图23-6 图23-7 图23-8
二、填空题
15、如图23-9所示，激光液面控制仪的原理是：固定的一束激光AO以入射角I照射到液面，反射光OB射到水平的光屏上，屏上用光电管将光讯号转变成电讯号，电讯号输入控制系统用以控制液面高度，如果发现光点B在屏上向右移动了△s的距离到B’，由上可知液面___________________（填“升高”或“降低”）了____________。
白茫a 图23-9 图23-10 图23-11
16、如图23-10所示，一储油圆桶，底面直径与高均为d，当桶内无油时，从某点A恰好能看到桶底边缘上的某点B，当桶内油的深度等于桶高的一半时，在A点AB方向看去，看到桶底的C，B、C相距由此可得油的折射率n=________________，光在油中的传播速度v=___________________m/s。 17、光在某种介质中传播速度为1.5×108m/s，则该介质对光的折射率为_________，光从该介质射向空气发生全反射现象的临界角为________________。
18、如图23-11所示，白光经三棱镜射出后，其中光线a是频率较_________（“高”或“低”）的_____________（“红”或“紫”）。 三、计算、作图题 19、水的折射率为
1d，44，光从空气射向水面，反射光线恰与折射光线垂直，则入射角为多大？ 3
20、如图23-12中的MN是折射率分别为n1和n2的两种介质的界面，试定性画出射到界面上的光线a的传播光路。
21、如图23-13所示，潜水员在水中抬头仰望，由于光线在空气和水的交界面上反射，他能看见河底的
6
物体，如果水深H，潜水员仰望时眼睛到河底的距离为h，水的折射率为n，则潜水员能较清楚地看到的河底物体和潜水员间的最短水平距离是多大？
22、一辆实验小车可沿水平地面（图中纸面）上的长直轨道匀速向右运动。有一台发出细光束的激光器装在小转台M上，到轨道的距离MN为d=10m。如图23-14所示，转台匀速转动，使激光束在水平面内扫描，扫描一周的时间为T=60s。光束转动方向如图中箭头所示。当光束与MN的夹角为45°时，光束正好射到小车上，如果再经过△t=2.5s光束又射到小车上，则小车的速度为多少？（结果保留二位数字）
a n1 M n2
N
图23-12 图23-13 图23-14
参考答案
一、选择题
1、A 2、B 3、A 4、C 5、A 6、C 7、C 8、ACD 9、D 10、D 11、BC 12、B 13、ABC 14、B 二、填空题 15、降低，
1103?stgi 16、,10?108 17、2，30° 18、低，红 2254 20、（略） 32H?h三、计算、作图题 19、i?arctg21、xmin?
7
n?12 22、v1=1.7m/s , v2=2.9m/s
第二节 光的波动性
1. 光的干涉.
（1）杨氏双缝干涉实验（必须是相干光源）. ①产生双缝干涉的条件：f1?f2，且振动情况完全相同. ．．．．．．．．．．．②缝S1,S2产生的光相当于光源的作用.
③产生亮暗条件是S1P?S2P?n?（亮），S1P?S2P?2n?1?（暗）两条亮纹或2暗纹之间的距离
L④?x??=SP2?SP1
d⑤中央条纹是亮条纹。
若入射光为单色光，形成等间距的明暗相间单色条纹，若入射光为白光，形成等间距的明暗相间彩色条纹.
（2）薄膜干涉：两个相干光源是薄膜的前后表面的两条反射光产生的干涉现象. ①单色平行光照楔形薄膜时呈现明暗相间条纹. ②用白色光照射时，则出现彩色条纹. ③增透膜是干涉的应用之一，由于“增透”只使两反射光相消，一定的d只能使一定的波长?的光相消，我们常见的涂有增透膜的光学元件，是在自然光条件下增透，通常控制增透膜的厚度，使它对黄、绿光满足“增透”，而其他色光（红、橙、蓝、靛、紫）不能满足“增透”.因此从入射光方向看上去呈现其他色光形成的淡紫色.
④薄膜干涉应用之二是检查平面是否平整.
2. 光的衍射—单缝衍射实验. ①条纹间距不等. ②对孔的条纹最亮，朝两走依次变窄变暗.
③d小于或接近?，衍射现象明显. 这种衍射花样的明暗条纹的出现是光干涉的结果. 注：①光波衍射中有干涉；干涉中有衍射.
