中學(xué)物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)基本知識(shí)
中學(xué)物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)基本知識(shí)
實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)實(shí)驗(yàn)的一門重要組成部分,是物理學(xué)的基礎(chǔ),光學(xué)是物理學(xué)一個(gè)重要的分支,對(duì)于光學(xué)教學(xué)來(lái)說光學(xué)實(shí)驗(yàn)則是光學(xué)不可或缺的部分,接下來(lái)學(xué)習(xí)啦小編為你整理了中學(xué)物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)基本知識(shí)，一起來(lái)看看吧。
中學(xué)物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)：重要概念和規(guī)律
(1)微粒說(牛頓)基本觀點(diǎn)： 認(rèn)為光像一群彈性小球的微粒。 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 光的直線傳播、光的反射現(xiàn)象。困難問題 無(wú)法解釋兩種媒質(zhì)界面同時(shí)發(fā)生的反射、折射現(xiàn)象以及光的獨(dú)立傳播規(guī)律等。
(2)波動(dòng)說(惠更斯)基本觀點(diǎn)： 認(rèn)為光是某種振動(dòng)激起的波(機(jī)械波)。 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)： 光的干涉和衍射現(xiàn)象。
①光的干涉現(xiàn)象——楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)
條件： 兩束光頻率相同、相差恒定。 裝置 (略)。 現(xiàn)象： 出現(xiàn)中央明條，兩邊等距分布的明暗相間條紋。解釋： 屏上某處到雙孔(雙縫)的路程差是波長(zhǎng)的整數(shù)倍(半個(gè)波長(zhǎng)的偶數(shù)倍)時(shí)，兩波同相疊加，振動(dòng)加強(qiáng)，產(chǎn)生明條;兩波反相疊加，振動(dòng)相消，產(chǎn)生暗條。 應(yīng)用： 檢查平面、測(cè)量厚度、增強(qiáng)光學(xué)鏡頭透射光強(qiáng)度(增透膜).
?、诠獾难苌洮F(xiàn)象——單縫衍射(或圓孔衍射)
條件： 縫寬(或孔徑)可與波長(zhǎng)相比擬。 裝置 ：(略)。 現(xiàn)象： 出現(xiàn)中央最亮最寬的明條，兩邊不等距發(fā)表的明暗條紋(或明暗鄉(xiāng)間的圓環(huán))。 困難問題： 難以解釋光的直進(jìn)、尋找不到傳播介質(zhì)。
(3)電磁說(麥克斯韋)： 基本觀點(diǎn)： 認(rèn)為光是一種電磁波。 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)： 赫茲實(shí)驗(yàn)(證明電磁波具有跟光同樣的性質(zhì)和波速)。 各種電磁波的產(chǎn)生機(jī)理： 無(wú)線電波 自由電子的運(yùn)動(dòng); 紅外線、可見光、紫外線 原子外層電子受激發(fā); x射線 原子內(nèi)層電子受激發(fā); γ射線 原子核受激發(fā)。 可見光的光譜： 發(fā)射光譜——連續(xù)光譜、明線光譜 ; 吸收光譜(特征光譜)。 困難問題： 無(wú)法解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象。
(4)光子說(愛因斯坦)： 基本觀點(diǎn)： 認(rèn)為光由一份一份不連續(xù)的光子組成每份光子的能量E=hν。 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)： 光電效應(yīng)現(xiàn)象。 裝置： (略)。 現(xiàn)象： ①入射光照到光電子發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的;②入射光頻率必須大于光陰極金屬的極限頻率ν。;
?、郛?dāng)ν>v0時(shí)，光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比;④光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)無(wú)關(guān)，只隨著人射光燈中的增大而增大。 解釋 ①光子能量可以被電子全部吸收.不需能量積累過程;②表面電子克服金屬原子核引力逸出至少需做功(逸出功)hν。;③入射光強(qiáng)。單位時(shí)間內(nèi)入射光子多，產(chǎn)生光電子多;④入射光子能量只與其頻率有關(guān)，入射至金屬表，除用于逸出功外。其余轉(zhuǎn)化為光電子初動(dòng)能。 困難問題: 無(wú)法解釋光的波動(dòng)性。
(5)光的波粒二象性: 基本觀點(diǎn): 認(rèn)為光是一種具有電磁本性的物質(zhì)，既有波動(dòng)性。又有粒子性。大量光子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律顯示波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為顯示粒子性。 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) :微弱光線的干涉，X射線衍射.
中學(xué)物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)：光的傳播
1.光在什么情況下是沿直線傳播的，小孔成像是怎么回事，什么是本影和半影，如何確定本影、半影的區(qū)域?如何確定影子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?在何時(shí)、何地可以觀察到日全食、日偏食、日環(huán)食、月全食、月偏食?你知道幾種典型的測(cè)量光速的方法嗎?你能體會(huì)出為什么這一章又被稱為幾何光學(xué)嗎?
2.什么是光的反射定律，鏡面反射和漫反射的主要區(qū)別是什么?平面鏡的成像特點(diǎn)是什么?如何確定平面鏡成像的觀察范圍?我要想看到完整的臉，至少需要多大的矩形平面鏡?那我要想看到完整的三中辦公樓呢?如何確定物像的運(yùn)動(dòng)速度(速度垂直鏡面和不垂直鏡面兩種情況)?
