光的几何性与物理性光的几何性与物理性光学包括两大部分内容：几何光学和物理光学。

几何光学（又称光线光学）是以光的直线传播性质为基础，研究光在煤质中的传播规律及其应用的学科；物理光学是研究光的本性、光和物质的相互作用规律的学科。

一、重要概念和规律（一）、几何光学基本概念和规律1、基本规律光源：发光的物体．分两大类：点光源和扩展光源．点光源是一种理想模型，扩展光源可看成无数点光源的集合．光线——表示光传播方向的几何线．光束通过一定面积的一束光线．它是通过一定截面光线的集合．光速——光传播的速度。

光在真空中速度最大。

恒为C=3×108 m/s。

丹麦天文学家罗默第一次利用天体间的大距离测出了光速。

法国人裴索第一次在地面上用旋转齿轮法测出了光这。

实像——光源发出的光线经光学器件后，由实际光线形成的．虚像——光源发出的光线经光学器件后，由发实际光线的延长线形成的。

本影——光直线传播时，物体后完全照射不到光的暗区．半影——光直线传播时，物体后有部分光可以照射到的半明半暗区域．2．基本规律（1）光的直线传播规律：先在同一种均匀介质中沿直被分解成单色光的现象。

（4）透镜：在光疏介质的环境中放置有光密介质的透镜时，凸透镜：对光线有会聚作用，凹透镜：对光线有发散作用．透镜成像作图：利用三条特殊光线。

成像规律1/u+1/v=1/f。

线放大率m=像长/物长=|v|/u。

说明①成像公式的符号法则——凸透镜焦距f取正，凹透镜焦距f取负；实像像距v取正，虚像像距v取负。

②线放大率与焦距和物距有关．（5）平行透明板：光线经平行透明板时发生平行移动（侧移）．侧移的大小与入射角、透明板厚度、折射率有关。

4．简单光学仪器的成像原理和眼睛（1）放大镜：是凸透镜成像在。

uf时的应用。

通过放大饼在物方同地看到正立虚像。

（2）照相机：是凸透镜成像在u＞2f时的应用．得到的是倒立缩小施实像。

（3）幻灯机：是凸透镜成像在 f＜u＜2f时的应用。

得到的是倒立放大的实像．（4）显微镜：由短焦距的凸透镜作物镜，长焦距的透镜作目镜所组成。

物体位于物镜焦点外很*近焦点处，经物镜成实像于目镜焦点内很*近焦点处。

再经物镜在同侧形成一放大虚像（通常位于明视距离处）。

（ 5）望远镜：由长焦距的凸透镜作物镜，短焦距的透镜作目镜所组成。

极远处至物镜的光可看成平行光，经物镜成中间像（倒立、缩小、实像）于物镜焦点外很*近焦点处，恰位于目镜焦点内，再经目镜成虚像于极远处（或明视距离处）。

（6）眼睛：等效于一变焦距照相机，正常人明视距约25厘米。

明视距离小子25厘米的近视眼患者需配戴凹透镜做镜片的眼镜；明视距离大于25厘米的远视25者需配戴凸透镜做镜片的眼镜。

（二）物理光学——人类对光本性的认识发展过程（1）微粒说（牛顿）基本观点：认为光像一群弹性小球的微粒。

实验基础光的直线传播、光的反射现象。

困难问题无法解释两种媒质界面同时发生的反射、折射现象以及光的独立传播规律等。

（2）波动说（惠更斯）基本观点：认为光是某种振动激起的波（机械波）。

实验基础：光的干涉和衍射现象。

①光的干涉现象——杨氏双缝干涉实验条件：两束光频率相同、相差恒定。

装置（略）。

现象：出现中央明条，两边等距分布的明暗相间条纹。

解释：屏上某处到双孔（双缝）的路程差是波长的整数倍（半个波长的偶数倍）时，两波同相叠加，振动加强，产生明条；两波反相叠加，振动相消，产生暗条。