②泊松亮斑是光的衍射形成的.
③光的干涉和光的衍射都表明光具有波动性.
3. 光的电磁说. （1）红外线. ①产生：ⅰ.一切物体都在向外辐射能量. （例如：红外线夜视仪） ⅱ. 温度越高，辐射红外线本领越强. ②作用：ⅰ. 最显著作用是热作用（红外线取暖炉）. ⅱ. 遥感技术 注意：红外线比红光波长更长，不能引起视觉的光. （2）紫外线：①产生高温物体向外辐射. ②作用：ⅰ. 最显著作用是生物化学作用，易使蛋白质变性. ⅱ. 荧光效应. （3）X射线（伦琴射线）. 最显著作用是穿透本领强.
注意：高速电子流时到任何固体上，都会产生X射线，而光电效应是吸收光子放出光电子
（4）电磁波谱：①电磁波由大到小，波长由大到小（即频率由小到大）依次为无限电波，红外线、可见光、紫外线、琴伦射线、?射线.
②产生机理：无线电波，微波都是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的，红外线，可见光，紫外线用原子外层电子受激发后产生，琴伦射线为原子内层电子受激发后产生，?射线为原子核受激发后产生. 4. 光的偏振：光的偏振现象揭示了光波是横波. 自然光：光振动沿各个方向均匀分布. 偏振光：光振动沿特定方向. 要观察光的偏振现象，首先要将自然光转化为偏振光.光的偏振，首先要将自然光通过偏振片转化为偏振光，所以自然光一定能透过第一偏振片，当偏振光的振动方向与偏振片的. 5. 激光：①激光是一种人工产生的相干光. ②激光的平行度非常好. ③激光的亮度高. 注意：激光只是某种特定波长的光，而白炽灯光是有一切波长的光.
8
第三节 量子论初步
1. 光电效应、光子.
（1）光电效应：某种金属在某种频率光照射下，自由电子吸收能量摆脱原子核束缚，飞出金属表面的现象. ①对任何一种金属都有一个极限频率（f0），如果入射光的频率fA＜f0，则无论光多强，照射时间变长，都不能发生光电效应. ②电子离开金属表面的最大初动能是与入射光频率有关与入射光强度无关. ③入射光照射到金属表面时光电子飞出其表面的时间t＜10?9s，即光照停止，光电子的发射亦立即停止. ④当入射光频率一定时，飞出金属表面的电子个数随着入射光强度的增加而增加.[由hν?Ek?W，吸收一．．．．．．．．．．．．．．．．．个光子，发出一个光电子，而单位时间的光子数与光的强度成正比，那么单位时间发出的光电子数也就与光的强度成正比]
注意：光电效应与电磁波动理论的矛盾有：ⅰ光子能量与频率有关，与振幅无关. ⅱ电子吸收光子的能量瞬间完成，不需要时间积累. [由h??Ek?W，hv是一个光子的能量，电子吸收这份能量后，使自己的能量达到逸出金属所需的能量，不需要时间的积累，即光电子的发射是瞬时的]
（2）光子说：普朗克提出电磁波动的能量是不连续的，爱因斯坦提出在空间传播的光也不是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子，有E?h??(?表光的频率h为普朗克常量，其值为6.63×10?34J/s） （3）光电效应方程. ①逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值.w?h?0，这量的?0即为极限频率. ②光电效应方程Ekmax?h??wmin（逸出功）
注意：i. 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率的增大而增大.
ⅱ. 光电效应方程是对大量光电子来讲，如果fa?fb则对某些光电子可能最大初动能相同，也有些大于或者小于对大量来讲，Eka＞Ekb.
2. 光的波粒二象性：光是一种波，同时也是一种粒子，个别光子表现出粒子性，大量光子表现出波动性.因此光波又可叫做概率波. 如单个光子通过双缝后的落点无法预测，但大量光子的行为（通过双缝后）产生干涉条纹，明纹处光子到达的机会大，暗纹处光子到达的机会小. ①波动性是光子本身的一种属性，故光在本质上是一种高频率的电磁波. ．．．．．．．．．．．．．．．②光的反射，折射、干涉、衍射等现象说明光具有波动性；光电效应现象则说明光具有粒子性. ③频率越低，波动性就越突出，粒子性就越弱；频率越高，粒子性就越突出，波动性就越弱.光的电磁说与光子说并不是互相对立的，而是相互统一的.光子的能量与其对应的频率v成正比（E?h?），其中频率v是波动性的特征物理量.
