1、精選優質文檔-傾情為你奉上第十一單元 光的性質光的本性光的微粒說（牛頓）光子說（愛因斯坦）光的干涉光的衍射雙縫干涉薄膜干涉光的電磁說光在空間傳播不是連續的，而是一份一份的，每一份叫做一個光子。光子的能量E=hv。h=6.63焦秒，稱普朗克常量。光既有波動性，又有粒子性，故認為光具有波粒二象性(一切微觀粒子都有波粒二象性)。電磁波譜 無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、r射線，由低頻到高頻，構成了范圍非常廣闊的電磁波譜。光的電磁說（麥克斯韋）光的波動性（惠更斯）波粒二象性能解釋：光的直線傳播、光的反射等。困 難：光的獨立傳播、光躲到兩種媒質的界面上既有反射，又有折射。電磁場理論光電效應及

2、其規律光子說認識深化過程目前的結論大量光子、長波長：容易表現出波動性。少量光子、短波長：容易表現出粒子性。二、學習要求1、知道有關光的本性的認識發展過程：知道牛頓代表的微粒、惠更斯的波動說一直到光的波粒二象性這一人類認識光的本性的歷程，懂得人類對客觀世界的認識是不斷發展不斷深化的。2、知道光的干涉：知道光的干涉現象及其產生的條件；知道雙縫干涉的裝置、干涉原理及干涉條紋的寬度特征，會用肥皂膜觀察薄膜干涉現象。知道光的衍射：知道光的衍射現象及觀察明顯衍射現象的條件，知道單縫衍射的條紋與雙縫干涉條紋之間的特征區別。3、知道電磁場，電磁波：知道變化的電場會產生磁場，變化的磁場會產生電場，變化的磁場與變

3、化的磁場交替產生形成電磁場；知道電磁波是變化的電場和磁場即電磁場在空間的傳播；知道電磁波對人類文明進步的作用，知道電磁波有時會對人類生存環境造成不利影響；從電磁波的廣泛應用認識科學理論轉化為技術應用是一個創新過程，增強理論聯系實際的自覺性。知道光的電磁說：知道光的電磁說及其建立過程，知道光是一種電磁波。4、知道電磁波波譜及其應用：知道電磁波波譜，知道無線電波、紅外線、紫外線、X射線及g射線的特征及其主要應用。5、知道光電效應和光子說：知道光電效應現象及其基本規律，知道光子說，知道光子的能量與光學知識點其頻率成正比；知道光電效應在技術中的一些應用6、知道光的波粒二象性：知道一切微觀粒子都具有波粒

4、二象性，知道大量光子容易表現出粒子性，而少量光子容易表現為粒子性。光的直線傳播光的反射二、光的直線傳播1光在同一種均勻透明的介質中沿直線傳播，各種頻率的光在真空中傳播速度：C3108m/s；各種頻率的光在介質中的傳播速度均小于在真空中的傳播速度，即 vC。三、光的反射1.反射現象：光從一種介質射到另一種介質的界面上再返回原介質的現象 2反射定律：反射光線跟入射光線和法線在同一平面內，且反射光線和人射光線分居法線兩側，反射角等于入射角3分類：光滑平面上的反射現象叫做鏡面反射。發生在粗糙平面上的反射現象叫做漫反射。鏡面反射和漫反射都遵循反射定律4光路可逆原理：所有幾何光學中的光現象，光路都是可逆的

5、四平面鏡的作用和成像特點 （1）作用：只改變光束的傳播方向，不改變光束的聚散性質（2）成像特點：等大正立的虛像，物和像關于鏡面對稱（3）像與物方位關系:上下不顛倒,左右要交換 光的折射、全反射一、光的折射1折射現象：光從一種介質斜射入另一種介質，傳播方向發生改變的現象2折射定律：折射光線、入射光線跟法線在同一平面內，折射光線、入射光線分居法線兩側，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比3在折射現象中光路是可逆的二、折射率1定義：光從真空射入某種介質,入射角的正弦跟折射角的正弦之比,叫做介質的折射率注意：指光從真空射入介質2公式：n=sini/sin，折射率總大于1即n13.各種色光性質比較：紅光的n

6、最小，最小，在同種介質中（除真空外）v最大，最大，從同種介質射向真空時全反射的臨界角C最大，以相同入射角在介質間發生折射時的偏折角最小（注意區分偏折角和折射角）。4兩種介質相比較，折射率較大的叫光密介質，折射率較小的叫光疏介質三、全反射1全反射現象：光照射到兩種介質界面上時，光線全部被反射回原介質的現象2全反射條件：光線從光密介質射向光疏介質，且入射角大于或等于臨界角3臨界角公式：光線從某種介質射向真空（或空氣）時的臨界角為C，則sinC=1/n=v/c四、棱鏡與光的色散1.棱鏡對光的偏折作用一般所說的棱鏡都是用光密介質制作的。入射光線經三棱鏡兩次折射后，射出方向與入射方向相比，向底邊偏折。(

7、若棱鏡的折射率比棱鏡外介質小則結論相反。)作圖時盡量利用對稱性(把棱鏡中的光線畫成與底邊平行)。由于各種色光的折射率不同，因此一束白光經三棱鏡折射后發生色散現象，在光屏上形成七色光帶（稱光譜）（紅光偏折最小，紫光偏折最大。）在同一介質中，七色光與下面幾個物理量的對應關系如表所示。光學中的一個現象一串結論色散現象nv(波動性)衍射C臨干涉間距 (粒子性)E光子光電效應紅黃紫小大大小大 (明顯)小 (不明顯)容易難小大大小小 (不明顯)大 (明顯)小大難易結論：(1)折射率n、；(2)全反射的臨界角C；(3)同一介質中的傳播速率v；(4)在平行玻璃塊的側移x(5)光的頻率,頻率大,粒子性明顯.；(

8、6)光子的能量E=h則光子的能量越大。越容易產生光電效應現象 (7)在真空中光的波長,波長大波動性顯著；(8)在相同的情況下，雙縫干涉條紋間距x越來越窄 (9)在相同的情況下，衍射現象越來越不明顯2.全反射棱鏡橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。選擇適當的入射點，可以使入射光線經過全反射棱鏡的作用在射出后偏轉90o（右圖1）或180o（右圖2）。要特別注意兩種用法中光線在哪個表面發生全反射。3.玻璃磚所謂玻璃磚一般指橫截面為矩形的棱柱。當光線從上表面入射，從下表面射出時，其特點是：射出光線和入射光線平行；各種色光在第一次入射后就發生色散；射出光線的側移和折射率、入射角、玻璃磚的厚度有關；

9、可利用玻璃磚測定玻璃的折射率。4.光導纖維全反射的一個重要應用就是用于光導纖維（簡稱光纖）。光纖有內、外兩層材料，其中內層是光密介質，外層是光疏介質。光在光纖中傳播時，每次射到內、外兩層材料的界面，都要求入射角大于臨界角，從而發生全反射。這樣使從一個端面入射的光，經過多次全反射能夠沒有損失地全部從另一個端面射出。五、各光學元件對光路的控制特征(1)光束經平面鏡反射后，其會聚（或發散）的程度將不發生改變。這正是反射定律中“反射角等于入射角”及平面鏡的反射面是“平面”所共同決定的。(2)光束射向三棱鏡，經前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是：向著底邊偏折，若光束由復色光組成，由于不同色光偏

10、折的程度不同，將發生所謂的色散現象。(3)光束射向前、后表面平行的透明玻璃磚，經前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是；傳播方向不變，只產生一個側移。(4)光束射向透鏡，經前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是：凸透鏡使光束會聚，凹透鏡使光束發散。六、各光學鏡的成像特征物點發出的發散光束照射到鏡面上并經反射或折射后，如會聚于一點，則該點即為物點經鏡面所成的實像點；如發散，則其反向延長后的會聚點即為物點經鏡面所成的虛像點。因此，判斷某光學鏡是否能成實（虛）像，關鍵看發散光束經該光學鏡的反射或折射后是否能變為會聚光束（可能仍為發散光束）。（1）平面鏡的反射不能改變物點發出的發散光束的發

11、散程度，所以只能在異側成等等大的、正立的虛像。（2）凹透鏡的折射只能使物點發出的發散光束的發散程度提高，所以只能在同側成縮小的、正立的虛像。（3）凸透鏡折射既能使物點發出的發散光束仍然發散,又能使物點發出發散光束變為聚光束,所以它既能成虛像,又能成實像。七、幾何光學中的光路問題幾何光學是借用“幾何”知識來研究光的傳播問題的，而光的傳播路線又是由光的基本傳播規律來確定。所以，對于幾何光學問題，只要能夠畫出光路圖，剩下的就只是“幾何問題”了。而幾何光學中的光路通常有如下兩類：（1）“成像光路”一般來說畫光路應依據光的傳播規律，但對成像光路來說，特別是對薄透鏡的成像光路來說，則是依據三條特殊光線來完

12、成的。這三條特殊光線通常是指：平行于主軸的光線經透鏡后必過焦點；過焦點的光線經透鏡后必平行于主軸；過光心的光線經透鏡后傳播方向不變。（2）“視場光路”即用光路來確定觀察范圍。這類光路一般要求畫出所謂的“邊緣光線”，而一般的“邊緣光線”往往又要借助于物點與像點的一一對應關系來幫助確定。 光的波動性(光的本性)一、光的干涉一、光的干涉現象兩列波在相遇的疊加區域，某些區域使得“振動”加強，出現亮條紋；某些區域使得振動減弱，出現暗條紋。振動加強和振動減弱的區域相互間隔，出現明暗相間條紋的現象。這種現象叫光的干涉現象。二、產生穩定干涉的條件：兩列波頻率相同，振動步調一致(振動方向相同)，相差恒定。兩個振

