光的波动性

光的波动性 光的波动性 学习目标 1(知道什么是光的干涉和衍射现象，以及发生干涉和衍射的条件;知道光的干涉和衍射现象都 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 明光是一种波;知道光的干涉现象中明、暗条纹出现的位置及条纹宽度与波长的关系; 2(知道光的电磁说内容以及电磁波谱;知道红外线、紫外线、x射线、射线的特点及应用; 3(了解光的偏振现象，知道只有横波才有偏振现象，知道偏振光与自然光的区别，知道日常见到的光多为偏振光，了解偏振光的一些应用: 4(知道激光和自然光的区别以及激光的应用。 知识要点 (一)光本性学说的发展简史 1(光本性学说的发展史上的五个学说 (1)牛顿的微粒说:认为光是高速粒子流，它能解释光的直进现象、光的反射现象。 (2)惠更斯的波动说:认为光是某种振动，以波的形式向周围传播，它能解释光的干涉和衍射现象。 (3)麦克斯韦的电磁说:认为光是电磁波，实验依据是赫兹实验证明了光与电磁波在真空中传播速度相等且均为横波。 (二)光的干涉 1(光的干涉现象 在两列光波的叠加区域，某些区域相互加强(出现亮纹;某些区域相互减弱，出现暗纹。且加强和减弱的区域相间，即亮纹和暗纹相间的现象。 光的干涉现象表明光是一种波。 2(干涉条件 两列光的频率相同，振动步调相差恒定。 能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源。相干光源可用同一束光分成两列而获得。 3(双缝干涉 如图所示，平行光照射到单缝屏上后，又照射到双缝屏上，这样，一束光就被分成两束 频率和振动情况完全一致的相干光;这两束光在像屏上相遇后，在像屏上形成相互平行的明暗相间的条纹。当入射光为白光时得到彩色条纹，当入射光为单色光时，在像屏上得到单色条纹。 (1)双缝干涉图样特点: 单色光干涉图样的中央为亮条纹，往两边是明暗相间且间距相等的条纹。 白光干涉图样的中央亮纹为白色，中央白光边缘呈红色，在两侧依次出现彩色条纹，紫光最靠近中央。红光最远。 (2)明、暗条纹的位置 当(k=0，1，2，3，„)时，在P处出现明条纹。 当 (k=0，1，2，3，„)时，在P处出现暗条纹。 (3)条纹间距与光波长的关系 屏上明条纹、暗条纹之间的距离总是相等的。其距离大小与双缝之间距离d、双缝到屏的距离L及光的波长有关，即: 在L和d不变的情况下，和波长成正比，应用上式可测光的波长。 用同一实验装置做干涉实验，红光干涉条纹的间距最大，紫光的干涉条纹间距最小，则可知，，红光的频率小于紫光的频率。 4(薄膜干涉 (1)现象:当光线照射到薄膜上时，可以看到在薄膜上出现明暗相间的条纹。当入射光是白光时，得到彩色条纹，当入射光为单色光时，得到单色条纹。 (2)参与薄膜干涉的两列光是分别从薄膜的前表面和后表面反射出来的两列光。 (3)应用:检查工件表面是否为平面、透镜表面上的增透膜。 (三)光的衍射 1(光的衍射现象 光在遇到障碍物时，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(光发生明显衍射现象的条件 当孔和障碍物的尺寸比光波波长小，或者跟波长差不多时，光才能发生明显的衍射现象。 3(衍射图样 单缝衍射:中央为亮条纹，向两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同。白光衍 (1) 射时，中央仍为白光，最靠近中央的色光是紫光，最远离中央的是红光。 (2)圆孔衍射:明暗相间的不等间距圆环。 (3)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的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一。 4(光的衍射现象的意义 (1)干涉和衍射是波的特性。光的干涉和衍射现象证明了光具有波动性，波长越大，干涉和衍射现象都越明显，也越容易观察到干涉和衍射现象。 (2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是近似规律，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看作是沿直线传播的。 (四)光的电磁说 1(麦克斯韦在研究电磁场理论时预见了电磁波的存在 并且从理论上得出了电磁波的传播速度跟实际测得的光速相同，在此基础上，麦克斯韦提出了光的电磁说:光是一种电磁波。 2(赫兹在光的电磁说提出二十多年后，用实验证实了电磁波的存在 测得电磁波的传播速度确实等于光速，并且证明了电磁波也能产生反射、折射、干涉、衍射、偏振等现象。这就从实验上证实了光是一种电磁波。 3(光的电磁说的重要意义是确定了光的电磁本质 1414 可见光是一定频率范围内(3.9×10Hz,7.5×10Hz)的电磁波，而把光学和电磁学统一起来，同时也说明了光可在真空中传播的原因:电磁场本身就是物质，不需要别的介质来传递。 4(电磁波谱 电磁波按波长由大到小依次排列起来(无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、 射线)，构成了频率范围非常广阔的电磁波谱;按此顺序排列它们时，频率是由低到高，波长是由长到短。 各种电磁波产生机理、性质差别、用途，如下表所示。 射线 波谱 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 振荡电路 产生 原子内层 原子核 中自由电 原子外层电子受激发 机理 电子受激发 受激发 子运动 化学作用 波动 引起 贯穿作 贯穿本领最特性 热效应 、荧光效应、性强 视觉 用强 强 杀菌 感光技术、照明、 检查探测、 工业探伤、医应用 无线电技术 加热、遥感 医用 摄影 医用透视 用治疗 消毒 (五)光的偏振 1(只有横波才能发生偏振现象，光的偏振现象表明光是一种横波。 2(自然光与偏振光的区别 除了直接从光源发出的光外，日常生活中遇到的光大都是偏振光。 (1)自然光 在任意一个垂直于光传播方向振动的光波的强度都相同。 (2)偏振光 在垂直于光波传播方向的平面内，只沿某一个特定方向上振动的光。 3(光的偏振的应用 立体电影、照相机镜头、消除车灯眩光等。 (六)激光 1(激光与自然光比较，具有以下几个重要特点 (1)普通光源发出的是混合光，激光的频率单一，因此激光相干性非常好，颜色特别纯。 (2)激光束的平行度和方向性非常好。 (3)激光的强度特别大，亮度很高。 2(激光的重要应用 激光的应用非常多，发展前景非常广阔，目前的重要应用有:光纤通信、精确测距、目 标跟踪、激光光盘、激光致热切割、激光核聚变等等。 典型例题 1、光的干涉现象产生条件是什么,两盏普通的白炽电灯或日光灯射出的光能否产生干涉现象, 解析:两盏普通的白炽电灯或日光灯射出的光不能产生干涉现象。发生光的干涉现象的条件是:两个相干光源发射出的两列相干光在空间相遇，而相干光源必须满足的条件是:?频率相同;?振动步调固定(即二者的相位差恒定)，杨氏双缝干涉实验中的“双缝”就是两个相干光源，各种干涉现象中获得相干光源的方法多为“一分为二”法，例如薄膜干涉等。 2、光的干涉、衍射、色散现象的区别是什么, 解析:干涉、衍射、色散者是光的波动性的特征，它们产生的原因和现象的特点不同。 3、某种黄光在真空中的波长是6000，它的频率多大,当它从某种介质射向真空时，发生全反射的临界角是30?，则此黄光在该介质的频率，光速和波长各多大, 解析:光的干涉现象雄辩地证明了光具有波动性，波的公式对光波也适用，即波长和频的关系为:c=υ(真空中);v=λυ(介质中)。介质对光的折射率随光的频率不同而变化(色散现象可知)，光的颜色由它的频率决定，并且光在不同介质中传播时，其频率不变，波长和光速随介质不同而变化。 在真空中，光速c=3.00× m/s， 由c=υ可知， 该黄光的频为:υ== HZ=5.00×Hz 根据临界角公式sinC=,可求得该介质的折射率为 则它在介质中的光速和波长分别为: m/s =1.5m/s λ= m=3.0m, 即 4、红光和紫光以相同的入射角由空气射到相同的玻璃砖上，穿透后，红光与紫光相比较[ ] (A) 红光的侧移较大 (B)紫光的侧移较大 (B) 两种光的侧移一样大 (D)在玻璃中红光的速度大 解析:正确选项为B、D。这是一道综合性较强的光学题，首先应联想到白光通过三棱镜发生色散现象，经三棱镜后所形成的彩色“光带”，它表明同种介质(玻璃)对不同频率的光折射率不同，对紫光的折射率最大，红光的最小，由单色光通过平行玻璃砖发生侧移的光路图可类此推理得到紫光的侧移比红光大(因为紫光n大，而,在玻璃中折射角小)。再根据折射率的决定公式 ，所以n大的光速v小，可见红光的速度比紫光较大。