2012年高考物理备考冲刺之易错点点睛系列-专题14-光的波动性-量子论初步光的干涉(学生版).doc

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1、 . . . . 高考预测 1、了解光电效应现象，知道光电效应的实质和发生的条件与应用。 2、了解光电效应的基本规律和光子说，知道爱因斯坦光电效应方程与其意义，能对宏观事实进行解释和计算。 3、了解光的波粒二象性，能区分光的波动性与粒子性和宏观概念中的波和粒子。本章考查的重点是双缝干涉、光的衍射、光电效应。在现在大综合的考试中本章知识更显得重要，因为它与现代科学技术有着紧密的联系，能与其它学科形成横向联系。应是出题的热点。知识导学一、光的波动性1、光的干涉现象：产生明暗条纹的条件：如图两列完全相同的光波, 射到屏上一点时,到两缝的路程差等于波长的整数倍(即半波长的偶数倍),则该点产生明条纹;到

2、两缝的路程差等于半波长的奇数倍, 则该点产生暗条纹。即= 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

3、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3、光的电磁说（1）麦克斯伟计算出电磁波传播速度与光速相同，说明光具有电磁本质（2）电磁波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线n射线组成频率波 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层电子受到激发后产生的原子核受到激发后产生的（3）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

4、的光组成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。二、光的核子性1、光电效应（1）光电效应在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射出电子的现象称为光电任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于极限频率的光不能发生光电效应。光电子的最大初动能与入射光的强度无关，光随入射光频

5、率的增大而增大。大于极限频率的光照射金属时，光电流强度（反映单位时间发射出的光电子数的多少），与入射光强度成正比。 金属受到光照，光电子的发射一般不超过109秒。2、波动说在光电效应上遇到的困难波动说认为：光的能量即光的强度是由光波的振幅决定的与光的频率无关。所以波动说对解释上述实验规律中的条都遇到困难3、光子说（1）量子论：1900年德国物理学家普郎克提出：电磁波的发射和吸收是不连续的，而是一份一份的，每一份电磁波的能量E=hv（2）光子论：1905年受因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比。即：E=hv其中h为普郎克恒量h=

6、6.631034JS4、光子论对光电效应的解释金属中的自由电子，获得光子后其动能增大，当功能大于脱出功时，电子即可脱离金属表面，入射光的频率越大，光子能量越大，电子获得的能量才能越大，飞出时最大初功能也越大。三、波粒二象性1、光的干涉和衍射现象，说明光具有波动性，光电效应，说明光具有粒子性，所以光具有波粒二象性。2、个别粒子显示出粒子性，大量光子显示出波动性，频率越低波动性越显著，频率越高粒子性越显著3、光的波动性和粒子性与经典波和经典粒子的概念不同（1）光波是几率波，明条纹是光子到达几率较大，暗条纹是光子达几率较小，这与经典波的振动叠加原理有所不同（2）光的粒了性是指光的能量不连续性，能量是

7、一份一份的光子，没有一定的形状，也不占有一定空间，这与经典粒子概念有所不同正确解答A 由教材上千涉图样可知，相邻两条亮纹(或暗纹)间的距离是相等的，屏与双缝之间距离越小，条纹间的距离就越小单色光条纹间间距随波长增大而增大，由于红光比蓝光波长长，所以，红光的条纹间距比蓝光大或根据公式判断，其中d表示双缝间距离，乙表示缝到屏的距离，入表示光的波长，通过分析确定，选项A正确 2在双缝干涉试验中，双缝到光屏上P点的距离之差x=06m.若分别用频率v1=5 01014Hz为v2=751014Hz和的单色光垂直照射双缝，则P点出现亮、暗条纹的情况为 ( ) A.用频率为v1的单色光照射时，出现亮条纹 B用

8、频率为v2，的单色光照射时，出现亮条纹 C.用频率为v1，的单色光照射时，出现暗条纹 D用频率为v2的单色光照射时，出现暗条纹错误答案 BC 错解分析对出现亮条纹和暗条纹的条件不清楚的热效应最显著的红外线，以表示此红外线在膜中的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为 ( )错误答案 C或A错解分析一是没能从题目设置的新情境中抽出物理模型出来，其实是考查对“增透膜”的理解能力和知识的迁移能力正确解答B 红外线最显著特点之一就是热效.应，当光照射物体时，一般都伴随着大量的红外线而致热在灯泡后面放置的反射镜玻璃表面上镀一层如氟化镁(相当于增透膜)，这种膜要消除不镀膜时从玻璃表面反射回来的红外线，也就是要使从

