定義：光從一種透明均勻物質(zhì)斜射到另一種透明物質(zhì)中時，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫做光的折射。
折射規(guī)律：傳播速度越快，角越大。
入射光線、法線、折射光線在同一平面內(nèi)，折射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè)，當(dāng)光線垂直入射時，折射光線、法線和入射光線在同一直線上。
入射角增大，折射角也增大。入射角大于折射角。
光垂直入射時，傳播方向不變，但光速改變。
在光的折射中，光路是可逆的。
不同介質(zhì)對光的折射能力是不同的。
光在同一種物質(zhì)(或均勻介質(zhì))中沿著直線傳播.光在不同介質(zhì)中傳播的速度不同,在真空中傳播速度最大,約為3×10⒏米/秒
光從一種透明均勻物質(zhì)斜射到另一種透明物質(zhì)中時，折射的程度與后者的折射率有關(guān)。
一,光的波動性
1.光的干涉:兩列光波在空中相遇時發(fā)生疊加,在某些區(qū)域總加強(qiáng),某些區(qū)域減弱,相間的條紋或者彩色條紋的現(xiàn)象.
光的干涉的條件:是有兩個振動情況總是相同的波源,即相干波源.(相干波源的頻率必須相同).
形成相干波源的方法有兩種:
①利用激光(因?yàn)榧す獍l(fā)出的是單色性極好的光).
②設(shè)法將同一束光分為兩束(這樣兩束光都來源于同一個光源,因此頻率必然相等).
(3) 楊氏雙縫實(shí)驗(yàn):
亮紋:屏上某點(diǎn)到雙縫的光程差等于波長的整數(shù)倍,即δ= nλ(n=0,1,2,……)
暗紋:屏上某點(diǎn)到雙縫的光程差等于半波長的奇數(shù)倍,即δ=(n=0,1,2,……)
相鄰亮紋(暗紋)間的距離.用此公式可以測定單色光的波長.用白光作雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時,由于白光內(nèi)各種色光的波長不同,干涉條紋間距不同,所以屏的中央是白色亮紋,兩邊出現(xiàn)彩色條紋.
(4) 薄膜干涉:
應(yīng)用:
使被檢測平面和標(biāo)準(zhǔn)樣板間形成空氣薄層,用單色光照射,入射光在空氣薄層上下表面反射出兩列光波,在空間疊加.干涉條紋均勻:表面光滑;不均勻:被檢測平面不光滑.
增透膜:鏡片表面涂上的透明薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長的,在薄膜的兩個表面上反射的光,其光程差恰好等于半個波長,相互抵消,達(dá)到減少反射光增大透射光強(qiáng)度的作用.
其他現(xiàn)象:陽光下肥皂泡所呈現(xiàn)的顏色.
例1. 用綠光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),在光屏上呈現(xiàn)出綠,暗相間的條紋,相鄰兩條綠條紋間的距離為Δx.下列說法中正確的有
A.如果增大單縫到雙縫間的距離,Δx 將增大
B.如果增大雙縫之間的距離,Δx 將增大
C.如果增大雙縫到光屏之間的距離,Δx將增大
D.如果減小雙縫的每條縫的寬度,而不改變雙縫間的距離,Δx將增大
解:公式中l(wèi)表示雙縫到屏的距離,d表示雙縫之間的距離.因此Δx與單縫到雙縫間的距離無關(guān),于縫本身的寬度也無關(guān).本題選C.
例2. 登山運(yùn)動員在登雪山時要注意防止紫外線的過度照射,尤其是眼睛更不能長時間被紫外線照射,否則將會嚴(yán)重地?fù)p壞視力.有人想利用薄膜干涉的原理設(shè)計(jì)一種能大大減小紫外線對眼睛的傷害的眼鏡.他選用的薄膜材料的折射率為n=1.5,所要消除的紫外線的頻率為8.1×1014Hz,那么它設(shè)計(jì)的這種增反膜的厚度至少是多少
解:為了減少進(jìn)入眼睛的紫外線,應(yīng)該使入射光分別從該膜的前后兩個表面反射形成的光疊加后加強(qiáng),因此光程差應(yīng)該是波長的整數(shù)倍,因此膜的厚度至少是紫外線在膜中波長的1/2.紫外線在真空中的波長是λ=c/ν=3.7×10-7m,在膜中的波長是λ/=λ/n=2.47×10 -7m,因此膜的厚度至少是1.2×10-7m.
