第二十讲 光本性.ppt

第二十讲 光的本性 【知识要点】 一、对光的本性的认识 二、光的干涉和衍射 三、光的电磁说 四、光电效应与光子说 一、对光的本性的认识 人类对光的本性的认识经历了微粒说、波动说、电磁说、光子说几个过程。光子说认为：光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。 二、光的干涉和衍射 光的干涉和光的衍射是光具有波动性的有力证据。 1．光的干涉 现象：两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域始终减弱，形成稳定的明暗相间条纹的现象。 产生条件：（1）两列波频率必须相同；（2）在相遇点的振动方向几乎沿同一直线；（3）在观察的时间内，在相遇点的两个振动的位相差保持不变。 双缝干涉： 用单色光做波源射到双缝上，比如用红光，光屏上出现明暗相间的红色条纹，明纹是振动的加强点，此点到两狭缝的路程差是波长的整数倍；暗纹是振动的减弱点，此点到两狭缝的路程差是半波长的奇数倍。相邻的明纹（或暗纹）间的距离 式中d是双缝的间距，L是双缝至屏面的距离。如果用白光做光源，光屏上出现的干涉图样是彩色条纹 薄膜干涉： 从透明薄膜前后面反射的两列光波叠加在一起，由于薄膜厚度的差异，产生明暗相间条纹的现象。 2．光的衍射 现象：光线绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在光屏上出现明暗相间条纹的现象。 产生条件：障碍物或孔的尺寸比光波的波长小或者相差不多。 单缝衍射：单缝衍射图样是平行的、中间宽两边窄的明暗相间的条纹。 三、光的电磁说 1、?电磁波谱 电磁波按波长以大到小的顺序是：无线电波（包括微波）、红外线、可见光、紫外线、x射线、γ射线。 2、光谱及光谱分析 由色散形成的，按频率的顺序排列而成的彩色光带叫做光谱。 光谱分类： （1）连续光谱 连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。例如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。 （2）明线光谱 只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子的光谱。实践证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此明线光谱的谱线叫原子的特征谱线。 （3）吸收光谱 高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的原子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。 （4）光谱分析 由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。这种方法叫做光谱分析。 原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。 四、光电效应与光子说 1．光电效应 现象：在光的照射下，使物体中的电子逸出的现象叫做光电效应。 实验规律： （1）任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能产生光电效应；低于这个频率的光不能产生光电效应。 （2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率的增大而增大。 （3）入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9秒。 （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。 2．光子说 在空间传播的光不是连续的，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ν成正比，即 E=h ν ， 式中的h=6.63×10-34j·s，是普朗克常量。 3．爱因斯坦光电方程 根据能量守恒定律，光电子的最大初动能跟入射光子的能量hν和逸出功w之间有如下关系 这个方程叫爱因斯坦光电方程。 4．对光电效应的解释 根据爱因斯坦的理论，当光子照射到物体上时，它的能量可以被物体中的某个电子全部吸收。电子吸收光子的能量后，它的能量立刻增加，不需要积累的过程，如果hν足够大，电子就可以在瞬间离开物体表面 子吸收的能量hν，一部分用来克服原子引力脱离物体表面做逸出功，一部分转化为光电子的最大初动能。对于一定的金属来说，逸出功w是一定的，所以光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而