高中物理光電效應(yīng)知識點(diǎn)及高中物理光學(xué)知識點(diǎn)總結(jié)

一、光電效應(yīng)和氫原子光譜知識點(diǎn)一：光電效應(yīng)現(xiàn)象1.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)任何一種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于這個極限頻率則不能發(fā)生光電效應(yīng)．(2)光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，其隨入射光頻率的增大而增大．(3)大于極限頻率的光照射金屬時，光電流強(qiáng)度(反映單位時間內(nèi)發(fā)射出的光電子數(shù)的多少)與入射光強(qiáng)度成正比．(4)金屬受到光照，光電子的發(fā)射一般不超過10－9_s.2．光子說愛因斯坦提出：空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份稱為一個光子，光子具有的能量與光的頻率成正比，即：ε＝hν，其中h＝6.63×10－34J·s.3．光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.(2)物理意義：金屬中的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動能Ek＝eq\f(1,2)mv2.知識點(diǎn)二：α粒子散射實(shí)驗(yàn)與核式結(jié)構(gòu)模型1.盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置(如圖13－2－1所示)2．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子甚至被撞了回來．如圖13－2－2所示．α粒子散射實(shí)驗(yàn)的分析圖3．原子的核式結(jié)構(gòu)模型在原子中心有一個很小的核，原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)．知識點(diǎn)三：氫原子光譜和玻爾理論1.光譜(1)光譜：用光柵或棱鏡可以把光按波長展開，獲得光的波長(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜．(2)光譜分類有些光譜是一條條的亮線，這樣的光譜叫做線狀譜．有的光譜是連在一起的光帶，這樣的光譜叫做連續(xù)譜．(3)氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律．巴耳末線系是氫原子光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長公式eq\f(1,λ)＝R(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝1.10×107m－1，n為量子數(shù)．2．玻爾理論(1)定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動，但并不向外輻射能量．(2)躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即hν＝Em－En.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)(3)軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運(yùn)動相對應(yīng)．原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的．點(diǎn)撥：易錯提醒(1)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線數(shù)為N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(n(n－1),2)，一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線數(shù)最多為(n－1)．(2)由能級圖可知，由于電子的軌道半徑不同，氫原子的能級不連續(xù)，這種現(xiàn)象叫能量量子化．考點(diǎn)一：對光電效應(yīng)的理解1.光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)光子照射到金屬表面，某個電子吸收光子的能量使其動能變大，當(dāng)電子的動能增大到足以克服原子核的引力時，便飛出金屬表面成為光電子．2．極限頻率的實(shí)質(zhì)光子的能量和頻率有關(guān)，而金屬中電子克服原子核引力需要的能量是一定的，光子的能量必須大于金屬的逸出功才能發(fā)生光電效應(yīng)．