光学

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波動與聲音

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波的特性

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光学

光性质

光的波粒二象性

大量光子波动性，少量光子粒子性

频率低表现波动性，频率高表现粒子性

光子说

爱因斯坦

光电管

光信号转化为电信号

光子说内容

方程（爱因斯坦）

逸出功

碱金属逸出功最小

不同金属逸出功不同

光由一份份光子组成，每个光子的能量与光的频率成正比

普朗克常量 h

普朗克首先提出能量子，爱因斯坦受启发提出光子说

光电效应

频率不变，照射光频率大于极限频率时，每秒发射的光电子数与光强度成正比

光照射到金属上，光电子的发射是瞬时的，不超过10-9秒

光电子的最大初动能与光强度无光，只随入射光频率增大而增大

任何金属的都有一个极限频率，大于他，发生光电效应

现象

在光照射下，发射电子的现象

这种电子叫光电子

光的电磁说

麦克斯韦

电磁波与机械波

同一电磁波在不同介质中频率相同，同一机械波在不同介质中频率相同

电磁波能量只与频率有关，机械波只与振幅有关

电磁波在介质中波速比空气中小，机械波波速比在空气中大

波动说

惠更斯

光是横波

偏振光

立体电影

车灯上的偏振片

车灯，挡风玻璃上装偏振片，其方向均与水平方向成45度

拍摄水下景物

只有横波才有偏振现象

自然光照射到两种介质的界面上，当反射光与折射光垂直时，反射光和折射光都是偏振光，且振动方向垂直

自然光通过偏振片

自然光

光源直接发出的光都是自然光

垂直于传播方向，沿各个方向振动的光波强弱都相同

电磁波谱（波长由长到短）

原子核受激发

X射线

内层电子受激发

可见光

外层电子受激发

无线电波

自由电子的周期性运动

伦琴射线（X射线）

穿透能力强

医疗透视

工业探伤

高速运动的电子流打在固体物质上，产生X射线

伦琴射线管

波长比紫外线短

紫外线

消毒杀菌

化学作用

促使人体合成维生素D

荧光实验

日光灯管

验钞机

波长比可见光短，不可见光

红外线

红外加热

电磁能更能转化为物质内能

固体分子固有频率

微波加热：液体固有频率

红外遥控

红外遥感

产生

一切都在辐射红外线

温度越高，红外线越强，波长越短

波长比可见光更长，不可见光

波长与频率

波长越长，频率越小，波长越短，频率越大

光波频率

光波波长大小

衍射

与直线传播

直线传播是特殊情形

几种现象

圆板衍射

圆板影子中心有一亮点，周围是衍射圆环

泊松亮斑

圆孔衍射

中央为亮点，周围是明暗相间条纹

单缝衍射

不等间距明暗相间条纹

中央条纹最宽，最亮

明显衍射条件

障碍物比光波波长小，或差不多

越小，越明显

所用都用衍射

干涉

薄膜干涉

增反膜

干涉加强

薄膜厚度为光在薄膜中的波长的1/2

增透膜

干涉相消

薄膜厚度为光在薄膜中的波长的1/4

检验平面的平整程度

白光照，彩色条纹

明暗相间条纹

原因

薄膜前后表面反射的两列光波叠加而成

双缝干涉

白光照得彩色条纹

中间白，两边红

结论

紫光波长最短

红光波长最长

相邻条纹的间距

得明暗条纹的条件

奇数

暗

偶数

亮

分光法

双缝

单缝

相干光

激光

特点

高亮度

强激光产生的高压引起核聚变

激光光刀

激光切割

平行度好

制高密度光盘

精确测距

相干性好

托马斯 杨

微粒说

牛顿

基本性质

色散

红光速度最大，紫光速度最小

红光折射率最小，紫光折射率最大

光谱

折射

应用

平行玻璃砖

侧移距离随砖厚度增大而增大

视深问题

正下方往空中看

H=hn

正上方往水中看

H=h/n

光密介质与光疏介质

光由光疏进入光密，折射角小于入射角

光在光疏介质中传播速度大

密度大的不一定是光密介质

折射率越大，偏转角越大

