第四章 光 章末综合复习(课件)（43张PPT）-2021-2022学年【扬帆起航系列】人教版(2019)高中物理课件选择性必修第一册
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| 名称 | 第四章 光 章末综合复习(课件)（43张PPT）-2021-2022学年【扬帆起航系列】人教版(2019)高中物理课件选择性必修第一册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.3MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-01-13 22:53:02 | ||
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文档简介
(共43张PPT)
人教版（2019）高中物理选择性必修第一册
第四章 光
章 末 复 习
授课人：扬帆起航
知识网络
CONTENTS
01
光的折射
02
全反射、光导纤维
03
光的干涉、衍射及偏振
04
本章要点
典型例题
实验：用双缝干涉测光的波长
01
光的折射
光
光的折射定律 折射率
折射现象：光从一种介质进入另一种介质时，在界面上传播方向发生改变的现象。
折射定律内容：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。
表达式：n12＝ ，式中n12是比例系数。
在光的折射现象中，光路是可逆的。
光的折射定律 折射率
折射率
(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦的比值。
(2)定义式：n＝ 。不能说n与sin_θ1成正比，与sin θ2成反比。折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定。
(3)物理意义：折射率仅反映介质的光学特性，折射率大说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小。
(4)计算公式：n＝ ，因v对折射率的理解
(1)公式n＝ 中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ1总是真空中的光线与法线间的夹角，θ2总是介质中的光线与法线间的夹角。
(2)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。
(3)折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质，光疏介质不是指密度小的介质。
(4)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。
测定玻璃的折射率
测定玻璃的折射率
测定玻璃的折射率
误差分析
1．确定入射光线、出射光线时的误差。故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜大点；
2．测量入射角与折射角时的误差。故入射角不宜过小，但也不宜过大，过大则反射光较强，出射光较弱。
对折射率的理解
注意事项
1．玻璃砖要用厚度较大的；
2．入射角应在30°到60°之间；
3．大头针要竖直插在白纸上，且距离应尽量大一些；
4．玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线
02
全反射、光导纤维
光
(1)全反射的条件：
①光从光密介质射入光疏介质。
②入射角大于或等于临界角。
(2)全反射现象：折射光完全消失，只剩下反射光。
(3)临界角：折射角等于90°时的入射角，用C表示，且sin C＝ 。
全反射
光导纤维
(4)如图所示的光导纤维传输过程，由此可知，光导纤维的传输原理：利用光的全反射。
03
光的干涉、衍射及偏振
光
光的干涉
产生条件
两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样．
两种典型的干涉
(1)杨氏双缝干涉．
①原理如图所示．
光的干涉
②明、暗条纹的条件
(Ⅰ)单色光：形成明暗相间的条纹，中央为明条纹．
a．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ(k＝0、1、2，…)，光屏上出现明条纹．
b．光的路程差Δr＝r2－r1＝(2k＋1)(k＝0、1、2，…)，光屏上出现暗条纹．
(Ⅱ)白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(填写颜色)．
③相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距公式：Δx＝ λ.
薄膜干涉
(2)薄膜干涉．
①相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波．
②图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的厚度相等．单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色条纹．
薄膜干涉
①如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．
②光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加．
③原理分析
单色光
a．在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现亮条纹．
薄膜干涉
b．在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1) (n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出现暗条纹．
白光：薄膜上出现水平彩色条纹．
(1)发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显．
(2)衍射条纹的特点：
①单缝衍射和圆孔衍射图样的比较.
光的衍射
对光的衍射的理解
①干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明显．在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别．
②衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看做是沿直线传播的．
光的衍射
光的衍射
单缝衍射 圆孔衍射
单色光 中央为亮且宽的条纹，两侧为明暗相间的条纹，且越靠外，亮条纹的亮度减弱，宽度越小 ①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度减小②亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而减小
白光 中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度逐渐变暗、宽度逐渐变窄的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光，离中央最远的是红光 中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色的同心圆环
光的干涉、衍射的比较
内容 干涉 衍射
现象 在光叠加区域出现加强或减弱的现象 光绕过障碍物偏离直线传播的现象
产生条件 两束光频率相同、相位差恒定 障碍物或孔的尺寸与波长差不多或更小
典型实验 杨氏双缝干涉 单缝衍射(圆孔衍射、圆盘衍射)
图样特点 不同点 条纹宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等、中央最宽
条纹间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等
亮度情况 清晰条纹、亮度基本相等 中央条纹最亮，两边变暗
相同点 干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹
光的偏振现象
(1)偏振
光波只沿某一特定的方向的振动．
(2)自然光
太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光．
(3)偏振光
在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光．光的偏振证明光是横波．自然光通过偏振片后，就得到了偏振光．
光的衍射
04
实验：用双缝干涉测光的波长
光
实验装置
(1)根据公式Δx＝ λ得λ＝ Δx.