這個能量的最小值等于這種金屬對應(yīng)的逸出功，所以每種金屬都有一定的極限頻率．3．對光電效應(yīng)瞬時性的理解光照射到金屬上時，電子吸收光子的能量不需要積累，吸收的能量立即轉(zhuǎn)化為電子的能量，因此電子對光子的吸收十分迅速．4.圖13－2－4光電效應(yīng)方程電子吸收光子能量后從金屬表面逸出，其中只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動能，根據(jù)能量守恒定律，Ek＝hν－W0.如圖13－2－4所示．5．用光電管研究光電效應(yīng)(1)常見電路(如圖13－2－5所示)圖13－2－5(2)兩條線索①通過頻率分析：光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動能大．②通過光的強(qiáng)度分析：入射光強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→產(chǎn)生的光電子多→光電流大．(3)常見概念辨析eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(照射光\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(強(qiáng)度——決定著每秒鐘光源發(fā)射的光子數(shù),頻率——決定著每個光子的能量ε＝hν)),光電子\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(每秒鐘逸出的光電子數(shù)——決定著光電,流的強(qiáng)度,光電子逸出后的最大初動能(\f(1,2)mv\o\al(2,m))))))規(guī)律總結(jié)：(1)光電子也是電子，光子的本質(zhì)是光，注意兩者的區(qū)別．(2)在發(fā)生光電效應(yīng)的過程中，并非所有光電子都具有最大初動能，只有從金屬表面直接發(fā)出的光電子初動能才最大．考點(diǎn)二：氫原子能級和能級躍遷1.氫原子的能級圖能級圖如圖13－2－6所示．圖13－2－62．能級圖中相關(guān)量意義的說明相關(guān)量意義能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)橫線左端的數(shù)字“1,2,3…”表示量子數(shù)橫線右端的數(shù)字“－13.6，－3.4…”表示氫原子的能量相鄰橫線間的距離表示相鄰的能量差，量子數(shù)越大相鄰的能量差越小，距離越小帶箭頭的豎線表示原子由較高能級向較低能級躍遷，原子躍遷的條件為hν＝Em－En3.關(guān)于光譜線條數(shù)的兩點(diǎn)說明(1)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)為N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(n(n－1),2).(2)一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n－1)．二、核反應(yīng)和核能知識點(diǎn)一：天然放射現(xiàn)象和衰變1.天然放射現(xiàn)象(1)天然放射現(xiàn)象．元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝可勒爾發(fā)現(xiàn)．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)．(2)放射性和放射性元素．物質(zhì)發(fā)射某種看不見的射線的性質(zhì)叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素．(3)三種射線：放射性元素放射出的射線共有三種，分別是α射線、β射線、γ射線．(4)放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)．①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類，放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同．②應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、作示蹤原子等．③防護(hù)：防止放射性對人體組織的傷害．2．原子核的衰變(1)原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變．(2)分類α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e(3)半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間．