选修3-4《光》基础知识归纳

第十二章　光 第 1 课时　光的折射、全反射 基础知识归纳 1.光的直线传播 在　同一均匀介质　中光沿直线传播.当光从一种介质进入另一种介质时，传播方向改变.当障碍物或孔的尺寸和波长相等或者比波长小时，将发生明显的　衍射　现象，光线将偏离原来的方向. 2.光的反射、平面镜成像 (1)光的反射定律.光从一种介质射到另一种介质的分界面时发生反射，反射光线、入射光线和法线处在　同一　平面内，反射光线、入射光线分居法线的　两侧　，反射角　等于　入射角. (2)平面镜成像的特点：　正立等大　的虚像，物与像关于镜面　对称　. (3)在反射现象中，光路是　可逆　的，常用到这一特点及边缘光线作图来确定视场的范围. 3.光的折射 (1)折射定律 折射光线、入射光线、法线处于　同一　平面内，折射光线与入射光线分别位于法线　两侧　，入射角的正弦与折射角的正弦的比值是　定值　(注意两角三线的含义). (2)折射率 ①折射率定义： 光从　真空或空气　中射入介质中发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的　折射率　.折射率是反映介质折射光的本领大小的一个物理量. ②折射率的定义 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式： n＝ 　(其中θ1为真空或空气中的角度). ③折射率的其他各种计算表达形s式： n＝ ＝ ＝ (其中c、λ为光在真空或空气中的光速、波长；v、λ′为介质中的光速、波长；C为光发生全反射时的临界角). ④折射率大小的决定因素：　介质　、　光源　(主要是频率)，注意：介质的折射率n>1. (3)折射光路是　可逆　的. 4.光的全反射 (1)光疏介质和光密介质：两种介质比较，折射率小的介质叫　光疏　介质，折射率大的介质叫　光密　介质；“光疏”和“光密”具有　相对性　. (2)全反射现象：光从　光密　介质入射到　光疏　介质的分界面上时，当入射角增大到一定程度时，光全部反射回　光密　介质，这一现象叫　全反射　现象. (3)临界角：折射角等于　90°　时对应的入射角叫做　临界角　，用C表示，C＝ . (4)发生全反射的条件：①光从　光密　介质入射到　光疏　介质；②入射角　大于等于　临界角. (5)光导纤维：实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，在　内芯　和　外套　的界面上发生全反射.其中　内芯　是光密介质，　外套　是光疏介质，它对光具有　传导作用　. 5.光的色散 (1)三棱镜：横截面为三角形的三棱柱透明体称三棱镜. 三棱镜对光线的作用： ①光密三棱镜：当光线从一侧面射入，从另一侧面射出时，光线两次均向　底面　偏折.物体经棱镜成像向　顶角　偏移. ②光疏三棱镜：当光线从一侧面射入，从另一侧面射出时，光线两次均向　顶角　偏折. ③全反射棱镜(等腰直角棱镜)：当光线从一直角边垂直射入时，在　斜边　发生全反射，从另一直角边垂直射出.当光线垂直于斜边射入时，在　两直角边　都发生全反射后又垂直于斜边射出. 三棱镜成像： 当物体发出的光线从三棱镜的一侧面射入，从另一侧面射出时，逆着出射光线可以看到物体的　虚像　. (2)光的色散： ①白光通过三棱镜后，出射光束变为　红　、橙、　黄　、绿、蓝、靛、　紫　七色光束.含有多种颜色的光被分解成单色光的现象叫做光的　色散　.各种色光按其波长的有序排列叫做　光谱　. ②各种色光性质比较：可见光中　红光　的折射率n最　小　，频率υ最　小　，在同种介质中(除真空外)传播速度v最　大　，波长λ最　大　，从同种介质射向真空时发生全反射的临界角C最　大　，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小(注意区分偏折角和折射角). 第 2 课时　 光的干涉、衍射　 激光 基础知识归纳 1.光的干涉现象 (1)光的干涉 两列光波在空间相遇时发生　叠加　，在某些区域总加强，在另一区域总　减弱　，从而出现　明暗相间　的条纹的现象叫光的干涉. (2)干涉的条件 相干光源：　频率　相同、　相差　恒定(步调差恒定)的两束光.