第十八章--光的本性

十八、光的本性

双基训练

★1.关于对光的本性的认识,下列说法中正确的是( ).

(A)牛顿的微粒说与惠更斯的波动说第一次揭示了光具有波粒二象性

(B)牛顿的微粒说与爱因斯坦的光子说没有本质的区别

(C)麦克斯韦从理论上指出电磁波传播速度跟光速相同,他提出光是一种电磁波

(D)麦克斯韦的电磁说与爱因斯坦的光子说说明光具有波粒二象性

答案:CD

★★2.如图所示是一舣缝干涉实验装置的示意图,其中S为单

缝,S1、S2为双缝,P为光屏.实验时用白光从左边照射单缝S,

可在光屏P上观察到彩色的下涉条纹.现在S1、S2的左边分别

加上红色和蓝色滤光片,则在光屏P上可观察到( ).

(A)红光和蓝光两套干涉条纹

(B)红、蓝相间的条纹

(C)两种色光相叠加,但不出现干涉条纹

(D)屏的上部为红光,下部为蓝光,不发生叠加

答案:C

★★★3.下列现象与产生原因分两列排列,请你用铅笔连线把它们对应起来【4】

太阳光通过茂密大树的树叶间隙射到地上,形成明亮的光斑光的直线传播

通过尼龙伞看太阳,观察到彩色的花边

雨后形成的彩虹光的折射

晴天汽车开过积水的地面后,留下一些油使水面出现彩色薄膜

细铁丝圈中的肥皂膜在太阳光照射下形成彩色水平条纹光的干涉

凸透镜把太阳光会聚成边缘带彩色的光斑

照相机镜头在太阳光下看上去呈淡紫色光的衍射

著名的泊松亮斑

通过分光镜内的三棱镜观察光源的光谱光的全反射

“光导纤维”使光沿纤维内传播

医院手术室使用无影灯的原理

答案:

太阳光通过茂密大树的树叶间隙射到地上,形成明亮的光斑光的直线传播通过尼龙伞看太阳,观察到彩色的花边

雨后形成的彩虹光的折射

晴天汽车开过积水的地面后,留下一些油使水面出现彩色薄膜

细铁丝圈中的肥皂膜在太阳光照射下形成彩色水平条纹光的干涉

凸透镜把太阳光会聚成边缘带彩色的光斑

照相机镜头在太阳光下看上去呈淡紫色光的衍射

著名的泊松亮斑

通过分光镜内的三棱镜观察光源的光谱光的全反射

“光导纤维”使光沿纤维内传播

医院手术室使用无影灯的原理

纵向型

★★★★4.光子有能量,也行动量(p=h/λ),并遵守能量和动量的有关规

律.如图所示,真空中有一“∞”字形装置可绕通过横杆中点的竖直轴

OO′在水平面内灵活地转动,其中左边是圆形黑纸片,右边是和左边大

小、质量相同的圆形白纸片.现用平行白光沿垂直纸面向里方向垂直照

射这两个纸片,关于此装置开始时转动的情况(俯视),下列说法中正确的是( ) (A)顺时针方向转动(B)逆时针方向转动(C)都有可能(D)不会转动

答案:B

★★★★★5.将焦距为f=20cm的凸透镜从正中切去

宽度为a的小部分,再将剩下两半粘接在一起,构造一

个“粘镜”,如图所示.图中D=2cm,在粘合透镜一侧

的中心轴线上距镜20cm处置一波长λ=500gm的单色

点光源,另一侧垂直于中心轴线放置屏幕,屏幕上出现干涉条纹,条纹间距△x=0.2mm.问：

(1)切去部分的宽度a是多少?

(2)为获得最多的干涉条纹,屏幕应离透镜多远?

答案:(1)0.5mm,(2)4m

阶梯训练

光的波动性

双基训练

★1.太阳光谱中有许多暗线,他们对应着某些元素的特征谱线,产牛这些暗线的原因是( ).【0.5】

(A)太阳表面大气层中缺少相应的元素(B)太阳内部缺少相应的元素

(C)太阳表面大气层中存在着相应的元素(D)太阳内部存在着相应的元素

答案:C

★2.根据电磁波谱从下列选项中选出电磁波的范围相互交错重叠、且频率顺序由高到

低排列的情况( ).【0.5】

(A)伦琴射线、紫外线、可见光(B)伦琴射线、紫外线、红外线

(C)紫外线、红外线、可见光(D)无线电波、红外线、紫外线

答案:A

★3.铁水的光谱是_______________光谱,霓虹灯的光谱是_______________光谱,太阳光谱是_______________光谱.能否根据观察到的月光光谱确定月球的化学成分?【0.5】

答案:连续,明线,吸收,不能

★★4.下列认为光波和无线电波都是电磁波的理由中正确的是( ).【0.5】

(A)它们在真空中传播速度相同

(B)它们都能发生反射、折射、干涉、衍射等现象

(C)它们的传播不依靠别的介质

(D)它们都是由振荡电路中自由电子的运动产生的

答案:ABC

★★5.单单色光在折射率为n1的介质中传播时,它的波速、频率和波长分别用v2、v1和λ1表示,当它在折射率为n2的介质中传播时,它的波速、频率和波长分别用v2、v2和

λ2表示.关于它们之间的关系,下列说法中正确的是( ).【1】

(A )12

1221n n ,λλνν== (B )121221v n n v ,==νν (C )121221n n ,ννλλ== (D )121221v n n v ,=

=λλ 答案:AB

★★6.如图所示为伦琴射线管的示意图,其中E 、F 是两种射线,

下列关于该管的说法中正确的是( ).【1】

(A )ε,可以是低压交流电源,也可以是低压直流电源m 必须是高

压直流电源且ε2的右端为电源正极

(B )射线E 、F 都是高速电子流

(C )射线E 是高速电子流,射线F 是伦琴射线

(D )射线E 是能量很大的γ射线,射线F 是伦琴射线

答案:AC

★★7.如图所示是用游标卡尺两测脚间的狭缝观察日

光灯光源时所看到的四个现象.当游标卡尺两测脚间的

狭缝宽度从0.8mm 逐渐变小时,所看到的四个图像的

顺序是( ).【1】

(A )abed (B )dcba (C )bacd (D )badc

答案:A

纵向应用

★★8.下列几种射线中,在医疗上最常用作“放疗”的射线为( ).【1】

(A )红外线 (B )紫外线 (C )X 射线 (D )γ射线

答案:D

★★9.用红光做杨氏双缝干涉实验时,在屏上能观察到明暗相间且间隔相等的红色干涉条纹.现若用一张不透明的纸将其中的一个狭缝挡住,则在屏上可以观察到( ).【1】

(A )一片红光

(B )和狭缝宽度柑当的一条红色亮线

(C )明暗相间但间隔不等的红色条纹

(D )仍是原来形状的红色条纹,但其中的亮条纹比原来稍暗些

答案:C

★★10.某同学以线状白炽灯为光源,利用游标卡尺两脚间形成的狭缝观察光的衍射现象后,总结了以下几点,其中正确的是( ).【1】

(A )若狭缝与灯丝平行,形成黑白条纹且条纹与狭缝平行

(B )若狭缝与灯丝垂直,形成彩色条纹且条纹与狭缝垂直

(C )衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度有关

(D )衍射条纹的间距与光的波长有关

答案:CD

★★11.如图所示,(a )、(6)两幅图是由单色光分别入射到两圆孔形成的

图像,由图判断(a )是光的(选填“干涉”或“衍射”)图像.图(a )所对

应的圆孔径_______________(选填“大于”或“小丁”)图(b )所对应

的圆孔孔径.(2001年上海高考试题)【1】

答案:衍射,小于

★★12.有些动物在夜间几乎什么都看小到,而猫头鹰在夜间却有很好的视力.

(1)其原因是猫头鹰的眼睛( ).