半衰期由原子核內(nèi)部的因素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)．點(diǎn)撥：易錯提醒eq\a\vs4\al((1)半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對個別或少數(shù)原子核，無半衰期可言.,(2)原子核衰變時質(zhì)量數(shù)守恒，核反應(yīng)過程前、后質(zhì)量發(fā)生變化(質(zhì)量虧損)而釋放出核能.)知識點(diǎn)二：核反應(yīng)和核能1.核反應(yīng)在核物理學(xué)中，原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程．在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒．2．核力核子間的作用力．核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)，只在相鄰的核子間發(fā)生作用．3．核能核子結(jié)合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱核能．4．質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2，原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm，這就是質(zhì)量虧損．由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE＝Δmc2.【考點(diǎn)解析：重點(diǎn)突破】考點(diǎn)一：衰變和半衰期1.原子核衰變規(guī)律衰變類型α衰變β衰變衰變方程eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)HeAZX→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e衰變實(shí)質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體拋射出中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒2.對半衰期的理解(1)根據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式N余＝N原(eq\f(1,2))t/τ，m余＝m原(eq\f(1,2))t/τ式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子核數(shù)和質(zhì)量，N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子核數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，τ表示半衰期．(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān)．考點(diǎn)二：核反應(yīng)方程的書寫類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變α衰變自發(fā)eq\o\al(238,)92U→eq\o\al(234,)90Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變自發(fā)eq\o\al(234,)90Th→eq\o\al(234,)91Pa＋0－1e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂芿q\o\al(14,)7N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,)8O＋eq\o\al(1,1)H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,)6C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)neq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋0＋1e約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時發(fā)現(xiàn)正電子重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,)56Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,)54Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n輕核聚變目前無法控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n規(guī)律總結(jié)(1)核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號連接．