光的本性.doc

1、1两两两两 ab光的本性 原子 原子核第 1 节 光的波动知识梳理一、光的干涉：两束振动情况完全相同的光（相干光）在空间相互叠加，某些区域的振动始终加强（明条纹） ，另一些区域的振动始终减弱（出现暗纹） ，并且振动加强和振动减弱区域相间的现象。相干光的获得：将同一束光分为两束。1双缝干涉：（英国托马斯杨的双缝干涉实验）干涉图样：（1）单色光：中央为一亮条纹，两侧明暗相间，亮条纹的亮度相同，相邻两亮条纹（或暗条纹）之间的距离相等。 ， 为波长。在实验装置相同的情况下， ，波dLx x长大，间距大。亮纹位置：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍。（n=0，1，2）nS暗纹位置：屏上某点到双缝的光

2、程差等于半波长奇数倍。（n=0，1，2）)2(（2）白色光：中央是白色亮条纹，两边是彩色亮条纹。 Lds1s2 两两两两两两两两两两两两两两两2.薄膜干涉：让一束光在一层透明薄膜的上下两个表面分别反射获得。产生条件：膜要薄； 膜的厚度不均匀。 1 2条纹特点：任意一条明条纹或暗条纹所以对应的薄膜厚度相等。 1任意相邻的明条纹或暗条纹所以对应的薄膜厚度差恒定。 2对同一薄膜，波长越大的单色光入射，其产生的干涉条纹间距越大。 3若被检查物体表面是平滑的，那么空气层厚度相同的地方位于同一直线上，干涉条纹是平行的。若某些地方不平，干涉条纹就会弯曲。二、光的衍射：当光通过障碍物（或狭缝、小孔）的时候，光

3、会偏离直线路径绕到障碍物（或狭缝、小孔）阴影里去的现象叫做光的衍射。光的衍射是普遍规律，只是由于光波长太短，通常衍射不明显而显示出直线传播，所以说，光的直线传播只是近似规律，要观察明显的衍射现象，必须使障碍物尺寸跟光波长相近。1.明显衍射条件：当障碍物或孔的尺寸与光波长相差不多或小于 0.5mm 时，产生衍射。22衍射图样：（1）单缝衍射（单色光）：中央为亮条纹，条纹较宽、较亮，两侧为明暗相间条纹。明条纹的宽度和亮度依次减弱；相邻两明条纹或暗条纹之间的距离也依次减小。当窄缝变窄时，衍射范围变大，条纹间距也变大，而亮度变暗。（白光） 中央是白色亮条纹，两边是彩色条纹，没有暗纹。（2）圆孔衍射和圆

4、板衍射图样：中央均为亮斑，周围均为明暗相间的圆环条纹，且衍射范围大于圆孔和圆板。圆板衍射中央亮斑叫一泊松亮斑。圆孔衍射中，孔径由大小 零过程中，出现：亮圆亮圆的面积逐渐减小光源像（以上均为直线传播结果） 衍射圆环衍射圆环逐渐变大，亮度减弱全部暗下来（或亮斑） （圆板很小时才有） 。三、光的电磁说：提出：英国物理学家麦克斯韦提出光是一种电磁波。证实：德国物理学家赫兹用实验证实。电磁波谱：按频率由低到高顺序：无线电波、红外线、可见光、紫外线、x 射线、r 射线波长越长的电磁波，越容易发生明显衍射现象；波长越短的电磁波越不明显，表现出直线传播。典型例题：1如图为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P 是附

5、有肥皂膜的铁丝圈，S 是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图像应是图中的（ ）ABC DP S解析：应从薄膜的右侧（即酒精灯一侧）观察才能看到明暗相间的干涉条纹，因为干涉条纹是两列反射光叠加干涉的结果。而在重力的作用下，肥皂膜上薄下厚，由薄膜特点（1）知，同一条干涉条纹处肥皂膜的厚度相同。所以应为 D。2把一个具有球面的平凸镜平放在平行透明玻璃板上，现用单色光垂直于平面照射，在装3a bc d两两两两两a两两两两两两两b两置的上方向下观察，可以看到干涉条纹，那么，关于两束干涉光及干涉条纹的说法正确的是（ ）A两束干涉光是 a、b 而反射形成的。B干涉条纹是一系列的同心圆。

