[Óptica física del examen de ingreso a la universidad] ¿Cómo resolver las preguntas de óptica física del examen de ingreso a la universidad?

Red de Conocimiento:

Óptica geométrica de la propagación de la luz en la primera unidad

Primera, propagación de la luz en línea recta

1. Varios conceptos

①Fuente de luz: objeto que puede emitir luz.

②Fuente de luz puntual: ignora el tamaño y la forma del cuerpo luminoso y mantiene su luminosidad. (Partícula en mecánica, idealización) ③Energía luminosa: la luz es un tipo de energía que se puede convertir en otras formas de energía (aumentar la temperatura del objeto iluminado, hacer que el negativo sea fotosensible, lámpara de calentador de agua, vela, todo depende del sol). sobre el sol y el crecimiento de las células fotovoltaicas).

(4) Luz: La línea recta direccional utilizada para representar un haz de luz se llama luz, y la dirección de la línea recta representa la dirección de propagación del haz de luz. En realidad, la luz no existe, es una representación abstracta de un fino haz de luz. (Analogía: líneas de inducción magnética y líneas de campo eléctrico)

⑤Imágenes reales e imágenes virtuales

Si el haz de luz concéntrico emitido por una fuente de luz puntual puede converger en un punto después de ser reflejado por un espejo o refractado por un espejo transmisor, entonces el punto de convergencia se llama punto de imagen real si el haz de luz aún diverge después de ser reflejado por un espejo o refractado por un espejo transmisor, pero la extensión inversa del haz de luz se cruza en un punto, entonces el punto se llama punto de imagen virtual. La colección de puntos de una imagen real se denomina imagen real y puede recibirse con una pantalla de luz o observarse directamente a simple vista. La imagen virtual no puede ser captada por la cortina de luz y sólo puede observarse a simple vista.

2. La luz se propaga en líneas rectas en un mismo medio uniforme.

Tenga en cuenta el requisito previo: en el mismo medio, y que sea un medio homogéneo. De lo contrario, puede producirse una desviación. Por ejemplo, la luz incide oblicuamente del aire al agua (no es el mismo medio); el fenómeno del "espejismo" (medio no homogéneo, incluso).

Comentario: La propagación de la luz en línea recta es una ley aproximada. Se produce una difracción significativa cuando el tamaño de un obstáculo o agujero es igual o menor que la longitud de onda.

Al igual que, es probable que la luz se desvíe de su dirección de propagación original.

Como se muestra en la figura 1, hay una pequeña pelota en el punto A, cerca del lado izquierdo de la pelota.

Hay una fuente de luz puntual. Ahora lanza la pelota desde el punto A hacia la derecha hacia la pared vertical y golpéala.

Antes de llegar a la pared vertical, bajo la iluminación de una fuente de luz puntual, el movimiento de la sombra de la bola en la pared es

A. Movimiento lineal uniforme b. /p>

C. Movimiento lineal con aceleración variable d. Movimiento lineal con desaceleración constante

Solución: Después de lanzar la pelota, muévase horizontalmente. Después del tiempo t, el desplazamiento horizontal es vt y el desplazamiento vertical es h =12gt. Basado en la similitud 2.

El conocimiento de la forma se puede obtener a partir de la relación x =gl t ∝t, por lo que el movimiento de la sombra en la pared es uniforme. 2v

Ejemplo 2 Una persona mide 1,8 m de altura y se mueve en línea recta a una velocidad de 2 m/s. Frente a él hay una farola a 5 m del suelo. de la sombra de la persona en el suelo horizontal.

Análisis: como se muestra en la figura, suponga que una persona se mueve desde la posición inicial a la posición G en el momento t, y la sombra de la cabeza de la persona se mueve del punto D al punto C.

Triángulo ABC ∽FGC con CF FG = FA AB -FG.

Debido al triángulo ACD ∽AFE, tenemos CF CD -EF = FA EF.

Se puede obtener de las categorías anteriores

es decir, CD -EF FG = EF AB -FG S sombra -2t.

2t 1. 8= S sombra=3.125t. 5-1.8 La velocidad de la sombra visible es 3,125 metros/segundo.

2. Imagen mediante espejo plano reflectante

Ley de reflexión

Cuando la luz. golpea dos En la interfaz del medio, al regresar al medio original, su ley de propagación sigue la ley de reflexión. El contenido básico de la ley de reflexión incluye los siguientes tres puntos:

(1) Luz reflejada, línea normal, luz incidente * * * superficie;

(2) Luz reflejada y luz incidente luz en lo normal Los dos lados de la línea están separados;

③El ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia, es decir, θ1 = θ2.

