一、重要概念和規律

(一)、幾何光學基本概念和規律

1、基本規律

光源：發光的物體.分兩大類：點光源和擴展光源. 點光源是一種理想模型，擴展光源可看成無數點光源的集合. 光線 ——表示光傳播方向的幾何線. 光束通過一定面積的一束光線.它是通過一定截面光線的集合. 光速——光傳播的速度。光在真空中速度最大。恒為C=3×108 m/s。丹麥天文學家羅默第一次利用天體間的大距離測出了光速。法國人裴索第一次在地面上用旋轉齒輪法測出了光這。 實像 ——光源發出的光線經光學器件後，由實際光線形成的. 虛像——光源發出的光線經光學器件後，由發實際光線的延長線形成的。 本影——光直線傳播時，物體後完全照射不到光的暗區. 半影 ——光直線傳播時，物體後有部分光可以照射到的半明半暗區域.

2.基本規律

(1)光的直線傳播規律：先在同一種均勻介質中沿直線傳播。小孔成像、影的形成、日食、月食等都是光沿直線傳播的例證。

(2)光的獨立傳播規律：光在傳播時雖屢屢相交，但互不擾亂，保持各自的規律繼續傳播。

(3)光的反射定律： 反射線、入射線、法線共面;反射線與入射線分布于法線兩側;反射角等于入射角。

(4)光的折射定律： 折射線、入射線、法線共面，折射線和入射線分居法線兩側;對确定的兩種介質，入射角(i)的正弦和折射角(r)的正弦之比是一個常數.介質的折射率 n=sini/sinr=c/v。全反射條件①光從光密介質射向光疏介質;②入射角大于臨界角A，sinA=1/n。

(5)光路可逆原理： 光線逆着反射線或折射線方向入射，将沿着原來的入射線方向反射或折射.

3.常用光學器件及其光學特性

(1)平面鏡： 點光源發出的同心發散光束，經平面鏡反射後，得到的也是同心發散光束.能在鏡後形成等大的、正立的虛出，像與物對鏡面對稱。

(2)球面鏡： 凹面鏡：有會聚光的作用， 凸面鏡： 有發散光的作用.

(3)棱鏡： 光密介質的棱鏡放在光疏介質的環境中，入射到棱鏡側面的光經棱鏡後向底面偏折。隔着棱鏡看到物體的像向頂角偏移。 棱鏡的色散作用： 複色光通過三棱鏡被分解成單色光的現象。

(4)透鏡： 在光疏介質的環境中放置有光密介質的透鏡時， 凸透鏡： 對光線有會聚作用， 凹透鏡： 對光線有發散作用.透鏡成像作圖： 利用三條特殊光線。成像規律1/u 1/v=1/f。線放大率m=像長/物長=|v|/u。說明①成像公式的符号法則——凸透鏡焦距f取正，凹透鏡焦距f取負;實像像距v取正，虛像像距v取負。②線放大率與焦距和物距有關.

(5)平行透明闆： 光線經平行透明闆時發生平行移動(側移).側移的大小與入射角、透明闆厚度、折射率有關。

4.簡單光學儀器的成像原理和眼睛

(1)放大鏡： 是凸透鏡成像在。u

(2)照相機： 是凸透鏡成像在u>2f時的應用.得到的是倒立縮小施實像。

(3)幻燈機： 是凸透鏡成像在 f

(4)顯微鏡： 由短焦距的凸透鏡作物鏡，長焦距的透鏡作目鏡所組成。物體位于物鏡焦點外很_近焦點處，經物鏡成實像于目鏡焦點内很_近焦點處。再經物鏡在同側形成一放大虛像(通常位于明視距離處)。

( 5)望遠鏡： 由長焦距的凸透鏡作物鏡，短焦距的透鏡作目鏡所組成。極遠處至物鏡的光可看成平行光，經物鏡成中間像(倒立、縮小、實像)于物鏡焦點外很_近焦點處，恰位于目鏡焦點内，再經目鏡成虛像于極遠處(或明視距離處)。

