高二物理教案：第05讲 光电效应、光的干涉和衍射 23页

辅导教案 学员姓名： 学科教师：‎ 年 级：高二 辅导科目：物理 ‎ 授课日期 ‎××年××月××日 ‎ 时 间 A / B / C / D / E / F段 主 题 光电效应、光的干涉和衍射 教学内容 ‎1、掌握光的衍射现象 ‎2、掌握光的干涉现象 ‎3、掌握光电效应的规律 教法指导：本环节采用提问抢答的进行，如果学生的抢答不积极，可以适当采用轮换回答的方式进行。建议时间10分钟。‎ 光学的起源在西方很早就有光学知识的记载，欧几里得(Euclid，公元前约330～260)的《反射光学》(Catoptrica)研究了光的反射；阿拉伯学者阿勒·哈增(AI-Hazen，965～1038)写过一部《光学全书》，讨论了许多光学的现象。‎ 光学真正形成一门学科，应该从建立反射定律和折射定律的时代算起，这两个定律奠定了几何光学的基础。17世纪，望远镜和显微镜的应用大大促进了几何光学的发展。‎ 光的本性（物理光学）也是光学研究的重要课题。微粒说把光看成是由微粒组成，认为这些微粒按力学规律沿直线飞行，因此光具有直线传播的性质。19世纪以前，微粒说比较盛行。但是，随着光学研究的深入，人们发现了许多不能用直进性解释的现象，例如干涉、衍射等，用光的波动性就很容易解释。於是光学的波动说又占了上风。两种学说的争论构成了光学发展史上的一根红线。‎ 狭义来说，光学是关于光和视见的科学，optics(光学)这个词，早期只用于跟眼睛和视见相联系的事物。而今天，常说的光学是广义的，是研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到X射线的宽广波段范围内的，关于电磁辐射的发生、传播、接收和显示，以及跟物质相互作用的科学。光学是物理学的一个重要组成部分，也是与其他应用技术紧密相关的学科。‎ 一、光的衍射 ‎（1）光的衍射现象 光在遇到障碍物时，偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射。‎ ‎（2）光发生明显衍射现象的条件 当孔或障碍物的尺寸比光波波长小，或者跟波长差不多时，光才能发生明显的衍射现象，且障碍物尺寸比波长越小,衍射越明显。光的衍射现象却总是存在的，只有明显与不明显之分。‎ ‎（3）衍射图样 ‎①单缝衍射：中央为亮条纹，向两侧有明暗相间的条纹，中央条纹最亮最宽，越向边缘越暗；如果是复色光发生衍射,则出现彩色条纹。白光衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光。‎ ‎②圆孔衍射：明暗相间的不等间距圆环。‎ ‎③圆板衍射：明暗相间的不等间距的同心圆环，在圆盘的阴影中间有一亮斑，称为“泊松亮斑”。‎ 二、光的干涉 ‎（1）两列光波在空间相遇时发生叠加，在某些区域总加强，在另外一些区域总减弱，从而出现亮暗相间的条纹的现象叫光的干涉现象。‎ ‎（2）产生干涉的条件：频率相同、相差恒定、振动方向在同一直线上。两个振动情况总是相同的波源叫相干波源，只有相干波源发出的光互相叠加，才能产生干涉现象，在屏上出现稳定的亮暗相间的条纹。‎ ‎（3）双缝干涉实验规律 ‎①双缝干涉实验中，光屏上某点到相干光源S1、S2的路程之差为光程差，记为δ。‎ 若光程差δ是波长λ的整倍数，即δ=kλ（k=0，1，2，3…）P点将出现亮条纹；‎ 若光程差δ是半波长的奇数倍δ＝(2k+1)（k=0，1，2，3…）P点将出现暗条纹。‎ ‎②若用单色光实验，在屏上得到明暗相间的条纹；若用白光实验，中央是白色条纹，两侧是彩色条纹。‎ ‎③屏上明暗条纹之间的距离总是相等的，其距离大小Δx与双缝之间距离d、双缝到屏的距离L及光的波长λ有关，即Δx＝ λ。在L和d不变的情况下，Δx和波长λ成正比，应用该式可测光波的波长λ。‎ ‎④用同一实验装置做干涉实验，红光干涉条纹间距最大，紫光干涉条纹间距最小，可知λ红大于λ紫，ν红小于ν紫。‎ ‎(3）薄膜干涉现象：光照到薄膜上，由薄膜前、后表面反射的两列光波叠加而成．劈形薄膜干涉可产生平行相间条纹，‎ 两列反射波的路程差Δδ,等于薄膜厚度d的两倍，即Δδ=2d。 由于膜上各处厚度不同，故各处两列反射波的路程差不等。 若：Δδ=2d=nλ(n=1,2…)则出现明纹。 Δδ=2d=(2n-1)λ/2(n=1,2…)则出现暗纹。 ‎ 应注意：干涉条纹出现在被照射面(即前表面)。后表面是光的折射所造成的色散现象。单色光明暗相间条纹，彩色光出现彩色条纹。‎ 薄膜干涉应用：肥皂膜干涉、两片玻璃间的空气膜干涉、浮在水面上的油膜干涉、牛顿环、蝴蝶翅膀的颜色等。光照到薄膜上，由膜的前后表面反射的两列光叠加。看到膜上出现明暗相间的条纹。‎ ‎(1)透镜增透膜(氟化镁)：透镜增透膜的厚度应是透射光在薄膜中波长的1／4倍。使薄膜前后两面的反射光的光程差为半个波长，(ΔT=2d=½λ，得d=¼λ)，故反射光叠加后减弱。大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度。 ‎ ‎(2)“用干涉法检查平面”：如图所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的。 如果某处凸起来，则对应明纹(或暗纹)提前出现，如图2所示；如果某处凹下，则对应条纹延后出现，如图3所示。 (注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左向右的顺序位置上。 ) 即“左凹右凸”。‎ 两类现象的区别与联系 ‎【一】光的双缝干涉和单缝衍射的区别有哪些？‎ 光的干涉和衍射均为波的叠加行为，所得到的条纹都是明暗相间的，都可以证明光的波动性，但它们之间还有许多不同点。‎ ‎1．产生的条件不同：要产生干涉现象，两列光波的频率相同，相差恒定；产生明显衍射的条件是：障碍物或孔的尺寸比光的波长小或相差不多。‎ ‎2．产生的机理不同：干涉是双缝处发出的两列波在屏幕上叠加，当两列波到达屏幕上的某点的距离差等于波长的整数倍，该点是加强点，因而出现明条纹；距离差等于半波长的奇数倍，该点是减弱点，出现暗条纹。衍射是从单缝处产生无数多个子波，这些子波到达屏幕时相互叠加，它们在屏幕上不同点叠加时，其相互减弱的程度有规律地变轻或变重，出现明条纹，在严重处出现暗条纹。‎ ‎3．图样不同：双缝干涉和单缝衍射的图样都是明暗相间的条纹。但双缝干涉的条纹间距是等宽的，亮度也是均匀的；而单缝衍射的条纹是中央宽，两边窄，亮度分布也是中央亮两边暗。（左图为光的双缝干涉图象，右图为光的单缝衍射图象。）‎ ‎【二】圆孔衍射、泊松亮斑、牛顿环的区别？‎ 圆孔衍射：圆孔处可以看成是由许多点光源组成，这些点光源是相干光源,它们发出在屏上叠加的衍射条纹，衍射图样是一系列同心圆环，中间为亮纹较亮较宽，向两边变暗变窄。（如图所示）‎ 泊松亮斑：用小圆屏进行衍射实验，衍射图样是在圆盘的阴影中心出现亮斑称之为泊松亮斑。衍射图样是一系列同心圆环，中央亮纹比小孔衍射小而暗，第一级暗纹较宽。（如图所示）‎ 牛顿环是光照到射到空气薄膜上，被薄膜前后两个表面反射的两列光相叠加，发生干涉现象。而形成明暗相间的条纹。牛顿环干涉条纹特点是中央为暗纹。（如图所示）‎ 三、光电效应 ‎1． 光电效应现象 光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子．‎ ‎2． 光电效应规律 ‎(1)每种金属都有一个极限频率．‎ ‎(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大．‎ ‎(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．‎ ‎(4)光电流的强度与入射光的强度成正比．‎ ‎3． 爱因斯坦光电效应方程 ‎(1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34 J·s.‎ ‎(2)光电效应方程：Ek＝hν－W0.‎ 其中hν为入射光的能量，Ek为光电子的最大初动能，W0是金属的逸出功．‎ ‎4． 遏止电压与截止频率 ‎(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc.‎ ‎(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的极限频率．‎ ‎(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功．‎ 四、光的波粒二象性与物质波 ‎1． 光的波粒二象性 ‎(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性．‎ ‎(2)光电效应说明光具有粒子性．‎ ‎(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．‎ ‎2． 物质波 ‎(1)概率波 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波．‎ ‎(2)物质波 任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量.‎ ‎【一、光的干涉实验 】‎ 光屏 d 双缝 ‎【例1】（2008卢湾模拟）如图所示为“观察光的干涉现象”实验的装置。关于该实验的现象，下列描述正确的是（ ）‎ ‎（A）用某单色光实验，光屏上中央条纹最亮、最宽，两侧条纹对称地逐渐变暗、变窄 ‎（B）用某单色光实验，保持双缝间距不变，光屏到双缝距离越大，屏上条纹的间距就越大 ‎（C）用某单色光实验，保持光屏到缝的距离不变，双缝间距越小，屏上条纹的间距就越小 ‎（D）保持双缝间距和光屏到双缝的距离不变的情况下，用紫光实验得到的条纹间距小于红光实验得到的条纹间距 ‎【解析】双缝干涉实验，屏到双缝距离越大，条纹间距越大，相同条件下，波长越长，条纹间距越大。‎ ‎【答案】BD ‎【例2】（2002上海高考）如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯。往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图象应是下图中的___________． ‎ ‎【解析】薄膜干涉的膜由于重力作用上窄下宽。光在膜的前后面的反射光形成的干涉条纹是水平方向的。 ‎ ‎【答案】D ‎【例3】（2008上海高考）在杨氏双缝干涉实验中，如果 ‎（A）用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹 ‎（B）用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹 ‎（C）用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹 ‎（D）用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹 ‎【解析】白光发生干涉形成的干涉条纹是彩色的，单色光遇到单缝，发生衍射，呈现不等间距的条纹，不同色光不会发生干涉。‎ ‎【答案】BD ‎【变式练习1】（2011上海高考）用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图像，则 ‎(A)图像(a)表明光具有粒子性 ‎(B)图像(c)表明光具有波动性 ‎(C)用紫外光观察不到类似的图像 ‎(D)实验表明光是一种概率波 ‎【解析】（a）中是少量的光打在底板上，出现的是无规则的点子，显示出光是粒子性；（b）中延长光照时间，使大量光子打在底板上，出现了明暗相间的干涉条纹或衍射条纹，显示了光的波动性；（c）中用紫外光仍可看到条纹，只是条纹宽度较窄。表明光的波动性和粒子性这一对矛盾在一定条件下可以相互转化，这是一种概率统计波。‎ ‎【答案】ABD ‎【变式练习2】（2010松江二模）S O S1‎ S2‎ 绿光 P 双缝 双缝干涉实验装置如图所示，绿光通过单缝S后，投射到具有双缝的挡板上，双缝S1和S2与单缝的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。屏上O点距双缝S1和S2的距离相等，P点是距O点最近的第一条亮条纹。如果将入射的单色光换成红光或蓝光，讨论屏上O点及其上方的干涉条纹的情况是（ ）‎ A．O点处是红光的亮条纹 B．O点处不是蓝光的亮条纹 C．红光的第一条亮条纹在P点的上方 D．蓝光的第一条亮条纹在P点的上方 ‎【解析】不同色光在O点都是零级亮条纹，波长越短，条纹间距越小，λ红＞λ绿＞λ蓝，因此红光的第一亮条纹在P上方。‎ ‎【答案】光屏 双缝 激光器 AC ‎【变式练习3】（2009上海高考） www.ks5u.com如图为双缝干涉的实验示意图，若要使干涉条纹的间距变大可改用长更___________（填长、短）的单色光，或是使双缝与光屏间的距离___________（填增大、减小）。www.ks5u.com ‎【解析】波长越长，条纹间距越大，屏与双缝之间的距离越大，条纹间距越大。‎ ‎【答案】长，增大，‎ ‎【二、光的衍射实验】‎ ‎【例4】（2008南汇模拟）某同学以线状白炽灯为光源，利用狭缝观察光的衍射现象后，总结出以下几点：‎ A．若狭缝与灯丝平行，衍射条纹与狭缝平行 B．若狭缝与灯丝垂直，衍射条纹与狭缝垂直 C．衍射条纹的疏密程度与狭缝宽度有关 D．衍射条纹的间距与光的波长无关 以上几点中，你认为正确的是 。‎ ‎【解析】衍射条纹与狭缝平行，形状和狭缝边缘的形状相似，狭缝越宽，衍射越明显，条纹间距越宽。‎ ‎【答案】AC ‎ ‎【例5】（2011上海高考）如图，当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑。这是光的 (填“干涉”、“衍射”或“直线传播”)现象，这一实验支持了光的 (填“波动说"、“微粒说"或“光子说")。‎ ‎【解析】光绕过障碍物偏离直线传播路径而进入阴影区里的现象叫做光的衍射，这是典型的圆孔衍射。光的衍射和光的干涉一样证明了光具有波动性。‎ ‎【答案】衍射，波动说 ‎【变式练习1】 (2012奉贤二模)用激光器作光源，在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图甲所示，则在光屏上看到的条纹是图乙中的（ ）‎ ‎【解析】衍射条纹要和狭缝平行，且条纹间距的特点是中间宽，两边窄，中间亮，两边暗。 ‎ ‎【答案】D ‎【变式练习2】（2001上海高考）A、B两幅图是由单色光分别射到圆孔而形成的图象，其中图A是光的 （填干涉或衍射）图象。由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径 （填大于或小于）图B所对应的圆孔的孔径。‎ ‎【解析】‎ ‎ 图A 图B 典型的圆孔衍射图像，孔径越小，衍射越明显。 ‎ ‎【答案】衍射，小于 ‎【三、发生光电效应的条件分析】‎ ‎【例6】光电效应实验的装置如图所示，则下面说法中正确的是 ‎（A）用紫外光照射锌板，验电器指针会发生偏转 ‎（B）用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转 ‎（C）锌板带的是负电荷 ‎（D）使验电器指针发生偏转的是正电荷 光电管 电源 G a b ‎【解析】紫外线灯发出的紫外光频率较高，照射到锌板上，会发生光电效应，有电子逸出，锌板带正电，验电器也带正电。‎ ‎【答案】AD ‎ ‎【例7】在右图所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管式，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，那么 （ ）‎ A.A光的频率大于B光的频率 B.B光的频率大于A光的频率 C.