2. Características de la imagen especular plana: la imagen formada por un espejo plano es una imagen virtual equidistante.

La imagen y el objeto son simétricos respecto al espejo.

3. Método del diagrama de trayectoria de la luz: de acuerdo con las características de la imagen, al hacer un diagrama de trayectoria de la luz, primero puede dibujar el retrato y luego dibujar el diagrama de trayectoria de la luz.

4. Aproveche al máximo la reversibilidad de la trayectoria de la luz - Aproveche al máximo la reversibilidad de la trayectoria de la luz en el cálculo y dibujo de espejos planos.

(El rango que el ojo puede ver a través del espejo plano en un cierto punto A es exactamente el mismo que el rango donde se coloca la fuente de luz puntual en el punto A. La luz emitida por la fuente de luz puntual se ilumina después de ser reflejada por el espejo plano.)

5. El uso del dibujo de luz Edge determina el rango.

Como se muestra en la Figura 3, dibuja un obstáculo en un punto s que el ojo humano pueda ver a través de un espejo plano.

El rango de terreno detrás del objeto. /Solución: Primero haga la imagen del punto S del ojo humano basándose en la simetría, y luego basándose en la reversibilidad de la trayectoria de la luz, suponiendo que hay una fuente de luz puntual en S, el rango que puede iluminar a través del espejo plano es lo que el ojo humano puede ver a través del espejo plano. En la imagen se dibujan dos rayos de borde.

El ejemplo 4 se muestra en la figura como un método esquemático para determinar el plano que pasa una persona frente al espejo.

El espejo permite ver el alcance de la imagen completa de AB.

//Solución: Primero haz las imágenes A y B de AB según simetría, y haz el punto A y el punto B respectivamente.

El alcance que puede alcanzar la luz emitida desde el punto B después de ser reflejada por el espejo plano, y luego encontrarlos. Área pública de

(intersección). es el rango donde se puede ver la imagen completa.

En tercer lugar, refracción y reflexión total

1. Ley de refracción (Snell holandesa)

Después de alcanzar la interfaz entre los dos medios, la luz viaja desde el primer medio. pasa al segundo medio.

Los medios de comunicación, su ley de comunicación sigue la ley de refracción. El contenido básico de la ley de refracción

Incluye los siguientes tres puntos: ① El plano de la luz refractada, la luz normal y la luz incidente

② La separación de la luz refractada y la incidente; luz en ambos lados de la normal;

③La relación entre el seno del ángulo incidente y el seno del ángulo de refracción es igual a una constante, es decir,

Varias expresiones de la ley de refracción: n = sinθ1 = sinθ2 sinθ1cλ1 (θ1 es incidente Cuanto mayor sea el ángulo y el ángulo de refracción, = = sinθ 2vλ "sinc.

c es el ángulo crítico para la reflexión total.)

④La trayectoria de la luz de refracción es reversible.

⑤n >1

⑥Se determina el medio de cultivo y se determina N (aire 1,00028 agua n = 1,33 alcohol n = 1.6) (no basado en la densidad) ⑦ Medio ópticamente denso y medio ópticamente escaso——( 1) Diferente de la densidad (2) Relatividad (3) Pequeño ángulo n

2 Fenómeno de reflexión total

(1) Fenómeno: cuando la luz entra en un medio con densidad óptica, a medida que aumenta el ángulo de incidencia, la intensidad de la luz refractada se vuelve cada vez más débil, mientras que la intensidad de la luz reflejada se vuelve cada vez más fuerte a medida que se aleja. de lo normal cuando el ángulo de refracción alcanza los 90 grados, se considera que la luz refractada desaparece por completo. La luz reflejada restante es reflexión total.

(2) Condiciones: ①La luz se emite desde el medio denso de luz. el medio escaso de luz ②El ángulo de incidencia alcanza el ángulo crítico, es decir, θ 1 ≥ C

(3) Ángulo crítico: el ángulo de incidencia correspondiente (se produce emisión total) cuando el ángulo de refracción es de 90 °, SIN C = 1 N

Ejemplo 5 El ángulo del vértice del prisma rectángulo α = 15, el índice de refracción del material es n = 1,5. Se suspende un haz delgado de luz monocromática. como se muestra en la figura.

Rectamente a la izquierda, primero intente calcular la luz incidente.

La luz emitida por el prisma.

Solución: Desde . n = 1,5, se puede ver que el ángulo crítico es mayor que 30° y menor que 45°

El dibujo y el cálculo muestran que cuando la luz incide en los puntos A, B, C y D.