相干光源采用将一束光一分为二的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 获得，或者采用人造激光. (3)杨氏双缝干涉 ①相干条件：如图 若S1、S2光振动情况完全相同，则符合δ＝r2－r1＝ x＝nλ(n＝0,1,2,3…)时，出现　亮条纹　； 若S1、S2光振动情况完全相同，则符合δ＝r2－r1＝ x＝(2n＋1) (n＝0,1,2,3…)时，出现暗条纹.(注意：振动情况完全相反的加强减弱条件) 其中　d　是两狭缝之间的距离，　L　是两狭缝到屏的距离，λ是光波的波长. ②相邻亮条纹(或相邻暗条纹)之间的中央间距： Δx ＝ λ ③双缝干涉图样 单色光：中央为　明条纹　，两边为等间距对称分布　明暗相间条纹　； 复合光：中央为　明条纹　，两边为等间距对称分布　彩色条纹　. 白光：中央为白色明条纹. (4)薄膜干涉 ①薄膜干涉的成因：由薄膜的前、后表面反射的两列光波叠加而形成. ②生活实例及应用：a.液膜干涉：劈形薄膜干涉可产生　平行明暗相间　的条纹. b.固膜干涉：增透膜. 膜的厚度： . 增反膜： . c.气膜干涉：检查平整程度. 待检平面和标准平面之间的楔形空气薄膜，用单色光进行照射，入射光从　空气膜　的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹，待检平面若是平的，空气膜厚度相同的各点就位于一条直线上，干涉条纹是　平行　的；反之，干涉条纹有　弯曲　现象. 2.光的衍射现象 (1)光的衍射 光遇到障碍物时，　偏离直线传播方向而照射到阴影区域　的现象叫做光的衍射. (2)明显衍射的条件 从理论上讲衍射是无条件的，但需发生明显的衍射现象的条件：当孔或障碍物的尺寸比光波的波长　小　，或者跟光波的波长　相差不多　时，光才发生明显的衍射现象. (3)衍射图样 ①单缝衍射： 单色光：中央是最宽的亮条纹，两侧为　不等　间隔的　明暗相间　的条纹； 复合光：中央是最宽的亮条纹，两侧为　不等　间隔的　彩色　条纹，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光. 注意：与双缝干涉的干涉条纹不同的是：干涉条纹　均匀分布　，而衍射条纹的中央明纹　较宽　、　较亮　. ②圆孔衍射： 明暗相间的不等距圆环. (4)泊松亮斑 光照射到一个半径很小的圆板后在圆板的阴影中心出现　亮斑　，这是光能发生　衍射　的有力证据之一.注意泊松亮斑与圆孔衍射条纹的区别：图甲是　泊松亮斑　，图乙是　圆孔衍射　条纹. (5)光的衍射的应用 用衍射光栅测定光波波长. 3.光的偏振 (1)自然光、偏振光 自然光：从光源(如太阳、亮着的灯等)直接发出的光，包含着在垂直于传播方向的一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同. 偏振光：①自然光通过偏振片后，在跟光传播方向垂直的平面内，光振动在某一方向较强而在另一些方向振动较弱，这样的光叫偏振光.②自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰好是　90°　，这时的　反射光　和　折射光　就都是偏振光，且它们的偏振方向　互相垂直　.我们通常看到的绝大多数光都是偏振光. (2)光的偏振的物理意义 光的偏振现象充分表明光波是　横波　.因为偏振现象是横波所特有的现象. (3)偏振光的应用 全息照相、立体电影等. 4.