用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向b D.用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a ‎ ‎【解析】金属发生光电效应有极限频率，B不能发生光电效应说明B频率小于极限频率，小于A的频率，发生光电效应后电子向左端飞出，电流方向是从a→b。‎ ‎【答案】AC ‎【例8】已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0 ( )‎ A. 当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子 B. 当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0‎ C. 照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大 D. 照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍 ‎【解析】频率超过极限频率的光照射到金属上一定会产生光电效应，根据光电效应方程可知，当频率是2ν0时，最大初动能为hν0，逸出功由金属本身决定，和ν无关，当ν－ν0增大一倍时，最大初动能才增大一倍。‎ ‎【答案】AB ‎【例9】研究光电效应规律的装置如图所示，以频率为ν的光照射光电管阴极K时，有光电子产生，由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A作减速运动。光电流i由图中电流计G测出，反向电压U 由电压表V测出。当电流计示数为零时，电压表的示数称为反向截止电压U0。在下列表示光电效应实验规律的图像中，错误的是 （ ）‎ ‎【解析】当反向电压和频率一定，即有光电流逸出，光电流强度和光强成正比，刚开始一段频率没有达到极限频率时 ，没有光电子逸出，此时截止电压应一直为零；光强、频率一定，光电流强度随着反向电压的增大而减小，直到达到截止电压，电流变为零，其中关系根据光电效应方程、电场力做功、电流的微观表达式、动能定理求出；发生光电效应的时间即10-9s，后光电流随时间变化而恒定了。 ‎ ‎【答案】B ‎【变式练习1】光电效应的实验结论是：www.ks5u.com对于某种金属（ ）‎ ‎（A）无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应 ‎ ‎（B）无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应 ‎（C）超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小 ‎（D）超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大 ‎【解析】根据光电效应的产生条件判断，可知达到极限频率即可发生，根据光电效应方程可比较光电子最大初动能的大小。‎ ‎【答案】AD ‎【四、 如何计算光子的数量】‎ ‎【例10】利用光电管产生光电流的电路如图所示．电源的正极应接在 端（填“a”或“b”）；若电流表读数为8μA， 则每秒从光电管阴极发射的光电子至少是 个（已知电子电量为 l.6×10-19C） ‎ ‎【解析】注意电子逸出后进入A极，电流方向和负电荷运动方向相反，因此a为正极；根据电流的定义式，求出电子的个数。‎ ‎【答案】a，5×1013‎ ‎【例11】 (2012黄浦、嘉定二模)激光在真空中传播速度为c，进入某种均匀介质时，传播速度变为真空中的，则激光在此均匀介质中的波长变为在真空中波长的_________倍；某激光光源的发光功率为P，发射激光的波长为λ，该激光进入上述介质时由于反射，入射能量减少了10%，该激光在这种介质中形成的光束横截面积为S，则在垂直于光束传播方向的截面内，单位时间内通过单位面积的光子个数为__________。（已知普朗克常量为h）‎ ‎【解析】注意光在不同介质中波速不同，但频率相同，根据公式可以判断波长大小，光子的能量可求，单位时间的总能量也可知，由此可以求出单位时间单位面积的光子。 ‎ ‎【答案】， ‎ ‎ ‎【变式练习1】一个光源发出一束截面积为10 cm2的平行光束，光源消耗功率为P=0.75w，其中1%转化为光能，光的波长为0.6μm。问：(1)在光束垂直照射的物体表面上1cm2上1s内接收到的光子数有多少?(2)沿光传播方向上1m长的光束内有多少个光子?‎ ‎【解析】设平均每秒钟在每平方厘米的面积上到达的光子数为N1，1m长的光束内的光子数为N2，每秒内转化为0．6μm光的光子数为n，则 nhν＝nhc/λ＝1%P 由此可求出n，继而求出N1和N2‎ ‎【答案】（1）2.26×1015个 （2）7.5×107个 ‎ ‎（时间30分钟，满分100分，附加题20分）‎ ‎【A组】‎ ‎1.利用图中装置研究光的双缝干涉现象时，有下面几种说法，其中正确的是（ ）‎  ‎（A）将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄 ‎（B）将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽 ‎（C）换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄 ‎（D）去掉滤光片后，干涉现象消失 ‎2．