应用：检查平面、测量厚度、增强光学镜头透射光强度（增透膜）．②光的衍射现象——单缝衍射（或圆孔衍射）条件：缝宽（或孔径）可与波长相比拟。

装置：（略）。

现象：出现中央最亮最宽的明条，两边不等距发表的明暗条纹（或明暗乡间的圆环）。

困难问题：难以解释光的直进、寻找不到传播介质。

（3）电磁说（麦克斯韦）：基本观点：认为光是一种电磁波。

实验基础：赫兹实验（证明电磁波具有跟光同样的性质和波速）。

各种电磁波的产生机理：无线电波自由电子的运动；红外线、可见光、紫外线原子外层电子受激发； x射线原子内层电子受激发；γ射线原子核受激发。

可见光的光谱：发射光谱——连续光谱、明线光谱；吸收光谱（特征光谱）。

困难问题：无法解释光电效应现象。

（4）光子说（爱因斯坦）：基本观点：认为光由一份一份不连续的光子组成每份光子的能量E=hν。

实验基础：光电效应现象。

装置：（略）。

现象：①入射光照到光电子发射几乎是瞬时的；②入射光频率必须大于光阴极金属的极限频率ν。

；③当ν＞v0时，光电流强度与入射光强度成正比；④光电子的最大初动能与入射光强无关，只随着人射光灯中的增大而增大。

解释①光子能量可以被电子全部吸收．不需能量积累过程；②表面电子克服金属原子核引力逸出至少需做功（逸出功）hν。

；③入射光强。

单位时间内入射光子多，产生光电子多；④入射光子能量只与其频率有关，入射至金属表，除用于逸出功外。

其余转化为光电子初动能。

困难问题：无法解释光的波动性。

（5）光的波粒二象性：基本观点：认为光是一种具有电磁本性的物质，既有波动性。

又有粒子性。

大量光子的运动规律显示波动性，个别光子的行为显示粒子性。

实验基础：微弱光线的干涉，X射线衍射．二、重要研究方法1．作图：几何光学离不开光路图。

利用作图法可以直观地反映光线的传播，方便地确定像的位置、大小、倒正、虚实以及成像区域或观察范围等．把它与公式法结合起来，可以互相补充、互相验证。

2．光路追踪法：用作图法研究光的传播和成像问题时，抓住物点上发出的某条光线为研究对象。

不断追踪下去的方法．尤其适合于研究组合光具成多重保的情况。

3．光路可逆法：在几何光学中，一所有的光路都是可逆的，利用光路可逆原理在作图和计算上往在都会带来方便原子物理包括两大部分内容；原子结构和原子核结构。

前者研究原子核外电子的分布及跃迁规律，后者研究核的组成及其变化规律。

一、重要概念和规律1 ．原子核式结构学说（1909年。

卢瑟福）实验基础：α粒子散射实验——用放射源发出的α粒子穿过金箔，发现绝大多数α粒子按原方向前进，少数α粒子发生较大的偏转。

极少数产生大角度偏转，个别被弹回．基本内容：在原子中心有一个带正电的核（半径约10-15 ～10-14 m），集中了几乎全部原子质量、带负电的电子在核外绕核旋转（原子半径约10-10 m）。

困难问题：按经典理论，电子绕核旋转将辐射电磁波，能量会逐渐减小，电子运行的轨道半径不断变小，大量原子发出的光谱应该是连续光谱。

2．玻尔理论（1913年。

玻尔）实验基础氢光谱规律的研究。

基本内容（三点假设）（1）原子只能处于一系列不连续的、稳定的能量状态（定态），其总能量En（包括动能和电势能）与基态总能量量的关系为En=E1 /n1 （n＝1、2、3……）（2）原子在两个定态之间跃迁时，将辐射（或吸收）一定频率时光子；光子的能量为hν = E初 -E终。