(A )不需要光线,也能看到目标 (B )自个儿发光,照亮搜索目标

(C )可对红外线产生视觉 (D )可对紫外线产生视觉

答案:C

2)根据热辐射理论,物体发出光的最大波长λ与物体绝对温度T 的关系满足维恩公式Tλ=2.9×10-3m ·K .若猫头鹰的猎物_______________蛇在夜间体温为27°C ,则它发出光的最大波长为_______________m ,属于_______________波段.【2】

答案:6

107.9-?,红外线

★★13.红光在水中的波长与绿光在真空中的波长相等,已知水刘红光的折射率为4/3,试求：

(1)红光与绿光在真空中的波长之比

(2)红光与绿光的频率之比.【2】

答案:(1)4/3,(2)3/4

★★★14.2002年4月21日上午9时30分左右,在武汉人们看到太阳的周围环绕着一道 “美丽的光环”,这被称为太阳的“日晕”现象,这种现象属于( ).【1.5】

(A )太阳光的衍射 (B )太阳光的干涉

(C )太阳光的折射 (D )小孔成像

答案:C

★★★15.无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ射线合起来,形成了范围非常广阔的电磁波谱,不同的电磁波产生的机理不同,表现山的特性也不同,因而其用途也不同；下列应用中不符合实际的是( ).【1.5】

(A )医院里常用红外线对病人进行透视

(B )医院里常用紫外线照射病房和手术室进行消毒

(C )用X 射线处理医院排放的污水.可杀死各种病原体,保护环境免受污染

(D )用γ射线照射马铃薯.可防止其发芽.以便长期保存

答案:AC

★★★16.我们平时从来也没有观察到从两只小灯泡发出的光在屏上叠加产生的干涉条纹,其主要原因是( ).【1.5】

(A )两只小灯泡灯丝的发光面积太大,小能看作点光源

(B )两只小灯泡的灯丝不能靠得很近,产生的干涉条纹太密,不能分辨

(C )平时环境里外界杂散的光太强,干扰了观察的进行

(D )小灯泡灯丝发出的光是大量原子被激发后随机辐射的,很难满足相T 条件

答案:D

★★★17.双缝干涉实验装置如图所示,双缝间距离为d ,双缝到像屏间

距为L ,调整实验装置使像屏上见到清晰的干涉条纹,关于该干涉条纹及

改变条件后干涉条纹的变化情况,下列叙述中正确的是( ).【3】

(A )屏上所有亮线都是从双缝出来的两列光波的波峰与波峰叠加形成的,

而所有暗线是波谷与波谷叠加形成的

(B )若将像屏向右或向左平移一小段距离,屏上仍有清晰的干涉条纹

(C )若将双缝间距d 减小,像屏上两相邻明条纹间距变小

(D )若改用频率较大的色光进行实验,在其他条件不变的前提下.像屏上两相邻暗条纹间距变小

答案:BD

★★★★18.利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度.如图(a )所示,

现使透明标准板M 和待检工件N 间形成一楔形空气薄层,并用单色

光照射,可观察到如图(b )所示的干涉条纹,条纹的弯曲处P 和Q 对

应于A 和B 处,下列判断中正确的是( ).【5】

(A )N 的上表面A 处向上凸起

(B )N 的上表面B 处向上凸起

(C )条纹的cd 点对应处的薄膜厚度相同

(D )条纹的d 、e 点对应处的薄膜厚度相同

答案:BC

★★★★19.用干涉法检查工件表面的质量时,产生的干涉条

纹是一组平行直线,若让劈尖的上表面略向上平移,如图(n )所

示,则干涉条纹将_______________.若恰当增大劈尖的倾角如

图(b )所示,则干涉条纹将_______________(均选填“变宽”、

“变窄”或“不变”).【5】

答案:不变,变窄

横向拓展

★★★20.红、黄、蓝三束单色光,在某介质内以相同的入射角射入真空中,下列说法中不正确的是( ).【2】

(A )在该介质中传播时红光速度最大

(B )光从该介质射入真空时蓝光偏折角最大

(C )若蓝光发生了全反射,则红光、黄光都已发生了全反射

(D )若红光发生了全反射,则黄光、蓝光都已发生了全反射

答案:C

★★★21有一种感光胶片叫作红外线胶片,它对可见光不敏感,只有红外线能使它感光.这种胶片可以用普通相机进行红外摄影.若物体用普通胶片摄影时成一个等大的像,若用红外线胶片摄影时也要成一个等大的像,那么应调节相机,使( ).【2.5】

(A )物距减小,像距减小 (B )物距增大,像距减小

(C )物距减小,像增大 (D )物距增大,像距增大

答案:D

★★★22.为了减少光在透镜表面的反射损失,可在透镜表面涂一层增透膜.增透膜的材料一般选用折射率为1.38的氟化镁.为了使在空气中波长为0.552μm 的绿光在垂直透镜入射时不发生反射,所涂薄膜的厚度最小应为_______________m .【2.5】

答案:7

100.1-?

★★★23.如图所示为伦琴射线管的示意图,K 为阴极,A 为对

阴极,假设由K 极发射的电子初速度为零,当AK 之间所加直

流电压U =30kV 时,电子被加速打在对阴极A 上,使之发射出

伦琴射线,设电子的动能全部转化为伦琴射线的能量.已知电

子电量e =1.6×10-19c ,质量m =0.91×10-30kg ,普朗克常数

h =6.63×10-34J ·s ,问：

(1)电子到达对阴极的速度多大(取一位有效数字)

(2)由对阴极发出的伦琴射线的最短波长多大?(3)若AK 间的电流为10mA ,那么每秒从对阴极最多能辐射多少个伦琴射线光子?【6】

答案:(1)s /m 1018?，(2)m 101.411-?

★★★24.如图所示,将焦距为f 的凸透镜切成上下两半,沿主光轴

拉开f 距离,点光源S 置于透镜左半部分的焦点处,在图上画出点

光源S 经上下两部分透镜后的光束发生干涉的区域.【2.5】

答案:略

★★★★25.从点光源L 发出的白光,经过薄凸透镜后成一平

行光束,垂直照射到挡板P 上,板上开有两条靠得很近的平行

狭缝S 1、S 2,如图所示,光达到S 1、S 2时相位恰好相同.在屏Q

上可看到干涉条纹,请你阐述屏Q 上干涉条纹的主要特征,并

说明理由.【5】

答案:屏的中心O 为白色中心亮条纹,围绕中心的两侧对称地出现彩色亮条纹,由于各色光的波长不同,它们的亮条纹宽度及离中心距离各不相同,每一级亮条纹宽度及离中心距离从小到大排列依次为红…紫,故到一定程度不同级条纹发生交叉

★★★★★26.光学仪器中使用的是涂膜镜头,若薄膜的折射率n =4/3,小于玻璃的折射率,

在入射光包禽波长λ1=7×10-7m 和λ2=4.2×10-7m 两种成分的情况下,为使两种波长的反射光

被最大限度减弱,试求这种薄膜的厚度.【10】

答案:m 1094.37

-?

★★★★★27.设加在伦琴射线管两端的电压为20000V ,假设在一段时间内共有1.25C 电量的电子从阴极飞出,问：

(1)它们到达对阴极时,一共获得多大的动能?

(2)电子与阴极撞击后,假定有80％的能量变成了热量,而被质最160g 的极板吸收,则能使对阴极的温度升高多少度(对阴极的物质比热容为0.125J ／g ·℃)?

(3)所辐射的伦琴射线的最短波长是多少?【8】

答案:(1)J 105.24?，(2)1000℃，(3)0.062nm 光的粒子性 光子 光的本性

双基训练

★1.下列各种叙述中,符合物理学史事实的是( ).【0.5】

(A )托马斯·杨通过对光的干涉的研究证实了光具有波动性

(B )普朗克为了解释光电效应的规律,提出了光子说

(C )赫兹首先通过实验证明了电磁波的存在

(D )光电效应现象是爱因斯坦首先发现的

答案:AC

★2.电子衍射实验证明电子具有波动性,这种波可称为( ).【0.5】

(A )电磁波 (B )几率波 (C )德布罗意波 (D )物质波

答案:BCD

★★3.铯的极限频率为4.5×1014Hz ,下列光中可使其发生光电效应的是(

).【1.5】

(A )真空中波长为0.9μm 的红外线

(B )真空中波长为0.7μm 的红光

(C )真空中波长为0.45μm 的紫光

(D )真空中波长为0.3μm 的紫外线

答案:CD

★★4.某金属在一束绿光的照射下发生光电效应,则( ).【1】

(A )若增加绿光的照射强度,则单位时削内逸出的光电子数目不变

(B )若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子最大初动能增加

(C )若改用紫光照射,则逸出的光电子最大初动能增加

(D )若改用紫光照射,则单位时间内逸出的光电子数目增加

答案:C

★★5.关于光子的能量,下列说法中正确的是( ).【1】

(A )光子的能量跟它在真空中的波长成正比

(B )光子的能量跟它在真卒中的波长成反比

(C )光子的能量跟光子的速度平方成正比

(D )以上说法都不正确

答案:B

★★6.如图所示为光电管的工作电路,要使电路中形成较强的光

电流,须在A 、K 两电极间加一直流电压,则( ).(2003年浙

江会考试题)【1】

(A )电源止极应接在P 点,光电了从极K 发出

(B )电源正极应接在P 点,光电子从极A 发出

(C )电源正极应接在Q 点,光电子从极K 发出

(D )电源正极应接在Q 点,光电子从极A 发出

答案:A

★★7.在宏观世界中相互对立的波动性和粒子性,在光的本性研究中却得到了统一,即所谓光具有波粒二象性,下列关于光的波粒二象性的叙述中正确的是( ).【1】

(A )大量光子产生的效果显示出波动忡.个别光子产生的效果展示出粒子性

(B )光在传播时表现出波动性,而在跟物质作用时表现出粒子性

(C )频率大的光较频率小的光的粒子性强,但波动性弱

(D )频率大的光较频率小的光的粒子性及波动性都强

答案:ABC

★★8.频率ν为的光照射某金属材料,产生光电子的最大初动能为E k .若以频率为2ν的光照射同一种金属材料,则光电子的最大初动能为_________.【1】

答案:νh E K +

★★9.从人类第一次使用光来驱赶黑暗以来,许多研究物理科学的巨匠都怀着极大的兴趣去研究光究竟是什么.请你按人类对光的认识和研究进程的先后就下列选项进行排序___________________________(用字母排).【2】

