光波动与波长的关系

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光的波动是什么？

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第一，光的易变性

1.光的干涉:当两束光波在空气中相遇时，它们重叠，总是在某些区域加强，在某些区域减弱，并有交替的条纹或彩色条纹。

光干涉的条件:有两个波源，其振动条件始终相同，即相干波源(相干波源的频率必须相同)。

有两种方法可以形成相干波源:

使用激光(因为激光发出极好的单色光)。

(2)尽量把同一个光束分成两个光束(这样两个光束都来自同一个光源，所以频率必须相等)。

(3)杨氏双缝实验:

亮线:屏幕上某一点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即δ = n λ (n = 0，1，2，...).

暗线:屏幕上某一点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即δ = (n = 0，1，2，...)

相邻亮线(暗线)之间的距离。单色光的波长可以用这个公式来确定。用白光做双缝干涉实验时，由于白光中各种色光的波长不同，干涉条纹的间距也不同，所以屏幕中央有白色亮线，两侧有彩色条纹。

(4)薄膜干涉:

应用:

在检测平面和标准模型之间形成一薄层空气，用单色光照射。入射光在空气薄层的上下表面反射两个光波，在空间上叠加。干涉条纹均匀:表面光滑；不平:检测到的平面不平整。

增透膜:镜片表面镀的透明膜的厚度是入射光在膜内的波长，膜两面反射光的光程差正好等于半个波长，相互抵消，从而减少反射光，增加透射光强度。

其他现象:阳光下肥皂泡的颜色。

示例1。用绿光做双缝干涉实验，光屏上出现绿色和深色条纹，相邻两条绿色条纹之间的距离为δ X，下列说法正确的是

A.如果增加单缝和双缝之间的距离，δx就会增加。

B.如果双接缝之间的距离增加，δx将增加。

C.如果双缝和光屏之间的距离增加，δx也会增加。

d .如果在不改变双接缝之间的距离的情况下，减少每个双接缝的宽度，δx将增加。

解:公式中，L代表双缝到屏幕的距离，D代表双缝之间的距离。所以δx与单缝到双缝的距离无关，与缝本身的宽度无关。

例2。登山运动员在攀登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛不要长时间接触紫外线，否则视力会受到严重损害。有人想利用薄膜干涉的原理，设计出可以大大减少紫外线对眼睛伤害的眼镜。他选择的薄膜材料折射率为n=1.5，需要消除的紫外线频率为8.1× 1068。

解决方法:为了减少进入眼睛的紫外线，薄膜的正反两面反射的入射光要叠加加强，所以光程差应为波长的整数倍，所以薄膜的厚度至少应为薄膜中紫外线波长的1/2。紫外线在真空中的波长为λ=c/ν=3.7×10-7m，在薄膜中。

2.光的衍射:

注意衍射的表达一定要准确。

各种形状不同的障碍物都能衍射光。

⑵出现明显衍射的条件是障碍物(或孔洞)的大小可以与波长相比甚至更小。

(3)衍射现象:明暗相间的条纹或彩色条纹。

(与干涉条纹相比，中央亮条纹因为两边宽两边窄，所以不均匀。如果是白色，则有白色中央亮条纹。)

例3。平行光通过小孔得到的衍射图样与泊松亮斑相比，下列说法是正确的。

A.衍射图样中心有亮点。

B.泊松亮斑中央亮斑周围的暗环更宽。

C.针孔衍射的衍射图样的中心是暗斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑。

D.针孔衍射的衍射图样中的明暗条纹间距是均匀的，而泊松亮斑图样中的明暗条纹间距是不均匀的。

解法:从课本上的图片可以看出，选项A和B是正确的，选项C和D是错误的。

3.光谱:

光谱分析可以通过原子光谱或吸收光谱进行。太阳光谱是一种吸收光谱，太阳大气的成分可以从太阳光谱的暗线中找到。

4.光的电磁理论:

(1)麦克斯韦根据电磁波和光在真空中传播速度相同，提出光本质上是电磁波，这就是光的电磁理论。赫兹通过实验证明了光的电磁理论的正确性。

⑵电磁频谱。波长从大到小的顺序是:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。在各种电磁波中，除了可见光，相邻的两个波段之间是有重叠的。

各种电磁波的产生机理如下:无线电波是由振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；原子外层电子被激发后产生红外光、可见光和紫外光；原子内部电子被激发后产生伦琴射线；伽马射线是原子核被激发后产生的。

