02-第11讲 光学 波粒二象性-2025年高考物理二轮复习课件（含讲义）

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【关键能力】了解光本质的认知过程，高中物理光学内容主要包括三部分:第一部分是几何光学，把光的传播抽象成光线模型并遵循直线传播原理、反射定律、折射定律;第二部分是波动光学，是在光的干涉、光的衍射、光的偏振等现象分析基础上把光传播本质理解为电磁波模型;第三部分在光电效应现象、康普顿效应等现象基础上理解光的波粒二象性.
[技法点拨]本题为玻璃砖全反射类试题,解题关键在于根据折射率找到全反射的临界光线.
A.该光线在甲溶液中的折射率较大B.甲溶液浓度较小C.该光线在甲溶液中的传播速度较大D.该光线在甲溶液中的临界角较大
2.[2023·福建卷] 如图所示，一教师用侧面开孔的透明塑料瓶和绿光激光器演示“液流导光”实验.瓶内装有适量清水，水从小孔中流出后形成了弯曲的液流.让激光水平射向小孔，使光束与液流保持在同一竖直平面内，观察到光束沿着弯曲的液流传播.下列操作中，有助于光束更好地沿液流传播的是( )
A.减弱激光强度B.提升瓶内液面高度C.改用折射率更小的液体D.增大激光器与小孔之间的水平距离
1.光的干涉(1)双缝干涉中确定明暗条纹的方法是看单色光从该处到双缝的路程差，满足路程差是半波长奇数倍的对应暗条纹，满足路程差是半波长的偶数倍的对应亮条纹.(2)薄膜干涉的两个考查点：①利用薄膜干涉条纹间距来检验“薄膜”的厚度变化，厚度变化越快，则干涉条纹间距越小，条纹越窄；②利用薄膜厚度是单色光的波长的四分之一来制作干涉相消的增透膜.
2.光的衍射(1)判断衍射现象是否明显的方法是比较障碍物或小孔(缝)的尺寸与光的波长的大小关系，尺寸比波长小得越多，衍射现象越明显.(2)衍射条纹和干涉条纹的区分：条纹间距相等的是干涉条纹，条纹间距从中央往两侧变小的是衍射条纹.(3)衍射条纹和干涉条纹的共性：缝越小，光的波长越小，则条纹间距越大.
例4 [2024·辽宁卷] 某同学自制双缝干涉实验装置:在纸板上割出一条窄缝,于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝,将该纸板与墙面平行放置,如图所示.用绿色激光照射双缝,能够在墙面上观察到干涉条纹.下列做法可以使相邻两条亮条纹中心间距变小的是( )
A.换用更粗的头发丝B.换用红色激光照双缝C.增大纸板与墙面的距离D.减小光源与纸板的距离
1.[2024·河北保定模拟] 把酒精灯火焰放在铁丝圈上的竖立的肥皂膜前.发现在肥皂膜上观察到火焰的反射像上有彩色条纹，且
A. B. C. D.
上疏下密分布，如图.由此推测肥皂膜竖直方向侧向截面图可能是( )
[解析] 因为路程差(即膜的厚度的两倍)是半波长的偶数倍时，振动加强，为亮条纹，路程差是半波长的奇数倍时，振动减弱，为暗条纹.所以条纹分布越密，肥皂膜厚度变化越快，A、B、D错误，C正确.
2.[2023·江苏卷] 用某种单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置.则双缝间的距离变为原来的 ( )
3.[2024·湖北武汉模拟] 太阳光照射一块遮光板，遮光板上有一个大的三角形孔，太阳光透过这个孔，在光屏上形成一个三角形光斑.当遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时，光屏上会呈现：①圆形光斑；②三角形光斑；③明暗相间的衍射条纹.则( )
A.光屏上先后呈现的图样顺序是①②③B.光屏上先后呈现的图样顺序是①③②C.由于光的直线传播产生的图样有①②D.由于光的直线传播产生的图样有②③
[解析] 当孔足够大时，由于光的直线传播，所以屏首先出现的是三角形光斑，之后随着小孔的继续缩小，出现小孔成像，成的是太阳的像，故为小圆形光斑，随着小孔的进一步缩小，当尺寸与光波波长相当时，出现了明暗相间的衍射条纹，故A、B、D错误，C正确.
