1、第 18 单元：高二下期末复习讲解及练习一、基本知识点：1、光源和光线；2、绝对折射率和相对折射率；3、全反射棱镜；4、光的波动性；5、光电效应、光子说；6、波尔原子模型；7、物质波；8、原子核。二、基本概念：（一）光源和光线：1、光源宇宙间的物体，有的是发光的，有的是不发光的.我们把自行发光的物体叫做光源.太阳、电灯、点燃的蜡烛等，都是光源.光具有能量，它可以使物体变热，使照相底片感光，使光电池供电，这时光能分别转化成内能、化学能、电能.光源发光要消耗其他形式的能量，把其他形式的能量转化成光能.电灯发光消耗电能，蜡烛发光消耗化学能，太阳发光消耗太阳内部的核能。光射入人的眼睛里，可以使人眼产生
2、视觉反应.我们能够看到光源，是因为它发出的光射入了眼睛.我们能够看到不发光的物体，是因为光源发出的光照射到它们，它们向四面八方漫反射的光射入了眼睛。2、光线：在研究光的传播方向时，常常用到光线的概念.沿光的传播方向作一条线，并标上箭头，表示光的传播方向，这样的线叫做光线。光线是个很有用的概念，有了它，就可以借助于几何学的方法研究光的传播.光线这个概念是一种科学的抽象，用来表示光的传播方向.光线并非实际存在的东西，实际中即便是很窄的一束光，也必然要有一定的粗细，不可能得到像几何线那样的光线。人眼在观察物体时，是根据射入眼睛那部分光线的方向和光沿直线传播的经验，来判断物体位置的.人眼位于某一发散光
3、束的范围内，其中一部分光线射入眼睛.根据光沿直线传播的经验，观察者认为，光是从射入眼睛的光线的反方向延长线的交点发出的。（二）绝对折射率和相对折射率：在折射现象中，光通过两种介质，所以折射率与这两种介质有关系.设光由介质 1 射人介质 2，这时的折射率确切地说应叫做介质 2 对介质 1 的相对折射率，通常用 n21 来表示.例如玻璃对空气的相对折射率是 1.50，水对空气的相对折射率是 1.33.因此， （l）式应该确切地写成光从真空射入某种介质时的折射率，叫做该种介质的绝对折射率，简称为某种介质的折射率，通常用 n 表示.前面课文中讲的某种介质的折射率，就是指这种介质的绝对折射率。介质的折射
4、率跟光在介质中的传播速度有关.设光在介质 1 中的传播速度为 v1，在介质2 中的传播速度为 v2，介质 2 对介质 1 的相对折射率为 n21；，介质 1 对介质 2 的相对折射率为 n12，则有由上式可以看出空气中的光速可以认为等于真空中的光速，因此空气的绝对折射率可以认为是 1，某种介质对空气的相对折射率可以认为等于这种介质的绝对折射率。由折射率与光速的上述关系，可以求得绝对折射率和相对折射率的关系：其中，n 1 和 n2 是介质 1 和 2 的绝对折射率.知道了绝对折射率和相对折射率的关系后， （4）式可写成由此得n1sin1=n2sin2 (7)根据（7）式可以知道，如果使光线逆着原
5、来的折射光线由介质 2 射到界面上，即入射角为 2，在介质 1 中光线将逆着原来的入射光线发生折射，即折射角等于 1，就是说，在折射现象中光路也是可逆的。（三） 、全反射棱镜：横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜.图中的等腰直角三角形 ABC 表示一个全反射棱镜的横截面，它的两个直角边 AB 和 BC 表示棱镜上两个互相垂直的侧面.如果光线垂直地射到 AB 面上，就会沿原来的方向射入棱镜，射到 AC 面上.由于入射角（45）大于光从玻璃射入空气的临界角（42 ） ，光会在 AC 面上发生全反射，沿着垂直于 BC 的方向从棱镜射出 .如果光垂直地射到 AC 面上，沿原方向射入棱镜后，在 AB
6、、BC 两个面上都会发生全反射，最后沿着与入射时相反的方向从 AC 面上射出.生活中有许多地方都用到了这一原理，例如自行车尾灯，高速公路上的指示路标等。在光学仪器里，常用全反射棱镜来代替平面镜，改变光的传播方向. 初看起来全反射棱镜仅仅相当于一个平面镜，使用全反射棱镜的地方完全可以由平面镜替代，但实际上却不是这样.一般的平面镜都是在玻璃的后表面镀银而成，我们前面讨论平面镜成像时，都是只考虑这个银面的反射。（四）光的波粒二象性：在很长的时期内对光的认识却进展得很慢，直到 17 世纪才明确地形成了两种学说：一种是牛顿主张的微粒说，认为光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀的介质中以一定的速度传播；另
7、一种是波动说，是跟牛顿同时代的荷兰物理学家惠更斯（ 16291695）提出的，认为光是在空间传播的某种波。微粒说和波动说都能解释一些光现象，但又不能解释当时观察到的全部光现象.由于早期的波动说不能用数学作严格的表达和分析，再加上牛顿在物理学界的威望，微粒说一直占上风.到了 19 世纪初，人们在实验中观察到了光的干涉和衍射现象，这是波动的特征，不能用微粒说解释，因而证明了波动说的正确性.19 世纪 60 年代，麦克斯韦预言了电磁波的存在，并认为光也是一种电磁波.此后，赫兹在实验中证实了这种假说，这样，光的电磁说使光的波动理论发展到相当完美的地步，取得了巨大的成功.但是，19 世纪末又发现了新的现
8、象光电效应，这种现象用波动说无法解释.爱因斯坦于20 世纪初提出了光子说，认为光具有粒子性，从而解释了光电效应.不过，这里所说的光子完全不同于牛顿所说的“微粒”.光电效应以及后来发现的康普顿效应无可辩驳地证明了光是一种粒子，但是光的干涉和光的衍射又表明光确实是一种波.光到底是什么？光是一种波，同时也是一种粒子.光具有波粒二象性。（五）玻尔模型玻尔认为，围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这种现象叫做轨道量子化；不同的轨道对应着不同的状态，在这些状态中；尽管电子在做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的；原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。玻尔的理论
9、和我们的日常观念有很大不同。玻尔理论的局限性：玻尔理论成功地解释并且预言了氢原子辐射的电磁波谱的问题，但是也有它的局限性.一方面,它在解决核外电子的运动时引入了量子化的观念，但同时又应用了“轨道”等经典概念和有关向心力、牛顿第二定律等牛顿力学的规律，实际上牛顿力学在微观领域是不适用的.因此，除了氢原子之外，玻尔理论在其他问题上遇到了很大的困难.20 世纪 20 年代发展起来的量子力学以全新的观念阐明了微观世界的基本规律，在涉及微观运动的各个领域都获得了巨大成功。（六）原子、原子核的知识结构：知识结构（之一）三、期末测试：高二年级第二学期期末测试姓名_ 学号_班级_一、选择题（每题至少有一个正确
10、选项）1、下列说法中正确的是 【 】A.光总是沿直线传播；B.光在同一种介质中总是沿直线传播；C.光在同一种均匀介质中总是沿直线传播；D.小孔成像是光沿直线传播形成的。2、下列关于光线的说法正确的是 【 】A.光源能射出无数条光线；B.光线实际上是不存在的；C.光线就是很细的光束；D.光线是用来表示光传播方向的直线。3、一工棚的油毡屋顶上有一个小孔，太阳光通过它后落在地面上形成一个圆形光斑，这一现象表明 【 】A.小孔的形状一定是圆的；B.太阳的形状是圆的；C.地面上的光斑是太阳的像；D.光是沿直线传播的。4、如图 1 两平面镜互成直角，入射光线 AB 经过两次反射后的反射光线为 CD，现以两
11、平面镜的交线为轴，将两平面镜同向旋转 15,在入射光方向不变的情况下，反射光成为 CD，则 CD与 CD 关系为 【 】A.不相交，同向平行B.不相交，反向平行C.相交成 60D.相交成 305、在竖直的墙壁上挂一平面镜，一个人站在平面镜前刚好能在平面镜中看到自己的全身像当他向后退的过程中，下列说法正确的是 【 】A.像变小，他仍能刚好看到自己的全身像；B.像变大，头顶和脚的像看不到了；C.像的大小不变，他仍能刚好看到自己的全身像；D.像的大小不变，他仍能看到自己的全身像，但像未占满全幅镜面。6、如图 2 所示，在两束光的交点 P 前，放一块长方形的玻璃砖则交点位置 【 】A、不变 ；B、向左
12、 ；C、向右；D、可能向左、也可能向右，由光的颜色决定的。7、光线以 30入射角从玻璃中射到玻璃与空气的界面上，它的反射光线与折射光线夹角为 90，则这块玻璃的折射率应为 【 】A、0.866 ；B、1.732；C、1.414； D、1.5008、一束光由空气射入某介质时，入射光线与反射光线间的夹角为 90，折射光线与反射图 2光线间的夹角为 105，则该介质的折射率及光在该介质中的传播速度为 【 】 9、下述现象哪些是由于全反射造成的： 【 】A露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下格外明亮；B口渴的沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的池水，当他们喜出望外地奔向那潭池水时，池水却总是可望而不可及
