教師光學(xué)、原子

1、光學(xué)原子物理重點(diǎn)知識(shí)復(fù)習(xí)及例析易錯(cuò)知識(shí)點(diǎn)復(fù)習(xí)光學(xué)知識(shí)重點(diǎn)及易錯(cuò)點(diǎn)總結(jié)1. 光直線傳播知識(shí)的應(yīng)用月食如何產(chǎn)生？為什么沒有月環(huán)食？分析和解：當(dāng)?shù)厍蛭挥谔?yáng)和月球之間，且三球基本上在一直線上時(shí)，會(huì)發(fā)生月食如圖1所示。月食分為本影食和半影食，本影食又分為全食和偏食。月全食和月偏食的不同，不決定于觀察地點(diǎn)，而決定于月球是否全部進(jìn)入地球的本影。在月全食的時(shí)候，整個(gè)月球位于地球本影之內(nèi)(如圖1的a)，因而失去太陽(yáng)的直接光輝。在月偏食的時(shí)候，月球只是部分位于地球本影之內(nèi)(如圖1的b)，因而局部失去光明。在全食以前和以后，都有一個(gè)月偏食階段。有時(shí)，由于月球中心距離地球軸心太遠(yuǎn)，整個(gè)月食的過程，都是月偏食過程。月

2、球進(jìn)入地球半影的現(xiàn)象，叫半影食(如圖1的c)， 這時(shí)在地球上仍能看到圓亮的月球，只是亮度有所不同，在習(xí)慣上，半影食不算月食。如果這時(shí)在月球上看太陽(yáng)，可以看到日偏食。地球本影長(zhǎng)度大 約是月地平均距離的3.5倍，月球直徑遠(yuǎn)小于地球直徑， 就不可能有月環(huán)食。丈舊光幾圖12. 正確確定光學(xué)中的視場(chǎng)，觀察區(qū)域(1) 視場(chǎng)與觀察區(qū)域：通過光學(xué)元件觀察物體，看到的是物體的像，這里涉及到：一是要能看到物 體的像，眼睛應(yīng)處于何范圍內(nèi)進(jìn)行觀察一一即確定目域；二是透過光學(xué)元件。眼睛能看到多大的區(qū)域一一即確定視場(chǎng)。由于虛像不是由實(shí)際光線會(huì)聚而成，所以，虛像只能通過光學(xué)元件進(jìn)行觀察，因此視場(chǎng)問題只涉及物體通過光學(xué)元件成

3、虛像情況，觀察虛像和實(shí)像都存在目域問題，因?yàn)橹挥袑?shí)際光線進(jìn)入人眼才能被觀察到，所以物體經(jīng)光學(xué)元件成像后光線繼續(xù)傳播的范圍即為觀察像的目域。(2) 正確認(rèn)識(shí)光的折射和全反射(1) 折射率是反映介質(zhì)光學(xué)性能的物理量， n 是從實(shí)驗(yàn)的角度上定義的，因而sin rc為折射率的測(cè)量提供了依據(jù)。而n是從理論上反映介質(zhì)的特征；當(dāng)光垂直射向界面時(shí)，vc顯然已失去測(cè)量n的條件，但此時(shí)仍有一；不同介質(zhì)，對(duì)同種光的折射率一般不同，因而測(cè)V定介質(zhì)的折射率又是鑒別物質(zhì)種類的一種手段。(2) 光的色散現(xiàn)象說明同種介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同，而光的顏色由光的頻率決定，故折射率 大小與光的頻率有笑，頻率越高，折射率越大。光在

4、傳播過程中，頻率恒定不變。1 1(3) 光只有從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)， 且入射角i i臨Sin時(shí)，才發(fā)生全反射現(xiàn)n象。解決光的折射和全反射的問題尖鍵是作出光路圖，結(jié)合幾何知識(shí)進(jìn)行求解。3用折射定律分析光的色散現(xiàn)象分析、計(jì)算時(shí)，要掌握好n的應(yīng)用及有尖數(shù)學(xué)知識(shí)，著重理解兩點(diǎn)：(1)光的頻率(顏色)由光源決定與介質(zhì)無尖；(2)同一介質(zhì)中頻率越大的光折射率越大。再應(yīng)用n等知識(shí)，就能準(zhǔn)確而迅速地判斷有尖色光在介質(zhì)中的傳播速度、波長(zhǎng)、入射線與折射線偏折程度等問題。4 光的本性一一光的波動(dòng)性和粒子性光的干涉和衍射，說明光具有波動(dòng)性。光是電磁波；光電效應(yīng)說明光具有粒子性。人們平時(shí)看到的是大量光子的統(tǒng)計(jì)行為，即

