第十四讲 光及原子物理(teacher)

1、高三复习资料第十四讲 光学 原子物理第十四讲 光学 原子物理考点要求光的反射与折射内 容要求说 明光的直线传播。本影和半影。光的反射，反射定律，平面镜成像作图法。光的折射，折射定律，折射率，全反射和临界角棱镜，光的色散光的波动性与微粒性内 容要求说 明光的本性学说的发展简史光的干涉及其常见的应用，光的衍射，双缝干涉的条纹间距与波长的关系光的偏振光谱与光谱分析，红外线，紫外线，X射线，g射线以及它们的应用，光的电磁本性，电磁波谱光电效应，光子，爱因斯坦光电效应方程。光的波粒二象性，物质波。激光的特性及其应用（A）原子和原子核内 容要求说 明a粒子散射实验，原子的核式结构，氢原子能级结构，氢原子中

2、的电子云，光子的发射和吸收。天然放射现象，a射线，b射线，g射线，半衰期。原子的人工转变，质子的发现，中子的发现，原子核的组成，核反应方程，放射性同位素及其应用。放射性污染和保护。核能，质量亏损，爱因斯坦质能方程。核反应堆，核电站。重核的裂变，链式反应，轻核的聚变。可可控热核反应。激光光的发生红外线可见光紫外线X射线g射线原子核外电子发生跃迁原子核内电子发生跃迁衰变人工转变裂变聚变半衰期原子核式结构能级结构电子云质量亏损质能方程电磁波谱电磁本性知识结构平面镜光的传播播在均匀介质中直线传播影的形成介质界面对传播的作用光的反射透镜光的折射折射定律全反射折射率光的色散光的偏振障碍物对传播的作用光的衍

3、射干涉条纹间距与波长的关系光的干涉双缝干涉薄膜干涉金属表面对传播的作用光电效应爱因斯坦光电效应方程光子论波粒二象性基本概念与基本规律1.光的直线传播 (1)光源的理想模型点光源：光源的线度远小于传播距离线光源：光源的宽度和厚度远小于传播距离面光源：光源的厚度远小于传播距离(2)光直线传播的条件 同种均匀介质且障碍物的尺寸与波长的关系满足b1)平面镜平行玻璃砖三棱镜成像特征正立虚像,物像等大,以镜面为对称正立虚像,像向玻璃砖靠近且发生侧移正立虚像,像向三棱镜顶角方向偏移注意：光的色散现象：白光(或复色光)通过三棱镜后会出现由各单色光组成的按一定次序排列的彩色光带,这种现象叫色散,彩色光带叫光谱.

4、原理：棱镜对不同单色光的折射率不同,即红光折射率小,紫光折射率大,所以在入射角相同时,紫光比红光偏折得更利害一些. 光谱排列：(以偏折从小到大排)红橙黄绿青蓝紫 全反射三棱镜的原理及应用光导纤维大气中的光现象蒙气差大气中的光现象海市蜃楼例5如图所示，两个平面镜互成直角，入射光线AB经两次反射后的光线为CD，今以两平面镜的交线为轴，将镜转动10，两平面镜仍保持直角，在入射光AB保持不变的情况下，经过两次反射后，反向光线为CD，则CD与CD（ ）A不相交，同向平行 B不相交，反向平行 C相交成20 D相交成40答案：A甲乙例6（1999年高考上海卷）一束复色可见光射到置于空气中的平板玻璃上，穿过玻

5、璃后从下表面射出，变为a、b两束平行单色光，如图甲所示，对于两束单色光来说（ ）A玻璃对a光的折射率较大Ba光在玻璃中传播的速度较大Cb光每个光子的能量较大Db光的波长较大答案：AD例7（1999年高考全国卷）假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到日出时刻与实际存在大气层的情况相比（ ）A将提前 B将延后C在某些地区将提前，在另一些地区将延后 D不变答案：B例8（1998年高考上海卷）半径为R的玻璃半圆柱体，横截面如图所示，圆心为O。两条平行单色红光沿截面射向圆柱面方向与底面垂直。光线1的入射点A为圆柱面的顶点，光线 2的入射点B，AOB60，已知该玻璃对红光的折射率n.求两条光线经柱面和底