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产生干涉条纹，其主要原因是（ ）‎ ‎（A）两只小灯泡灯丝的发光面积太大，不能看作点光源 ‎（B）平时环境里外界杂散的光太强，干扰了对干涉条纹的观察 ‎（C）两只小灯泡的灯丝离得较远，产生的干涉条纹太密，不能分辨 ‎（D）小灯泡灯丝发出的光是大量原子被激发后随机辐射的，很难满足相干条件 ‎3．如图所示，某同学自制一个双缝，打开激光器，让一束红色的激光通过双缝。‎ ‎（1）在光屏上观察到的图案应该是图_____________（选填“（c）”或“（d）” ）。‎ 图（c）‎ 图（d）‎ 图（b）‎ 光屏 双缝 激光器 图（a）‎ ‎（2）（多选题）该同学希望在光屏上观察到的条纹间距变大，下列做法可行的是 （ ）‎ ‎（A）其它条件不变，将光源换为绿色光源 ‎（B）其它条件不变，重新制作一个间距较大的双缝 ‎（C）其它条件不变，重新制作一个间距较小的双缝 ‎（D）其它条件不变，拉长光屏和双缝的距离 光屏 d 双缝 ‎（a））‎ ‎4．利用如图（a）所示的装置做双缝干涉实验，在仅改变某一个实验条件、而其他条件相同的情况下，得到的干涉图样分别如图（b）中的甲、乙所示。下列说法中正确的是（ ）‎ ‎（A）可能是选用的光源不同，甲图对应的光源频率小 ‎（b）‎ 甲 乙 ‎（B）可能是双缝到光屏的距离d不同，甲图对应的d较小 ‎（C）可能是双缝的间距不同，甲图对应的间距较大 ‎（D）可能是光源到双缝的距离不同，乙图对应的距离较大 激光 光屏 双缝 ‎5.如图所示是用激光器、双缝、光屏等器材研究光的干涉现象的装置。‎ ‎（1）实验中用激光通过双缝，双缝的作用是:___________________；‎ ‎（2）在本实验中为了增大光屏上干涉条纹的间距，可以采用其它条件不变只调节双缝间距离△s的方法，应使得△s __________(填“增大”或“缩小”)；‎ ‎（3）在本实验中，如果仅将红光激光器换为黄光激光器，其他条件都不变，则光屏上干涉条纹的间距_______________(填“变大”、“变小”或“不变”)‎ ‎ ‎ ‎6.在酒精灯的照射下，竖直平面内的肥皂膜表面可看到彩色条纹；通过狭缝观察发光的白炽灯也会看到彩色条纹。这两种现象 ‎（A）都是光的衍射现象 ‎（B）都是光的干涉现象 ‎（C）前者是光的干涉现象，后者是光的衍射现象 ‎（D）前者是光的衍射现象，后者是光的干涉现象 ‎7．用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图（a）是点燃酒精灯（在灯芯上洒些盐），图（b）是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈。将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是（ ）‎ ‎（A）当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°‎ ‎（B）当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°‎ ‎（C）当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°‎ ‎（D）干涉条纹保持原来状态不变 ‎8.（1）下图中__________是观察光的衍射现象的实验装置。（填“甲”或“乙”） ‎ ‎ （2）若要使衍射条纹的间距变大可使狭缝的宽度__________（填“增大”或“减小”）。‎ ‎9．某同学以教室日光灯为光源，利用游标卡尺两脚间形成的狭缝观察光的衍射现象，以下说法正确的是（ ）‎ ‎（A）若狭缝与灯管平行，衍射条纹与狭缝平行 （B）若狭缝与灯管垂直，衍射条纹与狭缝垂直 ‎（C）衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度无关 （D）衍射条纹的明条纹呈现白色 ‎10.劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图1所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图2所示。干涉条纹有如下特点：⑴任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；⑵任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图1装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹（ ）‎ A.变疏 B.变密 C.不变 D.消失 ‎11．在双缝干涉实验中，屏上出现的条纹情况是（ ）‎ A.中心处的明条纹宽度比两侧的明条纹宽度大 B.相同装置中红光的明条纹间距比紫光的明条纹间距大 C.增大双缝到屏的距离，干涉条纹间距变小D.各种不同色光的明条纹间距一样大 ‎12. 乙 甲 图2‎ 英国物理学家托马斯· 杨第一次在实验室用图1所示的实验装置观察到光的干涉现象．