高考物理知識歸納（七）

-----------熱、光、核物理、振動和波

1、光學：美國邁克耳遜用旋轉棱鏡法較準確的測出了光速，

反射定律(物像關于鏡面對稱)；由偏折程度直接判斷各色光的n

折射定律

光學中的一個現(xiàn)象一串結論

色散現(xiàn)象

n

v

λ(波動性)

衍射

C_臨

干涉間距

γ (粒子性)

E_光子

光電效應

紅

黃

紫

小

大

大

小

大  (明顯)

小 (不明顯)

容易

難

小

大

大

小

小 (不明顯)

大 (明顯)

小

大

難

易

結論：(1)折射率n、；

(2)全反射的臨界角C；

(3)同一介質中的傳播速率v；

(4)在平行玻璃塊的側移△x

(5)光的頻率γ,頻率大,粒子性明顯.；

(6)光子的能量E=hγ則光子的能量越大。越容易產生光電效應現(xiàn)象

       (7)在真空中光的波長λ,波長大波動性顯著；

(8)在相同的情況下，雙縫干涉條紋間距x越來越窄

(9)在相同的情況下，衍射現(xiàn)象越來越不明顯

全反射的條件：光密到光疏；入射角等于或大于臨界角

全反射現(xiàn)象：讓一束光沿半圓形玻璃磚的半徑射到直邊上,可以看到一部分光線從玻璃直邊上折射到空氣中,一部分光線反射回玻璃磚內.逐漸增大光的入射角,將會看到折射光線遠離法線,且越來越弱.反射光越來越強,當入射角增大到某一角度C_臨時,折射角達到90⁰,即是折射光線完全消失,只剩下反射回玻璃中的光線.這種現(xiàn)象叫全反射現(xiàn)象.折射角變?yōu)?0⁰時的入射角叫臨界角

應用:光纖通信(玻璃sio₂) 內窺鏡 海市蜃樓 沙膜蜃景 炎熱夏天柏油路面上的蜃景

水中或玻璃中的氣泡看起來很亮. 

理解：同種材料對不同色光折射率不同；同一色光在不同介質中折射率不同。

幾個結論：1緊靠點光源向對面墻平拋的物體，在對面墻上的影子的運動是勻速運動。

2、兩相互正交的平面鏡構成反射器,任何方向射入某一鏡面的光線經兩次反射后一定與原入射方向平行反向。

3、光線由真空射入折射率為n的介質時，如果入射角θ滿足tgθ=n，則反射光線和折射光線一定垂直。

4、由水面上看水下光源時，視深；若由水面下看水上物體時，視高。

5、光線以入射角i斜射入一塊兩面平行的折射率為n、厚度為h的玻璃磚后，出射光線仍與入射光線平行，但存在側移量△   兩反射光間距

雙縫干涉: 條件f相同，相位差恒定(即是兩光的振動步調完全一致)   當其反相時又如何?

亮條紋位置: ΔS＝nλ；   暗條紋位置: （n＝0,1,2,3,、、、）；

條紋間距 ：

(ΔS :路程差(光程差)；d兩條狹縫間的距離；L：擋板與屏間的距離) 測出n條亮條紋間的距離a
薄膜干涉:由膜的前后兩表面反射的兩列光疊加，實例：肥皂膜、空氣膜、油膜、牛頓環(huán)、光器件增透膜

(厚度是綠光在薄膜中波長的1/4,即增透膜厚度d＝λ/4)
衍射:現(xiàn)象,條件 單縫 圓孔 柏松亮斑(來歷) 任何物體都能使光發(fā)生衍射致使輪廓模糊

三種圓環(huán)區(qū)別：單孔衍射(泊松亮斑)   中間明而亮,周圍對稱排列亮度減弱,條紋寬變窄的條紋

空氣膜干涉環(huán)   間隔間距等亮度的干涉條紋

牛頓環(huán)         內疏外密的干涉條紋

干涉、衍射、多普勒效應(太陽光譜紅移宇宙在膨脹)、偏振都是波的特有現(xiàn)象,證明光具有波動性；衍射表明了光的直線傳播只有一種近似規(guī)律；說明任何物理規(guī)律都受一定的條件限制的.