(A )爱因斯坦提出光子说

(B )托马斯·杨在实验中成功地观察到光的干涉现象

(C )牛顿提出光的粒子说,而惠更斯提出光的波动说

(D )麦克斯韦根据他的电磁理论提出光是电磁波

答案:CBDA

光究竟是什么?今天的认识是_____________________________________________. 答案:光具有波粒二象性

纵向应用

★★10如图所示为一真空光电管的应用电路,其阴极金属材料的极限频

率为4.5×1014Hz ,则下列判断中正确的是( ).【2】

(A )发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率

(B )发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度

(C )用λ=0.5μm 的光照射光电管时,电路中有光电流产生

(D )光照射的时间越长,电路中的光电流越大

答案:BC

★★★11.如图所示,一验电器与锌板相连,现用一弧光灯照射锌板,

关灯后,指针保持一定偏角,下列判断中正确的是( ).【2】

(A )用一带负电(带电量较少)的金属小球与锌板接触,则验电器指

针偏角将增大

(B )用一带负电(带电量较少)的金属小球与锌板接触,则验电器指

针偏角将减小

(C )使验电器指针回到零后,改用强度更大的弧光灯照射锌板,验电器指针偏角将比原来大

(D )使验电器指针回到零后,改用强度更大的红外线灯照射锌板,验电器指针一定偏转 答案:BC

★★★12.红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光,每道闪光称为一个光脉冲.现有

一发射功率为10W 的红宝石激光器,正常工作时每发射一个光脉冲持续时间为1.0×10-11s ,

所发光的波长为693.4nm ,由此可求出每道光脉冲的长度l =_________mm ,其中含有的光子数n =_________个【3.5】

答案:3,7

106.3?个

★★★13.已知使锌板发生光电效应的光的极限波长为λ0=372mm .按照玻尔的瑚论,氧原子的基态能量为一13.6eV ,试通过计算说明利用氢原子光谱中的光能否使锌板发生光电效应

(真空中的光速为c =3.00×108m ／s ,普朗克常数h =6.63×10-34J ·s )【3】

答案:能

★★★14.用功率为P 0=1W 的点光源,照射离光源r =3m 处的某块金属薄片,已知光源发出 的是波长λ=589mm 的单色光,试计算：(1)1s 内打到金属薄片1mm 2面积上的光子数.(2)若

取该金属原子半径r 1=0.5×10-10m ,则金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一

个光子?【5】

答案:10106.2?个,3109.4?s

★★★★15.如图所示,当双刀双掷电键悬空时,若用一平行单色光照射

光电管阴极K ,发生了光电效应,现将双刀双掷电键拨向bb ′,用同样的

光照射光电管,并使变阻器的片P 自左向右移动,当电压表示数为3.1V

时,电路中的电流恰为零,若将电键拨向aa ′并移动变阻器的滑片P ,使

电压表示数变为4.5V ,此时电子到达A 极的最大动能为_________eV .

【5】

答案:7.6

横向拓展

★★★16.一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束

光,分别照射到相同的金属板a 、b 、c 上,如图所示,已知金属板b 有光

电子放出,则( ).(1998年全国高考试题)【2】

(A )板a 一定不放出光电子 (B )板a 一定放出光电子

(C )板c 一定不放出光电子 (D )板c 一定放出光电子

答案:D

★★★17.如图所示,两束不同的单色光p 和Q 以适当的角度射向半圆形的

玻璃砖,然后均由O 点沿OF 方向射出,则下列说法中正确的是( ).【3】

(A )P 在真空中的波长比Q 长

(B )P 的光子能量比Q 大

(C )P 穿过玻璃砖所需时间比Q 短

(D )若P 能使某金属发生光电效应,那么Q 也一定能

答案:ACD

★★★18.如图所示的是工业生产中大部分光控制设备用到的

光控继电器示意图,它由电源、光电管、放大器、电磁继电器

等儿部分组成,看图回答下列问题：【4】

(1)图中a 端应是电源_________极.

答案:正

(2)光控继电器的原理是：当光照射光电管

时,_____________________________________.

答案:K 极发射光电子,电路中产生电流,经放大器放大后的电流产生的磁场使铁芯M 被磁化,将衔铁N 吸住；无光照射光电管时,电路中无电流,N 自动离开M

(3)当用绿光照射光电管K 极时,可发生光电效应,则下列说法中正确的是( ).

(A )增大绿光照射强度,光电子最大初动能增大

(B )增大绿光照射强度,电路中光电流增大

(C )改用比绿光波长大的光照射光电管K 极时.电路中一定有光电流

(D )改用比绿光频率大的光照射光电管K 极时.电路中一定有光电流

答案:BD

★★★★19.右如图所示为对光电效应产生的光电子进行荷质

比测定的简要原理图,两块平行金属板相距为d ,其中标N 为锌

板,受某一紫外光照射后将激发出沿不同方向运动的光电子,电

键S 闭合后灵敏电流计G 示数.如果凋节变阻器R ,逐渐增大极

板间电压,@表的示数将逐渐减小.当电压表的示数为u 时,G 的

示数恰为零.如果断开S ,在MN 间加上垂直纸面的匀强磁场,当磁感应强度为B 时,@表的示数也恰为零,求出光电子的荷质e /m 比的表达式.【6】

答案:2

2d B 8U ★★★★20.根据量子理论,光子具有动量,光子的动量等于光子的能量除以光速,即p =E /c ,光照射到物体表面并被反射时,会对物体产生压强,这就是“光压”,光压是光的粒子性的典型表现.光压的产生机理如同气体压强：由大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力,器壁在单位面积上受到的压力就是气体的压强.(1)若激光器发出的一束激光其功率为P ,光束的横截面积为S .当该激光束垂直照射在物体表面时,试计算单位时间内到达物体表面的光子总能量.(2)若该激光束被物体表面完全反射,试证明其在物体表面引起的光压是cS

2P (3)设想利用太阳的光压将物体送到太阳系以外的空间去,当然这只有在太阳对物体的光压超过太阳对物体的引力条件下才行.现如果用一种密度为1.0×103kg ／m 3的物体做成的平板,它的刚性足够大,则当这种平板厚度较小时,它将能被太阳的光压送出太阳系.试估算这种平板的厚度应小于多少?设平板处于地球绕太阳运动的公转轨道上,且平板表面所受

的光压处于最大值,不考虑太阳系内各行星对平板的影响,已知地球公转轨道上的太阳常量为1.4×10sJ ／m 2·s (即在单位时间内垂直辐射在单位面积上的太阳光能量),地球绕太阳公

转的加速度为5.9×10-3m ／s 【12】

答案:(1)p ,(2)略(3)小于6

106.1-?m

★★★★★21.波长λ=5×10-7m 的光束照在光电管(阴、阳两极都是平面型的且彼此平行)的阴极上,光斑直径为d =0.1mm ,阴极材料的逸出功W =2eV ,阳极离阴极的距离l =30mm ,光电管两端所加的加速电压U =4kV ,求阳极上光电子形成的斑点的直径(已知电子的质量为