6、面折射后交点与O点的距离d。若入射的是单色蓝光，则距离d将比上面求得的结果大还是小？答案：R/3，小强化训练练8（1994年上海高考卷）图表示一束白光通过三棱镜的光路图，其中正确的是（ ）答案：D练9（1989年高考全国卷）红色、绿色和黄色的三束平行光分别沿主轴射向同一玻璃凸透镜，通过透镜后会聚到主轴上，会聚点到光心的距离分别是f红、f绿、f黄，则（ ）Af红=f绿=f黄 Bf红f黄f绿 Cf绿f黄f红 Df红f绿f黄答案：C练10（2000年高考全国卷）A与B是两束平行的单色光，它们从空气中射入水中的折射角分别为rA、rB，若rArB，则（ ）A在空气中A的波长大于B的波长B在水中A的传播速

7、度大于B的传播速度CA的频率大于B的频率D在水中A的波长小于B的波长答案：AB练11（1991年高考三南卷）abc为一全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图所示，一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射，若光线入射点O的位置保持不变，改变光线的入射方向（不考虑自bc面反射的光线）（ ）A使入射光按图中的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则红光首先射出B使入射光按图中的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则紫光首先射出C使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，红光将首先射出ab面D使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，紫光将首先射出ab面答案：A练12一束窄光包含有

8、两种波长的辐射光，以角=30射在两平面平行的玻璃砖上，玻璃砖的厚度为H，砖的底面镀过银，如图所示。玻璃砖对这两种波长的折射率不同，分别为n1和n2，且n1n2，光线在界面上发生折射，在底面发生反射，又在界面上发生一次折射，结果从玻璃砖射出两束光，试求这两束光之间的距离L？ 答案： L =H（） 练13有一半团圆形玻璃砖，玻璃折射率为，AB为其直径，O圆心，如图所示。一束宽度恰等于玻璃砖半径的单色平行光垂直于AB从空气射入玻璃砖时最大的折射角为 。并画出图中三条光线在玻璃砖内和射出玻璃砖后的光路。答案：45，图略练14如图所示，半圆形玻璃砖abc，o为圆心，c为圆弧的顶点，一束很细的平行白光速沿

9、co方向射入玻璃砖，保持光的方向不变，而将玻璃砖沿顺时针方向绕o点转动，则首先在界面ab上发生全反射的应是白光中的（ ）A红光成份，因玻璃对红光折射率较大B红光成份，因玻璃对红光折射率较小C紫光成份，因玻璃对紫光折射率较大D紫光成份，因玻璃对紫光折射率较小答案：C练15如图所示，ABC为一三棱镜的截面，C=90，B=30，D为AC边中点，光线垂直于AC边射入棱镜中.设光线从棱 镜内向外射出时的临界角小于30，当光线垂直于界面射向界面时，反射线可忽略。则（ ）A所有光线均从AC边射出棱镜B有些光线可能从BC边射出棱镜C从AD间射入棱镜的光线将从CD间射出棱镜D所有光线从射入棱镜到射出棱镜所用的时

10、间均相同答案：ACD练16某三棱镜的横截面是一直角三角形，如图所示，A=90,B=30,C=60，棱镜材料的折射率为n，一束单色光与底面BC的方向射向AB在，经AB面和AC面折射后出射。求出射光线与入射光线延长线间的夹。为使上述入射光线能从AC面出射，折射率n的最大值为多少？答案：3.物理光学 (1)光的电磁说 光的干涉现象：两列波长相同的单色光在相互覆盖的区域发生叠加,会出现明暗相间的条纹,如果是白光,则会出现彩色条纹,这种现象称为光的干涉. 条件：频率相同、相差恒定、振动方向足足同一直线上. *规律：若两光源同相振动 光程差k (k=1,2.) 亮条纹 (2k1)/2 (k=1,2.) 暗

11、条纹 纹间距xl/d用双缝干涉测光的波长的原理：dx /l特例:薄膜干涉注意：关于薄膜干涉要弄清的几个问题 是哪两列光波发生干涉 应该从哪个方向去观察干涉图样 条纹会向哪个方向侧移 光的衍射 现象:光通过很小的孔、缝或障碍物时,会在屏上出现明暗相间的条纹,且中央条纹很亮,越向边缘越暗;如果是复色光发生衍射,则出现彩色条纹.明显发生衍射的条件:障碍物(或孔、缝)的尺寸可与波长相比拟,且障碍物尺寸比波长越小,衍射越明显。 注意：干涉、衍射现象证明光具有波动性干涉、衍射条纹在宽度、亮度上的区别光的偏振波的偏振：横波只沿着某一特定的方向振动，称为 波的偏振，光的偏振现象说明光是横波。偏振光：通过偏振片

12、的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，称为偏振光。实验：通过偏振片P的偏振光再通过偏振片Q（检偏器）时，如果两个偏振片的透振方向平行，则通过P的偏振光的振动方向跟偏振片Q的透振方向平行，透射光的强度最大；如果两个偏振片的透振方向垂直，则通过P的偏振光的振动方向跟偏振片Q的透振方向垂直，偏振光不能通过Q，透射光的强度为零。如图所示。本质：光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起的，因此常将E的振动称为光振动。在与光传播方向垂直的平面内，光振动的方向可以沿任意的方向，光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光。光振动沿着特定的方向的光就是偏振光。光的电磁说、电磁波谱光是电磁

13、波（麦克斯韦的预言，赫兹实验），按波长从大到小排列-电磁波谱种类产生机制主要性质无线电波LC振荡电路(电荷发生振动)红外线原子外层电子激发跃迁热效应（激发固体分子共振）可见光原子外层电子激发跃迁视觉效应紫外线原子外层电子激发跃迁化学作用、生物作用伦琴射线原子内层电子激发跃迁穿透力强射线原子核内激发产生贯穿本领大、能量大例9（1997年高考全国卷）在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（）A只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失B红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其

14、它颜色的双缝干涉条纹依然存在C任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮D屏上无任何光亮 答案：C例10（2001年全国理科综合能力测试卷）市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处产生的的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜（例如氟化镁），这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线。以表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为（ ）A B C D 答案：B例11（1987年高考全国卷）在太阳光照射下，水面油膜上会出现彩色的花纹，这是两列相干波发生干涉的结果，这两列相干光波

15、是太阳光分别经 而形成的。用平行的单色光垂直照射不透明的小圆板，在圆板后面的屏上发现圆板阴影中心处有一个亮斑，这是光的 现象。 答案：油膜的上表面和下表面的反射；光的衍射例12（2000年高考全国卷）图中为X射线管的结构示意图，E为灯丝电源。要使射线管发出X射线，须在K、A两电极间加上几万伏的直流高压，则（ ）A高压电源正极应接在P点，X射线从K极发出B高压电源正极应接在P点，X射线从A极发出C高压电源正极应接在Q点，X射线从K极发出D高压电源正极应接在Q 点，X射线从A极发出 答案：D例13（1994年全国高考卷）太阳的连续光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线。产生这些暗线是由于（

16、 ）D 太阳表面大气层中缺少相应的元素；B太阳内部缺少相应的元素；C太阳表面大气层中存在着相应的元素；D太阳内部存在着相应的元素。答案：C强化训练练17用绿光照射一光电管，能产生光电效应。欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大，则应（ ）A改用红光照射 B增大绿光的强度C增大光电管上的加速电压 D改用紫光照射答案：D练18用红光做双缝干涉实验，在屏上观察到干涉条纹，在其它条件不变的情况下，改用紫光做实验，则干涉条纹间距将变 。如果改用白光做实验，在屏上将出现 条纹。答案：小；彩色练19从点光源L发出的白光，经过透镜后成一平行光束，垂直照射到档光板P上，板上开有两条靠得很近的平行狭缝S1、S2如

17、图所示，在屏Q上可看到干涉条纹，图中O点是屏Q上与两狭缝等距离的一点，则（ ）A干涉条纹是黑白的，O是亮点B干涉条纹是黑白的，O是暗点C干涉条纹是彩色的，O是亮点D干涉条纹是彩色的，O是暗点答案：C练20图46-5所示的是一竖立的肥皂液薄膜的横截面，关于竖立的肥皂薄膜上产生光的干涉现象，看下列陈述，其中哪一些是正确的（ ）干涉条纹产生是由于光线在薄膜前后两表面反射，形成的两列光波的叠加干涉条纹的暗线是由于上述两列反射波的波谷与波谷叠加造成的用绿光照射薄膜产生的干涉条纹间距比黄色光照射时小薄膜上的干涉条纹基本上是竖直的 A只有和 B只有和 C只有和 D只有和答案：C练21关于光谱，下面说法中正确

18、的是（ ）A炽热的液体发射连续光谱B太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些暗线相应的元素C明线光谱和吸收光谱都可用于对物质成份进行分析D发射光谱一定是连续光谱答案：AC练22如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光是用普通光源加滤光片产生的。检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反向的光叠加而成的（ ）Aa的上表面、b的下表面 Ba的上表面、b的上表面 Ca的下表面、b的上表面 Da的下表面、b的下表面答案：C练23现代光学装置中的透镜，棱镜的表面常涂上一层薄膜（一般用氟化镁），当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4时，可以大大减少入射光的反射损失，从而增强透射

19、光的强度，这种作用是应用了光的（ ）A色散现象 B全反射现象 C干涉现象 D衍射现象答案：C(2)光子说 光电效应 现象：在一定频率光的照射下,从金属表面发射电子的 现象,发出的电子叫光电子 规律： .光电效应的瞬时性(10-9秒). .每种金属都有一个极限频率,当入射光的频率大于 极限频率时,才能发生光电效应.光子说 :光源发出的是不连续的,而是一份一份的,每一份光叫做一个光子,光子的能量跟光的频率成正比,即 E=hn光子论对光电效应的解释：爱因斯坦光电效应方程： Ek=hnW （3）玻尔的原子模型，能级轨道量子化：围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这种现象称为轨道量子化。在

20、这些状态中，尽管电子做变速运动,却不向外辐射能量,因此这些状态是稳定的。能量量子化：原子可能的状态是不连续的，因此各状态对应的能量也是不连续的。这些能量值叫做能级。氢原子能级如图所示。 基态与激发态 光子的发射与吸收：原子从一种定态(En)跃迁到另一种定态(Ek)时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能级差决定: hnEmEn原子光谱：稀薄气体通电时只能发出几种确定频率的光，通过分光镜得到的光谱是几条分立的亮线，而且不同气体光谱的亮线位置不同，这种分立的线状光谱叫做原子光谱。(4)光的波粒二象性 物质波光的波粒二象性光既具有波动性,又具有微粒性,这种性质叫波粒二象性. 光子能

21、量: E=hn 光子动量: P=h/光子质量: m=E/c2=h/c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，波长是 h/p例14（2000年春季高考北京、安徽卷）某金属在单色光的照射下发射出光电子，这光电子的最大初动能（ ）A随照射光的强度增大而增大 B随照射光的频率增大而增大C随照射光的波长增大而增大 D与照射光的照射时间无关答案：BD例15（1999年高考上海卷）某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是（ ）A延长光照时间 B增大光的强度C换用波长较短的光照射 D换用频率较低的光照射答案：C例16（1998年高考

22、全国卷）一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光，分别照射到相同的金属板a、b、c上，如图所示，已知金属板b有光电子放出，则可知 （）A板a一定不放出光电子B板a一定放出光电子C板c一定不放出光电子D板c一定放出光电子 答案：D例17（1995年高考全国卷）在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连。用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示。这时（ ）A锌板带正电，指针带负电B锌板带正电，指针带正电C锌板带负电，指针带正电 D锌板带负电，指针带负电答案：B例18（1992年全国高考卷第21小题）已知铯的极限频率为4.5451014赫，钠的为6.00

23、01014赫，银的为1.1531015赫，铂的为1.5291015赫。当用波长为0.375微米的光照射它们时，可发生光电效应的是_。（铯和钠）答案：810 14Hz例19（2000年高考理科综合能力测试卷）氢原子的基态能量为E1，下列四个能级图，正确代表氢原子的是（ ）答案：C例20（1996年高考全国卷）根据玻尔理论，氢原子的电子由高能级跃迁到较低能级后（ ）（A）原子的能量增加，电子的动能减少（B）原子的能量增加，电子的动能增加（C）原子的能量减少，电子的动能减少（D）原子的能量减少，电子的动能增加答案：D强化训练练24关于光电效应的下述说法中，正确的是（ ）A光电子的最大初动能随着入射光

24、强度的增大而增大B只要入射光的强度足够大或照射的时间足够长，就一定能产生光电效应C任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能产生光电效应A 在光电效应中，光电流的强度与入射光强度无关答案：C练25（1998年高考上海卷）下列实验中，能证实光具有粒子性的是（ ）A光电效应实验 B光的双缝干涉实验C光的圆孔衍射实验 D粒子散射实验答案：A练26用同一束单色光，在同一条件下，先后照射锌片和银片，都能产生光电效应，对于这两个过程，下列括号所列的4个物理量中，一定相同的是 ，可能相同的是 ，一定不同的是 （只须填写各量前的编号）照射光子的能量；光电子的逸出功；光电子的动能；光电子的最大初速度。答

25、案：，练27在演示光电效应的实验中，把某种金属板连在验电器上，第一次，用弧光灯直接照射金属板，验电器的指针就张开一个角度。第二次，在弧光灯和金属板之间，插入一块普通的玻璃板，再用弧光灯照射，验电器指针不张开。由此可以判定，使金属板产生光电效应的是弧光中的（ ）A可见光成份 B紫外光成份 C红外光成份 D无线电波成份答案：ACD练28下列陈述中哪一些是正确的（ ）在相同条件下，用紫光照射双缝产生的干涉条纹间距比用红光时大；衍射现象的研究表明“光沿直线传播”只是一种近似规律；产生光电效应的极限频率，只与金属的逸出功有关；光电效应实验表明，入射光波的振幅越大，所产生的光电子的初动能就越大。其中正确的

26、是（ ）A只有和 B只有和 C只有和 D只有和答案：D练29（2000年高考上海卷）下列关于光的说法中正确的是（ ）A在真空中红光波长比紫光波长短 B红光光子能量比紫光光子能量小C红光和紫光相遇时能产生干涉现象 D红光照射某金属时有电子向外发射，紫光照射该金属时一定也有电子向外发射答案：BD练30（2001年高考全国卷）在X射线管中，由阴极发射的电子被加速后打到阳极，会产生包括X光在内的各种能量的光子，其中光子能量的最大值等于电子的动能。已知阳极与阴极之间的电势差U、普朗克常数h、电子电量e和光速c，则可知该X射线管发出的X光的（ ）A最短波长为 B最长波长为hC最小频率为 D最大频率为答案：

27、D练31（2000年春季高考北京、安徽卷）根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为E的轨道，辐射出波长为的光。以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则E等于（ ）AE h BE h CE h DE h 答案：C练32（1998年高考全国卷）处于基态的氢原子在某单色光束照射下，只能发出频率为v1、 v 2、 v 3的三种光，且v1 v 2BC，现有平行光线垂直入射到AB面上(如图),若每个面上的反射都不能忽略，求出射光线。要求 (1)画出所有典型光线从入射到射出的光路图。(为了图面简洁,表示光线进行方向的箭头只在棱镜外面的光线上标出即可) (2)简要说明所画光路的根据，并说明每条典型光线只可能从棱镜表面射出的范围。答案：略例33（2001年全国高考理科综合能力测试卷）如图所示，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC，两块的AC面是平行放置的，在它们之间是均匀的未知透明介质，一单色细光束O垂直于AB面入射，在图示的出射光线中（ ）A1、2、3（彼此平行）中的任一条都有可能B4、5、6（彼此平行）中的任一条都有可能C7、8