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1、光的本性下学期第1页，本讲稿共19页一、光的波动性一、光的波动性1.光的干涉光的干涉 光的干涉的条件：有两个振动情况总是相同的波源，即光的干涉的条件：有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。（相干波源的频率必须相同）。相干波源。（相干波源的频率必须相同）。形成相干波源的方法有两种：形成相干波源的方法有两种：利用激光（因为激光发出的是单色性极好的光）。利用激光（因为激光发出的是单色性极好的光）。设法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个设法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等）。如下图是利用双缝形成相光源，因此频率必然相等）。如下图是利用双缝形成相干光源的示
2、意图。干光源的示意图。第2页，本讲稿共19页2.干涉区域内产生的亮、暗纹干涉区域内产生的亮、暗纹亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即即=n（n=0，1，2，）暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即倍，即 （n=0，1，2，）双缝S1S2屏幕P1 第一亮纹双缝S1S2屏幕/2Q1第一暗纹第3页，本讲稿共19页相邻亮纹（暗纹）间的距离：相邻亮纹（暗纹）间的距离：用此公式可以测定单色光的波长。用此公式可以测定单色光的波长。双缝屏幕S1S2Ld 红光的波长最长，紫光的波长最短。红光的波长最
3、长，紫光的波长最短。第4页，本讲稿共19页、干涉图样的特点、干涉图样的特点：形成明暗相间的条纹形成明暗相间的条纹 亮纹间等距、暗纹间等距亮纹间等距、暗纹间等距两缝两缝S1、S2中垂线与屏幕相交位置是亮中垂线与屏幕相交位置是亮 条纹条纹-中央亮纹中央亮纹P中央亮纹双缝S1S2屏幕S1S2P=0第5页，本讲稿共19页用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。亮纹，两边出现彩色条纹。第6页，本讲稿共19页例例1.用绿光做双缝干涉实验，在光屏
4、上呈现出绿、暗用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为x。下列说。下列说法中正确的有法中正确的有 A.如果增大单缝到双缝间的距离，如果增大单缝到双缝间的距离，x 将增大将增大B.如果增大双缝之间的距离，如果增大双缝之间的距离，x 将增大将增大C.如果增大双缝到光屏之间的距离，如果增大双缝到光屏之间的距离，x将增大将增大D.如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，x将增大将增大第7页，本讲稿共19页单缝衍射条纹的特征单缝衍射条纹的特征中央亮纹宽而亮中央亮纹宽而亮两
5、侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗3.衍射衍射各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。发生发生明显衍射明显衍射的条件是：障碍物（或孔）的尺寸的条件是：障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。可以跟波长相比，甚至比波长还小。第8页，本讲稿共19页例例2、闻其声，但不见其人，这是因为：、闻其声，但不见其人，这是因为：A.光波是电磁波，声波是机械波光波是电磁波，声波是机械波B.光波是横波，声波是纵波光波是横波，声波是纵波C.光的传播速度大于声速光的传播速度大于声速D.光波的波长太短，不容易发生衍射光波的波长太短，不容易发生
6、衍射第9页，本讲稿共19页4.光的电磁说光的电磁说麦克斯韦根据电磁波与光在真空中的传播速度相同，麦克斯韦根据电磁波与光在真空中的传播速度相同，提出光在本质上是一种提出光在本质上是一种电磁波电磁波这就是光的电磁说，这就是光的电磁说，赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性。赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性。电磁波谱。波长从大到小排列顺序为：电磁波谱。波长从大到小排列顺序为：无线电波、红无线电波、红外线、可见光、紫外线、外线、可见光、紫外线、X射线、射线、射线。射线。各种电磁波各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。第10页，本讲稿共19页例例3、