3.什么是折射定律?與折射率相關(guān)的幾個(gè)表達(dá)式分別是什么?如何計(jì)算光射入介質(zhì)后的波長(zhǎng)、波速和頻率?什么是視深?
4.什么是光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)，全反射的條件是什么?在求解全反射問題時(shí)，一般采用什么解題方法?什么是光導(dǎo)纖維?在已知入射角的情況下如何計(jì)算光導(dǎo)纖維的折射率，如果入射角未知呢?
5.什么是光的色散，產(chǎn)生的原因是什么?各種色光的頻率、折射率、速度有什么規(guī)律?你能定性畫出不同色光在界面上發(fā)生反射、折射時(shí)的情景嗎?反之根據(jù)這些情景你有能判斷出各色光的折射率、頻率、能量、臨界角的大小嗎?
6.你了解幾種典型的玻璃磚對(duì)光路的控制特點(diǎn)嗎?在三角形玻璃磚中，你知道幾個(gè)典型角的關(guān)系嗎?單色光、復(fù)色光、單色光點(diǎn)、復(fù)色光點(diǎn)通過三棱鏡會(huì)呈現(xiàn)什么景象呢?如果光疏棱鏡放在光密介質(zhì)中，上述現(xiàn)象還成立嗎?在圓形玻璃磚中，你知道如何確定法線，如何確定是否發(fā)生全反射，如何計(jì)算各次的偏折角嗎?在矩形玻璃磚中，你會(huì)求側(cè)移距離嗎?你能利用一個(gè)杯子測(cè)量液體的折射率嗎?
中學(xué)物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)：光的本性
1.十七世紀(jì)人們關(guān)于光的本性的認(rèn)識(shí)有哪些觀點(diǎn)?分別能解釋什么，無(wú)法解釋什么?
2.什么是雙縫干涉、薄膜干涉，它們的相干光源是如何得到的，使用單色光和復(fù)色光時(shí)其干涉圖樣怎樣?如何判斷某個(gè)點(diǎn)是加強(qiáng)點(diǎn)還是減弱點(diǎn)。在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，相鄰兩條亮條紋之間的間距與什么有關(guān)?遮住其中一個(gè)縫，或用不同濾光片分別遮住兩個(gè)縫還會(huì)有干涉條紋嗎?還會(huì)有條紋嗎?在薄膜干涉中，應(yīng)在何處觀察現(xiàn)象，薄膜的形狀對(duì)條紋的形狀及間距有何影響?你知道什么是增透膜嗎?它的厚度如何確定?如何使用薄膜干涉檢查物體表面的平整程度?在實(shí)際生活中如何區(qū)分干涉、衍射、色散、半影等問題?
3.什么是衍射，發(fā)生明顯衍射的條件是什么?雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的區(qū)別是什么?圓孔衍射與圓屏衍射呢?在衍射現(xiàn)象越來(lái)越明顯的過程中看到的現(xiàn)象是什么?光的直線傳播與光的衍射矛盾嗎?為什么我們常說光是沿直線傳播的?
4.光是一種什么波，這種觀點(diǎn)是誰(shuí)提出的，提出的依據(jù)有哪些，又是誰(shuí)驗(yàn)證的?電磁波譜的排列順序是什么，它們的產(chǎn)生機(jī)理怎樣，能否結(jié)合電磁波和原子物理的知識(shí)加深理解。紅外線、紫外線、X射線、γ射線是怎樣產(chǎn)生的，有什么樣的特性及應(yīng)用?倫琴射線管的構(gòu)造是什么?
5.什么是偏振?偏振光和自然光有何區(qū)別?如何得到偏振光?偏振光在現(xiàn)實(shí)生活中有何應(yīng)用?什么是激光?它的三個(gè)特性及相關(guān)應(yīng)用是什么?
6.什么是光電效應(yīng)，它是使用什么樣的裝置發(fā)現(xiàn)的，又是使用什么樣的裝置研究的。什么是飽和電流、截止電壓，有什么作用?光電效應(yīng)的四條規(guī)律是什么?你會(huì)在做題中使用嗎?經(jīng)典波動(dòng)理論為什么解釋不了，愛因斯坦的光子理論又是如何解釋的。你會(huì)利用光電效應(yīng)方程解釋以及求解極限頻率、最大初動(dòng)能嗎?你會(huì)連接簡(jiǎn)單的光電管自動(dòng)控制電路嗎?光強(qiáng)與哪些因素有關(guān)?相同強(qiáng)度的紫光、紅光照射同一金屬發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)有何區(qū)別?你理解最大初動(dòng)能和頻率之間的函數(shù)圖象嗎?
7.在光子計(jì)算中，你能計(jì)算出點(diǎn)光源模型中，相距光源一定距離放置的面上得到的光子數(shù)嗎?在線光源模型中，你會(huì)計(jì)算單位長(zhǎng)度上的光子數(shù)嗎?
8.什么是光的波粒二象性，如何理解?只有電磁波才具有波粒二象性嗎?什么是物質(zhì)波，誰(shuí)提出的?物質(zhì)波的波長(zhǎng)如何計(jì)算?
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