一. 教學(xué)內(nèi)容：光的波粒二象性
［過程］
一. 能說明光具有波動性的實驗光的干涉及衍射實驗
1. 光的干涉及衍射
產(chǎn)生條件 典型實驗 圖樣特點
干涉 相干光源（f相同） 雙縫干涉 等寬明暗相間的條紋
衍射 障礙物或小孔的尺寸 單縫、圓孔、 越窄，衍射明顯 不等寬
跟光波波長差不多 圓盤 中央亮而寬，邊緣暗而窄
a. 干涉條紋間距
△x：兩個相鄰的亮（暗）條紋間距
b. 明暗條紋分布規(guī)律：
光程差δ＝r2－r1
中央 第一級 第二級
亮紋 δ＝nλ 振動加強 n＝0 n＝1 n＝2
增透膜：
λ：綠光在增透膜中的波長
注：①對光的衍射條紋，縫越窄，衍射現(xiàn)象明顯，衍射條紋間距越大�？p寬一定時，波長越長的光，衍射現(xiàn)象明顯。
②白光的衍射條紋：中央白條紋，兩邊彩色條紋，紅光在外側(cè)。白光的干涉條紋：中央白條紋，兩邊彩色條紋，紅光在外側(cè)。
4. 光的偏振
（1）偏振光的產(chǎn)生方式：①自然光通過起偏器：通過兩個軸的偏振片觀察自然光，第一個偏振片的作用是把自然光變偏振光，叫起偏器。第二個偏振片的作用是檢驗光是否為偏振光，叫檢偏器。其次，偏振片并非刻有狹縫，而是具有一種特性，即存在一個偏振化方向，只讓平行于該方向振動的光通過，其他振動方向的光被吸收了。②自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上，如果光入射的方向合適，使反射光和折射光之間的夾角恰好是90°時，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。
（2）偏振光的理論意義和應(yīng)用：①理論意義：光的干涉和衍射現(xiàn)象充分說明了光是波，但不能確定光波是橫波還是縱波。光的偏振現(xiàn)象說明光波是橫波。②應(yīng)用：照相機鏡頭、立體電影、消除車燈眩光等等。
二. 光的粒子性（光電效應(yīng)B類要求）
1. 光電效應(yīng)
（1）在光的照射下從物體表面發(fā)射電子的現(xiàn)象叫光電效應(yīng)。發(fā)射出的電子叫光電子。
（2）演示實驗
2. 光電效應(yīng)的規(guī)律
（1）瞬時性10-9S，從光照到發(fā)射電子幾乎是同時的
（2）任何金屬存在一個極限頻率，只有v入射>v極限發(fā)生
（3）逸出光電子的最大初動能與入射光強度無關(guān)，只隨ν入射增大而增大
（4）在入射光強度不變時，入射光強增加，光電流增大，飽和光電流與入射光強度成正比。I飽和光電流與λ入射光強度成正比
不加電壓，少量光電子到陽極，光電流小。加電壓，較多光電子到陽極，光電流大。電壓大到一定程度，光電流就不再增大，達到飽和光電流。入射光強度：單位時間單位面積入射光的能量。E＝nhv，v不變，增大光強，光子數(shù)變大。
3. 愛因斯坦光子說：光是由一個個光子構(gòu)成，每個光子能量：E＝hv，h：普朗克常量。
v0不同
v不變時，增大I入射，光子數(shù)增多，光電子數(shù)越多，光電流大
4. 光的波粒二象性
解析：知P點與S1和S2的距離之差，由出現(xiàn)明暗條紋的條件可判斷是亮條紋或暗條紋。
由此可知，B光在空氣中波長
由光程差δ和波長λ的關(guān)系：
可見，用B光做光源，P點為亮條紋。
例2. 劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖2甲所示，將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜。當光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示。干涉條紋有如下特點：（1）任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相鄰明條紋和暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定�，F(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一張紙片，則當光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋（ ）
A. 變疏 B. 變密 C. 不變 D. 消失
（2003年上海高題）
解析：因為相鄰兩個明紋位置的空氣膜高度差和夾角的關(guān)系為：
△h＝l為相鄰明紋的距離）
∴變疏，選A
答案：A
規(guī)律總結(jié)：抓住本題所給的條件是任意相鄰明紋對應(yīng)的薄膜高度差不變。弄清條紋間距的決定因素。
例3. 某金屬在一束黃光照射下，恰好能有電子逸出（即用頻率小于這種黃光的光線照射就不可能有電子逸出）。在下述情況下，逸出電子的多少和電子的最大初動能會發(fā)生什么變化？
（1）增大光強而不改變光的頻率；
（2）用一束強度更大的紅光代替黃光；
（3）用強度相同的紫光代替黃光。
解析：“正好有電子逸出”，說明此種黃光的頻率恰為該種金屬的極限頻率。
（1）增大光強而不改變光的頻率，意味著單位時間內(nèi)入射光子數(shù)增多而每個光子能量不變，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，逸出的光電子最大初動能不變，但光電子數(shù)目增大。
