第十一單元 光的性質
一、知識結構
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髮展不斷深化的。
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徵，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徵區別。
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爲技術應用是一個創新過程，增強理論聯繫實際的自覺性。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?射線的特徵及其主要應用。
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爲粒子性。
三、知識內容
（一）人類對光的本性的認識歷程：課堂介紹（此處略）。
（二）光的干涉和衍射 1、雙縫干涉：由英國物理學家托馬斯.楊首次在實驗室完成。干涉條件：兩束光頻率相同或振動情況一致。 相干光源的獲得：光從第一狹縫S到達同距離對稱的雙狹縫S1、S2，通過這兩個狹縫的光由於來自同一束光，因此從S1、S2射出的光具有相同的振動情況，即爲兩個相干光源。
理論推導：
S1、S2 到光屏上P處的路程差：? = r2—r1
（1）
由於L>>d,L>>x 有：r2?r1?(r2?r1)(r2?r1)?2L?
（2）
2
2
dd
r22?r12?L2?(x?)2?[L2?(x?)2]?2dx
22
=> ??
（3）
d
xP處振動加強即出現亮條紋的條件是：? = n? L
2n?1
P處振動減弱即出現暗條紋的條件是：? = ?
2
L
相鄰明條件間的距離：?x??
d
討論：
(1) 在相同的實驗裝置條件下，相鄰的明（或暗）條紋中央之間距離與波長成正比。
(2) 在波長相同的條件下，相鄰條紋間的距離與兩孔的距離成反比，與狹縫與光屏之間
的距離成正比。
(3) 當用白光做雙縫干涉實驗時，除中央條紋爲白光外，其餘爲彩色條紋。 2、薄膜干涉：
（1）皁膜干涉實驗：
操作：（1）酒精燈焰上放少許食鹽，使燈焰發出黃光
（2）將鋼絲圈浸沒在肥皂液中，提出後在鋼絲圈內形成肥皂膜
（3）將肥皂膜直立，放置在酒精燈一側
（4）眼睛與燈焰在同一側，迎着肥皂膜的反射光線方向觀察肥皂膜，即要看到肥皂膜上呈現水平狀的明、暗相間的條紋。這種條紋，即爲皁膜干涉圖樣。
將肥皂膜放在陽光下，迎着肥皂膜反射光方向觀察肥皂膜，可觀察到彩色干涉條紋。
原理：直立的肥皂膜，由於重力作用，形成上薄下厚的“尖劈”，當光從空氣射到第一表面時，一部分被反射，另一部分進入肥皂膜到在另一側表面又被反射，前表面的反射光與後表面的反射光由於來自於同一束入射光，故是相干光源。當它們在第一表面處相遇時產生干涉，形成進一步條紋：當薄膜的厚度恰好使得兩列反射光經過的光程差，等於波長的整數倍時，該處振動加強，產生明條紋；當薄膜的厚度恰好使得兩列反射光經過的光程差，等於半波長的奇數倍時，該徙振動減弱，產生暗條紋。從而形成明暗相間的干涉條紋。
應用：檢測器件的平整程度
平整樣品的干涉圖樣，見上圖2。
有凹凸樣品的干涉圖樣，見右下圖。
空氣劈夾角越小，干涉條紋間距越寬。 3、光的衍射
（1）光偏離了直線前進的方向而繞到障礙物陰影區域的'現象，叫做光的衍射。 演示1：遊標卡尺觀察日光燈管的周圍衍射
演示2：激光演示單縫衍射（單縫寬度與衍射條紋區域的關係）
（2）衍射圖樣 單縫衍射：
單色光的衍射 衍射條紋寬度與縫寬的關係：
白光的衍射
小孔衍射：
演示：激光穿過小孔後的衍射圖樣 光柵衍射：
演示：激光光柵衍射
衍射的技術應用：激光防僞
障礙物或小孔的尺寸越接近光的波長或小於光的波長，光的衍射現象越明顯。
（三）光的電磁說
1、麥克斯韋的電磁場理論
（1）電磁場：變化的磁場產生電場，變化的電場產生磁場，週期性變化的電場和磁場形成一個統一體，叫做電磁場。