(2)核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程．(3)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；遵循電荷數(shù)守恒．考點(diǎn)三：核能的產(chǎn)生和計(jì)算1.獲得核能的途徑(1)重核裂變：重核俘獲一個中子后分裂成為兩個中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程．重核裂變的同時放出幾個中子，并釋放出大量核能．為了使鈾235裂變時發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積應(yīng)大于它的臨界體積．(2)輕核聚變：某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程，同時釋放出大量的核能，要想使氘核和氚核合成氦核，必須達(dá)到幾百萬度以上的高溫，因此聚變反應(yīng)又叫熱核反應(yīng)．2．核能的計(jì)算方法(1)應(yīng)用ΔE＝Δmc2：先計(jì)算質(zhì)量虧損Δm，注意Δm的單位1u＝1.66×10－27kg,1u相當(dāng)于931.5MeV的能量，u是原子質(zhì)量單位．(2)核反應(yīng)遵守動量守恒和能量守恒定律，因此我們可以結(jié)合動量守恒和能量守恒定律來計(jì)算核能．規(guī)律總結(jié)根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算核能時，若Δm以千克為單位，“c”代入3×108_m/s，ΔE的單位為“J”；若Δm以“u”為單位，則由1uc2＝931.5_MeV得ΔE＝Δm×931.5_MeV.光學(xué)知識點(diǎn)光的直線傳播．光的反射一、光源1．定義：能夠自行發(fā)光的物體．2．特點(diǎn)：光源具有能量且能將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為光能，光在介質(zhì)中傳播就是能量的傳播．二、光的直線傳播1．光在同一種均勻透明的介質(zhì)中沿直線傳播，各種頻率的光在真空中傳播速度：C＝3×108m/s；各種頻率的光在介質(zhì)中的傳播速度均小于在真空中的傳播速度，即v<C。說明：①直線傳播的前提條件是在同一種介質(zhì)，而且是均勻介質(zhì)。否則，可能發(fā)生偏折。如從空氣進(jìn)入水中（不是同一種介質(zhì)）；“海市蜃樓”現(xiàn)象（介質(zhì)不均勻）。②同一種頻率的光在不同介質(zhì)中的傳播速度是不同的。不同頻率的光在同一種介質(zhì)中傳播速度一般也不同。在同一種介質(zhì)中，頻率越低的光其傳播速度越大。根據(jù)愛因斯坦的相對論光速不可能超過C。③當(dāng)障礙物或孔的尺寸和波長可以相比或者比波長小時，發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，光線可以偏離原來的傳播方向。④近年來（1999-2001年）科學(xué)家們在極低的壓強(qiáng)（10-9Pa）和極低的溫度（10-9K）下，得到一種物質(zhì)的凝聚態(tài)，光在其中的速度降低到17m/s，甚至停止運(yùn)動。2．本影和半影（l）影：影是自光源發(fā)出并與投影物體表面相切的光線在背光面的后方圍成的區(qū)域．（2）本影：發(fā)光面較小的光源在投影物體后形成的光線完全不能到達(dá)的區(qū)域．（3）半影：發(fā)光面較大的光源在投影物體后形成的只有部分光線照射的區(qū)域．（4）日食和月食：人位于月球的本影內(nèi)能看到日全食，位于月球的半影內(nèi)能看到日偏食，位于月球本影的延伸區(qū)域（即“偽本影”）能看到日環(huán)食．當(dāng)?shù)厍虻谋居安糠只蛉繉⒃虑蚍垂饷嬲谧。惴謩e能看到月偏食和月全食．具體來說：若圖中的P是月球，則地球上的某區(qū)域處在區(qū)域A內(nèi)將看到日全食；處在區(qū)域B或C內(nèi)將看到日偏食；處在區(qū)域D內(nèi)將看到日環(huán)食。若圖中的P是地球，則月球處在區(qū)域A內(nèi)將看到月全食；處在區(qū)域B或C內(nèi)將看到月偏食；由于日、月、地的大小及相對位置關(guān)系決定看月球不可能運(yùn)動到區(qū)域D內(nèi)，所以不存在月環(huán)食的自然光現(xiàn)象。3.用眼睛看實(shí)際物體和像SSSS/①圖中的S可以是點(diǎn)光源，即本身發(fā)光的物體。②圖中的S也可以是實(shí)像點(diǎn)（是實(shí)際光線的交點(diǎn)）或虛像點(diǎn)（是發(fā)散光線的反向延長線的交點(diǎn)）。