2022年选修《光》重点难点突破 .pdf

选修光重点难点突破名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 32 页 - - - - - - - - - 2 作者：日期：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 32 页 - - - - - - - - - 3 / 32 第十二章光第 1 课时光的折射、全反射重点难点突破一、对折射率的理解折射率的定义指明了光是从空气(真空)入射至介质中， nvc21sinsin，1是空气(真空)中的角度， 2是介质中的角度 .计算折射率时，应先根据题意画好光路图，找对两个角度 .无论光是从空气 (真空)入射至介质中，还是从介质入射至空气(真空)中，1均为空气 (真空)中的角度 .12，cv，所以 n1. 二、与全反射有关的定性分析和定量计算全反射产生的条件是光从光密介质入射到光疏介质，且入射角大于或等于临界角.涉及的问题如：全反射是否发生、什么范围的入射光才能从介质中射出、折射光覆盖的范围分析、临界角的计算等，都需正确作出光路图，熟练应用几何知识进行分析和计算 . 三、不同颜色的光的频率不同颜色的光，其频率不同，因此在同一介质中光速及波长不同，同一介质对不同色光的折射率不同，红光的频率最低，紫光的频率最高.同一介质中，频率高的色光折射率大，因为Csinn1，n 大则 C 小，当入射角从0 逐渐增大时，频率高的色光先发生全反射，利用vnc， v/，可分析比较不同色光在同一介质中的光速、波长的大小 . 四、折射率测定的几种方法1.成像法(1)原理：利用水面的反射成像和水的折射成像. (2)方法：紧挨烧杯口竖直插入一直尺，在直尺的对面观察水面，能同时看到直尺在水中的部分和露出水面部分的像.若从点 P看到直尺在水下最低点的刻度B的像 B(折射成像 )恰好与直尺在水面上的刻度A 的像 A(反射成像 )重合， 读出 AC、BC 的 长 ， 量 出 烧 杯 内 径d， 如 图 所 示 ， 即 可 求 出 水 的 折 射 率 为n名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 32 页 - - - - - - - - - 4 / 32 )/()(2222dACdBC. 2.视深法(1)原理：利用视深公式， h h/n. (2)方法：在一盛水的烧杯底部放一粒绿豆，在水面上方吊一根针， 如图所示 .调节针的位置，直到针尖在水中的像与看到的绿豆重合，测出针尖距水面的距离即为杯中水的视深h，再测出水的实际深度h，则水的折射率为nhh. 3.全反射法(1)原理：全反射现象 . (2)方法：在一盛满水的大玻璃缸下面放一发光电珠，如图所示，在水面上观察，看到一圆形的发光面，量出发光面的直径D 与水深 h，则水的折射率为nDhD224. 注意： 对液体、透明固体均可用全反射法测其折射率. 4.插针法 (在第 4 课时重点讲明 ) 典例精析1.与折射率有关的计算名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 32 页 - - - - - - - - - 5 / 32 【例 1】一个圆柱形筒，直径12 cm，高 16 cm.人眼在筒侧上方某处观察，所见筒侧的深度为 9 cm，当筒中装满液体时，则恰能看到筒侧的最低点.求：(1)此液体的折射率；(2)光在此液体中的传播速度. 【解析】 题中的 “恰能看到 ”表明人眼看到的是筒侧最低点发出的光线经界面折射后进入人眼的边界光线.由此可作出符合题意的光路图，认为“由人眼发出的光线 ”折射后恰好到达筒侧最低点. 根据题中的条件作出光路图如图所示：(1)由图可知： sin 222Hdd，sin 122hdd折射率： n349121612sinsin2222222221hdHd(2)传播速度： v34100.38ncm/s2.25 108 m/s 【思维提升】 本题中知道人眼看到的边界光线，知道人眼顺着折射光线反向延长线看去， 而认为筒深为 9 cm，是正确作出光路图的依据 .总之，审清题意画出光路图，必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图，这是分析折射问题的关键. 【拓展 1】空中有一只小鸟，距水面3 m，其正下方距水面4 m 深处的水中有一条鱼 .已知水的折射率为34，则鸟看水中的鱼离它6m，鱼看天上的鸟离它8m. 【解析】首先作出鸟看鱼的光路图，如图所示.由于是在竖直方向上看，所以入射角很小，即图中的 1和 2均很小，故有 tan 1sin 1， tan 2sin 2.由图可得：h1tan 2htan 1，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 32 页 - - - - - - - - - 6 / 32 h h1tan 2/tan 1h1sin 2/sin 14341nhm3 m 则鸟看水中的鱼离它： H1(33) m6 m 同理可得鱼看鸟时： h nh2334m4 m 则 H2(44) m8 m 2.