摘要：2．干涉与衍射的本质 光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果.从本质上讲.衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理.在衍射现象中.可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波.它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹. 双缝干涉:是等间距.等亮度的. 单缝衍射:除中央明条纹最宽最亮外.两侧条纹亮度.宽度逐渐减小.白光衍射时.中央仍为白光.最靠近中央的色光是紫光.最远离中央的色光是红光. 圆孔衍射:明暗相间的不等距圆环. 泊松亮斑:光照射到一个半径很小的圆板上后.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. 特别提醒:干涉和衍射是波的特征.光的干涉和衍射现象证明了光具有波动性.波长越大.干涉和衍射现象就越明显.也越容易观察到干涉和衍射现象. :一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板.在薄板后的光屏上呈现明.暗相间的干涉条纹.现在将其中一条窄缝挡住.让这束红光只通过一条窄缝.则在光屏上可以看到( ) A．与原来相同的明暗相间的条纹.只是明条纹比原来暗些 B．与原来不同的明暗的条纹.而中央明条纹变宽些 C．只有一条与缝宽相对应的明条纹 D．无条纹.只存在一片红光 答案:B 解析:本题要考查学生对发生明显衍射条件的理解.及单缝衍射图样特点的认识.能够比较双缝干涉图样和单缝衍射图样的异同点.本题中这束红光通过双缝时.产生了干涉现象.说明每一条缝宽都很窄.满足这束红光发生明显衍射的条件.这束红光通过双缝在光屏上形成的干涉图样的特点是:中央出现明条纹.两侧对称出现等间隔的明暗相间条纹.而这束红光通过单缝时形成的衍射图样的特点是:中央出现较宽的明条纹.两侧对称出现不等间隔的明暗相间条纹.且距中央明条纹远的明条纹亮度迅速减小.所以衍射图样看上去明暗相间的条纹数量较少.本题正确选项是B项. 知识点三--光的偏振 ▲知识梳理 1．光的偏振 自然光是指在垂直于光的传播方向上.各个方向强度相同.偏振光是指在垂直于光的传播方向的平面上.只沿某个特定方向振动. 光的偏振现象说明光波是横波. 2．偏振光的产生方式 偏振光的产生方式是通过两个共轴的偏振片观察自然光.第一个偏振片的作用是获得偏振光.叫起偏器.第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光.叫检偏器． 特别提醒:光的偏振理解: (1)光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起的.因此将E的振动称为光振动. (2)自然光:太阳.电灯等普通光源直接发出的光.包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光.而且沿各个方向振动的光波的强度都相同.这种光叫自然光. (3)偏振光:自然光通过偏振片后.在垂直于传播方向的平面上.只沿一个特定的方向振动.叫偏振光.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.这时.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. ▲疑难导析 1．偏振光是怎样产生的 (1)偏振光的产生方式 自然光通过起偏器.通过两个共轴的偏振片观察自然光.第一个偏振片的作用是把自然光变为偏振光.叫起偏器.第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光.叫检偏器. 其实.偏振片并非刻有狭缝.而是具有一种特性.即存在一个偏振方向.只让平行于该方向振动的光通过.其他振动方向的光被吸收了. 自然光射到两种介质的交界面上.如果光入射的方向合适.使反射光和折射光之间的夹角恰好是时.反射光和折射光都是偏振光.