高三物理几何光学物理光学原子物理考点例

峙对市爱惜阳光实验学校高三物理几何光学、物理光学、原子物理考点例

【本讲信息】

一. 教学内容：

几何光学、物理光学、原子物理考点例

近几年的考题中都贯穿着一个信息：物理光学考查的是光的干预和衍射、光电效现象及其规律、光子说、光的电磁说、电磁波谱、光电管及其用、光的波粒二象性。

本章内容，大多是同学们在生活中不太热悉的，知识点多，内容抽象，且知识量的少，性多，需要记忆的信息量大，但高考考卷中占分比例小，难度不大，因此会造成考生麻痹轻敌，复习时投入精力过少，根本概念不清、理解记忆程度差，造成考试时不必要的失误。

在今后的高考中，本章内容在题量、难度和占分比例上不会有大幅度变动，占分比例根本不变，主要题型为选择题。

二. 夯实根底知识

几何光学以光的直线传播为根底，主要研究光在两个均匀介质面处的行为规律及其用 。

从知识要点可分为四方面：一是概念；二是规律；三为光学器件及其光路控制作用和成像；四是光学仪器及用。

〔一〕光的反射

1. 反射律 2. 平面镜：对光路控制作用；平面镜成像规律、光路图及观像视场。

〔二〕光的折射

1. 折射律

2. 全反射、临界角。全反射棱镜〔腰直角棱镜〕对光路控制作用。

3. 色散。棱镜及其对光的偏折作用、现象及机理

用注意：

1. 解决平面镜成像问题时，要根据其成像的特点〔物、像关于镜面对称〕，作出光路图再求解。平面镜转过α角，反射光线转过2α

2. 解决折射问题的关键是画好光路图，用折射律和几何关系求解。

3. 研究像的观察范围时，要根据成像位置并用折射或反射律画出镜子或遮挡物边缘的光线的传播方向来确观察范围。

4. 无论光的直线传播，光的反射还是光的折射现象，光在传播过程中都遵循一个重要规律：即光路可逆。

〔三〕光导纤维

全反射的一个重要用就是用于光导纤维〔简称光纤〕。光纤有内、外两层材料，其中内层是光密介质，外层是光疏介质。光在光纤中传播时，每次射到内、外两层材料的界面，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。这样使从一个端面入射的光，经过屡次全反射能够没有损失地从另一个端面射出。

〔四〕光的干预

光的干预的条件是有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。〔相干波源的频率必须相同〕。形成相干波源的方法有两种：〔1〕利用激光〔因为激光发出的是单色性极好的光〕。〔2〕设法将同一束光分为两束〔这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相〕。下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。

〔五〕干预区域内产生的亮、暗纹

1. 亮纹：屏上某点到双缝的光程差于波长的整数倍，即δ= nλ〔n=0，1，2，……〕

2. 暗纹：屏上某点到双缝的光程差于半波长的奇数倍，即δ=)12(2n〔n=0，1，2，……〕

相邻亮纹〔暗纹〕间的距离dlx。用此公式可以测单色光的波长。用白光作双缝干预时，由于白光内各种色光的波长不同，干预条纹间距不同，所以屏的是白色亮纹，两边出现彩色条纹，各级彩色条纹都是红靠外，紫靠内。

〔六〕衍射

注意关于衍射的表述一要准确。〔区分能否发生衍射和能否发生明显衍射〕

1. 各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。

2. 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。

〔七〕光的电磁说

1. 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，赫兹用证明了光的电磁说的正确性。

2. 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、γ射线。各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。

各种电磁波的产生机理分别是：无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；伦琴射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的〔伴随α、β衰变而产生〕。

3. 各种电磁波的产生、特性及用。

电磁波 产生机理 特性 用

无线电波 LC电路中的周期性振荡 波动性强 无线技术

红外线 原子的最外层电子受激发后产生的 热作用显著，衍射性强 加热、高空摄影、红外遥感

可见光 引起视觉产生色彩效 照明、摄影、光用

紫外线 化学、生理作用显著、能产生荧光效 日光灯、医疗上杀菌消毒、治疗皮肤病、软骨病

伦琴射线 原子的内层电子受激发后产生的 穿透本领很大 医疗、工业探伤

γ射线 原子核受激发后产生的 穿透本领最强 探伤；电离作用；对生物组织的物理、化学作用；医疗上杀菌消毒；

4. 证明：物体辐射出的电磁波中辐射最强的波长λm和物体温度T之间满足关系

λm T = b〔b为常数〕。可见高温物体辐射出的电磁波频率较高。在宇宙，可以根据接收到的恒星发出的光的频率，分析其外表温度。

〔八〕光的偏振

1. 光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。各种电磁波中电场E的方向、磁场B的方向和电磁波的传播方向之间，两两互相垂直。