与全反射相关的判断、分析及计算【例 2】如图所示，一束平行光从真空垂直射向一块半圆形玻璃砖的底面，下列说法正确的是 () A.只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖B.只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖C.通过圆心的光线将沿直线穿过，不发生偏折D.圆心两侧一定范围外的光线将在曲面处发生全反射【解析】 垂直射向界面的光线不发生偏折，因而光束沿直线平行射到半圆面上，其中通过圆心的光线将沿直线穿过，不发生偏折；由中心向两侧，光从半圆面进入真空时的入射角逐渐增大并趋于 90 ，当入射角或大于临界角时，会发生全反射. 【答案】 BCD 【思维提升】 半圆形的玻璃砖，法线为圆心与该入射点连线，通过作图，可看出半圆面处的入射角由中心向两侧逐渐增大. 【拓展 2】 有一折射率为 n 的长方体玻璃砖 ABCD.其周围是空气，如图所示，当入射光线从它的AB 面以入射角 射入时，(1)要使光线在BC 面发生全反射， 证明入射角应满足的条件是sin 12n.(BC 面足够长 ) (2)如果对于任意入射角 ( 0且 90 )的光线都能发生全反射，则玻璃砖的折射率应取何值？名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 32 页 - - - - - - - - - 7 / 32 【解析】 (1)要使光线在 BC 面发生全反射， (如图所示 )，首先应满足sin n1式中 为光线射到 BC 面时的入射角，由折射定律有)(90sin sin-n 将两式联立解得 sin 12n(2)如果对于任意入射角的光线都能发生全反射，即0 1 才能满足上述条件，故n23.不同色光在同一介质中的波长、波速、折射率的对比【例 3】OMN 为玻璃等腰三棱镜的横截面.a、b 两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面MN，在棱镜侧面OM、ON 上反射和折射的情况如图所示 .由此可知 () A.棱镜内 a 光的传播速度比b 光的小B.棱镜内 a 光的传播速度比b 光的大C.a 光的频率比 b 光的高D.a 光的波长比 b 光的长【解析】 由光路图可以看出， a 光入射到界面 OM 与 b 光入射到界面 ON 的入射角相等， a 光没有发生全反射，但b 光已经发生全反射，说明此时的入射角小于 a 光的临界角，却等于或大于b 光的临界角，可见对于同一种介质，b 光的临界角较小 ,由 sin Cn1可知玻璃对 b 光的折射率 nb较大，说明 b 光的频率较高，C 错；根据 vnc知棱镜内 b 光的传播速度较小， B 对、A 错；根据 v f 可知 b 光的波长较短， D 对. 【答案】 BD 【思维提升】 折射率 n 是讨论折射和全反射问题的重要物理量，是联系各物名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 32 页 - - - - - - - - - 8 / 32 理量的桥梁，对跟折射率n 有关的所有关系式应熟练掌握.【拓展 3】一束白光从顶角为的三棱镜的一边以较大的入射角i 射入并通过三棱镜后，在屏P 上可得到彩色光带，如图所示，在入射角i 逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失，则( B ) A.红光最先消失，紫光最后消失B.紫光最先消失，红光最后消失C.紫光最先消失，黄光最后消失D.红光最先消失，黄光最后消失【解析】 作出白光的折射光路图，如图所示，可看出，白光从AB 射入玻璃后，由于紫光偏折大，从而到达另一侧面AC 时的入射角较大，且因紫光折射率最大，根据 sin Cn1可知其全反射的临界角最小，故随着入射角i 的减小，进入玻璃后的各色光中紫光首先发生全反射不从AC 射出，以后依次是靛、蓝、绿、黄、橙、红，逐渐发生全反射而不从AC 面射出，所以只有选项B 正确. 易错门诊【例 4】一束白光从玻璃里射入稀薄空气中，已知玻璃的折射率为1.53，求入射角为下列两种情况时，光线的折射角各为多少？(1)入射角为 50 ；(2)入射角为 30 . 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 32 页 - - - - - - - - - 9 / 32 【错解】 由折射定律 nsinsin i可知：(1)当入射角 i50 时，sin 53.150sinsinni所以 30 (2)当 i30 时，sin 53.130sinsinni所以 19 【错因】 此解法中没有先分析判断光线是从光疏介质进入光密介质，还是从光密介质进入光疏介质，会不会发生全反射，而是死套公式，引起错误. 