9、镀膜前后表面反射的两列红外线光波相互抵消，使反射的红外线强度减弱，达到冷光效果；，从前后表面反射回来的光波路程差等于镀膜厚度的两倍，即2d=(2n+1)(n=0、1、2)，d为薄膜的厚度当n=0时，d取最小值，即dmin=应选项B叶正确 4如图141所示的4种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一双缝干涉仪器形成的干涉图样以与黄光、紫光各自通过同一单缝形成的衍射图样(灰黑色部分表示亮纹)则在下面的四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是 ( )正确解答B 由干涉图样与衍射图样的特征可知第一组和第三组是干涉图样，第二组和第四组是衍射图样，分析题目的四个选项其实已经告诉我们了红光比蓝光波长长

10、，故第一组是红光，第三组是蓝光由光发生明显衍射现象的条件可知，对同一单缝，波长越长，衍射越明显，故第四组衍射要明显些，是波长较长的黄光的衍射图样应选项B正确专家会诊光的干涉现象和衍射现象是光具有波动性的试验证明要通过观察试验现象，掌握干涉、衍射现象的一些特点和发生干涉、衍射现象的条件，与干涉、衍射现象的一些应用易错点2 光电效应 1某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为221eV，用波长为2510-7m的紫外线照射阴极，已知真空中光速为30108 m/s，元电荷 为161019C，普朗克常量为66310-34Js，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能 应分别是 ( ) A5

11、3 1014HZ，22J B53 1014 Hz,4410-19J C33 1033 Hz，22J D33 1033 Hz，44 10-19 J错误答案 D错解分析错选D项的原因是把eV与J两单位混淆，正确解答B 钾的极限频率为v0，逸出功为W，则，光电子的最大初动能为Ekm，由光电效应方程Ekm=hv-W，代入数据得Ekm=4410-19J，应选项B正确 2下表给出了一些金属材料的逸出功 材料 铯 钙 镁 铍 钛逸出功(10-19J)3043596266现用波长为400am的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种? (普朗克常量h=6610-34Js，光速c=300108 m/s

12、) ( ) A2种 B3种， C4种 D5种错误答案 B或C或D错解分析一可能是对逸出功的物理意义不清楚，二可能是计算错了 D.某单色光照射一金属时不能发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应错误答案BC 错解分析错选B选项是对光电效应方程理解不透：错选C选项是没有用光量子的理论，而是用经典的电磁理论来理解光电效应现象正确解答AD极限频率是刚好发生光电效应的入射光的频率，故入射光的频率低于极限频率时，是不能发生光电效应，选项A正确由光电效应方程Ekm=kv-W可知光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大，但不成正比，与入射光的强度无关，应选项BC错误某单色光照射一金属时不能发

13、生光电效应，改用波长较短的光，由c=v可知，波长变短，频率增加，故可能超过极限频率，也就是可能发生光电效应，选项D正确 4入射光照到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么以下说确的是 ( ) A.从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B逸出的光电子的最大初动能减小 C.单位时间从金属表面逸出的光电子数目将减少 D.有可能不再产生光电效应错误答案ABD错解分析错选ABD三选项的原因只有一个，仍然是没有用光量子的理论，而是用经典的电磁理论来理解正确解答C由光电效应规律可知：只要入射光的频率大于或等于被照射金属的极限频率，产生光电效应的时间就不会有变化

14、，也就是电子吸收光予的时间一定，且是瞬时的同一光电效应中，频率不变，光电子飞出的最大初动能不变，应选项B错误，入射光的强度减弱，而频率不变，则单位时间吸收光子的电子数减少，相应地从金属表面选出的光电子数也减少，故只有选项C正确专家会诊解决这类问题关键是要从受因斯坦光量子说理解光电效应的四条规律：存在极限频率；光电子的最大初动能只与久射光频率有关；瞬 D1错误答案A或C或D错解分析一是对原子吸收光子的特点没掌握，二是没区别“一群”氢原子和“一个”氢原子正确解答B 光子能量为1307eV刚好是n =1、n=5两能级差值，原子吸收光子的特点是只有当光子的能量刚好等于某两个能级的差值才吸收，多了少了都

15、不吸收，故此题处于基态的氢原子只能从n=1能级跃迁到n=5能级，不能跃迁到n=4或n=3或n=2能级如果光予的能量大于氢原予基态的能量的绝对值，则氢原子被电离成氢离子，这种情况下光子的能量不管比氢原子基态的能量的绝对值大多少，都吸收，这种特殊情况要特别注意既然是一群处于n=5能级的氢原子，则它向较低能级跃迁时各种可能性都可以实现，由于氢原子任意两个能级级差值都不相等，故一共发射种不同波长或频率的光，应选项B正确 2现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若这些受激发氢原子都回到到基态，则此过程中发出的光子总数是多少?假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激

