高中物理光学复习要点

一、重要概念和规律

(一)、几何光学基本概念和规律

1、基本规律

光源：发光的物体.分两大类：点光源和扩展光源.点光源是一种理想模型，扩展光源可看成无数点光源的集合.光线

——表示光传播方向的几何线.光束通过一定面积的一束光线.它是通过一定截面光线的集合.光速——光传播的速度。光在真空中速度最大。恒为C=3×108

m/s。丹麦天文学家罗默第一次利用天体间的大距离测出了光速。法国人裴索第一次在地面上用旋转齿轮法测出了光这。

实像

——光源发出的光线经光学器件后，由实际光线形成的.虚像——光源发出的光线经光学器件后，由发实际光线的延长线形成的。

本影——光直线传播时，物体后完全照射不到光的暗区.半影

——光直线传播时，物体后有部分光可以照射到的半明半暗区域.2.基本规律

(1)光的直线传播规律：先在同一种均匀介质中沿直线传播。小孔成像、影的形成、日食、月食等都是光沿直线传播的例证。

(2)光的独立传播规律：光在传播时虽屡屡相交，但互不扰乱，保持各自的规律继续传播。

(3)光的反射定律：

反射线、入射线、法线共面;反射线与入射线分布于法线两侧;反射角等于入射角。

(4)光的折射定律：

折射线、入射线、法线共面，折射线和入射线分居法线两侧;对确定的两种介质，入射角(i)的正弦和折射角(r)的正弦之比是一个常数.介质的折射率

n=sini/sinr=c/v。全反射条件①光从光密介质射向光疏介质;②入射角大于临界角A，sinA=1/n。

(5)光路可逆原理：

光线逆着反射线或折射线方向入射，将沿着原来的入射线方向反射或折射.3.常用光学器件及其光学特性

(1)平面镜：

点光源发出的同心发散光束，经平面镜反射后，得到的也是同心发散光束.能在镜后形成等大的、正立的虚出，像与物对镜面对称。

(2)球面镜：

凹面镜：有会聚光的作用，凸面镜：

有发散光的作用.(3)棱镜：

光密介质的棱镜放在光疏介质的环境中，入射到棱镜侧面的光经棱镜后向底面偏折。隔着棱镜看到物体的像向顶角偏移。

棱镜的色散作用：

复色光通过三棱镜被分解成单色光的现象。

(4)透镜：

在光疏介质的环境中放置有光密介质的透镜时，凸透镜：

对光线有会聚作用，凹透镜：

对光线有发散作用.透镜成像作图：

利用三条特殊光线。成像规律1/u+1/v=1/f。线放大率m=像长/物长=|v|/u。说明①成像公式的符号法则——凸透镜焦距f取正，凹透镜焦距f取负;实像像距v取正，虚像像距v取负。②线放大率与焦距和物距有关.(5)平行透明板：

光线经平行透明板时发生平行移动(侧移).侧移的大小与入射角、透明板厚度、折射率有关。

4.简单光学仪器的成像原理和眼睛

(1)放大镜：

是凸透镜成像在。u

(2)照相机：

是凸透镜成像在u>2f时的应用.得到的是倒立缩小施实像。

(3)幻灯机：

是凸透镜成像在f

(4)显微镜：

由短焦距的凸透镜作物镜，长焦距的透镜作目镜所组成。物体位于物镜焦点外很_近焦点处，经物镜成实像于目镜焦点内很_近焦点处。再经物镜在同侧形成一放大虚像(通常位于明视距离处)。

（5)望远镜：

由长焦距的凸透镜作物镜，短焦距的透镜作目镜所组成。极远处至物镜的光可看成平行光，经物镜成中间像(倒立、缩小、实像)于物镜焦点外很_近焦点处，恰位于目镜焦点内，再经目镜成虚像于极远处(或明视距离处)。

(6)眼睛：

等效于一变焦距照相机，正常人明视距约25厘米。明视距离小子25厘米的近视眼患者需配戴凹透镜做镜片的眼镜;明视距离大于25厘米的远视25者需配戴凸透镜做镜片的眼镜。

(二)物理光学——人类对光本性的认识发展过程

(1)微粒说(牛顿)基本观点：

认为光像一群弹性小球的微粒。

实验基础

光的直线传播、光的反射现象。

困难问题

无法解释两种媒质界面同时发生的反射、折射现象以及光的独立传播规律等。

(2)波动说(惠更斯)基本观点：

认为光是某种振动激起的波(机械波)。

实验基础：

光的干涉和衍射现象。

①光的干涉现象——杨氏双缝干涉实验

条件：

两束光频率相同、相差恒定。

装置

(略)。

现象：

出现中央明条，两边等距分布的明暗相间条纹。

解释：

屏上某处到双孔(双缝)的路程差是波长的整数倍(半个波长的偶数倍)时，两波同相叠加，振动加强，产生明条;两波反相叠加，振动相消，产生暗条。

应用：

检查平面、测量厚度、增强光学镜头透射光强度(增透膜).②光的衍射现象——单缝衍射(或圆孔衍射)

条件：

缝宽(或孔径)可与波长相比拟。

装置

：(略)。

现象：

出现中央最亮最宽的明条，两边不等距发表的明暗条纹(或明暗乡间的圆环)。

困难问题：

难以解释光的直进、寻找不到传播介质。

(3)电磁说(麦克斯韦)：

基本观点：

认为光是一种电磁波。

实验基础：

赫兹实验(证明电磁波具有跟光同样的性质和波速)。

各种电磁波的产生机理：

无线电波

自由电子的运动;

