光学和原子物理知识点总结

光学和原子物理知识点

总结

-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

v

c

n r i ==sin sin 几何光学

一、光的反射定律：

1、内容：反射光线、入射光线、法线在同一平面内，反射光线与入射光线在法线两侧，反射角等于入射角。

围绕入射点将平面镜偏转a 角度，法线也偏转a 角度，反射光线偏转2a 角度。

镜面反射与漫反射都遵守光的反射定律。

2、平面镜成像规律：物体在平面镜中成虚像，像与物体大小相等，像与物体到镜面的距离相等，像和物体的连线与镜面垂直。（对称）

二、光的折射定律,折射率

1、内容：折射光线、入射光线、法线在同一平面内，折射光线、入射光线在法线两侧，入射角的正弦值与折射角的正弦值成正比。

2、折射率（n ）：光从真空射入介质中时，入射角正弦值与折射角的正弦值之比。

光在真空中的速度与光在介质中速度之比。

3、任何介质的折射率n 都大于1。（空气近似等于1） 折射率表明了介质的折光本领，也表示对光传播的阻碍本领。 注意:

在反射、折射现象中，光路是可逆的；在几何光学中作出光路图是解题关键；

三、全反射，临界角

1、光疏介质：折射率较小的介质。 光密介质：折射率较大的介质。 光疏介质与光密介质是相对的。

2、定义：光由光密介质射向光疏介质时，折射光线全部消失，只剩反射光线的现象。全反射光线不是折射光线。

3、全反射的条件：①光密介质射入光疏介质；②入射角等于或大于临界角C 光从介质中进入真空或空气中时发生全反射的临界角C：sinC＝1/n

4、光导纤维

光导纤维是光的全反射的实际应用

四、棱镜：横截面是三角形或梯形。

1、三棱镜能使射向侧面的光线向底面偏折，相同条件下，n越大，光线偏折越多。

并将白色光分解为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色

光。

(光的色散)

棱镜对红光的折射率小，介质中的红光光速大；

棱镜对蓝光的折射率大，介质中的蓝光光速小。

(1)三棱镜折射规律:出射光线向底边偏折

(2)白光通过三棱镜发生色散规律：紫光靠近底边偏得最很

｛光的色散，可见光中红光折射率小，n:折射率，c:真空

中的光速，v:介质中的光速，｝

2、全反射棱镜：横截面是等腰直角三角形（临界角C=42

度）。如右图。

3、作用：

三棱镜：向底边偏折光线，色散。

平行玻璃砖：平移光线

全反射棱镜、平面镜，改变光路方向，不改变聚散性质。

波动光学

一、、光的干涉现象，双缝干涉，薄膜干涉

1、光的干涉：频率相同的两列波叠加后，某些区域振动加强，某些区域振动减弱，加强区与减弱区相互隔开。

加强条件：路程差为半波长的偶数倍——

减弱条件：路程差为半波长的奇数倍——

①双缝干涉:

｛ 路程差(光程差)；λ:光的波长；λ/2:光的半波

长；｝

双缝干涉的条纹间距与波长的关系 λd

L x =

? x ?是相邻两条明条纹或暗条纹间距，d 是两条狭缝间的距离；L ：双缝与

屏间的距离｝

②薄膜干涉:是由膜的前表面和后表面反射的两列光波叠加形成。

2

2λ?

=?n s 2

)12(λ

?

+=?n s

在厚度为()2

122λ

+=n d 的地方会出现暗条纹；在厚度λn d =2的地方会出

现明条纹

增透膜的厚度是绿光在薄膜中波长的1/4,即增透膜厚度d ＝λ/4

利用薄膜干涉法检查平面的平整程度。

③光的颜色由光的频率决定,光的频率由光源决定,与介质无关,光的传播速度与介质有关。

光的颜色按频率从低到高的排列顺序是：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫 (助记：紫光的频率大，波长小。)

二、光的衍射

1、 光的衍射：波绕过障碍物继续向前传播。

2、明显衍射条件：障碍物、缝或孔的尺寸与波长相近或比波长小。 d ≤λ 如单缝衍射、圆孔衍射、泊松亮斑（圆屏衍射）（注意条纹特点）

3、光的干涉与衍射对比：

光的干涉

光的衍射

图形

公式

条件 两列光波频率相等

缝或孔的尺寸与波长相近或比波长小

条纹

原因

两列光波的空间叠加

缝上不同位置的光在空间的叠加

薄膜干涉：光照射薄膜上被前后两面反射形成相干光。薄膜不均匀时出现明暗条纹，薄膜劈（楔）形时形成明暗相间的线形等距条纹。

牛顿环 空气劈

原理 光照射到与空气接触的两个玻璃表面上，反射形成相干光

图

条纹

公式

光的直线性是光波动的一个近似。

三、光的电磁说：（电磁场，电磁波，电磁波的周期、频率、波长和波速） 1、①麦克斯韦电磁理论：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场；

均匀变化的电场产生稳定磁场，均匀变化的磁场产生稳定

电场；

周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场；

② 周期性变化的电场或周期性变化的磁场由发生区域由近及远的传播形成电磁波

2、 电磁场:变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一的场，这就是电磁场。电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现。变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。振荡电场产生同频率的振荡磁场；振荡磁场产生同频率的振荡电场。

