1、 高中物理（试验本）五册复习 2001.9. 第二十章 光的反射与折射一、光的直线传播 光线1.光在同一种均匀介质中是沿直线传播的 前提条件是在同一种介质，而且是均匀介质。否则，可能发生偏折。如从空气进入水中（不是同一种介质）；“海市蜃楼”现象（介质不均匀）。 当障碍物或孔的尺寸和波长可以相比或者比波长小时，发生明显的衍射现象，光线可以偏离原来的传播方向。2.光速 光在真空中的转播速度为C=3.00108m/s 光在不同介质中的传播速度是不同的。根据爱因斯坦的相对论光速不可能超过C。 近年来（1999-2001年）科学家们在极低的压强（10-9Pa）和极低的温度（10-9K）下，得到一种物质的
2、凝聚态，光在其中的速度降低到17m/s，甚至停止运动。 也有报道称在实验中测得的光速达到1011m/s，引起物理学界的争论。3.用眼睛看实际物体和像SS / 用眼睛看物或像的本质是凸透镜成像原理：角膜、水样液、晶状体和玻璃体共同作用的结果相当于一只凸透镜。发散光束或平行光束经这只凸透镜作用后，在视网膜上会聚于一点，引起感光细胞的感觉，通过视神经传给大脑，产生视觉。 图中的S可以是点光源，即本身发光的物体。 图中的S也可以是实像点（是实际光线的交点）或虚像点（是发散光线的反向延长线的交点）。 入射光也可以是平行光。 以上各种情况下，入射光线经眼睛作用后都能会聚到视网膜上一点，所以都能被眼看到。二
3、、平面镜成像作图法 观察范围 照亮范围1.平面镜成的像是等大的虚像，像与物关于镜面为对称。2.根据平面镜成像的特点，在要求作出光路图时，可以先画出像，后补光路图。3.充分利用光路可逆的性质作图。（点光源通过平面镜反射照亮的范围和眼在某点通过平面镜看到的范围是相同的）ABM N A/B/看到AB完整像的范围SS /M NP Q人眼在S处通过平面镜可看到障碍物后地面的范围是PQ。人在镜前通过平面镜可看到AB完整像的范围。4.用动态分析找范围。一般利用边缘光线作图找范围。三、折射与全反射1.公式 (1为入射角和折射角中的较大者)2.各种色光性质比较：红光的n最小，最小，在同种介质中（除真空外）v最大
4、，最大，从同种介质射向真空时全反射的临界角C最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小（注意区分偏折角和折射角）。3.边作图边计算务求精确。 右图中=15, n=1.5，求作第一次射出光线。4.全反射的应用。右图中利用全反射作成光导纤维，计算时注意光速的变化、实际路程和光纤长度的区别。 四、棱镜1.入射光线经三棱镜两次折射后，向底边偏折（若棱镜的折射率小则相反）。作图时尽量利用对称性（把棱镜中的光线画成与底边平行）。2.注意白光斜射入三棱镜后的色散现象（红光偏折最小）。3.利用光路可逆。4.全反射棱镜可使光线偏转90o（右图1）或180o（右图2）注意两种用法中光线在哪个表面发生全反射。
5、5.玻璃砖的特性（横截面为矩形）射出光线和入射光线平行；各种色光在第一次入射后就发生色散；射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关；可利用玻璃砖测玻璃的折射率。第二十一章 透镜成像及其应用一、透镜的本质1.凸透镜又叫会聚透镜，其本质是使入射光线经透镜折射后向主轴偏折。由凸透镜射出的光束可能是会聚的，也可能是平行的或发散的。2.凹透镜又叫发散透镜，其本质是使入射光线经透镜折射后偏离主轴。由凹透镜射出的光束可能是发散的，也可能是平行的或会聚的。 右图、都是可能的，是不可能出现的（一条是凸透镜的特征，一条是透镜的特征）。 判断这类图形正确与否的依据有：各条光线反映的凸、凹性质是否一致；光心、
6、点光源和像点是否三点共线。F O F / F O F / F O F /S /SSS /S /S2.常用的三条特殊光线。（必须熟练掌握） 在作图题中，两个焦点的位置都应该用特殊光线直接作出，不要利用对称性画。二、透镜成像1.透镜成像作图法。（用三条特殊光线作图）实际光线交点为实像点；实际光线的反向延长线交点为虚像点。2.凸透镜成像规律。（运用动态分析的方法）F OF / 要把右图牢记在心里。从图中可以看出：物体由移到光心，像的变化规律；物体由移到光心，放大率的变化规律；p=3f、p=2f、p=1.5f、p=f、p=0.5f等特殊条件下的像距和放大率；物像间距离d的变化情况（成实像时p=2f时d
