光的波动性单元知识总结

本章教材是根据教学大纲必修加选修物理课所规定的教学内容和要求编写的，与原教材相比，增加了一节新的内容——光的偏振．本章内容基本上是按照人类对光的本性的认识过程展开的．光的干涉和衍射实验的成功证明了光具有波动性，并推动了光的波动学说的发展．光的电磁说揭示了光现象的电磁本质．光电效应现象的发现，又确凿无疑地说明了光还具有粒子性，最终使人们认识到光具有波粒二象性．本章主要介绍光的波动性．

本章内容大多是学生在生活中不大熟悉的，都需要经过抽象思维，才能理解现象的本质．因此，本章的学习应特别注意在认真观察实验事实的基础上加强抽象思维能力的培养．例如：在光的干涉学习中，同学们应该充分观察干涉图样，再类比前面讲过的机械波，应用波的叠加知识进行分析、推理，理解图样是怎样形成的．对于光的本性的学习应按照人们对光的本性的认识过程来进行，通过光的干涉、衍射现象了解光是一种波，了解光的波动性在科学技术上的应用，了解光的电磁说及电磁波谱的初步知识，了解红外线、紫外线、X 射线、γ射线的产生机理及应用．

在所列的知识点中，高考的要求程度都是A 级。所以对该部分内容以识记为主并辅助理解．在历年的高考试题中，有关本章的内容多以选择或填空题的形式出现．命题频率较高的是光的干涉、衍射，其次是波长、波速和频率的关系，有时还与几何光学中的知识结合起来进行考查．

单元划分，本章可分为四个单元

第一单元：第一、第二节，讲光的干涉和衍射

第二单元：第三节，讲光的电磁说，电磁波谱

第三单元：第四节，讲光的偏振，进一步说明光是横波，是电磁波

第四单元：第五节，介绍激光

【知识结构网络】

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧电磁波谱

光的电磁说亮斑圆孔、圆板衍射、泊松单缝衍射

产生明显衍射的条件光的衍射薄膜干涉双缝干涉产生干涉的条件光的干涉光的波动性

【物理思想方法】

(1)类比法：通过类比光和电磁波在传播速度、反射、折射、干涉、衍射等方面都具有相同的性质，麦克斯韦综合各种情况提出光的电磁理论：光是一种电磁波．

(2)实验法：本章有许多实验．实验法是建立物理理论最常用的方法．如泊松亮斑，在这里实验成了波动理论极其精彩的实证．在科学研究上必须重视理论的指导作用和实践的检验作用．

【典型例题评析】

例1 用单色光做双缝干涉实验，下述说法中正确的是 ( )

A ．相邻干涉条纹之间的距离相等

B ．中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍

C ．屏与双缝之间的距离减小，则屏上条纹间的距离增大

D ．在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距

解析 双缝干涉产生的明暗相间的干涉条纹是等间距的，所以A 正确，B 错误；由λd

l x =∆可知：屏与双缝之间的距离减小，则屏上条纹间的距离应减小，C 错误；由于红光的波长比蓝光的波长长，所以在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距大于蓝光的条纹间距，D 错误．

答案 A

点拨 知道干涉条纹的特点以及相邻两条明条纹或暗条纹的间距Δx 与哪些因素有关，就可成功地解决这道题．

例2 如图20-7所示为X 射线管的结构示意图，正极为灯丝电源，要使射线管发出X 射线，须在K 、A 两电极间加上几万伏的直流高压，则

A ．高压电源正极应接在P 点，X 射线从K 极发出

B ．高压电源正极应接在P 点，X 射线从A 极发出

C ．高压电源正极应接在Q 点，X 射线从K 极发出

D ．高压电源正极应接在Q 点，X 射线从A 极发出

解析 有的学生错误地认为X 射线就是高速电子流，电源正极接Q 点，负极接P 点后，在A 、K 间建立了自A 指向K 的高压电场，就可使K 极产生的电子得到加速，形成高速电子流，形成X 射线，这是对X 射线的本质认识不清造成的．实际情况是，高速电子流射到任何固体上，都可产生X 射线．故本题中高速电子流射到A 极后，即可使A 极原子的内层电子受到激发，形成X 射线．因此，X 射线是从A 极发出的．

答案 D

点拨 要理解X 射线产生的本质．

例3 市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处产生的热效应大

大降低，从而广泛用于博物馆、商店等处．这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜(例如氟化镁)，这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线．以λ表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为 ( ) A．λ／8 B．λ／4 C．λ／2 D．λ

解析当薄膜的厚度是红外线在薄膜中波长的l／4时，红外线在薄膜的两个表面的反射光的路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消，使红外线几乎都透过反光镜，而可见光被反射回来，使反射光的热效应大大降低，用这种灯照射物品时就可使其在被照物品处产生的热效应大大降低，所以俗称“冷光灯”．

答案 B

点拨依据波的叠加原理，同频率的两列波同相叠加增强，反相叠加削弱．从所镀薄膜的上表面和下表面所反射的两列红外线同频率，若光程差为半波长的奇数倍，则为反相叠加，反射波削弱．所以最小光程差为λ／2；注意从下表面反射的红外线比从上表面反射的红外线多走的路程为两个薄膜厚度，故所镀薄膜厚度为λ／4．

【本章习题解答】

1．解析：

a．光的干涉和衍射现象都说明光是一种波．

b．光的偏振现象说明光是横波．

c、要看到显著的光的衍射现象很不容易。而水波的衍射却是经常可以遇见的．在做水波的衍射实验时。通常的障碍物或小孔已足够小的了．但对光波来说仍然太大．以致看不出明显的衍射现象．

d．在光的干涉实验中．若保持双缝间距、缝与屏间距离都不变。用红光和绿光分别做实验得出干涉条纹来。可以见到红光的条纹间距比绿光的条纹间距大，而定量研究知道：在上述条件下．条纹间距跟光波的波长成正比．所以可以得出:红光的波长较长,绿光的波长较短．

(点拨：知道并理解本章内容的各个知识点，是解决此题的关键．)

2．解析：如图20—6所示(图中透镜的弯曲程度作了夸张)．凸透镜的弯曲表面向上反射的光和下表面的玻璃平面向上的反射的光相互叠加。由于来自这两个面的反射光的光程差不同。在有些位置相互加强．有些位置相互削弱．因此出现了同心圆状的明暗相问的条纹．应选用表面不太弯曲的凸透镜。这样范围大．使牛顿环的直径大．

(点拨：抓住相干光源的条件来解释．)

3．解析：如果某目标发出的光正好在胶片上成像，这个物体发出的红外线所成的“红外像”则不会正好落在胶片上，而是落在距透镜更远的位置，原因是红外线的波长比可见光长．玻璃对于波长较长的光的折射率较小．用普通照相机进行红外摄影时，可以把距离标尺调得比实际距离稍近一些，这样就能够得到比较清晰的像。

4．解析，由于太阳在波长为370nm～750nm之间的辐射最强，在生物进化的历史上，视觉范围在这个区间的动物比视觉范围在其他波长间隔的动物能够看得更多、更清楚，因而具有更大的生存优势，直至进化为人．