图中M为光源，N是有一个小孔的屏，O是有两个非常靠近大小相同的小孔屏，两小孔与N上小孔的距离相同；P为像屏．‎ O P ‎ N M M N ‎ PPPPP是多大？PPPPPP P O 图1‎ ‎（1）该实验设置O屏的目的是________________________________________；‎ ‎(2) 呈现在P屏上的光的干涉图样应该是图2中的________（填“甲”或“乙”）‎ ‎【答案】‎ ‎1、ABC 2、D 3、（1）（c）；（2）C D ‎ ‎4、A 5、(1)形成相干光源；(2)缩小；(3)变小。‎ ‎6、C 7、D 8、（1）乙（2）减小 ‎9、（1）乙（2）减小 10、A 11、B 12、获得相干光源（或产生频率相同的两束光）；乙　　‎ ‎【B组】‎ ‎1．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是 ‎(A)改用频率更小的紫外线照射 (B)改用X射线照射 ‎(C)改用强度更大的原紫外线照射 (D)延长原紫外线的照射时间 ‎2．根据爱因斯坦光子说，光子能量E等于（h为普朗克常量，c、l为真空中的光速和波长）（ ）‎ ‎（A） （B） （C）hl （D） ‎3．用某单色光照射金属表面，金属表面有光电子飞出。下列说法正确的是 A．若照射光的频率减小，则可能不再有光电子飞出 B．若照射光的频率减小，则单位时间飞出的光电子数目可能会减少 C．若照射光的强度减弱，则光电子飞出的时间可能会变短 D．若照射光的强度减弱，则可能不再有光电子飞出 ‎4．现有a、b、c三束色光，其波长λa＞λb＞λc。用b 光照射某种金属时，恰能发生光电效应。若分别用a光束和c光束照射该金属，则可以断定 ( )‎ ‎ A．a光束照射时，不能发生光电效应 B．c光束照射时，不能发生光电效应 C．a光束照射时，释放的光电子数目多 D．c光束照射时，释放的光电子的最大初动能最小 ‎5．关于电磁波的应用，下列说法正确的是（ ）‎ ‎（A）γ射线可用于纸币防伪鉴别工作 （B）紫外线用于加热和烘干 ‎（C）X射线可用于机场检查箱内的物品 （D）微波可用于测量钢板厚度 ‎6.图中为X射线管的结构示意图，E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 ‎7.在演示光电效应的实验中，把某种金属板连在验电器上，第一次，用弧光灯直接照射金属板，验电器的指针就张开一个角度。第二次，在弧光灯和金属板之间，插入一块普通玻璃板，再用弧光灯照射，验电器指针不张开。由此可以判定，使金属板产生光电效应的是弧光中的 （ ）‎ ‎（A）可见光成份 （B）红外光成份 ‎（C）紫外光成份 （D）无线电波成份 ‎8.关于光的波粒二象性下列理解正确的是（ ）‎ ‎（A）当光子静止时有粒子性，光子传播时有波动性 ‎（B）光是一种宏观粒子，但它按波的方式传播 ‎（C）光子在空间各点出现的可能性大小（概率）可以用波动规律来描述 ‎（D）大量光子出现的时候表现为粒子性，个别光子出现的时候表现为波动性 ‎9.根据爱因斯坦的“光子说”可知（ ）‎ ‎（A）“光子说”本质就是牛顿的“微粒说” ‎ ‎（B）光的波长越大，光子的能量越小 ‎（C）一束单色光的能量可以连续变化 ‎ ‎（D）只有光子数很多时，光才具有粒子性 ‎10．无线电广播中某波段的波长范围为187～560m，为了避免邻台干扰，两个相邻电台的频率至少相差104Hz，则在此波段中，最多能容纳的电台数约 （ ）‎ ‎（A）560个 （B）100个 （C）187个 （D）20个 ‎11． A G K 用绿光照射光电管的阴极时，电流表有一定的读数。若改用强度大一倍的紫光照射阴极，将出现（ ）‎ ‎（A）电流表读数为零 ‎（B）电流表读数增大 ‎（C）逸出光电子的最大初动能减小 ‎（D）逸出光电子的最大初动能增大 ‎12．用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图像，则 ‎(A)图像(a)表明光具有粒子性 ‎(B)图像(c)表明光具有波动性 ‎(C)用紫外光观察不到类似的图像 ‎(D)实验表明光是一种概率波 ‎13．在光电效应实验中，如果实验仪器及线路完好，当光照射到光电管上时，灵敏电流计中没有电流通过，可能的原因是：_______________________________________________。‎ ‎14．一灯泡的电功率为P，若消耗的电能看成以波长为λ的光波均匀地向周围辐射，设光在空气的传播速度近似为真空中的光速c．则这种光波光子的能量为__________，在距离灯泡d处垂直于光的传播方向S面积上，单位时间内通过的光子数目为__________．‎ ‎15．人们发现光电效应具瞬时性和对各种金属都存在极限频率，请问谁提出了何种学说很好地解释了上述规律？已知锌的逸出功为3.34eV，用某单色光紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106m/s，求该紫外线的波长λ（电子质量me=9.11×10-31Kg，普朗克常量h=6.63×10-34J·S，1eV=1.60×10-19J）‎ ‎【答案】1、B2、A3、A4、A5、C6、D7、C8、C9、B10、B11、BC12、ABD13、入射光波长太大（或反向电压太大）‎ ‎14、； ‎ ‎15、爱因斯坦光子说　λ=2.01×10-7m 光的本性 光的微粒说 ‎（牛顿）‎ 光子说 ‎（爱因斯坦）‎ 光的干涉 光的衍射 双缝干涉 薄膜干涉 光的电磁说 光在空间传播不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子。