【正解】 光线由玻璃射入空气中，是由光密媒质射入光疏介质，其临界角为C，则有： sin C53.111n0.653 6 所以 C40 50 由已知条件知，当i50 时，iC，所以光线将发生全反射，不能进入空气中.当 i30 时，iC，光进入空气中发生折射现象. 由折射定律sinsin1in有：sin n sin i1.53 sin 30 0.765 所以 49 54 【思维提升】 解光的折射现象的题目时，首先应作出判断：光线是从光疏介质进入光密介质，还是从光密介质进入光疏介质.如是前者则 i ，如是后者则i .其次，如果是从光密介质进入光疏介质中，还有可能发生全反射现象，应再判断入射角是否大于临界角，明确有无折射现象. 第 2 课时光的干涉、衍射激光重点难点突破名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 32 页 - - - - - - - - - 10 / 32 一、正确识别生活中的干涉、衍射、折射、反射等光现象，掌握干涉、衍射条纹的特点因白光是复色光，白光在干涉，衍射与折射时均可观察到彩色光带，生活中常见的干涉现象为薄膜干涉，如水面的油膜、照相机镜头前的增透膜、肥皂膜，相干光源是同一束光在薄膜前后两个表面的反射光.因可见光的波长很短， 只有几百纳米，要观察到明显的衍射现象， 障碍物或孔的尺寸必须很小.所以将眼眯成一条缝或透过纱巾观察到的彩色光带是白光经过缝隙产生的衍射现象.白光通过三棱镜形成的彩色光带是光的折射现象即色散，雨后天空中的彩虹产生也是光的色散现象 . 二、光的干涉条件的理解光的干涉条件是有两个频率相同、 振动情况总是相同 (或相差恒定 )的波源，即相干波源由于不同光源发出的光的频率一般不同，即使是同一光源， 它的不同部位发出的光也不一定有相同的频率和恒定的相位差，在一般情况下，很难找到两列相干光源.通常采用人造激光或将一束光一分为二，如图分别是利用双缝、 楔形薄膜、空气膜、平面镜形成相干光源 . 三、双缝干涉中条纹间距和位置的分析及有关计算1.影响条纹间距的因素， xdL ，L 为双缝刻屏的距离， d 为两狭缝间的距离， 为光的波长 . 2.中央位置是亮纹还是暗纹的条件：双缝到光屏中央距离相等，光程差为零.若两光源振动完全一致，中央一定是亮纹，若两光源振动恰好相反，则中央为暗纹.分析时要结合两狭缝的具体位置及两光源的振动情况两个因素进行判断. 3.单色光颜色、频率、波长的关系.光的颜色由光的频率决定，在可见光中，红光频率最低，紫光频率最高，真空中各色光光速相同，由c 知，真空中红光波长最大，紫光波长最小. 四、薄膜干涉条纹间距与弯曲方法的判断方法名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 32 页 - - - - - - - - - 11 / 32 1.条纹出现在薄膜前表面的等厚线上，明纹产生的条件是厚度等于光波半波长的整数倍 . 2.等倾干涉条纹是均匀的，相邻明纹间的高度差是一个常数，是由厚度决定 . 如图若薄片变厚， 增大，第一条明纹位置向左移动且相邻明纹的间距变密 . 3.若被检查平面平整则干涉图样是等间距明暗相同的平行直条纹.若某处凹下，则对应明 (暗)条纹提前出现，如图 (a)所示；若某处凸起，则对应明 (暗)条纹延后出现，如图 (b)所示. 典例精析1.各种光现象的识别名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 32 页 - - - - - - - - - 12 / 32 【例 1】分析以下现象产生的原因：(1)通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光；(2)菜汤上的油花呈现彩色；(3)隔着帐幔看远处的灯，见到灯周围辐射彩色的光芒；(4)光线照在花布上，可以看见花布上的图样. 【解析】 (1)白光通过盛水的玻璃杯发生折射，产生色散，在适当的角度，各色光分离较大，可看到彩色光. (2)光经过菜汤上油膜的上、下两表面发生反射，两列反射光波相互叠加，产生干涉条纹，因此菜汤上的油花呈现彩色. (3)远处发出的光经过帐幔的缝隙，产生衍射，因此远处的灯周围辐射彩色的光芒. (4)光线照在花布上看见花布的图样， 是由于光的反射与吸收的结果.花布是由各种颜色的花纹组成的，当白光照在花布上时红色花纹反射红光，吸收其他颜色的光， 这样我们在该位置只看到红色.同理可以看到各种花纹反射的颜色.这样可以看到花布的图样 . 【思维提升】 题目中的四种现象都使观察者看到彩色光，但它们产生彩色光的原因不尽相同，解答这类说理题要求我们善于透过现象抓住事物的本质. 【拓展 1】如图所示为单色光源发出的光经一狭缝照射到光屏上，可观察到的图像是 ( A ) 【解析】 单色光源经狭缝产生衍射，衍射图样是间距不等明暗相间，中央宽而亮，两边宽度和亮度逐渐降低的条纹，且两边明条纹的亮度迅速降低，只有A符合这些特点 .故本题答案为 A. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 32 页 - - - - - - - - - 13 / 32 2.