（2）電磁波：電磁場由發生區域向外傳播，就形成電磁波。電磁波在真空中的光速等於光在真空中的速度。
2、光的電磁說：光是一種電磁波。其速度c=（波長與頻率的乘積） 電磁波既可以在介質中傳播，也可以在沒有任何介質的空間傳播。 （1）實驗證實：德國物理學家——赫茲。
（2）電磁波譜：
頻率由低到高：無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴（X）射線、?射線。 部分波段頻率有交叉。
各波段電磁波產生的機理：
無線電波：自由電子的週期性運動
紅外線、可見光：原子的外層電子受到激發
紫外線、倫琴（X）射線：原子的內層電子受到激發 ? ?射線：原子核受到激發
紅外線
（1）紅外線的發現：
德國科學家赫謝爾在研究光的溫度效應時心中有個疑問，平常所觀測的陽光，不同色的色光所含的熱量都相同嗎？1800年，他設計一個簡單的實驗，讓陽光通過三棱鏡，產生七彩光譜，利用三支塗黑酒精球的溫度計（較能吸收輻射熱），一支置於可見光某一色光中，
光學高中物理篇二：高中物理光學知識點梳理
高中物理光學知識點梳理
一、光的反射和折射（幾何光學）
1.反射定律α＝i ｛α：反射角，i：入射角｝
2.絕對摺射率(光從真空中到介質)n?csini?｛光的色散，可見光中紅光折射率小，vsi
n:折射率，c:真空中的光速，v:介質中的光速，i:入射角，r:折射角｝
3.全反射：
1）光從介質中進入真空或空氣中時發生全反射的臨界角C：sinC?1 n
2)全反射的條件：光密介質射入光疏介質；入射角等於或大於臨界角
注:
(1)平面鏡反射成像規律：成等大正立的虛像，像與物沿平面鏡對稱；
(2)三棱鏡折射成像規律：成虛像，出射光線向底邊偏折，像的位置向頂角偏移；
(3)光導纖維是光的全反射的實際應用，放大鏡是凸透鏡，近視眼鏡是凹透鏡；
(4)熟記各種光學儀器的成像規律，利用反射(折射)規律、光路的可逆等作出光路圖是解題關鍵；
(5)白光通過三棱鏡髮色散規律：紫光靠近底邊出射見。
二、光的本性（光既有粒子性,又有波動性,稱爲光的波粒二象性）
1.兩種學說:微粒說(牛頓)、波動說(惠更斯)
2．雙縫干涉:中間爲亮條紋；亮條紋位置: ?＝nλ；暗條紋位置: ?＝(2n+1)
＝0,1,2,3……）；條紋間距：?x??（n2l?｛?:路程差(光程差)；λ:光的波長；:光的半波d2
長；d兩條狹縫間的距離；l：擋板與屏間的距離｝
3.光的顏色由光的頻率決定,光的頻率由光源決定,與介質無關,光的傳播速度與介質有關，光的顏色按頻率從低到高的排列順序是：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫(助記：紫光的頻率大，波長小)
4.薄膜干涉:增透膜的厚度是綠光在薄膜中波長的1?，即增透膜厚度d? 44
5.光的衍射：光在沒有障礙物的均勻介質中是沿直線傳播的，在障礙物的尺寸比光的波長大得多的情況下，光的衍射現象不明顯可認爲沿直線傳播，反之，就不能認爲光沿直線傳
播
6.光的偏振：光的偏振現象說明光是橫波
7.光的電磁說：光的本質是一種電磁波。電磁波譜(按波長從大到小排列):無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、γ射線。紅外線、紫外、線倫琴射線的發現和特性、產生機理、實際應用。
8.光子說,一個光子的能量E＝hν ｛h:普朗克常量＝6.63×10J.s，ν:光的頻率｝
9.愛因斯坦光電效應方程：
W:金屬的逸出功｝
注:
(1)要會區分光的干涉和衍射產生原理、條件、圖樣及應用,如雙縫干涉、薄膜干涉、單縫衍射、圓孔衍射、圓屏衍射等；
(2)其它相關內容:光的本性學說發展史、泊松亮斑、發射光譜、吸收光譜、光譜分析、原子特徵譜線、光電效應的規律光子說、光電管及其應用、光的波粒二象性、激光。 物質波。
-34121mv?hv?W ｛mv2:光電子初動能，hv:光子能量，22