(6)眼睛： 等效于一變焦距照相機，正常人明視距約25厘米。明視距離小子25厘米的近視眼患者需配戴凹透鏡做鏡片的眼鏡;明視距離大于25厘米的遠視25者需配戴凸透鏡做鏡片的眼鏡。

(二)物理光學——人類對光本性的認識發展過程

(1)微粒說(牛頓)基本觀點： 認為光像一群彈性小球的微粒。 實驗基礎 光的直線傳播、光的反射現象。 困難問題 無法解釋兩種媒質界面同時發生的反射、折射現象以及光的獨立傳播規律等。

(2)波動說(惠更斯)基本觀點： 認為光是某種振動激起的波(機械波)。 實驗基礎： 光的幹涉和衍射現象。

①光的幹涉現象——楊氏雙縫幹涉實驗

條件： 兩束光頻率相同、相差恒定。 裝置 (略)。 現象： 出現中央明條，兩邊等距分布的明暗相間條紋。 解釋： 屏上某處到雙孔(雙縫)的路程差是波長的整數倍(半個波長的偶數倍)時，兩波同相疊加，振動加強，産生明條;兩波反相疊加，振動相消，産生暗條。 應用： 檢查平面、測量厚度、增強光學鏡頭透射光強度(增透膜).

②光的衍射現象——單縫衍射(或圓孔衍射)

條件： 縫寬(或孔徑)可與波長相比拟。 裝置 ：(略)。 現象： 出現中央最亮最寬的明條，兩邊不等距發表的明暗條紋(或明暗鄉間的圓環)。 困難問題： 難以解釋光的直進、尋找不到傳播介質。

(3)電磁說(麥克斯韋)： 基本觀點： 認為光是一種電磁波。 實驗基礎： 赫茲實驗(證明電磁波具有跟光同樣的性質和波速)。 各種電磁波的産生機理： 無線電波 自由電子的運動; 紅外線、可見光、紫外線 原子外層電子受激發; x射線 原子内層電子受激發; γ射線 原子核受激發。 可見光的光譜： 發射光譜——連續光譜、明線光譜 ; 吸收光譜(特征光譜)。 困難問題： 無法解釋光電效應現象。

(4)光子說(愛因斯坦)： 基本觀點： 認為光由一份一份不連續的光子組成每份光子的能量E=hν。 實驗基礎： 光電效應現象。 裝置： (略)。 現象： ①入射光照到光電子發射幾乎是瞬時的;②入射光頻率必須大于光陰極金屬的極限頻率ν。;

③當ν>v0時，光電流強度與入射光強度成正比;④光電子的最大初動能與入射光強無關，隻随着人射光燈中的增大而增大。 解釋 ①光子能量可以被電子全部吸收.不需能量積累過程;②表面電子克服金屬原子核引力逸出至少需做功(逸出功)hν。;③入射光強。單位時間内入射光子多，産生光電子多;④入射光子能量隻與其頻率有關，入射至金屬表，除用于逸出功外。其餘轉化為光電子初動能。 困難問題: 無法解釋光的波動性。

(5)光的波粒二象性: 基本觀點: 認為光是一種具有電磁本性的物質，既有波動性。又有粒子性。大量光子的運動規律顯示波動性，個别光子的行為顯示粒子性。 實驗基礎 :微弱光線的幹涉，X射線衍射.