Los ángulos de incidencia son 75°, 60°, 45° y 30° respectivamente, por lo que la reflexión total ocurre en A, B y C. El ángulo de incidencia en el punto D es menor que el ángulo crítico para el primera vez, por lo que la luz pasa primero por la salida del prisma.

3. Fibras ópticas, fantasmas y endoscopios

Una aplicación importante de la reflexión total son las fibras ópticas que tienen una capa interna. y una capa exterior, donde la capa interior es un medio ópticamente denso, la capa exterior es un medio óptico hidrófobo. Cuando la luz se propaga en una fibra óptica, cada vez que incide en la interfaz de las capas interior y exterior del material. Se requiere que el ángulo de incidencia sea mayor que el ángulo crítico, de modo que se produzca una reflexión total. De esta manera, la luz incidente desde un extremo puede reflejarse después de múltiples reflexiones totales, y se emite completamente desde el otro extremo sin pérdida.

Ejemplo 6 Como se muestra en la figura, un haz de fibras ópticas con una longitud de L = 5,0 m está hecho de un material con un índice de refracción de n = 2. El delgado rayo láser se inyecta en el fibra óptica desde el punto central de su extremo izquierdo con un ángulo incidente de α = 45°, y emerge desde el extremo derecho después de una serie de reflexiones totales.

Pregunta: (1) ¿Cuál es la velocidad v del láser en la fibra óptica? (2)

¿Cuánto tiempo tarda el láser en propagarse en la fibra óptica?

8 Solución: (1) De n=c/v, podemos obtener v = 2,1× 10m/s.

⑵ De n=sin α/sinr, podemos obtener la refracción de la luz incidente desde la superficie del extremo izquierdo.

El ángulo es de 30°, y el ángulo de incidencia al golpear el costado es de 60°, que es mayor que el ángulo crítico.

45, por lo que se produce la reflexión total. Asimismo, la luz se reflejará totalmente desde el lateral cada vez hasta llegar al extremo derecho. Según la relación trigonométrica, se puede encontrar que la distancia total de la luz que pasa a través de la fibra óptica es s =2L/, por lo que el láser se transmite en la fibra óptica.

El tiempo transcurrido de -8 es t =s /v =2,7×10s.

Cuarto, el papel de los prismas y los ladrillos de vidrio en el camino óptico

1 Deflexión de la luz por los prismas

En general, los prismas están hechos de material ópticamente denso. Medios hechos. La luz incidente es refractada dos veces por el prisma.

Después, en relación con la dirección de incidencia, la dirección de salida se desvía hacia el borde inferior y la imagen virtual se desvía hacia la esquina superior.

Como se muestra en la figura, un haz fino de luz roja y un haz fino de luz azul son paralelos a las mismas tres líneas.

En el prisma, la luz refractada pasa por el mismo punto M de la pantalla de luz. Si se utilizan n 1 y n 2 para representar el índice de refracción del prisma para luz roja y luz azul respectivamente, las siguientes afirmaciones son correctas.

A.n 1n 2, A luz roja, B luz azul d n 1>n 2, A luz azul y B luz roja solución: Como se puede ver en la figura, la desviación de la luz B después de pasar. a través del prisma El ángulo es más pequeño, por lo que se produce la refracción.

Una tarifa pequeña es una luz roja.

2. Prisma de reflexión total

Un prisma cuya sección transversal es un triángulo rectángulo isósceles se llama prisma de reflexión total. Aptitud selectiva

Cuando incide sobre el punto, la luz incidente puede emitirse mediante la acción del prisma de reflexión total.

O o después de una desviación de 90° (lado derecho 1) o 180° (lado derecho 2). Presta especial atención a dos usos.

¿Sobre qué superficie se produce la reflexión total de la luz?

Ejemplo 8 Como se muestra en la figura, la luz trasera de una bicicleta adopta el principio del prisma de reflexión total. Aunque no emite luz, al conducir de noche, la fuerte luz de un coche que viene detrás se reflejará en la luz trasera, haciendo que el conductor note que hay una bicicleta delante. El principio de la luz trasera se muestra en la figura. La afirmación correcta a continuación es (C)

A. La luz del automóvil debe provenir del lado izquierdo y reflejarse completamente en el lado izquierdo de la luz trasera. .

b. La luz del automóvil debe provenir del lado izquierdo y reflejarse completamente en la superficie derecha de la luz trasera.

C. El faro debe venir desde la derecha, a la izquierda de la luz trasera.

La superficie roja se refleja completamente.

D. El faro debe venir desde la derecha, a la derecha de la luz trasera.

Se produce una reflexión total en las superficies.

Púrpura

3. Refracción y dispersión de la luz

Un haz de luz blanca es refractado por un prisma para formar rojo, naranja, amarillo y verde.