16、发态能级上的原子总数的 ( ) A2200 B2000 C1200 D2400错误答案B或C或D400个氢原子向n=2、n=1能级跃迁原子数分别为400=200个，则辐射的光子数为2002= 400个，而处于n=2的原子总数为400+200=600个，向基态跃迁则辐射光子数为600个因此在此过程中发出的光子总数为1200+400+600=2200个，应选项A正确 3原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子例如在某种条件下，铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=l能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子，使之脱离原子，这一现象叫做俄歇效应以这种方式脱离了原子的电

17、子叫做俄歇电子已知铬原子的能级公式可简化表示为En=，式中n=1，2，3表示不同的能级，A是正的已知常数上述俄歇电子的动能是 ( )错误答案D易错点4 光的偏振现象、激光、电磁波谱、光的波粒二象性等I级知识点 1验钞机发出的光“能使钞票上的荧光物质发光；家用电器上的遥控器发出的“光”用来控制电视机、空调器，对于它们发出的“光”，以下判断正确的是 ( ) A.验钞机发出的“光”是红外线 B遥控器发生的“光”是红外线 C红外线是由原子的层电子受到激发后产生的 D红外线是由原子的外层电子受到激发后产生的错误答案AC错解分析选错的主要原因对红外线、紫外线、x射线的显著特点没记住，电磁波谱的顺序以与产生

18、机制要通过看书记住正确解答BD通过阅读教材知道：验钞机发出的是紫外线，紫外线能使钞票上的荧光物质发光；遥控器发出的是红外线；红外线、紫外线是由原子的外层电子受到激发后产生的，X射线是由原子的层电子受到激发后产生的，故BD选项正确 2以下说确的是 ( ) A.光波是一种概率波 B光波是一种电磁波 C.单色光从光密介质进入光疏介质时，光子的能量改变 D.单色光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变错误答案C错解分析对光的本性即光的波粒二象性理解不透2以下有关光现象的说法中正确的是()A在太照射下，水面上的油膜出现彩色花纹是光的色散现象B在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为黄光，则条纹间距变

19、宽C光导纤维的芯材料的折射率比外套材料的折射率大D光的偏振现象说明光是一种纵波3如下图为竖直的肥皂液膜的横截面，右侧受到一束平行白光的照射，关于肥皂液膜产生干涉条纹的说确的是()A在右侧观察到的干涉条纹是由光线在肥皂液膜左右两个表面反射的两列光波叠加产生的B观察到的干涉条纹可能是水平的，也可能是竖直的C在左侧也能观察到类似的条纹D观察到的条纹可能是黑白的，也可能是彩色的4光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，以下说确的是()A用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象B用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C在光导纤维束传送图象是利用光的色散现象D光学镜头上的增

20、透膜是利用光的干涉现象5如下图，水下光源S向水面A点发射一束光线，折射光线分别为a、b两束，则 ()A在水中a光的速度比b光的小Ba、b两束光相比较，a光的波动性较强C若保持入射点A位置不变，将入射光线顺时针旋转，从水面上方观察，b光先消失D用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光干涉条纹间距小于b光干涉条纹间距6光的偏振现象说明光是横波以下现象中不能反映光的偏振特性的是()A一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化B一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90时，反射光是偏振光C日落时分，拍摄水面下的景物，在照相

21、机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰D通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹7如下图，a表示单缝，b表示双缝，用某单色光分别照射竖直放置的单缝和双缝，在缝后较远位置竖直放置的光屏上可以观察到明暗相间的条纹(图中阴影表示明条纹)，如图8激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度v与二次曝光时间间隔t的乘积等于双缝间距，实验中可测得二次曝光时间间隔t，双缝到屏之间距离l以与相邻两条亮纹间距离x，若所用激光波长为，则该实验确定物体运动速度的表达式是()Av BvCv Dv9煤矿最危险的是瓦斯爆炸事故，危害极

22、大某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯的仪器，如下图，在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯以下说确的是()A如果屏的正中央仍是亮条纹，说明B中的气体与A中的气体成分相同，不含瓦斯B如果屏的正中央是暗条纹，说明B中的气体与A中的气体成分不相同，含有瓦斯C如果屏上干涉条纹不停移动，说明B中的气体瓦斯含量不稳定D只有用单色光照射单缝时，才可能在屏上出现干涉条纹10以下有关光现象的说确的是()A在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间

