3　粒子的波动性教学内容概述

第十六章

光的波动性和粒子性

[考点解读]

知识内容

要求

说明

94、光本性学说的发展简史

Ⅰ

95、光的干涉现象，双缝干涉，薄膜干涉，双缝干涉Ⅰ

的条纹间距与波长的关系

96、光的衍射

Ⅰ

97、光的偏振现象

Ⅰ

98、光谱和光谱分析，红外线、紫外线、X射线、γⅠ

射线以及综合应用，光的电磁本性，电磁波谱

99、光电效应，光子，爱因斯坦光电效应方程

Ⅱ

100、光的波粒二象性，物质波

Ⅰ

101、激光的特性及应用

Ⅰ

[知识网络] 连续光谱

由连续分布的一切波

长的光组成的光谱。

明线光谱（线状谱）

由一些不连续的亮线组成的光谱。

发射光谱

由发光物体直接产生各种元素都有一定的线状谱，元

的光谱叫发射光谱。

光谱

素不同，线状谱也不同，故线状

谱又称原子光谱。

吸收光谱

连续光谱中某些波长

的光被物质吸收后产生的光谱叫光谱分析

根据光谱来鉴别质和确定它吸收光谱

的化学组成，这种方法叫光谱分析。做

光谱分析时，可利用明线光谱也可以利

双缝干涉

用吸收光谱。

光

光的干涉

干涉的应用

的薄膜干涉

本

光的波动性

电磁波谱

无线电波、红外线、可见光、性

紫外线、伦琴射线、r射线，由低频到高

光的衍射

频，构成了范围非常广阔的电磁波谱。

光电效应

在光的照射光子

光在空间传播不

下，物体发射电子的现是连续的，是一份一份光的波粒二象性

光既有波动性，又有

光的粒子性

象叫光电效应。光电效的，每一份叫做一个光粒子性，故认为光具有波粒二象性（这

应的特点：①入射光的子。光子的能量E=hv，频率必须大于被照射金h=6.63×10－34焦·秒，里的波动性和粒子性都是微观世界中的

属的极限频率，才可以称普朗克常量。

意义）。

发生；②光电子的最大爱因斯坦的光电方程：

初动能随入射光的频率增大而增大；③光电子

hv－W=1的发射是光照瞬间进行2mv2，其中W

的；④光电流的强度与

入射光强度成正比。

为逸出功，12mv2为光

电子最大初动能。

1

[解题方法指导] 例1.一光电管的阴极用极限波长λ0=5000Å的钠制成。用波长λ=3000Å的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差u=2.1V，光电流的饱和值I=0.56mA。

(l)求每秒内由K极发射的电子数。

(2)求电子到达A极时的最大动能。

(3)如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的3倍，此时电子到达A极时的最大动能是多少？(普朗克恒量h=6.63×10-34J·s，电子的电量e=1.6×10-19C)。

【错解】(1)由于Q=It，所以t=1秒内发射电子数为

(2)根据爱因斯坦光电效应方程可知，在阴极K逸出电子的最大动能为

(3)当光强度增到原值的三倍时，电子到达A极时的最大动能也变为原来的三倍。

【错解原因】对于这道考题，不少考生只求出了阴极K逸出电子的最大动能，没有按题意要求进而计算出到达A极的动能。在计算中，埃是长度单位，应化成国际单位进行计算。根据光电效应现象的特点，逸出光电子的动能只与入射光的频率有关；与入射光强度无关，所以第三问的最大动能不变。

【分析解答】

(1)每秒内由K极发射的电子数

(2)由爱因斯坦光电效应方程得

2

再由动能定理，在阴极K逸出的电子经过电势差为u的电场加速，到达A极时的最大动能为

(3)当光强度增到原值三倍时，电子到达A极时的最大动能不变。

【评析】

本题的第一问是力学与爱因斯坦光电效应方程相结合的综合题。在做题之前一定要掌握光电效应的全过程，只有理解了光电效应实验现象发生的全过程，即大于极限频率的光照射在阴极上，光子激发出光电子，光电子在电源形成的电场的作用下加速(或减速)打在光电管的阳极上。形成回路中的光电流。才可能理解题目之所求。进而加上电场加速的那一步计算过程。