③入射光也可以是平行光。以上各種情況下，入射光線經(jīng)眼睛作用后都能會聚到視網(wǎng)膜上一點(diǎn)，所以都能被眼看到。三、光的反射1.反射現(xiàn)象：光從一種介質(zhì)射到另一種介質(zhì)的界面上再返回原介質(zhì)的現(xiàn)象．2．反射定律：反射光線跟入射光線和法線在同一平面內(nèi)，且反射光線和人射光線分居法線兩側(cè)，反射角等于入射角．3．分類：光滑平面上的反射現(xiàn)象叫做鏡面反射。發(fā)生在粗糙平面上的反射現(xiàn)象叫做漫反射。鏡面反射和漫反射都遵循反射定律．4．光路可逆原理：所有幾何光學(xué)中的光現(xiàn)象，光路都是可逆的．四．平面鏡的作用和成像特點(diǎn)（1）作用：只改變光束的傳播方向，不改變光束的聚散性質(zhì)．（2）成像特點(diǎn)：等大正立的虛像，物和像關(guān)于鏡面對稱．（3）像與物方位關(guān)系:上下不顛倒,左右要交換散光的折射、全反射一、光的折射1．折射現(xiàn)象：光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象．2．折射定律：折射光線、入射光線跟法線在同一平面內(nèi)，折射光線、入射光線分居法線兩側(cè)，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．3．在折射現(xiàn)象中光路是可逆的．二、折射率1．定義：光從真空射入某種介質(zhì),入射角的正弦跟折射角的正弦之比,叫做介質(zhì)的折射率．注意：指光從真空射入介質(zhì)．2．公式：n=sini/sinγ，折射率總大于1．即n＞1．3.各種色光性質(zhì)比較：紅光的n最小，ν最小，在同種介質(zhì)中（除真空外）v最大，λ最大，從同種介質(zhì)射向真空時全反射的臨界角C最大，以相同入射角在介質(zhì)間發(fā)生折射時的偏折角最?。ㄗ⒁鈪^(qū)分偏折角和折射角）。4．兩種介質(zhì)相比較，折射率較大的叫光密介質(zhì)，折射率較小的叫光疏介質(zhì)．三、全反射1．全反射現(xiàn)象：光照射到兩種介質(zhì)界面上時，光線全部被反射回原介質(zhì)的現(xiàn)象．2．全反射條件：光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于或等于臨界角．3．臨界角公式：光線從某種介質(zhì)射向真空（或空氣）時的臨界角為C，則sinC=1/n=v/c四、棱鏡與光的色散1.棱鏡對光的偏折作用一般所說的棱鏡都是用光密介質(zhì)制作的。入射光線經(jīng)三棱鏡兩次折射后，射出方向與入射方向相比，向底邊偏折。(若棱鏡的折射率比棱鏡外介質(zhì)小則結(jié)論相反。)作圖時盡量利用對稱性(把棱鏡中的光線畫成與底邊平行)。由于各種色光的折射率不同，因此一束白光經(jīng)三棱鏡折射后發(fā)生色散現(xiàn)象，在光屏上形成七色光帶（稱光譜）（紅光偏折最小，紫光偏折最大。）在同一介質(zhì)中，七色光與下面幾個物理量的對應(yīng)關(guān)系如表所示。光學(xué)中的一個現(xiàn)象一串結(jié)論色散現(xiàn)象nvλ(波動性)衍射C臨干涉間距γ(粒子性)E光子光電效應(yīng)紅黃紫小大大小大(明顯)小(不明顯)容易難小大大小小(不明顯)大(明顯)小大難易結(jié)論：(1)折射率n、；(2)全反射的臨界角C；(3)同一介質(zhì)中的傳播速率v；(4)在平行玻璃塊的側(cè)移△x(5)光的頻率γ,頻率大,粒子性明顯.；(6)光子的能量E=hγ則光子的能量越大。越容易產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象(7)在真空中光的波長λ,波長大波動性顯著；(8)在相同的情況下，雙縫干涉條紋間距x越來越窄(9)在相同的情況下，衍射現(xiàn)象越來越不明顯2.全反射棱鏡橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。選擇適當(dāng)?shù)娜肷潼c(diǎn)，可以使入射光線經(jīng)過全反射棱鏡的作用在射出后偏轉(zhuǎn)90o（右圖1）或180o（右圖2）。要特別注意兩種用法中光線在哪個表面發(fā)生全反射。3.玻璃磚所謂玻璃磚一般指橫截面為矩形的棱柱。當(dāng)光線從上表面入射，從下表面射出時，其特點(diǎn)是：⑴射出光線和入射光線平行；⑵各種色光在第一次入射后就發(fā)生色散；⑶射出光線的側(cè)移和折射率、入射角、玻璃磚的厚度有關(guān)；⑷可利用玻璃磚測定玻璃的折射率。4.光導(dǎo)纖維全反射的一個重要應(yīng)用就是用于光導(dǎo)纖維（簡稱光纖）。光纖有內(nèi)、外兩層材料，其中內(nèi)層是光密介質(zhì)，外層是光疏介質(zhì)。光在光纖中傳播時，每次射到內(nèi)、外兩層材料的界面，都要求入射角大于臨界角，從而發(fā)生全反射。