2. 光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起，因此将E的振动称为光振动。

3. 自然光。太阳、电灯光源直接发出的光，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。

4. 偏振光。自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特的方向振动，叫偏振光。自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向适宜，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。

〔九〕光电效

1. 在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效。〔以下图装置中，用弧光灯照射锌，有电子从锌外表飞出，使原来不带电的验电器带正电。〕光效中发射出来的电子叫光电子。

2. 光电效的规律。① 各种金属都存在极限频率ν0，只有ν≥ν0才能发生光电效；② 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入光的频率增大而增大；③ 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；④ 瞬时性〔光电子的产生不超过10－9s〕。

3. 爱因斯坦的光子说。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=hν

4. 爱因斯坦光电效方程：Ek= h －W〔Ek是光电子的最大初动能；W是逸出功，即从金属外表直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功。〕

〔十〕康普顿效

在研究电子对X射线的散射时发现：有些散射波的波长比入射波的波长略大。康普顿认为这是因为光子不仅有能量，也具有动量。结果证明这个设想是正确的。因此康普顿效也证明了光具有粒子性。

〔十一〕光的波粒二象性

干预、衍射和偏振以无可辩驳的事实表是一种波；光电效和康普顿效又用无可辩驳的事实表是一种粒子；因此物理学认为：光具有波粒二象性。 〔十二〕正确理解波粒二象性

波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量。

1. 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。

2. v高的光子容易表现出粒子性；v低的光子容易表现出波动性。

3. 光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。

4. 由光子的能量E=hv，光子的动量hp表示式也可以看出，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的物理量——频率v和波长λ。

由以上两式和波速公式c=λv 还可以得出：E = p c，P=E/c。

〔十三〕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，该波的波长λ=ph。

〔十四〕天然放射现象

原子序数大于83的所有天然存在的元素的原子核都不稳，能自发地变为别种元素的原子核 ，同时放出射线。

1. 三种射线的比拟。

α射线：氦原子核〔42He〕，它的电离本领很强，贯穿本领很小，v≈10c；

β射线：高速电子流〔01e〕它的电离本领较强，贯穿本领很强； γ射线：波长极短的电磁波，它的电离本领很弱，贯穿本领最强。

2. 衰变规律。

α衰变：AZX→42AzY+42He

β衰变：AZX→AZ1Y+01e

3. 衰变快慢描述〔半衰期〕

放射线元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，半衰期与元素所处的物理、化学状态无关 。

4. 原子核的人工转变、原子核的组成

原子核的人工转变是原子核在其它粒子作用下转变成另一种原子核的变化。

〔1〕质子的发现〔卢瑟福〕147N+42He → 178O+11H

〔2〕中子的发现〔查德威克〕94Be+42He→126C+10n

〔3〕原子核的组成：由质子和中子组成。核电荷数＝质子数、质量数＝质子数+中子数。原子核反遵守质量数和电荷数守恒。

〔4〕放射性同位素：人工放射性的发现：2713Al+42He→3015P+10n而3015P→3014Si+01e〔正电子〕，用：利用它的射线，作为示踪原子。

5. 核能、重核的裂变和轻核的聚变。

〔1〕核力、核能。质量亏损、爱因斯坦的质能方程。

〔2〕重核的裂变和轻核的聚变：二者是释放核能的二种方法。

〔3〕聚变产生的条件是：温度到达几百万度以上，所以聚变又叫热核反。

6. 本章将动量守恒、圆运动知识与磁场力、核衰变规律综合起来，来进一步提高解决问题能力。

7. 在认识核子结合为核、核分裂为核子过程中的质量变化、能量变化后，将两个守恒律与质能方程综合起来形成量计算。

〔十五〕玻尔原子模型 能级

1. 态假设：原子处于一不连续的能量状态中，在这些能量状态中的原子是稳的。

2. 能级跃迁：原子从一状态跃迁到另一状态，要辐射〔或吸收〕一频率的光子，即末初EEh。

3. 轨道能量量子化：12rnrn，121EnEn〔n1，2，3，……〕。

4. 能级的概念：原子的各个态的能量值，称为原子的能级。原子处于最低能级时，电子在离核最近的轨道上运动，这种状态称为基态。

原子从低能级跃迁到高能级，要吸收能量，从高能级跃迁到低能级，要辐射能量，相能量差为终初EEh

〔十六〕光谱：

1. 分类：发射光谱谱。稀薄气体发光产生的光线状谱。压气体发光产生的光谱炽热的固体、液体及高连续谱

线状谱和吸收光谱都属原子光谱，同种物质线状谱中的明线和吸收光谱中的暗线一一对，都属原子的特征谱线。

2. 观察：所用器材是光谱管和分光镜，熟记它的原理结构图。

3. 光谱分析：可用明线谱也可用吸收光谱。

〔十七〕物质波：

德布罗意波：ph，它证实了实物粒子也具有波动性，物质波是一种概率波。