第4级亮条纹，则该激光的波长为 ( )
3.对光电效应的特别提醒(1)能否发生光电效应,不取决于光的强度而取决于光的频率.(2)光电效应中的“光”不是特指可见光,也包括不可见光.(3)逸出功的大小由金属本身决定,与入射光无关.(4)光电子不是光子,而是电子.
4.对波粒二象性的理解(1)光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间相互作用产生的,光的波动性不同于宏观概念的波.(2)德布罗意提出物质波的观点被实验证实,表明电子、质子、原子等粒子不但具有粒子的性质,而且具有波的性质.
例5 (多选)[2024·湖南长沙模拟] 波粒二象性是微观世界的基本特征.下列对波粒二象性的实验及说法正确的是( )
A.光的衍射(图甲)揭示了光具有粒子性B.光电效应(图乙)揭示了光的波动性，同时表明光子具有能量C.康普顿效应(图丙)揭示了光的粒子性，同时表明光子除了有能量还有动量D.电子束穿过铝箔后的衍射图样(图丁)，证实了电子的波动性，质子、中子及原子、分子均具有波动性
[解析] 光的衍射(图甲)揭示了光具有波动性，选项A错误；光电效应(图乙)揭示了光的粒子性，同时表明光子具有能量，选项B错误；康普顿效应(图丙)揭示了光的粒子性，同时表明光子除了有能量还有动量，选项C正确；电子束穿过铝箔后的衍射图样(图丁)，证实了电子的波动性，质子、中子及原子、分子均具有波动性，选项D正确.
[技法点拨]本题考查波粒二象性，记住典型的粒子性现象和波动性现象：光电效应、康普顿效应揭示了粒子性，干涉、衍射、偏振揭示了波动性.
例6 (多选)[2024·云南昆明模拟] 我们用如图所示的电路研究光电效应时，当开关闭合后，微安表有一定示数，以下说法正确的是( )
A.如图所示的电路连接可用于测量遏止电压B.更换电源的正负极，可以使微安表示数减小C.把滑动变阻器滑片向左滑动，微安表示数一定减小D.仅增大入射光强度时，微安表示数一定增大
[解析] 测量遏止电压时，应使光电子逸出后减速运动，图中电路不能测量遏止电压，故A错误；将电源的正、负极对调，若电压超过遏止电压，则微安表示数为零，若电压小于遏止电压，则微安表示数减小，故B正确；滑动变阻器滑片左移，正向电压减小，若没有达到饱和电流，则微安表示数减小，若已经达到饱和电流，则微安表示数不变，故C错误；仅增大入射光强度，则单位时间里产生的光电子数目增多，所以微安表示数一定增大，故D正确.
[技法点拨]本题关键是会分析光电效应实验规律、探究电路，开关闭合后，电压为正向电压，光电子会加速，加反向电压光电子减速，由此判断出微安表示数的变化；光电流的大小与光子数量相关，光强越大光子数量越多，光电流越大.
1. [2023·江苏卷] 地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大,太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲.下列光路图中能描述该现象的是(　　)
[解析]根据折射定律n上sin θ上=n下sin θ下,由于地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大,则n下>n上,则sin θ上>sin θ下,即θ上>θ下,画出光路图如图所示,则从高到低θ下逐渐减小,故A正确.
2.如图所示,王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验,在失重环境下,往大水球中央注入空气,形成了一个空气泡,气泡看起来很明亮,其主要原因是(　　)A.气泡表面有折射没有全反射B.光射入气泡衍射形成“亮斑”C.气泡表面有折射和全反射D.光射入气泡干涉形成“亮纹”
[解析]当光由光密介质射入光疏介质时,如果入射角等于或大于临界角,就会发生全反射现象,光从水射向空气时,会发生全反射现象.水中的气泡看起来特别明亮,是因为光从水中射入气泡时,一部分光在界面上发生了全反射,折射光消失,入射光几乎全变为反射光,A、B、D错误,C正确.