且偏振方向相互垂直. (2)偏振光的理论意义和应用 理论意义:光的干涉和衍射现象充分说明了光是波.但不能确定光波是横波还是纵波.光的偏振现象说明光波是横波. 应用:照相机镜头.立体电影.消除车灯眩光.液晶显示等等. 2．光的干涉.衍射和光的色散都可出现彩色条纹.现象很相似.但光学本质不同.分析问题要首先弄清其原理和本质. :光的偏振现象说明光是横波.下列现象中不能反映光的偏振特性的是( ) A．一束自然光相继通过两个偏振片.以光束为轴旋转其中一个偏振片.透射光的强度发生变化 B．一束自然光入射到两种介质的分界面上.当反射光与折射光线之间的夹角恰好是时.反射光是偏振光 C．日落时分.拍摄水面下的景物.在照相机镜头前装上偏振光片可以使景象更清晰 D．通过手指间的缝隙观察日光灯.可以看到彩色条纹 答案:D 解析:自然光经过偏振片或经过界面反射和折射后(反射光线与折射光线夹角为)会形成偏振光.经指缝观察日光灯看到的彩色条纹是光的衍射现象.D不正确. 典型例题透析 题型一--光的干涉和衍射 (1)双缝干涉和单缝衍射都是叠加的结果.只是干涉条纹是有限的几束光的叠加.而衍射条纹是极多且复杂的相干光的叠加.在双缝干涉实验中.光在通过其中的三个狭缝时.都发生了衍射而形成三个线光源.所以.一般现象中既有干涉又有衍射. (2)单缝衍射时.照射光的波长越长.中央亮纹越宽.所以衍射和干涉都能使白光发生色散现象.且中央白光的边缘均呈红色. (3)干涉和衍射的图样有相似之处.都是明暗相间的条纹.只是干涉条纹中条纹宽度和亮纹亮度基本相同.衍射条纹中条纹宽度和亮纹亮度均不等.中央亮纹最宽最亮. 1.如图所示.在双缝干涉实验中.和为双缝.P是光屏上的一点.已知P点与和距离之差为m.今分别用A.B两种单色光在空气中做双缝干涉实验.问P点是亮条纹还是暗条纹? (1)已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为m. (2)已知B光在某种介质中波长为m.当B光从这种介质射向空气时.临界角为. (sin=0. 6.cos=0.8) (3)若让A光照射.B光照射.试分析光屏上能观察到的现象. 思路点拨:已知P点与和的距离之差.由出现明暗条纹的条件可判断是亮条纹或暗条纹. 解析: (1)设A光在空气中波长为.在介质中波长为. 由.得 根据光程差m.所以. 由此可知.从和到P点的光程差是波长的3.5倍.所以P点为暗条纹. (2)根据临界角与折射率的关系得 由此可知.B光在空气中波长为 由光程差和波长的关系.可见.用B光作光源.P点为亮条纹. (3)若让A光和B光分别照射和.这时既不能发生干涉.也不发生衍射. 此时在光屏上只能观察到亮光. 总结升华: (1)同一种光在不同介质中的频率都相同.但波速和波长不同.由此可得出折射率与波长的关系. (2)频率不同的光不符合形成干涉的条件.故无法得到干涉图样. 举一反三 [变式]光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹.衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应.这一现象说明 ( ) A．光是电磁波 B．光具有波动性 c．光可以携带信息 D．光具有波粒二象性. 答案:BC 解析:干涉和衍射是波的特性.由此可知B正确.由题设条件可知图样形状与障碍物形状相似.可以推断C正确. 题型二--薄膜干涉的应用 薄膜干涉的应用应注意:(1)劈形空气薄膜顶角越小.光程差变化越缓和.条纹间距越宽.(2)增透膜的厚度为某种色光在膜中波长的时.增透膜起到对该种色光增透的作用. 2.利用薄膜干涉的原理可以用干涉法检查平面和制造增透膜.回答以下两个问题: (1)用如图所示的装置检查平面时.是利用了哪两个表面反射光形成的薄膜干涉图样? (2)为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失.可在透镜表面涂上一层增透膜.一般用折射率为1.38的氟化镁.为了使波长为m的绿光在垂直表面入射时使反射光干涉相消.求所涂的这种增透膜的厚度? 思路点拨: (1)薄膜干涉是利用了光在空气膜前后表面的反射光叠加形成的. (2)增透膜的厚度为某种色光在膜中波长的时.增透膜起到对该种色光增透的作用. 