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1、【光学、原子物理和天体物理知识点复习】、电磁场与电磁波1. 电磁场 麦克斯韦电磁场理论要点：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。变化的电场和 磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一的场，这就是电磁场。2. 电磁波(1) 变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空间传播开去，就形成了电磁波。(2) 电磁波是横波。E与B的方向彼此垂直，而且都跟波的传播方向垂直，因此电磁波是 横波。电磁波的传播不需要靠别的物质作介质，在真空中也能传播。在真空中的波速为 c=3.0 X 108 m/s。3. 电磁波谱波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、Y射线 各种电磁波中，除
2、可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。电磁波种类*频率(Hz)*真空中波长(m)*产生机理特性应用无线电波104-3 X10123 X104-10-4电路中周期性运动的电子波动性强通信、广播、导航红外线1012-3.9X10143X10-4- 7.7X10-7原子外层电子受到激 发后明显的热效应加热、烘干、遥感、遥测、医疗、导向可见光3.9X1014-7.5X10147.7X10-7- 4X10-7原子外层电子受到激 发后引起视觉照明、照相、加热紫外线7.5X1014-5X10164 X10-7- 6 X10-9原子外层电子受到激 发后化学效应 荧光效应 杀菌作用日光灯、杀菌、消毒、 治疗皮夫病
3、等X射线3 X1016-3 X102010-8- 10-12原子内层电子受到激 发后穿透能力强检查、探测、透视、医疗等Y射线3X1019以上10-11以下原子核受到激发后穿透能力最强探测、治疗等、光的干涉与衍射1. 光的干涉( 1)杨氏双缝干涉实验1801年英国物理学家托马斯杨通过实验成功地观察到了光的干涉现象。像屏A、装置及原理：产生光的干涉的条件是两列光的频率相同，单缝双缝光源而常见的光源上同一时刻不同地方发出的两列光频率不相同， 即使在同一地方不同时刻发出的两列光也不满足频率相同。而 同一地方同一时刻发出的光，分开后满足频率相同，杨氏双缝 干涉实验就是根据这一原理实现光的干涉的。B、条纹
4、特点：同一装置：单色光是平行等间距的，即相邻的两条亮条纹的距离相等，相邻的两条暗条 纹的距离相等也等于两条亮条纹的距离。红光条纹间距最大，紫光条纹间距最小，即频率越 大条纹间距越小。白光干涉条纹特点是中央亮条纹的中间部分是白色的两边出现彩色，最边缘是红色。 同一种光不同装置，光屏距离双缝的距离越大，条纹越宽；双缝间距越小，条纹越宽。2）薄膜干涉A、薄膜干涉现象：B、应用：a. 用干涉法检查表面: 薄膜的夹角越小条纹越宽b. 增透膜：2光的衍射凡是波皆能发生衍射。 能发生明显衍射现象的条件是：障碍物或小孔的尺寸小于或接近波的波长。（1）单缝衍射a. 条纹特点 同一装置：单色光衍射条纹是平行的但不
5、等距，中央亮条纹的宽度大约是边缘的两倍 红光条纹间距最大，紫光条纹间距最小，即频率越大条纹间距越小。白光干 涉条纹特点是中央亮条纹的中间部分是白色的两边出现彩色，最边缘是红 色。注意：在双缝干涉中，若遮住一个缝，则在光屏上出现单缝衍射条纹。若在两个缝分别通过不同频率的光，则在光屏上只有一片亮光。小孔衍身寸b. 双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的区别:（2）小孔衍射与圆盘衍射小孔衍射： 孔径较大时，在光屏上得到与孔形状相同的光斑，孔径较小时在光屏上获得与光源相似的倒立的光斑（小孔成像），孔径再小，在光屏上获得小孔衍射条纹。圆盘衍射圆盘衍射：1818 年世纪法国物理学家菲涅耳利用波动理论对光的衍射作了数
6、学分析，而数学家泊松根据这一理论推算出在不透明圆 盘背后的阴影中心应该出现一个亮斑，似乎十分荒谬，企图驳倒菲涅 耳，后菲涅耳接受挑战，精心研究，最后经实验证明了圆盘背后的阴 影中心确实有这样一个亮斑。微粒说无法解释这种奇特现象，而波动 说却能作出完满的解释。后称这样个亮斑为泊松亮斑。3光电效应（1）光电效应现象： 在光的照射下，物质（金属）表面逸出电子的现象叫光电效应。光电子：在光的照射下，物质（金属）表面逸出的电子叫 光电子。（2）从实验中总结出来的光电效应的四条规律： 任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大 于这个极限频率，才能产生光电效应； 光电子的最大初动能与入射光的强度无关
7、，只随入射光频率的增大而增大; 入射光频率大于极限频率时，单位时间、单位面积上发射出的光电子数与入射光的强 度成正比; 入射光照在金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-$。注：光强的概念：在光电效应中，“光强”是指单位时间入射到金属表面单位面积上的光 子的总能量，若单位时间入射到金属表面上单位面积的光子数为n,每个光子的能量是h u,则光强为nh u。(3) 光子说1905 年爱因斯坦在德国物理学家普朗克研究电磁辐射规律的基础上，提出光也是不连 续的，而是一份一份的，每一份光叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比，即E = hv。 光子说很好地解释了光电效应。注意：光子和光电子