[实战训练场]

1．在观察光的衍射现象的实验中, 通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝, 观看远处的日光灯管或线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝), 可以看到（

）

A．黑白相间的直条纹 B．

黑白相间的弧形条纹

C．彩色的直条纹 D．

彩色的弧形条纹

2．白光通过双缝在屏上观察到干涉条纹，除中央为白色明纹外，两侧还出现彩色条纹，它的原因是（

）

A．各色光的波长不同 B．各色光的速度不同

C．各色光的色散不同 D．各色光的强度不同

3．用杨氏双缝实验演示光的干涉, 影响条纹位置的因素是（

）

A．光的强度 B．光的波长

C．屏与狭缝的距离 D．两狭缝间的距离

4．两只功率相同的日光灯, 当它们照到同一地方时, 不能产生干涉条纹的原因是（

）

A．日光灯发的是白光而不是单色光

B．日光灯所发的光是不稳定的

C．两只日光灯不是相干光源

D．两只日光灯不是点光源

5．下面的说法正确的是（

）

3

A．肥皂泡呈现彩色条纹是光的干涉现象造成的

B．天空中彩虹是光的干涉现象造成的

C．圆屏阴影中心的亮斑(泊松亮斑)是光的衍射现象造成的

D．在阳光照射下, 电线下面没有影子, 是光的衍射现象造成的

6．将下列电磁波按波长的顺序由小到大排列，正确的排列是（

）

A．微波、紫外线、X射线

B．紫外线、X射线、微波

C．X射线、微波、紫外线 D．X射线、紫外线、微波

7．一个不透光的薄板上有两条平行的窄缝，红光通过这两条窄缝后在屏幕上呈现明暗交替间隔均匀的红色条纹．若将其中一条窄缝挡住而让另一条窄缝通过红光，那末在屏幕上可以观察到（

）

A．形状与原来相同的明暗交替间隔均匀的条纹

B．形状与原来不同的明暗交替间隔不均匀的条纹

C．没有条纹，只有一片红光

D．既不是条纹也不是红光一片，而是呈现光源的像

8．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

9．以下现象或实验结果，说明了光的波动性的是

（

）

A．肥皂薄膜上的彩色条纹 B．泊松亮斑

C．日、月食现象 D．小孔成像

10．双缝干涉的实验中，如果在光屏上的P是亮条纹．那么光波从缝S1、S2到P的路程差 r1-r2应是（

）

A．波长的整数倍

B．半波长的奇数倍

C．只是波长的奇数倍

D．只是半波长的奇数倍

11．某同学在做双缝干涉实验中，测得红光的波长为0.75 μm，红光的频率是_____Hz．

12．光的颜色是由频率决定的，光在不同介质中传播时速度不同，

但频率不变．一束黄光从空气射入水中后，在水中它的颜色是_____．它的波长将______．(填增大或减小)

13．在一个小电灯和光屏之间，放一个带圆孔的遮光板，在圆孔直径从1 cm左右逐渐变小直到闭合的整个过程中，在屏上依次可看到 、 、 、 几种现象．（选择下列现象，将序号填入空中）

①完全黑暗 ②小孔成像 ③衍射光环 ④圆形亮斑

14．光和无线电波都是电磁波，为什么无线电波能绕过障碍物到达屋子里，而光波一般却不能，这主要是由于 的缘故

4

． 15．

如图表示双缝干涉的原理，图中实线表示波峰，虚线表示波谷．如果屏分别放在A、B、C三个位置上．那么，在____(用顿号隔开)位置上出现亮条纹，在____位置上出现暗条纹，光从狭缝S1、S2到A的路程差是_____个波长?（图中s1、s2半圆每组均为一实一虚分布而不是全虚和全实）

[能力提升篇]