解析: (1)干涉图样是利用了标准样板和被检查平面间空气膜即b.c表面反射光叠加形成的. (2)若绿光在真空中波长为.在增透膜中的波长为.由折射率与光速的关系和光速与波长及频率的关系得: 即.那么增透膜厚度. 总结升华:本题易出现的错误是由于不理解薄膜干涉形成原因导致错误判断或不能将真空中光的波长换算为增透膜中的波长. 举一反三 [变式]如图甲所示.在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜.在两者之间形成厚度不均匀的空气膜.让一束单一波长的光垂直入射到该装置上.结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹.称为牛顿环.以下说法正确的是( ) A．干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的 B．干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的 C．干涉条纹不等是因为空气膜厚度不是均匀变化的 D．干涉条纹不等是因为空气膜厚度是均匀变化的 答案:AC 解析:薄膜干涉中的“薄膜 指的是两个玻璃面之间所夹的空气膜.故选项A是正确的.B是错误的.两列波的光程差满足一定的条件:如两列波的光程差是半波长的偶数倍.形成明条纹,如两列波的光程差是半波长的奇数倍.形成暗条纹.明暗条纹间的距离由薄膜的厚度决定.膜厚度不均匀.则干涉条纹不等距.故选项C是正确的.D不正确. 题型三--光的偏振 光的偏振充分说明光是横波.只有横波才有偏振现象. 除了从光源直接发出的光以外.我们通常见到的大部分光都是偏振光. 例如自然光射到两种介质的界面上.调整入射角的大小.使反射光与折射光的夹角是.这时反射光和折射光都是偏振光.且偏振方向互相垂直. 偏振光的产生方式:自然光通过起偏器.通过两个共轴的偏振片观察自然光.第一个偏振片的作用是把自然光变为偏振光.叫起偏器.第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光.叫检偏器. 3.一段时间一来.“假奶粉事件 闹得沸沸扬扬.奶粉的碳水化合物(糖)含量是一种重要指标.可以用“旋光法 来测量糖溶液的浓度.从而测定含糖量.偏振光通过糖的水溶液后.偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度,这一角度称为“旋光度 , 的值只与糖溶液的浓度有关.将的测量值与标准值相比较.就能测量被测样品的含糖量了.如图所示.S是自然光源.A.B是偏振片.转动B.使到达O处的光最强.然后将被测样品P置于A.B之间.则下列说法中正确的是( ) A．到达O处光的强度会明显减弱 B．到达O处光的强度不会明显减弱 C．将偏振片B转动一个角度.使得O处光的强度最大.偏振片转过的角度等于 D．将偏振片A转动一个角度.使得O处光的强度最大.偏振片转过的角度等于 思路点拨:由题知.转动B使到达O处的光最强.则A.B的偏振方向必相同.若在A.B间放入待检糖溶液.因糖溶液对偏振光有旋光效应.使来自A的偏振光经过样品后.偏振方向发生改变.则到达O处的光强度会明显减弱.若适当把A或B旋转角度.还可以使偏振光恰好通过A.B后.使O处的光强度最大.故选ACD. 答案:ACD 总结升华:自然光通过起偏器.通过两个共轴的偏振片观察自然光.第一个偏振片的作用是把自然光变为偏振光.叫起偏器.第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光.叫检偏器. 举一反三 [变式]如图.P是一偏振片.P的透振方向为竖直方向.下列四种入射光束中哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光( ) A．太阳光 B．沿竖直方向振动的光 C．沿水平方向振动的光 D．沿与竖直方向成45角振动的光 答案:ABD 解析:当光的振动方向与偏振光的方向平行时.透光最强,垂直时.无光透过,若为某一角度时.有部分光透过.而太阳光是自然光.沿各个方向的振动都存在.因此A.B.D选项正确. 第三部分 光的粒子性 物质波 知识要点梳理 知识点一--黑体辐射理论 ▲知识梳理 1．