7、最小等于4f）3.透镜成像公式 放大率公式 和 经常结合使用。如照相机、幻灯机的调节，为了改变放大率m，由于焦距f不变，p、p/又都为正值，所以、必须同时改变，并且必须一个增大一个减少。（眼睛的调节，由于像距 不变，所以是通过调节焦距f实现的）。利用光路可逆，解决会聚光成像的问题。S / S 左图中设S为点光源，则S /为像点。a b 左图中点光源在a、b点都可在屏上得到同样大小的光斑。 光屏上光斑的讨论（注意光斑不是像）。SS1S2ABB1A1B2A2简单的光具组问题（不超过两个光具）。 将物体在第一个光具中成的像（无论实像、虚像）作为对于第二个光具的物。三、几个重要应用hh2h11.共轭法
8、测凸透镜焦距。焦距公式：，（），SSS2.眼睛看物、看实像、看虚像及其观察范围。用眼看实像有两种情况：在实像处放光屏，则在凸透镜同侧任何地方都能看到实像（看到的是漫反射光线）；若不放光屏，则在实像后面实际光线到达的区域内可看到实像。虚像不能成在光屏上，只能在实际发散光线到达的范围内观察虚像。第二十二章 光的波动性（含光的本性）一、光的波动性dSS /acb1.产生相干光源的方法（必须保证相同）。SS1S2利用激光；将一束光分为两束。2.干涉区域内产生亮、暗纹的充分必要条件。亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，既= n暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，既=相邻亮纹（暗纹）
9、间的距离，所以用白光作双缝干涉实验时，屏的中央是白色亮纹，两边是彩色条纹，离中央白色亮纹最近的是紫色亮纹。3.关于衍射。各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。发生明显衍射的条件是：障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。4.光的电磁说。 麦克斯韦根据电磁波与光在真空中的传播速度相同提出光在本质上是一种电磁波这就是光的电磁说，赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性。5.光的偏振。光的偏振也证明光是一种波，而且是横波。E、B和v两两互相垂直。光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起的，因此将E的振动称为光振动。6.红外线、紫外线、X射线的性质及应用。种 类产 生主要性质应用举例红外线
10、一切物体都能发出热效应遥感、遥控、加热紫外线一切高温物体能发出化学效应荧光、杀菌、合成VD2X射线阴极射线射到固体表面穿透能力强人体透视、金属探伤 物体辐射出的电磁波中辐射最强的波长m和物体温度T之间满足关系：m T = b（常数）。7.电磁波谱。 波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线。除可见光外，相邻波段都有重叠。 各种电磁波的产生机理（要背）。8.激光。 激光的重要特性：是相干光（单一频率）、平行度好、亮度高。二、光的粒子性在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。（用弧光灯照射锌版，有电子从锌版表面飞出）规律：各种金属都有极限频率0，只有0才能发生光电效
11、应；瞬时性（10-9s）。光子说：光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量E跟光的频率成正比：E=h爱因斯坦光电效应方程：Ek=h-W（Ek是光电子的最大初动能；W是逸出功，既从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功。)三、光的波粒二象性干涉、衍射和偏振表明光是一种波；光电效应和康普顿效应表明光是一种粒子；因此现代物理学认为：光具有波粒二象性。个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。高的光子容易表现出粒子性；低的光子容易表现出波动性。由E=h，p =看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征
12、的物理量频率和波长。由以上两式和波速公式c=还可以得出：E = p c四、物质波（德布罗意波） 由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去，得出物质波（德布罗意波）的概念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，波长=。例：试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。解：估计一个中学生的质量m50kg ，百米跑时速度v7m/s ，则 m （由于波长太小，所以很难表现出波动性。）第二十四章 原子核（含玻尔模型）一、三种原子模型1.汤姆生模型（枣糕模型）。 汤姆生发现了电子，使人们认识到原子有复杂结构。2.卢瑟福的核式结构模型（行星式模型）。氢原子的能级图n E/eV 01 -1
