高中物理光学复习要点

一、重要概念和规律

初高中学习是孩子处于青春期的阶段，也是孩子学习当中最关键的六年，因为它涉及到了中考与高考，左养中学教育赖颂强再讲孩子的学习方法和考试心里调节的直播课里，系统的讲解到如何帮孩子提升学习效率，提升考试时候的心理素质，从而提升学习成绩。

(一)、几何光学基本概念和规律

1、基本规律

光源：发光的物体.分两大类：点光源和扩展光源. 点光源是一种理想模型，扩展光源可看成无数点光源的集合. 光线 ——表示光传播方向的几何线. 光束通过一定面积的一束光线.它是通过一定截面光线的集合. 光速——光传播的速度。光在真空中速度最大。恒为C=3×108 m/s。丹麦天文学家罗默第一次利用天体间的大距离测出了光速。法国人裴索第一次在地面上用旋转齿轮法测出了光这。 实像 ——光源发出的光线经光学器件后，由实际光线形成的. 虚像——光源发出的光线经光学器件后，由发实际光线的延长线形成的。 本影——光直线传播时，物体后完全照射不到光的暗区. 半影 ——光直线传播时，物体后有部分光可以照射到的半明半暗区域.

2.基本规律

(1)光的直线传播规律：先在同一种均匀介质中沿直线传播。小孔成像、影的形成、日食、月食等都是光沿直线传播的例证。

(2)光的独立传播规律：光在传播时虽屡屡相交，但互不扰乱，保持各自的规律继续传播。

(3)光的反射定律： 反射线、入射线、法线共面;反射线与入射线分布于法线两侧;反射角等于入射角。

(4)光的折射定律： 折射线、入射线、法线共面，折射线和入射线分居法线两侧;对确定的两种介质，入射角(i)的正弦和折射角(r)的正弦之比是一个常数.介质的折射率 n=sini/sinr=c/v。全反射条件①光从光密介质射向光疏介质;②入射角大于临界角A，sinA=1/n。

(5)光路可逆原理： 光线逆着反射线或折射线方向入射，将沿着原来的入射线方向反射或折射.

3.常用光学器件及其光学特性

(1)平面镜： 点光源发出的同心发散光束，经平面镜反射后，得到的也是同心发散光束.能在镜后形成等大的、正立的虚出，像与物对镜面对称。

(2)球面镜： 凹面镜：有会聚光的作用， 凸面镜： 有发散光的作用.

(3)棱镜： 光密介质的棱镜放在光疏介质的环境中，入射到棱镜侧面的光经棱镜后向底面偏折。隔着棱镜看到物体的像向顶角偏移。 棱镜的色散作用： 复色光通过三棱镜被分解成单色光的现象。

(4)透镜： 在光疏介质的环境中放置有光密介质的透镜时， 凸透镜： 对光线有会聚作用， 凹透镜： 对光线有发散作用.透镜成像作图： 利用三条特殊光线。成像规律1/u+1/v=1/f。线放大率m=像长/物长=|v|/u。说明①成像公式的符号法则——凸透镜焦距f取正，凹透镜焦距f取负;实像像距v取正，虚像像距v取负。②线放大率与焦距和物距有关.

(5)平行透明板： 光线经平行透明板时发生平行移动(侧移).侧移的大小与入射角、透明板厚度、折射率有关。

4.简单光学仪器的成像原理和眼睛

(1)放大镜： 是凸透镜成像在。u

(2)照相机： 是凸透镜成像在u>2f时的应用.得到的是倒立缩小施实像。

(3)幻灯机： 是凸透镜成像在 f

(4)显微镜： 由短焦距的凸透镜作物镜，长焦距的透镜作目镜所组成。物体位于物镜焦点外很_近焦点处，经物镜成实像于目镜焦点内很_近焦点处。再经物镜在同侧形成一放大虚像(通常位于明视距离处)。

( 5)望远镜： 由长焦距的凸透镜作物镜，短焦距的透镜作目镜所组成。极远处至物镜的光可看成平行光，经物镜成中间像(倒立、缩小、实像)于物镜焦点外很_近焦点处，恰位于目镜焦点内，再经目镜成虚像于极远处(或明视距离处)。

(6)眼睛： 等效于一变焦距照相机，正常人明视距约25厘米。明视距离小子25厘米的近视眼患者需配戴凹透镜做镜片的眼镜;明视距离大于25厘米的远视25者需配戴凸透镜做镜片的眼镜。

(二)物理光学——人类对光本性的认识发展过程

(1)微粒说(牛顿)基本观点： 认为光像一群弹性小球的微粒。 实验基础 光的直线传播、光的反射现象。 困难问题 无法解释两种媒质界面同时发生的反射、折射现象以及光的独立传播规律等。

(2)波动说(惠更斯)基本观点： 认为光是某种振动激起的波(机械波)。 实验基础： 光的干涉和衍射现象。

①光的干涉现象——杨氏双缝干涉实验

条件： 两束光频率相同、相差恒定。 装置 (略)。 现象： 出现中央明条，两边等距分布的明暗相间条纹。 解释： 屏上某处到双孔(双缝)的路程差是波长的整数倍(半个波长的偶数倍)时，两波同相叠加，振动加强，产生明条;两波反相叠加，振动相消，产生暗条。 应用： 检查平面、测量厚度、增强光学镜头透射光强度(增透膜).