（3）电子绕核运行的可能轨道是不连续的。

各可能轨道的半径rn =n2 r1 基态轨道半径r1。

（n=1、2、3……）。

困难问题无法解释复杂原子的光谱．3. 放射现象（1896年．贝克勒尔）三种射线（1）α射线氦原子核流。

v≈c/10。

贯穿本领很小。

电离作用很强。

（2）β射线高速电子流。

v≈c。

贯穿本领强，电离作用弱。

（3）γ射线波长很短的电磁波。

v=c。

贯穿本领很强，电离作用很弱。

衰变规律遵循电量、质量（和能量）守恒。

α衰变、β衰变、γ衰变（γ衰变是伴随着α衰变或β衰变同时发生的）。

半衰期：放射性元素的原子读有半数发生衰变所需要的时间。

由核内部本身因素决定．跟原子所处的物理状态或化学状态无关．4．原子核的组成实验基础（1）质子发现（1919年，卢瑟福）（2）中子发现（1932年，查德威克）基本内容原子核由质子和中子（统称核子）组成．原子核的质量数等于质子数与中子数之和．原子核的电荷数等于质子数。

各核子间依*强大的核力来集在核内。

5．放射性同位素质子数相同、中子数不同，具有放射性的原子。

实验基础：用α粒子盖击铝核首先实现用人工方法得到放出性同位素磷（1934年，约里奥·居里夫妇）。

基本应用（1）利用射线的贯穿本领、电离作用或对生物组织的物理、化学效应。

（2）做为示踪原子。

6. 核能质量亏损：组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差．质能方程：E=mc2核反应能：△E=△mc2二、重要研究方法1．实践-理论-实践从实践（实验）出发，提出理论，再经过实践的检验或进行新的实践一进一步发展理论。

例如，通过对气体放电现象、阴极射线的研究．汤姆生发现电子（1897年），提出原子结构的汤姆生模型。

由于卢瑟福的粒子的散射实验，进一步发展成卢瑟福模型。

通过对氢原子明线光谱的研究，又提出了玻尔理论等。

在原子物理中，非常鲜明地贯穿着辩证唯物主义认识论的这一基本思想方法。

复习中也应以此为线索，把握全章的知识结构。

2. 守恒规律的应用质量守恒、电荷守恒、能量守恒、动量守恒等自然界中的基本规律在原子物理中都得到全面的体现．复习中应紧紧把握这些守恒规律光的传播1.光在什么情况下是沿直线传播的，小孔成像是怎么回事，什么是本影和半影，如何确定本影、半影的区域？如何确定影子的运动状态？在何时、何地可以观察到日全食、日偏食、日环食、月全食、月偏食？你知道几种典型的测量光速的方法吗？你能体会出为什么这一章又被称为几何光学吗？2.什么是光的反射定律，镜面反射和漫反射的主要区别是什么？平面镜的成像特点是什么？如何确定平面镜成像的观察范围？我要想看到完整的脸，至少需要多大的矩形平面镜？那我要想看到完整的三中办公楼呢？如何确定物像的运动速度（速度垂直镜面和不垂直镜面两种情况）？3.什么是折射定律？与折射率相关的几个表达式分别是什么？如何计算光射入介质后的波长、波速和频率？什么是视深？4.什么是光疏介质、光密介质，全反射的条件是什么？在求解全反射问题时，一般采用什么解题方法？什么是光导纤维？在已知入射角的情况下如何计算光导纤维的折射率，如果入射角未知呢？5.什么是光的色散，产生的原因是什么？各种色光的频率、折射率、速度有什么规律？你能定性画出不同色光在界面上发生反射、折射时的情景吗？反之根据这些情景你有能判断出各色光的折射率、频率、能量、临界角的大小吗？6.你了解几种典型的玻璃砖对光路的控制特点吗？在三角形玻璃砖中，你知道几个典型角的关系吗？单色光、复色光、单色光点、复色光点通过三棱镜会呈现什么景象呢？如果光疏棱镜放在光密介质中，上述现象还成立吗？在圆形玻璃砖中，你知道如何确定法线，如何确定是否发生全反射，如何计算各次的偏折角吗？在矩形玻璃砖中，你会求侧移距离吗？你能利用一个杯子测量液体的折射率吗？光的本性1.十七世纪人们关于光的本性的认识有哪些观点？分别能解释什么，无法解释什么？2.什么是双缝干涉、薄膜干涉，它们的相干光源是如何得到的，使用单色光和复色光时其干涉图样怎样？如何判断某个点是加强点还是减弱点。