1．关于光的干涉和衍射的论述正确的是（

）

A．光的干涉是遵循光波的叠加原理，衍射不遵循这一原理

B．光的干涉呈黑白相间的条纹，而衍射呈彩色条纹

C．光的干涉说明光具有波动性，光的衍射只说明光不是沿直线传播的

D．光的干涉和衍射都可看成是两列波或多列波叠加的结果

2．如图1是一竖立的肥皂液薄膜的横截面，关于竖立肥皂液薄膜上产生光的干涉现象的下涉陈述中正确的是（

）

A．干涉条纹的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．干涉条纹的暗纹是由于上述两列反射波的波谷与波谷叠加而成

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．薄膜上干涉条纹基本上是竖立的

图1

3．用单色光做双缝干涉实验, 下述说法中正确的是（

）

A．相邻干涉条纹之间的距离相等

B．中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍

C．屏与双缝之间距离减小, 则屏上条纹间的距离增大

D．在实验装置不变的情况下, 红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距

4．用卡尺观察单缝衍射现象，当缝宽由0.1 mm逐渐增大到0.5 mm的过程中（

）

A．衍射条纹间距变窄，衍射现象逐渐消失

B．衍射条纹间距离变宽，衍射现象越加显著

C．衍射条纹间距不变，亮度增加

D．衍射条纹间距不变，亮度减小

5．某单色光通过双缝在屏上产生干涉图样，图样暗条纹中一点到双缝的距离差满足(n为整数)（

）

1A．（n）2nB．2C．nnD．(1)2

6．用白光进行双缝干涉实验时，若用红色和绿色滤光片分别挡住二缝，则在屏上出现的图景是（

）

A．红色明暗相间的条纹

B．绿色明暗相间的条纹

5

C．红、绿相间的条纹

D．没有干涉条纹

a

b

7．如图2甲所示为用干涉法检查某块厚玻璃板的单色光

上表 面是否平的装置．若待验板的上表面平整，则当平行的单色光照射到标准板上时，可从标准板标准板

上方观察到平行的、明暗相间的干涉条纹．若观察待验板

b a

到的条纹如图2乙所示，则说明待验板的上表面乙

甲

（

）

图2

A．有一个凸起的圆台 B．有一凹陷的圆坑

C．有一个沿ab方向凸起的高台 D．有一个沿ab方向凹陷的沟

-4 8．波长约为10m的红外线辐射，

通过一个给定的小孔产生明显的衍射．假设一列声波通过同一个小孔产生程度相同的衍射，那么该声波的频率以Hz为单位的数量级是 ．(空气中声速取330 m/s)

9．在双缝干涉实验中，用频率f＝5×1014 Hz的单色光照射双缝，若屏上一点P到双缝的距离之差为0.9 μm，则P点处将出现 条纹．若在折射率n＝2的介质中作上述实验，则P点处将出现 条纹．

10．红光在水中的波长与绿光在真空中的波长相等，水对红光的折射率为4/3，则红光与绿光频率之比为 ．

11．如图3是杨氏实验装置示意图，图中太阳光投射到单孔屏A上，此单孔S的作用是___，后面是一双孔屏，两孔距离很____， 且与前一个小孔距离___，其作用是保证任何时刻从前一小孔 发出的光都会同时传到这两个小孔，这两个小孔即为_____．

MN为像屏，像屏在双孔屏后任意位置，屏上都呈现_____．

图3

-7 12．在双缝干涉的实验中，光源发射波长为6.0×10m的橙光时，在光屏上获得明暗相间的橙色的相间的干涉条纹，光屏上的A点恰是中央亮条纹上面的第二个亮条纹．现改用其他颜色的可见光做实验，光屏上的A点是暗条纹的位置，则入射的可见光的频率是多少？（可见光的频率范围是：3.9×1014 Hz～7.5×1014 Hz）

13．照相机镜头的表面镀一层折射率为1.38的氟化镁的透明材料作为增透膜，对于真空中波长为5 500×10-10 m的光来说，这层薄膜的厚度至少为多少？

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