②光的衍射现象——单缝衍射(或圆孔衍射)

条件： 缝宽(或孔径)可与波长相比拟。 装置 ：(略)。 现象： 出现中央最亮最宽的明条，两边不等距发表的明暗条纹(或明暗乡间的圆环)。 困难问题： 难以解释光的直进、寻找不到传播介质。

(3)电磁说(麦克斯韦)： 基本观点： 认为光是一种电磁波。 实验基础： 赫兹实验(证明电磁波具有跟光同样的性质和波速)。 各种电磁波的产生机理： 无线电波 自由电子的运动; 红外线、可见光、紫外线 原子外层电子受激发; x射线 原子内层电子受激发; γ射线 原子核受激发。 可见光的光谱： 发射光谱——连续光谱、明线光谱 ; 吸收光谱(特征光谱)。 困难问题： 无法解释光电效应现象。

(4)光子说(爱因斯坦)： 基本观点： 认为光由一份一份不连续的光子组成每份光子的能量E=hν。 实验基础： 光电效应现象。 装置： (略)。 现象： ①入射光照到光电子发射几乎是瞬时的;②入射光频率必须大于光阴极金属的极限频率ν。;

③当ν>v0时，光电流强度与入射光强度成正比;④光电子的最大初动能与入射光强无关，只随着人射光灯中的增大而增大。 解释 ①光子能量可以被电子全部吸收.不需能量积累过程;②表面电子克服金属原子核引力逸出至少需做功(逸出功)hν。;③入射光强。单位时间内入射光子多，产生光电子多;④入射光子能量只与其频率有关，入射至金属表，除用于逸出功外。其余转化为光电子初动能。 困难问题: 无法解释光的波动性。

(5)光的波粒二象性: 基本观点: 认为光是一种具有电磁本性的物质，既有波动性。又有粒子性。大量光子的运动规律显示波动性，个别光子的行为显示粒子性。 实验基础 :微弱光线的干涉，X射线衍射.

二、重要研究方法

1.作图:几何光学离不开光路图 。利用作图法可以直观地反映光线的传播，方便地确定像的位置、大小、倒正、虚实以及成像区域或观察范围等.把它与公式法结合起来，可以互相补充、互相验证。

2.光路追踪法: 用作图法研究光的传播和成像问题时，抓住物点上发出的某条光线为研究对象。不断追踪下去的方法.尤其适合于研究组合光具成多重保的情况。

3.光路可逆法: 在几何光学中，一所有的光路都是可逆的，利用光路可逆原理在作图和计算上往在都会带来方便

原子物理包括两大部分内容;原子结构和原子核结构。前者研究原子核外电子的分布及跃迁规律，后者研究核的组成及其变化规律。

一、重要概念和规律

1 .原子核式结构学说(1909年。卢瑟福)

实验基础： α粒子散射实验——用放射源发出的α粒子穿过金箔，发现绝大多数α粒子按原方向前进，少数α粒子发生较大的偏转。极少数产生大角度偏转，个别被弹回. 基本内容： 在原子中心有一个带正电的核(半径约10-15 ～10-14 m)，集中了几乎全部原子质量、带负电的电子在核外绕核旋转(原子半径约10-10 m)。 困难问题: 按经典理论，电子绕核旋转将辐射电磁波，能量会逐渐减小，电子运行的轨道半径不断变小，大量原子发出的光谱应该是连续光谱。

2.玻尔理论(1913年。玻尔) 实验基础 氢光谱规律的研究。 基本内容(三点假设) (1)原子只能处于一系列不连续的、稳定的能量状态(定态)，其总能量En(包括动能和电势能)与基态总能量量的关系为En=E1 /n1 (n=1、2、3……)(2)原子在两个定态之间跃迁时，将辐射(或吸收)一定频率时光子;光子的能量为hν=E初 -E终 。(3)电子绕核运行的可能轨道是不连续的。各可能轨道的半径rn=n2 r1 基态轨道半径r1。(n=1、2、3……)。 困难问题 无法解释复杂原子的光谱.