8、(光电效应发射出来的电子)是完全不同的粒子。(4)爱因斯坦光电效应方程：1 mv2 = hv -W2m1其中:石mv2是光电子的最大初动能，W为逸出功，W = hv , v为极限频率。2 m004光的波粒二象性(1) 光的微粒说与波动说：到十七世纪，人们对光的本性问题形成两种学说，一种是牛顿主张的微粒说，另一种 是惠更斯提出的波动说。a. 牛顿的微粒说：认为光是一种从光源发出的物质微粒，能够解释光的直线传播，但不 能解释光在两种介质分界面上同时发生反射与折射。b. 惠更斯的波动说：认为光是一种从光源发出的机械波，能够解释光在两种介质分界面 上同时发生反射与折射，不能解释光的直线传播，以及光在真
9、空中传播。(2) 光的电磁说与光子说：19世纪60年代英国物理学家麦克斯韦提出光是一种电磁波，即光的电磁说。1905年爱因斯坦提出光子说(3) 光的波粒二象性：光既有波动性，又有粒子性，所以光具有波粒二象性。光的波粒二象性的正确理解：大量光子的集体行为往往表现波动性，并且频率越低， 波动性越明显；个别光子的行为往往表现出粒子性，并且频率越高，粒子性越明显。还应 明确，光波是一种几率波，不同于宏观概念的波，光子是微观概念的粒子，不是宏观概念 的微粒。在理解波粒二象性时，切不可将微观概念与宏观概念完全等同。三、原子和原子核1. 电子的发现1897 年英国科学家汤姆生在对阴极射线进行一系列的实验后，
10、确认阴极射线是带负电的粒子，并测出了它的荷质比邑，他还发现不同物质组成的阴极都有相同的邑值。这表明不mm同物质都能发射这种粒子，它是构成各种物质的共有成分，后来被称为电子。2. 卢瑟福a粒子散射实验1909年到1911年，在英国物理学家卢瑟福指导下，他的合作者们做了脖粒子轰击金 箔的实验，发现绝大多数Q粒子仍沿原来方向前进，少数Q粒子发生了较大的偏转，并有极 少数a粒子的偏转超过了 900,个别的甚至几乎达到1800。a粒子十分接近原子核时才有大 角度偏转。3. 卢瑟福的原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核 里，带负电的电子在核外空间绕
11、核高速旋转。原子半径大约是10-10m，核的大小约为10-1510-14m，假如把原子核比作一个乒乓球， 那么整个原子就有一个足球场大；原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量，最小的 原子核是氢原子核，其质量是核外电子质量的 1840 倍；电子绕核高速旋转，就如太阳系中 行星绕着太阳运转一样。电子做圆周运动所需要的向心力是原子核对电子的库仑力。根据原子的核式结构学说，a粒子穿过原子时，如果离核较远，受到的库仑斥力就很小， 运动方向基本不变只有当a粒子与核十分接近时，才会受到很大的库仑斥力，发生大角度 的偏转，产生散射 .根据 a 粒子散射实验的数据可估计出原子核大小的数量级为 10-14
12、10-15m，原子直径的数量级约为10-10m，可见整个原子是十分空旷”的.4天然放射性1896 年法国物理学家贝克勒耳发现，铀和含铀的矿物能发出某种看不见的射线，它能 穿透黑纸使里面的相底片感光。物质发射这种射线的性质，叫做放射性；具有放射性的元素， 叫做放射性元素。原子序数大于83 的所有天然存在的元素都具有放射性。这种能自发地放 出射线的现象叫做天然放射现象(1) 放射性物质进行天然衰变时放射出的a、B、y三种射线，它们的本质和性质如表下所示。本质速度电量rr*.冃*件穿透本领电离本领质量数a高速氦核流C/102e4u最弱 一张薄纸就 能挡住最强B高速电子流Ceu1840较强 能穿透几毫
13、 米的铝板板较弱Y高能光子流=c00最强 能穿透几厘 米的铅板最弱在电场作用下射线分成三束。2)三种射线的来源：它们都来源于原子核内， a 射线来源于原子核的分裂， B 射线来源于原子核的中子转化成质子时放出的电子， y 射线来源于产生的新的原子核。 放射性元素的a衰变和B衰变及其(3) 衰变: 原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做 原子核的衰变。各种粒子的符号：B粒子(电子)一 0 e 质子一1H -11正电子一 0 e氘核一 2 H11电荷守恒；质量数守恒；能量守恒。a 粒子4 He2中子一1 n0( 4)衰变方程原子核的衰变满足：在a衰变中，其核反应方程是：AX T A-4Y +
14、 4He ；ZZ -22在B衰变中，其核反应式是:AX T AY + 0e.ZZ+1-1（5）半衰期（T）：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫做半衰期。不同的放射性元素有不同 的半衰期，甚至差别很大。半衰期的大小是由原子核内部因素决定的，与原子核存在的状态 及外界条件无关。设N0为衰变前的原子核数，N为衰变后的原子核数，T为半衰期，t为衰变时间，则N 二N。（1/2）T5质子的发现1919年卢瑟福做了用Q粒子轰击氮原子核的实验，发现了质子。（1）发现质子的实验装置。先抽去C内空气调节铝（银） 箔F的厚度使a粒子正好穿不过，再通入氮气，从荧光屏 S上看到闪光点，那是a粒子击中氮核后产生
15、的质子透过 铝箔引起的。（2）意义：不仅发现了质子，而且在世界上第一次实现 了原子核的人工转变。14 4 17 1（3）发现质子的核反应方程为：7 N+ 2 He f 8O+ i Ho6中子的发现1930年发现，用a射线轰击铍（Be）产生一种射线（速度不到贯穿本领极强，能10氢核差不多，取名中子。穿透几厘米的铅）1932年英国物理学家查德威克仔细研究了这种射线，它不带电，质量与1）发现中子的实验装置，不可见粒子为中子。2）发现中子的核反应方程：9Be + 4He T 12C + in4260*7正电子的发现1932 年美国科学家安德逊发现正电子。1934年约里奥居里和伊丽芙居里夫妇用a粒子轰击铝箔时除了得到预料中的中子外还探测到正电子，这是由于30P有放射性，