2.光的衍射:
注意關(guān)于衍射的表述一定要準(zhǔn)確.(區(qū)分能否發(fā)生衍射和能否發(fā)生明顯衍射)
⑴各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射.
⑵發(fā)生明顯衍射的條件是:障礙物(或孔)的尺寸可以跟波長相比,甚至比波長還小.
(3)衍射現(xiàn)象:明暗相間的條紋或彩色條紋.
(與干涉條紋相比,中央亮條紋寬兩邊窄,是不均勻的.若為白光,存在一條白色中央亮條紋)
例3. 平行光通過小孔得到的衍射圖樣和泊松亮斑比較,下列說法中正確的有
A.在衍射圖樣的中心都是亮斑
B.泊松亮斑中心亮點(diǎn)周圍的暗環(huán)較寬
C.小孔衍射的衍射圖樣的中心是暗斑,泊松亮斑圖樣的中心是亮斑
D.小孔衍射的衍射圖樣中亮,暗條紋間的間距是均勻的,泊松亮斑圖樣中亮,暗條紋間的間距是不均勻的
解:從課本上的圖片可以看出:A,B選項(xiàng)是正確的,C,D選項(xiàng)是錯誤的.
3.光譜:
光譜分析可用原子光譜,也可用吸收光譜.太陽光譜是吸收光譜,由太陽光譜的暗線可查知太陽大氣的組成元素.
4.光的電磁說:
⑴麥克斯韋根據(jù)電磁波與光在真空中的傳播速度相同,提出光在本質(zhì)上是一種電磁波——這就是光的電磁說,赫茲用實(shí)驗(yàn)證明了光的電磁說的正確性.
⑵電磁波譜.波長從大到小排列順序?yàn)?無線電波,紅外線,可見光,紫外線,X射線,γ射線.各種電磁波中,除可見光以外,相鄰兩個波段間都有重疊.
各種電磁波的產(chǎn)生機(jī)理分別是:無線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運(yùn)動產(chǎn)生的;紅外線,可見光,紫外線是原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的;倫琴射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的;γ射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的.
⑶紅外線,紫外線,X射線的主要性質(zhì)及其應(yīng)用舉例.
種 類
產(chǎn) 生
主要性質(zhì)
應(yīng)用舉例
紅外線
一切物體都能發(fā)出
熱效應(yīng)
遙感,遙控,加熱
紫外線
一切高溫物體能發(fā)出
化學(xué)效應(yīng)
熒光,殺菌
X射線
陰極射線射到固體表面
穿透能力強(qiáng)
人體透視,金屬探傷
例4 為了轉(zhuǎn)播火箭發(fā)射現(xiàn)場的實(shí)況,在發(fā)射場建立了發(fā)射臺,用于發(fā)射廣播電臺和電視臺兩種信號.其中廣播電臺用的電磁波波長為550m,電視臺用的電磁波波長為 0.566m.為了不讓發(fā)射場附近的小山擋住信號,需要在小山頂上建了一個轉(zhuǎn)發(fā)站,用來轉(zhuǎn)發(fā)_____信號,這是因?yàn)樵撔盘柕牟ㄩL太______,不易發(fā)生明顯衍射.
解:電磁波的波長越長越容易發(fā)生明顯衍射,波長越短衍射越不明顯,表現(xiàn)出直線傳播性.這時就需要在山頂建轉(zhuǎn)發(fā)站.因此本題的轉(zhuǎn)發(fā)站一定是轉(zhuǎn)發(fā)電視信號的,因?yàn)槠洳ㄩL太短.
