光学、原子物理知识总结.doc

光学、原子物理知识总结2012年北京市高考说明十一、光的反射和折射内 容要求68折射定律，折射率69全反射和临界角70光导纤维71光的色散 十二、光的本性、近代物理知识内 容要求72电磁场电磁波电磁波的周期、频率、波长和波速73无线电波的发射和接收74光的干涉现象，双缝干涉，薄膜干涉75双缝干涉的条纹间距与波长的关系76光的衍射77光的偏振现象78光谱和光谱分析红外线、紫外线、X射线、射线以及它们的应用光的电磁本性电磁波谱79能量量子化、光电效应光子爱因斯坦光电效应方程80光的波粒二象性光波是概率波81粒子的波粒二象性，物质波82不确定性关系83激光的特性及应用84电子的发现、电子比荷的测定85 粒子散射实验原子的核式结构86 氢原子的能级结构光子的发射和吸收、氢原子的电子云87 原子核的组成天然放射现象 射线、 射线、 射线衰变半衰期88 原子核的人工转变核反应方程放射性同位素及其应用、人类对物质结构的认识89 放射性污染和防护90核能质量亏损爱因斯坦的质能方程91重核的裂变链式反应核反应堆92轻核的聚变可控热核反应93狭义相对论的基本假设和基本结论光学一、光的折射：1、折射定律：折射光线与入射光线、发现处在同一平面内，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：2、折射现象中，光路可逆。3、折射率：物理意义：反应介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时，偏折大。（1）为比值定义。由介质本身的光学性质和光的频率决定。（2），任何介质的折射率总大于1。（3）中i总是真空中光线与法线的夹角。4、几个典型的折射光路（1）平行玻璃砖的光路两面平行的玻璃砖，出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移。（2）球形玻璃砖的光路ONAEBCDO60MBAi30120r（3）平行玻璃砖的光的侧移距离如图所示，由题意可知，O2A为偏移距离x，有：xsin(ir)n若为同一单色光，即n值相同当i增大时，r也增大，但i比r增大得快，sin(ir)0且增大，0且增大。 若入射角相同，则：xdsin i(1)即当n增大，x也增大结论：（1）同种单色光的侧移距离随入射角的增大而增大（2）不同种单色光的折射率大的侧移距离大二、全反射1、条件： 光从光密介质射入光疏介质。 入射角大于等于临界角。2、临界角： ，C为折射角为900时的入射角。3、应用：全反射棱镜、光导纤维。COPP点光源照亮的圆形区域半径：hr4、典型情景全反射棱镜三、光的色散1、光的色散：色散：白光通过三棱镜会形成由红到紫各色光组成的彩色光谱。规律：入射角相同时，紫光的偏向角大。2、三棱镜的光路通过玻璃棱镜光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折，虚像向顶角偏移。3、光学中的一个现象一串结论一个现象：色散现象nv(波动性)衍射C临干涉间距 (粒子性)E光子光电效应红黄紫小大大小大 (明显)小 (不明显)容易难小大大小小 (不明显)大 (明显)小大难易四、光的干涉现象：1、条件： 频率相同，振动方向一致 相差恒定（步调差恒定）2、产生明暗条纹的条件：明条纹：，（n=0、1、2、3）时，出现亮条纹；暗条纹：，（n=0，1，2，3）时，出现暗条纹。相邻亮条纹（或相邻暗条纹）之间的中央间距为。3、熟悉条纹特点中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹。4 用双缝干涉测量光的波长（1）原理：两个相邻的亮纹或暗条纹的中心间距是测波长为：（2）观察双缝干涉图样： 白光：中央亮条纹的边缘处出现了彩色条纹。单色光：形成明暗相间的条纹。（3）测定单色光的波长：010 150 5 1025 30双缝间距是已知的，测屏到双缝的距离L，测相邻两条亮纹间的距离，测出n个亮纹间的距离a则两个相邻亮条纹间距：。白炽灯滤光片单缝双缝遮光筒屏（4）若通过双缝则在光屏上出现双缝干涉条纹图样 若将其中一条缝遮住则出现单缝衍射条纹图样5薄膜干涉等倾干涉相干光的来源：样板和被检查平面间的空气膜上下两个表面反射的光形成干涉。肥皂膜干涉相干光的来源：液膜前后两个反射面的光形成干涉。牛顿环6应用（1）照相机、望远镜的镜头表面的增透膜膜的厚度是光在膜这种介质中的波长的1/4。（2）检查工件表面是否平整。五、光的衍射现象光偏离直线传播绕过障碍物进入阴影区域里的现象。产生明显衍射的条件：障碍物或孔（缝）的尺寸与波长可比（相差不多）或更小。单色光单缝衍射图象特点：中央条纹最宽最亮，两侧为不等间隔的明暗相间的条纹。应用：用衍射光栅测定光波波长。六、干涉与衍射的比较单缝衍射双缝干涉图样产生条件障碍物的尺寸比波长小或和波长差不多 频率相同，振动方向一致 相差恒定（步调差恒定）不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度中央条纹最亮，两边变暗清晰条纹，亮度基本相等相同点干涉衍射都是波特有的现象，属于波的叠加，都有明暗条纹实例小孔衍射单缝衍射圆屏衍射（泊松亮斑）下过雨后路上积水上的油膜肥皂膜干涉眼镜上的增透膜照相机镜头上镀膜等倾干涉（检查工件平整度）牛顿环七、光的偏振（1）偏振光与自然光偏振光：自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。