光子的能量E=hv。h=6.63×焦·秒，称普朗克常量。‎ 光既有波动性，又有粒子性，故认为光具有波粒二象性(一切微观粒子都有波粒二象性)。‎ 电磁波谱 无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、r射线，由低频到高频，构成了范围非常广阔的电磁波谱。‎ 光的电磁说 ‎（麦克斯韦）‎ 光的波动性 ‎（惠更斯）‎ 波粒二象性 能解释：光的直线传播、光的反射等。‎ 困 难：光的独立传播、光躲到两种媒质的界面上既有反射，又有折射。‎ 电磁场理论 光电效应 及其规律 光子说 认识深化过程 目前的结论 大量光子、长波长：‎ 容易表现出波动性。‎ 少量光子、短波长：容易表现出粒子性。‎ ‎（时间30分钟）‎ ‎1．（2012年徐汇二模2）分别用绿、黄、红、紫四种颜色的光做双缝干涉实验，在所产生的干涉条纹中相邻明条纹间距最宽的是（ ）‎ ‎　 （A）绿色条纹　　（B）黄色条纹　　（C）红色条纹　　（D）紫色条纹 ‎2．（2012年普陀二模7）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产生干涉条纹，其主要原因是（ ）‎ ‎（A）两只小灯泡灯丝的发光面积太大，不能看作点光源 ‎（B）平时环境里外界杂散的光太强，干扰了对干涉条纹的观察 ‎（C）两只小灯泡的灯丝离得较远，产生的干涉条纹太密，不能分辨 ‎（D）小灯泡灯丝发出的光是大量原子被激发后随机辐射的，很难满足相干条件 ‎3．（2012年长宁二模3）用单色光照射双缝，在光屏上出现明、暗相间的条纹（ ）‎ ‎（A）这是光的衍射现象 ‎（B）这是相干光波叠加的结果 ‎（C）明条纹呈现出中央宽两边窄 ‎（D）若把其中一缝挡住，屏上条纹不会改变 ‎4．（2012年长宁二模10）某同学以教室日光灯为光源，利用游标卡尺两脚间形成的狭缝观察光的衍射现象，以下说法正确的是（ ）‎ ‎（A）若狭缝与灯管平行，衍射条纹与狭缝平行 ‎（B）若狭缝与灯管垂直，衍射条纹与狭缝垂直 ‎（C）衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度无关 ‎（D）衍射条纹的明条纹呈现白色 ‎5．（2012年奉贤二模17）利用发波水槽观察波的衍射现象时，如图所示，虚线表示波谷，实线表示波峰，则下列说法正确的是（ ）‎ ‎(A) 能在挡板后面观察到明显的衍射现象 ‎(B)缩小挡板间距可以使衍射现象更明显 ‎ ‎(C)增大波源频率可以使衍射现象更明显 ‎(D) 衍射现象是以原来波的中心为中心继续延伸到挡板后面的“阴影”里 ‎6．（2012年浦东二模4）在酒精灯的照射下，竖直平面内的肥皂膜表面可看到彩色条纹；通过狭缝观察发光的白炽灯也会看到彩色条纹。这两种现象（ ）‎ ‎（A）都是光的衍射现象 ‎（B）都是光的干涉现象 ‎（C）前者是光的干涉现象，后者是光的衍射现象 ‎（D）前者是光的衍射现象，后者是光的干涉现象 ‎7．（2014年闸北二模21）如图，水槽内有一振源，振动时产生的水波通过一个小缝隙发生衍射现象，为了使衍射现象更明显，可采用的方法是使小缝隙的宽度__________；或者是使振源的振动频率__________。‎ ‎8.（2014年长宁二模10）在双缝干涉实验中若采用的光源非常弱，感光胶片曝光后的情况是 （ ）‎ ‎（A）若曝光时间极短，图像显示出光的波动性 ‎（B）若曝光时间极短，图像显示出光的粒子性 ‎（C）无论曝光时间长短，都可以在感光胶片上得到明显的干涉条纹 ‎（D）无论曝光时间长短，图像都呈现不规律分布 ‎9．（2014年徐汇二模）如右图，把酒精灯放在肥皂液薄膜前，从薄膜上可看到明暗相间的条纹，能解释这一现象产生原因的是示意图（图中实线、虚线为光照射到薄膜上时，从膜的前后表面分别反射形成的两列波）（ ）‎ 明 明 暗 肥 皂 液 体 明 明 暗 （A） ‎ （B） (C) (D)‎ 明 明 暗 肥 皂 液 体 肥 皂 液 体 明 明 暗 肥 皂 液 体 ‎10．（2014年浦东二模）如图所示，在白光照射下，能在竖直放置的肥皂膜上看到 （ ） ‎ A．上疏下密的黑白条纹 B．上疏下密的彩色条纹 C．上密下疏的黑白条纹 D．上密下疏的彩色条纹 光屏 d 双缝 ‎11．（2014年黄浦二模26）（多选）在“观察光的干涉现象”实验中，某小组同学用绿色的激光在光屏上得到了较为清晰的干涉图样，为了得到条纹间距更大的干涉图样，他们讨论出下列几种方案，其中可行的是（ ）‎ ‎（A）只需将光源改为红色的激光 ‎（B）只需把双缝间距略微调大 ‎（C）只需把光屏到双缝的距离调大 ‎ ‎（D）只需把光源到双缝的距离调大 ‎12．（2014年虹口二模26）（4分）某同学利用图（甲）所示的装置研究光的干涉和衍射，光电传感器可用来测量光屏上光强的分布。某次实验时，在电脑屏幕上得到图（乙）所示的光强分布，这位同学在缝屏上安装的是_______________（选填“单缝”或“双缝”）。 