物理思维与训练 高中（三）第一讲：光学、原子物理一、光的本性：光的波粒二象性（在宏观上，大量光子传播往往表现为波动性；在微观上，个别光子在与其它物质作用时，往往表现为粒子性。
）①牛顿：微粒说；②惠更斯：波动说；③麦克斯韦：电磁说；④爱因斯坦：光子说；1、光学现象：（1）光的直线传播，光的反射现象； （2）光的干涉、衍射现象；（3）光电效应现象；2、杨氏双缝干涉实验：相干光源(频率相同)； 等宽等亮的明暗相间条纹。
薄膜干涉：3、光的衍射：光绕过障碍物（或孔隙）而偏离直线传播的现象。
要观察到明显．．的光的衍射现象，障碍物（或孔隙）的尺寸必须比光波的波长小或与它差不多。
（1）单缝衍射：中央亮纹较宽，其两侧亮纹的亮度明显递减。
（2）圆孔衍射：明暗相间的同心圆环。
（3）小圆盘衍射：“泊松亮斑”。
4、电磁波谱：麦克斯韦提出光的电磁说，后经赫兹实验证实。
各种电磁波按照频率逐渐 的顺序构成电磁波谱：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ射线。
在真空中有相同的传播速度c ＝3.00×108m/s 。
它们的波长λ，波速v ，频率f 的关系服从共同的规律v ＝λf红外线最显著的是热作用；紫外线最显著的是化学作用；X 射线有非常强的穿透能力；γ射线的穿透能力更强。
5、光电效应：在光的照射下从物体发射出电子的现象叫做光电效应。
发射出的电子叫做光电子。
光电效应的规律：（1）任何一种金属都有一个极限频率ν0（或极限波长λ0），入射光的频率必须大于这个极限频率，才能产生光电效应；（2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大；（3）光电子的发射几乎是瞬时的；（4）当入射光的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。
光电效应规律中的前三条，都无法用经典的波动理论来解释。
爱因斯坦提出光子说：在空间传播的光是不连续的，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 ＝h ν，式中h 叫做普朗克恒量，h ＝6.63×10－34焦·秒。
L x d λ∆=0逸则极限频率：ν=W h212h W mv ν=+逸方程：【练 习】1．（多选）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2．下列现象中，属于光的干涉现象的是 （ ）（A ）太阳光照射下肥皂泡上的彩色条纹 （B ）雨后天边出现彩虹（C ）早晨东方天边出现红色朝霞 （D ）荷叶上的水珠在阳光下出现彩色花纹3．光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列选项符合实际应用的是（ ）A ．现代防伪技术利用激光在图案表面刻细小的条纹，使照射到表面的光发生衍射而形成彩色条纹B ．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的干涉现象C ．阴极射线管是利用光电效应原理制成的光电元件D ．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的衍射现象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 ）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5.用a 、b 两束单色光分别照射到同一双缝干涉装置上，在距双缝恒定距离的屏上得到如图所示的干涉图样，其中图甲是a 光照射时形成的图样，图乙是b光照射时形成的图样，则关于a 、b 两束单色光，下列说法正确的是 （ ）A ．在真空中，a 光传播的速度较大B ．若遇到相同的障碍物，b 光更容易发生衍射C ．若a 光照在某金属上恰好能发生光电效应，则b 光照在该金属上肯定能发生光电应D ．若把双缝中的一条缝遮上再分别用两束照射，都不会产生亮暗相间的条纹6.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7．在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（ ）（A ）只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失光屏 d双缝（a ）（b ） 甲乙（B ）红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其它颜色的双缝干涉条纹依然存在（C ）任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮（D ）屏上无任何光亮8.（多选）如图所示是做双缝干涉实验的示意图。
先做操作1：用两块不同颜色的滤色片分别挡住双缝屏上、下两半I 和Ⅱ。
接着再做操作2：用不透明的挡板挡住b 缝。
若两块滤色片一块是红色，一块是蓝色，则 （ ）（A ）完成操作1后，光屏上出现的是图（b ）图案，且甲是红色条纹，乙是蓝色条纹（B ）完成操作1后，光屏上出现的是图（c ）图案，且丙是蓝色条纹，丁是红色条纹（C ）完成操作2后，光屏上出现的是图（b ）图案，且甲是蓝色条纹，乙是红色条纹（D ）完成操作2后，光屏上出现的是图（c ）图案，且丙是红色条纹，丁是蓝色条纹9.用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象，图（a ）是点燃的酒精灯（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线圈，将金属线圈在其所在的平面内缓慢旋转，观察到的现象是 （ ）（A ）当金属线圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30°（B ）当金属线圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90°（C ）当金属线圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30°（D ）干涉条纹保持不变10.如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平的装置，所用单色光是用普通光源加滤色片产生的。
检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的？ （ ）（A ）a 的上表面和b 的下表面（B ）a 的上表面和b 的上表面（C ）a 的下表面和b 的上表面（D ）a 的下表面和b 的下表面11.（多选）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12.（多选）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13．如图所示，O 是水面上一波源，实线和虚线分别表示某时刻的波峰和波谷，A 是挡板，B 是小孔。
若不考虑波的反射因素，则经过足够长Ⅰ Ⅱ ⅢA B O的时间后，水面上的波将分布于（）（A）整个区域（B）阴影Ⅰ以外区域（C）阴影Ⅱ以外区域（D）阴影II和III以外的区域14.如图所示，用导线将验电器与洁净鋅板连接，触摸锌板使验电器指示归零，用紫外线照射锌板，验电器指针发生明显偏转，接着用毛皮摩擦过的橡胶棒接触锌板，发现验电器指针张角减小，此现象说明锌板带电（选填“正”或“负”）；若改用红外线重复以上实验，结果发现验电器指针根本不会偏转，说明金属锌的极限频率红外线的频率（选填“大于”或“小于”）。
15.某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是（）（A）延长光照时间（B）增大光的强度（C）换用波长较短的光照射（D）换用频率较低的光照射16.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17．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.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）。
19.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：___________________________。
20.（多选）在右图所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，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a21．（多选）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22.关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是（）（A）光子既有粒子性又有波动性（B）个别光子表现为粒子性，大量光子表现为波动性（C）光直线传播时表现为粒子性，干涉时表现为波动性AGK（D ）干涉中，明条纹处是光子能到达的，暗条纹处是光子不能到达的23.如图所示，用很弱的红光做双缝实验，图a的曝光时间最短、图b 、图c 的曝光时间依次增加，图a 中的亮点是光子落在胶片上留下的痕迹，长时间曝光后最终形成了图c 中明暗相间的条纹。
这一实验的整个过程说明了光具有 性。
如果改用紫光而其他实验条件不变，最终形成的图c 中条纹间距将会 （填“增大”，“减小”或“不变”）。
24.关于电磁波，下列说法正确的是 （ ）（A ）紫外线的波长比红光的波长长（B ）电磁波和机械波的传播都需要介质（C ）赫兹用实验的方法证实了电磁波的存在（D ）频率、波长会影响电磁波在真空中的传播速度25．地球的大气层中，基本不变的成分为氧、氮、氩等，占大气总量的99.96%，可变气体成分主要有二氧化碳（CO 2），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。