热辐射 一切物体都在辐射电磁波.辐射与物体的温度有关. 2．黑体 能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射. 3．能量子 普朗克认为振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍.当带电微粒辐射或吸收能量时.也以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收.这个不可再分的最小能量值叫能量子..h为普朗克常量.是电磁波的频率. ▲疑难导析 黑体辐射的实验规律 如图所示.由图可知:随着温度的升高.①各种波长的辐射强度都会增加,②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动. :关于黑体辐射.下列说法中正确的是( ) A．随着温度的升高.物体辐射的电磁波的各种波长的辐射强度都会增加 B．随着温度的升高.物体辐射的电磁波的各种波长的辐射强度都会减小 C．随着温度的升高.辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D．随着温度的升高.辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 答案:AC 解析:由黑体辐射的实验规律可知:随着温度的升高.各种波长的辐射强度都会增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.所以选项AC正确. 知识点二--光的粒子性 ▲知识梳理 1.光电效应 定义:照射到金属表面的光.能使金属中的电子从表面逸出的现象叫做光电效应.逸出的电子叫光电子. 实验规律:存在饱和光电流.遏止电压和截止频率.光电效应具有瞬时性. 2.爱因斯坦光电效应方程 ①光子说:光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的.频率为的每个光子的能量为.这些能量子为光子. ②逸出功():使电子脱离某金属表面所做的功的最小值. ③数学表达式: 3.康普顿效应 在散射光中.波长变长的现象. 特别提醒:光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性. ▲疑难导析 1．光电效应实验规律 电路图如图所示: (1)存在饱和光电流 在光照不变时.所加电压增大.光电流增大.当电流增大到一定值时.即使电压再增大.电流也不再增大.达到一个饱和值.如图所示.入射光越强.饱和光电流越大.说明入射光越强.单位时间内发射光电子数越多. (2)存在着遏止电压和截止频率 使光电流减小到零的反向电压称为遏止电压..为光电子的最大初速度.同一频率的光.遏止电压相同.与光强弱无关.入射光的频率减小到某一值时.减小到零.即不施加反向电压也没有光电流.称为截止频率或极限频率. 光电子的能量与入射光的频率有关.而与入射光的强弱无关.当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应.不同金属的截止频率不同. (3)光电效应具有瞬时性 当时.无论光多微弱.也会产生光电效应.光电子的发射时间不超过s. 2．光电效应解释中的疑难 经典电磁理论只能解释:光越强.光电流越大. 按照光的经典电磁理论.还应得出如下结论: ①光越强.光电子的初动能应该越大.所以遏止电压应与光的强弱有关, ②不管光的频率如何.只要光足够强.电子都可获得足够能量从而逸出金属表面.不应存在截止频率, ③如果光很弱.按经典电磁理论估算.电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量.这个时间远远大于s.所有这些结论都与实验结果相矛盾.此外.对于遏止电压与光的频率的关系.经典电磁理论更是无法解释. 3．光子说很好地解释了光电效应的规律 (1)爱因斯坦光电效应方程表明.光电子的初动能与入射光的频率成线性关系.与光强无关.只有当时.才有光电子逸出.就是光电效应的截止频率. (2)电子一次性吸收光子的全部能量.不需要积累能量的时间.