3. 能级：电子在各个定态时，能量的值称为能级，其值等于电子的动能和电势能之和（基态能量最低的状态）和激发态（其它状态）统称为定态. ①原子能量的量子化：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但不向外辐射能量.这些状态叫做定态. ②原子能级的跃迁：原子从一种定态（设能量为E2）跃迁到另一种定态（设能量为E1)时，要辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量等于这两个定态的能量差. 光电效应方程：h??|E2?E1|.
?rn?n2r1(n?1,2,3,?)?i. 轨道能量与半径的关系：? （式中n称为量子数，表示第n条可能轨道） 1E?E(n?1,2,3,?)1?nn2?ⅱ. 原子对光子的吸收的选择性（从低能级到高能级）电离之前，满足
h??Em?En的光
子才能被吸收；E1?13.6eV,E2?13.7eV只能吸收E1不能吸收E2电离之后，电子跑到无 穷远处，例如：E1?13.6ev,E2?13.7ev都可以吸收，但E2剩0.1ev作为其动能.[原子丢失
电子的过程叫电离]
n54321E/eV-0.54-0.85-1.54-3.4-13.6 9
e2mv2③电子动能与电势能的关系：电子绕核做圆周运动，是库仑力提供向心力，即k2?，电子的动能
rr21e，即Ek随r的减小而增大. Ek?mv2?k22r④原子光谱（又叫线状光谱）：对不同元素，原子结构不同，可能能量状态不同，各能级可能能级差不同，则各种元素的原子发光谱线位置不相同，因此原子光谱可以反映出原子结构特征.从而鉴别物质中所含有的元素.
三、典型例题
例1．能产生干涉现象的两束光是（ ） A．频率相同、振幅相同的两束光 B．频率相同、相位差恒定的两束光 C．两只完全相同的灯光发出的光 D．同一光源的两个发光部分发出的光 分析：比例考察的是对“相干条件”的了解
解答：只有频率相同、相差恒定、振动方向相同的光波，在它们相遇的空间里能够产生稳定的干涉，观察到稳定的干涉图样，但是，光波并不是一列连续波，它是由一段段不连续的具有有限长度的所谓“波列”组合而成的，并且波动间的间歇也是不规则的。两个独立光源发出的光，即使是“频率相同的单色光（实际上严格的单色光并不存在），也不能保持有恒定的相差。因此，为了得到相干光波，通常是把同一光源发出的一束光分成两束。杨氏双缝干涉实验中，所以在光源和双缝间设置一个狭缝，就是让点光源发出的一束光，先经第一个缝产生衍射，使得由双缝得到的两束光成为相干光波。
光源发光是以原子为发光单位的，由前面分析可知，我们无法使两只完全相同的灯泡、同一光源的两个发光部分发出频率相同、相差恒定的光。这样的光源不会产生稳定的干涉现象，无法观察到干涉图样。所以应选B。
例2．在真空中频率为4×1014Hz的是红光，频率为6×1014Hz的是绿光，现在有一束单色光，它在n=1.5的玻璃中，波长为5000?，它在这种玻璃中的频率是多少？是什么颜色？在真空中的频率是多少？又是什么颜色？
分析：光的频率决定于光的颜色，光从一种介质传到另一种介质时，由于频率不变，故颜色不变，因此，本题关键是求频率。由n=
c得，光在玻璃中的速度为 ?c3?108 υ==m/s=2×m/s
n1.5?2?108它在玻璃中的频率为ν==Hz=4×1014H z ?10?5000?10由此可知，该单色光在真空中的频率也为4×1014Hz，故为红光。 在真空中与玻璃中均为红颜色。
例3．如图24—2所示是双缝干涉实验装置，屏上O点到双缝S1、S2的距离相等。当用波长为0.75μm的单色光照射时，P是位于O上方的第二条亮纹位置，若换用波长为0.6μm的单色光做实验，P处是亮纹还是暗纹？在
OP之间共有几 图24—2 条暗纹？
分析：P点是暗纹还是暗纹，关键取决于P到S1和S2的路程差△r=r2－r1；P是第几级明（暗）纹，
10