m e =9.1×10-31kg ,电子的电量e =1.6×10-19c ,普朗克常量h =6.63×10-34J .s ).【12】 答案:1.42mm

对光本性的认识

对光本性的认识 摘要本文从人们对光的本性的认识为核心进行展开的，首先对历史上争辩已久的光的关于光的本性的两种学说—波动说和微粒说进行了研究和探讨，在此基础上，重点介绍了光的波粒二象性。 关键词本性；学说；波动性；粒子性 0 引言 光学是物理学中较古老的一门基础学科，又是当前物理学领域最活跃的前沿之一然而光学也是经过一场场磨难和斗争才发展起来的，其历史被当作自然科学发展史的典范，对光本性认识的争论是光学发展主要动力之一光的本性是什么对这个问题人们自古就有不同的认识，形成了一场关于光的本性的激烈的争论，即微粒说和波动说之争。 1 光本性的两种学说之争 关于光本性的两种学说—微粒说合波动说。其中微粒说的代表人物是牛顿，而波动说则以胡克和惠更斯为代表，牛顿在向皇家学会提交的一封信中，首次提出了自己对光的物质见解，指出“光线可能是球形的物体” 即光的微粒说，牛顿认为：光是发光体所射出的一群微小粒子，它们一个接着一个地迅速发射出来，以直线进行，人们感觉不到相继两个之间的时间间隔。并用这种观点解释了光的直线传播，光的反射和折射。 牛顿的论点遭到胡克等人反对并引起争论。胡克主张光是一种振动，而且是短促的。他举出金刚石受摩擦或打击时在暗中会发光来说明他的论点，同时认为在均匀媒质中，振动在各个方向以相等的速度因此发光体的每次振动都将形成一个球面，球面在不断扩大，就像石块落水激起的环波越来越大一样。这就是较早提出的光的波动性的概念。 惠更斯则在其基础上没有能继续研究下去，即没有从理论上弄清楚振荡电流作为振源，是怎样把电磁振荡传播出去的这样。惠更斯提出类似于空气中的声波，以太波也是纵波。注意：这里惠更斯作了错误的类比，实际上光波是横波。正由于被认为是纵波，所以对“偏振”现象就无法解释了，加上“以太”是否存在还是一个疑问，而且初期的波动说还缺乏数学基础，所以难以与微粒所抗衡。 开尔文又错过了发现电磁波的契机开尔文曾两次走到电磁理论的大门，但都因其少年早慧带来的弱点徘徊而去，错失发现电磁理论的良机，使其与电磁理论的发现者这一称号无缘。不过，这并不影响开尔文在电磁理论发展中起的作用。这种作用就是，开尔文在这一领域作了开拓性的研究，为后来麦克斯韦、赫兹在这方面的工作奠定了基础。

第48课时 光的本性 (A卷)

第48 课时光的波动性和粒子性（A卷） 考测点导航 一、光的波动性 1．光的干涉 (1)相干条件：两束光频率相同，振动方向一致，相差恒定(步调差恒定)。 (2)双缝干涉：(杨氏双缝实验) ①推导：若S1、S2光振动情况完全相同，则 δ=κλ明条纹，δ=（2κ+1）λ/2暗条纹（κ=0、 1、2、3……） 条纹宽度(相邻亮条纹或暗条纹中央间距)Δx=L/dλ②图象特点：中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹。白光干涉图象中央明条纹外侧为红色。2．光的衍射 (1)产生条件：障碍物或孔的尺寸与波长可比 (相差不多)。 (2)单缝衍射： 图象特点：中央最宽最亮，与两侧不等间隔的明暗相间的条纹(白光入射为彩色条纹)。 3．光的偏振:光是横波，是电磁波，场强E和磁感强度B均与波速V垂直。所以光有偏振现象。 4．光的电磁说：光是一种电磁波。（电磁波谱） 二、光的粒子性(光子说) 1．光子说：光子的能量为E=hυ 2．光电效应实验规律 3．爱因斯坦光电效应方程：E k=hυ-w 三、光的波粒二象性: 1.光是一种波，同时也是一种粒子。 2.物质波：实物粒子动量为p，则对应的物质波的波长为λ=h/p (德布罗意波)，是一种概率波 典型题点击 1.在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差d=0.6μm；若分别用频f1=5.0x1014Hz和频率为f2= 7.5x1014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现条纹的情况是以下哪种 ( ) A．用频率为f1的单色光照射时，P点出现明条纹 B．用频率为f2的单色光照射时，P点出现明条纹 C．用频率为f1的单色光照射时，P点出现暗条纹 D．用频率为f2的单色光照射时，P点出现暗条纹 （该题考查对双缝干涉规律的理解和应用） 2.下列关于光的现象的说法中正确的是 ( ) A.用白光做双缝干涉实验时，屏上从中央条纹向外，紫光的亮条纹偏离中央的距离最大 B.白光单缝衍射时，偏离中央亮条纹远的是红光 C.白光经三棱镜折射发生色散，红光偏向角最大 D.涂有增透膜的照相机镜头看上去呈淡紫色，说明增透膜增强了对淡紫色光的透 （该题考查对不同色光因波长不同，在干涉衍射和色散现象中偏折程度不同的理解和应用。）3. 由两个不同光源所发出的两束白光，落在同一点上，不会产生干涉现象。这是因为 ( ) A．两个光源发出光的频率不同 B．两个光源发出光的强度不同 C．两个光源的光速不同 D．这两个光源是彼此独立的，不是相干光源 （该题考查对相干光源的条件的正确理解） 4. 入射光照到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么以下说法正确的是（） A．从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B．逸出的光电子的最大初动能减小 C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D．有可能不再产生光电效应 （该题考查对光电效应规律的深入理解并利用规律判定有关现象） 5. 如图48-A-1所示为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为 4.5x1014Hz，则以下判断正确的是 ( ) A．发生光电效应时，电路中光电流 的饱和值取决于入射光的频率 B．发生光电效应时，电路中的光电 流的饱和值取决于入射光的强度 C．用λ=0.5μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生 D．光照射时间越长，电路中的光电流越大 （该题注意“光电流的强度”指的是光电流的最大值(亦称饱和值)） 新活题网站 一、选择题 1．用单色光作杨氏双缝干涉实验时，在屏上呈现清晰的明暗相间的条纹．若将光屏稍微前移或后移一点，则( ) A.光屏上都将出现模糊的条纹 B.前移时条纹模糊，后移时条纹清晰 C．前移时条纹清晰，后移时条纹模糊 D．前移、后移条纹仍然是清晰的 (该题考查双缝干涉) 2．(2001〃朝阳区)地球的大气层中，基本不变的成分为氧、氮、氢等，占大气总量的99．96％，可变气体成分主要有二氧化碳(C02)、水气和臭氧等，这些气体的含量很少，但对大气物理状况影响却很大，据研究：人类大量燃烧矿物燃料放出大量C02，使大气中的C02浓度不断增大，是导致“温室效应”的主要原因，即：使大气的平均温度上升，从而导致一系列生态环境问题，由此可判断：C02比大气中的氧、氮、氢等基本不变的气体成份( ) A．对可见光的吸收作用强B．对无线电波的吸收作用强 481 A -- 图

光的本性认识的发展

光的本性认识的发展 光的本住问题是贯穿在光学发展中的一个根本问题。正是这种对光的本性的探讨有力地推动了光学以及整个物理学的发展。人们对光的本性的认识，从光是“物质的微粒流”，经历了光是“以太的振动”，光是电磁波到光是波粒二象性的统一等各个认识阶一段。这一认识历程从牛顿和惠更斯之争算起到现在其间经历了三百多年。人们遵循实验——假设——理论——实验这条途径，逐步达到了对光的本性的认识，这一认识揭示了物质世界光和电磁的统一，光的波动性和微粒性的统一。德国物理学家劳厄在谈到这一认识的重大意义时指出：“在这以前还是完全互不相依的光的理论和电动力学理论的这种自然的结合发展是作为物理知识的真理一性证明的一个最伟大的事件”。他在《物理学史》的导言中着重指出了研究两类不同的物理思想“它们不期而遇并且自然地相结合”的意义。他说：“凡是经历了这种令人极为惊奇的事件的人，即使是在很远的距离经历的，或者至少能在事后加以回顾的，都不会怀疑：这些相互结合的理论，即使不包含完全的真理，终究也包含了与人类的附加因素无关的客观真理的一种重要的核。否则，它们的结合只能理解为奇迹。物理学史的理想必须是把这样的事件尽可能明晰地刻画出来”。下面我们就来叙述人类对光的本性认识的发展过程。 （一）微粒说与波动说的思想渊源 关于对光的本性这一古老之谜的认识要追索到古希腊时代。古希腊杰出的原子论者德漠克利特（Democritus，公元前460～前370）最早提出光是物质微粒的观点。他认为视觉是由物体射出的微粒进入眼睛而引起的。古希腊的男一个原子论者伊壁鸠鲁（Epicurus，公元前341～前270）和古罗马的原子论者卢克来修（Lucretius，公元前99一前55）坚持这一学说。卢克来修说：“从任何我们看见的东西，必定永远有许多原初物体流出来，被发放出来；被散布到四周各处，这些物体撞击眼睛，引起了视觉。”量子论者的这一观点是后来把光看作某种物质实体的粒子说的萌芽。古希腊杰出的思想家亚里士多德（Aristotle，公元前384一前322）认为，视觉是在眼睛和可见物体之间的中间介质运动的结果。他认为这种中间介质有让光通过的可能性（潜在能力），即是透明的，光则把这种可能性变为现实。所以，没有中间介质就没有视觉。在这个理论中包含着后来的光的波动说的思想。 科学发展到了17世纪，法国哲学家、物理学家、数学家笛卡儿（Rene Descartes，1596～1650）提出了对光的本性的看法。英籍德国物理学家玻恩（Max Born，1882—1970）和美国物理学家沃耳夫（Emil．Wolf，1922一）在他们的《光学原理》的历史引言中说：“在新哲学的创立者当中，笛卡儿可以提出来说一说，因为他根据他的形而上学观念系统地述了关于光的本性的见解。笛卡儿认为，光在本质上是一种压力，在一种完全弹性的，充满一切空间的介质（以太）之中传递，他并且把颜色的差异归因于这个介质中粒子的不同速度的旋转运动。”笛卡儿对光的本性没有明确而统一的观点。他在他的著作《光的折射》中提出了一个比喻：光通过介质传入人眼，就象机械脉冲沿着手杖传入盲人的手和脑中一样，并没有某种物质性的东西传入眼睛使我们看到光和色。笛卡尔在这里强调了介质的影响和接触作用，认为光是以太介质中某种压力的传播过程，所以可以把他算作波动论者。 另一方面，笛卡儿又从光的微粒观念中推导出反射定律与折射定律。笛卡儿在《光的折射》中写道：“假设我们将球从A点击到B点，碰到地面CSE时，球因受阻而偏离原来的运动方向（图9－1）。它将往哪个方向偏？为了简化所研究的问题，我们假定：地面是平滑坚硬的，并且球在下落和弹跳时速度保持不变。我们不考虑球在离开球拍以后能够继续运动的原因，也不考虑球的重量、大小以及形状对运动方向会有什么影响。因为我们的目的并不是研究这些问题，而是研究光；并且上述因素对光都没有影响。” 接着笛卡儿开始了对平滑表面上光的反射的研究。他把球的速度分解为垂直分量及水平分量。当球碰到地面时，只是球速的垂直分量方向相反，大小不变。水平分量是不变的，由此很容易证明光的入射角等于它的反射角。 笛卡儿继续写道：“现在让我们来观察折射现象。首先假定球从A点被抛至B点，在B点碰到的不是地面，而是一块布CBE，它非常稀疏和不结实，将减慢球的速度。” 他仍然把速度分成垂直分盟及水平分量，垂直方向速度减小而水平分量不变图9－2。由此得