13、動情況總是相同的波源，即相干波源1.產生相干光源的方法（必須保證相同）。利用激光 (因為激光發出的是單色性極好的光)；分光法(一分為二)：將一束光分為兩束頻率和振動情況完全相同的光。(這樣兩束光都來源于同一個光源,頻率必然相等)dSS /acb下面4個圖分別是利用雙縫、利用楔形薄膜、利用空氣膜、利用平面鏡形成相干光源的示意圖點(或縫)光源分割法：楊氏雙縫(雙孔)干涉實驗；利用反射得到相干光源：薄膜干涉利用折射得到相干光源：SS1S2結論：由同一光源發出的光經兩狹縫后形成兩列光波疊加產生當這兩列光波到達某點的路程差為波長的整數倍時，即=k，該處的光互相加強，出現亮條紋；當到達某點的路程差為半波長

14、奇數倍時，既=，該點光互相消弱，出現暗條紋；條紋間距與單色光波長成正比 ()，所以用單色光作雙縫干涉實驗時，屏的中央是亮紋，兩邊對稱地排列明暗相同且間距相等的條紋用白光作雙縫干涉實驗時，屏的中央是白色亮紋，兩邊對稱地排列彩色條紋，離中央白色亮紋最近的是紫色亮紋。 原因：不同色光產生的條紋間距不同，出現各色條紋交錯現象。所以出現彩色條紋。將其中一條縫遮住：將出現明暗相間的亮度不同且不等距的衍射條紋3薄膜干涉現象：光照到薄膜上，由薄膜前、后表面反射的兩列光波疊加而成劈形薄膜干涉可產生平行相間條紋，兩列反射波的路程差,等于薄膜厚度d的兩倍，即=2d。 由于膜上各處厚度不同，故各處兩列反射波的路程差不

15、等。 若：=2d=n(n=1,2)則出現明紋。 =2d=(2n-1)/2(n=1,2)則出現暗紋。 應注意：干涉條紋出現在被照射面(即前表面)。后表面是光的折射所造成的色散現象。單色光明暗相間條紋，彩色光出現彩色條紋。薄膜干涉應用：肥皂膜干涉、兩片玻璃間的空氣膜干涉、浮在水面上的油膜干涉、牛頓環、蝴蝶翅膀的顏色等。光照到薄膜上，由膜的前后表面反射的兩列光疊加。看到膜上出現明暗相間的條紋。(1)透鏡增透膜(氟化鎂)：透鏡增透膜的厚度應是透射光在薄膜中波長的14倍。使薄膜前后兩面的反射光的光程差為半個波長，(T=2d=，得d=)，故反射光疊加后減弱。大大減少了光的反射損失，增強了透射光的強度，這種

16、薄膜叫增透膜。光譜中央部分的綠光對人的視覺最敏感，通過時完全抵消，邊緣的紅、紫光沒有顯著削弱。所有增透膜的光學鏡頭呈現淡紫色。從能量的角度分析E入=E反+E透+E吸。 在介質膜吸收能量不變的前提下，若E反=0，則E透最大。增強透射光的強度。 (2)“用干涉法檢查平面”：如圖所示，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢測平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的。 如果某處凸起來，則對應明紋(或暗紋)提前出現，如圖甲所示；如果某處凹下，則對應條紋延后出現，如圖乙所示。 (注：“提前”與“延后”不是指在時間上，而是指由左向右的順序位置上。 )注意：由于發光物質的特殊性，任何獨立的兩列

17、光疊加均不能產生干涉現象。只有采用特殊方法從同一光源分離出的兩列光疊加才能產生干涉現象。4光的波長、波速和頻率的關系vf。光在不同介質中傳播時，其頻率f不變，其波長與光在介質中的波速v成正比色光的顏色由頻率決定，頻率不變則色光的顏色也不變。二、光的衍射。1.光的衍射現象是光離開直線路徑而繞到障礙物陰影里的現象 單縫衍射：中央明而亮的條紋，兩側對稱排列強度減弱，間距變窄的條紋。 圓孔衍射：明暗相間不等距的圓環，（與牛頓環有區別的）2.泊松亮斑：當光照到不透光的極小圓板上時，在圓板的陰影中心出現的亮斑。當形成泊松亮斑時，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環。3.各種不同形狀