6、C两束干涉光是 b、c 而反射形成的。D干涉条纹是一系列的平行直线。拓展：本题条纹的疏密是否均匀？否。中间密还是疏？疏。解析：本题是空气薄膜的干涉，是光在空气膜的上下两个表面分别反射来获得，所以 C 正确，A 错误。由薄膜干涉条纹特点（ 1）知：同一条干涉条纹处空气层厚度应相同，所以干涉条纹应该是以平凸透镜和平行透明玻璃板接触点为圆心的一系列的同心圆，故 B 正确。3劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图（a）所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，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，从上往下看到的干涉条纹如图（b）所示。现若在图（a）装置中抽出去一张纸

7、片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从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：由薄膜干涉条纹特点（2）知：任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。当抽去一张纸片后，对应同样的厚度差间距加大，即条纹间距加大，条纹变疏。4一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。若将其中和一条窄缝挡住，而让另一条缝通过红光，那么在屏幕上可以观察到（ ） 。A与原来间隔不同的不均匀的条纹。B与原来间隔相同的均匀的条纹。C没有条纹，只有一条红色亮线。D呈现光源的像。5为了转播火箭发射的实况，在发射场建立了发射台用于发射广

8、播与电视信号。已知传输无线电广播所用的电磁波波长为 550m，而传输电视信号所用的电磁波波长为 0.566m，为了不让山区挡住信号的传播，使城市居民能收听和收看火箭发射的实况，必须通过建立在山顶的转发站来转发 （填“无线电广播信号 ”或“电视信号” ） ，这是因为_。解析：由于电视信号波长太短，衍射不明显，不容易绕过山区传播，所以必须通过建立在山顶的转发站来转发。第 2 节 光的粒子性知识梳理：1光电效应现象：在光（包括不可见光）的照射下，从金属表面发射出电子（称光电子）的现象。2光电效应规律：4（1）各种金属都有一个极限频率 0，入射光的 0,才能产生光电效应。 （W 0=h0，电子逸出需克

9、服金属原子核的引力做功）（2）从光开始照射到释放光电子的整个过程所需的时间小于 310-9S。（3）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率的增大而增大。（4）当入射光的频率大于 0 时，光电流跟入射光强度与正比。 （频率一定时，光的强度越大，光子数越多）3光子说：爱因斯坦由光电效应的实验规律猜测光具有粒子性，从而提出光子说（科学假说）：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟光的频率成正比，E=h，普朗克恒量 h=6.6310-34JS。光子说可以很好地解释光电效应。若电子吸收了一个光子获得的能量 hW 0，即 0，电子可以逸出金属表面成为光电

10、子；若 hW0，电子仍然留在金属内，且吸收第二个光子的机会几乎没有，所以光电效应不需要任何积累能量的时间，是瞬间发生的。不同金属的逸出功不同，所以它们的极限频率不同。由于光子能量跟频率成正比，入射光的频率越大，光子的能量越大，从金属表面逸出的光电子的最大初动能也就越大。E kmax=h-W0。入射光的强度越大，单位时间照射到金属表面的光子数越多，金属中就有越多的电子吸收光子逸出，光电流越大。光子说后经美国物理学家密立根和康普顿用实验证实。4.光电管：是光电效应在技术上的和种应用。利用光电效应，可以把光信号转变为电信号。放在控制电路中，可以实现自动控制，应用于光电自动化装置、电影、无线电传真和光