浅谈光学的发展和对光的本性的认识

编号2013120130 研究类型基础研究分类号O43 学士学位论文（设计） Bachelor’s Thesis 论文题目浅谈光学的发展和人类对光的本性的认识作者姓名贺晓金 学号2009112010130 所在院系物理与电子科学学院 学科专业名称物理学 导师及职称黄燕霞教授 论文答辩时间2013年5月12日

中文题目：浅谈光学的发展和人类对光的本性的认识 外文题目：Introduction to the development of optical and human's understanding of the nature of light 学生姓名贺晓金学生学号 2009112010130 院系专业物理学学生班级 0901 学生承诺 我承诺在学士学位论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，本人学士学位论文（设计）内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的情况。如有违规行为，我愿承担一切责任，接受学校的处理。 学生（签名）： 2013年5月6 日 指导教师承诺 我承诺在指导学生学士学位论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术道德规范，经过本人核查，该生学士学位论文（设计）内容除特别注明和引用外，均为该生本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的现象。 指导教师（签名）： 2013 年 5 月 6 日

目录 1.前言 (1) 2.发展时期 (1) 2.1萌芽时期(公元前5世纪—16世纪初） (1) 2.1.1关于光学的最早记录 (1) 2.1.2萌芽时期关于光学的主要成果 (2) 2.2几何光学时期(16世纪—18世纪初） (2) 2.2.1几何光学时期关于光学的主要成果 (2) 2.2.2微粒说统治地位的取得 (3) 2.3波动光学时期(19世纪末—19世纪初) (4) 2.3.1波动说的重新崛起 (4) 2.3.2光的电磁波理论的建立 (7) 2.4量子光学时期（20世纪初—20世纪中叶） (8) 2.4.1光波粒二象性理论的建立 (8) 2.4.2物质波的提出与验证 (9) 2.4.3量子光学时期光学技术的成就 (11) 2.5现代光学时期（20世纪中叶—） (11) 2.5.1现代光学时期光学技术的成就 (12) 2.5.2现代光学时期与光学有关的分支学科 (12) 3.光学的发展前景及应用 (13) 4.余论 (14) 5.参考文献 (15)

光本性的认识

人类对光本性的认识 刘凡 班级：10310901 学号:20092263 摘要：浅显地讨论和分析光的本质 关键词：波动性，粒子性，波粒二象性，量子论 在《大学物理》波动光学的引言中，对光是这样描述的：“人类对光的认识始终贯穿着“光的本性是什么？”这一根本性的问题。17世纪，牛顿(Newton)认为光是一股微粒流，沿直线传播，它可以说明光的反射和折射。与此同时，惠更斯(Ch. Huygens)提出了光是一种波动。他认为，光是机械振动在“以太（ether）”这种特殊介质中传播。直到19世纪初，人们观察到了许多光的干涉、衍射和偏振现象，这些事实为“光是一种电磁波”提供有力的依据。然而在19世纪末到二十世纪初。人们对黑体辐射和光电效应等实验规律的研究，又证明了光的量子性，既具有波粒二象性。 首先，先谈一谈对光本性认识的意义：光学是人类较早用来认识和改造自然界的科学之一，在激光问世之后，光学这门古老的学科有了迅速的发展。不仅丰富了原有传统学科分支=技术光学、薄膜光学的内容外，还形成了许多新的学科分支，如非线性光学，导波光学、强光光学、全息光学，激光光谱学等。使得对波动现象的研究范畴由不相干到相干, 从线性到非线性, 从稳态到非稳态，从有序到混沌、从纯态到压缩态, 学科知识更加丰富及深化。而上世纪初诞生的量子论和相对论是对光本性讨论的直接结果。继续讨论已经而且必将加深对这两个伟大理论的理解和导致新的发展。我们期望两个理论带来的困惑包括光本性在内的光与物质统一性研究能够带来物理学基础的改革。 其次，先总结一下历史上关于“光的波动说”和“微粒说”对应的著名实验。关于波动说，荷兰物理学家惠更斯（Christian Huygens）于1690年提出了一条描述波传播特性的重要原理：在波的传播过程中，波前上的每一点都可以看作是发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波的包迹就是新的波面，也就是惠更斯原理。它成功解释了当时已知的大多数光学现象，建立了惠更斯原理。他在此基础上推导出光的反射和折射定律，圆满地解释了光速在光密介质中减小的原因。惠更斯用光波既通过以太微粒、又通过晶体物质微粒传播的假设,非常圆满地解释了光穿过冰洲石所产生的双折射现象。但是惠更斯虽然巧妙地用声波来类比,但是他错误地认为光波是纵波,这被微粒说的支持者用光的偏振现象予以驳斥。其后，同处一个时代牛顿却利用“太阳光在三棱镜下的散射成各种颜色的光”的实

对于光本质的认识的争论

对于光本质的认识的争论 人们对于光本质的认识，源于一个古老的问题“光究竟是什么？”。历史上很多学者对这一问题进行过探索，十七世纪以来，随着伽利略近代物理学研究方法的确立，有关光学研究的各种实验开始涌现，过去零零散散的光学理论得以相互整合，于是对于光本质的认识成为光学理论发展过程中需要首先解决的问题。 17世纪以来关于光的本质的认识的大争论，总共包括了四次波动学说与微粒学说的交锋，其中包括以牛顿为代表的微粒说与以惠更斯为代表的波动说的交锋。牛顿不仅擅长数学计算，而且能够动手制造各种设备和从事精细实验-色散实验，1672年，牛顿发表了《关于光和颜色的理论》提出了光的微粒说，认为光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直线运动路径，认为光的复合和分解是不同颜色微粒混合在一起有被分开一样。而惠更斯是著名的天文学家，物理学家和数学家，继承并完善了胡克的观点，对光的本性问题与牛顿的分歧激发了他对物理光学的热情，重复牛顿的光学实验，仔细研究了牛顿的实验和格里马第的实验，认为其中有很多现象都是微粒说所无法解释的，并认为：光是一种机械波；光是靠一种物质载体来传播的纵波，传播它的物质的载体是“以太”；波面上的各点本身就是引起媒质振动的波源。1678年，惠更斯在法国科学院的一次演讲中，公开反对了牛顿的光的微粒说，他指出，如果光是微粒性的，那么光在交叉时就会因发生碰撞而改变方向，但当时并没有发生这种现象；而且用微粒说解释折射现象，得到的结果与实验相矛盾。此后于1690年出版《光论》，正式提出了波动说，建立了惠更斯原理。而牛顿反对惠更斯的理由是：如果光是一种波，它应该同声波一样可以绕过障碍物，不会产生影子；冰洲石的双折射现象说明光在不同的边上有不同的性质，而波动说无法解释其原因。 牛顿和惠更斯关于光的本质的认识之所以会各持己见，从自然辩证法的角度出发，主要表现在以下几个方面： 首先，科学知识的构成不同。科学认识过程的成果是科学事实，科学定律，科学假说以及由逻辑推理和实验检验而建立起来的科学理论。科学事实是科学认识的主体关于客观存在的，个别的事物（事件、现象、过程、关系等）的真实描述或判断，科学事实是科学认识的最初成果，属于认识论的范畴，其内容是客观的，形式是主观的，是主观和客观的统一。科学定律是反映自然界事物，现象之间的必然关系的科学命题。科学假说是根据已有的科学知识和新的科学事实，对所研究的问题作出的猜测性说明和尝试性的解答，科学假说是科学思维走到一定程度的一种形式，基本要素包括：事实基础，背景理论，对现象规律的猜测，推导出的预言和预见。牛顿从光的色散实验出发，认为光是不同颜色微粒的混合与分开，而惠更斯从光的折射现象出发，认为光具有波动性，二人看待问题的角度不同，分析问题的起点也不同，牛顿和惠更斯提出的科学事实具有客观性，是无法否认的，根据科学事实提出的科学假说经受了许多实验的检验，二者各有其理论成立的缘由，因此在一定程度，在不同时期内均可以得到同行不同程度的认可，于是导致牛顿和惠更斯对各自的理论各持一端。 其次，从辩证法的对立统一观点来看，牛顿和惠更斯都没有看到微粒说与波动说的统一性，没有利用辩证法的方法论研究光的本质问题。任何事物都是对立和统一的结合体，对立和统一是矛盾双方所固有的两种属性，对立性表现为对立面之间具有相互排斥，相互否定的性质，统一性表现为对立面之间具有相互依存、相互渗透、相互贯通的性质。矛盾的统一性和对立性是相互联结的。统一是对立

