高中物理 第十七章 波粒二象性 2 光的粒子性 3 粒子的波動性素材 新人教版選修3-5（通用）

2 光的粒子性 3 粒子的波動性 考點核心整合1.光的波動性光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光的偏振現(xiàn)象說明光波為橫波，光的電磁說則揭示了光波的本質光是電磁波.（1）光的干涉光的干涉及條件由頻率相同（相差恒定）的兩光源相干光源發(fā)出的光在空間相遇，才會發(fā)生干涉，形成穩(wěn)定的干涉圖樣.由于發(fā)光過程的量子特性，任何兩個獨立的光源發(fā)出的光都不可能發(fā)生干涉現(xiàn)象.只有采用特殊的“分光”方法將一束光分為兩束，才能獲得相干光.如雙縫干涉中通過雙縫將一束光分為兩束，薄膜干涉中通過薄膜兩個表面的反射將一束光分為兩束而形成相干光.雙縫干涉在雙縫干涉中，若用單色光，則在屏上形成等間距的、明暗相間的干涉條紋，條紋間距x和光波的波長成正比，和屏到雙縫的距離L成正比，和雙縫間距d成反比，即x=.若用白光做雙縫干涉實驗，除中央亮條紋為白色外，兩側為彩色條紋，它是不同波長的光干涉條紋的間距不同而形成的.薄膜干涉在薄膜干涉中，薄膜的兩個表面反射光的路程差（嚴格地說應為光程差）與膜的厚度有關，故同一級明條紋（或暗條紋）應出現(xiàn)在膜的厚度相同的地方.利用這一特點可以檢測平面的平整度.另外適當調整薄膜厚度.可使反射光干涉相消，增強透射光，即得增透膜.（2）光的衍射條件光在傳播過程中遇到障礙物時，偏離原來的直線傳播路徑，繞到障礙物后面繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫光的衍射.在任何情況下，光的衍射現(xiàn)象都是存在的，但發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件應是障礙物或孔的尺寸與光波的波長相差不多.特點在單縫衍射現(xiàn)象中，若入射光為單色光，則中央為亮且寬的條紋，兩側為亮度逐漸衰減的明暗相間條紋；若入射光為白光，則除中央出現(xiàn)亮且寬的白色條紋外，兩側出現(xiàn)亮度逐漸衰減的彩色條紋.（3）光的偏振在與光波傳播方向垂直的平面內，光振動沿各個方向均勻分布的光稱為自然光，光振動沿著特定方向的光即為偏振光.自然光通過偏振片（起偏器）之后就成為偏振光.光以特定的入射角射到兩種介質界面上時，反射光和折射光也都是偏振光.偏振現(xiàn)象是橫波特有的現(xiàn)象，所以光的偏振現(xiàn)象表明光波為橫波.（4）光的電磁本性麥克斯韋的電磁理論預見了電磁波的存在，赫茲用實驗證明了電磁波理論的正確性.由于光波和電磁波都為橫波、傳播都不需要介質、在真空中傳播速度相同（皆以光速c=3×108 m/s的速度傳播），人們很自然地認為光波為電磁波.電磁波的頻率范圍很廣，光波只是電磁波的一個小小的分支，不同電磁波的產(chǎn)生機理不同，且有不同的作用效果.將電磁波按一定的順序排列即形成電磁波譜.其中的光譜，按成因可分為發(fā)射光譜和吸收光譜，發(fā)射光譜又分為連續(xù)光譜和明線光譜.可用于光譜分析的是原子特征譜線明線光譜和吸收光譜.2.光的粒子性（1）光電效應及其規(guī)律金屬在光照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象叫光電效應現(xiàn)象，其實驗規(guī)律如下：任何金屬都存在極限頻率，只有用高于極限頻率的光照射金屬，才會發(fā)生光電效應現(xiàn)象.在入射光的頻率大于金屬極限頻率的情況下，從光照射到逸出光電子，幾乎是瞬時的，時間不超過10-9s.光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大，與光強無關.單位時間內逸出的光電子數(shù)與入射光的強度成正比.（2）光子說因光電效應的規(guī)律無法用光的波動理論解釋，為解釋光電效應規(guī)律，愛因斯坦提出了光量子說：光是一份一份的，每一份叫一個光量子，每個光量子的能量為E=hv.并給出光電效應方程：Ekm=hv-W.3.光的波粒二象性光在某些現(xiàn)象中顯示波動性，在另外的現(xiàn)象中又顯示粒子性，為說明光的全部性能，只能說光具有波粒二象性.大量光子的行為往往顯示波動性，少數(shù)光子的行為往往顯示粒子性；頻率越低的光子波動性越強，頻率越高的光子粒子性越強.