5、表現(xiàn)為光的波動(dòng)性，當(dāng)涉及到光的發(fā)射和吸收等過程時(shí)，個(gè)別光子的粒子性會(huì)明顯地表現(xiàn)出來，因?yàn)楣庾拥哪芰亢蛣?dòng)量都正比于頻率(反比于波長(zhǎng))，所以波長(zhǎng)越短的光子粒子性越明顯。三原子物理中的重點(diǎn)知識(shí)(一)正確認(rèn)識(shí)原子的核式結(jié)構(gòu)1. 盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(1) 盧瑟福于1911年利用粒子去轟擊薄的金箔，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了粒子的大角度散射現(xiàn)象， 據(jù)此他提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說。(2) 盧瑟福估算出原子大小的數(shù)量級(jí)為10 10m，原子核大的數(shù)量級(jí)為10 15 -10 14m。2. 玻爾理論的實(shí)用性一一圓滿地解釋了氫光譜，指出了輻射和吸收的對(duì)應(yīng)尖系，解開了原子為什么會(huì)發(fā) 光，發(fā)射光譜和吸收光譜為什么都能作為光譜分析鑒

6、別物質(zhì)的化學(xué)組成等疑難問題。(二)原子核有尖知識(shí)1.、衰變的實(shí)質(zhì)(1) 衰變的實(shí)質(zhì)：某元素的原子核放出一個(gè)由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成的粒子(五個(gè)氫核)(2) 衰變的實(shí)質(zhì)：某元素的原子核內(nèi)的一個(gè)中子變成質(zhì)子時(shí)放出一個(gè)電子；(3) 射線是伴隨衰變或衰變同時(shí)產(chǎn)生的，它不改變?cè)雍说碾娮訑?shù)和質(zhì)子數(shù)，其實(shí)質(zhì)是原子核在發(fā)生衰變時(shí)，產(chǎn)生的某些新核由于具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子。2 核能的利用(1)根據(jù)相對(duì)論的原理，物質(zhì)的質(zhì)量與能量之間存在一定的尖系E me2 o此尖系式為后來原子核能的開發(fā)和利用提供了理論依據(jù)，同時(shí)也為核能的計(jì)算提供了簡(jiǎn)單易行的方法。(2)啟示：對(duì)質(zhì)量虧損和質(zhì)能方程E me2必

7、須從以下幾個(gè)方面加深理解：vl質(zhì)量虧損是指核反應(yīng)前后，物體的靜質(zhì)量虧損。反應(yīng)中釋放的能量是以光子輻射為主的。光子的靜質(zhì)量為零，但它有動(dòng)質(zhì)量。它的動(dòng)質(zhì)量正好等于以上核反應(yīng)中中子和質(zhì)子結(jié)合成冠核時(shí)虧損的質(zhì)量。所以原子核的質(zhì)量虧損并不違背質(zhì)量守恒定律。2有人認(rèn)為質(zhì)量虧損是質(zhì)量變成了能量，虧損的質(zhì)量越多，質(zhì)量變成的能量也越多，這種看法是極其 錯(cuò)誤的。我們知道，質(zhì)量和能量是兩個(gè)性質(zhì)完全不同的物理量。質(zhì)量是物體的屬性量，與所處的狀態(tài)、環(huán)境等外界條件無尖，只與物體本身有尖；而能量是狀態(tài)量，與物體所處的狀態(tài)有尖。由尖系式E me?可知，物體的質(zhì)量變化與物體的能量變化總是同時(shí)進(jìn)行的，質(zhì)量變大，能量也變大，它們之

8、間總是成正比例尖系。所以在數(shù)量上可以用物體的質(zhì)量變化作為物體能量變化的 量度。3. 正確理解核反應(yīng)核反應(yīng)包括原子核的衰變，原子核的人工轉(zhuǎn)變，重核裂變和輕核裂變四種類型：反應(yīng)中應(yīng)滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。【典型例題】例1單色細(xì)光束射到折射率n .2的透明球表面，光束在過球心的平面內(nèi)，入射角45，研究經(jīng)折射進(jìn)入球內(nèi)后經(jīng)內(nèi)表面反射所示。（1在圖上畫出光線在球內(nèi)的路徑和方向；）求入射光與出射光之間的夾角；（2）如果入射的是一束白光，透明球的色散情況與玻璃相仿，問哪 種顏色光的角最大， 角最小？解析：（1）光線入射到出射的光路圖如圖，入射光線AB 經(jīng)玻璃折射后，折射光線為BC,又經(jīng)球內(nèi)壁反射后，的光線

9、頭朗應(yīng)）D為cd 再經(jīng)折射后折射出球的半徑。（2）由折射定律竺口，得si nrsin rr30由幾何尖系及對(duì)稱性有r) 2ri4r 2i，把 r 3045代入得 30（3）由（2）知，n越小，小sinr越大，1角越大,角越大， 紅光最大，紫光最點(diǎn)評(píng)：此例題為折射定律的應(yīng)用。例2如圖所示ABC為一直角三棱鏡的截面其頂角30，P為垂直于直線BC0的光屏，現(xiàn)有一寬度等于AB的單色平行光束會(huì)直射向AB面，結(jié)果在2屏P上形成一寬度等于AB的光帶，求棱鏡對(duì)該單色光的折射率。3若是寬度等于AB的白光垂直射向AB面，則屏上被照亮的部分有何變化？說 明理中。折射后射出的光線，如圖14解析：如圖所示當(dāng)單色平行光束