对相干光源的理解及干涉规律的实际应用【例 2】1801 年，托马斯 杨用双缝干涉实验研究了光波的性质.1834 年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验 ). (1)洛埃镜实验的基本装置如图所示， S为单色光源 .M 为一平面镜 .试用平面镜成像作图法在图上画出S经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域. (2)设光源 S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a 和 L，光的波长为 ，在光屏上形成干涉条纹 .写出相邻两条亮纹 (或暗纹 )间距离 x 的表达式 . 【解析】 (1)根据平面镜成像特点 (对称性 )，先作出 S 在镜中的像，画出边沿光线，范围如图所示 . (2)要求记住杨氏双缝干涉实验中干涉条纹宽度与双缝间距、缝屏距离、光波波长之间的关系 xdL ，因为 d2a，所以 xaL2【思维提升】 对于双缝干涉原理的理解是很重要的，关键是杨氏的“一分为二”的实验设计思想 .光源 S在平面镜中所成的像与S本身构成了相干光源 .要获得稳定的干涉，就是要找到相干光源 .如还可以利用两块成很小角度的平面镜的反射光进行干涉实验等 . 【拓展 2】在杨氏双缝干涉实验中，如果( BD ) 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【解析】 白光是由不同频率单色光组成的复色光，各种色光都能形成明暗相名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 32 页 - - - - - - - - - 14 / 32 间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹，由于两侧条纹间距与各色光波长成正比，即红光的亮条纹间宽度最大，紫光亮条纹间宽度最小，除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹，所以 A 错，B 正确；当两缝用不同光照射时，两光频率不同，不是相干光，不能呈现彩色条纹， C 错；遮住一缝，则为衍射实验，屏上将呈现间距不等的条纹，D 正确. 3.双缝干涉中明暗条纹出现的条件及定量计算【例 3】如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600 nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央 P 处观察到亮条纹，在位于 P 点上方的 P1点出现第一条亮纹中心 (即 P1到 S1、S2的路程差为一个波长 )，现换用波长为 400 nm 的紫光源照射单缝，则 () A.P 和 P1仍为亮点B.P 为亮点， P1为暗点C.P 为暗点， P1为亮点D.P、P1均为暗点【解析】从单缝 S射出的光波被 S1、S2两缝分成的两束光为相干光， 由题意，屏中央 P 点到 S1、S2距离相等，即由 S1、S2分别射出的光到 P 点的路程差为零，因此是亮纹中心 .因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P 点都是中央亮纹中心 . 而 P1点到 S1、S2路程相差刚好是橙光的一个波长，即|P1S1P1S2|600 nm橙，则两列光波到达P1点振动情况完全一致，振动得到加强，因此出现亮纹. 当换用波长为 400 nm 的紫光时， |P1S1P1S2|600 nm23紫，则两列光波到达 P1点时振动情况完全相反，即由S1、S2射出的光波到达P1点就相互消弱，因此，出现暗条纹 .综上所述，选项 B 正确. 【答案】 B 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 32 页 - - - - - - - - - 15 / 32 【思维提升】 判断屏上某点为亮纹还是暗纹，要看该点到两个光源(双缝 )的路程差与波长的比值，要记住路程差等于波长整数倍处为亮条纹，等于半波长的奇数倍处为暗条纹 .还要注意这一结论成立的条件是：两个光源情况完全相同. 本题若频率相同的两相干光源，振动情况完全相反，那么P 点仍然是中央亮条纹吗？ (答案：不是，为暗条纹 .) 【拓展 3】双缝干涉实验装置如图所示，绿光通过单缝S 后，投射到具有双缝的挡板上，双缝 S1和 S2与单缝 S的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹 .屏上 O 点距双缝 S1和 S2的距离相等， P 点是距 O 点最近的第一条亮纹 .如果将入射的单色光换成红光或蓝光，讨论屏上 O 点及其上方的干涉条纹的情况是：O 点是红光的亮条纹；红光的第一条亮条纹在P 点的上方；O 点不是蓝光的亮条纹； 蓝光的第一条亮条纹在P 点的上方 .已知红光波长大于绿光波长，绿光波长大于蓝光的波长，据此判断( A )A.