1高中物理光、原子物理公式

光学、原子物理三、光学（一）几何光学1、概念：光源、光线、光束、光速、实像、虚像、本影、半影。

2、规律：（1）光的直线传播规律：光在同一均匀介质中是沿直线传播的。

（2）光的独立传播规律：光在传播时，虽屡屡相交，但互不干扰，保持各自的规律传播。

（3）光在两种介质交界面上的传播规律 ①光的反射定律：反射光线、入射光线和法线共面；反射光线和入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角。

②光的析射定律：a 、折射光线、入射光线和法线共面；入射光线和折射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦跟折射角的正弦之比是常数。

即常数=r isin sinb 、rin sin sin = 介质的折射率n ：光由真空（或空气）射入某中介质时，只决定于介质的性质，叫介质的折射率。

c 、vcn = ： 设光在介质中的速度为 v ，则可见，任何介质的折射率大于1。

由于红光的折射率小，所以在同一介质中，红光的速度大。

d 、两种介质比较，折射率大的叫光密介质，折射率小的叫光疏介质。

③全反射：a 、光由光密介质射向光疏介质的交界面时，入射光线全部反射回光密介质中的现象。

b 、发生全反射的条件：ⓐ光从光密介质射向光疏介质；ⓑ入射角等于临界角。

nC 1sin = 临界角C④光路可逆原理：光线逆着反射光线或折射光线方向入射，将沿着原来的入射光线方向 反射或折射。

r i n sin sin ==v c=C sin 1=介真λλ1≥ 折射率光学中的一个现象一串结论这种现象叫全反射现象.折射角变为900时的入射角叫临界角。

应用:光纤通信(玻璃sio 2) 内窥镜 海市蜃楼 沙膜蜃景 炎热夏天柏油路面上的蜃景 水中或玻璃中的气泡看起来很亮. 5、常见的光学器件：（1）平面镜 （2）棱镜 （3）平行透明板 （二）光的本性人类对光的本性的认识发展过程（1）微粒说（牛顿） （2）波动说（惠更斯）①λdL x =∆ : 光的干涉双缝干涉条纹宽度 (波长越长，条纹间隔越大)应用：薄膜干涉——由薄膜前后表面反射的两列光波叠加而成，劈形薄膜干涉可产生平行相间干涉条纹，检查平面，测量厚度，光学镜头上的镀膜。

②光的衍射——单缝（或圆孔）衍射。

泊松亮斑 (波长越长，衍射越明显)（（ ①基本观点：光由一份一份不连续的光子组成，每份光子的能量是λνhch E ==②实验基础：光电效应现象③规律：a 、每种金属都有发生光电效应的极限频率；b 、光电子的最大初动能与光的强度无关，随入射光频率的增大而增大；c 、光电效应的产生几乎是瞬时的；d 、光电流与入射光强度成正比。

④km E w h +=ν爱因斯坦光电效应方程0λνhch w == 逸出功光电效应的应用：光电管可将光信号转变为电信号。

（5）光的波粒二象性光是一种具有电磁本性的物质，既有波动性，又有粒子性。

光具有波粒二象性，单个光子的个别行为表现为粒子性，大量光子的运动规律表现为波动性。

波长较大、频率较低时光的波动性较为显著，波长较小，频率较高的光的粒子性较为显著。

（6）光波是一种概率波。

理解：同种材料对不同色光折射率不同；同一色光在不同介质中折射率不同。

几个结论：1紧靠点光源向对面墙平抛的物体，在对面墙上的影子的运动是匀速运动。

2、两相互正交的平面镜构成反射器,任何方向射入某一镜面的光线经两次反射后一定与原入射方向平行反向。

3、光线由真空射入折射率为n 的介质时，如果入射角θ满足tg θ=n ，则反射光线和折射光线一定垂直。

4、由水面上看水下光源时，视深n d d /'=；若由水面下看水上物体时，视高nd d ='。

5、光线以入射角i 斜射入一块两面平行的折射率为n 、厚度为h 的玻璃砖后，出射光线仍与入射光线平行，但存在侧移量△)sin cos 1(dsin x 22in i i -+= 两反射光间距ii 22'sin -n dsin2x =∆双缝干涉: 条件f 相同，相位差恒定(即是两光的振动步调完全一致) 当其反相时又如何?亮条纹位置: ΔS ＝n λ； 暗条纹位置: λ21)(2n S +=∆（n ＝0,1,2,3,、、、）； 条纹间距 ：1)-L(n da L x d 1-n a dL X =∆=⇒==∆λλ (ΔS :路程差(光程差)；d 两条狭缝间的距离；L ：挡板与屏间的距离) 测出n 条亮条纹间的距离a薄膜干涉:由膜的前后两表面反射的两列光叠加，实例：肥皂膜、空气膜、油膜、牛顿环、光器件增透膜(厚度是绿光在薄膜中波长的1/4,即增透膜厚度d ＝λ/4)衍射:现象,条件 单缝 圆孔 柏松亮斑(来历) 任何物体都能使光发生衍射致使轮廓模糊 三种圆环区别：单孔衍射(泊松亮斑) 中间明而亮,周围对称排列亮度减弱,条纹宽变窄的条纹空气膜干涉环 间隔间距等亮度的干涉条纹牛顿环内疏外密的干涉条纹干涉、衍射、多普勒效应(太阳光谱红移⇒宇宙在膨胀)、偏振都是波的特有现象,证明光具有波动性；衍射表明了光的直线传播只有一种近似规律；说明任何物理规律都受一定的条件限制的.光五种学说：原始微粒说(牛顿),波动学说(惠更斯),电磁学说(麦克斯韦),光子说(爱因斯坦),波粒两相性学说(德布罗意波)概率波各种电磁波产生的机理,特性和应用,光的偏振现象说明光波是横波,也证明光的波动性. 激光的产生特点应用(单色性,方向性好,亮度高,相干性好)光电效应实验装置,现象,所得出的规律(四)爱因斯坦提出光子学说的背景光电效应规律:实验装置、现象、总结出四个规律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；低于这个极限频率的光不能产生光电效应。

