资源简介 第十三章 光的本性四年考情根据近四年高考试卷分析可知,本章知 ( http: / / www.21cnjy.com )识点“光的本性”是重点考查知识点.09-6-多选,考查光电效应现象:产生条件(极限频率)、最大初动能;09-10-填空,双缝干涉条纹间距规律Δx=λL/d;10-6-单选,考查光的能量;11-3-单选,考查光电效应产生条件;11-17-多选,可见光双缝干涉实验验证光的波动性;11-21-填空,利用激光衍射图像验证光的波动性;12-1-单选,由光电效应方程Ek=hν-W确定光电子的最大初动能与入射光频率的关系;12-2-单选,根据图像判断红光或紫光的干涉图样;12-4-单选,根据爱因斯坦的“光子说”考查光子的性质.其考查特色为此知识点多以选择、填空形式考查,难易度为A或B,分值比例约为3%.教案(57)——光的本性考点解读考 点 解 读 学 题 目 分 布光的干涉、衍射光的波粒二象性光电效应光子说 1.知道光的干涉及其产生的条件2.知道光的衍射及其能够发生明显衍射现象的条件3.知道干涉和衍射图样的区别4.知道光电效应、光子说 AAAA 09年上海高考第6题09年上海高考第10题10年上海高考第6题11年上海高考第3题11年上海高考第17题11年上海高考第21题12年上海高考第1题12年上海高考第2题12年上海高考第4题教学目标知道光的本性发展历程.教师归纳1.光的微粒说(牛顿): 成功解释光的直线传播和光的反射;局限: 光能互不干扰的相互穿过.2.光的波动说(惠更斯): 成功解释光的折射,光能互不干扰的相互穿过和光的反射、折射;局限: 解释光的直线传播.光的衍射:光沿直线传播是一种近似规律.( http: / / www.21cnjy.com )(1)( http: / / www.21cnjy.com )(2)( http: / / www.21cnjy.com )(3)( http: / / www.21cnjy.com )(4)( http: / / www.21cnjy.com )(5)( http: / / www.21cnjy.com )(6)光的干涉:(1)相干光源: 两个振动情况总是相同的光源;两个频率相同、振动方向相同、相位差恒定的光源;一个点光源或线光源发出的一束光分成的两束光.( http: / / www.21cnjy.com )(1)( http: / / www.21cnjy.com )(2)( http: / / www.21cnjy.com )(3)( http: / / www.21cnjy.com )(4)(2)双缝干涉(托马斯·杨):(3)薄膜干涉: 一束光在一层透明薄膜两个表面分别反射来获得相干光源.( http: / / www.21cnjy.com )( http: / / www.21cnjy.com )(1) (2) (3)光的干涉现象和光的衍射现象比较:(1)干涉和衍射都是波的叠加结果.双 ( http: / / www.21cnjy.com )缝干涉是从双缝处发出的两列波在像屏上叠加,产生明暗相间的条纹;单缝衍射是从单缝处产生无穷列子波,到达像屏上相互叠加,产生明暗相间的条纹.(2)从条纹图样上看: 干涉条纹的明暗 ( http: / / www.21cnjy.com )条纹的间隔宽度相同,中央和两侧明条纹没有区别,亮度递减情况不明显;衍射条纹中央明条纹宽度比两侧明条纹宽度大,亮度大,从中央向两侧明条纹亮度递减明显.3.光的电磁说(麦克斯韦):(1)光是电磁波的主要依据:①光和电磁波一样,传播时不需要什么特殊的介质.②电磁波传播的速度和实验中所得光速相同.③光是横波,电磁波也是横波.电磁波和光一样能产生反射、折射、干涉、衍射.(2)光波与机械波的本质有什么不同?机械波: 频率决定于振源,机 ( http: / / www.21cnjy.com )械波必须在介质中传播,它不能在真空中传播.它在介质中传播速度与介质的性质有关,与机械波的频率无关.当机械波由一种介质传入另一种介质时,频率不变,波速改变,所以波长也相应发生改变.光波: 频率决定于光源,光 ( http: / / www.21cnjy.com )波可在真空中传播,因为光波是电磁波,电磁场本身就是物质,因此光不需要“弹性介质”来传递.各种频率的光在真空中传播的速度都相同,不同频率的光在同一种介质中传播时,频率越高,传播速度越小.