只有正确B.只有正确C.只有正确D.只有正确【解析】 由于 O 点到双缝的光程差为零，所以为各种单色光的亮条纹，P 点是绿光的第一亮条纹，因为红绿， xdL ，所以红光条纹间距大于绿光条纹间距. 4.薄膜干涉规律的认识与应用【例 4】劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图所示.将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片， 从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜.当光垂直入射后，从上往下看到干涉条纹如图所示.干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定. 现若在图装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 32 页 - - - - - - - - - 16 / 32 上往下观察到的干涉条纹 () A.变疏B.变密C.不变D.消失【解析】 撤去一张纸片后，劈形空气薄膜的劈势减缓，相同水平距离上，劈势厚度变化减小，以致干涉时波程差变化减小，条纹变宽，数量变少(变疏). 【答案】 A 【思维提升】 本题考查了对薄膜干涉的正确理解，特别是同一条纹对应的空气膜厚度相同这一知识的灵活运用，考查了学生的应用能力. 【拓展 4】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 n1.5，所要消除的紫外线的频率为8.1 1014 Hz，那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少？【解析】 “增反膜 ”与“增透膜 ”的区别是： “增透膜 ”是增强透射光的强度，“增反膜 ”却是减弱透射光的强度，故“增反膜 ”的前后表面的两反射光的光程差为波长的整数倍， 即光程差最小为光在膜中的一个波长 介， 由题中信息可知：紫外线在膜中波长 介ncn02.5 107 m 所以 d2介1.25 107 m 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 32 页 - - - - - - - - - 17 / 32 易错门诊【例 5】如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是() A.干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B.干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C.干涉条纹不等距是因为空气膜厚度不是均匀变化D.干涉条纹不等距是因为空气膜厚度是均匀变化【错解】 凸透镜和平板玻璃组成薄膜，凸透镜的上表面的反射光和平板玻璃的上表面的反射光形成薄膜干涉条纹，故B 正确，A 错；根据薄膜干涉的应用检测工件的平整程度可知，凸透镜上表面是圆弧，表面不是均匀变化，故干涉条纹不是均匀变化，故C 正确， D 错. 【错因】 上述错误的原因是没有弄清凸透镜和平板玻璃组成的哪部分是薄膜，把凸透镜看成薄膜而错选B， 而实际上是凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜，反射光是薄膜的两个表面的反射光干涉形成干涉条纹. 【正解】 由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜，所以形成相干光的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 32 页 - - - - - - - - - 18 / 32 反射面是凸透镜的下表面和平板玻璃的上表面，故A 正确，由于凸透镜的下表面是圆弧面，所以形成的薄膜厚度不是均匀变化，形成不等间距的干涉条纹，故C正确. 【答案】 AC 【思维提升】 本题中不易理解哪部分是薄膜，本题的关键是弄清楚薄膜，相干光是薄膜上下两个表面的反射光. 第 3 课时波粒二象性重点难点突破一、光电效应“光电效应”是光的粒子性的一个重要体现，也是光的本性中一个高考热点，因此在复习过程中：1.要澄清一些易混淆的概念，如“光子”、“光电子”、“光子的能量”与“光电子的最大初动能”等，这对理解光电效应的规律具有重要意义. (1)“光子”与“光电子”光子是指光在空间传播时的每一份能量(即能量是不连续的 )，光子不带电，是微观领域中的一种粒子；而光电子是金属表面受到光照时发射出来的电子，因此其本质就是电子 . (2)“光子的能量”与“入射光的强度”光子的能量是一份一份的， 每一份的能量为 Eh， 其大小由光的频率决定；而入射光的强度是指单位时间内入射光中包含光子数的多少，入射光的强度可表示为 Pnh，其中 n 为单位时间内的光子数 . (3)“光电子的最大初动能”与“光电子的动能”光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量，就可能向各个方向运动，运动过程中要克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分能量转化为光电子的初动能 .