激光 (1)激光的特点 主要特点有：　相干性好　；　平行度好　；　亮度很高　. ①激光是一种人工相干光，两束相同的激光在相遇区域叠加时，产生非常明显的　干涉现象　； ②激光具有非常好的　平行度　，激光在传播很远的距离后仍然保持一定的强度； ③激光具有很强的亮度，激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量. (2)激光的重要应用 应用：　通信　、　测距　、　光盘读取　、　切割　等. ①由于激光是相干光，便于调制，常用来　传递信息　，　光纤通信　就是激光和光导纤维相结合的产物； ②激光测距雷达、激光刻录光盘等都是根据激光的　平行度　好的原理制成的； ③利用激光在很短的时间内集中很大的　能量　的性质，用激光来切割各种物体、焊接金属及在硬质材料上打孔、医学上用激光做“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤、“焊接”剥落的视网膜等，利用激光产生的高温高压引起核聚变. 第 3 课时　波粒二象性 基础知识归纳 1.光的本性学说的发展史 (1)牛顿的微粒说：认为光是　高速粒子流　，它能解释光的直进、光的反射现象，不能解释光的干涉、衍射现象. (2)惠更斯的波动说：认为光是某种　振动　，以波的形式向四周传播，它能解释光的干涉、衍射现象，不能解释光电效应、光的直进. (3)麦克斯韦的电磁说：认为光是　电磁波　，实验依据是　电火花实验　，证明了光与电磁波在真空中传播　速度相等　，且都为　横波　，能够解释光在真空中的传播、光的干涉、衍射，不能解释光电效应. (4)爱因斯坦的光子说：认为光的传播是一份一份的，每一份叫做光子，其能量与频率成正比，即　E＝hυ　，能够解释光电效应、光的直进、光的反射，不能解释光的干涉、衍射. (5)德布罗意的波粒二象性：认为光既有　粒子性　，又有　波动性　，个别光子表现　粒子性　，大量光子表现　波动性　；光子频率大的　粒子性　明显，频率小的　波动性　明显.能够解释所有光现象. 2.光的电磁说 (1)内容：光的本质是电磁波. (2)意义：光的电磁说说明了光的电磁本质，使人们认识到光波与机械波的本质不同，把光学和电磁学统一起来. (3)依据：光和电磁波的传播都不需要介质；光和电磁波在真空中的传播速度相同，即 c＝3×108 m/s. 3.光电效应 (1)现象：在光的照射下，物体　发射电子　的现象，叫做光电效应. (2)光电效应的规律：①任何一种金属都有发生光电效应的　极限频率　，入射光的频率必须　大于　这个频率才能产生光电效应；②光电子的最大初动能　与入射光的强度　无关，　随入射光的频率增大　而增大；③光电效应的产生　几乎是瞬时的　，一般不超过10－9 s；④当入射光的频率　大于金属极限频率时　，光电流强度　与入射光的强度成正比　. (3)光子说：在空间传播的光不是　连续的　，而是一份一份的，每一份称为　一个光子　，光子的能量　与其频率成正比　，即　E＝hν　. (4)光电效应方程：①逸出功：使电子脱离某种金属所做功的　最小值　，即　W＝hυ0　；②光电效应方程：　Ek＝ hυ－W　. 4.康普顿效应 (1)康普顿效应：即当γ射线或X射线打在物质上，与物质中原子的核外电子发生　相互作用　，作用后产生　散射光子　和　反冲电子　的效应；其作用过程为：当入射X (γ)光子和原子内一个轨道电子发生相互作用时，光子　损失　一部分能量，并　改变　运动方向(　散射光子　)，电子　获得　能量而脱离原子(　反冲电子　)，此种作用过程称为康普顿效应.其结果是：产生了　次级电子　，反冲电子继而将发生电子与物质的相互作用. (2)意义：康普顿效应是验证光的　波粒二象性　的重要物理实验之一.爱因斯坦光子理论圆满解释了光电效应的实验规律，而康普顿对康普顿效应进行了成功的解释，使　光量子说　得到了实验的证明，更有力地证明了爱因斯坦光子理论的正确性. (3)康普顿效应的解释：经典解释(电磁波的解释)：单色电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起　受迫振动　，向各方向辐射同频率的电磁波.经典理论解释频率不变的一般散射可以，但对康普顿效应　不能　做出合理解释；光子理论的解释：①光子不仅有能量　hυ　，而且有动量　h/λ　；②模型：X射线光子与静止的自由电子发生　弹性碰撞　；③在碰撞过程中　能量、动量守恒　. (4)康普顿效应进一步证实了光的　粒子性　. 5.概率波 在双缝干涉图样中，不能肯定某个光子落在哪一点，即光子落在各点的概率是不一样的.但光子落在明纹处的概率大，落在暗纹处的概率　小　.