②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。

③入射光照到金属上时，光子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9s ④当入射光的频率大于极限频率时，光电流强度与入射光强度成正比。

康普顿效应(石墨中的电子对x 射线的散射现象)这两个实验都证明光具粒子性 光波粒二象性:?情况体现波动性(大量光子,转播时,λ大),?粒子性 光波是概率波(物质波) 任何运动物体都有λ与之对应(这种波称为德布罗意波)四、原子物理1．21nE E n = E 1= -13.6eV 氢原子能级,半径 能量最少 r n =n 2r 1 r 1=0.531010-⨯m ∆λνhch E == 跃迁时放出或吸收光子的能量2．三种衰变放出α粒子的叫α衰变。

放出β粒子的叫β衰变。

放出γ粒子的叫γ衰变。

① 哀变规律：（遵循电荷数、质量数守恒）He Y X M Z M Z 4242+→-- α衰变：e Y X M Z M Z 011-++→ β衰变： （β衰变的实质是n 1= H 11 +e 01-）γ衰变：伴随着α衰变或β衰变同时发生。

3．nN N ⎪⎭⎫ ⎝⎛=210， m=m 0（12）n 半衰期4．H O N He 1117814742+→+ 质子的发现（1919年，卢瑟福）n C Be He 101269442+→+ 中子的发现（1932年，查德威克）n P Al He 103015271342+→+ ， e Si P 0130143015++→ 发现正电子（居里夫妇） 5． E=mc 2 ∆∆E mc =21J=1Kg.(m/s)2 质能方程1u 放出的能量为931.5MeV 1u=1.660566×10-27kg6．MeV 14110101365490381023592+++→+n Xe Sr n U 重核裂变 原子弹 核反应堆MeV 6.1710423121++→+n He H H 氢的聚变 氢弹 太阳内部反应六、狭义相对论1．伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的。

2．狭义相对论的两个基本假设：（1）狭义相对性原理：在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的。

（2）光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。

3．时间和空间的相对性： （1）“同时”的相对性：“同时”是相对的。

在一个参考系中看来“同时”的，在另一个参 考系中却可能“不同时”。

（2）201⎪⎭⎫⎝⎛-=c v l l ：长度的相对性一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小。

（式中l ，是与杆相对运动的人观察到的杆长，l 0是与杆相对静止的人观察到的杆与他们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了。

（3）21⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆=∆c v t τ：时间间隔的相对性从地面上观察，高速运动的飞船上时间进程变慢，飞船上的人则感觉地面上的时间进程变慢。

（时间膨胀或动钟变慢） （式中τ∆是与飞船相对静止的观察者测得的两事件的时间间隔，△t 是地面上观察到的两事件的时间间隔）。

（4）相对论的时空观：经典物理学认为，时间和空间是脱离物质而独立存在的，是绝对的， 二者之间也没有联系；相对论则认为时间和空间与物质的运动状态有关，物质、时间、空间是紧密联系的统一体。

4．狭义相对论的其他结论：*（1）2'1'cv u vu u ++=：相对论速度变换公式（式中v 为高速火车相对地的速度，u ′为车上的人相对于车的速度，u 为车上的人相对地面的速度）。

对于低速物体u ′与v 与光速相比很小时，根据公式可知，v u +'，这就是经典物理学的速度合成法则。

u ′与v 在一直线上的情况，当u ′与v 相反时，u ′取负值。

（2）21⎪⎭⎫ ⎝⎛-=c v m m ：相对论质量（式中m 0为物体静止时的质量，m 为物体以速度v 运动时的质量，由公式可以看出随v 的增加，物体的质量随之增大）。

（3）质能方程：2mc E =常见非常有用的经验结论：1、物体沿倾角为α的斜面匀速下滑------µ=tan α；2、物体沿光滑斜面滑下a=gsin α物体沿粗糙斜面滑下a=gsin α-gcos α3、两物体沿同一直线运动，在速度相等时，距离有最大或最小；4、物体沿直线运动，速度最大的条件是：a=0或合力为零。

5、两个共同运动的物体刚好脱离时，两物体间的弹力为=0，加速度相等。

6、两个物体相对静止，它们具有相同的速度；7、水平传送带以恒定速度运行，小物体无初速度放上，达到共同速度过程中，摩擦生热等于小物体的动能。

*8、一定质量的理想气体,内能大小看温度,做功情况看体积,吸热、放热综合以上两项用能量 守恒定律分析。

9、电容器接在电源上，电压不变；断开电源时，电容器上电量不变；电容器接在电源上，改变两板距离E 改变。

断开电源时，改变两板距离E 不变。

C=εS/4πkd ，U=Q/C ，E=U/d=Q4πk/εS.10、磁场中的衰变：外切圆是α衰变，内切圆是β衰变，α，β是大圆。