3、电磁波：电磁波是一种横波。变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空间传播开去，就形成了电磁波。（m/s 100.38?=c ）

4、电磁波的周期、频率和波速:

f

v

T

vλ

λ

= =,

5、电磁波的应用:广播、电视、雷达、无线通信等都是电磁波的具体应用。

6、光波是电磁波的某一部分。

7、光波在真空中的传播速度：c=3×108m/s，是横波。

8、公式：v=λ/T=λf = c/n （光进入另一介质时，频率、周期不变，波长、波速改变。）

可见光的波长范围：370nm—750nm

频率范围：8×1014Hz—4×1014Hz

9、光的本质是一种电磁波（麦克斯韦）。

电磁波谱(按波长λ从大到小排列):无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线。

着重记忆：红外线、紫外线、伦琴射线的发现和特性、产生机理、实际应用

四、偏振：

1、横波：振动方向与波的传播方向相垂直的波。 纵波：振动方向与波的传播方向相平行的波。

2、偏振：只在某一方向上振动向前传播的波。只有横波才有偏振现象。

3、自然光：沿着各个方向振动且强度相同的光波。 偏振光：沿着单个方向振动向前传播的光波。

4、自然光经偏振片起偏后形成偏振光。光的偏振现象说明光波是一种横波。

光的本性（波粒二象性）、近代物理知识

一、能量量子化，光电效应，光子，爱因斯坦光电效应方程

1、光子说(爱因斯坦)：在空间传播的光也不是连续的，而是一分一分的，每一份叫做一个光量子，简称光子，光子的能量E 跟光的频率ν成正比 即

νh E =

｛h:普朗克常量＝6.63×10-34J.s ， ν:光的频率｝

2W h k -=ν

｛W 逸出功：电子脱离某种金属所做功的最小值;k E 表示动能最大的光电子所具有的动能｝

0νh W =(0ν为极限频率，不同的金属极限频率不同)

3、光电效应:在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应，

发射出来的电子叫做光电子。如果入射光的频率比极限频率低，那么无论光多么强，照射时间多么长，都不会发生光电效应。入射光的频率比极限频率高，即使光不强，也会发生光电效应。光电效应有瞬时性。

4、记忆光电效应的4条规律：

1）光电效应的发生几乎是瞬时的，时间不超过10－9s.

2）任何金属都有一个能产生光电效应的最低照射光

频率，叫做极限频率。只有当入射光的频率大于金属的极限频率，才能发生光电效应。

3）光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，而与入射光强度无关。

4）饱和光电流强度与入射光的强度成正比．

得出结论:光电效应的发生与否,与光的强弱无关,与照射时间

的长短无关,与光的频率、金属材料的种类有关。

5、光电效应中各相关物理量间的关系

二、光的波粒二象性，光波是概率波

1、最初两种学说:微粒说(牛顿)、波动说(惠更斯)都是错误的

2、光是电磁波，光是横波，光具有粒子性，光波是概率波——光具有波粒二象性

光的波粒二象性：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。光是一种波光子在空间各点出现的可能性的大小（概率），可以用波动规律来描述。物理学中把光波叫做概率波。

2mc E =

λ

h p hv

E =

=

三、粒子的波粒二象性，物质波

1、 物质波：任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应，波长p

h

=

λ（p 是物体运动的动量，h 是普朗克常量）。人们把这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。 2、实物粒子也具有波动性

物质波也叫德布罗意波，如电子束穿过铝箔后的衍射图样

四、不确定关系

π

4h

p x ≥

??本关系说明，在微观物理学中，位置和动量不能同时确定

五、激光的特性及应用

①相干性好 如光电通信就是激光和光导纤维相结合的产物；全息照相 ②平行度好 如精确测距

③ 亮度高 如激光武器、切割、焊接

复习光学的重要规律

x x ??>红紫

单色光的双缝干涉实验 L x d

λ

?=λλ>红紫

c f

T

λ

λ=

=f f <红紫

n n <红紫

三棱镜色散实验 C C >红紫

v v >红紫

c n v =

1

sin C n =

偏转角

折射率

介质中光速

临界角

频率

光子能量

波长

条纹间距

小红光红光

紫光紫光红光红光紫光紫光大紫光紫光红光红光

紫光紫光红光红光

原子物理

一、原子结构

金属片

荧光

1、卢瑟福：α粒子散射实验 ①实验装置由几部分组成 ②实验的结果：α粒子散射

③卢瑟福对实验结果的解释：核式结构模型 ④核式结构的不足：认为原子寿命的极短

– 认为原子发射的光谱应该是连续的

⑤卢瑟福用α粒子轰击金箔进行α粒子散射实验的贡献：估算出原子核直径约为:

1510-~m 1410-；由此建立原子核式结构

2、玻尔的原子模型 ①电子轨道量子化 ②原子能量量子化

基态、激发态、定态原子能量指什么能级能级图电离？

③跃迁：

④玻尔理论的局限性

21n r n r

=21/n E E n =n k p

E E E =+hv E E =-初末

-13.6eV

n=1n=2n=3

-1.51eV

n=4-0.85eV n=