(3)各种色光从真空(空气)进入介质,波速、波长和频率有什么变化?各种色光在真空中速度都相同,进入介质后速度变小(v=c/n),频率不变,波长变小.并且光在不同介质中传播时的光速、波长都各不相同.4.光子说(爱因斯坦):( http: / / www.21cnjy.com )(1)光电效应的规律:①光电子的发射几乎是瞬时的,时间不超过10-9s;②任何一种金属都有一个能产生光电效应的最低照射光的频率,叫做极限频率;③光电子的最大初动能随入射光的频率的增大而增大,而与入射光的强度无关;④光电流强度与入射光的强度成正比.(2)光子说:①光在空间传播时,是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子,光子的能量跟它的频率成正比,即E=hν;②光电方程: E=hν-hν0.光子说解释光电效应:(3)当光照射在金属板上时,光子就与金属中的电子相互作用,一个电子吸收一个光子能量hν.①不同金属内电子逃逸出来克服正电荷的束缚所 ( http: / / www.21cnjy.com )做的功(逸出功W)也不一样.如果光子的能量小于逸出功W,那么无论光多强,照射时间多么长,也不能使电子从金属中逃逸出来.这就很好地解释了为什么存在极限频率ν0.②如果入射光的频率ν大于金属的极限频率ν0, ( http: / / www.21cnjy.com )那么一个光子的能量就足以使电子克服逸出功W而立即逃逸出金属表面,而不需要能量积累的时间,这就解释了光电效应的瞬时性.③入射光的频率ν大于金属的极限频率ν0,一个电子吸收一份光子的能量就足以使克服金属逸出功后,多余的能量为hν-hν0,为光电子最大初动能.④光强越大,单位时间单位面积的光子数越多,逸出光电子数越多,光电流就越大.( http: / / www.21cnjy.com )(1) (2)( http: / / www.21cnjy.com )(3)( http: / / www.21cnjy.com )(4)光电管: (K为阴极,接电源负极;A为对阴极或阳极,接电源正极)5.光的波粒二象性:波长大的光子显示较明显的波动性,频率高的光子 ( http: / / www.21cnjy.com )表现较明显的粒子性;大量光子往往表现较明显的波动性,个别光子表现较明显的粒子性;光传播过程中表现较明显的波动性,光与物质作用时表现较明显的粒子性.光的干涉条纹中,光强度大(亮条纹)的地方,是光子到达机会多的地方;光强度小(暗条纹)的地方,是光子到达机会少的地方.光的波粒二象性不是宏观观念中的波和粒子.一切微观粒子都有波粒二象性(德布罗意波)分类剖析(一)光的本性 例1 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,应( )A.改用红光照射B.增大绿光的强度C.增大光电管上的加速电压D.改用紫光照射【解析】 光电效应实验结果表 ( http: / / www.21cnjy.com )明: 光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随着入射光的频率增大而增大.由于红光的频率低于绿光的频率,故选项A是错误的.增大绿光的强度只能增大光电流的强度;增大光电管上的加速电压也只能使光电子在加速过程中动能增加.这两种办法都不能增大光电子逸出时的最大初动能,故选项B和C也是错的.而紫光的频率大于绿光的频率,所以用紫光照射光电管时,光电子从阴极逸出的最大初动能一定增大.正确的答案应选D.例2 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( )( http: / / www.21cnjy.com )A.电流表计数为零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【解析】 由题设知ν绿>νc,故 ( http: / / www.21cnjy.com )可发生光电效应,A错;而单位时间内释放光电子的个数与光强成正比,故B对;由爱因斯坦光电效应方程ΔEk=hν-W及逸出功W只与阳极金属有关知,ν增大,ΔEk增大,故D对.正确的答案应选BD.例3 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.