2021年高考物理总复习：光的本性

2021年高考物理总复习：光的本性复习要点1．了解光的“微粒说”与“波动说”。

2．了解光的干涉现象，熟悉相干条件；掌握双缝干涉的特征及规律，熟悉双缝干涉的条纹分布情况及明、暗纹位置特征；了解薄膜干涉现象，熟悉薄膜干涉的特征及其应用。

3．了解光的衍射现象，掌握产生明显衍射现象的条件，熟悉单缝衍射条纹的人发布特征 4．了解光的电磁说，熟悉电磁波谱，了解各种电磁波的产生机理、基本特征及应用类型。

5．了解光电效应现象，熟悉光电效应现象所遵循的基本规律，掌握光子说理论。

6．了解光的波粒二象性。

二、难点剖析1．关于“微粒说”和“波动说”。

“微粒说”和“波动说”都是对光的本性的认识过程中所提出的某种假说，都是建立在一定的实验基础之上的。

以牛顿为代表的“微粒说”认为光是从光源发出的物质微粒，这种假说很容易解释光的直进现象，光的反射现象，光的折射现象，但在解释一束光射到两种介质界面处会同时发生反射与折射现象时，发生了很大的困难。

以惠更斯为代表的“波动说”认为光是某种振动以波的形式向周围传播，这种假说很容易解释反射与折射同时存在的现象，但由于波应能绕过障碍物，所以在解释光的直进现象时遇到了困难。

2．杨氏双缝干涉的定量分析如图24—2—2所示，缝屏间距L 远大于双缝间距d ，O 点与双缝S 1和S 2等间距，则当双缝中发出光同时射到O 点附近的P 点时，两束光波的路程差为 δ=r 2－r 1. 由几何关系得r 12=L 2+(x －2d )2， r 22=L 2+(x+2d)2.考虑到 图24—2—2 L 》d 和 L 》x ， 可得δ=Ldx . 若光波长为λ，则当δ=±k λ（k=0，1，2，…） 时，两束光叠加干涉加强；当 δ=±(2k －1)2(k=1，2，3，…) 时，两束光叠加干涉减弱，据此不难推算出 （1）明纹坐标x=±k dLλ （k=0，1，2，…） （2）暗纹坐标x=±(2k －1) d L ·2（k=1，2，…） （3）条纹间距 △x=dL λ.上述条纹间距表达式提供了一种测量光波长的方法。

3．光的电磁说与电磁波谱光的干涉与衍射充分地表明光是一种波，光的偏振现象又进一步表明光是横波。

麦克斯韦对电磁理论的研究预言了电磁波的存在，并得到电磁波传播速度的理论值 3.11×108m/s ，这和当时测出的光速3.15×108m/s 非常接近，在此基础上麦克斯韦提出了光在本质上是一种电磁波，这就是所谓的光的电磁说。

赫兹用实验证实了电磁波的存在，并测出其波长与频率，进而得到电磁波的传播速度，用实验证实了光的电磁说。

光作为电磁波的一种，与其他的电磁波共同构成电磁波谱。

对于电磁波谱，应了解非排布情况、产生机理及实际用途。

4．光电效应现象及其规律。

（1）光电效应现象。

光照使物体发射电子的现象叫光电效应现象；所发射的电子叫光电子；光电子定向移动所形成的电流叫光电流。

（2）光电效应现象所遵循的基本规律。

物体在光照的条件下发射电子而发生光电效应现象时遵循如下规律：（1）对于任何一种金属，入射光的频率必须大于某一极限频率才能产生光电效应，低于这个极限频率，无论强度如何，无论照射时间多长，也不能产生光电效应；（2）在单位时间里从金属极板中发射出的光电子数跟入射光的强度成正比；（3）发射出的光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大；（4）只要入射光的频率高于金属极板的极限频率，无论其强度如何，光电子的产生都几乎是瞬时的，不超过10—9s.5．光子说光子说的主要内容为：沿空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子；光子的能量E与光的频率ν成正比，比例系数即为普朗克常量E=hν6．光的波粒二象性光的干涉，衍射等现象充分表明光是波，而光电效应现象又表明光是粒子。

事实上，光具有波动和粒子二重特性。

俗称光的波粒二象性。

光在传播时更多地表现为波动特性，在与物质微粒发生作用时更多地表现为粒子特征；波长越长的光波动性越显著，频率越高的光粒子性越显著；大量光子的整体行为表现为波动性，少量光子的个别行为表现为粒子性。

