光的波动性和粒子性

光的波动性和光的粒子性

【教学结构】

光的波动性：

一.讲述人类对光的本性的认识过程。有益掌握教材内容的层次和系统，学生主动学习。

二. 光的干涉

1.复习机械波的叠加，干涉现象，干涉产生条件，干涉现象的成因。

2.做好双缝干涉实验，注意向学生介绍实验装置，观察实验现象。

3.光的干涉现象：用太阳光实验时光屏上有彩色条纹，中间为白色光，两侧由紫到红，用单色光实验时，屏上呈明暗相间条纹，中间为亮纹。干涉现象是波特有的现象，光的干涉现象说明光是波，但不是机械波。光的频率、波长、波速是描述光的特征量。

4.光的干涉条件：必须是相干光源产生的光叠加时才能出现

干涉现象。

杨氏相干光源：如图1所示，光线入射单缝S ，S 为光源，

双缝S 1、S 2相距很近且距离S 等距离，S 光源的光传播到S 1、

S 2时，S 1、S 2成为两个完全相同的光源，它们具有相同频率，恒

定相差。

5.光的干涉现象的成因：如图2所示。O 点距S 1、S 2距离相等，两束光到O 点时“振动”情况完全相同，叠加时互相加强，

应为明纹或白光。屏上任意一点A ，距S 1、S 2分别为L 1、

L 2，∆L =L 1－L 2，∆L 为光传播路程之差。

当∆L n =λ时，两束光应相互加强，为明纹，n 为1、2、

3……，λ为波长。∆L n =+())212λ

时，两束光应相互减弱为暗纹。n 为0、1、2……。

6.薄膜干涉

演示实验：金属丝圆环蘸一下肥皂液，形成一层肥皂膜，用单色光照射肥皂膜，圆环肥皂膜上就产生明暗相间的干涉条纹。如何用光的干涉知识解释这一现象，是教学过程中的关键问题。(1)实验装置的特点，肥皂膜在重力作用下而成上薄下厚的楔形，我们虽然不能明显观察到上薄下厚，但是这样微小的厚度之差与光的波长相比还是相当大的。(2)前后膜对入射光线的反射的两列光波同频率。相差恒定满足光产生干涉的条件。(3)前后膜反射两列光波的路程不同，后膜反射光的路程与前膜反射光路之差正好为入射处膜厚度的2倍，对于不同的入射处膜厚度不同，某处膜厚度的2倍正好为波长整数倍时，该处两列光波互相加强，出现明纹，若正好半个波长的奇数倍，互相减弱则为暗纹。

薄膜干射的应用：检查精密零件表面质量，增透膜。认真阅读教科书，掌握书上的知识就可以了。关于增透膜的理解问题：只要从能量角度去分析即可顺当理解，两列反射光波互相低消，但不是能量消失，而减少反射光线，增加透过光的强度。

三.光的衍射

1.衍射现象也是波特有现象，光能发生衍射说明光是波。

2.做好衍射实验，用激光做实验效果好，如图3所示，

S为点源，当档板小孔较大，在光屏上出现亮斑，亮斑大

小由光沿直线传播规律决定如甲、乙图示规律，当小孔很

小时，光斑不仅不减小反而增大，出现明暗相间的圆环，

光线能传播到被挡板挡住的区域，如丙所示。

光线绕过障碍物的现象叫光的衍射。利用单缝也能产

生光的衍射现象。

3.产生明显衍射的条件：小孔或障碍物的大小与光的

波长差不多时可产生明显衍射。

关于光的干涉，衍射不仅要掌握干涉，衍射现象，产生条件，会区分干涉和衍射，还应该清楚光的干涉、衍射现象说明光具有波动性。

四.光的颜色和频率的关系。

光的颜色是由频率决定的，当频率不变时，光的颜色不变。可见光中的七色光的由红到紫频率逐渐增大，红光频率最小，紫光频率最大。在真空中各种色光传播速度相同，根据C= f，可知红光波长最大，紫光波长最小。在不同介质中光传播速度不同，同一种介质中各种色光传播速度也不同。介质对频率高的色光折射率大，对红光的折射率最小，传播波速最大，对紫光的折射率最大，传播速度最小。无论在什么介质中光的频率均不变化。