11、纤通讯等。5.光的波粒二象性：光既是一种波，又具有粒子性，光具有波粒二象性。（1）个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。（2）频率高的光子容易表现出粒子性；频率低的光子容易表现出波动性。（3）光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。6.小结：光的本性发展史上的五个学说（1）牛顿的微粒说：认为光是高速粒子流，它能够解释光的直线传播、反射等现象。（2）惠更斯的波动说：认为光是某种振动，以波的形式向周围传播，它能解释光的干涉和衍射现象。（3）麦克斯韦的电磁说：经理念推导预言了光是一种电磁波，后经赫兹实验证明了光与电磁波在真空中传播速度相等

12、且均为横波，从而验证了麦克斯韦的说法。（4）爱因斯坦的光子说：爱因斯坦在普朗克提出的量子理论的基础上提出，光的传播是一份一份的，每一份叫一个光子，其能量与它的频率成正比，即 E=h，普朗克恒量为h=6.6310-34JS。光子说能成功解释光电效应现象。（5）德布罗意的波粒二象性学说：该学说认为光是既有粒子性又有波动性，频率越高，粒子性越强；波长越长，波动性越强。个别光子表现为粒子性，大量光子表现为波动性。一切微观粒子都具有波粒二象性。典型例题：1.（01，上海）光电效应实验的装置如图，则下面说法中正确的是（ ）A用紫外光照射锌板，验电器指针会发生偏转。B用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转。

13、C锌板带的是负电荷。5G两两 ab两两两D使验电器指针发生偏转的是正电荷。2.（03，上海）在如图所示的光电管实验中，发现用一定频率的 A 单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的 B 单色光照射时，不发生光电效应，那么AA 光的频率大于 B 光的频率。BB 光的频率大于 A 光的频率。C用 A 光照射光电管时流过电流表 G 的电流方向是 ab。D用 A 光照射光电管时流过电流表 G 的电流方向是 ba。3.已知，每秒钟从太阳射到地球上垂直于太阳光的每平方米截面上的辐射能为1.4103J，其中可见光部分约占 50%。假如认为可见光的波长均为 0.55m，太阳向各个方向的辐射能是

14、均匀的，日地间距离 R=1.51011m，普朗克常量 h=6.610-34JS，由此可知估算出太阳每秒辐射出的可见光子数约为_个（只要求两位有效数字） 。解析：本题中将太阳视作点光源，并以它为中心，以日地距离为半径作一球面，则地球作为球面上的一小部分，太阳光向各个方向的辐射是均匀的，则太阳每秒射向以太阳为中心，以日地间距离为半径的球面上每平方米面积的光子数都等于 n， ，而球面hcE积 S=4R2，所以太阳每秒钟向各个方向射出的可见光的光子数为： 4834 6321 105.06. 5.1.5)0(4.34 hcEnSN（个）4.按照有关规定，工作场所受到的电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位

15、面积的电磁辐射能量）不得超过 0.50W/m2。若某小型无线通讯装置的电磁辐射功率是 1W，那么在距离该通讯装置_m 以外是符合规定的安全区域。 （已知球面表面积公式 S=4R2）第 3 节 原子和原子核知识梳理：一、原子核式结构模型：英国物理学家汤姆生发现了电子，使人们认识到原子有复杂结构，卢瑟福根据 粒子散射实验结果提出原子核式结构模型。1.粒子散射实验：用放射性无毒钋放出的 粒子（即氦核 42He）去轰击金箔。实验结果：绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数 粒子发生了较大偏转，极少数 粒子的偏转超过了 900，有的甚至被弹回。2.原子核式结构模型：（1）在原子的中心有一个很小

16、的核（直径 10-1510-14） ，叫原子核。（2）原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里。（3）带负电的电子在核外空间里绕核旋转（库仑力提供向心力） 。二、原子核的变化：1.原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子。核子数 A 等于质子数 Z 与中子数 N 之和。中子不带电，质量与质子差不多相等，原子核的核子数即是质量数。6质子数=核电荷数=原子序数符号： XAZ熟记：质子 ；中子 ； 粒子 ； 粒子 ；氘核 ；氚核 。H1n10e01He4221H31原子核发生变化时，遵循质量数（即核子数）守恒，电荷数守恒的规律。2放射性元素原子核的衰变：原子核自发放出 粒