3. 放射现象(1896年.贝克勒尔)

三种射线

(1)α射线 氦原子核流。v≈c/10。贯穿本领很小。电离作用很强。

(2)β射线 高速电子流。v≈c。贯穿本领强，电离作用弱。

(3)γ射线 波长很短的电磁波。v=c。贯穿本领很强，电离作用很弱。

衰变规律 遵循电量、质量(和能量)守恒。

α衰变、β衰变、γ衰变(γ衰变是伴随着α衰变或β衰变同时发生的)。

半衰期: 放射性元素的原子读有半数发生衰变所需要的时间。由核内部本身因素决定.跟原子所处的物理状态或化学状态无关.

4.原子核的组成

实验基础

(1)质子发现(1919年，卢瑟福)

(2)中子发现(1932年，查德威克)

基本内容 原子核由质子和中子(统称核子)组成.原子核的质量数等于质子数与中子数之和.原子核的电荷数等于质子数。各核子间依_强大的核力来集在核内。

5.放射性同位素 质子数相同、中子数不同，具有放射性的原子。

实验基础：用α粒子盖击铝核首先实现用人工方法得到放出性同位素磷(1934年，约里奥·居里夫妇)。

基本应用

(1)利用射线的贯穿本领、电离作用或对生物组织的物理、化学效应。

(2)做为示踪原子。

6. 核能

质量亏损: 组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差.

质能方程:E=mc2

核反应能:△E=△mc2

二、重要研究方法

1.实践、理论、实践

从实践(实验)出发，提出理论，再经过实践的检验或进行新的实践一进一步发展理论。例如，通过对气体放电现象、阴极射线的研究.汤姆生发现电子(1897年)，提出原子结构的汤姆生模型。由于卢瑟福的粒子的散射实验，进一步发展成卢瑟福模型。通过对氢原子明线光谱的研究，又提出了玻尔理论等。在原子物理中，非常鲜明地贯穿着辩证唯物主义认识论的这一基本思想方法。复习中也应以此为线索，把握全章的知识结构。

2. 守恒规律的应用

质量守恒、电荷守恒、能量守恒、动量守恒等自然界中的基本规律在原子物理中都得到全面的体现.复习中应紧紧把握这些守恒规律

光的传播

1.光在什么情况下是沿直线传播的，小孔成像是怎么回事，什么是本影和半影，如何确定本影、半影的区域?如何确定影子的运动状态?在何时、何地可以观察到日全食、日偏食、日环食、月全食、月偏食?你知道几种典型的测量光速的方法吗?你能体会出为什么这一章又被称为几何光学吗?

2.什么是光的反射定律，镜面反射和漫反射的主要区别是什么?平面镜的成像特点是什么?如何确定平面镜成像的观察范围?我要想看到完整的脸，至少需要多大的矩形平面镜?那我要想看到完整的三中办公楼呢?如何确定物像的运动速度(速度垂直镜面和不垂直镜面两种情况)?

3.什么是折射定律?与折射率相关的几个表达式分别是什么?如何计算光射入介质后的波长、波速和频率?什么是视深?

4.什么是光疏介质、光密介质，全反射的条件是什么?在求解全反射问题时，一般采用什么解题方法?什么是光导纤维?在已知入射角的情况下如何计算光导纤维的折射率，如果入射角未知呢?

5.什么是光的色散，产生的原因是什么?各种色光的频率、折射率、速度有什么规律?你能定性画出不同色光在界面上发生反射、折射时的情景吗?反之根据这些情景你有能判断出各色光的折射率、频率、能量、临界角的大小吗?

6.你了解几种典型的玻璃砖对光路的控制特点吗?在三角形玻璃砖中，你知道几个典型角的关系吗?单色光、复色光、单色光点、复色光点通过三棱镜会呈现什么景象呢?如果光疏棱镜放在光密介质中，上述现象还成立吗?在圆形玻璃砖中，你知道如何确定法线，如何确定是否发生全反射，如何计算各次的偏折角吗?在矩形玻璃砖中，你会求侧移距离吗?你能利用一个杯子测量液体的折射率吗?

光的本性

1.十七世纪人们关于光的本性的认识有哪些观点?分别能解释什么，无法解释什么?

2.什么是双缝干涉、薄膜干涉，它们的相干光源是如何得到的，使用单色光和复色光时其干涉图样怎样?如何判断某个点是加强点还是减弱点。在双缝干涉实验中，相邻两条亮条纹之间的间距与什么有关?遮住其中一个缝，或用不同滤光片分别遮住两个缝还会有干涉条纹吗?还会有条纹吗?在薄膜干涉中，应在何处观察现象，薄膜的形状对条纹的形状及间距有何影响?你知道什么是增透膜吗?它的厚度如何确定?如何使用薄膜干涉检查物体表面的平整程度?在实际生活中如何区分干涉、衍射、色散、半影等问题?