三、典型例题例1．能产生干涉现象的两束光是（）A．频率相同、振幅相同的两束光B．频率相同、相位差恒定的两束光C．两只完全相同的灯光发出的光D．同一光源的两个发光部分发出的光分析：比例考察的是对“相干条件”的了解解答：只有频率相同、相差恒定、振动方向相同的光波，在它们相遇的空间里能够产生稳定的干涉，观察到稳定的干涉图样，但是，光波并不是一列连续波，它是由一段段不连续的具有有限长度的所谓“波列”组合而成的，并且波动间的间歇也是不规则的。

两个独立光源发出的光，即使是“频率相同的单色光（实际上严格的单色光并不存在），也不能保持有恒定的相差。

因此，为了得到相干光波，通常是把同一光源发出的一束光分成两束。

杨氏双缝干涉实验中，所以在光源和双缝间设置一个狭缝，就是让点光源发出的一束光，先经第一个缝产生衍射，使得由双缝得到的两束光成为相干光波。

光源发光是以原子为发光单位的，由前面分析可知，我们无法使两只完全相同的灯泡、同一光源的两个发光部分发出频率相同、相差恒定的光。

这样的光源不会产生稳定的干涉现象，无法观察到干涉图样。

所以应选B。

例2．在真空中频率为4×1014Hz 的是红光，频率为6×1014Hz 的是绿光，现在有一束单色光，它在n=1.5的玻璃中，波长为5000Å，它在这种玻璃中的频率是多少？是什么颜色？在真空中的频率是多少？又是什么颜色？分析：光的频率决定于光的颜色，光从一种介质传到另一种介质时，由于频率不变，故颜色不变，因此，本题关键是求频率。

由n=υc得，光在玻璃中的速度为 υ=nc =5.11038⨯m/s=2×m/s它在玻璃中的频率为ν=λυ=108105000102-⨯⨯Hz=4×1014H z 由此可知，该单色光在真空中的频率也为4×1014Hz ，故为红光。

在真空中与玻璃中均为红颜色。

例3．如图24—2所示是双缝干涉实验装置，屏上O 点到双缝S 1、S 2的距离相等。

当用波长为0.75μm 的单色光照射时，P 是位于O 上方的第二条亮纹位置，若换用波长为0.6μm 的单色光做实验，P 处是亮纹还是暗纹？在OP 之间共有几图24—2 条暗纹？分析：P 点是暗纹还是暗纹，关键取决于P 到S 1和S 2的路程差△r=r 2－r 1；P 是第几级明（暗）纹，关键取决于△r 是光波长（半波长）的多少倍。

解答：当用波长为λ1=0.75μm 单色光时P 为O 上方第二条亮纹，所以P 到双缝S 1、S 2的距离差△r=2λ1=2×0.75μm=1.5μm.改用λ2=0.6μm.的单色光时，路程差△r=25λ2，所以P 和为暗纹，从O 到P 路程差由零逐渐增大，必有路程差为22λ和23λ2的两点，即OP 之间还有两条暗纹。

例4．关于光电效应，有如下几种陈述，其中正确的是（ ） A ．金属电子的逸出功与入射光的频率成正比 B ．光电流的强度与入射光的强度无关C ．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大D ．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应分析：此例的解答要求熟悉光电效应现象的特征及其规律。

解答：金属的逸出功由该金属决定，与入射光源频率无关，光电流的强度与入射光强度成正比，选项A 、B 错误。

不可见光包括能量大的紫外线、X 射线、γ射线，也包括能量比可见光小的红外线、无线电波，选项C 错误。

所以应选D 。

例5．已知金属铯的逸出功为1.9eV ，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大功能为1.0eV ，入射光的波长应为__________m.分析：要求了解光电效应的规律及光子说理论。

解答：由爱因斯坦光电效应方程可得：hv =W+21m 2mυ ∴hv =1.9+1.0=2.9eV=2.9×1.6×10—19J ∴λ=19106.19.2103106.6834-⨯⨯⨯⨯⨯-=4.3×10—7 m例6．太阳光垂直射到地面上时，地面上1m 2接受的太阳光的功率为1.4kW,其中可见部分约占45%（1）假如认为可见光的波长约为0.55μm ，日地间距离R=1.5×1011m.普朗克恒量h=6.6×10—34J ·s ，估算太阳每秒辐射出的可见光子数为多少？（2）若已知地球的半径为6.4×106m ，估算地球接受的太阳光的总功率。

