光的本性

一、光的波动性
1.光的干涉：两列光波在空中相遇时发生叠加,在某些区域总加强,某些区域减弱,相
间的条纹或者彩色条纹的现象.
(1) 光的干涉的条件：是有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。

（相干波源的频率必须相同）。

(2) 形成相干波源的方法有两种：
①利用激光（因为激光发出的是单色性极好的光）。

②设法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等）。

(3) 杨氏双缝实验：
亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即δ= n λ（n=0，1，2，……）
暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即δ=)12(2
-n λ（n=0，1，2，……） 相邻亮纹（暗纹）间的距离λλ∝=∆d
l x 。

用此公式可以测定单色光的波长。

用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。

(4) 薄膜干涉：
应用：
① 使被检测平面和标准样板间形成空气薄层,用单色光照射,入射光在空气薄层上下表面反射出两列光波,在空间叠加。

干涉条纹均匀：表面光滑；不均
匀：被检测平面不光滑。

② 增透膜：镜片表面涂上的透明薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的
4
1，在薄膜的两个表面上反射的光，其光程差恰好等于半个波长，相互抵消，达
到减少反射光增大透射光强度的作用。

③ 其他现象：阳光下肥皂泡所呈现的颜色。

例1. 用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为Δx 。

下列说法中正确的有
A.如果增大单缝到双缝间的距离，Δx 将增大
B.如果增大双缝之间的距离，Δx 将增大
C.如果增大双缝到光屏之间的距离，Δx 将增大
D.如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，Δx 将增大 解：公式λd
l x =∆中l 表示双缝到屏的距离，d 表示双缝之间的距离。

因此Δx 与单缝到双缝间的距离无关，于缝本身的宽度也无关。

本题选C 。

例2. 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n =1.5，所要消除的紫外线的频率为8.1×1014Hz ，那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少？
解：为了减少进入眼睛的紫外线，应该使入射光分别从该膜的前后两个表面反射形成的光叠加后加强，因此光程差应该是波长的整数倍，因此膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的1/2。

紫外线在真空中的波长是λ=c/ν=3.7×10-7m ，在膜中的波长是λ/=λ/n =2.47×10-7m ，因此膜的厚度至少是1.2×10-7m 。

2.光的衍射：
注意关于衍射的表述一定要准确。

（区分能否发生衍射和能否发生明显衍射） ⑴各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。

⑵发生明显衍射的条件是：障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。

(3)衍射现象：明暗相间的条纹或彩色条纹。

（与干涉条纹相比，中央亮条纹宽两边窄，是不均匀的。

若为白光，存在一条白色中央亮条纹）
例3. 平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，下列说法中正确的有
A.在衍射图样的中心都是亮斑
B.泊松亮斑中心亮点周围的暗环较宽
C.小孔衍射的衍射图样的中心是暗斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑
D.小孔衍射的衍射图样中亮、暗条纹间的间距是均匀的，泊松亮斑图样中亮、暗条纹间的间距是不均匀的
解：从课本上的图片可以看出：A、B选项是正确的，C、D选项是错误的。

3.光谱:
光谱分析可用原子光谱，也可用吸收光谱。

太阳光谱是吸收光谱，由太阳光谱的暗线可查知太阳大气的组成元素。

4.光的电磁说:
⑴麦克斯韦根据电磁波与光在真空中的传播速度相同，提出光在本质上是一种电磁波——这就是光的电磁说，赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性。

⑵电磁波谱。

波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。

各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。

各种电磁波的产生机理分别是：无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；伦琴射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的。

⑶红外线、紫外线、X射线的主要性质及其应用举例。

长为0.566m 。

为了不让发射场附近的小山挡住信号，需要在小山顶上建了一个转发站，用来转发_____信号，这是因为该信号的波长太______，不易发生明显衍射。

解：电磁波的波长越长越容易发生明显衍射，波长越短衍射越不明显，表现出直线传播性。

这时就需要在山顶建转发站。

因此本题的转发站一定是转发电视信号的，因为其波长太短。

例5. 右图是伦琴射线管的结构示意图。

电源E 给灯
丝K 加热，从而发射出热电子，热电子在K 、A 间的强电场作用下高速向对阴极A 飞去。

电子流打到A 极表面，激发出高频电磁波，这就是X 射线。

下列说法中正确的有
A.P 、Q 间应接高压直流电，且Q 接正极
B.P 、Q 间应接高压交流电
C.K 、A 间是高速电子流即阴极射线，从A 发出的是X 射线即一种高频电磁波
D.从A 发出的X 射线的频率和P 、Q 间的交流电的频率相同
解：K 、A 间的电场方向应该始终是向左的，所以P 、Q 间应接高压直流电，且Q 接正极。

从
A
发出的是X 射线，其频率由光子能量大小决定。

若P 、Q 间电压为U ，则X 射线的频率最高可达Ue /h 。

本题选AC 。

二、光的粒子性
1.光电效应
⑴在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。

（右图装置中，用弧光灯照射锌版，有电子从锌
版表面飞出，使原来不带电的验电器带正电。

）
(2)爱因斯坦的光子说。

光是不连续的，是一份一份
的，每一份叫做一个光子，光子的能量E 跟光的
频率ν成正比：E=h ν
(3)光电效应的规律:
① 各种金属都存在极限频率ν0，只有ν≥ν0才能发生光电效应；
② 瞬时性（光电子的产生不超过10-9s ）。

③光子的最大初动能与入射光的强度无关,只随着入射光的的频率的增大而增大;
④当入射光的频率大于极限频率时,光电流的强度与入射光的强度成正比. ⑷爱因斯坦光电效应方程：E k = h ν - W （E k 是光电子的最大初动能；W 是逸出功，）
会具有同样的初动能E K
B.式中的W 表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功
C.逸出功W 和极限频率ν0之间应满足关系式W = h ν0
D.光电子的最大初动能和入射光的频率成正比
解：爱因斯坦光电效应方程E K = h ν-W 中的W 表示从金属表面直接中逸出的光电子克服金属中正电荷引力做的功，因此是所有逸出的光电子中克服引力做功的最小值。

对应的光电子的初动能是所有光电子中最大的。

其它光电子的初动能都小于这个值。

若入射光的频率恰好是极限频率，即刚好能有光电子逸出，可理解为逸出的光电子的最大初动能是0，因此有W = h ν0。

由E K = h ν-W 可知E K 和ν之间是一次函数关系，但不是成正比关系。

本题应选C 。

三、光的波粒二象性
1.光的波粒二象性
干涉、衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波；光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子；因此现代物理学认为：光具有波粒二象性。

2.正确理解波粒二象性
波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。

波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量。

⑴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。

⑵ν高的光子容易表现出粒子性；ν低的光子容易表现出波动性。

⑶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。

⑷由光子的能量E=h ν，光子的动量λ
h p =表示式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。