光的本性浅析

学号：2009****** 本科学年论文 学院物理电子工程学院 专业物理学 年级2009级 姓名*** 论文题目光的本性浅析 指导教师张东玲职称讲师 成绩 2011 年 06 月02日

目录 摘要 (1) 关键字 (1) Abstract (1) Key words (1) 引言 (1) 1 光的波动说和微粒说 (1) 1.1微粒说 (2) 1.2波动说 (2) 1.3波动说的复兴 (3) 1.4微粒说与波动说的争论 (4) 2 光的电磁波理论 (4) 3 光子理论 (5) 4 光的波粒二象性的确立 (6) 5量子光学现代光本观 (6) 6对光本性的新讨论 (6) 6. 1光的粒群波的波粒性统一及其物理现象的解释 (6) 6. 2对光的本性的阐述 (7) 7结束语 (7) 参考文献 (8)

光的本性浅析 学生姓名：张新理学号：20095040118 单位：物理电子工程院专业：物理学 指导教师：张东玲职称：讲师 摘要：本文简单介绍了对光本性的探索历程，从牛顿的微粒说到光的波粒二象性，经历了艰难的研究过程，我们对光的认识和探索源于历史的积累，通过不断的探索，对光本性有了更深入和明白的了解，解决了人们的很多疑问，也使光更好的为我们所利用，微观世界的发展注定人们对光的研究也会越来越深入。 关键字：光的本性；波动说；粒子说；波粒二象性；量子力学；粒群波 Briefly talk about the nature of light Abstract:This article simply introduces the exploration of optical nature process .People have gone through difficult research process from the Newton particles said to light wave-particle duality .Our visual recognition and explore come from historical accumulation .Through continuous exploration, we know optical nature better, and we solve many problems about it, also we make full use of light .With the development of the micro world, our study about light will also become more and more widely. Key words:light nature; fluctuation said; particle said; wave-particle duality; quantum optics; particle swarm wave 引言 光学既是物理学中最古老的一门学科，又是当前科学领域中的最活跃的前沿阵地之一，具有强大的生命力，很久以来，人们对光就进行了各种各样的研究。光到底是什么东西呢？这个问题困扰了许多有智之士。对光本性的研究在历史上经历了一个漫长而曲折的过程。 1 光的波动说和微粒说 1.1微粒说 17世纪英国著名的科学家牛顿，关于光的本性，他是这样认为的：光是发

光的本性

一、光的波动性 1.光的干涉：两列光波在空中相遇时发生叠加,在某些区域总加强,某些区域减弱,相 间的条纹或者彩色条纹的现象. (1) 光的干涉的条件：是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）。 (2) 形成相干波源的方法有两种： ①利用激光（因为激光发出的是单色性极好的光）。 ②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）。 (3) 杨氏双缝实验： 亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即δ= n λ（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倍，即δ=)12(2 -n λ（n=0，1，2，……） 相邻亮纹（暗纹）间的距离λλ∝=?d l x 。用此公式可以测定单色光的波长。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亮纹，两边出现彩色条纹。 (4) 薄膜干涉： 应用： ① 使被检测平面和标准样板间形成空气薄层,用单色光照射,入射光在空气薄层上下表面反射出两列光波,在空间叠加。干涉条纹均匀：表面光滑；不均 匀：被检测平面不光滑。

② 增透膜：镜片表面涂上的透明薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的 4 1，在薄膜的两个表面上反射的光，其光程差恰好等于半个波长，相互抵消，达 到减少反射光增大透射光强度的作用。 ③ 其他现象：阳光下肥皂泡所呈现的颜色。 例1. 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Δx 。下列说法中正确的有 A.如果增大单缝到双缝间的距离，Δx 将增大 B.如果增大双缝之间的距离，Δx 将增大 C.如果增大双缝到光屏之间的距离，Δx 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，Δx 将增大 解：公式λd l x =?中l 表示双缝到屏的距离，d 表示双缝之间的距离。因此Δx 与单缝到双缝间的距离无关，于缝本身的宽度也无关。本题选C 。 例2. 登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损坏视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛的伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n =1.5，所要消除的紫外线的频率为8.1×1014Hz ，那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少？ 解：为了减少进入眼睛的紫外线，应该使入射光分别从该膜的前后两个表面反射形成的光叠加后加强，因此光程差应该是波长的整数倍，因此膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的1/2。紫外线在真空中的波长是λ=c/ν=3.7×10-7m ，在膜中的波长是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： 注意关于衍射的表述一定要准确。（区分能否发生衍射和能否发生明显衍射） ⑴各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。 ⑵发生明显衍射的条件是：障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。 (3)衍射现象：明暗相间的条纹或彩色条纹。 （与干涉条纹相比，中央亮条纹宽两边窄，是不均匀的。若为白光，存在一条白色中央亮条纹） 例3. 平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，下列说法中正确的有 A.在衍射图样的中心都是亮斑 B.泊松亮斑中心亮点周围的暗环较宽

第十八章--光的本性

十八、光的本性 双基训练 ★1.关于对光的本性的认识,下列说法中正确的是( ). (A)牛顿的微粒说与惠更斯的波动说第一次揭示了光具有波粒二象性 (B)牛顿的微粒说与爱因斯坦的光子说没有本质的区别 (C)麦克斯韦从理论上指出电磁波传播速度跟光速相同,他提出光是一种电磁波 (D)麦克斯韦的电磁说与爱因斯坦的光子说说明光具有波粒二象性 答案:CD ★★2.如图所示是一舣缝干涉实验装置的示意图,其中S为单 缝,S1、S2为双缝,P为光屏.实验时用白光从左边照射单缝S, 可在光屏P上观察到彩色的下涉条纹.现在S1、S2的左边分别 加上红色和蓝色滤光片,则在光屏P上可观察到( ). (A)红光和蓝光两套干涉条纹 (B)红、蓝相间的条纹 (C)两种色光相叠加,但不出现干涉条纹 (D)屏的上部为红光,下部为蓝光,不发生叠加 答案:C ★★★3.下列现象与产生原因分两列排列,请你用铅笔连线把它们对应起来【4】 太阳光通过茂密大树的树叶间隙射到地上,形成明亮的光斑光的直线传播 通过尼龙伞看太阳,观察到彩色的花边 雨后形成的彩虹光的折射 晴天汽车开过积水的地面后,留下一些油使水面出现彩色薄膜 细铁丝圈中的肥皂膜在太阳光照射下形成彩色水平条纹光的干涉 凸透镜把太阳光会聚成边缘带彩色的光斑 照相机镜头在太阳光下看上去呈淡紫色光的衍射 著名的泊松亮斑 通过分光镜内的三棱镜观察光源的光谱光的全反射 “光导纤维”使光沿纤维内传播 医院手术室使用无影灯的原理 答案: 太阳光通过茂密大树的树叶间隙射到地上,形成明亮的光斑光的直线传播通过尼龙伞看太阳,观察到彩色的花边 雨后形成的彩虹光的折射 晴天汽车开过积水的地面后,留下一些油使水面出现彩色薄膜 细铁丝圈中的肥皂膜在太阳光照射下形成彩色水平条纹光的干涉 凸透镜把太阳光会聚成边缘带彩色的光斑 照相机镜头在太阳光下看上去呈淡紫色光的衍射 著名的泊松亮斑 通过分光镜内的三棱镜观察光源的光谱光的全反射 “光导纤维”使光沿纤维内传播 医院手术室使用无影灯的原理