二、重要研究方法

1.作圖:幾何光學離不開光路圖 。利用作圖法可以直觀地反映光線的傳播，方便地确定像的位置、大小、倒正、虛實以及成像區域或觀察範圍等.把它與公式法結合起來，可以互相補充、互相驗證。

2.光路追蹤法: 用作圖法研究光的傳播和成像問題時，抓住物點上發出的某條光線為研究對象。不斷追蹤下去的方法.尤其适合于研究組合光具成多重保的情況。

3.光路可逆法: 在幾何光學中，一所有的光路都是可逆的，利用光路可逆原理在作圖和計算上往在都會帶來方便

原子物理包括兩大部分内容;原子結構和原子核結構。前者研究原子核外電子的分布及躍遷規律，後者研究核的組成及其變化規律。

一、重要概念和規律

1 .原子核式結構學說(1909年。盧瑟福)

實驗基礎： α粒子散射實驗——用放射源發出的α粒子穿過金箔，發現絕大多數α粒子按原方向前進，少數α粒子發生較大的偏轉。極少數産生大角度偏轉，個别被彈回. 基本内容： 在原子中心有一個帶正電的核(半徑約10-15 ～10-14 m)，集中了幾乎全部原子質量、帶負電的電子在核外繞核旋轉(原子半徑約10-10 m)。 困難問題: 按經典理論，電子繞核旋轉将輻射電磁波，能量會逐漸減小，電子運行的軌道半徑不斷變小，大量原子發出的光譜應該是連續光譜。

2.玻爾理論(1913年。玻爾) 實驗基礎 氫光譜規律的研究。 基本内容(三點假設) (1)原子隻能處于一系列不連續的、穩定的能量狀态(定态)，其總能量En(包括動能和電勢能)與基态總能量量的關系為En=E1 /n1 (n=1、2、3……)(2)原子在兩個定态之間躍遷時，将輻射(或吸收)一定頻率時光子;光子的能量為hν = E初 -E終 。(3)電子繞核運行的可能軌道是不連續的。各可能軌道的半徑rn=n2 r1 基态軌道半徑r1。(n=1、2、3……)。 困難問題 無法解釋複雜原子的光譜.

3. 放射現象(1896年.貝克勒爾)

三種射線

(1)α射線 氦原子核流。v≈c/10。貫穿本領很小。電離作用很強。

(2)β射線 高速電子流。v≈c。貫穿本領強，電離作用弱。

(3)γ射線 波長很短的電磁波。v=c。貫穿本領很強，電離作用很弱。

衰變規律 遵循電量、質量(和能量)守恒。

α衰變、β衰變、γ衰變(γ衰變是伴随着α衰變或β衰變同時發生的)。

半衰期: 放射性元素的原子讀有半數發生衰變所需要的時間。由核内部本身因素決定.跟原子所處的物理狀态或化學狀态無關.

4.原子核的組成

實驗基礎

(1)質子發現(1919年，盧瑟福)

(2)中子發現(1932年，查德威克)

基本内容 原子核由質子和中子(統稱核子)組成.原子核的質量數等于質子數與中子數之和.原子核的電荷數等于質子數。各核子間依_強大的核力來集在核内。

5.放射性同位素 質子數相同、中子數不同，具有放射性的原子。

實驗基礎：用α粒子蓋擊鋁核首先實現用人工方法得到放出性同位素磷(1934年，約裡奧·居裡夫婦)。

基本應用

(1)利用射線的貫穿本領、電離作用或對生物組織的物理、化學效應。

(2)做為示蹤原子。

6. 核能

質量虧損: 組成原子核的核子的質量與原子核的質量之差.

質能方程:E=mc2

核反應能:△E=△mc2

二、重要研究方法

1.實踐、理論、實踐

從實踐(實驗)出發，提出理論，再經過實踐的檢驗或進行新的實踐一進一步發展理論。例如，通過對氣體放電現象、陰極射線的研究.湯姆生發現電子(1897年)，提出原子結構的湯姆生模型。由于盧瑟福的粒子的散射實驗，進一步發展成盧瑟福模型。通過對氫原子明線光譜的研究，又提出了玻爾理論等。在原子物理中，非常鮮明地貫穿着辯證唯物主義認識論的這一基本思想方法。複習中也應以此為線索，把握全章的知識結構。

2. 守恒規律的應用

質量守恒、電荷守恒、能量守恒、動量守恒等自然界中的基本規律在原子物理中都得到全面的體現.複習中應緊緊把握這些守恒規律

光的傳播

1.光在什麼情況下是沿直線傳播的，小孔成像是怎麼回事，什麼是本影和半影，如何确定本影、半影的區域?如何确定影子的運動狀态?在何時、何地可以觀察到日全食、日偏食、日環食、月全食、月偏食?你知道幾種典型的測量光速的方法嗎?你能體會出為什麼這一章又被稱為幾何光學嗎?