13、；C用光导纤维传输光信号、图象信号；D在盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管， 看到试管壁特别明亮。10、一束平行单色光从真空射向一块半圆形的玻璃块，入射方向垂直直径平面，如图 3，已知该玻璃的折射率为 2，下列判断中正确的是： 【 】A所有光线都能通过玻璃块B只有距圆心两侧 R/2 范围内的光线才能通过玻璃块C只有距圆心两侧 R/2 范围内的光线不能通过玻璃块D所有光线都不能通过玻璃块11、以下说法中正确的是 【 】A牛顿用微粒说可成功地解释光的直进和反射B惠更斯的波动说可以成功地解释反射、折射、叠加等现象C微粒说在解释光的叠加、干涉现象时遇到了困难D 波动
14、说在解释光的直线传播产生影等现象遇到了困难12、在双缝干涉实验中，以下说法正确的是 【 】A入射光波长越长，干涉条纹间距越大B入射光波长越长，干涉条纹间距越小C把入射光由绿光变成紫光，干涉条纹间距变小D把入射光由绿光变成红光，干涉条纹间距变小13、下列现象中，属于光的干涉现象的是 【 】A肥皂泡上的彩色条纹B雨后天边出现彩虹C早晨东方天边出现红色朝霞图 3D荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮14、对增透膜的叙述，你认为不正确的是 【 】A摄影机的镜头上涂一层增透膜后， 可提高成像质量B增透膜是为了增加光的透射，减少光的反射C增透膜的厚度应为入射光在薄膜中波长的 14D增透膜的厚度应为入射光在真空中波
15、长的 1415、在一次观察光衍射的实验中，观察到如图 4 所示的清晰的明暗相间的图样，那么障碍物应是（黑线为暗纹） 【 】A很小的不透明的圆板B很大的中间有大圆孔的不透明的圆板C很大的不透明圆板D很大的中间有小圆孔的不透明圆板16、下列说法中正确的是 【 】A红外线易穿透云层，故广泛应用于遥感技术领域B医院用 X 光进行透视，是因为它是各种电磁波中穿透能力最强的C阳光晒黑皮肤，主要是阳光中红外线的作用D电取暖器利用了红外线的热作用17、一束绿光照射某金属发生了光电效应，对此，以下说法中正确的是 【 】A若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变B若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子
16、最大初动能增加C若改用紫光照射，则逸出光电子的最大初动能增加D若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目一定增加18、氢原子从基态跃迁到激发态时，下列论述中正确的是 【 】A动能变大，势能变小，总能量变小B动能变小，势能变大，总能量变大C动能变大，势能变大，总能量变大D动能变小，势能变小，总能量变小19、卢瑟福对 粒子散射实验的解释是 【 】A使 粒子产生偏转的主要力是原子中电子对 粒子的作用力。B使 粒子产生偏转的力主要是库仑力。C原子核很小， 粒子接近它的机会很少，所以绝大多数的 粒子仍沿原来的方向前进。D能产生大角度偏转的 粒子是穿过原子时离原子核近的 粒子。20、A、B 两种放射性元
17、素，原来都静止在同一匀强磁场，磁场方向如图 5 所示，其中一个放出 粒子，另一个放出 粒子， 与 粒子的运动方向跟磁场方向垂直，图中 a、b、c 、d 分别表示 粒子， 粒子以及两个剩余核的运动轨迹 图 4【 】A、a 为 粒子轨迹，c 为 粒子轨迹B、b 为 粒子轨迹，d 为 粒子轨迹C、b 为 粒子轨迹，c 为 粒子轨迹D、a 为 粒子轨迹，d 为 粒子轨迹二、填空题：21、长 170cm 的某人的眼睛在其头顶下方 10cm 处，为了能从竖直悬挂的平面镜中看到自己的全身像，他购置的平面镜至少应有的高度为_cm，且镜子竖直悬挂时，应使其上端在人头顶下方_cm 处相平。22、玻璃的折射率是 1
18、.50，水晶的折射率是 1.55，让一块厚度为 1cm 的玻璃片与一块水晶片叠放在一起，若光线垂直射入时，通过它们所用时间相等，则水晶片厚度是_cm。23、有人在河面上游泳，见河底有一物体，与他的眼睛在同一竖直线上，当他再前进 4m时，物体忽然不见了，水的折射率为 43，则河深_m。24、在双缝干涉实验中，用频率 =510 14Hz 的单色光照射双缝，若在屏上 P 点到双缝之差为 09m，则 P 点将出现_条纹若将整个装置放入 n=2 的介质中进行上述实验，则 P 点将出现_条纹。25、光电管是一种把_信号转换成_信号的器件，它主要用于自动化装置及_等技术装置里26、已知氢原子的基态能量是 E