這樣使從一個端面入射的光，經(jīng)過多次全反射能夠沒有損失地全部從另一個端面射出。五、各光學(xué)元件對光路的控制特征(1)光束經(jīng)平面鏡反射后，其會聚（或發(fā)散）的程度將不發(fā)生改變。這正是反射定律中“反射角等于入射角”及平面鏡的反射面是“平面”所共同決定的。(2)光束射向三棱鏡，經(jīng)前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是：向著底邊偏折，若光束由復(fù)色光組成，由于不同色光偏折的程度不同，將發(fā)生所謂的色散現(xiàn)象。(3)光束射向前、后表面平行的透明玻璃磚，經(jīng)前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是；傳播方向不變，只產(chǎn)生一個側(cè)移。(4)光束射向透鏡，經(jīng)前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是：凸透鏡使光束會聚，凹透鏡使光束發(fā)散。六、各光學(xué)鏡的成像特征物點(diǎn)發(fā)出的發(fā)散光束照射到鏡面上并經(jīng)反射或折射后，如會聚于一點(diǎn)，則該點(diǎn)即為物點(diǎn)經(jīng)鏡面所成的實(shí)像點(diǎn)；如發(fā)散，則其反向延長后的會聚點(diǎn)即為物點(diǎn)經(jīng)鏡面所成的虛像點(diǎn)。因此，判斷某光學(xué)鏡是否能成實(shí)（虛）像，關(guān)鍵看發(fā)散光束經(jīng)該光學(xué)鏡的反射或折射后是否能變?yōu)闀酃馐赡苋詾榘l(fā)散光束）。（1）平面鏡的反射不能改變物點(diǎn)發(fā)出的發(fā)散光束的發(fā)散程度，所以只能在異側(cè)成等等大的、正立的虛像。（2）凹透鏡的折射只能使物點(diǎn)發(fā)出的發(fā)散光束的發(fā)散程度提高，所以只能在同側(cè)成縮小的、正立的虛像。（3）凸透鏡折射既能使物點(diǎn)發(fā)出的發(fā)散光束仍然發(fā)散,又能使物點(diǎn)發(fā)出發(fā)散光束變?yōu)榫酃馐?所以它既能成虛像,又能成實(shí)像。七、幾何光學(xué)中的光路問題幾何光學(xué)是借用“幾何”知識來研究光的傳播問題的，而光的傳播路線又是由光的基本傳播規(guī)律來確定。所以，對于幾何光學(xué)問題，只要能夠畫出光路圖，剩下的就只是“幾何問題”了。而幾何光學(xué)中的光路通常有如下兩類：（1）“成像光路”——一般來說畫光路應(yīng)依據(jù)光的傳播規(guī)律，但對成像光路來說，特別是對薄透鏡的成像光路來說，則是依據(jù)三條特殊光線來完成的。這三條特殊光線通常是指：平行于主軸的光線經(jīng)透鏡后必過焦點(diǎn)；過焦點(diǎn)的光線經(jīng)透鏡后必平行于主軸；過光心的光線經(jīng)透鏡后傳播方向不變。（2）“視場光路”——即用光路來確定觀察范圍。這類光路一般要求畫出所謂的“邊緣光線”，而一般的“邊緣光線”往往又要借助于物點(diǎn)與像點(diǎn)的一一對應(yīng)關(guān)系來幫助確定。光的波動性(光的本性)一、光的干涉一、光的干涉現(xiàn)象兩列波在相遇的疊加區(qū)域，某些區(qū)域使得“振動”加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋；某些區(qū)域使得振動減弱，出現(xiàn)暗條紋。振動加強(qiáng)和振動減弱的區(qū)域相互間隔，出現(xiàn)明暗相間條紋的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象叫光的干涉現(xiàn)象。二、產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件：兩列波頻率相同，振動步調(diào)一致(振動方向相同)，相差恒定。兩個振動情況總是相同的波源，即相干波源1.產(chǎn)生相干光源的方法（必須保證相同）。⑴利用激光(因?yàn)榧す獍l(fā)出的是單色性極好的光)；⑵分光法(一分為二)：將一束光分為兩束頻率和振動情況完全相同的光。(這樣兩束光都來源于同一個光源,頻率必然相等)dSdSS/acb利用折射得到相干光源：SSSS1S22．雙縫干涉的定量分析如圖所示，縫屏間距L遠(yuǎn)大于雙縫間距d，O點(diǎn)與雙縫S1和S2等間距，則當(dāng)雙縫中發(fā)出光同時射到O點(diǎn)附近的P點(diǎn)時，兩束光波的路程差為δ=r2－r1；由幾何關(guān)系得：r12=L2+(x－)2，r22=L2+(x+)2.考慮到L》d和L》x，可得δ=.