所以金属表面的电子， 只需克服原子核的引力做功就能从金属表面逸出，那么这些光电子具有最大初动能，其值为Ekmh W(式中 W 为金属的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 32 页 - - - - - - - - - 19 / 32 逸出功 ).而不从金属表面发射的光电子，在逸出的过程中损失的能量会更多，所以此时光电子的动能EkEkm.一个电子吸收一个光子的能量后，动量立即增大， 不需要积累能量的过程 . 2.掌握两条线索、明确各概念间的对应关系由上图可知，这两条线索：一是光的频率线，二是光的强度线.这两条对应关系线就是：光强光子数目多发射光电子多光电流强度大；光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大. 二、对光的波粒二象性的理解1.光的干涉、衍射现象和光的电磁说，表明了光不可怀疑地具有波动性；光电效应和光子说，却说明了光的波动性理论有一定的局限性，光还具有粒子性.光的一切行为只有光具有波粒二象性才能说明，所以我们认为光具有波粒二象性. 2.光子说并没有否定光的电磁说， 光子的能量 Eh ，其中频率 仍是波的特征，我们不可以把光当成宏观概念中的波，也不可把光子当成宏观概念中的粒子，对于宏观物体来说，波粒二象性不可想象但在微观世界却是存在的. 3.要认识到不仅光具有波粒二象性，一切微观粒子都具有波粒二象性，所以波粒二象性是微观世界具有的特性.随着研究对象的不同， 我们的观念、 方法也要改变，宏观现象和微观现象的研究方法、理解方式是不相同的. 4.对光的波粒二象性简短的总结：(1)光波有一定的频率和波长，光子有一定的能量(Eh )和动量 (ph/ )，是个矛盾对立的统一体，彼此含有对方的成分，共存于光的统一体中.Ehhc，phch.事实上，不仅光具有波粒二象性， 一切运动的物体都具有波粒二象性，其波长 ph(德布罗意波长 ).宏观物体的德布罗意波长非常小，很难观察到它们名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 32 页 - - - - - - - - - 20 / 32 的波动性 . (2)只有一个差异：在一定条件下波动性显著，在另一条件下粒子性显著，即我们观察到这对矛盾的主要方面.具体地说就是： 光在传播过程中波动性显著，光在与物质作用时粒子性表现显著；大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果则显示出粒子性. 频率越低的光，波动性越显著；频率越高的光，粒子性越显著. 典例精析1.对光的波粒二象性的正确理解【例 1】关于光的波粒二象性，下列说法正确的是() A.大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性B.光在传播时往往表现出波动性，光跟物质相互作用时往往表现出粒子性C.频率高的光波动性显著，频率低的光粒子性显著D.光既有波动性又有粒子性，说明光既是波又是粒子【解析】光在一定条件下波动性显著， 在另一条件下的粒子性显著.大量光子的产生的效果显示波动性，个别光子产生的效果则显示出粒子性，A 对，B 对.频率高的光波长短，波动性不明显，C 错.不能将光的波粒二象性理解成光既是波又是粒子，它既不同于宏观概念中的波，也不同于宏观概念的粒子，D 错. 【答案】 AB 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 32 页 - - - - - - - - - 21 / 32 【思维提升】 波动性和粒子性在宏观领域看起来是相互对立的，但在微观领域，一切微观粒子都具有波粒二象性. 【拓展 1】如图所示，与锌板相连的验电器的铝箔原来是张开的，现在让弧光灯发出的光经一狭缝后照射到锌板，发现在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器的铝箔张角变大，以上实验事实说明( A ) A. 光具有波粒二象性B. 验电器的铝箔原来带负电C. 锌板上亮条纹是平行等宽度的D. 若改用激光器发出的红光照射锌板， 观察到验电器的铝箔张角则一定会变得更大【解析】 当弧光灯发出的紫外线经过狭缝照在锌板上，锌板上形成明暗相间的条纹，发生衍射现象，中心条纹宽度最宽，说明光有波动性；同时与锌板相连的验电器的铝箔张角变大，发生了光电效应，电子飞出，锌板原来带正电，说明光有粒子性 .所以 A 正确，B、C 错误.红光的频率小于锌板的极限频率，不能发生光电效应， D 错误. 2.对光电效应遵循的规律的理解及应用【例 2】对于光电效应的解释，下列选项正确的是() A.