当做干涉现象研究时，若要使干涉条纹的间距变大，可选用宽度较_______________的双缝（选填“宽”或“窄”），或使缝屏与光屏间的距离_______________（选填“增大”或“减小”）。 ‎ ‎13. （2014年普陀二模26）在观察单色光双缝干涉实验现象时，一同学经调节后使单缝与双缝相互平行、且沿竖直方向。若该同学先后分别用间距d1=0.20mm和d2=0.25mm的双缝来完成实验，其他条件没变，你认为观察到单色光的干涉条纹是 和 （填选项），其中对应双缝间距d1的是 （填选项）。‎ ‎14、（2014年崇明二模26）（4分）‎ 竖直放置的肥皂膜由于受重力的作用，形成上薄下厚的楔形，在阳光照耀下，由于前后表面反射光通过的路程不同，形成两列相干光．薄膜上会呈现出彩色条纹，若一肥皂膜由于受重力和液体表面张力的共同影响，其膜的竖直方向的截面如图甲所示，则光通过该肥皂膜产生的干涉条纹与下列哪个图基本一致（　　 ）．‎ 图（甲）‎ A．　　　　　　　B． 　C． 　 D．‎ 图（乙）‎ A G K ‎15．（2014年虹口二模17）用绿光照射光电管的阴极时，电流表有一定的读数。若改用强度大一倍的紫光照射阴极，将出现（ ）‎ ‎（A）电流表读数为零 ‎（B）电流表读数增大 ‎（C）逸出光电子的最大初动能减小 ‎（D）逸出光电子的最大初动能增大 ‎16．（2014年嘉定二模24）激光在真空中传播速度为c，进入某种均匀介质时，传播速度变为真空中的，则激光在此均匀介质中的波长变为在真空中波长的__________倍；某激光光源的发光功率为P，发射激光的波长为λ，该激光进入上述介质时由于反射，入射能量减少了10%，该激光在这种介质中形成的光束横截面积为S，则在垂直于光束传播方向的截面内，单位时间内通过单位面积的光子个数为__________。（已知普朗克常量为h）‎ ‎17．（2014年徐汇二模5）用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果换一种频率更大的光照射该金属，但光的强度减弱，则（ ）‎ ‎（A）单位时间内逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小 ‎（B）单位时间内逸出的光电子数增大，光电子的最大初动能减小 ‎（C）单位时间内逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能增大 ‎（D）单位时间内逸出的光电子数增大，光电子的最大初动能增大 ‎18．（2014年长宁二模9）用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，要使该金属产生光电效应的措施是（ ）‎ ‎（A）改用频率更小的紫外线照射 （B）改用X射线照射 ‎（C）改用强度更大的原紫外线照射 （D）延长原紫外线的照射时间 ‎19．（2014年青浦二模2）用绿光照射一光电管，能产生光电效应。欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大，下例措施可行的是（ ）‎ ‎（A）改用红光照射 （B）改用紫光照射 ‎ ‎（C）增大光电管上的加速电压 （D）增大绿光的强度 N ‎ M A K ‎20．（2014年青浦二模17）如图射线管， K是阴极，A是阳极（又称对阴极），管内被抽成真空，当射线管的阴、阳两极接在几万伏的高压电源上，会产生M、N两种射线，下列说法正确的是（ ）‎ ‎(A)．M是阴极射线 。 ‎ ‎(B)．M是α射线。‎ ‎(C)．N是X射线，是伦琴首先发现的 ‎(D)．N是γ射线，是伦琴首先发现的 ‎21．（2014年宝山二模5）在光电效应实验中，如果需要增大光电子的最大初速度，可采用的方法是（ ）‎ ‎ （A）增加光照时间　 （B）增大入射光的波长　‎ ‎ （C）增大入射光的强度　 （D）增大入射光频率 ‎22．（2014年长宁二模7）用某单色光照射金属表面，金属表面有光电子飞出．若改变照射光的频率或改变照射光的强度，下列说法正确的是（ ）‎ ‎（A）若仅减小频率，可能不再有光电子飞出 ‎（B）若仅增大频率，光电子数目会随之增加 ‎（C）若仅减小强度，光电子飞出的时间可能会变短 ‎（D）若仅减小强度，则不再有光电子飞出 ‎23．（2014年奉贤二模17）如图所示，弧光灯发出的光线经过一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，与锌板相连的验电器的铝箔有张角，该实验能证明（ ）‎ ‎ (A) 从锌板逸出的粒子是电子 (B) 光能发生衍射 ‎ ‎ (C) 光具有波动性 (D) 微观粒子具有波动性 ‎24．（2014年黄浦二模8）用某种单色光照射某金属表面，发生光电效应。现将该单色光的光强减弱，则（ ）‎ ‎（A）需要更长的照射时间才能发生光电效应 ‎（B）光电子的最大初动能减少 ‎（C）单位时间内产生的光电子数减少 ‎ ‎（D）可能不发生光电效应 ‎【参考答案】1.C 2.D 3.B 4.A 5.AB ‎6.C 7. 减小，减小 8.B 9.C 10.B 11.AC 12.单缝 窄 增大 13.C D C 14.B ‎15.BD 16.， 17.C 18.B 19.B 20.AC 21.D 22.A 23.BC 24.C ‎