现在他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.其他条件不变,将光源换为绿色光源B.其他条件不变,重新制作一间距较大的双缝C.其他条件不变,重新制作一间距较小的双缝D.其他条件不变,拉长光屏和双缝的距离【解析】 由于Δx=λ,其他条件不变,l ( http: / / www.21cnjy.com )变大,Δx变大,故D对;l、λ不变,d变小,Δx变大,C对,B错;l、d不变,λ绿<λ红,λ变小Δx变小,故A错.正确的答案应选CD.本章小结知识网络考题剖析 考题1 光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹,衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应,这一现象说明( )A.光是电磁波B.光具有波动性C.光可以携带信息D.光具有波粒二象性【解析】 本题考查了光的衍射基础知识,要求学生根据题给的情景,正确理解光的波动性及其相关知识.光产生衍射现象是由于光在前进过程中碰到 ( http: / / www.21cnjy.com )了障碍物,当障碍物的尺寸与光波的波长可相比拟时,光的传播不再沿直线方向,而是产生衍射现象,表现出光具有波动的特征.例如,当光通过一狭缝时,则在狭缝的垂直方向上产生单缝衍射条纹,衍射的条纹保留了狭缝的形态;同理,当光通过一小孔时,则可在垂直于光传播方向的屏上出现圆形的衍射条纹,从这个意义上说,光在衍射时携带了有关障碍物的信息.综合考虑试题所提供的四个选项,显然正确答案为选项B与选项C.选项A与D如果独立来看也是正确的,但与本题的题干相联系,就不符合题意了,因为衍射现象的实验得不到光是电磁波的结论,同样也不能直接得到波粒二象性的结论.故选BC.考题2 人类对光的本性的认识经历了曲折的过程.下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是( )A.牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B.光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C.麦克斯韦预言了光是一种电磁波D.光具有波粒二象性【解析】 把四个选项串起来,反映了 ( http: / / www.21cnjy.com )人们对光认识的发展历程.选项A是牛顿时代人们对光的认识概貌,它是用牛顿的弹性小球的思想来描述光的反射与折射现象,虽然牛顿的微粒说能解释光的反射和折射,但有局限性.选项B是17~18世纪人们对光的波动理论有了新的认识.选项C则是19世纪麦克斯韦总结了电磁理论,由电磁波的传播速度为光速,推断出光是一种电磁波.选项D则是人们在经历长期的对光的研究后,发现光既有波动的特性,又有粒子的特性,由此得出光具有波粒二象性.由此本题的答案应该为BCD.考题3 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(选填“a”或“b”).若电流表的示数为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1.6×10-19C).( http: / / www.21cnjy.com )【解析】 本题考查了光电效应的基本原理,并对光电流有定量的计算.当光照射到光电管的阴极时,电路中 ( http: / / www.21cnjy.com )应该有光电流流过,这一点考生都了解,问题是在本题中没有给出电源的正负极,要求学生应用光电效应的基本原理自己判断.显然当光照射到阴极时,只要光子的频率大于红外线,均有光电子从阴极出来,而A端应是阳极,由此可得电源的a端应是正极.因为微安表的示数为8μA,表明ne等于8μA·s,e是电子的电量,n 是电子的个数,简单计算可知n为5×1013个.考题4 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.