光子在空间出现的概率可以通过　波动　规律确定，所以光波是一种　概率波　. 6.光的波粒二象性 (1)光既具有　波动性　，又有　粒子性　；大量光子产生的效果显示出　波动性　，个别光子产生的效果显示出　粒子性　. (2)光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量.与其他物质相互作用时，　粒子性　起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的多少(概率)，由　波动性　起主导作用. (3)对不同频率的光，频率低、波长长的光，　波动性　特征显著；而频率高、波长短的光，　粒子性　特征显著. 7.不确定关系式 ，其中Δx表示　粒子位置　的不确定量，Δp表示　粒子在x方向上的动量　的不确定量. 不确定关系式表明： (1)微观粒子的坐标测得愈准确(Δx→0)，动量就愈不准确(Δp→∞)； (2)微观粒子的动量测得愈准确(Δp→0)，坐标就愈不准确(Δx→∞). 但这里要注意，不确定关系不是说微观粒子的坐标测不准；也不是说微观粒子的动量测不准；更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准；而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准. 第 4 课时　实验：1.用双缝干涉测量光的波长 2.测定玻璃的折射率 基础知识归纳 一、用双缝干涉测量光的波长 1.实验目的 (1)了解光波产生稳定的　干涉现象　的条件； (2)观察白光及单色光的　双缝干涉　图样； (3)测单色光的波长. 2.实验原理 (1)如果双缝光源的相位相同，双缝到屏上任意一点P的路程差　Δx＝nλ　时，P点　加强　，出现　亮　条纹； 时，P点　减弱　，出现暗条纹.所以如果用单色光，光屏上将出现　明暗相间　的条纹，如果用白光，光屏上将出现　彩色　条纹. (2)光通过双缝干涉仪上的　单缝　和　双缝　后，得到振动情况完全相同的光，它们在双缝后面空间互相叠加，发生　干涉　现象. (3)由公式 可以计算出光波的波长，其中双缝间距d是已知的，双缝到屏的距离L可以用　米尺　测出，条纹间距Δx可以用　测量头　测出. 3.实验器材 光具座、　单缝片　、　双缝片　、滤光片(红、绿色滤光片各一片)、遮光筒、光源、　测量头　(目镜、游标尺、分划板、滑块、手轮)、米尺. 4.实验装置 如图所示： 5.实验步骤 (1)按照上图所示的装置安装好仪器，调整光源的位置，使光源发出的光能　平行　地进入遮光筒并照亮光屏. (2)放置单缝和双缝，使缝　相互平行　，调整各部件的间距，观察白光的　双缝干涉　图样. (3)在光源和　单缝　间放置滤光片，使单一颜色的光通过后观察单色光的双缝干涉图样. (4)用米尺测出双缝到屏的距离L，用测量头测出相邻的n条亮(暗)纹间的距离a；并利用公式 计算出Δx. (5)利用表达式 ，求单色光的波长. (6)换用不同颜色的滤光片重复(3)(4)(5)步骤，观察干涉图样的异同，并求出相应的波长. 6.注意事项 (1)单缝、双缝应　相互平行　，其中心大致位于遮光筒的轴线上，双缝到单缝的距离应相等； (2)测双缝到屏的距离L可以用米尺　多次　测量取平均值； (3)测条纹间距Δx时，用测量头测出相邻　n　条亮(暗)纹之间的距离a，再求出相邻的　两条　亮(暗)纹之间的距离 . 7.误差分析 (1)误差来源 本实验误差的主要来源：①　米尺　和　测量头　出现的读数误差对实验结果的影响很大；②单缝、双缝没有严格相互平行，其中心没有位于遮光筒的轴线上；③单缝到双缝的　距离　没有严格相等. (2)减小误差的方法 ①米尺测量单缝到双缝的距离时多次测量取平均值，测量n条亮纹间距时多测几条亮纹之间的间距和，多次测量取平均值； ②尽量把单缝、双缝调平行，调节单缝到双缝的距离相等，其中心大致位于遮光筒的中心. 二、测定玻璃的折射率 1.实验目的 测定玻璃的折射率. 2.