高三物理专题复习

高三物理专题复习：光的反射和折射 量子理论初步及原子核

一. 教学内容：

高三物理专题复习八：光的反射和折射，量子理论初步及原子核 本专题内容“点多面宽”：在同一种均匀介质中，光沿直线传播；在不同介质的界面上，光发生反射（遵循反射定律）、折射（遵循折射定律），特殊情况下发生全反射（满足全反射条件），涉及的典型光学元件有平面镜（反射成像）、球面镜（定性了解）、棱镜（折射、色散和全反射）、平行玻璃砖（使光线发生侧向平移）；光的波动性以干涉和衍射为特征，粒子性以光电效应为代表。原子物理包括：α粒子散射实验，玻尔理论、天然放射现象、半衰期、原子核的组成、核能、核反应方程等知识重点。 1. 光的反射

（1）光束是实际存在的，而光线是表示光束的假想线。作图时光线用带箭头的细实线。 影是光被不透光的物体挡住所形成的暗区，分本影和半影。 小孔成像，日食和月食都是光的直线传播的结果。

（2）光的反射遵从反射定律，反射现象分漫反射和镜面反射两类。 使平行入射的光线沿不同方向反射出去的反射叫漫反射。

使平行入射的光线沿不同方向平行反射出去的反射为镜面反射。 发生漫反射的每一条光线都遵从反射定律。 （3）所有几何光学的光路都是可逆的。 （4）平面镜对光束的作用。

只改变方向，不改变光速和聚散的性质。 （5）平面镜成像特点。

等大、正立的虚像，物像关于镜面对称。

2. 光的折射、折射率、全反射、棱镜及光的色散 （1）介质的折射率

光从一种介质进入另一种介质方向改变时，入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比都是个恒值，但不同的介质该恒值不同。

光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于该介质的折射率，用n 表示：

1sin sin >==

v

c

r i n 注意：当光线垂直射向分界面进入第二种介质时，不发生折射。同一介质对频率大的光，折射率大。 （2）全反射。

光从折射率大的光密介质：射向折射率小的光疏介质时，全部被反射回的现象。 临界角：折射角等于︒90时的入射角。n

C 1sin =

发生全反射的条件：

光从光密介质进入光疏介质：入射角大于或等于临界角。

（3）白光通过玻璃棱镜后，一是要向底边（厚部）偏折；二是在光屏上形成七色光带（称光谱），在同一介质中，七色光与下面几个物理量的对应关系如表1所示。

表1：

3. 光的波动性

（1）光的干涉，常见的干涉现象有杨氏干涉和薄膜干涉，它们都是将一束光分成两列光波后，再使它们相遇，若光程差等于波长的整数倍，就出现亮条纹；若光程差为半个波长的奇数据，就出现暗纹。

（2）光的衍射，光线遇到直径足够小（可与该光的波长相比拟）的障碍物或孔洞时，能够绕过它们，并形成衍射条纹。

（3）电磁波谱和光谱

① 电磁波按波长由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 光谱⎪

⎩

⎪

⎨

⎧⎩⎨⎧)(原子光谱明线光谱连续光谱发射光谱吸收光谱

③ 光的传播不需要介质，且频率不变，色光的颜色是由其频率决定的。光速与波长和频率的关系：v c 0λ=（真空中），v v λ=（介质中），且λ

λ0

==

v c n 。 4. 量子理论初步

（1）光电效应规律。

（2）光子说：光是一份一份地不连续传播的，每一份叫一个光子构成，光子的能量为hv 。

（3）光的波粒二象性：频率低的，大量的光子在传播时表现为波动性；频率高的，少量的光子在物质相互作用时表现为粒子性。

（4）原子结构模型的主要假设（见下表）。

5. 原子核

（1）原子核的衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化。

① α衰变的一般方程式为He Y X A Z A Z 4

242+→--，每发生一次α衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数

减少2，质量数减少4，α衰变的实质是某元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子（即氦核）。

② β衰变的一般方程式为e Y X A Z A Z 0

11-++→，每发生一次β衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数增加1，质量数不变，β衰变的实质是其元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子。

③

γ衰变是伴随α衰变或β衰变同时发生的，γ衰变不改变原子核的电荷数和质量数。其实质是放射性

原子核在发生α衰变或β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。

④ 半衰期放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，用希腊字母τ表示。 <1> 公式：τ

/)

2

1(i N N 原余=，τ

/)

2

1(t m m 原余=

<2> 半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理状态（如压强、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关。

（2）原子核的人工转变。

原子核的人工转变：用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程，其核反应方程的一般形式为：

x

X A

Z

+y Y A Z

+。

式中X A

Z 是靶核的符号，x 为入射粒子的符号，Y A Z '

'是新生核符号，y 是放射出的粒子的符号。

① 卢瑟福发现质子的核反应方程为：H O He N 1

117842147+→+ ② 查德威克发现中子的核反应方程为：n C He Be 1

01264294+→+。

③ 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：

n P He Al 103015422713

+→+，e Si P 0

130143015+→

④ 原子核的组成：质子和中子组成原子核。质子和中子统称为核子，原子核的质量数等于其核子数，原

子核的电荷数等于其质子数，原子核的中子数N 等于其质量数A 与电荷数Z 之差，即N=A —Z 。

（3）质量亏损与质能方程。

① 组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫核的质量亏损。

② 质能方程：2

mc E =，u 1相当于931.5MeV 。

【典型例题分析】

1. 考查光的直线传播、反射、折射定律

[例1]（2000年全国）一辆实验小车可沿水平地面（图中纸面）上的长直轨道匀速向右运动。有一台发出细光束的激光器装在小转台M 上，到轨道的距离MN 为m d 10=，如图2-8-1所示，转台匀速转动，使激光束在水平面内扫描，扫描一周的时间为T=60s ，光束转动方向如图中箭头所示，当光束与MN 的夹角为45°时，光束正好射到小车上，如果再经过s t 5.2=∆光束又射到小车上，则小车的速度为多少？（结果保留二位有效数字）