(2)用刻度尺测出双缝到光屏的距离l，用测量头调节清晰的干涉条纹，测出n个亮纹间的距离a，则Δx＝ .双缝间距d是已知的，这样就可以计算出波长λ.
实验方法
(1)将光源、单缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安装在光具座上．
(2)接好光源，打开开关，使灯丝正常发光．
(3)调节各器材的高度，使光源灯丝发出的一束光，能沿轴线到达光屏．
(4)安装双缝，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约5～10 cm，观察白光的干涉条纹．
实验步骤
(5)在单缝和双缝间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹，安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．
(6)使分划板中心刻线对齐某明(或暗)条纹的中央，记下手轮上的读数a1，转动手轮使分划板中心刻线移动，记下干涉条纹的条数n和移动后手轮的读数a2，a1与a2的差即为n条亮纹的间距．
实验步骤
(7)用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)．
(8)重复测量、计算，求平均值作为波长的测量结果．
(9)换用不同的滤光片，重复实验．
实验步骤
(1)实验时应调整光源、单缝、双缝和光屏、测量头共轴，单缝和双缝安装时应竖直且相互平行，遮光筒的轴线要与光具座导轨平行．若不共轴或单缝与双缝不平行则会引起干涉条纹亮度小，不清晰，不便于观察和测量．
(2)分划板上的刻线应与干涉条纹的亮(暗)线平行，否则会增大测量的误差．
注意事项
(3)双缝、测量头安装到遮光筒上时要装到底，使各部件的定位面紧密吻合，否则会影响测量结果．
(4)双缝干涉演示仪的测量头有两种，一种相当于螺旋测微器，一种相当于游标卡尺，具体应用时要加以区别．
(5)测量双缝至屏的距离l，要多次测量取平均值，同时要固定好双缝及屏，切勿松动．
注意事项
例1.(多选)如图所示，光在真空和介质的界面MN上发生偏折，那么下列说法正确的是（ ）。
A．光是从真空射向介质
B．介质的折射率为1.73
C．光在介质中的传播速度为1.73×108 m/s
D．反射光线与折射光线成60°角
E．反射光线与折射光线成90°角
BCE
课堂巩固
【答案】：BCE
【解析】：因为折射角大于入射角，所以光是从介质射向真空的，选项A错误。据折射率公式n＝ ，所以n＝1.73，选项B正确。再由折射率n＝ ，代入数据得v＝1.73×108 m/s，选项C正确。而反射光线与折射光线成90°角，选项D错误，E正确。
例2.(多选)关于光的干涉，下列说法中正确的是( )
A．在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的
B．在双缝干涉现象里，入射光波长变短，相邻两个明条纹间距将变窄
C．只有频率相同的两列光波才能产生干涉
D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定
E．频率不同的光不可能叠加
ABC
课堂巩固
【答案】：ABC
【解析】：在双缝干涉现象中，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，入射光的波长越长，相邻两个明条纹的间距越大；两列波产生干涉时，频率必须相同，任何两列光波都能叠加．
例3.(多选)关于光的衍射现象，下面说法正确的是（ ）。
A．红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
B．白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射
D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿直线传播，不存在光的衍射
E．在单缝衍射中增大单缝到屏的距离，衍射条纹变宽
ACE
课堂巩固
【答案】：ACE
【解析】：单色光照到狭缝上产生的衍射图样是亮暗相间的直条纹，A正确；白光的衍射图样是彩色条纹，故B错误；光照到不透明圆盘上，在其阴影处出现亮点，是衍射现象，故C正确；光的衍射现象只有明显与不明显之分，D项中屏上大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在光的衍射现象，D错误；与双缝干涉相似，增大单缝到屏的距离，衍射条纹变宽，故E正确。
例4.(多选)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是（ ）。
A．改用红色激光
B．改用蓝色激光
C．减小双缝间距
D．将屏幕向远离双缝的位置移动
E．将光源向远离双缝的位置移动
ACD
课堂巩固
【答案】：ACD
【解析】：在双缝干涉实验中相邻亮条纹的间距Δx＝ λ，因此要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距可减小双缝间的距离，增大屏幕与双缝的距离，换用波长更长或频率更小的光做光源。故选A、C、D。
人教版（2019）高中物理选择性必修第一册
第四章 光
章 末 复 习
授课人：扬帆起航
知识网络
CONTENTS
01
光的折射
02
全反射、光导纤维
03
光的干涉、衍射及偏振
04
本章要点
典型例题
实验：用双缝干涉测光的波长
01
光的折射
光
光的折射定律 折射率
折射现象：光从一种介质进入另一种介质时，在界面上传播方向发生改变的现象。
折射定律内容：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。
表达式：n12＝ ，式中n12是比例系数。
在光的折射现象中，光路是可逆的。
光的折射定律 折射率
折射率
(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦的比值。
(2)定义式：n＝ 。不能说n与sin_θ1成正比，与sin θ2成反比。折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定。
(3)物理意义：折射率仅反映介质的光学特性，折射率大说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小。
(4)计算公式：n＝ ，因v
(1)公式n＝ 中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ1总是真空中的光线与法线间的夹角，θ2总是介质中的光线与法线间的夹角。