17、子或 粒子而转变为新核的变化。法国物理学家贝克勒耳首先发现了铀的天然放射性，说明原子核的内部也有复杂结构。居里夫妇在研究放射性时，发现了“钋”和“镭” 。（1）三种放射性性质比较：种类 本质 电荷（e）质量（u）速度（c）电离性 贯穿性 H42+2 4 0.1 最强 最弱，纸能挡住 01-1 1800.99 较弱 较强，穿几 mm 铝 电磁波 0 0 1 最弱 最哟，穿几 cm 铅射线在匀强电场中的偏转情况比较：射线比较 射线偏转大， 射线不偏转。（2）衰变方程：衰变： 1 HeYXAZ42（核内）)(10n衰变： 2（ 不是核外粒子）eYAZ01（核内）)(10Hn人工放射性衰变还有+ 衰变

18、： 3 eYXAZ01（核内）)(01n说明：放射性元素的原子核，在发生 衰变或 衰变而形成新核时，常常处于高能量状态，这时它就会辐射出 射线。因此， 射线是伴随 射线或 射线产生的，没有 衰变。（3）半衰期：描述各种放射性元素衰变的快慢程度，放射性元素的原子核有半数发生衰变所以需要的时间。7两两 两两两两两两两两两两两两两两两两两，t衰变时间，Z半衰期ZNt21）（原剩 ，m 为放射性物质的质量Zt）（原剩，n 单位时间内放出的射线粒子数Zt21n）（原剩 说明：半衰期是对大量的原子核所以做的统计规律，对少数原子核不适用。各种放射性元素的半衰期是由这种元素的原子核内部本身的因素决定的，不因原

19、子所处的物理状态或化学状态的不同而发生变化。3原子核的人工转变：用高速粒子去轰击其它元素的原子核，使其发生变化的过程。（1）质子的发现：卢瑟福用 粒子轰击氦核，发现了原子核中有质子。实验前抽空装置中的空气，调整铝箔的厚度，使 粒子恰不能穿过铝箔，充入 N2 后，如荧光屏上能看到闪烁，则说明有质子穿过铝箔。 HOeN1784217（2）中子发现：查德威克发现用 粒子轰击铍核会从原子核内打出中子。nCB102649典型例题：1天然放射性元素 （钍）经过一系列 衰变和 衰变之后，变成 （铅） ，Th2390 Pb208下列论断中正确的是：A铅核比较钍核少 24 个中子。B铅核比较钍核少 8 个质子。

20、C衰变过程中共有 4 次 衰变和 8 次 衰变。D衰变过程中共有 6 次 衰变和 4 次 衰变。2一个原子核 x 经过 m 次 衰变和 n 次 衰变后变成另一个原子核 Y，则 Y 核与 x核比较（ ）A质量数减小 4m。B电荷数减小 2m+nC中子数减小 2m+nD中子数减小 4m-n3如图所示为卢瑟福发现质子的实验装置图，A 为放射源，F 为铝箔片，S 为光屏，8M 为显微镜，N 2 可以从阀门 T 充入，下列关于实验操作的说法中正确的是（ ）A充入 N2 前，要抽空装置中的空气。B充入 N2 前，要调整铝箔的厚度，使 S 上能够看到 粒子引起的闪烁。C充入 N2 后，要再调整铝箔的厚度，使 S 上能够看到质子引起的闪烁。D充入氦气后，无需调整铝箔厚度，如 S 上能看到闪烁，则说明有质子穿过 S。4在下列四个方程中，x 1、x 2、x 3 和 x4 各代表某种粒子，以下判断中正确的是（ ） 1456923102359BaKrnU2145xSiP339028Th42414xaAx 1 是 粒子。Bx 2 是质子。Cx 3 是中子。Dx 4 是电子。5下列说法，符合物理学史事实的是（ ）A最早发现放射性元素的是居里夫妇。B首先发现电子的是汤姆生。C首先发现质子的是卢瑟福。D首先证实中子存在的是查德威克。