高中物理光学复习课件

第十一单元光的性质

一、知识结构

二、学习要求

1、知道有关光的本性的认识发展过程：知道牛顿代表的微粒、惠更斯的波动说一直到光的波粒二象性这一人类认识光的本性的历程，懂得人类对客观世界的认识是不断发展不断深化的。

2、知道光的干涉：知道光的干涉现象及其产生的条件；知道双缝干涉的装置、干涉原理及干涉条纹的宽度特征，会用肥皂膜观察薄膜干涉现象。知道光的衍射：知道光的衍射现象及观察明显衍射现象的条件，知道单缝衍射的条纹与双缝干涉条纹之间的特征区别。

3、知道电磁场，电磁波：知道变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场，变化的磁场与变化的磁场交替产生形成电磁场；知道电磁波是变化的电场和磁场——即电磁场在

空间的传播；知道电磁波对人类文明进步的作用，知道电磁波有时会对人类生存环境造成不利影响；从电磁波的广泛应用认识科学理论转化为技术应用是一个创新过程，增强理论联系实际的自觉性。知道光的电磁说：知道光的电磁说及其建立过程，知道光是一种电磁波。

4、知道电磁波波谱及其应用：知道电磁波波谱，知道无线电波、红外线、紫外线、X 射线及γ射线的特征及其主要应用。

5、知道光电效应和光子说：知道光电效应现象及其基本规律，知道光子说，知道光子的能量与其频率成正比；知道光电效应在技术中的一些应用

6、知道光的波粒二象性：知道一切微观粒子都具有波粒二象性，知道大量光子容易表现出粒子性，而少量光子容易表现为粒子性。

三、知识内容

（一）人类对光的本性的认识历程：课堂介绍（此处略）。 （二）光的干涉和衍射 1、双缝干涉：由英国物理学家托马斯.杨首次在实验室完成。干涉条件：两束光频率相同或振动情况一致。 相干光源的获得：光从第一狭缝S 到达同距离对称的双狭缝S 1、S 2，通过这两个狭缝的光由于来自同一束光，因此从S 1、S 2射出的光具有相同的振动情况，即为两个相干光源。

*理论推导：

S 1、S 2 到光屏上P 处的路程差：δ = r 2—r 1 （1）

由于L >>d,L>>x 有：δL r r r r r r 2))((12122

12

2≈-+=- （2）

dx d

x L d x L r r 2])2

([)2(22222122≈-+-+

+=-

（3）

=> x L

d

=

δ P 处振动加强即出现亮条纹的条件是：δ = n λ P 处振动减弱即出现暗条纹的条件是：δ =

λ2

1

2+n 相邻明条件间的距离：λd

L

x =∆

讨论：

(1) 在相同的实验装置条件下，相邻的明（或暗）条纹中央之间距离与波长成正比。 (2) 在波长相同的条件下，相邻条纹间的距离与两孔的距离成反比，与狭缝与光屏之间

的距离成正比。

(3) 当用白光做双缝干涉实验时，除中央条纹为白光外，其余为彩色条纹。 2、薄膜干涉：

（1）皂膜干涉实验：

操作：（1）酒精灯焰上放少许食盐，使灯焰发出黄光；

（2）将钢丝圈浸没在肥皂液中，提出后在钢丝圈内形成肥

皂膜；（3）将肥皂膜直立，放置在酒精灯一侧；（4）眼睛与

灯焰在同一侧，迎着肥皂膜的反射光线方向观察肥皂膜，即

要看到肥皂膜上呈现水平状的明、暗相间的条纹。这种条纹，

即为皂膜干涉图样。

将肥皂膜放在阳光下，迎着肥皂膜反射光方向观察肥皂

膜，可观察到彩色干涉条纹。

原理：直立的肥皂膜，由于重力作用，形成上薄下厚的“尖劈”，当光从空气射到第一表面时，一部分被反射，另一部分进入肥皂膜到在另一侧表面又被反射，前表面的反射光与后表面的反射光由于来自于同一束入射光，故是相干光源。当它们在第一表面处相遇时产生干涉，形成进一步条纹：当薄膜的厚度恰好使得两列反射光经过的光程差，等于波长的整数倍时，该处振动加强，产生明条纹；当薄膜的厚度恰好使得两列反射光经过的光程差，等于半波长的奇数倍时，该徙振动减弱，产生暗条纹。从而形成明暗相间的干涉条纹。

应用：检测器件的平整程度

平整样品的干涉图样，见上图2。

有凹凸样品的干涉图样，见右下图。

空气劈夹角越小，干涉条纹间距越宽。

3、光的衍射

（1）光偏离了直线前进的方向而绕到障碍物阴影区域的现象，叫做光的衍射。演示1：游标卡尺观察日光灯管的周围衍射

演示2：激光演示单缝衍射（单缝宽度与衍射条纹区域的关系）

（2）衍射图样

单缝衍射：

单色光的衍射白光的衍射

衍射条纹宽度与缝宽的关系：

小孔衍射：

演示：激光穿过小孔后的衍射图样

光栅衍射：

演示：激光光栅衍射

衍射的技术应用：激光防伪

障碍物或小孔的尺寸越接近光的波长或小于光的波长，光的衍射现象越明显。

（三）光的电磁说

1、麦克斯韦的电磁场理论

（1）电磁场：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，周期性变化的电场和磁场形成一个统一体，叫做电磁场。

（2）电磁波：电磁场由发生区域向外传播，就形成电磁波。电磁波在真空中的光速等于光在真空中的速度。

2、光的电磁说：光是一种电磁波。其速度c=λν（波长与频率的乘积）

电磁波既可以在介质中传播，也可以在没有任何介质的空间传播。

（1）实验证实：德国物理学家——赫兹。

（2）电磁波谱：

频率由低到高：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、伦琴（X）射线、γ射线。部分波段频率有交叉。

各波段电磁波产生的机理：

●无线电波：自由电子的周期性运动

●红外线、可见光：原子的外层电子受到激发

●紫外线、伦琴（X）射线：原子的内层电子受到激发

●γ射线：原子核受到激发

●红外线

（1）红外线的发现：

德国科学家赫谢尔在研究光的温度效应时心中有个疑问，平常所观测的阳光，不同色的色光所含的热量都相同吗？1800年，他设计一个简单的实验，让阳光通过三棱镜，产生七彩光谱，利用三支涂黑酒精球的温度计（较能吸收辐射热），一支置于可见光某一色光中，