23、距一定变大B以相同入射角从水中射向空气，紫光能发生全反射，红光也一定能发生全反射C紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时也一定有电子向外发射D拍摄玻璃橱窗的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度11以下说法中正确的是()A氢原子从较高能级的激发态跃迁到较低能级的激发态时，电子的动能增加，电势能增加，原子的总能量增加B射线是原子核发出的一种粒子流，它的电离能力在、三种射线中是最弱的C原子核反应过程中的质量亏损现象违背了能量守恒定律D将放射性元素掺杂到其他稳定元素中并大幅度降低其温度，它的半衰期不发生改变12人眼对绿光最为敏感正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要

24、每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉普朗克常量为6.631034Js，光速为3.0108m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是()A2.31018W B3.81019WC7.01048W D1.21048W13有两个质量为m的均处于基态的氢原子A、B，A静止，B以速度为v0与它发生碰撞已知碰撞前后二者的速度均在一条直线上，碰撞过程中部分动能有可能被某一氢原子吸收，从而该原子由基态跃迁到激发态，然后此原子向低能级跃迁，并放出光子若氢原子碰撞后放出一个光子，已知氢原子的基态能量为E1(E10)则速度v0至少为()A.B.C.D.14如下图，1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个

25、能级用以下能量的光子照射基态的氢原子时，能使氢原子跃迁到激发态的是()A1.51eVB3.4eVC10.2eV D10.3eV15真空中有一平行板电容器，两极板分别由铂和钾(其极限波长分别为1和2)制成，板面积为S，间距为d.现用波长为(12)的单色光持续照射两板表面，则电容器的最终带电荷量Q正比于 ()A.() B.()C.() D.()16如下图，只含两种单色光的复色光束PO，沿半径方向射入空气中的玻璃半圆柱体后，被分成OA和OB两束，沿图示方向射出若用光束OA照射某金属，能使该金属产生光电效应现象，并测得光电子的最大初动能Ek.如果改用光束OB照射同一金属，则以下判断正确的是 ()A不能

26、产生光电效应现象B能产生光电效应现象，并且光电子的最大初动能等于EkC能产生光电效应现象，并且所有光电子的初动能都大于EkD能产生光电效应现象，并且光电子的最大初动能大于Ek二、论述、计算题(解答时应写出必要的文字说明、计算公式和重要的演算步骤，只写出最后答案不得分，有数值计算的题，答案中必须明确数值和单位)17用某一单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离为0.25mm，在距离双缝1.2m处的光屏上，测得5条亮纹间的距离为7.5mm，试求所用单色光的波长18一般认为激光器发出的是频率为的“单色光”实际上它的频率并不是真正单一的激光频率是它的中心频率，它所包含的频率围是(也称频率宽度)如下图，让

27、单色光照射到薄膜表面a，一部分光从前表面反射回来(这部分光称为甲光)，其余的光进入薄膜部，其中的一小部分光从薄膜后表面b反射回来，再从前表面折射出(这部分光称为乙光)，当甲、乙两部分光相遇叠加而发生干涉，称为薄膜干涉，乙光与甲光相比，要在薄膜中多传播一小段时间t.理论和实践都证明，能观察到明显稳定的干涉现象的条件是：t的最大值tm与的乘积近似等于1，即只有满足tm1才会观察到明显稳定的干涉现象已知某红宝石激光器发出的激光频率4.321014Hz，它的频率宽度8.0109Hz.让这束激光由空气斜射到折射率n的液膜表面，入射时与液膜表面成45角，如以下图所示(1)求从O点射入薄膜中的光的传播方向与

28、速率(2)估算在如下图的情况下，能观察到明显稳定干涉现象的液膜的最大厚度dm.19(1)人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律请问谁提出了何种学说很好地解释了上述规律？已知锌的逸出功为3.34eV，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106m/s，求该紫外线的波长(电子质量me9.111031kg，普朗克常量h6.631034Js,1eV1.601019J)(2)风力发电是一种环保的电能获取方式设计每台风力发电机的功率为40kW.实验测得风的动能转化为电能的效率约为20%，空气的密度是1.29kg/m3，当地水平风速约为10m/s，问风力发电机的叶片长度约为多少才能满足设计要求？20图所示为伦琴射线管的示意图，K为阴极钨丝，发射的电子的初速度为零，A为对阴极(阳极)，当AK之间加直流电压U30kV时，电子被加速打在对阴极A上，使之发出伦- 19 - / 19