（2）用一束強度更大的紅光代替黃光，紅光光子的頻率小于該金屬的極限頻率，所以無光電子逸出。
（3）用強度相同的紫光代替黃光，因為一個紫光光子的能量大于一個黃光光子的能量，而強度相同，因而單位時間內(nèi)射向金屬的紫光光子數(shù)將比原來少。因此，逸出的電子數(shù)將減少，但據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，光電子的最大初動能將增大。
例4. 如圖3所示，陰極K用極限波長λ0＝0.66μm的金屬銫制成，用波長λ＝0.50μm的綠光照射陰極K，調(diào)整兩個極板電壓，當A板電壓比陰極高出2.5V時，光電流達到飽和，電流表示數(shù)為0.64μA，求：
（1）每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時的最大初動能。
（2）如果把照射陰極綠光的強度增大到原來的2倍，每秒鐘陰極發(fā)射出的光電子數(shù)和飛出光電子的最大初動能。
解析：（1）當陰極發(fā)射的光電子全部到達陽極時，光電流達到飽和，由電流可求出每秒到達陽極的電子數(shù)，即為發(fā)射出的電子數(shù)，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可算出最大初動能。
（2）光強加倍，發(fā)射的光電子數(shù)加倍，但入射光頻率不變，光電子的最大初動能不變。
（2）光電子數(shù)n’＝2n＝8.0×1012（個）
解析：
；（2） 個
小結(jié)：本題說明倫琴射線的產(chǎn)生。
【模擬】
1. 如圖所示，兩束不同的單色光，A和B，分別沿半徑射入截面為半圓形玻璃磚中后，都由圓心O沿OP方向射出，下列說法中正確的是（ ）
A. 在玻璃中B光傳播的速度較大
B. A光的光子能量較小
C. 若分別用這兩種單色光做雙縫干涉實驗，且保持其他實驗條件不變，則A光在屏上形成的明暗條紋的寬度較小
D. 若用B光照射某金屬板能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則用A光照射該金屬板也一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)
2. 如圖所示，一束復(fù)色光射到玻璃三棱鏡AB面上，從三棱鏡的AC面折出的光線分成a、b兩束，如下圖所示。有下列幾個結(jié)論（ ）
①a光的光子能量比b光的光子能量大
②光a、b射到同一金屬表面時，若光a能發(fā)生光電效應(yīng)，那么光b也一定能發(fā)生光電效應(yīng)
③光從棱鏡內(nèi)射出時，a光的臨界角大于b光的臨界角
④在此玻璃三棱鏡中a光的光速比b光的光速小
A. ①④ B. ②③ C. ①③ D. ②④
3. a、b二束平行細光束垂直射入直角三棱鏡的AB面，對應(yīng)的折射光線為a’、b’，a’、b’有發(fā)散的趨勢，比較a、b二束光，下列說法正確的是（ ）
A. 光束a在棱鏡中的傳播速度快
B. 若b光束能使某一金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，則a光束同樣能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)
C. 在完全相同的條件下做雙縫干涉實驗a光對應(yīng)的干涉條紋較寬
D. 在其它條件不變的情況下，當頂角A增大時，一定是折射光束b’先消失
4. 雙縫干涉實驗裝置如圖所示，雙縫間的距離為d，雙縫到像屏的距離為L，調(diào)整實驗裝置使得像屏上可以見到清晰的干涉條紋。關(guān)于干涉條紋的情況，下列敘述正確的是（ ）
A. 若將像屏向左平移一小段距離，屏上的干涉條紋將變得不清晰
B. 若將像屏向右平移一小段距離，屏上仍有清晰的干涉條紋
C. 若將雙縫間的距離d減小，像屏上的兩個相鄰明條紋間的距離變小
D. 若將雙縫間的距離d減小，像屏上的兩個相鄰暗條紋間的距離不變
5. 如圖所示，（a）表示單縫，（b）表示雙縫，用某單色光分別照射豎直放置的單縫和雙縫，在縫后較遠位置豎直放置的光屏上可以觀察到明暗相間的條紋（圖中陰影表示明條紋），如圖（c）、（d）所示。下列關(guān)于縫和條紋間關(guān)系的說法中正確的是（ ）
A. 圖（c）表示單縫衍射條紋，圖（d）表示雙縫干涉條紋
B. 單縫S越寬，越容易觀察到對應(yīng)的明暗條紋
C. 雙縫間距離越小，對應(yīng)條紋間距越大
D. 照射雙縫的單色光波長越小，對應(yīng)條紋間距越大
6. 如下圖甲所示，在一塊平板玻璃上放置一平凸薄透鏡，在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜，讓一束單一波長的光垂直入射到該裝置上，結(jié)果在上方觀察到如圖乙所示的同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀干狀條紋，稱為牛頓環(huán)，以下說法正確的是（ ）
A. 干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的