( http: / / www.21cnjy.com )(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 ( http: / / www.21cnjy.com )的间距,可以采用其他条件不变只调节双缝间距离Δs的方法,应使得Δs________(填“增大”或“缩小”);(3)在本实验中,如果仅将红光激光 ( http: / / www.21cnjy.com )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”)【解析】 本题是考查光的干涉的题目, ( http: / / www.21cnjy.com )要求考生掌握干涉条纹间距的计算公式.本题两束频率、相位和振动方向相同的光在挡板后面的空间互相叠加,可以发生干涉现象,双缝的作用是形成相干光源,干涉条纹的间距是Δx=·λ,d为双缝的间距即为本题的Δs,当减小Δs时,Δx增大,当将红光变成黄光时,λ变小,条纹间距变小.教案(57)——光的本性考点解读考 点 解 读 学 题 目 分 布光的干涉、衍射 1.知道光的干涉及其产生的条件2.知道光的衍射及其能够发生明显衍射现象的条件3.知道干涉和衍射图样的区别 AAA 03年上海高考第8题04年上海高考第1题08年上海高考第15、16题09年上海高考第10题教学目标知道光的本性发展历程.教师归纳1.光的微粒说(牛顿): 成功解释光的直线传播和光的反射;局限: 光能互不干扰的相互穿过.2.光的波动说(惠更斯): 成功解释光的折射光能互不干扰的相互穿过和光的反射、折射;局限: 解释光的直线传播.光的衍射: 光沿直线传播是一种近似规律.( http: / / www.21cnjy.com )(1)( http: / / www.21cnjy.com )(2)( http: / / www.21cnjy.com )(3)( http: / / www.21cnjy.com )(4)( http: / / www.21cnjy.com )(5)( http: / / www.21cnjy.com )(6)光的干涉:(1)相干光源: 两个振动情况总是相同的光源;两个频率相同、振动方向相同、相位差恒定的光源;一个点光源或线光源发出的一束光分成的两束光.( http: / / www.21cnjy.com )(1)( http: / / www.21cnjy.com )(2)( http: / / www.21cnjy.com )(3)( http: / / www.21cnjy.com )(4)(2)双缝干涉(托马斯·杨):(3)薄膜干涉: 一束光在一层透明薄膜两个表面分别反射来获得相干光源.光的干涉现象和光的衍射现象比较:(1)干涉和衍射都是波的叠加结果.双缝干 ( http: / / www.21cnjy.com )涉是从双缝处发出的两列波在像屏上叠加,产生明暗相间的条纹;单缝衍射是从单缝处产生无穷列子波,到达像屏上相互叠加,产生明暗相间的条纹.(2)从条纹图样上看: 干涉条纹的明暗条纹 ( http: / / www.21cnjy.com )的间隔宽度相同,中央和两侧明条纹没有区别,亮度递减情况不明显;衍射条纹中央明条纹宽度比两侧明条纹宽度大,亮度大,从中央向两侧明条纹亮度递减明显.3.光的电磁说(麦克斯韦):( http: / / www.21cnjy.com )( http: / / www.21cnjy.com )(1) (2) (3)(1)光是电磁波的主要依据:①光和电磁波一样,传播时不需要什么特殊的介质.②电磁波传播的速度和实验中所得光速相同.③光是横波,电磁波也是横波.电磁波和光一样能产生反射、折射、干涉、衍射.(2)光波与机械波的本质有什么不同?机械波: 频率决定于振源,机械波必须在介质 ( http: / / www.21cnjy.com )中传播,它不能在真空中传播.它在介质中传播速度与介质的性质有关,与机械波的频率无关.当机械波由一种介质传入另一种介质时,频率不变,波速改变,所以波长也相应发生改变.光波: 频率决定于光源,光 ( http: / / www.21cnjy.com )波可在真空中传播,因为光波是电磁波,电磁场本身就是物质,因此光不需要“弹性介质”来传递.各种频率的光在真空中传播的速度都相同,不同频率的光在同一种介质中传播时,频率越高,传播速度越小.(3)什么是电磁波谱?电磁波按频率逐渐增大(波长逐渐减小)的顺序排列构成电磁波谱.从无线电波到γ射线,都是本质相同的电磁波.