(2)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。
(3)折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质，光疏介质不是指密度小的介质。
(4)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。
测定玻璃的折射率
测定玻璃的折射率
测定玻璃的折射率
误差分析
1．确定入射光线、出射光线时的误差。故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜大点；
2．测量入射角与折射角时的误差。故入射角不宜过小，但也不宜过大，过大则反射光较强，出射光较弱。
对折射率的理解
注意事项
1．玻璃砖要用厚度较大的；
2．入射角应在30°到60°之间；
3．大头针要竖直插在白纸上，且距离应尽量大一些；
4．玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线
02
全反射、光导纤维
光
(1)全反射的条件：
①光从光密介质射入光疏介质。
②入射角大于或等于临界角。
(2)全反射现象：折射光完全消失，只剩下反射光。
(3)临界角：折射角等于90°时的入射角，用C表示，且sin C＝ 。
全反射
光导纤维
(4)如图所示的光导纤维传输过程，由此可知，光导纤维的传输原理：利用光的全反射。
03
光的干涉、衍射及偏振
光
光的干涉
产生条件
两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样．
两种典型的干涉
(1)杨氏双缝干涉．
①原理如图所示．
光的干涉
②明、暗条纹的条件
(Ⅰ)单色光：形成明暗相间的条纹，中央为明条纹．
a．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ(k＝0、1、2，…)，光屏上出现明条纹．
b．光的路程差Δr＝r2－r1＝(2k＋1)(k＝0、1、2，…)，光屏上出现暗条纹．
(Ⅱ)白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(填写颜色)．
③相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距公式：Δx＝ λ.
薄膜干涉
(2)薄膜干涉．
①相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波．
②图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的厚度相等．单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色条纹．
薄膜干涉
①如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．
②光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加．
③原理分析
单色光
a．在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现亮条纹．
薄膜干涉
b．在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1) (n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出现暗条纹．
白光：薄膜上出现水平彩色条纹．
(1)发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显．
(2)衍射条纹的特点：
①单缝衍射和圆孔衍射图样的比较.
光的衍射
对光的衍射的理解
①干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明显．在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别．
②衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看做是沿直线传播的．
光的衍射
光的衍射
单缝衍射 圆孔衍射
单色光 中央为亮且宽的条纹，两侧为明暗相间的条纹，且越靠外，亮条纹的亮度减弱，宽度越小 ①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度减小②亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而减小
白光 中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度逐渐变暗、宽度逐渐变窄的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光，离中央最远的是红光 中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色的同心圆环
光的干涉、衍射的比较
内容 干涉 衍射
现象 在光叠加区域出现加强或减弱的现象 光绕过障碍物偏离直线传播的现象
产生条件 两束光频率相同、相位差恒定 障碍物或孔的尺寸与波长差不多或更小
典型实验 杨氏双缝干涉 单缝衍射(圆孔衍射、圆盘衍射)
图样特点 不同点 条纹宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等、中央最宽
条纹间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等
亮度情况 清晰条纹、亮度基本相等 中央条纹最亮，两边变暗
相同点 干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹
光的偏振现象
(1)偏振
光波只沿某一特定的方向的振动．
(2)自然光
太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光．
(3)偏振光
在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光．光的偏振证明光是横波．自然光通过偏振片后，就得到了偏振光．
光的衍射
04
实验：用双缝干涉测光的波长
光
实验装置
(1)根据公式Δx＝ λ得λ＝ Δx.