3.什么是衍射，发生明显衍射的条件是什么?双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的区别是什么?圆孔衍射与圆屏衍射呢?在衍射现象越来越明显的过程中看到的现象是什么?光的直线传播与光的衍射矛盾吗?为什么我们常说光是沿直线传播的?

4.光是一种什么波，这种观点是谁提出的，提出的依据有哪些，又是谁验证的?电磁波谱的排列顺序是什么，它们的产生机理怎样，能否结合电磁波和原子物理的知识加深理解。红外线、紫外线、X射线、γ射线是怎样产生的，有什么样的特性及应用?伦琴射线管的构造是什么?

5.什么是偏振?偏振光和自然光有何区别?如何得到偏振光?偏振光在现实生活中有何应用?什么是激光?它的三个特性及相关应用是什么?

6.什么是光电效应，它是使用什么样的装置发现的，又是使用什么样的装置研究的。什么是饱和电流、截止电压，有什么作用?光电效应的四条规律是什么?你会在做题中使用吗?经典波动理论为什么解释不了，爱因斯坦的光子理论又是如何解释的。你会利用光电效应方程解释以及求解极限频率、最大初动能吗?你会连接简单的光电管自动控制电路吗?光强与哪些因素有关?相同强度的紫光、红光照射同一金属发生光电效应时有何区别?你理解最大初动能和频率之间的函数图象吗?

7.在光子计算中，你能计算出点光源模型中，相距光源一定距离放置的面上得到的光子数吗?在线光源模型中，你会计算单位长度上的光子数吗?

8.什么是光的波粒二象性，如何理解?只有电磁波才具有波粒二象性吗?什么是物质波，谁提出的?物质波的波长如何计算?

原子物理

1.谁发现了电子，有什么样的重要意义?接下来他提出的原子结构模型是什么样的?

2.α粒子散射实验是谁、为了什么目的、使用什么样的装置做的?期望得到什么结果?实际的现象是什么?由此得出什么样的结论，该实验有何重大意义?

3.什么是光谱，光谱如何分类，分别是由谁产生的，哪些光谱可以用作光谱分析，用什么仪器观察光谱，它的大致构造怎样?

4.原子的核式结构遇到了哪两个困难?是谁提出了什么理论解决了这两个难题?他否定了经典理论还是否定了核式结构学说?理论的内容是什么?

5.你能根据题目条件确定核外电子的动能、势能、总能量、周期、半径等的大小及变化吗?什么是eV，它与焦耳如何转换?在解题中一定要将它转化成焦耳吗?你会计算在原子跃迁中吸收或释放光子的个数及频率吗?能否在此基础上真正理解明线光谱与吸收光谱?你知道什么是电离，如何计算电离能吗?在电离中，原子能吸收超过电离能的光子吗?

6.玻尔理论的成功与局限分别是什么?经典物理学的研究范围又是什么?

7.谁发现的天然放射现象，有什么重大意义?三种射线的本质及特点怎样，如何在电场、磁场中分开?什么是衰变，它们的通式及实质是什么?你能否根据衰变的次数判断中子数和质子数的变化(或反过来判断)?在同一个原子核的衰变中，能否同时释放α、β射线，那γ射线呢?在衰变与磁场、动量守恒、核能综合的题目中你会求解粒子的周期、运动半径、动能吗?你能根据轨迹判断是何种衰变以及原放射性原子核的核电荷数吗

8.什么是半衰期，理解它时应注意哪两个问题?半衰期的公式是什么?你会求解关于半衰期的两个典型问题吗?什么是放射性同位素?在实际中有什么应用?

9.谁发现的质子，核反应方程是什么?谁预言了中子的存在，又是谁发现的，核反应方程是什么?什么是核子，它们靠什么力结合在一起，这个力有什么特点，你能把它与轻核聚变的条件结合起来考虑吗?

10.核反应方程的配平遵循什么规律?典型的核反应方程有几类，你能区分它们吗?核反应方程能写等号吗?

11.什么是质能方程，谁提出的，如何理解，是不是说质量与能量可以相互转化?什么是质量亏损?使用质能方程在计算核能时关于单位应注意什么?核反应前和反应后粒子的动能在解题时应如何处理?

12.什么是平均质量，它对于确定一个核反应是吸收能量还是放出能量具有什么意义?典型的重核裂变的核反应方程有什么特征，轻核的聚变呢?什么是链式反应，产生的条件是什么?核反应堆的主要组成是什么?为什么轻核的聚变反应又称为热核反应，它与裂变相比有什么优点?