对光本质认识不断深入的启示

第21卷　第5期 运城学院学报V ol.21　No.5 2003年10月　Journal of Yuncheng University Oct.2003 对光本质认识不断深入的启示 高润梅① (太原市教育学院物理系,山西太原030001) 摘　要:回顾光学发展的历程,不同时代对光本质的认识都有它的时代局限性。从几何光学时代、波动展示光本质的不断深入的认识过程,从中获得有益的启示:敢于争论、善于挑战、勇于创新。 关键词:光本质;挑战;创新 中图分类号:O431　文献标识码:A 文章编号:1008-8008(2003)05-0021-02 人类认识自然的历史经历了由简单到复杂,由低级到高级,由部分到全面的过程。人们对光的认识过程同样如此。从有人类文明到今天,人们对光不断观察、研究,由现象到本质。光的本质越来越清楚。其认识过程经历了以下几个时代。而今,光学作为一门既古老又现代的学科,已经渗透到科学技术的方方面面。回顾光学的发展史、对光本质的不断再认识,对今天的科学发展和科学教育会产生一些有益的启示。 1.　不同时代对光本质的认识 1.1　前几何光学时代 光学是一门古老的学科,早在我国春秋战国时期,《墨经》就记载了光影的形成和针孔成象、光的镜面反射等现象。在希腊欧几里德所著的《光学》中,提出了光的反射定律。从此开始了漫长的两千多年的光学萌芽时期,在这个阶段,人们逐渐认识到光的直线传播、反射和折射等现象,了解到光线来自于物体,光以球面形式从光源发出,发明了凸透镜,了解了凹面镜、凸面镜、凸透镜的成像规律,并发明了眼镜、幻灯、透镜和暗箱等光学元件。这个阶段人们主要是通过直接观察和生活经验对光现象进行记录和应用。 1.2　几何光学时代 这个时期大约是从16世纪到18世纪近300年,在这个时期人们建立了光的反射定律和折射定律发明了光学仪器,如望远镜、显微镜,费马在1657年发现了费马原理,即光在介质中传播时所走的光程取极值的原理。笛卡儿在1630年给出了折射定律的正弦定律,这一时期关于光的本性的认识是以光的直线传播为基础的,但从17世纪开始,发现了与光的直线传播不符合的事实,如点光源下,直杆的影子要比假设光沿直线传播所应具有的宽度稍大一点,这就是后来认识到的衍射问题。17世纪下半叶,牛顿和惠更斯分别对光的本质做了进一步的研究,牛顿对白光做了色散实验,认识到白光是由各色光复合而成的并发现了牛顿环,由此牛顿根据光的直线传播性质,提出了光的微粒说的理论,他认为光是由微粒说组成,从光源飞出,在均匀介质中做匀速直线运动,此观点成功地解释了光的反射和折射现象,但在解释牛顿环时,却遇到了困难。同时在解释衍射问题时,也遇到了不可克服的困难。 惠更斯反对这种理论,他认为光的传播与声的传播有某种相似性,光是在“以太”中传播的波,“以太”是一种想象的弹性介质,充满整个宇宙空间。光在“以太”中以次波原理进行传播,惠更斯原理不仅成功解释了反射和折射现象,还解释了双折射现象。但惠更斯没有对波动过程的特性给以足够的说明,他没有给出光波传播的波长和周期的概念,没有考虑次波的相位叠加,因此他没有摆脱几何光学的观念,不能由此说明光的波动本性。 这一时期,由于历史的原因,以牛动为代表的微粒说占统治地位,但由于相继发现了干涉、衍射和偏振等光的波动现象,以惠更斯为代表的波动说也初步提出来了,因而这个时期是从几何光学向波动光学过渡的时期,是人们对光的认识逐步深入的时期。 1.3　波动光学时代 ? 1 2 ? ①收稿日期:2003-08-25 作者简介:高润梅(1966-),女,山西繁峙人,太原市教育学院物理系教师。

对“光”的认识

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/475105867.html, 对“光”的认识 作者：高阳 来源：《中文信息》2017年第01期 摘要：在人们的生活当中，会见到很多自然现象，其中光现象是最为常见的一种，不论是白天的日光、黑夜中的月光等自然光线，还是电灯产生的人工光线，都是我们生活中不可或缺的部分。因此，本文就对“光”这一现象进行了研究，首先阐述了在不同时期人们对光本质的认识，然后探讨了根据对“光”的认识而受到的启发，希望可以为大家更好的认识“光”提供一些参考。 关键词：光认识本质启发 中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）01-0129-01 引言 在世界各地人类的发展过程中，发展进程虽然具有一定的差异，但是也会具有一定的相同点，即都是从简单变为复杂，从低级变为高级，从部分变为整体。而光作为人们常见的一种自然现象，在古往今来对其研究的过程中，也遵循着这一规律，人们对光的认识在不断的加深，并且逐渐的将光应用到了很多领域当中，为社会的发展做出了重要的贡献。因此，我们高中生作为祖国的栋梁，加强对“光”的认识具有重要意义。 一、不同时期人们对光的认识 在社会发展的早期，人们就对光进行了研究，而在不同的时期当中，由于受到科学水平、思想观念等因素的影响，人们对光具有的认识也不同，我们从课本中可以发现其主要有以下几个认识阶段： 1.前几何光学时代 对光进行研究的过程，最早可以追溯到2000多年之前，在我国春秋百家争鸣时期，就对光进行了一定的应用，如在《墨经》当中就记载了这样一句话“景到（倒），在午有端，与景长，说在端”，这段话就体现出了小孔成像的原理。在这一时期国外也同样对“光”进行了研究，欧几里德就发现了光的反射现象，并提出了相应的反射定律。这时期的研究当中，主要是通过对自然界当中的光进行观察，经过长时间的积累之后，逐渐的产生了对光的一定认识。虽然这一阶段中对光的认识的较为浅显，研究出的成果不是很多，但正是这一阶段的研究，为后续的研究提供了重要的依据[1]。 2.几何光学时代

第十二单元电磁波光的本性-物理批注版

第十二单元电磁波光的本性 一、概述 本单元基础型课程的内容由电磁场、电磁波及其应用等组成；拓展型课程的内容由光的干涉衍射现象、光的电磁说、光电效应、光子说等组成。电磁场、电磁波的提出都是建立在电场、磁场、电磁感应理论发展的基础上；电磁场的提出、光的本性的研究都是现代物理发展的重要内容，并对现代生活影响巨大，本单元是从宏观世界走入微观领域的重要基础。 在本单元学习中，要了解电磁波在生活、技术中的广泛应用，感受科学、技术与社会的相互关系。要了解电磁波在现代科技中的实际应用，激发学习兴趣；了解技术更新和电磁污染所引起的负面影响，增强节约意识和环保意识。要经历光本性的认识过程，感受科学家的提出理论、实验探究、提出新的理论、实验进一步探究等研究方式，认识到物理学是建立在实验基础上的一门科学，同时也可以感悟到人类对事物的认识是不断深入、循序渐进的。 本单元基础型课程需4课时，拓展型课程需8课时。 二、学习内容与要求 （一）内容与水平