19、1=-13.6eV，第二能级 E2=-3.4eV如果氢原子吸收_eV 的能量，立即可由基态跃迁到第二能级如果氢原子再获得 1.89eV 的能量，它还可由第二能级跃迁到第三能级，因此氢原子第三能级 E3=_eV三、计算题：27、在墙上挂着一个高 h=1m 的平面镜 AB，人站在离镜 a=2m 远的地方，如果保持头部不动，则他在镜子内能看到自己身后离镜 b=4m 远的墙上多高的一段范围？28、一个圆柱形的筒高 h=20cm，底面直径 d=15cm，观察者在筒侧某处 P 看筒里，看到侧壁深度 h= 11.25cm 处的 A 点（图 1） 如果筒里注满水，那么在筒侧同一观察处恰好能看到侧壁底 B（图
20、2） 试求水的折射率图 529、用功率 P0=1W 的光源，照射离光源 r=3m 处的某块金属的薄片，已知光源发出的是波长 =5890nm 的单色光，试计算（1）1s 内打到金属板 1m2 面积上的光子数；（2）若取该金属原子半径 r1=0.510-10m，则金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子？30、四个氢核变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出多少能量？若 1g 氢完全聚变，能释放多少焦能量？（氢核质量为 1.008142u，氦核质量为 4.001509u）参考答案： 1、 CD 2、BD 3.、BCD 4、A 5、C 6、C 7、 B 8、D 9、ABCD 10、B 1
21、1、ABCD 12、AC 13、A 14、D 15、D16、AD 17、C 18、B 19、BCD 20、C21、85，5 22、0.97 23、 24、暗、明 25、光，电，有声电影、73无线电传真26、10.2 ,-1.51 27、分析 要求能通过平面镜看到身后的物体，必须使得从身后物体上发出的光（反射光）经镜子反射后 能到达我们的眼睛，并由镜子上、下边缘部分反射光的位置， 限制着能够看到的范围解 根据上面的分析画出通过平面镜看到身后墙上范围的光路图（图 1） ，这里 CA、DB 分别为入射光线，AP、BP 为反射光线，P 表示人眼，离镜距离a=2m， 看到的范围高 CD根据平面镜成像时镜
22、中虚像跟镜前实物对称于镜面的特点，由几何也就是说，能看到身后墙上高 3m 的一段范围说明 身高不 同的人站在离镜同样距离处对镜观察，仅是人眼的高度不 同同理作出光路图（图 2） ，可以看出，他们看到各自身后 墙高的范围一样的，都是 3m，只是分别看到墙上不同范围内的一段，如图中28、分析 如题中图 1 所示，在 P 点能看到 A 点，就是说，从 A 点发出的光线还能达到P 点，A 点以下的各点发出的光线就不能到达 P 点了所以连接 AP 的直线恰好过筒口的O 点往筒里灌满水后，能看到侧壁底 B，那就是说：从 B 点发出的光线也能到达 P 点，表示有一条光线沿路线 BO- OP 传播，如图 2
23、所示OO是空气和水两种媒质的界面，NN是它在 O 点处的法线，BO 是入射线，OP 是折射线根据几何关系，算出入射角和折射角的正弦后，由折射定律即得折射率解 由题中图 2 可知，入射角 i= BON，折射角 r=PON= AON由光路可逆，根据折射定律得水的折射率说明 观察时的实际光路应画成如图 2 所示人眼看到物体，是由于物体上发出（或反射）的光线到达眼睛的缘故，而不是眼睛发出光线，但在计算中，为方便起见，可根据光路可逆认为光从空气折射入水中。29、分析 发光机理的实质是能的转换，即把其他形式的能量转换成光子的能量，根据光源的功率算出 1s 内辐射的总能量，由每个光子能量 E=h ，即可算出
24、总光子数，因为 1s内辐射的这些光子，都可以看成是均匀分布在以光源为中心的球面上，于是由面积之比就可算出 1s 内单位面积上的光子数解 （1）离光源 3m 处的金属板每 1s 内单位面积上接受的光能为因为每个光子的能量为所以单位时间内打到金属板上单位面积的光子数为这是一个十分庞大的数字，可见，即使在光强相当弱的情况下，辐射到板面上的光子数仍然极多，因此，辐射的粒子性在通常情况下不能明显地表现出来（2）每个原子的截面积为S1r 12 （0.510 -10） 27.8510 -21m2把金属板看成由原子密集排列组成的，则每个原子截面积上每秒内接收到的光子数为n 1=nS1=2.6410167.8510-21s-1=2.0710 -4s-1每两个光子落在原子上的时间间隔为说明由题中计算可知，每个原子接收两个光子的间隔是一段相当长的时间(约 1.5 小时)，由于金属内电子的碰撞十分频繁，两次碰撞之间的时间只有 10-15s 左右，因此，一个电子接收一个光子后如不能立即逸出，来不及等到接收第二个光子，它所额外增加的能量早已消耗殆尽可见，在表面光电效应中是难以实现双光子吸收（一次吸收两个光子）的。30、4.4710 -12J，6.9310 11J。