光振动垂直纸面光振动在纸面自然光：太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含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，这种光叫自然光。自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰好是90，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直。我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。（2）机械波和光的偏振（3）偏振光的应用：利用偏振滤光片摄影、观看立体电影等（4）光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。八、激光的特点及应用： 频率单一 相干性好 平行度好（方向性好） 亮度高（能在很小空间、很短时间内集中很大的能量）光的波粒二象性波粒二象性光的粒子性能量量子化黑体与黑体辐射普朗克假设：能量子康普顿效应：石墨晶体对伦琴射线的散射，说明光具有动量光电效应现象：光照使金属发射电子本质规律最大初动能由入射光的频率决定任何金属都存在极限频率光电子数目正比于光强瞬时性光电效应方程：光子说：光子能量光的波动性：光波是概率波，大量光子显示波动性，个别光子显示粒子性粒子的波动性物质波：概率波：粒子落在明纹处概率大，暗纹处概率小不确定关系：xp一、知识结构紫外线灯锌板验电器二、光电效应1、在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。发射出来的电子叫光电子。（装置中，用弧光灯照射锌版，有电子从锌板表面飞出，使原来不带电的验电器带正电。）2、光电效应的规律。（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；若入射光的频率低于这个频率，不论入射光多么强，也不论光照射时间有多么长，都不能发生光电效应。（2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大。（3）瞬时性：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。3、理解疑难点（1）有关光电效应的问题主要是两个方面：一个是关于光电效应现象的判断，另一个就是运用光电效应方程进行简单的计算。解题的关键在于掌握光电效应规律，明确各概念之间的决定关系，即有：强度决定着每秒光源发射的光子数频率决定着每个光子的能量光电子照射光每秒逸出的光电子数决定着光电流的强度光电子逸出后的最大初动能：（2）光电效应产生的条件两种表述（1）入射光频率大于极限频率；（2）入射光的能量大于逸出功（3）逸出功:电子逸出金属表面克服阻力做功的最小值。逸出功的大小由金属种类决定，与入射光无关。4、光电管（光电效应管）和X射线管AKQPKAE电子电子碰撞前碰撞后132三、康普顿效应石墨晶体对伦琴射线的散射，说明光具有动量。 证明了光具有粒子性四、物质波物质波也称为“实物波”或“德布罗意波”，德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波和它对应。德布罗意波: 频率： 波长：五、不确定关系微观粒子的位置和动量不想宏观粒子那样是完全确定的，而是有一定的范围，但动量不确定范围和位置不确定范围之间有一个确定关系，这就是不确定关系：。六、光子和实物粒子的区别实物粒子光子质量m无质量能量动量七、光的波粒二象性光的粒子性光的波动性人类对光的本质认识的历程原始微粒说（牛顿认为光是一群弹性粒子）波动学说（惠更斯认为光是一种机械波）电磁学说（麦克斯韦认为光是一种电磁波，赫兹用实验证明）光子说（爱因斯坦认为光是一份一份的光子组成的）波粒波粒二象性（光既有波动性又有粒子性）实验基础光电效应、康普顿效应干涉、衍射现象偏振（证明光是横波）表现（1）当光同物质发生相互作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子性；（2）少量或个别光子显示出光的粒子性。（1）光是一种概率波，即光子在空间各点出现可能性大小（概率）可用波动规律来描述；（2）足够能量的光在传播时，表现出波动的性质说明（1）粒子性的含义是“不连续”、“一份一份”的；（2）光子不同于宏观观念的粒子。（3）频率越大，粒子性越显著（1）光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用产生的（2）光的波动性不同于宏观观念的波（3）频率越小，波长越长，波动性越显著近代物理一、历史人物及相关成就1、汤姆生：发现电子，并提出原子枣糕模型 说明原子可再分2、卢瑟福：粒子散射实验说明原子的核式结构模型 发现质子3、查德威克：发现中子4、约里奥.居里夫妇：发现正电子5、贝克勒尔：发现天然放射现象说明原子核可再分6、爱因斯坦：质能方程，7、玻尔：提出玻尔原子模型（三个假设），解释氢原子线状光谱8、密立根：油滴实验测量出电子的电荷量9、伦琴：发现X射线，也称为伦琴射线10、德布罗意：提出物质波的假设二、原子的结构汤姆生发现电子（阴极射线）枣糕模型（汤姆生）核式结构（卢瑟福）能级理论（玻尔）氢原子电子云示意图（玻尔）粒子散射实验氢原子线性光谱解释1、原子的核式结构模型（1）粒子散射实验结果：绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数粒子发生了较大偏转，极少数粒子甚至被反弹回来。