Las siete bandas de colores índigo y violeta forman un espectro. La generación del espectro muestra que la luz blanca se compone de varias luces monocromáticas y los ángulos de desviación de varias luces monocromáticas son diferentes.

4. Ladrillos de vidrio - Los llamados ladrillos de vidrio generalmente se refieren a prismas de sección rectangular. Cuando la luz incide desde la superficie superior y emerge desde la superficie inferior, sus características son: (1) la luz saliente es paralela a la luz incidente; (2) la luz de varios colores se dispersará después del primer incidente (3) el desplazamiento lateral de la luz saliente está relacionado con El índice de refracción y el ángulo de incidencia están relacionados con el espesor del ladrillo de vidrio (4) Los ladrillos de vidrio se pueden utilizar para medir el índice de refracción del vidrio;

Ejemplo 9: Materiales transparentes se convierten en dispositivos ópticos rectangulares. Se requiere que la luz incidente desde la superficie superior pueda emerger por el lado derecho, por lo que el índice de refracción del material seleccionado debe satisfacer b.

A. El índice de refracción debe ser mayor que b. El índice de refracción debe ser inferior a 2°c. El índice de refracción puede ser cualquier valor mayor que 1. No importa cuán grande sea el índice de refracción, no se puede resolver: se puede ver en la figura que para que la luz que incide en la superficie superior se refracte dos veces desde el lado derecho,

Para el plano emisión, tanto θ1 como θ2 deben ser menores que el ángulo crítico C, es decir, θ1.

Por lo tanto, C > 45, n =1/sinC

Unidad 2 Física Natural de la Luz

Red de Conocimiento: Teoría de Partículas (Newton)

Teoría ondulatoria (Huygens)

Teoría electromagnética (Maxwell)

Teoría fotónica (Einstein)

Ola-partícula dos de la luz Teoría icónica

Interferencia física de la luz y difracción de ondas de luz

Efecto fotoeléctrico de partículas

1. Teoría de partículas y teoría de ondas

1, Teoría de partículas - ( Newton) creía que la luz es un flujo de partículas que parte de una fuente de luz y sigue las leyes de la mecánica en un medio uniforme.

Movimiento lineal uniforme.

Reflexión (interfaz clásica de impacto de partículas)

Dificultades: interferencia, difracción (características de las ondas), refracción (las partículas son atraídas y repelidas por la interfaz: ángulo de refracción,

No se pueden tratar de la misma manera), viaje de la luz

2. Teoría de las ondas - (holandés) Huygens, (Francia) Fresnel, la luz se propaga hacia afuera con algún tipo de vibración en el "éter".

Éxito: reflexión, refracción, interferencia, difracción

Dificultades: efecto fotoeléctrico, efecto Compton, polarización

Antes del siglo XIX, la teoría de partículas siempre prevalecía.

(1) La gente está acostumbrada a utilizar la clásica teoría ondulatoria mecánica para comprender la naturaleza de la luz.

②El prestigio de Newton

(3) La teoría ondulatoria en sí misma no es perfecta (ether y Huygens no pueden dar científicamente los conceptos de período y longitud de onda).

Tres

Teoría electromagnética de la luz Maxwell, la luz es una onda electromagnética.

4. Efecto fotoeléctrico: demuestra que la luz es una partícula.

2. Interferencia de la luz por doble rendija: demuestra que la luz es una onda.

1

, Experimento

1801, Thomas Young (británico)

2(1) En la pantalla receptora, veo luz y franjas oscuras de igual ancho y distancia igual. Franja brillante central

(2) Cuanto mayor es la longitud de onda, más ancha es la franja.

(3)

Si se utiliza luz policromática (blanca) aparecerán rayas de colores. El motivo del policolor central (blanco): fuentes de luz coherentes se superponen (reforzadas o debilitadas) en la pantalla

3. La función del estenopeico: generar luz de la misma frecuencia.

La función de los agujeros dobles: generar fuentes de luz coherentes (misma frecuencia, mismo ritmo, la luz de los dos agujeros es exactamente la misma.)

4. de las rayas

L2-L1 = (2k+1) λ/2 débil

L2-L1 = 2k * λ/2 = kλ fuerte

5 Espaciado de franjas ∝longitud de onda

ΔX = λ L / d

9 10 6. 1 metro = 10 nanómetros 1 metro = 10

Ejemplo 1 Doble rendija. experimento de interferencia usando luz verde, hay franjas verdes y oscuras en la pantalla, la distancia entre dos franjas verdes adyacentes es δ distancia, δx aumentará.