光电流几乎是瞬时发生的. (3)光强较大时.包含的光子数较多.照射金属时产生的光电子数越多.因而饱和电流越大. 4．经典电磁理论对解释康普顿效应中遇到的困难 光是电磁振动的传播.入射光将引起物质内部带电微粒的受迫振动.振动着的带电微粒从入射光中吸收能量.并向四周辐射.这就是散射光.散射光的频率应等于带电粒子受迫振动的频率.即入射光的频率.所以散射光的波长与入射光的波长应相同.不应出现的散射光. 5．用光子说十分成功地解释了康普顿效应 X射线的光子不仅具有能量.也具有动量.与晶体中的电子碰撞.要遵守能量和动量守恒定律.当入射的光子与电子碰撞时.损失一部分动量给电子.动量变小.由.变大.所以散射光中有些光子波长变大.如图所示. :用某种单色光照射某种金属表面.发生光电效应.现将该单色光的光强减弱.则( ) A．光电子的最大初动能不变 B．光电子的最大初动能减小 C．单位时间内产生的光电子数减少 D．可能不发生光电效应 答案:AC 解析:根据光电效应的规律可以判知光电子的最大初动能决定于照射光的频率.A正确.B错误.单位时间内产生的光电子数决定于光强.C正确. 知识点三--光的波粒二象性和物质波 ▲知识梳理 1．光的波粒二象性 光既具有波动性.又具有粒子性. 2．物质波 实物粒子也具有波动性.频率.波长. 3．概率波 光波是一种概率波.光子落在明纹处的概率大.落在暗纹处的概率小.个别光子表现出粒子性.大量光子表现出波动性. 4．不确定性 .h为普朗克常量.表示粒子位置的不确定量.表示粒子在x方向上的动量的不确定量. ▲疑难导析 光的本性学说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. (4)爱因斯坦的光子说:认为光的传播是一份一份的.每一份叫一个光子.其能量与它的频率成正比.即.光子说能成功地解释光电效应现象. (5)德布罗意的波粒二象性学说:认为光是既有粒子性.又有波动性.个别光子表现为粒子性.大量光子的行为表现为波动性,频率大的光子粒子性明显.而频率小的光子波动性明显. :对于光的波粒二象性的说法中.下列说法正确的是( ) A．一束传播的光.有的光是波.有的光是粒子 B．光子与电子是同一种粒子.光波与机械波是同一种波 C．光的波动性是由光子间的相互作用形成的 D．光是一种波.同时也是一种粒子.光子说并未否定电磁说.光子能量.仍表示的是波的特性 答案:D 解析:光的波粒二象性是光的本质属性. 典型例题透析 题型一--光电效应现象的理解 分析光电效应问题: (1)深刻理解极限频率和逸出功的概念.从能量转化角度理解最大初动能. (2)必须掌握光电效应的四个规律.即:①产生条件:每种金属都有一个极限频率.入射光的频率必须大于这个极限频率.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.只随入射光的频率的增大而增大,③光电效应的产生几乎是瞬时的.一般不超过s.④当入射光的频率大于极限频率时.光电流的强度与入射光的强度成正比.即单位时间内发射光电子的数目与入射光的强度成正比. 1.对于光电效应的解释.下列选项正确的是( ) A．金属内每个电子可以吸收一个或一个以上的光子.当它积累的动能足够大时.就能从金属表面逸出 B．如果入射光子的能量小于金属表面电子克服原子核的引力逸出时需做的最小功.光电效应便不能发生 C．发生光电效应时.入射光越强.光子的能量就越大.光子的最大初动能也就越大 D．由于不同金属的逸出功不同.因此.使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同 解析:同一个电子是不可实现双光子吸收的.电子吸收光子的能量是不能累加的.则A错. 不同的金属.逸出功不同.则其产生光电效应的最低频率不同.所以D对. 入射光的强度增大.但其频率不改变时.光子的能量也不会改变.这时第一个电子吸收光子的能量也不会增加.逸出光电子的最大初动能也就不会改变.故C错. 答案:BD 总结升华:光强是在垂直于光的传播方向上单位时间内单位面积上光的能量.在光的频率一定的情况下.决定于光子的数量.如果光的频率低于某金属的极限频率.即使光子数目再多.光强再大.也不会发生光电效应现象. 举一反三 [变式]关于光电效应的规律.