10、垂直射向AB面時(shí)入射光線在AC面上折射角因?yàn)镋C所以DE所以tantanDEAD2AB31 AB,BC3ABta n1 - -ABAB tasinnsin點(diǎn)評(píng)：若是白光垂直射向60AB面,光線在AC面上發(fā)生折射產(chǎn)生色散現(xiàn)象，紅光偏折角上被 最小，紫光偏折角最大，所以光屏邊緣為紫轡亮部分變寬并下移且最上邊緣為紅色最下 例3根據(jù)玻爾理論，在氫原子中，量子數(shù)n越大，則（電勢(shì)能減少等于動(dòng)能增大A. 核外電子速度越小原子能級(jí)的能量越小原子的電勢(shì)能B. 越大C.D.解析：（1）定性分析：當(dāng)原子吸收光子從較低能級(jí)（E!）躍遷到較高能級(jí)（E?）時(shí), 原子的總能量（E）增加電子的電勢(shì)能（Ep）增加而動(dòng)能（Ek

11、）減少，且Ek1 E plhEk2 E p2當(dāng)原子放出光子，從較高能級(jí)（E2）躍遷到較低能級(jí)（EJ時(shí)，原子的總能量減少，電子的電勢(shì)能減少，而動(dòng)能增加，且Ek1 E p1 h Ek2 E p2本題中核電場(chǎng)力做負(fù)功，電子的電勢(shì)能增加，動(dòng)能減少，且減少的動(dòng)能和吸收的光子的能量全部轉(zhuǎn)為 電勢(shì)能即Ep2 Ep1 Ek1 Ek2 h Ek1 Ek2所以應(yīng)選答案B、D。（2）定量分析：氫原子核外電子旋轉(zhuǎn)可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其向心力由庫(kù)侖力提供，則22e v k p mrrk122所以，電了速度vke，動(dòng)能Ekmr 2 mv可見，n越大，半徑越大，則電子v越小，動(dòng)能越小，而電子的電勢(shì)能是負(fù)的，其絕對(duì)值是動(dòng)能的

12、兩倍，即EP總能量也是負(fù)的，即2k 2r所以是增大的，以基態(tài)0.52810 10m為例，通過上面等式計(jì)算可知Eki 13.6eV, Epi27.2eV, Ei 13.6eV故答案為B、D點(diǎn)評(píng)：(1)在原子輻射或吸收光子而躍遷的過程中，系統(tǒng)的能量守恒，但電子的動(dòng)能和電勢(shì)能之和不守恒！(2 )氫原子核外電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)的計(jì)算和能級(jí)躍遷的計(jì)算，涉及的知識(shí)較多，學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)多加注意。此題 的結(jié)論也可用類比方法推廣到衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)，所不同的是衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的軌道半徑是任意的，而氫原子的軌道半徑是不連續(xù)的。例4如圖所示，電路中所有元件完好，光照射到光電管上，靈敏電流計(jì)中沒有電流通過，其原因可 能是()A. 入射光太弱B. 入

13、射光波長(zhǎng)太長(zhǎng)C. 光照時(shí)間短D. 電源正負(fù)極接反解析：在光電管電路中形成電流的條件，于入射 是陰極在光的照射下有光電子逸出，這決定光的頻率是否高于陰極材料的極限頻率，逸出的光電子 與入射光的強(qiáng)弱、照射時(shí)間長(zhǎng)短無尖；二是光電子 應(yīng)能在電路中定向移動(dòng)到達(dá)陽(yáng)極。能否到達(dá)陽(yáng)極，應(yīng)由光電子的初動(dòng)能一旦電壓正負(fù)大小和光電管兩極間所加電壓的正負(fù)和大小共同決定。極接反，即使具有很大初動(dòng)能的光電子也可能不能到達(dá)陽(yáng)極，故 即使發(fā)生了光電效應(yīng)現(xiàn)象，電路中也不能形成光電流， 該題的正確答案是B、D。例5太陽(yáng)內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個(gè)質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€(gè)氨核的熱核反應(yīng)，這個(gè)核反應(yīng)釋放出的大量能量就是太陽(yáng)的能源。(已知太陽(yáng)每秒釋放的能量為38 1026 J)(1) 寫出這個(gè)核反應(yīng)方程。(2) 這一核反應(yīng)釋放出多少能量?(mp 10O73U, m0 4.0945U, me 000055U)(3) 根據(jù)綜合材料中的數(shù)據(jù)計(jì)算每秒鐘太陽(yáng)的質(zhì)量減少多少千克？(4) 若太陽(yáng)質(zhì)量減少萬分之三，熱核反應(yīng)不能繼續(xù)發(fā)生，計(jì)算太陽(yáng)還能存在多少年？140解析：(l)4iH2He2ie(2) 由愛因斯坦質(zhì)能方程可知，核反應(yīng)中釋放能量必然伴隨著質(zhì)