2.什麼是光的反射定律，鏡面反射和漫反射的主要區别是什麼?平面鏡的成像特點是什麼?如何确定平面鏡成像的觀察範圍?我要想看到完整的臉，至少需要多大的矩形平面鏡?那我要想看到完整的三中辦公樓呢?如何确定物像的運動速度(速度垂直鏡面和不垂直鏡面兩種情況)?

3.什麼是折射定律?與折射率相關的幾個表達式分别是什麼?如何計算光射入介質後的波長、波速和頻率?什麼是視深?

4.什麼是光疏介質、光密介質，全反射的條件是什麼?在求解全反射問題時，一般采用什麼解題方法?什麼是光導纖維?在已知入射角的情況下如何計算光導纖維的折射率，如果入射角未知呢?

5.什麼是光的色散，産生的原因是什麼?各種色光的頻率、折射率、速度有什麼規律?你能定性畫出不同色光在界面上發生反射、折射時的情景嗎?反之根據這些情景你有能判斷出各色光的折射率、頻率、能量、臨界角的大小嗎?

6.你了解幾種典型的玻璃磚對光路的控制特點嗎?在三角形玻璃磚中，你知道幾個典型角的關系嗎?單色光、複色光、單色光點、複色光點通過三棱鏡會呈現什麼景象呢?如果光疏棱鏡放在光密介質中，上述現象還成立嗎?在圓形玻璃磚中，你知道如何确定法線，如何确定是否發生全反射，如何計算各次的偏折角嗎?在矩形玻璃磚中，你會求側移距離嗎?你能利用一個杯子測量液體的折射率嗎?

光的本性

1.十七世紀人們關于光的本性的認識有哪些觀點?分别能解釋什麼，無法解釋什麼?

2.什麼是雙縫幹涉、薄膜幹涉，它們的相幹光源是如何得到的，使用單色光和複色光時其幹涉圖樣怎樣?如何判斷某個點是加強點還是減弱點。在雙縫幹涉實驗中，相鄰兩條亮條紋之間的間距與什麼有關?遮住其中一個縫，或用不同濾光片分别遮住兩個縫還會有幹涉條紋嗎?還會有條紋嗎?在薄膜幹涉中，應在何處觀察現象，薄膜的形狀對條紋的形狀及間距有何影響?你知道什麼是增透膜嗎?它的厚度如何确定?如何使用薄膜幹涉檢查物體表面的平整程度?在實際生活中如何區分幹涉、衍射、色散、半影等問題?

3.什麼是衍射，發生明顯衍射的條件是什麼?雙縫幹涉條紋與單縫衍射條紋的區别是什麼?圓孔衍射與圓屏衍射呢?在衍射現象越來越明顯的過程中看到的現象是什麼?光的直線傳播與光的衍射矛盾嗎?為什麼我們常說光是沿直線傳播的?

4.光是一種什麼波，這種觀點是誰提出的，提出的依據有哪些，又是誰驗證的?電磁波譜的排列順序是什麼，它們的産生機理怎樣，能否結合電磁波和原子物理的知識加深理解。紅外線、紫外線、X射線、γ射線是怎樣産生的，有什麼樣的特性及應用?倫琴射線管的構造是什麼?

5.什麼是偏振?偏振光和自然光有何區别?如何得到偏振光?偏振光在現實生活中有何應用?什麼是激光?它的三個特性及相關應用是什麼?

