到双缝间的距离,x 将增大 B.如果增大双缝之间的距离,x 将增大 C.如果增大双缝到光屏之间的距离,x 将增大 D.如果减小双缝的每条缝的宽度,而不改变双缝间的距离,x 将增大 解析: 公式 d l x 中 l 表示双缝到屏的距离,d
4、 表示双缝之间的距离。因此 x 与单缝到双 缝间的距离无关,于缝本身的宽度也无关。本题选C。 例题:登山运动员在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 线对眼睛的伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n=1.5,所要消除的紫外线的频率为 8.110 14Hz,那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少? 解析:为了减少进入眼睛的紫外线,应该使入射光分别从该膜的前后两个表面反射形成的光 叠加后加强,因此光程差应该是波长的整数倍,因此膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的 1/2。紫外线在真空中的
5、波长是=c/=3.710 -7m,在膜中的波长是 /=/n=2.4710-7m, 因此膜的厚度至少是1.2 10-7m。 2、光的衍射 (1)现象: 单缝衍射 a) 单色光入射单缝时,出现明暗相同不等距条纹,中间亮条纹较宽,较亮两边亮 条纹较窄、较暗 b) 白光入射单缝时,出现彩色条纹 园孔衍射: 光入射微小的圆孔时,出现明暗相间不等距的圆形条纹 泊松亮斑 光入射圆屏时,在园屏后的影区内有一亮斑 (2)光发生衍射的条件 障碍物或孔的尺寸与光波波长相差不多,甚至此光波波长还小时,出现明显 的衍射现象 例题:平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较,下列说法中正确的有 A.在衍射图样的中心都是亮
6、斑 B.泊松亮斑中心亮点周围的暗环较宽 C.小孔衍射的衍射图样的中心是暗斑,泊松亮斑图样的中心是亮斑 D.小孔衍射的衍射图样中亮、暗条纹间的间距是均匀的,泊松亮斑图样中亮、暗条纹 间的间距是不均匀的 解析:从课本上的图片可以看出:A、B 选项是正确的,C、D 选项是错误的。 3、光的电磁说 麦克斯韦根据电磁波与光在真空中的传播速度相同,提出光在本质上是一种电磁波 这就是光的电磁说,赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性。 电磁波谱。波长从大到小排列顺序为:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射 线、 射线。各种电磁波中,除可见光以外,相邻两个波段间都有重叠。 无线电波红外线可见光紫外线X 射线射
7、线 组成频率波增大 减小 产生机理在振荡电路 中,自由电 子作周期性 运动产生 原子的外层电子受到激发产生的 原子的内层 电子受到激 发后产生的 原子核受到 激发后产生 的 红外线、紫外线、X 射线的主要性质及其应用举例。 种类产生主要性质应用举例 红外线一切物体都能发出热效应遥感、遥控、加热 紫外线一切高温物体能发出化学效应荧光、杀菌、合成VD2 X 射线阴极射线射到固体表面穿透能力强人体透视、金属探伤 实验证明: 物体辐射出的电磁波中辐射最强的波长m和物体温度T 之间满足关系 m T = b(b 为常数)。可见高温物体辐射出的电磁波频率较高。在宇宙学中,可以根据接收 到的恒星发出的光的频率
8、,分析其表面温度。 可见光频率范围是3.9-7.51014Hz,波长范围是 400-770nm。 例题: 为了转播火箭发射现场的实况,在发射场建立了发射台,用于发射广播电台和电视台 两种信号。其中广播电台用的电磁波波长为550m,电视台用的电磁波波长为0.566m。为了 不让发射场附近的小山挡住信号,需要在小山顶上建了一个转发站,用来转发_信号, 这是因为该信号的波长太_,不易发生明显衍射。 解析:电磁波的波长越长越容易发生明显衍射,波长越短衍射越不明显,表现出直线传播性。 这时就需要在山顶建转发站。因此本题的转发站一定是转发电视信号的,因为其波长太短。 例题:右图是伦琴射线管的结构示意图。电
9、源E 给灯丝K 加热,从而发射出热电子,热电 子在 K、A 间的强电场作用下高速向对阴极A 飞去。电 子流打到 A 极表面,激发出高频电磁波, 这就是 X 射线。 下列说法中正确的有 A.P、 Q 间应接高压直流电,且Q 接正极 B.P、Q 间应接高压交流电 C.K、 A 间是高速电子流即阴极射线,从A 发出的是 X 射线即一种高频电磁波 D.从 A 发出的 X 射线的频率和P、Q 间的交流电的频率相同 解析: K、A 间的电场方向应该始终是向左的,所以P、Q 间应接高压直流电,且Q 接正极。 从 A 发出的是X 射线,其频率由光子能量大小决定。若P、Q 间电压为U,则 X 射线的频 率最高可
10、达Ue/h。本题选 AC 。 光谱 观察光谱的仪器,分光镜光谱的分类,产生和特征 产生特征 发射光谱 连续光谱由炽热的固体、液体和 高压气体发光产生的 由连续分布的,一切波 长的光组成 E K A P Q 产生特征 明线光谱由稀薄气体发光产生的由不连续的一些亮线组 成 吸收光谱高温物体发出的白光, 通过物质后某些波长的 光被吸收而产生的 在连续光谱的背景上, 由一些不连续的暗线组 成的光谱 光谱分析: 一种元素,在高温下发出一些特点波长的光,在低温下,也吸收这些波长的光, 所以把明线光波中的亮线和吸收光谱中的暗线都称为该种元素的特征谱线,用来进行 光谱分析。 4、光的偏振 光的偏振也证明了光是
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