B. Si la distancia entre costuras dobles aumenta, δx aumentará.

C. Si la distancia entre la doble rendija y la pantalla de luz aumenta, δx también aumentará.

d. Si se reduce el ancho de cada costura doble sin cambiar la distancia entre las costuras dobles, δx aumentará.

3. Interferencia de película delgada: la luz es una onda.

1. Se rocía sal de sodio en alcohol experimental y la llama emite una luz amarilla monocromática.

2. Fenómeno

En (1) la luz reflejada de la película, se pueden ver franjas claras y oscuras alternadas.

Granos. Ancho de franja igual

(2) Cuanto mayor sea la longitud de onda, más anchas serán las franjas.

(3) Si se utiliza luz policromática aparecerán rayas de colores.

3. Razón: las frecuencias de las dos columnas reflejadas desde el frente y desde atrás son las mismas.

La superposición de ondas de luz, picos fuertes, valles fuertes, picos y valles débiles (sol

Burbujas de jabón en el agua, película de aceite en el agua, dos vasos prensados)

p>

4. Aplicación de la tecnología

(1) Comprobar la planitud del avión.

Cuando incide luz monocromática, la luz reflejada de la superficie inferior de A y la superficie superior de B se superpone, lo que da como resultado franjas claras y oscuras alternadas.

Si el plano que se inspecciona es plano, entonces todos los puntos con el mismo espesor de aire se ubican en la misma línea recta y, después de la interferencia, se obtendrán franjas rectas. De lo contrario, las franjas serán curvas.

(2) Película antirreflectante

Cuando el espesor de la película es 1/4 veces la longitud de onda de la luz incidente en la película, la luz de ambos lados de la película

Cuando las ondas reflejadas se encuentran, los picos y los valles se superponen, el reflejo se reduce, la luz amarillo-verde se cancela y se convierte en luz de lente.

Morado.

Los deportistas deben prestar atención a prevenir la exposición excesiva a los rayos ultravioleta al escalar montañas nevadas.

La radiación, especialmente los ojos, no debe exponerse a los rayos ultravioleta durante mucho tiempo, de lo contrario dañará gravemente la visión. Algunas personas quieren utilizar el principio de interferencia de película delgada para diseñar gafas que puedan reducir en gran medida el daño de los rayos ultravioleta a los ojos. El índice de refracción del material de película que eligió es n = 1,5 y la frecuencia ultravioleta que se eliminará es 8,1 × 1014 Hz. Entonces, ¿cuál es el espesor de la "película antirreflectante" que diseñó?

Solución: Para reducir los rayos ultravioleta que ingresan a los ojos, la luz incidente reflejada desde el frente y el reverso de la película debe superponerse e intensificarse, por lo que la diferencia de trayectoria óptica debe ser un múltiplo entero de la longitud de onda, por lo que el espesor de la película debe ser al menos la longitud de onda UV.

-7/-71/2. La longitud de onda de la luz ultravioleta en el vacío es λ=c/ν=3,7×10m, y la longitud de onda en la película es λ=λ/n =2,47×10m.

-7 Por tanto, el espesor de la película es de al menos 1,2×10m.

4. Difracción de la luz - la luz es una onda.

1, Experimento

Difracción de rendija única

b

Difracción de apertura

La luz entra siguiendo un camino recto El fenómeno de la sombra de un obstáculo se llama difracción de la luz y sus franjas se denominan franjas de difracción.

2. Características de las rayas: Las rayas tienen diferentes anchos, siendo las rayas brillantes en el medio, las más anchas y brillantes.

Si luz policromática (blanca), rayas de colores, policromática central (blanca)

Tres

Derivación matemática de Poisson de la teoría de Fresnel

4. La propagación de la luz en línea recta es una ley aproximada.

5. Teoría electromagnética de la luz - Maxwell se basa en la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas y de la luz en el vacío.

Tongdu propone que la luz es esencialmente una onda electromagnética. Esta es la teoría electromagnética de la luz, Hz.

La exactitud de la teoría electromagnética de la luz se demostró mediante experimentos.

1. Espectro electromagnético: El orden de las longitudes de onda de mayor a menor es: ondas de radio, rayos infrarrojos (todo emite rayos infrarrojos, 1800, Herschel, Reino Unido.

), luz visible. , rayos ultravioleta (Todos los objetos de alta temperatura, como el sol, las lámparas de arco, etc., emiten rayos ultravioleta, 1801, Alemania.

Ritter), , rayos gamma. Entre varias ondas electromagnéticas, excepto la luz visible, existe una superposición entre dos bandas de ondas adyacentes.