B. 干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡上表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的
C. 干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是均勻變化的
D. 干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度是均勻變化的
7. 尖劈干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖a所示。將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜。當光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖b所示，干涉條紋有如下特點：（1）任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相鄰明條紋或暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定�，F(xiàn)若在圖1裝置中抽出一張紙片，則當光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋（ ）
A. 變疏 B. 變密 C. 不變 D. 消失
8. 市場上有種燈具俗稱“冷光燈”，用它照射物品時能使被照物品處產(chǎn)生熱效應(yīng)大大降低，從而廣泛地應(yīng)用于博物館、商店等處。這種燈降低熱效應(yīng)的原因之一是在燈泡后面放置的反光鏡玻璃表面上鍍一層薄膜（例如氟化鎂），這種膜能消除不鍍膜時玻璃表面反射回來的熱效應(yīng)最顯著的紅外線。以λ表示此紅外線的波長，則所鍍薄膜的厚度最小應(yīng)為（ ）
A. C. 以及相鄰兩條亮紋間距 。若所用激光波長為 ，則該實驗確定物體運動速度的表達式是（ ）
A. D. ，普朗克常量為
B.
5. 分別用波長為 和 D.
A. 光是電磁波 B. 光是一種橫波
C. 光是一種縱波 D. 光是概率波
7. 如圖，當電鍵K斷開時，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上電鍵，調(diào)節(jié)滑線變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0.60V時，電流表讀數(shù)仍不為零；當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時，電流表讀數(shù)為零，由此可知陰極材料的逸出功為（ ）
A. 1.9eV B. 0.6eV C. 2.5eV D. 3.1eV
8. 下列說法正確的是（ ）
A. 光的干涉和衍射說明光具有波動性
B. 光的頻率越大，波長越大
C. 光的波長越大，光子的能量越大
D. 光在真空中的傳播速度為
9. 下列說法正確的是（ ）
A. 光波是一種概率波
B. 光波是一種電磁波
C. 單色光從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)時，光子的能量改變
D. 單色光從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)時，光的波長不變
10. 下面是四種與光有關(guān)的事實：
①用光導(dǎo)纖維傳播信號
②用透明的標準樣板和單色光檢查平面的平整度
③一束白光通過三棱鏡形成彩色光帶
④水面上的油膜呈現(xiàn)彩色
其中，與光的干涉有關(guān)的是（ ）
A. ①④ B. ②④ C. ①③ D. ②③
11. 我們經(jīng)�？梢钥吹�，凡路邊施工處總掛著紅色的電燈，這除了紅色光容易引起人的視覺注意以外，還有一個重要的原因，這一原因是紅色光（ ）
A. 比其它色光更容易發(fā)生衍射
B. 比其它可見光的光子能量大
C. 比其它可見光更容易發(fā)生干涉
D. 比其它可見光更容易發(fā)生光電效應(yīng)
12. 下列各種現(xiàn)象中不能說明光具有波動性的是（ ）
A. 光的偏振現(xiàn)象
B. 光電效應(yīng)現(xiàn)象
C. 光的雙縫干涉現(xiàn)象
D. 光的衍射現(xiàn)象
13. 如圖是產(chǎn)生X射線的裝置，叫做X射線管。圖中的K是陰極，A是陽極，通電時由陰極發(fā)出的電子，打在陽極上，從陽極上激發(fā)出X射線（也稱X光），設(shè)其中光子能量的最大值等于電子到達陽極時的動能。已知陰極與陽極之間電勢差U、普朗克常量h、電子電荷量e和光速c，則（設(shè)電子初速為零）（ ）
A. 高壓電源的a端為正極
B. 高壓電源的a端為負極
C. 射線管發(fā)出的X光的最長波長為
【試題答案】
光的波動性
1. B 2. A 3. ACD 4. B 5. C 6. AC
7. A 8. B 9. B 10. B
光的粒子性
1. D 2. A 3. AC 4. B 5. B 6. B
7. A 8. AD 9. AB 10. B 11. A 12. B
13. AD
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