6.什麼是光電效應，它是使用什麼樣的裝置發現的，又是使用什麼樣的裝置研究的。什麼是飽和電流、截止電壓，有什麼作用?光電效應的四條規律是什麼?你會在做題中使用嗎?經典波動理論為什麼解釋不了，愛因斯坦的光子理論又是如何解釋的。你會利用光電效應方程解釋以及求解極限頻率、最大初動能嗎?你會連接簡單的光電管自動控制電路嗎?光強與哪些因素有關?相同強度的紫光、紅光照射同一金屬發生光電效應時有何區别?你理解最大初動能和頻率之間的函數圖象嗎?

7.在光子計算中，你能計算出點光源模型中，相距光源一定距離放置的面上得到的光子數嗎?在線光源模型中，你會計算單位長度上的光子數嗎?

8.什麼是光的波粒二象性，如何理解?隻有電磁波才具有波粒二象性嗎?什麼是物質波，誰提出的?物質波的波長如何計算?

原子物理

1.誰發現了電子，有什麼樣的重要意義?接下來他提出的原子結構模型是什麼樣的?

2.α粒子散射實驗是誰、為了什麼目的、使用什麼樣的裝置做的?期望得到什麼結果?實際的現象是什麼?由此得出什麼樣的結論，該實驗有何重大意義?

3.什麼是光譜，光譜如何分類，分别是由誰産生的，哪些光譜可以用作光譜分析，用什麼儀器觀察光譜，它的大緻構造怎樣?

4.原子的核式結構遇到了哪兩個困難?是誰提出了什麼理論解決了這兩個難題?他否定了經典理論還是否定了核式結構學說?理論的内容是什麼?

5.你能根據題目條件确定核外電子的動能、勢能、總能量、周期、半徑等的大小及變化嗎?什麼是eV，它與焦耳如何轉換?在解題中一定要将它轉化成焦耳嗎?你會計算在原子躍遷中吸收或釋放光子的個數及頻率嗎?能否在此基礎上真正理解明線光譜與吸收光譜?你知道什麼是電離，如何計算電離能嗎?在電離中，原子能吸收超過電離能的光子嗎?

6.玻爾理論的成功與局限分别是什麼?經典物理學的研究範圍又是什麼?

7.誰發現的天然放射現象，有什麼重大意義?三種射線的本質及特點怎樣，如何在電場、磁場中分開?什麼是衰變，它們的通式及實質是什麼?你能否根據衰變的次數判斷中子數和質子數的變化(或反過來判斷)?在同一個原子核的衰變中，能否同時釋放α、β射線，那γ射線呢?在衰變與磁場、動量守恒、核能綜合的題目中你會求解粒子的周期、運動半徑、動能嗎?你能根據軌迹判斷是何種衰變以及原放射性原子核的核電荷數嗎

8.什麼是半衰期，理解它時應注意哪兩個問題?半衰期的公式是什麼?你會求解關于半衰期的兩個典型問題嗎?什麼是放射性同位素?在實際中有什麼應用?

9.誰發現的質子，核反應方程是什麼?誰預言了中子的存在，又是誰發現的，核反應方程是什麼?什麼是核子，它們靠什麼力結合在一起，這個力有什麼特點，你能把它與輕核聚變的條件結合起來考慮嗎?

10.核反應方程的配平遵循什麼規律?典型的核反應方程有幾類，你能區分它們嗎?核反應方程能寫等号嗎?

11.什麼是質能方程，誰提出的，如何理解，是不是說質量與能量可以相互轉化?什麼是質量虧損?使用質能方程在計算核能時關于單位應注意什麼?核反應前和反應後粒子的動能在解題時應如何處理?

12.什麼是平均質量，它對于确定一個核反應是吸收能量還是放出能量具有什麼意義?典型的重核裂變的核反應方程有什麼特征，輕核的聚變呢?什麼是鍊式反應，産生的條件是什麼?核反應堆的主要組成是什麼?為什麼輕核的聚變反應又稱為熱核反應，它與裂變相比有什麼優點?

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