⑶红外线、紫外线和X射线的主要特性及其应用实例。

种类

生产

主要属性

应用示例

红外线

一切都可以发射。

热效应

遥感、遥控、加热

紫外线

所有高温物体都会散发出

化学效应

荧光，灭菌

伦琴射线

阴极射线击中固体表面。

渗透能力强

人体透视，金属探伤

为了转播火箭发射场的现场直播，发射场设置了发射台，发射广播和电视两种信号。无线电用的电磁波波长是550m，电视用的是0.566m .为了防止发射场附近的山头挡住信号，需要在山头上建一个中继站来中继_ _ _ _ _ _ _ _信号，因为信号的波长太_ _ _ _。

解:电磁波波长越长，越容易明显衍射，波长越短，衍射越不明显，呈线性传播。这时候就需要在山顶建一个中继站。所以这个问题中的中继站必须中继电视信号，因为它的波长太短了。

例5。右图显示了伦琴X射线管的结构。电源E加热灯丝K，从而发射出热电子，热电子在K和A之间的强电场作用下高速飞向对面的阴极A，电子流撞击A极表面，激发出高频电磁波，也就是X射线。下列陈述是正确的

a、P、Q应接高压直流电，Q接正极。

B.p、Q、Q要接高压交流电。

C.K，A K和A之间是高速电子流，也就是阴极射线，X射线，也就是高频电磁波，从A发出。

D.从a发出的x射线的频率与p和q之间的交流电的频率相同。

解决方法:K和A之间的电场方向要一直向左，所以P和Q要接高压直流电，Q接正极。x射线从A发出，其频率由光子能量决定。如果P和Q之间的电压为U，X射线的频率最高可以达到Ue/h。

第二，光的粒子性

1.光电效应

(1)物体在光的照射下发出电子的现象称为光电效应。(右边的装置中，用弧光灯照射锌板，电子从锌板表面飞出，使原本不带电的验电器带正电。)

(2)爱因斯坦的光子理论。光是不连续的，每个光子称为一个光子。光子能量E与光的频率ν成正比:E=hν。

(3)光电效应定律:

各种金属都有一个极限频率ν0，只有ν≥ν0才能发生光电效应；

瞬时性(光电子产生不超过10-9s)。

③光子的最大初始动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增加而增加；

④当入射光频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。

⑷爱因斯坦光电效应方程:Ek= hν-W(Ek为光电子的最大初始动能；w是功函数，即光电子从金属表面直接飞出克服正电荷吸引力所做的功。)

例6。对于爱因斯坦的光电效应方程EK= hν-W，以下理解是正确的。

A.只要用相同频率的光照射同一金属，所有从该金属逃逸的光电子将具有相同的初始动能EK。

公式中的B w表示每个光电子飞出金属时，为克服金属中正电荷引力所做的功。

功函数w和极限频率ν0之间应满足关系w = h ν0。

光电子的最大初始动能与入射光的频率成正比。

解:爱因斯坦光电效应方程中的W EK = hν-W表示光电子直接从金属表面逃逸克服金属中正电荷引力所做的功，所以是所有逃逸光电子克服引力所做的功的最小值。光电子对应的初始动能是所有光电子中最大的。其他光电子的初始动能小于这个值。如果入射光的频率恰好是极限频率，刚好有一部分光电子可以逃逸。可以理解为逃逸光电子的最大初始动能为0，所以有W= hν0。从EK= hν-W可以看出，EK和ν的关系是线性函数，但不是正比关系。这个问题应该选c。

第三，光的波粒二象性

1.光的波粒二象性

干涉、衍射、偏振用无可辩驳的事实说明光是波；光电效应和康普顿效应用无可辩驳的事实说明了光是粒子；所以现代物理学认为光具有波粒二象性。

2.正确理解波粒二象性

波粒二象性中提到的波是一种概率波，对大量光子有意义。波粒二象性中提到的粒子是指它的不连续性，是一种能量。

(1)单个光子的效应往往是粒子性的；大量光子的作用往往表现为波动。

⑵高光子易显粒子；具有低V的光子倾向于显示波动。

⑶光在传播过程中往往表现出波动性；当它与物质相互作用时，往往以粒子的形式出现。

⑷从光子能量E=hν和光子动量表达式可以看出，光的涨落和粒子性并不矛盾:代表粒子性的粒子能量和动量的计算公式都含有代表波的特性的物理量——频率ν和波长λ。

受访者:615336-魔法学徒一级2008-4-5 19:28

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