下列说法中正确的是( ) A．当某种色光照射金属表面时.能产生光电效应.则入射光的频率越高.产生的光电子的最大初动能越大 B．当某种色光照射金属表面时.能产生光电效应.则入射光的强度越大.单位时间内产生的光电子数越多 C．同一频率的光照射不同金属.如果都能产生光电效应.则逸出功越大的金属产生的光电子的最大初动能也越大 D．对某种金属.入射光波长必须小于某一极限波长.才能产生光电效应 答案:ABD 解析:本题主要考查了光电效应规律.由光电效应方程知.对于某种金属.其逸出功是一个定值.当入射光频率一定时.光子的能量是一定的.产生的光电子的最大初动能也是一定的.若提高入射光的频率.则产生光电子的最大初动能也将增大.因此A选项正确. 要想使某种金属发生光电效应.必须使入射光的频率大于其极限频率.因刚好发生光电效应时.光电子的初动能为零.有.所以.又.若入射光频率.即时才能发生光电效应.因而选项D正确. 同一频率的光照射到不同的金属上时.因不同金属的逸出功不同一.则产生的光电子的最大初动能也不相同.逸出功越小.即电子越容易摆脱金属的束缚.电示脱离金属表面时获得的动能越大.因而C选项错误. 若入射光的频率不变.对于特定的金属.增加光强.不会增加光电子的最大初动能.但由于光强的增加.单位时间内照射金属的光子数目增多.因而产生的光电子数目也随之增多.光电流增大.因而B选项正确. 题型二--光电效应方程及其有关计算 (1)求解光电子的最大初动能 依据爱因斯坦的“光子说 .金属中每一个电子只能吸收照射光的一个光子的能量.且无积累过程.电子能否成为光电子.就看电子所吸收的光子的能量大小了.若电子吸收光子能量后足以克服金属离子对电子的吸引力而逸出.则电子就能成为光电子.多余的能量转化为光电子的动能.若上式中的“ 是金属表面的电子脱离金属所需做的功.即逸出功.则上式中的“ 为光电子的最大初动能.即:.这就是爱因斯坦的“光电效应方程 . (2)求解极限频率 光照射金属.金属表面的电子吸收光子的能量.然后利用此能量来克服金属离子对电子的引力.此功为逸出功“ .据公式可知.当照射光的光子能量恰好等于该金属的逸出功.即恰好发生光电效应时.光电子的最大初动能为零.有.即. 2.密立根实验的目的是:测量金属的遏止电压与入射光频率.由此算出普朗克常量h.并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较.以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性.实验结果是.两种方法得出的普朗克常量h在0.5%的误差范围内是一致的. 下表是某次实验中得到的某金属的和的几组对应数据. 试作出图象.并通过图象求出: (1)这种金属的截止频率, (2)普朗克常量. 思路点拨:由光电子最大初动能与遏止电压的关系.及爱因斯坦光电效应方程.得.对于一定的金属.确定.是常量.所以与是一次函数关系.即线性关系.图象为一条斜率等于的直线. 与有关.越大.越高.若=0则=0.即无光电子.与对应的频率应为截止频率.图线斜率可由图中测量.作出图象后可求出h. 解析:以频率为横轴.以遏止电压为纵轴.根据表中数据选取适当比例.描点后作直线.得到图象如图所示: (1)U=0对应的频率即为截止频率.从图象上看.=0的点就是直线与横轴的交点． 由图读出.这种金属的截一频率为Hz (2)在图中选取两个与直线偏离最小的点.即表中第1列和第5列数据. 由它们计算直线的斜率 已知.因而可以求得普朗克常量. 总结升华:光照射金属.金属表面的电子吸收光子的能量.然后利用此能量来克服金属离子对电子的引力.此功为逸出功“ . 举一反三 [变式]在图甲所示的装置中.K为一金属板.A为金属电极.都密封在真空的玻璃管中.W为由石英片封盖的窗口.单色光可通过石英片射到金属板K上.E为输出电压可调的直流电流.其负极与电极A相连.A是电流表.实验发现.当用某种频率的单色光照射K时.K会发出电子.这时.即使A.K之间的电压等于零.回路中也有电流．当A的电势低于K时.而且当A比K的电势低到某一值时.电流消失.称为截止电压.当改变照射光的频率.截止电压也将随之改变.其关系如图乙所示.如果某次实验我们测出了画出这条图线所需的一系列数据.又知道了电子电量.则( ) A．