波长较长的无线电波,很容易表现出干涉、衍射等现象;但对波长越来越短的可见光、紫外线、X射线、γ射线,要观察到它们的干涉、衍射现象,就越来越困难了. ( http: / / www.21cnjy.com )电磁波种类 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线频率/Hz 104~1012 1012~1014 1014 1014~1016 1016~1020 1019以上真空波长/m 104~10-4 10-4~10-7 10-7 10-7~10-9 10-8~10-12 10-11以下产生机理 自由电子振荡 原子的外层电子受到激发 原子的内层电子受到激发 原子核受到激发特 性 波动性强 热效应强 引起视觉 化学作用、荧光效应、杀伤作用 穿透作用强 穿透作用最强应 用 通信、广播、导航 加热、烘干、遥测、遥感、医疗、导向 照明、照相、加热 日光灯、杀菌、消毒、治疗皮肤病等 检查、探测、透视、医疗等 探测、治疗等 (4)色光从真空(空气)进入介质,波速、波长和频率有什么变化?各种色光在真空中速度都相同,进入介质后速度变小(v=c/n),频率不变,波长变小.并且光在不同介质中传播时的光速、波长都各不相同.4.光子说(爱因斯坦):( http: / / www.21cnjy.com )(1)光电效应的规律:①光电子的发射几乎是瞬时的,时间不超过10-9s;②任何一种金属都有一个能产生光电效应的最低照射光的频率,叫做极限频率;③光电子的最大初动能随入射光的频率的增大而增大,而与入射光的强度无关;④光电流强度与入射光的强度成正比.(2)光子说:①光在空间传播时,是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子,光子的能量跟它的频率成正比,即E=hν;②光电方程: E=hν-hν0.光子说解释光电效应:(3)当光照射在金属板上时,光子就与金属中的电子相互作用,一个电子吸收一个光子能量hν.①不同金属内电子逃逸出来克服正电荷的束 ( http: / / www.21cnjy.com )缚所做的功(逸出功W)也不一样.如果光子的能量小于逸出功W,那么无论光多强,照射时间多么长,也不能使电子从金属中逃逸出来.这就很好地解释了为什么存在极限频率ν0.②如果入射光的频率ν大于金属的极限 ( http: / / www.21cnjy.com )频率ν0,那么一个光子的能量就足以使电子克服逸出功W而立即逃逸出金属表面,而不需要能量积累的时间,这就解释了光电效应的瞬时性.③入射光的频率ν大于金属的极限频率ν0,一个电子吸收一份光子的能量就足以使克服金属逸出功后,多余的能量为hν-hν0,为光电子最大初动能.④光强越大,单位时间单位面积的光子数越多,逸出光电子数越多,光电流就越大.( http: / / www.21cnjy.com )(1) (2)( http: / / www.21cnjy.com )(3)( http: / / www.21cnjy.com )(4)光电管: (K为阴极,接电源负极;A为对阴极或阳极,接电源正极)5.光的波粒二象性:波长大的光子显示较明显的波动性,频 ( http: / / www.21cnjy.com )率高的光子表现较明显的粒子性;大量光子往往表现较明显的波动性,个别光子表现较明显的粒子性;光传播过程中表现较明显的波动性,光与物质作用时表现较明显的粒子性.光的干涉条纹中,光波强度大(亮条纹)的地方,是光子到达机会多的地方;光波强度小(暗条纹)的地方,是光子到达机会少的地方.光的波粒二象性不是宏观观念中的波和粒子.一切微观粒子都有波粒二象性(德布罗意波)分类剖析(一)光的本性 考题2 如图所示,一足够长的固定光滑斜面与水平面的夹角为37°,物体A以初速度v1从斜面顶端水平抛出,物体B在斜面上距顶端L=15m处同时以速度v2沿斜面向下匀速运动,经历时间t物体A和物体B在斜面上相遇,则下列各组速度和时间中满足条件的是( )(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)( http: / / www.21cnjy.com ) A.v1=16m/s,v2=15m/s,t=3sB.v1=16m/s,v2=16m/s,t=2sC.v1=20m/s,v2=20m/s,t=3sD.v1=20m/s,v2=16m/s,t=2s【解析】 该题有实际的应用背景,即从顶端射出的物体恰好击中斜面上的运动物体,因此考查的知识点属于运动学的内容,学生应该掌握.