El mecanismo de generación de diversas ondas electromagnéticas es el siguiente: las ondas de radio se generan mediante el movimiento periódico de electrones libres en un circuito de oscilación; los electrones de la capa externa de los átomos se excitan para producir luz infrarroja, luz visible. y la luz ultravioleta; los electrones dentro de los átomos. Los rayos roentgen se producen después de excitarse; los rayos gamma se producen después de excitar los núcleos atómicos.

3. Los experimentos han demostrado que la longitud de onda λm con la radiación más fuerte entre las ondas electromagnéticas radiadas por un objeto satisface la relación entre λ y la temperatura t del objeto.

. Se puede observar que las ondas electromagnéticas irradiadas por objetos de alta temperatura tienen altas frecuencias. En cosmología, la frecuencia de la luz emitida por una estrella se detecta en función de la m T = b recibida (b es una constante) y se analiza la temperatura de su superficie.

Para transmitir la transmisión en vivo del lugar de lanzamiento del cohete, se instaló una plataforma de lanzamiento en el lugar de lanzamiento para transmitir señales de radio y televisión. Entre ellos, la longitud de onda de las ondas electromagnéticas utilizadas por las estaciones de radio es de 550 m y la longitud de onda de las ondas electromagnéticas utilizadas por las estaciones de televisión es de 0,566 m. Para evitar que la cima de la colina cerca del sitio de lanzamiento bloquee la señal, es necesario instalar una estación repetidora. construido en la cima de una colina para transmitir la señal, porque la longitud de onda de la señal demasiado _ _ _ _ _ _ no causará fácilmente una difracción obvia.

Solución: Cuanto más larga sea la longitud de onda, más fácil será la difracción. Cuanto más corta sea la longitud de onda, menos obvia será la difracción, mostrando una propagación lineal. En este momento, es necesario construir una estación de transferencia en la cima de la montaña. Entonces, la estación repetidora en esta pregunta debe estar transmitiendo señales de televisión porque su longitud de onda es demasiado corta.

En la estructura del tubo de rayos Roentgen, la fuente de alimentación E calienta el filamento K, emitiendo así electrones calientes. Los electrones calientes vuelan hacia el contracátodo A a gran velocidad bajo la acción de la fuerte corriente eléctrica. campo entre K y A, y el flujo de electrones impacta el polo A.

La superficie excita ondas electromagnéticas de alta frecuencia, que son rayos X. Lo correcto es

(AC) A, P y Q deben conectarse a corriente continua de alto voltaje y Q debe estar conectado al polo positivo.

Se debe conectar corriente alterna de alto voltaje entre B. P. Q., y flujo de electrones de alta velocidad entre C. K. A.

El rayo es un tipo de onda electromagnética de alta frecuencia.

D. La frecuencia de los rayos X emitidos por a es la misma que la frecuencia de la corriente alterna entre p y q.

6. Efecto fotoeléctrico - El fenómeno de que un objeto emita electrones cuando es iluminado por una luz se llama efecto fotoeléctrico. (En el dispositivo de la derecha, se utiliza una lámpara de arco para iluminar una placa de zinc y los electrones salen volando de la superficie de la placa de zinc, formando un electroscopio que originalmente estaba descargado.

Está cargado positivamente .) Los electrones emitidos en el efecto de la luz se llaman optoelectrónica.

(1)La ley del efecto fotoeléctrico. ① Varios metales tienen una frecuencia límite ν0,

Solo cuando ν≥ν0 puede ocurrir el efecto fotoeléctrico; ②La energía cinética inicial máxima de los fotoelectrones y su entrada

La intensidad de la luz incidente. no tiene nada que ver con eso, solo aumenta con el aumento de la frecuencia de la luz incidente; ③Cuando la frecuencia de la luz incidente es mayor que la frecuencia límite, la intensidad de la fotocorriente es proporcional a la intensidad de la luz incidente.

Relación -9; ④ Transitorio (la generación de fotoelectrones no supera los 10s).

(2) Teoría de los fotones

(1), teoría cuántica de Planck ~ La emisión y recepción de ondas electromagnéticas son discontinuas, y cada una se llama energía.

-Cuanto o cuantos, la energía de cada parte es E = H γ, H = 6,63× 1034 J s, lo que se llama constante de Planck.

Einstein decía que la emisión, propagación y recepción de la luz son discontinuas, cada una se llama fotón. Su energía e = h γ.

Explicación: Conservación de energía uno a uno, no aditiva,

③Ecuación del efecto fotoeléctrico de Einstein 1mv2 = hγ-W E = hν hν-W.

(

E

k

es el ángulo máximo de argumentación de los fotoelectrones (4): e k = 2.