1. (多选)关于如图所示的甲、乙、丙、丁四幅图,下列说法正确的是(　)A.图甲为双缝干涉示意图,若换成频率更高的单色光照射双缝,则实验得到的条纹间距应该更大B.图乙为光照到圆盘上得到的衍射图样C.图丙为劈尖干涉的示意图,两玻璃片间垫有一些纸片,若从两玻璃片之间抽出部分纸片,则从上往下看可以观察到条纹间距变大D.图丁所示为相机拍摄车前挡玻璃的照片,能明显减弱汽车玻璃表面反射光是利用了薄膜干涉原理
2. (多选)某同学利用图甲所示的装置研究光的干涉和衍射,光电传感器可用来测量光屏上光强的分布.某次实验时,在电脑屏幕上得到图乙所示的光强分布.下列说法正确的是(　　)A.这位同学在缝屏上安装的是双缝B.这位同学在缝屏上安装的是单缝C.当作干涉现象研究时,若要使干涉条纹的间距变大,应选用双缝间距较小的双缝D.当作干涉现象研究时,若要使干涉条纹的间距变小,应增大缝屏与光屏间的距离
3. [2023·山东卷] 如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图.G为标准石英环、C为待测柱形样品、C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层.用单色平行光垂直照射上方石英板,会形成干涉条纹.已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数,当温度升高时,下列说法正确的是(　　)A.劈形空气层的厚度变大,条纹向左移动B.劈形空气层的厚度变小,条纹向左移动C.劈形空气层的厚度变大,条纹向右移动D.劈形空气层的厚度变小,条纹向右移动
[解析]由题意可知,C的膨胀系数小于G的膨胀系数,当温度升高时,G增长的高度大于C增长的高度,则劈形空气层的厚度变大,且同一厚度的空气膜向劈尖移动,则条纹向左移动,故选A.
1.图甲是研究光电效应规律的实验装置图,用绿光照射阴极K,实验测得电流I与电势差UAK满足图乙所示规律,电子的电荷量约为1.6×10-19 C,关于该实验的说法正确的是(　　)A.如果用红光照射该光电管,一定会发生光电效应B.达到饱和电流时,每秒钟从阴极逸出的光电子数约为4×1012个C.光电子的最大初动能为0.64 eVD.增大绿光的光照强度,饱和电流不会改变
2.光电管是一种利用光照产生电流的装置,当入射光照在管中金属板上时,可以形成光电流.下表中记录了某同学进行光电管实验时的数据.由表中数据得出的以下论断中正确的是(　　)A.三次实验采用了不同频率的入射光B.三次实验光电管中的金属板材质不同C.若入射光子的能量为5.0 eV,不论光强多大,饱和电流一定大于60 mAD.若入射光子的能量为5.0 eV,逸出光电子的最大初动能为1.8 eV
[解析]表格中入射光子的能量相同,根据光子的能量E=hν,可知三次实验采用的入射光的频率相同,故A错误;由光电效应方程Ek=hν-W0,代入数据可解得三次实验中金属的逸出功都是W0=3.2 eV,所以三次实验所用的金属板材质相同,故B错误;当入射光子的能量为5.0 eV时,相对光强越强,单位时间内飞出的光电子越多,光电流越大,故C错误.若入射光子的能量为5.0 eV,则Ek=hν-W0=5.0 eV-3.2 eV=1.8 eV,即逸出光电子的最大初动能为1.8 eV,故D正确.
3.能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10-18 J,已知可见光的平均波长约为60 μm,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,则进入人眼的光子数至少为(　)A.1个　　B.3个　　C.30个　 D.300个
5.重庆南开中学某物理兴趣小组同学想研究a、b两种单色光照射同种金属时发生光电效应现象的规律,设计了如图甲所示的实验装置,得到光电流I与电压表示数U的关系如图乙所示.下列说法正确的是(　　)A.a光的频率比b光大B.a、b光单独照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能一定比b光大C.用a、b光在同一装置做单缝衍射实验时,b光的衍射现象更明显D.若a光能使处于基态的氢原子电离,则b光一定能使基态氢原子电离