五.光是电磁波

1.光和电磁波有很多相同点：传播速度都为C=3.00×108m/s，都可在真空中传播，都能产生反射、折射、干涉、衍射等现象，且其规律相同，实验证实光是电磁波。

2.电磁波谱

可见光：能够引起人视觉的光线，在电磁波中是一个很窄的波段。

红外线：在光谱的红光区外侧一种看不见的光线。特点：热效应。温度高的物体发出红外线较多。红外线的应用：①利用红外线热作用加热，例如：红外线炉，红外线烤箱，红外线干燥器。②远距离摄影，红外线遥感，军事上用的夜视仪。红外线的频率比红光还低。

紫外线：在光谱的紫光区外侧的一种看不见的光线，特点：化学效应。一切高温物体发出的光都含紫外线，紫外线的应用：①利用紫外线很容易使照相底片感光，用紫外线照相能分辨出细微的差别。②紫外线有消毒杀菌的作用，紫外线频率比紫光频率高。

伦琴射线：比紫外线频率还高的一种电磁波，又称x射线，有很强的穿透能力，例如：人体透视，检查金属部件是否有砂眼，裂纹。

γ射线：比伦琴射线频率还高的一种电磁波，穿透能力很强。

电磁波谱：无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线结合起来，构成了范围广泛的电磁波谱。按上列顺序应是频率由低到高的排列。上述各种光本质上都是相同的都是电磁波，只是产生的机理不同。由频率不同各自表出不同的特性。

六.光谱和光谱分析

1.分光镜：结构和原理：如图4所示，A

为平行光管，狭缝S位于透镜L1的焦点，当

光线照射到狭缝S所在平面时，S处成为光源

且入射透镜L1，经L1折射成为平行光线入射

到棱镜P的斜面上。不同频率的光，棱镜的

折射率不同，但同频率的光经折射后仍平行。

B为望远镜筒，由透镜L2、L3和平面NM组

成，棱镜P折射后的光线入射到透镜L2上，

平行的单色光经L2的会聚于MN平面上，不

同频率光入射方向不同会聚在MN平面上不同位置。在平面MN得到不同颜色光的像。通过目镜L3可以观察到放大的光谱线。如果平面MN位置上放照像底片，就可摄下光谱的像。此仪器叫摄谱仪。

2.发射光谱：由发光物体直接产生的光谱。

连续光谱：由连续分布的一切波长的光组成的。产生条件：炽热的固体，液体及高压气体产生的光谱。

线状光谱：由一些不连续的亮线组成光谱。产生条件：稀薄气体发光。

原子谱线：线状谱线义称原子谱线。各种不同的元素在发光时生成的谱线都是一定的，而不同元素的谱线不同，原子谱线又称为特征谱线。用摄谱仪摄下光谱线，根据特征谱线可以判别发光体是什么元素。

光谱管：比较细的封闭玻璃管，里面装有某元素的低压气，管两端有两个电极。把光谱管接在高压电源上，光谱管就可以发光，用摄谱仪可摄下其光谱，用途：观察某种元素光谱。

3.吸收光谱：高温物体发出的白光通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生光谱。实际见到的光谱是连续光谱的背景上出现几条暗线。

比较吸收光谱暗线与同种元素发射光谱中的明线条数和位置均相同。这表明低温气体原子吸收的光，恰好正是该种原子高温时发出的光。吸收光谱的谱线也是特征谱线。

4.光谱分析：根据光谱鉴别物质和确定它的化学组成，这种方法叫光谱分析。

光的粒子性

一.光电效应

1.实验：装置：验电器、锌板、用导线连接锌和验电器。

现象：当紫外线照射锌板时，验电器金属箔张开，验电

器带电。

解释实验现象：当光照射锌板时电子从锌板表面飞出

来，使锌板带正电，与其连接的验电器带电而金属箔张开。

2.光电效应：在光照射下物体发射光子的现象。

光电子：光电效应中发射出来的电子。

对于碱金属可见光也能出现光电效应。

3.光电效应主要规律，利用图6所示装置进行研究，

C为石英窗口，金属板K，A、A为抽成真空的容器。

光电流：光照射极板K时产生光电子，在电场作用下

光电子运动到A极板，电流表指示有电流。在不能发生光

电效应时无光电流。

(1)极限频率：对于任何一种金属，入射光的频率必须