实验原理 如图所示，当光线AO以一定的入射角穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而求出折射光线OO′ 和折射角γ，再根据n＝ 算出玻璃的折射率. 3.实验器材 一块两面平行的　玻璃砖　，白纸，木板，大头针，　量角器　(或圆规、三角板)，　刻度尺　. 4.实验装置 如上图所示. 5.实验步骤 (1)把白纸铺在木板上. (2)在白纸上画一直线aa′作为界面，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为　入射光线　. (3)把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其　长边　与aa′重合，再用直尺画出玻璃的另一边bb′. (4)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2. (5)从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P1的像被P2的像挡住.再在bb′一侧插上大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P1、P2的像及　P3　. (6)移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线O′B交bb′于O′；连接O、O′，OO′就是玻璃砖内折射光线的方向；∠AON为　入射角　，∠O′ON′为　折射角　. (7)用量角器量出入射角和折射角的度数，查出它们的正弦值，并把这些数据 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 下来. (8)用上述方法分别求出入射角是15°、30°、45°、60°和75°时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，记录下来. (9)算出不同入射角时 的值，比较一下，看它们是否接近一个常数.求出几次实验测得的 的平均值，这就是这块玻璃的　折射率　. 6.注意事项 (1)轻拿轻放玻璃砖，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面.严禁把玻璃砖当直尺用. (2)实验过程中，玻璃砖在纸面上的位置不可移动. (3)插针P1与P2、P3与P4的间距要适当地大些，以减小确定光路方向时出现的误差. (4)实验时入射角不能太小(接近零度)，否则会使测量误差加大；也不能太大(接近90°)，否则会不易观察到P1、P2的像. (5)本实验中如果采用的不是两面平行玻璃砖，如采用三棱镜，半圆形玻璃砖等，只是出射光和入射光不平行，但一样能测出折射率. 7.误差分析 (1)误差来源： 本实验误差的主要来源是测量光在玻璃中的　折射角γ　的误差； (2)减小误差的方法 ①选用宽度ab较大的玻璃砖，宜在5 cm以上； ②入射角应在15°～75°范围内取值； ③在纸上画aa′、bb′两条线时，应尽量准确地与玻璃砖的两个平行的折射面重合，这样，两交点O、O′才能与光线的实际入射点较好地相符，否则将使画出的玻璃中的光路与实际情况严重偏离. PAGE 12 / 12 _1339835088.unknown _1339847280.unknown _1339847486.unknown _1339847594.unknown _1339847734.unknown _1339847753.unknown _1339847645.unknown _1339847537.unknown _1339847347.unknown _1339835248.unknown _1339845328.unknown _1339835216.unknown _1339832389.unknown _1339835044.unknown _1339835059.unknown _1339832446.unknown _1339832318.unknown _1339832361.unknown _1339832270.unknown