7、关于电磁波和机械波的性质比较，下列说法不、关于电磁波和机械波的性质比较，下列说法不正确的是：正确的是：A.都可以在真空中传播都可以在真空中传播B.都可以产生衍射、干涉现象都可以产生衍射、干涉现象C.都是能量由近及远地向外传播都是能量由近及远地向外传播D.都能产生反射、折射现象都能产生反射、折射现象第11页，本讲稿共19页例例5、为了转播火箭发射现场的实况，在发射场建、为了转播火箭发射现场的实况，在发射场建立了发射台，用于发射广播电台和电视台两种信号。立了发射台，用于发射广播电台和电视台两种信号。其中广播电台用的电磁波波长为其中广播电台用的电磁波波长为550m，电视台用的，电视台用的电磁波波长为
8、电磁波波长为0.566m。为了不让发射场附近的小山挡。为了不让发射场附近的小山挡住信号，需要在小山顶上建了一个转发站，用来转发住信号，需要在小山顶上建了一个转发站，用来转发_ 信号，这是因为该信号的波长太信号，这是因为该信号的波长太_，不易发生明显衍射。，不易发生明显衍射。解析：电磁波的波长越长越容易发生明显衍射，波解析：电磁波的波长越长越容易发生明显衍射，波长越短衍射越不明显，表现出直线传播性。这时就长越短衍射越不明显，表现出直线传播性。这时就需要在山顶建转发站。因此本题的转发站一定是转需要在山顶建转发站。因此本题的转发站一定是转发电视信号的，因为其波长太短。发电视信号的，因为其波长太短。电
9、视电视短短第12页，本讲稿共19页二、光的粒子性二、光的粒子性1.光电效应光电效应在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。（下图装置中，用弧光灯照射锌版，有电子从锌版表（下图装置中，用弧光灯照射锌版，有电子从锌版表面飞出，使原来不带电的验电器带正电。）面飞出，使原来不带电的验电器带正电。）光电效应的规律：光电效应的规律：各种金属都存在极限频率各种金属都存在极限频率0，只有，只有0才能发生光电效才能发生光电效应；应；瞬时性（光电子的产生不超过瞬时性（光电子的产生不超过10-9s）。）。第13页，本讲稿共19页爱因斯坦的光子说：爱因斯坦的光子说：光是不连
10、续的，是一份一份的，每一份叫做一个光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量光子，光子的能量E跟光的频率跟光的频率成正比：成正比：爱因斯坦光电效应方程：爱因斯坦光电效应方程：（Ek是光电子的最大初动能；是光电子的最大初动能；W是逸出功，即是逸出功，即从金属从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功。)第14页，本讲稿共19页三、光的波粒二象性三、光的波粒二象性1.光的波粒二象性光的波粒二象性 光的干涉和衍射以无可辩驳的事实表明光是一种光的干涉和衍射以无可辩驳的事实表明光是一种波波；光电效应光电效应又用无可辩驳的事实表明光是一种又用
11、无可辩驳的事实表明光是一种粒子粒子；因此现代物理学认为：因此现代物理学认为：光具有波粒二象性光具有波粒二象性。第15页，本讲稿共19页2.正确理解波粒二象性正确理解波粒二象性个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。效果往往表现为波动性。高的光子容易表现出粒子性；高的光子容易表现出粒子性；低的光子容易表现出波低的光子容易表现出波动性。动性。光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。作用时往往表现为粒子性。由光子的能量由光子的能量E=h，光子的动量
12、，光子的动量 表示式也可以看表示式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率频率和波长和波长。第16页，本讲稿共19页四、物质波（德布罗意波）四、物质波（德布罗意波）由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去，得出物质波（德布罗意波）何运动着的物体上去，得出物质波（德布罗意波）的概念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对的概念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波长应，该
13、波的波长：第17页，本讲稿共19页五、激光五、激光激光的特点：激光的特点：是一种人工产生的相干波是一种人工产生的相干波平行度好平行度好亮度高亮度高第18页，本讲稿共19页红外线、紫外线、红外线、紫外线、X射线的主要性质及其应用：射线的主要性质及其应用：种种 类类产产 生生主要性主要性质质应应用用举举例例红红外外线线一切物体都能一切物体都能发发出出热热效效应应遥感、遥控、加遥感、遥控、加热热紫外紫外线线一切高温物体能一切高温物体能发发出出化学效化学效应应荧荧光、光、杀杀菌、合成菌、合成V VD2D2X X射射线线阴极射阴极射线线射到固体表面射到固体表面穿透能力穿透能力强强人体透人体透视视、金属探、金属探伤伤第19页，本讲稿共19页