高中物理光学、原子物理知识要点

光学

一、光的折射

1．折射定律：2．光在介质中的光速：

3．光射向界面时，并不是全部光都发生折射，一定会有一部分光发生反射。

4．真空/空气的n等于1，其它介质的n都大于1。

5．真空/空气中光速恒定，为，不受光的颜色、参考系影响。光从真空/空气中进入介质中时速度一定变小。

6．光线比较时，偏折程度大（折射前后的两条光线方向偏差大）的光折射率n大。

二、光的全反射

1．全反射条件：光由光密（n大的）介质射向光疏（n小的）介质；入射角大于或等于临界角C，其求法为。

2．全反射产生原因：由光密（n大的）介质，以临界角C射向空气时，根据折射定律，空气中的sin角将等于1，即折射角为90°；若再增大入射角，“sin空气角”将大于1，即产生全反射。

3．全反射反映的是折射性质，折射倾向越强越容易全反射。即n越大，临界角C越小，越容易发生全反射。

4．全反射有关的现象与应用：水、玻璃中明亮的气泡；水中光源照亮水面某一范围；光导纤维（n大的内芯，n小的外套，光在内外层界面上全反射）

三、光的本质与色散

1．光的本质是电磁波，其真空中的波长、频率、光速满足（频率也可能用表示），来源于机械波中的公式。

2．光从一种介质进入另一种介质时，其频率不变，光速与波长同时变大或变小。

3．将混色光分为单色光的现象成为光的色散。不同颜色的光，其本质是频率不同，或真空中的波长不同。同时，不同颜色的光，其在同一介质中的折射率也不同。

4．色散的现象有：棱镜色散、彩虹。

5．红光和紫光的不同属性汇总如下：

频率f(或ν) 真空中里的

波长λ

折射率n

同一介质中

的光速

偏折程度临界角C

红光大大大紫光大大大

原因

n越大偏折

越厉害

发生全反射光子能量发生光电效应

双缝干涉时的

条纹间距Δx

发生明显衍

射

红光大容易紫光容易大容易

原因临界角越小

越容易发生

全反射

波长越大越

有可能发生

明显衍射

四、光的干涉

1．只有频率相同的两个光源才能发生干涉。

2．光的干涉原理（同波的干涉原理）：

真空中某点到两相干光源的距离差即光程差Δs。

当时，即光程差等于半波长的奇数倍时，由于两光源对此点的作用总是步调相反，叠加后使此点振动减弱；

当时，即光程差等于波长的整数倍，半波长的偶数倍时，由于两光源对此点的作用总是步调一致，叠加后使此点振动加强。

3．杨氏双缝干涉：单色光源经过双缝形成相干光，在屏上形成明暗相间的等间距条纹。双缝间距离d、双缝到屏的距离L、光的波长λ、条纹间距Δx的关系为。

4．双缝干涉的条纹间距指的是两条相邻的明条纹中心的距离。其它条件相同时，光的波长越大，条纹间距越大，明、暗条纹本身也越粗。

5．若使用白光做双缝干涉实验，会得到彩色的条纹，中央明纹为白色。

6．薄膜干涉：光射向薄膜时，在膜的外、内表面各反射一次，两束反射光在外表面相遇发生干涉。若叠加后振动加强，则会使反射光增强，透射光减弱；若叠加后振动减弱，则会使反射光减弱，透射光增强。

7．薄膜干涉的现象与应用：彩色肥皂泡、彩色油膜；增透膜、增反膜、检查工件平整度。

五、光的衍射

1．光绕过障碍物传播即光的衍射。只有障碍物、孔、缝的尺寸小到可以与光的波长比拟时，才能观察到明显的衍射现象。

2．单色光的单缝衍射在屏上得到的是不等间距的条纹。其它条件相同时，光的波长越大，条纹间距越大，条纹本身也越粗（同双缝干涉）。

3．白光的单缝衍射得到的是彩色条纹，中央明纹为白色。

4．衍射相关的现象：泊松斑；影子边缘模糊不清；透过缝看日光灯管。

六、光的偏振

1．振动方向与传播方向平行的波称为纵波，如声波。

振动方向与传播方向垂直的波称为横波，如光波（电磁波）、绳子上的波。

2．偏振原理不便叙述，详见教材。现象为当旋转两个偏振片中的一个时，透过的光强度会随之变化，甚至会消失（即当两偏振片相应方向垂直时）。

3．光的偏振说明光是一种横波。偏振可应用于镜头、车灯、立体电影等。

七、激光

1．激光的特点是一致性高、平行度好、强度高（并非单个光子能量大）

电磁波

一、电磁波的发现

1．麦克斯韦建立了经典电磁场理论，预言了电磁波的存在；赫兹通过实验证实了电磁波的存在。

2．电磁场理论要点（一个字都不能错）：变化的磁场产生电场；变化的电场产生磁场。将“电场”改为“电流”，或将“产生电场”改为“产生变化的电场”、“产生磁场”改为“产生变化的磁场”都是错误的。

二、无线电波的发射与接收

1．电视、广播、手机等信号都是由无线电波来传播的。利用无线电波传播声音、图像等信号时，发射电磁波前要将这些信号加载到电磁波（也叫载波）上，称为调制。调制分为调幅和调频两种，图见教材。

2．接收电磁波时，需要接收电路与空间中的相应的电磁波发生共振，叫调谐。将接收到的电信号转换回声音、图像信号的过程称为解调。

三、电磁波谱

1．电磁波按照频率从小到大、波长从大到小的顺序排列为：

无线电波红外线可见光紫外线X射线γ射线

2．各种电磁波的应用

无线电波：通信、广播

红外线：热效应、探测、遥感

紫外线：灭菌消毒、荧光防伪

X射线：安检、医学透视、工业探伤

γ射线：高能量、摧毁癌细胞、工业探伤

3．电磁波与机械波的比较

机械波传播需要介质，但电磁波传播不需要介质，而且在真空中的速度总等于光速，进入介质传播速度会降低。

机械波有纵波有横波，但电磁波都是横波。

机械波不是概率波，但电磁波是概率波。

波粒二象性

一、能量量子化

1．普朗克假设微观粒子的能量不是连续变化的，用“能量子”概念完美解释了黑体辐射实验（之前的科学家们用能量连续变化的观点都解释不通），标志着量子力学的诞生。

2．能量子公式，其中为电磁波的频率，为普朗克常量。

二、光电效应

1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。逸出的电子称为光电子。

2．爱因斯坦推广了普朗克的理论，认为光本身就是由一个个光子组成的，并以此成功地解释了光电效应现象（之前的电磁波理论都不能完整解释光电效应）。

3．爱因斯坦光电效应方程：。其中为光子能量；为金属的逸出功，指电子从金属表面逸出时克服金属的束缚力所做的功，只与金属有关；为逸出的光电子的最大初动能。