可得该金属的极限频率 B．可求得该金属的逸出功 C．可求得普朗克常量 D．可求得电子的质量 答案:ABC 解析:光电子的最大初动能与截止电压的关系为:． 而. 图线斜率为.由图线斜率和e可求 得h, 图线横轴截距为.可求. 再由求出.不能求出电子的质量. 题型三--光的波粒二象性和物质波 波动性和粒子性是微观粒子本身矛盾的统一.不能孤立地认识任一方面.物质波的波长.p为粒子的动量.对宏观物体来讲.因其动量p较大.故其波长很小.波动性极不明显. 3.光具有波粒二象性.光子的能量.其中频率表征波的特征.在爱因斯坦提出光子说之后.法国物理学家德布罗意提出了光子动量p与光波波长的关系.若某激光管以P=60 W的功率发射波长=663 nm的光束.试根据上述理论计算: (1)该管在1s内发射出多少个光子? (2)若该管发射的光束被某黑体表面吸收.那么该黑体表面所受到的光束对它的作用力F为多大? 思路点拨:由能量守恒定律和光子的能量求第(1)问,由动量定理求第由能量守恒定律得. 即 得个 (2)对光子由动量定理.得 N. 由牛顿第三定律知黑体表示所受作用力N. 总结升华:个别光子表现为粒子性.大量光子的行为表现为波动性,频率大的光子粒子性明显.而频率小的光子波动性明显. 举一反三 [变式]关于物质的波粒二象性.下列说法中不正确的是( ) A．不仅光子具有波粒二象性.一切运动的微粒也具有波粒二象性 B．运动的微观粒子与光子一样.当它们通过一个小孔时.都没有特定的运动轨道 C．波动性和粒子性.在宏观现象中是矛盾的.对立的.但在微观高速运动的现象中是统一的 D．实物的运动有特定的轨道.所以实物不具有波粒二象性 答案:D 解析:光具有波动性是微观世界具有的特殊规律:大量光子运动的规律表现出光的波动性.而单个光子的运动表现出光的粒子性,光的波长越长.波动性越明显.光的频率越高.粒子性越明显.而宏观物体的德布罗意波的波长太小.实际上很难观察到波动性.不是不具有波粒二象性.D项符合题意. 题型四--概率波和不确定关系 (1)粒子位置的不确定性 单缝衍射现象.入射的粒子有确定的动量.但它们可以处于档板左侧的任何位置.也就是说.粒子在档板左侧的位置是完全不确定的. (2)粒子动量的不确定性 微观粒子具有波动性.会发生衍射.大部分粒子到达狭缝之前沿水平方向运动.而在经过狭缝之后.有些粒子跑到投影位置以外.这些粒子具有了与其原来运动方向垂直的动量.由于哪个粒子到达屏上的哪个位置是完全随机的.所以粒子在垂直方向上的动量也具有不确定性.不确定量的大小可以由中央亮条纹的宽度来衡量. (3)位置和动量的不确定性关系: 由可以知道.在微观领城.要准确地测定粒子的位置.动量的不确定性就更大,反之.要准确确定粒子的动量.那么位置的不确定性就更大.如将狭缝变成宽缝.粒子的动量能被精确测定.但粒子通过缝的位置的不确定性却增大了,反之.取狭缝.粒子的位置测定精确了.但衍射范围会随的减小而增大.这时动量的测定就更加不准确了. 4.下列说法正确的是( ) A．在双缝干涉实验中.单个光子的落点不可预知.大量光子打在荧光屏上的落点是有规律的 B．光波是概率波.双缝干涉中的暗条纹是光子到达概率小的地方.明条纹是光子到达概率大的地方 C．在微观物理学中.不可能同时准确地知道粒子的位置和动量.不可能用“轨迹 来描述粒子的运动 D．在单缝衍射中.狭缝越窄.屏上中央亮条纹就越宽.这表明.尽管更窄的狭缝可以准确地测得粒子的位置.但粒子动量的不确定量却更大了 思路点拨:由光波是概率波的知识可知A.B是正确的.由不确定关系知:若要更准确地确定粒子的位置(即更小).则动量的测量一定会更不准确(即更大)所以C.D也是正确的. 答案:ABCD 总结升华:.h为普朗克常量.表示粒子位置的不确定量.表示粒子在x方向上的动量的不确定量. 举一反三 [变式]下列说法正确的是( ) A在微观物理学中.不可能同时准确地知道某个粒子的位置和动量.粒子出现的位置是无规律可循的 B．光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性的一面 C．光波和物质波都是概率波 D．光具有波粒二象性..中是描述光的粒子性的.和是描述光的波动性的.h架起了粒子性与波动性之间的桥梁 答案:BCD 解析:在微观世界中.