Energía cinética inicial; w es la función de trabajo, es decir, el trabajo realizado por los fotoelectrones que vuelan directamente desde la superficie del metal para vencer la gravedad de la carga positiva)

(3) Tubo fotoeléctrico

K

Ejemplo 7 Con respecto a la ecuación del efecto fotoeléctrico de Einstein E K = H V-W, la comprensión correcta de lo siguiente es (c)

Mientras. Cuando el mismo metal se irradia con luz de la misma frecuencia, todos los fotoelectrones que escapan del metal tendrán la misma energía cinética inicial E K .

El B w en la fórmula representa el trabajo realizado por cada fotoelectrón para superar la atracción de las cargas positivas en el metal cuando sale volando del metal.

La relación w = h ν0 debe satisfacerse entre la función de trabajo w y la frecuencia límite ν0.

La energía cinética inicial máxima de los fotoelectrones es proporcional a la frecuencia de la luz incidente.

(4) Efecto Compton

Al estudiar la dispersión de rayos X por electrones, se encontró que la longitud de onda de algunas ondas dispersadas es ligeramente mayor que la longitud de onda de la onda incidente. . Compton cree que esto se debe a que los fotones no sólo tienen energía sino también impulso. Los resultados experimentales demuestran que esta idea es correcta. Entonces, el efecto Compton también demuestra que la luz es una partícula.

Efecto Siete Compton

8. Dualidad de la luz onda-partícula

1. Dualidad de la luz onda-partícula

La gente no puede explicarlo. Todos los fenómenos de la luz desde un solo punto de vista. Sólo pueden pensar que la luz tiene dualidad onda-partícula, pero no pueden pensar en ella como ondas y partículas macroscópicas clásicas. Reduce el ancho de la estrecha rendija y debilita la intensidad de la luz, permitiendo que los fotones pasen uno a uno y lleguen al negativo de la pantalla receptora. Si el tiempo de exposición es corto, habrá puntos brillantes irregulares en la película; si el tiempo de exposición es largo, habrá rayas en la película.

La interferencia, la difracción y la polarización utilizan hechos irrefutables para ilustrar que la luz es una onda; el efecto fotoeléctrico y el efecto Compton utilizan hechos irrefutables para ilustrar que la luz es una partícula por lo que la física moderna cree que la luz tiene ondas; Dualidad de granos.

2. Comprender correctamente la dualidad onda-partícula

La onda mencionada en la dualidad onda-partícula es una onda de probabilidad, que es significativa para una gran cantidad de fotones. La partícula mencionada en la dualidad onda-partícula se refiere a su discontinuidad y es un tipo de energía.

(1) El efecto de un solo fotón suele ser similar al de una partícula; el efecto de una gran cantidad de fotones a menudo se manifiesta como fluctuaciones. ⑵Los fotones altos tienden a mostrar partículas; los fotones con v baja tienden a mostrar fluctuaciones.

(3) La luz a menudo exhibe propiedades ondulatorias durante la propagación; cuando interactúa con la materia, a menudo aparece en forma de partículas. (4) También se puede ver en las expresiones de la energía fotónica E = hν y el momento fotónico p = h que la fluctuación y la naturaleza partícula de la luz no son λ.

No es contradictorio: las fórmulas de cálculo de la energía y el momento de las partículas, que representan las propiedades de las partículas, incluyen las cantidades físicas que representan las características de las ondas: frecuencia ν y longitud de onda λ.

A partir de las dos expresiones anteriores y la fórmula de velocidad de onda c=λν, también podemos obtener e = p c.

Ejemplo 8 Se sabe que un rayo láser con una potencia de haz fino de P = 0,15 kW emitido por un láser se irradia verticalmente hacia arriba sobre el rayo láser.

La parte inferior de la sólida bola de aluminio hace que simplemente flote en el aire. Se sabe que la densidad del aluminio es ρ = 2,7 × 10 kg/m y se utiliza un rayo láser.

Todos los fotones son absorbidos por la esfera de aluminio. ¿Cuál es el diámetro de la bola de aluminio? (π=3, se puede tomar g =10m/s en el cálculo)

Solución: si la energía de cada fotón láser es E, el momento es P y el número de fotones que inciden sobre el aluminio bola dentro del tiempo t es N, la fuerza ejercida por el rayo láser sobre la bola de aluminio es F, y el diámetro de la bola de aluminio es D, entonces: P =n E, F =n p La relación entre la energía del fotón y el momento es e t

= p c, la gravedad de la bola de aluminio se equilibra con F, por lo que F=ρg πd. De la solución anterior, obtenemos d =0,33 mm.

8. Ondas de materia (ondas de De Broglie)

Ampliar la idea de la dualidad onda-partícula de la luz a partículas microscópicas y a cualquier objeto en movimiento, y obtener la fórmula de las ondas de materia. (Ondas de De Broglie) Concepto: Todo objeto en movimiento tiene una onda correspondiente y su longitud de onda λ = H.

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Ejemplo 10 Para observar microestructuras a nanoescala se requiere un microscopio electrónico con una resolución mayor que un microscopio óptico. Las siguientes afirmaciones son correctas.

A

A. La longitud de onda de la onda de materia electrónica utilizada por el microscopio electrónico puede ser más corta que la longitud de onda de la luz visible, por lo que no es fácil que se produzca una difracción obvia.

bLa longitud de onda de las ondas de materia electrónica utilizadas por los microscopios electrónicos puede ser más larga que la longitud de onda de la luz visible, por lo que no es fácil que se produzca una difracción obvia.

C. La longitud de onda de la onda de materia electrónica utilizada por el microscopio electrónico puede ser más corta que la longitud de onda de la luz visible, por lo que es más probable que tenga una difracción evidente.

D. La longitud de onda de la materia de los electrones utilizada por el microscopio electrónico puede ser más larga que la de la luz visible, por lo que es más fácil tener soluciones de difracción obvias: para observar microestructuras a escala nanométrica, se utiliza un microscopio óptico. No se puede utilizar el microscopio. Debido a que el paso de longitud de onda de -7 de la luz visible es de 10 m, que es mucho mayor que los nanómetros, habrá una difracción obvia, por lo que no se puede enfocar con precisión. Si se utiliza un voltaje muy alto para acelerar los electrones de modo que tengan un gran impulso, la longitud de onda de sus ondas de materia será muy corta y el efecto de la difracción será mucho menor. Por lo tanto, debes elegir un para esta pregunta.

Nueve. Polarización de la luz

(1) La polarización de la luz también demuestra que la luz es una onda, una onda transversal. La dirección del campo eléctrico E, la dirección del campo magnético B y la dirección de propagación de las ondas electromagnéticas son perpendiculares entre sí.

⑵ La fotosensibilidad y los efectos fisiológicos de las ondas de luz son causados ​​principalmente por la intensidad del campo eléctrico E, y la vibración de E se llama vibración de la luz. (3) Luz natural. La luz emitida directamente por fuentes de luz ordinarias, como el sol y las lámparas eléctricas, incluye luz que vibra en varias direcciones perpendiculares a la dirección de propagación. La intensidad de las ondas de luz que vibran en cada dirección es la misma. Este tipo de luz se llama luz natural.

(4)Luz polarizada. Después de que la luz natural pasa a través del polarizador, vibra solo en una dirección específica en un plano perpendicular a la dirección de propagación, lo que se llama luz polarizada. La luz natural brilla en la interfaz de los dos medios. Si la dirección de incidencia de la luz es adecuada, el ángulo entre la luz reflejada y la luz refractada es exactamente de 90°. En este momento, tanto la luz reflejada como la luz refractada son luz polarizada y sus direcciones de polarización son perpendiculares entre sí. La mayor parte de la luz que vemos habitualmente es luz polarizada.

X.Láser

(1) Buena direccionalidad. El paralelismo del rayo láser es muy bueno. Cuando el rayo láser extremadamente delgado emitido desde la Tierra alcanza la superficie lunar, solo diverge en un punto con un diámetro mayor que lm, por lo que se puede considerar que el rayo láser no diverge cuando se propaga en la Tierra.

(2) Fuerte monocromaticidad. Los láseres emiten luz láser concentrada en un rango de frecuencia muy estrecho. Debido a que el color de la luz está determinado por la frecuencia, el láser es la fuente de luz monocromática ideal.

El láser es la mejor luz coherente debido a su alto paralelismo y su fuerte monocromaticidad. El uso de láser como fuente de luz para observar los fenómenos de interferencia y difracción de la luz puede lograr buenos resultados.

(3) Alto brillo. El llamado brillo se refiere a la potencia luminosa por unidad de superficie perpendicular al plano de luz. Las fuentes de luz natural tienen el brillo más alto y los láseres de alta potencia actuales son 1.000 veces más brillantes que el sol.

Ejemplo 6: BD tiene razón en las siguientes afirmaciones sobre la polarización y la luz polarizada.

a Sólo las ondas electromagnéticas se pueden polarizar, las ondas mecánicas no se pueden polarizar.

bSolo las ondas transversales pueden polarizarse, pero no las longitudinales.

c No existe luz polarizada en la naturaleza. La luz natural sólo puede convertirse en luz polarizada a través de un polarizador.

d La mayor parte de la luz que vemos habitualmente, excepto la luz emitida directamente por la fuente de luz, es luz polarizada.