(2)用刻度尺测出双缝到光屏的距离l，用测量头调节清晰的干涉条纹，测出n个亮纹间的距离a，则Δx＝ .双缝间距d是已知的，这样就可以计算出波长λ.
实验方法
(1)将光源、单缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安装在光具座上．
(2)接好光源，打开开关，使灯丝正常发光．
(3)调节各器材的高度，使光源灯丝发出的一束光，能沿轴线到达光屏．
(4)安装双缝，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约5～10 cm，观察白光的干涉条纹．
实验步骤
(5)在单缝和双缝间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹，安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．
(6)使分划板中心刻线对齐某明(或暗)条纹的中央，记下手轮上的读数a1，转动手轮使分划板中心刻线移动，记下干涉条纹的条数n和移动后手轮的读数a2，a1与a2的差即为n条亮纹的间距．
实验步骤
(7)用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)．
(8)重复测量、计算，求平均值作为波长的测量结果．
(9)换用不同的滤光片，重复实验．
实验步骤
(1)实验时应调整光源、单缝、双缝和光屏、测量头共轴，单缝和双缝安装时应竖直且相互平行，遮光筒的轴线要与光具座导轨平行．若不共轴或单缝与双缝不平行则会引起干涉条纹亮度小，不清晰，不便于观察和测量．
(2)分划板上的刻线应与干涉条纹的亮(暗)线平行，否则会增大测量的误差．
注意事项
(3)双缝、测量头安装到遮光筒上时要装到底，使各部件的定位面紧密吻合，否则会影响测量结果．
(4)双缝干涉演示仪的测量头有两种，一种相当于螺旋测微器，一种相当于游标卡尺，具体应用时要加以区别．
(5)测量双缝至屏的距离l，要多次测量取平均值，同时要固定好双缝及屏，切勿松动．
注意事项
例1.(多选)如图所示，光在真空和介质的界面MN上发生偏折，那么下列说法正确的是（ ）。
A．光是从真空射向介质
B．介质的折射率为1.73
C．光在介质中的传播速度为1.73×108 m/s
D．反射光线与折射光线成60°角
E．反射光线与折射光线成90°角
BCE
课堂巩固
【答案】：BCE
【解析】：因为折射角大于入射角，所以光是从介质射向真空的，选项A错误。据折射率公式n＝ ，所以n＝1.73，选项B正确。再由折射率n＝ ，代入数据得v＝1.73×108 m/s，选项C正确。而反射光线与折射光线成90°角，选项D错误，E正确。
例2.(多选)关于光的干涉，下列说法中正确的是( )
A．在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的
B．在双缝干涉现象里，入射光波长变短，相邻两个明条纹间距将变窄
C．只有频率相同的两列光波才能产生干涉
D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定
E．频率不同的光不可能叠加
ABC
课堂巩固
【答案】：ABC
【解析】：在双缝干涉现象中，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，入射光的波长越长，相邻两个明条纹的间距越大；两列波产生干涉时，频率必须相同，任何两列光波都能叠加．
例3.(多选)关于光的衍射现象，下面说法正确的是（ ）。
A．红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
B．白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射
D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿直线传播，不存在光的衍射
E．在单缝衍射中增大单缝到屏的距离，衍射条纹变宽
ACE
课堂巩固
【答案】：ACE
【解析】：单色光照到狭缝上产生的衍射图样是亮暗相间的直条纹，A正确；白光的衍射图样是彩色条纹，故B错误；光照到不透明圆盘上，在其阴影处出现亮点，是衍射现象，故C正确；光的衍射现象只有明显与不明显之分，D项中屏上大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在光的衍射现象，D错误；与双缝干涉相似，增大单缝到屏的距离，衍射条纹变宽，故E正确。
例4.(多选)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是（ ）。
A．改用红色激光
B．改用蓝色激光
C．减小双缝间距
D．将屏幕向远离双缝的位置移动
E．将光源向远离双缝的位置移动
ACD
课堂巩固
【答案】：ACD
【解析】：在双缝干涉实验中相邻亮条纹的间距Δx＝ λ，因此要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距可减小双缝间的距离，增大屏幕与双缝的距离，换用波长更长或频率更小的光做光源。故选A、C、D。