考虑水平方向和竖直方向距离同时相等,列出方程:v1t=v2××t+15×,×10×t2=v2××t+15×,3个未知数,2个方程,无法求得v1、v2和t ( http: / / www.21cnjy.com )的值,只能把选项的4组值代入一一检验.经检验,A、B、D都错,只有选项C正确.注意: v1、v2和t中一个量确定了,其他两个量也随之确定了,因此由选项C正确可以推断A不正确(t相同而v1、v2不相同),D也不正确(v1相同而v2、t不相同),但不能推断B正确与否;由此可见,这种类型的题目是可以出成多选题的.考题3 宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球,经过时间t小球落回原处;若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球,需经过时间5t小球落回原处(地球表面重力加速度g取10m/s2,空气阻力不计).(1)求该星球表面附近的重力加速度g′.(2)已知该星球的半径与地球半径之比为R星∶R地=1∶4,求该星球的质量与地球质量之比M星∶M地.【解析】 本题主要考查自由落体运动与万有引力公式的应用.(1)设竖直上抛初速度为v0,则v0=g=g′,所以g′=g=2m/s2.(2)设小球质量为m,则mg=,所以M= ,可解得=eq \f(g′R,gR)=×=.考题4 如图所示,半径r=0.4m的光滑圆轨道被竖直固定在水平 ( http: / / www.21cnjy.com )地面上,圆轨道最低处有一小球(小球的半径比r小很多).现给小球一个水平向右的初速度v0,要使小球不脱离轨道运动,v0的取值范围可以是________.【解析】 小球不脱离轨道 ( http: / / www.21cnjy.com )有两种情况:一是小球能顺利通过最高点,此时小球过最高点速度最小为vmin=2m/s,从最低点到最高点,根据机械能守恒,-mg·2r=mv-mv得v0=2m/s,所以v0≥2m/s.二是小球在到达四分之一圆弧前速度减为0,此时有-mg·h=0-mvh的最大值为r,得v0=2m/s,所以v0≤2m/s.考题5 关于人造地球卫星的说法中正确的是( )A.可以发射一颗周期为80分钟的人造地球卫星B.所有的同步卫星的高度和速率都是一定的,且它们可以在地球上空不同轨道上运行C.欲使某颗卫星的周期增大到原来的2倍,可使轨道半径变为原来的倍D.欲使某颗卫星的周期增大到原来的2倍,可使原来的轨道半径不变,使速率减小到原来的【解析】 由G=m=m()2r知,Tmin=≈85min,故A错;地球同步卫星在地球上空同一轨道上动行,故B错;欲使某颗卫星的周期增大到原来的2倍,由开普勒定律=常量知C正确;由T∝知D错.考题6 如图所示,光滑圆弧AB在竖直平面内,圆弧B处的切线水平.A、B两端的高度差为0.2m,B端高出水平地面0.8m,O点在B点的正下方.将一滑块从A端由静止释放,落在水平地面上的C点.(g=10m/s2)(1)求OC的长.(2)在B端接一长为1.0m的木板MN,滑块从A端释放后正好运动到N端停止,求木板与滑块的动摩擦因数.(3)若将木板右端截去长为ΔL的一段,滑块从A端释放后将滑离木板落在水平地面上的P点,要使落地点距O点的距离最远,ΔL应为多少?( http: / / www.21cnjy.com )【解析】 (1)滑块从A运动到B,由动能定理得v1==2m/s,从B到C平抛运动所用时间t==0.4s则OC的长度x=v1t=0.8m(2)在木板上运动的加速度大小a=μg从M到N过程有02-v=2(-a)L联立解得μ=0.2(3)木板MN截去ΔL时,滑块滑到木板右端速度设为v2,v-v=2(-μg)·(L-ΔL)平抛后落地点离O点的距离OP=L-ΔL+v2·t=L-ΔL+0.8当=0.4时,OP有最大值,即ΔL=0.16m. 展开更多...... 收起↑ 资源列表 【高考零距离】2014高三物理总复习(上海专用)【配套教案】(考点解读+教学归纳+分类解析)第十三章第57讲——光的本性.doc 【高考零距离】2014高三物理总复习(上海专用)【配套教案】(考点解读+教学归纳+分类解析)第十三章第57讲——光的本性2.doc