例5. 右圖是倫琴射線管的結(jié)構(gòu)示意圖.電源E給燈絲K加熱,從而發(fā)射出熱電子,熱電子在K,A間的強(qiáng)電場作用下高速向?qū)﹃帢OA飛去.電子流打到A極表面,激發(fā)出高頻電磁波,這就是X射線.下列說法中正確的有
A.P,Q間應(yīng)接高壓直流電,且Q接正極
B.P,Q間應(yīng)接高壓交流電
C.K,A間是高速電子流即陰極射線,從A發(fā)出的是X射線即一種高頻電磁波
D.從A發(fā)出的X射線的頻率和P,Q間的交流電的頻率相同
解:K,A間的電場方向應(yīng)該始終是向左的,所以P,Q間應(yīng)接高壓直流電,且Q接正極.從A發(fā)出的是X射線,其頻率由光子能量大小決定.若P,Q間電壓為U,則X射線的頻率最高可達(dá)Ue/h.本題選AC.
二,光的粒子性
1.光電效應(yīng)
⑴在光的照射下物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫光電效應(yīng).(右圖裝置中,用弧光燈照射鋅版,有電子從鋅版表面飛出,使原來不帶電的驗(yàn)電器帶正電.)
(2)愛因斯坦的光子說.光是不連續(xù)的,是一份一份的,每一份叫做一個光子,光子的能量E跟光的頻率ν成正比:E=hν
(3)光電效應(yīng)的規(guī)律:
各種金屬都存在極限頻率ν0,只有ν≥ν0才能發(fā)生光電效應(yīng);
瞬時性(光電子的產(chǎn)生不超過10-9s).
③光子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān),只隨著入射光的的頻率的增大而增大;
④當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時,光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比.
⑷愛因斯坦光電效應(yīng)方程:Ek= hν - W(Ek是光電子的最大初動能;W是逸出功,即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功.)
例6. 對愛因斯坦光電效應(yīng)方程EK= hν-W,下面的理解正確的有
A.只要是用同種頻率的光照射同一種金屬,那么從金屬中逸出的所有光電子都會具有同樣的初動能EK
B.式中的W表示每個光電子從金屬中飛出過程中克服金屬中正電荷引力所做的功
C.逸出功W和極限頻率ν0之間應(yīng)滿足關(guān)系式W= hν0
D.光電子的最大初動能和入射光的頻率成正比
解: 愛因斯坦光電效應(yīng)方程EK= hν-W中的W表示從金屬表面直接中逸出的光電子克服金屬中正電荷引力做的功,因此是所有逸出的光電子中克服引力做功的最小值.對應(yīng)的光電子的初動能是所有光電子中最大的.其它光電子的初動能都小于這個值.若入射光的頻率恰好是極限頻率,即剛好能有光電子逸出,可理解為逸出的光電子的最大初動能是0,因此有W= hν0.由EK= hν-W可知EK和ν之間是一次函數(shù)關(guān)系,但不是成正比關(guān)系.本題應(yīng)選C.
三,光的波粒二象性
1.光的波粒二象性
干涉,衍射和偏振以無可辯駁的事實(shí)表明光是一種波;光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)又用無可辯駁的事實(shí)表明光是一種粒子;因此現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為:光具有波粒二象性.
2.正確理解波粒二象性
波粒二象性中所說的波是一種概率波,對大量光子才有意義.波粒二象性中所說的粒子,是指其不連續(xù)性,是一份能量.
⑴個別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性;大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動性.
⑵ν高的光子容易表現(xiàn)出粒子性;ν低的光子容易表現(xiàn)出波動性.
⑶光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性;在與物質(zhì)發(fā)生作用時往往表現(xiàn)為粒子性.
⑷由光子的能量E=hν,光子的動量表示式也可以看出,光的波動性和粒子性并不矛盾:表示粒子性的粒子能量和動量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ.