原子物理,光学,热学基础知识

1、光和原子物理知识点1 光1. 折射（1）遵守折射定律：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比即，为入射角，为折射角，为比例常数（2）在折射现象中，光路是可逆的（3）折射率：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号表示某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比，即光在不同介质中速度不同，但光在真空中的传播速度总是大于光在其他介质中的传播速度，故任何介质的折射率都大于1两种介质相比较，折射率较大的介质叫做光密介质，折射率较小的介质叫做

2、光疏介质2. 全反射（1）全反射：光从光密介质射入光疏介质，同时发生反射和折射，若使入射角逐渐增大，则折射光越来越弱，入射光越来越强，当入射角增大到某一角度时，折射光完全消失，光线全部被反射回原介质，这种现象称为全反射，这时的入射角称为临界角（2）发生全反射的条件：光线从光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角（3）临界角：光从某种介质射向真空或空气时，发生全反射的临界角与介质的折射率的关系为容易看出，介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小（4）在运用光的折射定律作光路图和解决实际问题时，要判断是否会发生全反射光从光疏介质射向光密介质时不会发生全反射，光从光密介质射向光疏介质时，要根据入

3、射角与临界角的大小关系判断能否发生全反射，只有确定未发生全反射的情况下，才能根据折射定律确定入射角或折射角（5）全反射棱镜：横截面是等腰直角三角形，在光学仪器里，常用来代替平面镜，改变光的传播方向（6）光导纤维导光原理：光在内芯和外套的界面上发生全反射，光会在光导纤维内沿锯齿形的路线传播光缆：一束光纤（光导纤维），外面用塑料及其他材料做的保护层包起来，用于激光信号传输3. 干涉 （1）双缝干涉由同一光源发出的光射到有两条狭缝的挡板上，这两条狭缝相距很近，这样一来，这两个狭缝就形成了两个振动情况相同的波源，这两个波源发出的光在挡板后的空间互相叠加，使得光在一些位置相互加强，在另一些位置相互削弱，

4、在挡板后的屏上得到明暗相间的条纹，这就是双缝干涉屏上某点到双缝的路程差是波长整数倍处出现亮纹，是半波长的奇数倍处出现暗纹相邻的明条纹（或暗条纹）之间距离与波长、双缝间距及屏到双缝距离的关系为，据此可求出光的波长（2）薄膜干涉：薄膜（如肥皂液薄膜）前后两面反射的光发生干涉单色光照射在薄膜上形成明暗相间的条纹，白光照射在薄膜上形成彩色条纹4. 色散（1）不同颜色的光，波长不同（2）光的色散：含有多种颜色的光被分解成单色光的现象（3）薄膜干涉中的色散：肥皂膜的干涉条纹是彩色的；镀膜镜头看起来是有颜色的，镀膜厚度不同，颜色也不同（4）折射时的色散：白光经过棱镜后会发生色散现象各种色光通过棱镜后，红光偏

5、折角度最小，紫光的偏折角度最大偏折角度不同，表明同一介质对不同色光的折射率不同，对红光的折射率小，对紫光的折射率大由此可知，在同一种物质中，不同波长的光波的传播速度不同，波长越短，波速越慢5. 衍射（1）衍射：光离开直线路径绕到障碍物阴影里的现象，如单缝衍射、圆孔衍射（2）发生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸比光的波长小或者跟波长差不多6. 偏振（1）自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光是自然光（2）偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动，这种光叫做偏振光（3）只有横波才有偏振现象光的偏振证

6、明光是横波自然光通过偏振片后，就得到了偏振光；自然光在玻璃等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光7. 激光：有高度的相干性，平行度很好，亮度高知识点2 波粒二象性1. 光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性2. 光电效应（1）照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这种现象称为光电效应（2）用如图所示的电路研究光电效应中光电流与照射光的关系存在饱和电流在光照条件不变的情况下，随着所加电压增大，光电流趋于一个饱和值实验还表明，入射光越强，饱和电流越大，这说明入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多存在遏止电压和截止频率施加反向电压，在光电管两极间形成使电子减速的电场，使光电流减

7、小到零的反向电压称为遏止电压设光电子的初速度上限为，则当入射光的频率减小到某一数值时，不再产生光电子，则称为截止频率或极限频率实验表明，当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应；不同金属的截止频率不同效应具有瞬时性光电效应几乎是瞬时的，即几乎在光照射到金属时就产生光电流（3）爱因斯坦光电效应方程光子说：光本身是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为的光的能量子为，为普朗克常量，其值为，这些能量子称光子爱因斯坦光电效应方程在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功，剩下的表现为逸出后电子的初动能，即，式中可见，光电效应的截止频率；光电子的最大初动

8、能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大知识点 概率波1. 经典物理学概念中的粒子和波经典的粒子：有一定的大小、质量，有的还具有电荷，任意时刻具有确定的位置和速度及时空中确定的轨道经典的波：具有频率和波长，具有时空的周期性在经典物理学中，粒子和波是两种不同的研究对象，具有非常不同的表现2. 光波是概率波光子在空间各点出现的概率遵从波动规律，所以光波是概率波光子的行为服从统计规律干涉加强处表示光子到达的数目多，从统计的观点来看，就是光子在该处出现的概率大；干涉减弱处表示光子到达的数目少，也就是光子在该处出现的概率小这种概率的大小服从波动规律，因此成为概率波3. 物质波是概率波电子和其他

9、微观粒子，由于同样具有波粒二象性，所以与它们相联系的物质波也是概率波双缝干涉图样中的明纹处是电子落点概率大的地方，暗纹处是电子落点概率小的地方知识点4 电磁波的发现1电磁波的发现麦克斯韦从电磁场理论出发，运用了较为深奥的数学工具，得到了描述电磁场特性的规律，并预言了电磁波的存在年后，他的学生赫兹用实验方法证实了麦克斯韦的伟大预言，发射并接收了电磁波，从而开创了无线电技术的新时代2麦克斯韦的理论 要点一：变化的磁场产生电场麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关要点二：变化的电场产生磁场我们知道，电

10、流周围存在着磁场，麦克斯韦研究了电现象和磁现象的相似和联系经过反复思考提出一个假设，变化的电场产生磁场这一点，我们从哲学上知道，事物之间是相互联系的，可以相互转化比如根据麦克斯韦的理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中电流要产生磁场，而且在电容器两极板间周期性变化着的电场周围也要产生磁场3电磁波的特点：是横波；是物质波，真空中也能传播，能独立存在（与机械波不同）；具有反射、折射、干涉、衍射等波的一切特性；波速公式（为真空中速度，电磁波在真空中速度等于光速）4电磁波谱波段波长/产生机理来源主要用途无线电波长、中、短波自由电子振荡振荡电路超远程无线电通讯、导航、广播、电报微波电视、雷达、导航、微波

11、炉红外线外层电子受激发一切物体热作用：烤箱，红外体温计红外摄影：远距离和高空摄影红外遥感：探测地热、火情、预告台风可见光光源照明、光合作用紫外线一切高温物体化学作用 荧光作用杀菌作用 生理作用射线内层电子受激发高速电流射到金属上穿透本领：透视、检查砂眼、裂纹对生命物质有较强作用射线原子核受激发放射性物质破坏生命物质，摧毁病变细胞穿透能力较强5电磁波与机械波的比较机械波：机械波属于力学现象，它传播时需要介质，在介质中的传播速度由介质决定，它与机械波的频率无关机械波不能在真空中传播，机械波在传播的过程中，质点的位移随时间和空间周期性变化电磁波：电磁波属于电磁现象，它的传播不需要介质，它本身就是一种

12、物质电磁波可以在真空中传播，传播速度是光速=电磁波在传播过程中，其电场、磁场随时间和空间周期性的变化机械波与电磁波都有反射、折射、干涉、衍射现象6总结、扩展麦克斯韦的电磁场理论三点（1）变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场（2）均匀变化的磁场，产生稳定的电场，均匀变化的电场，产生稳定的磁场这里的“均匀变化”指在相等时间内磁感应强度（或电场强度）的变化量相等，或者说磁感应强度（或电场强度）对时间变化率一定（3）不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场产生变化的磁场（4）振荡的（即周期性变化的）磁场产生同频率的振荡电场，振荡的电场产生同频率的振荡磁场（5）变化

13、的电场和变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场，向周围空间传播这就是电磁波7电磁振动的周期和频率周期公式 频率公式振荡电路的周期公式，频率公式要理解其物理含义，它只由电路本身的特性（、值）决定，所以叫做固有周期和固有频率，应用中，通过改变回路中的电感或电容，周期和频率也随之改变，满足各种需要知识点5 无线电波的发射和接收、电视和雷达1无线电波的发射（1）发射电磁波的条件第一，要有足够高的频率；第二，电路必须开放，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间（2）发射电磁波是利用它传播某种信号，因此必须进行调制所谓调制，就是要把传播的信号加在电磁波上的过程，有调幅和调频两

14、种方式2无线电波的接收无线电波的接收过程是：调谐电路利用电谐振的原理接收所需的电磁波，再通过检波器检波得到电磁波所携带的信号（1）当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫电谐振（2）使接收电路产生电谐振的过程叫调谐（3）从接收到的高频电路中“检出”所携带信号的过程叫检波，也叫解调，它是调制的逆过程3电视的基本原理在电视发射端，由摄像管摄取景物并将反射的光转变为电信号的过程就叫摄像，这个过程由摄像管完成在电视接收端，由电视接收机的显像管把电信号还原成景物的像，这一过程中要进行调谐、检波等过程电视信号的传播主要通过无线传播4雷达的基本原理雷达是用电

15、磁波来判定物体位置的电子设备雷达向某一方向发射电磁波时，在显示器的荧光屏上呈现发射的尖形波，无线电波遇到障碍物反射回来，被雷达接收，在显示器的荧光屏上出现第二个尖形波，根据两个尖形波的距离，可得到障碍物到雷达的距离，再根据发射电磁波的方向和仰角，便可判定障碍物的位置利用多普勒效应可测出移动物体的速度雷达是利用电磁波的微波段工作的知识点6 原子结构1. 原子的核式结构（1）粒子散射实验：绝大多数粒子穿过金箔后仍能沿原来方向前进，少数粒子发生了较大的偏转，偏转角甚至超过了，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到（2）原子的核式结构：由原子核和核外电子构成，原子核体积很小，但几乎占有全部质量，电子在外面运动

16、原子半径的数量级为，原子核半径的数量级为2. 玻尔的原子模型（1）轨道量子化与定态在玻尔的理论中，电子运行轨道半径不是任意的，只有当半径大小符合一定条件时，这样的轨道才是可能的，即电子的轨道是量子化的由于轨道的量子化，原子的能量也是量子化的，这些量子化的能量叫能级原子中具有确定能量的稳定状态称为定态，能量最低的状态称为基态，其他状态称为激发态（2）频率条件当电子从能量较高的定态轨道（）跃迁到能量较低的定态轨道（，）时，放出能量为的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即，该式称为频率条件，又称辐射条件当电子由较低能量态跃迁到较高能量态时，吸收的光子能量同样由频率条件确定注意：该频率条

17、件只适用于原子在各定态之间跃迁的情况，对于原子电离，不受此条件的限制如基态氢原子的电离能为，只要大于或等于的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大（至于实物粒子和原子碰撞的情况，由于实物粒子的动能可全部或部分地为原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，也可能使原子受激发而向较高能级跃迁）3. 氢原子能级（1）氢原子光谱：氢原子光谱是线状谱每种原子都有自己的特征谱线，可以利用它来鉴别物质和确定物质组成成分（2）氢原子能级：氢原子各个定态的能量值，叫做它的能级氢原子能级公式为，基态能量值为（3）原子处于激发态是不稳

18、定的，会自发地向基态或其他较低能级跃迁由于这种自发跃迁的随机性，一个原子会有多种可能的跃迁若是一群原子处于激发态，则各种可能跃迁都会发生，所以我们会同时得到该种原子的全部光谱线氢原子由处于能级向较低激发态或基态跃迁时，能产生的光谱线条数知识点7 原子核1. 原子核的组成（1）天然放射现象物质发射射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出射线的现象，叫做天然放射现象天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构（2）三种射线的性质比较种 类本 质质量（u）电荷（e）速度（c）电离性贯穿性射线氦核4+201最强最弱，纸能挡住射线电子1/1840-1099较强较强

19、，穿几mm铝板射线光子001最弱最强，穿几cm铅版三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较：如（1）、（2）图所示，在匀强磁场和匀强电场中都是比的偏转大，不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线（3）图中肯定打在O点；如果也打在O点，则必打在O点下方；如果也打在O点，则必打在O点下方（3）原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称核子，原子核常用符号表示，为元素符号，表示核的质量数，表示核的电荷数2. 放射性元素的衰变（1）衰变：原子核放出粒子或粒子，核电荷数发生改变，变成另外一种原子核，这种变化叫衰变（2）种类衰变：原子核放出由两个质子和

20、两个中子组成的粒子（即氦核），例如衰变：原子核内的一个中子变为一个质子并放射出一个电子，例如衰变：放射性原子核在发生衰变或衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出光子，原子核从较高能级跃迁到较低能级（3）衰变规律：电荷数和质量数都守恒由此可确定衰变次数（4）半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，其中表示衰变前放射性元素的原子核的个数，表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核的个数，表示衰变时间表示半衰期半衰期只适用于大量的原子核，对数量较少的原子核不适用，如10个原子核经过一个半衰期并不一定恰好有5个发生衰变半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理

21、或化学状态无关（5）放射性同位素的应用利用其射线：射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电射线贯穿性强，可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤各种射线均可使DNA发生突变，可用于生物工程，基因工程作为示踪原子用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能进行考古研究利用放射性同位素碳14，判定出土木质文物的产生年代3. 核力和结合能（1）核力：核力将核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核核力是强相互作用的一种表现；核力是短程力；每个核子只与相邻的核子发生核力作用，即核力具有饱和性（2）结合能：原子核由核子结合在一起构成，要将它们分开需要能量，这个能量

22、就是原子核的结合能结合能不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量（3）质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫质量亏损4. 核反应（1）原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应（2）常见的核反应有人工转变、重核裂变、轻核聚变可用核反应方程来表示核反应过程人工转变：（发现质子的核反应） （发现中子的核反应） ， （人工制造放射性同位素）重核的裂变： ，在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应轻核的聚变：（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）（3）核反应遵循的规律：质量数守恒、电荷数守恒（注意：质量并不守

23、恒）（4）核反应堆目前的所有正式运行的核电站都是应用裂变发电的核反应堆的主要组成是：核燃料用浓缩铀（能吸收慢中子的铀235占3%4%）减速剂用石墨或重水（使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收）控制棒用镉做成（镉吸收中子的能力很强）冷却剂用水或液态钠（把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全）水泥防护层用来屏蔽裂变产物放出的各种射线5. 核能（1）爱因斯坦质能方程，若核反应中的质量亏损（参加核反应的原子核总质量与生成新原子核的总质量之差）为，释放的核能以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位在非国际单位里，可以用它表示1原子质量单位的质量跟的能量相对应在有关核能的计算中

24、，一定要根据已知和题解的要求明确所使用的单位制（2）重核裂变和轻核聚变过程中都释放出核能（3）在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为生成的新核和新粒子的动能因而在此情况下可应用动量守恒和能量守恒来计算核能热学专题讲解一、知识点讲解知识点1 分子动理论1.物质是由大量分子组成的：物质是由大量分子组成的，分子之间有间隙，分子体积很小，一般物质分子直径的数量级是2.分子的运动：分子永不停息地做无规则的热运动，扩散现象和布朗运动等试验证实了分子的无规则运动3.分子力：分子之间同时存在着相互作用的引力和斥力，其合力叫分子力当两个分子间的距离等于数量级为的某个值时，分子间的引力和斥力相互平衡，分子

25、间作用力为零分子间的引力和斥力都随分子间的距离增大而减小，但斥力比引力减小得快；分子引力和分子斥力都随分子间距离的减小而增太，但斥力比引力变化得快其特点为：当时，分子力（1）时，分子力为斥力（2）时，分子力为引力（3）时，、迅速减小为零，分子力知识点2 油膜法估算分子大小1.实验原理：利用油酸的酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，将油酸分子看做球形，测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积，用计算出油膜的厚度，其中为一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，为油膜面积，这个厚度就近似等于油膜分子的直径2.实验器材：清水、酒精、油酸、量筒、浅盘(边长约)、注射器(或滴管)、玻璃板(或有机玻璃板)、彩笔

26、、痱子粉(石膏粉)、坐标纸、容量瓶()3.实验步骤：用稀酒精溶液及清水清洗浅盘，充分洗去油污、粉尘，以免给实验带来误差；配制油酸酒精溶液，取油酸，注人的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸充分在酒精中溶解，这样就得到了，含纯油酸的油酸酒精溶液；用注射器或滴管将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积时的滴数；根据算出每滴油酸酒精溶液的体积；向浅盘里倒八深的水，并将痱子粉或石膏粉均匀地洒在水面上；用注射器或滴管将一滴油酸酒精溶液滴在水面上；待薄膜的形状稳定后，将玻璃板(或有机玻璃板)放在浅盘上，并将油酸薄膜的形状用彩笔画在玻璃板上；将画有

27、油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积(求面积时以坐标纸上边长为的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数；不足半个的舍去，多于半个的算一个)；根据油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴溶液中纯油酸的体积，并代入公式算出油酸薄膜的厚度；重复以上实验步骤多测几次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即为油酸分子直径的大小知识点3 阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数，它是1摩尔物质所含的分子数1摩尔任何气体在标准状况下的体积都约是知识点4 微观量的估算方法及步骤1.微观模型的建立：物体由大量分子组成，而分子具有太小，且分子间有空隙，为了估算分子大小或间距，可建立以下两种模型（1）球体模型：由于固体和液体分子间

28、距离很小，因此可近似看做分子是紧密排列着的球体，若分子直径为d，则其体积为（2）立方体模型：设想固体和液体分子(原子或离子)是紧密排列着的立方体，那么分子间距离(即分子线度)就是立方体的边长，困此一个分子的体积就是， 需要注意的是，对气体来说，由于在一般情况下其分子不是紧密排列的，因此上述模型无法求分子的直径，但能通过上述模型求分子间的距离2.解估算题的一般步骤（1）建立合适的物理模型：将题给的现象突出主要因素，忽略次要因素，用熟悉的理想模型来模拟实际的物理现象，如常把液体分子模拟为球形，固体分子模拟为小立方体形（2）根据建立的理想物理模型寻找适当的物理舰律，将题中有关条件串联起来（3）挖掘赖

29、以进行估算的隐含条件（4）合理处理数据：估算的目的是获得对数量级的认识，因此为避免繁杂的运算，许多数常取一位有效数字，最后结果也可只取一位有效数字有些题甚至要求最后结果的数量级正确即可知识点5 常见微观量的求解表达式阿伏加德罗常数是一个联系宏观量与微观量的桥梁如作为宏观量的摩尔质量、摩尔体积、密度和作为微观量的分子直径、分子质量、每个分子的体积等就可通过阿伏加德罗常数联系起来1.一个分子的质量：2.一个分子的体积：（只适用于固体、液体的估算，对气体而言表示气体平均占有的空间体积，与气体分子本身的大小是有区别的）3.一摩尔物质的体积：4.单位质量所中含分子数：5.单位体积中所含分子数：6.分子间

30、的距离：（球体模型），（立方体模型）知识点6 布朗运动与扩散现象1.布朗运动悬浮在液体(或气体)中的小颗粒的无规则运动（1）特点：永不停息、运动无规则，其激烈程度与颗粒大小和环境温度有关颗粒越小、温度越高，布朗运动越显著（2）实质：布朗运动不是分子的运动，而是悬浮在液体(或气体)中颗粒的运动，是宏观现象但布朗运动间接传递了液体(或气体)分子无规则运动的信息（3）产生原因：颗粒足够小时，各个方向液体(或气体)分子对颗粒撞击的不平衡引起的2.扩散现象（1）扩散是指分子进入对方分子空隙中，不是两物质的简单混合.它可以发生在固体、液体、气体间（2）扩散现象与温度(是分子热运动的表现)有关，温度越高，扩散现