若光波長為λ，⑴亮紋：則當(dāng)δ=±kλ(k=0,1,2,…)屏上某點(diǎn)到雙縫的光程差等于波長的整數(shù)倍時，兩束光疊加干涉加強(qiáng)；⑵暗紋：當(dāng)δ=±(2k－1)(k=0,1,2,…)屏上某點(diǎn)到雙縫的光程差等于半波長的奇數(shù)倍時，兩束光疊加干涉減弱，據(jù)此不難推算出：(1)明紋坐標(biāo)x=±kλ(k=0，1，2，…）(2)暗紋坐標(biāo)x=±(2k－1)·(k=1，2，…）測量光波長的方法(3)條紋間距[相鄰亮紋(暗紋)間的距離]△x=λ.(縫屏間距L，雙縫間距d)用此公式可以測定單色光的波長。則出n條亮條紋(暗)條紋的距離a,相鄰兩條亮條紋間距用白光作雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時,由于白光內(nèi)各種色光的波長不同,干涉條紋間距不同,所以屏的中央是白色亮紋,兩邊出現(xiàn)彩色條紋?！ぁそY(jié)論：··=1\*GB3①當(dāng)這兩列光波到達(dá)某點(diǎn)的路程差為波長的整數(shù)倍時，即δ=kλ，該處的光互相加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋；=2\*GB3②當(dāng)?shù)竭_(dá)某點(diǎn)的路程差為半波長奇數(shù)倍時，既δ=，該點(diǎn)光互相消弱，出現(xiàn)暗條紋；=3\*GB3③條紋間距與單色光波長成正比．(∝λ)，所以用單色光作雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時，屏的中央是亮紋，兩邊對稱地排列明暗相同且間距相等的條紋用白光作雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時，屏的中央是白色亮紋，兩邊對稱地排列彩色條紋，離中央白色亮紋最近的是紫色亮紋。原因：不同色光產(chǎn)生的條紋間距不同，出現(xiàn)各色條紋交錯現(xiàn)象。所以出現(xiàn)彩色條紋。將其中一條縫遮住：將出現(xiàn)明暗相間的亮度不同且不等距的衍射條紋3．薄膜干涉現(xiàn)象：光照到薄膜上，由薄膜前、后表面反射的兩列光波疊加而成．劈形薄膜干涉可產(chǎn)生平行相間條紋，兩列反射波的路程差Δδ,等于薄膜厚度d的兩倍，即Δδ=2d。由于膜上各處厚度不同，故各處兩列反射波的路程差不等。若：Δδ=2d=nλ(n=1,2…)則出現(xiàn)明紋。Δδ=2d=(2n-1)λ/2(n=1,2…)則出現(xiàn)暗紋。應(yīng)注意：干涉條紋出現(xiàn)在被照射面(即前表面)。后表面是光的折射所造成的色散現(xiàn)象。單色光明暗相間條紋，彩色光出現(xiàn)彩色條紋。薄膜干涉應(yīng)用：肥皂膜干涉、兩片玻璃間的空氣膜干涉、浮在水面上的油膜干涉、牛頓環(huán)、蝴蝶翅膀的顏色等。光照到薄膜上，由膜的前后表面反射的兩列光疊加?？吹侥ど铣霈F(xiàn)明暗相間的條紋。(1)透鏡增透膜(氟化鎂)：透鏡增透膜的厚度應(yīng)是透射光在薄膜中波長的1／4倍。使薄膜前后兩面的反射光的光程差為半個波長，(ΔT=2d=?λ，得d=?λ)，故反射光疊加后減弱。大大減少了光的反射損失，增強(qiáng)了透射光的強(qiáng)度，這種薄膜叫增透膜。光譜中央部分的綠光對人的視覺最敏感，通過時完全抵消，邊緣的紅、紫光沒有顯著削弱。所有增透膜的光學(xué)鏡頭呈現(xiàn)淡紫色。從能量的角度分析E入=E反+E透+E吸。在介質(zhì)膜吸收能量不變的前提下，若E反=0，則E透最大。增強(qiáng)透射光的強(qiáng)度。(2)“用干涉法檢查平面”：如圖所示，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢測平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的。如果某處凸起來，則對應(yīng)明紋(或暗紋)提前出現(xiàn)，如圖甲所示；如果某處凹下，則對應(yīng)條紋延后出現(xiàn)，如圖乙所示。(注：“提前”與“延后”不是指在時間上，而是指由左向右的順序位置上。)注意：由于發(fā)光物質(zhì)的特殊性，任何獨(dú)立的兩列光疊加均不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。只有采用特殊方法從同一光源分離出的兩列光疊加才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。4．光的波長、波速和頻率的關(guān)系v＝λf。光在不同介質(zhì)中傳播時，其頻率f不變，其波長λ與光在介質(zhì)中的波速v成正比．色光的顏色由頻率決定，頻率不變則色光的顏色也不變。二、光的衍射。1.光的衍射現(xiàn)象是光離開直線路徑而繞到障礙物陰影里的現(xiàn)象．單縫衍射：中央明而亮的條紋，兩側(cè)對稱排列強(qiáng)度減弱，間距變窄的條紋。圓孔衍射：明暗相間不等距的圓環(huán)，（與牛頓環(huán)有區(qū)別的）2.泊松亮斑：當(dāng)光照到不透光的極小圓板上時，在圓板的陰影中心出現(xiàn)的亮斑。