金属内每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能从金属表面逸出B.如果入射光子的能量小于金属表面电子克服原子核的引力逸出时需做的最小功，光电效应便不能发生C.发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能也就越大D.由于不同金属的逸出功不同，因此，使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同【解析】 同一个电子是不可能实现双光子吸收的，因同一个电子接收两个光名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 32 页 - - - - - - - - - 22 / 32 子的时间间隔相当长， 而金属内电子的碰撞又是极其频繁的.两次碰撞的时间间隔只有 1015 s 左右.所以一个电子接收一个光子后如不能立即逃逸出金属表面，它来不及吸收第二个光子， 原来吸收的能量就早已消耗殆尽了.可见电子吸收光子的能量不能累加，则A 错. 不同金属内原子核对电子的束缚程度是不同的，因此电子逃逸出来克服原子束缚力做功不同，若光子的能量 Eh小于使金属表面电子克服原子核引力逸出时所做功的最小值， 那就不会有光电子逸出，即不会发生光电效应.可见要使某金属发生光电效应，入射光子能量有一个最小值E0h0，这就对应了一个极限频率， 则 B 对.同时注意到不同的金属逸出功不同， 则其产生光电效应的最低频率(即极限频率 )不同，则 D 对. 如果光照射某金属能发生光电效应，那么入射光线越强说明每秒照射到金属表面单位面积上的光子数越多，这时产生的光电子数就越多，光电流就越大，但由于光子的能量是由光的频率决定的，Eh与光子数的多少无关，所以入射光的强度增大，但其频率不改变时，光子的能量也不会改变，这时每个电子吸收光子的能量也不会增加，逸出的光电子的最大初动能就不会改变，故C 错. 【答案】 BD 【思维提升】 本题涉及光电效应现象及其规律，旨在考查学生对基本概念和基本规律的理解和掌握程度.同学们往往容易把光强、 光子能量、光电流强度混淆 .因此，同学们应特别注意两条对应关系线.解答本题的关键是找好对应关系，只要掌握了这两条对应关系线，就不难解答本题. 【拓展 2】一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光，分别照射到相同的金属板a、b、c 上，如图所示 .已知金属板 b 有光电子放出，则可知 ( D ) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 32 页 - - - - - - - - - 23 / 32 A.板 a 一定不放出光电子B.板 a 一定放出光电子C.板 c 一定不放出光电子D.板 c 一定放出光电子【解析】 平行光经三棱镜后，分解为a、b、c 三束光，从图可以看出，色光a、b、c 的偏折角关系为 abc，所以折射率 nanbnc，说明光的频率 abc.题中说色光 b 照射到金属板有光电子放出，可断定，色光b 的频率大于金属板的极限频率， 因而色光 c照射到金属板一定放出光电子， 选项 D 正确.但由于从题图中无法知道 a比b小多少，也无法判定 b比0(极限频率 )大多少，所以无法肯定 a与0的关系，因而不能肯定色光a 照射到金属板上一定放出光电子或一定不放出光电子 .所以答案为 D. 3.光电效应方程 EkmhW 的应用【例 3】如图所示，阴极 K 用极限波长 00.66 m 的金属线制成，用波长 0.50 m的绿光照射阴极K，调整两个极板电压，当 A 板电压比阴极高出2.5 V 时，光电流达到饱和，电流表示数为 0.64 A ，求：(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能. (2)如果把照射阴极绿光的光强增大为原来的2 倍，每秒钟阴极发射的光电子和光电子飞出阴极的最大初动能. 【解析】 (1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数n196m106.11064.0eI个4.0 1012个根据爱因斯坦光电方程，光电子的最大初动能EkmhWh0chc6.63 1034 3 108)1066. 011050.01(66J 9.6 1020 J (2)如果照射光的频率不变，光强加倍，根据光电效应实验规律，阴极每秒发名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 32 页 - - - - - - - - - 24 / 32 射的光电子数 n2n8 1012个光电子的最大初动能仍然是Ekm9.6 1020 J 【思维提升】 解答有关光电管和光电效应的问题，要注意以下几个方面：(1)决定光电子最大初动能的是入射光的频率，决定光电流大小的是光强的大小.(2)光电效应发射出的光电子由一极到达另一极，是电路中产