13、3.62 -3.43 -1.514 -0.85E1E2E3 卢瑟福由粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。3.玻尔模型（适用于氢原子）。玻尔的三条假设（量子化）：轨道量子化： r1=0.5310-10m能量量子化： E1=-13.6eV原子在两个能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量h=Em-En（所谓量子化就是不连续性，整数n叫量子数。）从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也可能是由于碰撞。原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子；而从某一能级到被电离可以吸收能量
14、大于或等于电离能的任何频率的光子。（如在基态，可以吸收E 13.6eV的任何光子，所吸收的能量除用于电离外，都转化为电子的动能）。右上图中三个光子的能量关系为 E1 = E2 + E3；频率关系为1=2+3；而波长关系为。二、天然放射现象 1.天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构。2.放射线的性质种 类本 质质 量（u）电 荷（e）速 度（c）电 离 性贯 穿 性射线氦核4+20.1最强最弱，纸能挡住射线电子1/1840-10.99较强较强，穿几mm铝板射线光子001最弱最强，穿几cm铅版 O 三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较： 如、图所示，在匀强磁场
15、和匀强电场中都是比的偏转大，不偏转；区别是在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线。图中肯定打在O点；如果也打在O点，则必打在O点下方；如果也打在O点，则必打在O点下方。三、核反应类型衰变：衰变：（核内） 衰变：（核内） +衰变：（核内） *衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。人工转变：（发现质子的核反应） （发现中子的核反应） （人工制造放射性同位素）裂变： 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。聚变：（需要几百万度高温，所以又叫热核反应） 所有核反应的反应前后都遵守：质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不守恒。）四、核能核反应中
16、放出的能叫核能。爱因斯坦质能方程：E = mc2 (E=mc2) 以上各物理量必须用国际单位。在非国际单位里，可以用1u=931.5MeV。（根据已知和题解要求确定所使用的单位制）凡是放能的核反应都有质量亏损。核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损是不同的，所以各种原子核中核子的平均质量不同。核子平均质量小的，每个核子平均放的能多。铁原子核中核子的平均质量最小，所以铁原子核最稳定。核电站（目前的核电站都是利用裂变反应）其主要组成部分有：核燃料用铀棒（含3%-4%的浓缩铀）。减速剂用石墨、重水或普通水（只吸收慢中子）。控制棒用镉做成（镉吸收中子的能力很强）。冷却剂用水或液态钠（把反应堆内的热量传递出去）。五、放射性同位素1.半衰期 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期。（对大量原子核的统计规律）计算式为：N表示核的个数 ，此式也可以演变成 或， 式中m表示放射性物质的质量，n 表示单位时间内放出的射线粒子数。以上各式左边的量都表示时间t后的剩余量。2.放射性同位素的应用利用其射线：射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电；射线贯穿性强，用于金属探伤；各种射线均可用于生物工程，基因工程。作为示踪原子。进行考古研究。 一般都使用人工制造的放射性同位素。（种类齐全，半衰期短，强度容易控制）9