18、的障礙物都能使光發生衍射。至使輪廓模糊不清，4.產生明顯衍射的條件：障礙物(或孔)的尺寸可以跟波長相比，甚至比波長還小。(當障礙物或孔的尺寸小于0.5mm時，有明顯衍射現象)d300 當d=0.1mm=1300時看到的衍射現象就很明顯了。小結：光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結果，但存在明顯的區別：單色光的衍射條紋與干涉條紋都是明暗相間分布，但衍射條紋中間亮紋最寬，兩側條紋逐漸變窄變暗，干涉條紋則是等間距，明暗亮度相同。 白光的衍射條紋與干涉條紋都是彩色的。意義：干涉和衍射現象是波的特征：證明光具有波動性。大，干涉和衍射現明顯，越容易觀察到現象。衍射現象表明光沿直線傳播只是近似規律，當光波

19、長比障礙物小得多和情況下(條件)光才可以看作直線傳播。(反之)在發生明顯衍射的條件下，當窄縫變窄時，亮斑的范圍變大，條紋間距離變大，而亮度變暗。光振動垂直于紙面光振動在紙面光的直進是幾何光學的基礎，光的衍射現象并沒有完全否認光的直進，而是指出光的傳播規律受一定條件制約的，任何物理規律都受一定條件限制。(光學顯微鏡能放大2000倍，無法再放大，再放大衍射現象明顯了。)(以下新教材適用)三.光的偏振橫波只沿某個特定方向振動，這種現象叫做波的偏振。只有橫波才有偏振現象。根據波是否具有偏振現象來判斷波是否橫波，實驗表明，光具有偏振現象，說明光波是橫波。（1）自然光。太陽、電燈等普通光源直接發出的光，包

20、含垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿各個方向振動的光波的強度都相同，這種光叫自然光。自然光通過偏振片后成形偏振光。（2）偏振光。自然光通過偏振片后，在垂直于傳播方向的平面上，只沿一個特定的方向振動，叫偏振光。自然光射到兩種介質的界面上，如果光的入射方向合適，使反射和折射光之間的夾角恰好是90，這時，反射光和折射光就都是偏振光，且它們的偏振方向互相垂直。我們通常看到的絕大多數光都是偏振光。除了直接從光源發出的光外。偏振片(起偏器)由特定的材料制成，它上面有一個特殊方向(透振方向)只有振動方向和透振方向平行的光波才能通過偏振片。（3）只有橫波才有偏振現象。光的偏振也證明了光是一種波，而且是

21、橫波。各種電磁波中電場E的方向、磁場B的方向和電磁波的傳播方向之間，兩兩互相垂直。（4）光波的感光作用和生理作用主要是由電場強度E引起的，因此將E的振動稱為光振動。（5）應用：立體電影、照相機的鏡頭、消除車燈的眩光等。四、麥克斯韋光的電磁說 1、光的干涉與衍射充分地表明光是一種波，光的偏振現象又進一步表明光是橫波。提出光電磁說的背景：麥克斯韋對電磁理論的研究預言了電磁波的存在，并得到電磁波傳播速度的理論值3.11108m/s，這和當時測出的光速3.15108m/s非常接近，在此基礎上麥克斯韋提出了光在本質上是一種電磁波這就是所謂的光的電磁說。光電磁說的依據：赫茲在電磁說提出20多年后，用實驗證

22、實了電磁波的存在，測得電磁波的傳播速度確實等于光速，并測出其波長與頻率，并且證明了電磁波也能產生反射、折射、衍射、干涉、偏振等現象。用實驗證實了光的電磁說的正確性。光電磁說的意義：揭示了光的電磁本性，光是一定頻率范圍內的電磁波；把光現象和電磁學統一起來，說明光與電和磁存在聯系。說明了光能在真空中傳播的原因：電磁場本身就是物質，不需要別的介質來傳遞。電磁波譜：按波長由大到小的順序排列為：無線電波、紅外線、可見光(七色)、紫外線、X射級、射線，除可見光外，相鄰波段間都有重疊。各種電磁波產生的基理、性質差別、用途。電磁波種類無線電波紅外線可見光紫外線倫琴射線射線頻率(Hz)1043101210123

23、.910143.910147.510147.5101451016310163102031019以上真空中波長(m)3101410431047.71077.710741074107610910810121011以下組成頻率波波長：大小 波動性：明顯不明顯 頻率：小大 粒子性：不明顯明顯觀察方法無線電技術利用熱效應 激發熒光 利用貫穿本領照相底片感光（化學效應）核技術各種電磁波的產生機理LC電路中自由電子的的振蕩原子的外層電子受到激發原子的內層電子受到激發原子核受到激發特性波動性強熱效應引起視覺化學作用、熒光效應、殺菌貫穿作用強貫穿本領最強用途通訊，廣播，導航加熱烘干、遙測遙感，醫療，導向等照明，照相，加熱日光燈，黑光燈手術室殺菌消毒，治療皮膚病等檢查探測，透視，治療等探測，治療等從無線電波到射線，都是本質上相同的電磁波，它們的