红外线、可见光、紫外线

原子外层电子受激发;

x射线

原子内层电子受激发;

γ射线

原子核受激发。

可见光的光谱：

发射光谱——连续光谱、明线光谱

;

吸收光谱(特征光谱)。

困难问题：

无法解释光电效应现象。

(4)光子说(爱因斯坦)：

基本观点：

认为光由一份一份不连续的光子组成每份光子的能量E=hν。

实验基础：

光电效应现象。

装置：

(略)。

现象：

①入射光照到光电子发射几乎是瞬时的;②入射光频率必须大于光阴极金属的极限频率ν。;

③当ν>v0时，光电流强度与入射光强度成正比;④光电子的最大初动能与入射光强无关，只随着人射光灯中的增大而增大。

解释

①光子能量可以被电子全部吸收.不需能量积累过程;②表面电子克服金属原子核引力逸出至少需做功(逸出功)hν。;③入射光强。单位时间内入射光子多，产生光电子多;④入射光子能量只与其频率有关，入射至金属表，除用于逸出功外。其余转化为光电子初动能。

困难问题:

无法解释光的波动性。

(5)光的波粒二象性:

基本观点:

认为光是一种具有电磁本性的物质，既有波动性。又有粒子性。大量光子的运动规律显示波动性，个别光子的行为显示粒子性。

实验基础

:微弱光线的干涉，X射线衍射.二、重要研究方法

1.作图:几何光学离不开光路图

。利用作图法可以直观地反映光线的传播，方便地确定像的位置、大小、倒正、虚实以及成像区域或观察范围等.把它与公式法结合起来，可以互相补充、互相验证。

2.光路追踪法:

用作图法研究光的传播和成像问题时，抓住物点上发出的某条光线为研究对象。不断追踪下去的方法.尤其适合于研究组合光具成多重保的情况。

3.光路可逆法:

在几何光学中，一所有的光路都是可逆的，利用光路可逆原理在作图和计算上往在都会带来方便

原子物理包括两大部分内容;原子结构和原子核结构。前者研究原子核外电子的分布及跃迁规律，后者研究核的组成及其变化规律。

一、重要概念和规律

.原子核式结构学说(1909年。卢瑟福)

实验基础：

α粒子散射实验——用放射源发出的α粒子穿过金箔，发现绝大多数α粒子按原方向前进，少数α粒子发生较大的偏转。极少数产生大角度偏转，个别被弹回.基本内容：

在原子中心有一个带正电的核(半径约10-15

～10-14

m)，集中了几乎全部原子质量、带负电的电子在核外绕核旋转(原子半径约10-10

m)。

困难问题:

按经典理论，电子绕核旋转将辐射电磁波，能量会逐渐减小，电子运行的轨道半径不断变小，大量原子发出的光谱应该是连续光谱。

2.玻尔理论(1913年。玻尔)

实验基础

氢光谱规律的研究。

基本内容(三点假设)

(1)原子只能处于一系列不连续的、稳定的能量状态(定态)，其总能量En(包括动能和电势能)与基态总能量量的关系为En=E1

/n1

(n=1、2、3……)(2)原子在两个定态之间跃迁时，将辐射(或吸收)一定频率时光子;光子的能量为hν

=

E初

-E终

。(3)电子绕核运行的可能轨道是不连续的。各可能轨道的半径rn=n2

r1

基态轨道半径r1。(n=1、2、3……)。

困难问题

无法解释复杂原子的光谱.3.放射现象(1896年.贝克勒尔)

三种射线

(1)α射线

氦原子核流。v≈c/10。贯穿本领很小。电离作用很强。

(2)β射线

高速电子流。v≈c。贯穿本领强，电离作用弱。

(3)γ射线

波长很短的电磁波。v=c。贯穿本领很强，电离作用很弱。

衰变规律

遵循电量、质量(和能量)守恒。

α衰变、β衰变、γ衰变(γ衰变是伴随着α衰变或β衰变同时发生的)。

半衰期:

放射性元素的原子读有半数发生衰变所需要的时间。由核内部本身因素决定.跟原子所处的物理状态或化学状态无关.4.原子核的组成实验基础

(1)质子发现(1919年，卢瑟福)

(2)中子发现(1932年，查德威克)

基本内容

原子核由质子和中子(统称核子)组成.原子核的质量数等于质子数与中子数之和.原子核的电荷数等于质子数。各核子间依_强大的核力来集在核内。

5.放射性同位素

质子数相同、中子数不同，具有放射性的原子。

实验基础：用α粒子盖击铝核首先实现用人工方法得到放出性同位素磷(1934年，约里奥·居里夫妇)。

基本应用

(1)利用射线的贯穿本领、电离作用或对生物组织的物理、化学效应。

(2)做为示踪原子。

6.核能

质量亏损:

组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差.质能方程:E=mc2

核反应能:△E=△mc2

二、重要研究方法

1.实践、理论、实践

从实践(实验)出发，提出理论，再经过实践的检验或进行新的实践一进一步发展理论。例如，通过对气体放电现象、阴极射线的研究.汤姆生发现电子(1897年)，提出原子结构的汤姆生模型。由于卢瑟福的粒子的散射实验，进一步发展成卢瑟福模型。通过对氢原子明线光谱的研究，又提出了玻尔理论等。在原子物理中，非常鲜明地贯穿着辩证唯物主义认识论的这一基本思想方法。复习中也应以此为线索，把握全章的知识结构。

2.守恒规律的应用

质量守恒、电荷守恒、能量守恒、动量守恒等自然界中的基本规律在原子物理中