當(dāng)形成泊松亮斑時，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)。3.各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射。至使輪廓模糊不清，4.產(chǎn)生明顯衍射的條件：障礙物(或孔)的尺寸可以跟波長相比，甚至比波長還小。(當(dāng)障礙物或孔的尺寸小于0.5mm時，有明顯衍射現(xiàn)象)Δd≤300λ當(dāng)Δd=0.1mm=1300λ時看到的衍射現(xiàn)象就很明顯了。小結(jié)：光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結(jié)果，但存在明顯的區(qū)別：單色光的衍射條紋與干涉條紋都是明暗相間分布，但衍射條紋中間亮紋最寬，兩側(cè)條紋逐漸變窄變暗，干涉條紋則是等間距，明暗亮度相同。白光的衍射條紋與干涉條紋都是彩色的。意義：=1\*GB3①干涉和衍射現(xiàn)象是波的特征：證明光具有波動性。λ大，干涉和衍射現(xiàn)明顯，越容易觀察到現(xiàn)象。=2\*GB3②衍射現(xiàn)象表明光沿直線傳播只是近似規(guī)律，當(dāng)光波長比障礙物小得多和情況下(條件)光才可以看作直線傳播。(反之)=3\*GB3③在發(fā)生明顯衍射的條件下，當(dāng)窄縫變窄時，亮斑的范圍變大，條紋間距離變大，而亮度變暗。光振動垂直于紙面光振動在紙面光振動垂直于紙面光振動在紙面(以下新教材適用)三.光的偏振橫波只沿某個特定方向振動，這種現(xiàn)象叫做波的偏振。只有橫波才有偏振現(xiàn)象。根據(jù)波是否具有偏振現(xiàn)象來判斷波是否橫波，實(shí)驗(yàn)表明，光具有偏振現(xiàn)象，說明光波是橫波。（1）自然光。太陽、電燈等普通光源直接發(fā)出的光，包含垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿各個方向振動的光波的強(qiáng)度都相同，這種光叫自然光。自然光通過偏振片后成形偏振光。（2）偏振光。自然光通過偏振片后，在垂直于傳播方向的平面上，只沿一個特定的方向振動，叫偏振光。自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，如果光的入射方向合適，使反射和折射光之間的夾角恰好是90°，這時，反射光和折射光就都是偏振光，且它們的偏振方向互相垂直。我們通?？吹降慕^大多數(shù)光都是偏振光。除了直接從光源發(fā)出的光外。偏振片(起偏器)由特定的材料制成，它上面有一個特殊方向(透振方向)只有振動方向和透振方向平行的光波才能通過偏振片。（3）只有橫波才有偏振現(xiàn)象。光的偏振也證明了光是一種波，而且是橫波。各種電磁波中電場E的方向、磁場B的方向和電磁波的傳播方向之間，兩兩互相垂直。（4）光波的感光作用和生理作用主要是由電場強(qiáng)度E引起的，因此將E的振動稱為光振動。（5）應(yīng)用：立體電影、照相機(jī)的鏡頭、消除車燈的眩光等。四、麥克斯韋光的電磁說．1、光的干涉與衍射充分地表明光是一種波，光的偏振現(xiàn)象又進(jìn)一步表明光是橫波。提出光電磁說的背景：麥克斯韋對電磁理論的研究預(yù)言了電磁波的存在，并得到電磁波傳播速度的理論值3.11×108m/s，這和當(dāng)時測出的光速3.15×108m/s非常接近，在此基礎(chǔ)上⑴麥克斯韋提出了光在本質(zhì)上是一種電磁波———這就是所謂的光的電磁說。光電磁說的依據(jù)：赫茲在電磁說提出20多年后，用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，測得電磁波的傳播速度確實(shí)等于光速，并測出其波長與頻率，并且證明了電磁波也能產(chǎn)生反射、折射、衍射、干涉、偏振等現(xiàn)象。用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光的電磁說的正確性。光電磁說的意義：揭示了光的電磁本性，光是一定頻率范圍內(nèi)的電磁波；把光現(xiàn)象和電磁學(xué)統(tǒng)一起來，說明光與電和磁存在聯(lián)系。說明了光能在真空中傳播的原因：電磁場本身就是物質(zhì)，不需要別的介質(zhì)來傳遞。⑵電磁波譜：按波長由大到小的順序排列為：無線電波、紅外線、可見光(七色)、紫外線、X射級、γ射線，除可見光外，相鄰波段間都有重疊。各種電磁波產(chǎn)生的基理、性質(zhì)差別、用途。電磁波種類無線電波紅外線可見光紫外線倫琴射線γ射線頻率(Hz)104～3×10121012～3.9×10143.9×1014～7.5×10147.5×1014～5×10163×1016～3×10203×1019以上真空中波長(m)3×1014～10—43×104～7.7×10—77.7×10—7～4×10—74×10—7～6×10—910—8～1