高中物理光学知识汇总
一、光
光：电磁波，能量与频率成正比
频率：微波、红外线、赤橙黄绿青蓝紫、紫外线直到X射线和γ射线
二、光的特性：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＝h
p
，p
为运动物体的动量，h为普朗克常量.
三、光的现象
1、光的干涉：
（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，才能产生稳定的干涉现象，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)λ
2
（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＝L
d
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”。

光的衍射
衍射和干涉对比
（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”。

当单色光照射在直径恰当的小圆板或圆珠时，会在之后的光屏上出现环状的互为同心圆的衍射条纹，并且在所有同心圆的圆心处会出现一个极小的亮斑，这个亮斑就被称为泊松亮斑。

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）
光的偏振：振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志，只有横波才有偏振现象。

光波是电磁波，因此，光波的传播方向就是电磁波的传播方向。

光波中的电振动矢量E和磁振动矢量H都与传播速度v垂直，因此光波是横波，它具有偏振性。

[1]具有偏振性的光则称为偏振光。

光电效应：在高于某特定频率的电磁波（该频率称为极限频率threshold frequency）照射下，某些物质内部的电子吸收能量后逸出而形成电流，即光生电。

光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱因斯坦所提出。

科学家们在研究光电效应的过程中，物理学者对光子的量子性质有了更加深入的了解，这对波粒二象性概念的提出有重大影响。

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（量子跃迁）
(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6.63×10－34J·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．。