（二）导图 （三）要求 12.1.1 知道电磁场。①知道电磁场的概念；②知道麦克斯韦电磁场理论的基本思想。 12.1.2 知道电磁波及其应用。①知道电磁波的概念；②知道电磁波谱；③知道电磁波的特点；④通过阅读、收集资料，知道电磁波在生活中的应用。 12.1.3 知道法拉第和麦克斯韦的科学贡献。①通过搜集、整理资料，知道法拉第和麦克斯韦等科学家的生平事迹以及对电磁学的贡献；②知道法拉第发现电磁感应现象和麦克斯韦建立电磁场理论在物理学发展史上的意义；③知道电磁场理论的建立对社会发展产生的巨大影响。 12.2.1 理解光的干涉和衍射。①知道光的干涉现象；②知道干涉条纹的特点；③知道产生干涉现象的条件；④知道杨氏双缝干涉实验的实验装置、实验现象及实验结论；⑤会用波的叠加原理简单解释光的干涉现象。⑥知道薄膜干涉现象；⑦理解薄膜干涉现象产生的原因。⑧知道光的衍射现象；⑨知道衍射条纹的特点；⑩知道产生衍射现象的条件；?知道光的衍射现象的实验装置、实验现象及实验结论；?理解光的干涉与衍射现象证明了光是一种波；?理解光的波长、频率和波速之间的关系。 12.2.2 学会“观察光的干涉现象和衍射现象”的实验。①知道实验器材和步骤；②会自制双缝屏和狭缝屏；③能参照实验步骤独立完成相关操作；④会描述观察到的实验现象并记录观察结果；⑤通过比较归纳得出实验结论。 12.2.3 知道光的电磁波说。①知道光的电磁波说的基本观点；②知道从无线电波到γ射线都是本质相同的电磁波；③知道电磁波的共同特点；④知道麦克斯韦及其他科学家推动光的电磁波理论发展的相关历史史实。 12.2.4 知道光电效应，知道光子说。①知道光电效应现象；②知道光电子、极限频率、极限波长的概念；③知道发生光电效应的条件；④知道光电效应现象与光的波动理论相矛盾之处。⑤知道光子说的内容；⑥知道光子说对光电效应现象的解释；⑦知道光电效应在技术上的应用。 12.2.5 知道对光本性的认识过程。①知道光的波动说和微粒说的历史发展过程；②知道不同理论对光的各种现象的解释与不足之处。 12.2.6 知道光的波粒二象性。①知道光的本性；②知道粒子性和波动性既是光的性质的两个不同方面，却又有统一的微观原理。 电磁场 光 电磁波 电磁波的特性 电磁波的 应用 法拉第和麦 克斯韦的科 学贡献 光的波粒二象 性 波动性 麦克 斯韦 提出光是 一种 电磁光的干涉 光的衍射 杨氏双 缝 薄膜干 涉 泊松亮斑 爱因斯坦 提 光电效应 粒子 性说

人类对光的认识过程

人类对光的认识过程 人类对光的本性认识经历了一个非常曲折、漫长的过程，这其中不仅仅使我们获得了很多知识，更重要的是对科学精神和科学发现的理解更深刻了。 光的本性认识历史 --摘自《重要物理概念规律的形成与发展》乔际平刘甲珉编著 人们对光的本性的认识经历了漫长的岁月，大约在十七世纪形成了两种对立的学说，即光的波动说与微粒说，但在以后很长一段时期内，微粒说占据统治地位，而波动说几乎消声匿迹.历史发展到十九世纪初，由于一连串的发现和众多科学家的努力使光的波动说再次复兴，并压倒了微粒说.二十世纪初，爱因斯坦提出了光的量子说，康普顿证实了光的粒子性，使人们对光的本性又有全新的认识，乃至到今天，人们认识到光具有波粒二象性.人们对光的本性的认识过程可概括为: 光的波动说→光的微粒说→光的波动说→光的量子说→光的粒子说→光的波粒二象性. 一、光的波动说的形成 十七世纪形成了关于光的本性的两种学说，历史上主张光的波动说有笛卡儿、胡克、惠更斯等人. 1.笛卡儿借助于以太来说明光的传播过程 十七世纪上半叶，法国物理学家笛卡儿(1596-1650)曾用他提出的"以太"假说来说明光的本性.他用以太中的压力来说明光的传播过程.如果一物体被加热并发光，这意味着，物体的粒子处于运动状态并给予这一媒质的粒子以压力.这一媒质被称为以太，它充满了整个空间.压力向四面八方传播，在达到人眼后引起人的感觉，他把人们对物体的视觉比喻为盲人用手杖来感知物体的存在，他把光的颜色设想为起源于以太粒子的不同的转动速度，转得快的引起红色的感

觉，转得慢的对应于黄色，最慢的是绿色和蓝色.他的主张是强调媒质的影响，以"作用"的传播为出发点，特别是以接触作用或近距作用为出发点，把光看作压力或者脉动运动的传播，因而笛卡儿被认为是光的波动说的创始人. 2.胡克把光波与水波类比指出光的波动性 胡克在1665年出版的《显微术》一书，明确提出光是一种振动.他以钻石受到摩擦、打击或加热时在黑暗中发光的现象为例，认为发光体的一部分处在或多或少的运动中，又因金刚石很硬，肯定它是一种很短的振动.在分析光的传播时，胡克提到了光速的大小是有限的，并认为"在一种均匀媒介中，这一运动在各个方向都以相等的速度传播"，因此发光体的每一个振动形成一个球面向四周扩展，犹如石子投入水中所形成的波那样，而射线和波面交成直角.胡克还把波面的思想用于对光的折射现象的研究，提出了薄膜颜色的成因是由于两个界面反射、折射后所形成的强弱不同、超前落后不一致的两束光的叠合.这里已包含着波阵面、干涉等不少波动说的基本概念. 3.惠更斯把光波与声波类比提出惠更斯原理，发展了光的波动学说 荷兰物理学家惠更斯(1629-1695)在十七世纪七十年代，从事光的波动论的研究，1690年出版了他的著名著作《论光》.惠更斯从光的产生和它所引起的作用两方面来说明光是一种运动.他的研究发现:"光线向各个方面以极高的速度传播，并且光线从不同的地点出发时，光线在传播中相互穿过而互不影响.当我们看到发光的物体时，决不会是由于该物体有任何物质传输到我们这里，好象一粒子弹或一只箭穿过空气那样".从这里可看出，惠更斯从光束在传播中相互交叉时并不彼此妨碍的事实得出上述结论的.他把光的传播方式和声音在空气中的传播作比较，明确地指出了光是一种波动的思想.他又根据光速的有限性论证了光是从媒质的一部分依次向其他部分传播的一种运动，他认为光和声波、水波一样是一种球面波.惠更斯不但从现象上解释各种光的波动现象，而且试图从理论的高度总结出普遍的规律，他提出了著名的惠更斯原理.他叙述说:"关于这些波的形成过程还必须指出，当光在物质中传播时，物质的每一个粒子都应当把它的运动不仅传递给位于它与发光点的连线上近旁的粒子，它也必然把运动传递给所有与它接触并阻碍它运动的其它粒子.因此，在粒子的周围就应当形成波，而该粒子则是波的中心".运用这个次波原理，惠更斯不但成功地解释了反

01物理学史光的本性

人类最伟大的十个科学发现之十：光的波粒二象性 人类对光的研究起源很早，但对光本质的认识经历了一个较漫长的过程。光究竟是波还是粒子？光的波动说与微粒说之争从十七世纪初开始，至二十世纪初以光的波粒二象性告终，前后共三百多年的时间。正是这种争论，推动了科学的发展，并导致了20世纪物理学的重大成就——量子力学的诞生。 战国初期伟大的思想家、政治家，也是一位有卓越贡献的自然科学家墨子（生于公元前480-476年左右， 卒于公元前420-390年左右）是 墨家学派的创始人。墨家学派著 作的总汇是《墨子》,其主要组成 部分是《墨经》，这是一部内容丰 富、结构严谨的科学著作。《墨经》中记载了丰富的几何光学知识。墨子和他的学生做了世界上最早的“小孔成像”实验，并对实验结果作出了光沿直线传播的科学解释，并用此原理解释了物体和投影的关系。 古希腊数学家欧几里德（Euclide,公元前330-公元前275）在他的《光学》著作里总结了到他那时为止已有的关于光现象的知识和猜 测。那时的人们已经知道，在眼睛和被观察物体之间行进的 光线是直线；当光线从一个平面反射时，入射角和反射角相 等。

古希腊天文学家、地理学家和光学家托勒密（Clandius Ptolemaeus，约90～168）最早做了光的折射实验。托勒密在他的最后一本重要 著作《光学》中提出和说明了各种基本原理，他依靠经验 发现了折射的规律，绘出了光线以各种入射角从光疏媒介 进入水的折射表，但没有由此得出精确的折射定律。 英国科学家罗吉尔·培根（Roger Bacon,1214-1292）在物理学方面，特别是对于光学的研究极为深刻，他通过实验研究了凸透镜的 放大效果以及光的反向和折射规律，证明了虹是太阳光 照射空气中的水珠而形成的自然现象。 意大利著名美术家、科学家列奥纳多·达·芬奇（Leonardo da Vinci,1452-1519）以博学多才著称，他在光学、力学、数学和解剖学等方 面都有不少创见或发明。他描述了光是如何通过不同表 面反射的，眼睛是如何感觉反射并判断距离的，人类的 眼睛是如何接受透视的，以及光投射在物体上是如何产 生阴影的。 德国天文学家和数学家约翰尼斯·开普勒（Johannes Kepler,1571-1630）对光的折射现象进行了深入的研究，并于1611年出版了《折 射光学》一书。开普勒的研究表明，对于两种给定的媒质， 小于30度的入射角同相应的折射角成近似固定的比，对于 玻璃或水晶，这个比约为3:2。他还表明，这个比对于大的 入射角不成立。开普勒试图通过实验发现精确的折射定律， 他的方法虽然是正确的，却没有得到其中有规律性的联系，