粒子的位置和动量虽不能同时准确地测量.但其遵从统计规律.其运动规律可由量子力学来进行描述. 第四部分 实验:测定玻璃的折射率 知识要点梳理 实验目的 1．理解用插针法测定玻璃折射率的原理 2．学会测定玻璃的折射率的实验方法 实验器材 玻璃砖.白纸.木板.大头针.量角器.三角板.铅笔 实验原理 用插针法确定光路.找出跟入射线相对应的折射线,用量角器测出入射角i和折射角r,根据折射定律计算出玻璃的折射率 实验步骤 1．把白纸用图钉钉在木板上. 2．在白纸上画一条直线作为界面.画一条线段AO作为入射光线.并过O点画出界面的法线.如图所示: 3．把长方形的玻璃砖放在白纸上.使它的一个边跟对齐.并画出玻璃砖的另一个边. 4．在AO线段上竖直地插上两枚大头针和. 5．在玻璃砖的一侧竖直地插上大头针.用眼睛观察.调整视线.要使能同时挡住和的像. 6．同样地在玻璃砖的一侧再竖直地插上大头针.使能挡住本身和.的像. 7．记下和的位置.移去玻璃砖和大头针.过和作直线与交于.连接.就是玻璃砖内的折射光线.入射角.折射角. 8．用量角器量出入射角和折射角的度数. 9．从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值.记入自己设计的表格里. 10．用上面的方法分别求出入射角是时的折射角.查出入射角和折射角的正弦值. 11．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.求出几次实验中所测i的平均值.这就是玻璃砖的折射率. 数据处理 数据处理的另一种方法:如图所示.以O1圆心以任意长为半径(半径要尽能长些.约10cm)画圆交入射光线AO1于M点.交折射光线O1O于P点.过M.P作的垂线MK.PQ.则.据此可知.用刻度尺测出MK.QP的长度.即可求出折射率n. 误差分析 误差的主要 1．确定入射光线.出射光线时的误差.故入射侧.出射侧所插两枚大头针间距离宜大点. 2．测量入射角与折射角时的误差.故入射角不宜过小.但入射角也不宜过大.过大则反射光较强.出射光较弱. 注意事项 1．玻璃砖要厚.用手拿玻璃砖时.只能接触玻璃毛面或棱.严禁用玻璃砖当尺子画界面. 2．入射角应在到之间. 3．大头针要竖直插在白纸上.且玻璃砖每一侧两枚大头针与间.与间的距离应尽量大一些.以减小确定光路方向时造成的误差. 4．玻璃砖的折射面要画准. 5．由于要多次改变入射角重复实验.所以入射光线与出射光线要一一对应编号以免混乱. 典型例题透析 1.在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中.甲.乙.丙三位同学在纸上画出的界面.与玻璃砖位置的关系分别如图①.②和③所示.其中甲.丙同学用的是矩形玻璃砖.乙同学用的是梯形玻璃砖.他们的其他操作均正确.且均以 .为界面画光路图.则 甲同学测得的折射率与真实值相比 (填“偏大 .“偏小 或“不变 ) 乙同学测得的折射率与真实值相比 (填“偏大 .“偏小 或“不变 ) 丙同学测得的折射率与真实值相比 . 思路点拨:用图①测定折射率.玻璃中折射光线偏转大了.所以折射角增大.折射率减小,用图②测折射率时.只要操作正确.与玻璃砖形状无关,用图③测折射率时.无法确定折射光线偏见偏折的大小.所以测得的折射率可大.可小.可不变. 答案:偏小,不变,可能偏大.可能偏小.可能不变 解析:甲同学所测折射率的光路如图 .因为.所以. 乙同学使用梯形玻璃砖不影响折射率的测定.丙同学做测量时.因出射点不确定.故测量值与真实值无法确定大小关系. 总结升华:本题主要考查考生处理实验数据和分析实验误差的能力. 举一反三 [变式]如图所示.某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率.在平铺的白纸上垂直纸面插大头针.确定入射光线.并让入射光线过圆心O.在玻璃砖另一侧垂直纸面插大头针.使挡住.的像.连接.图中MN为分界面.虚线半圆与玻璃砖对称.B.C分别是入射光线.折射光线与圆的交点.AB.CD均垂直于法线并分别交法线于A.D点. (1)设AB的长度为

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