折射率

决定式

定义式

折射定律

反射

全反射

全反射棱镜

90度或180度

等腰直角三角形

蒙气差

下层空气密度大，折射率大

看到太阳出地平线，实则还在下面

看到的星星位置比实际高

蜃景

沙漠上的蜃景

沙漠下层空气温度高，折射率小，高处景物光线射向地面全反射

倒立虚像

海面上的蜃景

海面上的下层空气温度低，折射率大，地面上的景物发出的光射向空中发生全反射

正立虚像

光导纤维

胃窥镜

光纤通信

水中气泡更亮

从水中射向气泡的光线一部分全反射

临界角

条件

平面镜成像

显像运动

入射线不动，平面镜转a度，反射线同向转2a度

平面镜不动，入射光线转a度，反射线也转a度

平面镜以v向原象移动x，则像以2v移动2x

平面镜不动，物体以v靠近，像也以v靠近

反射定律

在同种介质中沿直线传播

影子

日食

日偏食

日全食

半影

本影

原子核

核反应

核电站

慢中子反应堆

构造

水泥防护层

防止射线射出

控制棒

控制，调节反应的剧烈程度

通过吸收中子

镉

减速剂

石墨，重水，轻水

把快中子减速成慢中子

铀棒

铀吸收慢中子裂变

核能

两种单位

u

MeV

千克

焦

质能方程

一个原子质量单位叫1u

u,MeV

物体能量与质量总是对应关系

物理能量与质量成正比

质量亏损

分类

轻核聚变

重核裂变

释放巨大能量

铀核裂变

链式反应

临界体积

中子轰击铀核

一般生成2-3个中子

一个重核分裂成中等质量的核

核子平均质量和原子序数的关系

人工核转变

发现正电子（第1步）

阿尔法+铝打出中子

发现中子

学生打啤酒

发现质子

老师打蛋

发现正电子（第2步）

磷得正电子

天然放射现象

做失踪原子

利用射线

放疗

抑制农作物害虫的生长

保存食物

射线照射促使种子发芽

阿尔法射线除静电

伽马射线探伤仪

衰变

半衰期

规律

阿尔法粒子轨道半径比贝塔粒子大

贝塔衰变

轨迹为内切圆

半径大为贝塔粒子

阿尔法衰变

轨迹为两外切圆

半径小为反冲核

半径大为阿尔法粒子

由原子核内部因素决定，与所处物理，化学状态无关

贝塔射线与阴极射线

阴极射线电子流威力没那么大

阴极射线中电子是原子核外的电子，贝塔射线中电子是中子变质子+电子时产生的电子

都是电子流

原子核衰变

阿尔法衰变，贝塔衰变时，新核不稳定，向低能级跃迁时放出光子

贝塔衰变

原子核内一个中子要转化成质子，同时产生1个电子

阿尔法衰变

实质

原子核内2质子和1中子结合成一个阿尔法粒子放出

3种射线

伽马射线

穿过几厘米铅版

1库伦

伽马光子

贝塔射线

强

穿过几毫米铝板

较弱

0.99库伦

0

-1

高速电子流

阿尔法射线

穿透本领

很弱

穿不过一张普通纸

电离作用

很强

速度

0.1库伦

质量数

4

电荷数

2

高速氦核流

贝克勒尔

原子核还可再分

核式结构

卢瑟福的原子模型

原子核组成

老师打蛋，学生打啤酒

核子

质子和中子的统称

中子的发现

查德威克用阿尔法粒子轰击铍核发现中子

质子的发现

卢瑟福用阿尔法粒子轰击氮核发现质子

原子核直径

原子半径

原子核式结构学说

阿尔法粒子散射实验

极少数反弹

少数较大角度偏转

绝大多数基本沿原方向前进

汤姆生原子结构

枣糕模型

汤姆生发现电子

说明原子可再分

物质波（德布罗意波）

公式

宏观的波长太短，不易观察其波动性

v=0时，无波动现象

能级

应用

原子光谱

谱线位置确定发光的元素

光谱分析

光子的发射与吸收

吸收

吸收光子的能量等于两能级之差

电子与原子的碰撞

大于等于

吸收光子电离时

大于等于，均吸收，多余能量作为电离后电子的动能

吸收光子跃迁时

只吸收能量恰好等于两能级差的光子

跃迁

低-高

发射

发光频率由两级差决定

跃迁

高-低

能级图

能级公式

激发态

基态

能量状态最低

玻尔理论

跃迁假设

轨道假设

定态假设

经典电磁理论与原子核式结构学说的矛盾