分析：了解光子说理论，建立起适当的模型，即可得出正确解答。

解答：（1）设地面上垂直阳光的1m 2面积上每秒钟接收的可见光光子数为n.则有P ×45%=n ·hλc. 解得：n=hcP λ45.0=83436103106.6104.11055.045.0⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-- =1.75×1021m —2设想一个以太阳为球心，以日、地距离为半径的大球面积包围着太阳，大球面接受的光子数即等于太阳辐射的全部光子数。

则所求可见光光子数N=n · 4πR 2=1.75×1021×4×3.14×（1.5×1011）2=4.9×1044（2）地球背着阳光的半个球面没有接收太阳光。

地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直。

接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆平面的面积。

则地球接收阳光的总功率P 地=P ·πr 2=1.4×3.14×(6.4×106)2=1.8×1017kW.单元检测一、选择题1．下列哪些现象是光衍射产生的（ ） A ．著名的泊松亮斑B ．阳光下茂密树荫中地面上的圆形亮斑C ．光照到细金属丝上在其后面屏上得到的阴影中间出现亮线D ．阳光经凸透镜后形成的亮斑 2．下列属于光的干涉现象的是（ ） A ．雨后天空中出现的彩虹 B ．红光比紫光更容易透过云雾烟尘 C ．人们在研究光的波动时，观察的泊松亮斑D ．在透镜（或棱镜）的表面镀上一层氟化镁薄膜，这样可增加光的透射强度，减小反射光的强度3．在杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是（ ） A ．若将其中一缝挡位，则屏上条纹不变只是亮度减半 B ．若将其中一缝挡住，则屏上无条纹C ．若将其中一缝用红色滤光片挡住，另一缝用蓝色滤光片挡住，屏上将出现红蓝相间条纹D ．若将其中一缝用红色滤光片挡住，另一缝用蓝色滤光片挡住，屏上不出现条纹，但有亮光4．用黄光照射一不透明的圆板时，在圆板的背影中恰能观察到一黄色光斑，若用红色光、绿色光和紫色光照射圆板，能够观察到光斑的是（ ）A ．只有红色光B ．只有紫色光C ．只有红色光和紫色光D ．三种色光都能 5．如图24—3所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜， 下列说法中正确的是（ ）A ．人从右侧向左看，可看到彩色条纹B ．人从左侧向右看，可看到彩色条纹C ．彩色条纹平行排列D ．彩色条纹竖直排列 图24—3 6．杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是（n 为自然数，λ为光波波长） ①在距双缝的路程相等的点形成暗条纹 ②在距双缝的路程差为n λ的点形成亮条纹③在距双缝的路程差为n2的点形成亮条纹 ④在距双缝的路程差为(n+21)λ的点形成暗条纹A．①②B．②③C．③④D．②④7．各种电磁波的产生机理不同，下面给出的几组电磁波中，哪一组中的电磁波都是由原子外层电子受激发后产生的（）A．红外线、紫外线、伦琴射线B．微波、红外线、紫光、紫外线C．无线电波、微波、红外线D．黄光、绿光、紫光8．关于光谱，下面说法中正确的是（）A．炽热的液体发射连续光谱B．太阳光谱中的暗线说明太阳上缺与这些暗线相应的元素C．明线光谱和暗线光谱都可用于对物质成分进行分析D．发射光谱一定是连续光谱9．太阳光谱有许多暗线，它们对应着某些元素的特征光谱，产生这些暗线是由于（）A．太阳内部缺少相应的元素B．太阳表面大气层中存在着相应的元素C．太阳表面大气层中缺少相应的元素D．太阳内部存在着相应的元素10．下列说法中正确的是哪些（）A．可见光是原子外层电子受激发产生B．β射线是原子外层电子脱离原子放出的C．一切物质都在不停地辐射红外线D．α、β、γ其中α射线的电离本领最强11．用爱因斯坦光子说解释光电效应时，正确的说法是（）A．每个光电子都是吸收一个光子后跑出来的B．光电子克服原子核的引力并从金属内部逸出来所需要的能量等于逸出功C．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比D．光子的能量由频率决定，也与光的强度和光波的振幅有关12．关于光的波粒二象性，下面说法中正确的是（）A．大量光子的效果往往显示波动性，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波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性C．频率大的光粒子性显著，频率小的光波动性显著D．光既有波动性，又有粒子性，两者相互矛盾，是不能统一的13．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图24—4所示。