（2）原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的原子核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。（3）原子核的尺度：原子核直径的数量级为10-15m，原子直径的数量级约为10-10m。（4）原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。2、玻尔原子模型（1）原子只能处于一系列能量不连续的状态中，具有确定能量的稳定状态叫定态。原子处于最低能级的状态叫基态，其他的状态叫激发态。（2）原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道。（3）跃迁频率条件：高能m态到低能n态：辐射光子 低能n态到高能m态：吸收光子 3、原子跃迁（1）使原子跃迁的两种粒子光子和实物粒子 a、原子吸收光子的能量跃迁：光子的能量必须等于两能级差。即。 b、原子吸收外来实物粒子（例如自由电子）的能量跃迁。由于实物粒子的动能可能全部或部分被原子吸收，所以只要实物粒子的能量大于或等于两能级的能量差，就可以发生能级跃迁。即。（2）跃迁和电离的区别：跃迁条件：；电离条件：（例如处于基态的原子电离条件：）（3）原子跃迁发出的光谱线条数，是一群氢原子，而不是一个，因为某一个氢原子有固定的跃迁路径。4、氢原子的能量（1）轨道模型 核外电子绕核作圆周运动类似量子化的卫星模型。库仑力提供向心力： 电子的速度：注意：这些公式不需要背，只需要理解方法就行。 电子的周期： 电子的动能： 电子的电势能： 氢原子的总能量：三、核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发衰变自发衰变伴随、衰变进行的人工转变人工控制卢瑟福发现质子查德威克发现中子 约里奥.居里夫妇 发现放射性同位素，同时发现正电子重核裂变比较容易进行人工控制在一定条件下(超过临界体积)，裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。轻核聚变除氢弹外无法控制（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）质量亏损原子的质量小于组成原子的核子的质量之和，叫质量亏损。重核裂变、轻核聚变反应中质量发生亏损而放出能量。质能方程若核反应中发生质量亏损： 提醒：1、 核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单箭头表示反应方向，不能用等号连接。2、 核反应的生成物一定要以实验事实为基础，不能凭空只依据两个守恒定律杜撰出生成物来写出核反应方程3、 核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，遵循电荷数守恒。四、三种射线比较种类速度0.1c0.99cc在电磁场中贯穿本领最弱，用纸能挡住较强，穿透几毫米的铝板最强，穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光产生机制核内两个中子和两个质子结合的比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核抛射出来核内的中子可以转化为一个质子和一个电子，产生的电子从核内发射出来放射性原子核在发生两种衰变后产生的新核往往处于高能级，当它向低能级跃迁时，辐射光子实质2质子+2中子氦核1中子1质子+1电子伴随、衰变而放出光子、衰变次数的确定衰变的特点：1次衰变原子核质量数少4，核电荷数少2。处理的方法：先利用质量数的变化确定衰变的次数，在确定衰变的次数。【例】（钍）经过一系列和衰变，变成（铅）。衰变次数：衰变次数：衰变的特点：1次衰变质量数不变，而核电荷数增加1。、射线在匀强磁场中的偏转衰变衰变由可知，新核与、粒子的动量相等而方向相反，带电量小的粒子轨迹半径大。即、粒子的半径大。提醒：1、 半衰期：表示原子衰变一半所用时间2、 半衰期由原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状态（如单质、化合物）无关3、 半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，个别原子核经多长时间衰变无法预测，对个别或极少数原子核，无半衰期而言。4、 衰变规律： 5、 放射性同位素的应用：（1）工业、探伤、农业、医疗等（2）作为示踪原子五、核力与核能1、核力：原子核内核子间存在的相互作用力2、特点：强相互作用、短程力，作用范围1.510-15m之内3、核能（1）质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和他的质量成正比。即含义：物体具有的能量与他的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大，物体的能量减小，质量也减小。（2）核子在结合成核子时出现质量亏损，吸收的能量也要相应减小。原子核分解成核子