（1）光的電磁說⑴麥克斯韋根據電磁波與光在真空中的傳播速度相同，提出光在本質上是一種電磁波――這就是光的電磁說，赫茲用實驗證明了光的電磁說的正確性。

⑵電磁波譜。波長從大到小排列順序為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。各種電磁波中，除可見光以外，相鄰兩個波段間都有重疊。

無線電波

紅外線

可見光

紫外線

X射線

 n射線

組成頻率波

        波長：大小  波動性：明顯不明顯

        頻率：小大   粒子性：不明顯明顯

產生機理

在振蕩電路中，自由電子作周期性運動產生

原子的外層電子受到激發(fā)產生的

原子的內層電子受到激發(fā)后產生的

原子核受到激發(fā)后產生的

⑶紅外線、紫外線、X射線的主要性質及其應用舉例。

種  類

產      生

主要性質

應用舉例

紅外線

一切物體都能發(fā)出

熱效應

遙感、遙控、加熱

紫外線

一切高溫物體能發(fā)出

化學效應

熒光、殺菌、合成V_D2

X射線

陰極射線射到固體表面

穿透能力強

人體透視、金屬探傷

⑷實驗證明：物體輻射出的電磁波中輻射最強的波長λ_m和物體溫度T之間滿足關系λ_m  T = b（b為常數）�？梢姼邷匚矬w輻射出的電磁波頻率較高。在宇宙學中，可根據接收恒星發(fā)出的光的頻率，分析其表面溫度。

(2)光五種學說：原始微粒說(牛頓),波動學說(惠更斯),電磁學說(麥克斯韋),

光子說(愛因斯坦),波粒兩相性學說(德布羅意波)概率波

各種電磁波產生的機理,特性和應用,光的偏振現(xiàn)象說明光波是橫波,也證明光的波動性.

激光的產生特點應用(單色性,方向性好,亮度高,相干性好)  

光電效應實驗裝置,現(xiàn)象,所得出的規(guī)律(四)愛因斯坦提出光子學說的背景 

愛因斯坦光電效應方程：mV_m²/2＝hf－W₀一個光子的能量E＝hf (決定了能否發(fā)生光電效應)

(3)光電效應規(guī)律:實驗裝置、現(xiàn)象、總結出四個規(guī)律

①任何一種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能產生光電效應；低于這個極限頻率的光不能產生光電效應。

②光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨入射光頻率的增大而增大。

③入射光照到金屬上時，光子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10^-9s

④當入射光的頻率大于極限頻率時，光電流強度與入射光強度成正比。

(4)康普頓效應(石墨中的電子對x射線的散射現(xiàn)象)這兩個實驗都證明光具粒子性  光波粒二象性:

?情況體現(xiàn)波動性(大量光子,轉播時,λ大),

?粒子性 光波是概率波(物質波) 任何運動物體都有λ與之對應(這種波稱為德布羅意波)

2、原子、原子核知識歸類

整個知識體系，可歸結為：兩模型(原子的核式結構模型、波爾原子模型)；六子(電子、質子、中子、正電子、粒子、光子)；四變(衰變、人工轉變、裂變、聚變)；兩方程(核反應方程、質能方程)。

4條守恒定律(電荷數守恒、質量數守恒、能量守恒、動量守恒)貫串全章。

1.湯姆生模型(棗糕模型) 湯姆生發(fā)現(xiàn)電子，使人們認識到原子有復雜結構。從而打開原子的大門.

2.盧瑟福的核式結構模型（行星式模型）盧瑟福α粒子散射實驗裝置,現(xiàn)象,從而總結出核式結構學說

α粒子散射實驗是用α粒子轟擊金箔，實驗現(xiàn)象：結果是絕大多數α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進,但是有少數α粒子發(fā)生了較大的偏轉.這說明原子的正電荷和質量一定集中在一個很小的核上。

盧瑟福由α粒子散射實驗提出：在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間運動。

由α粒子散射實驗的實驗數據還可以估算出原子核大小的數量級是10^-15m。

而核式結構又與經典的電磁理論發(fā)生矛盾①原子是否穩(wěn)定,②其發(fā)出的光譜是否連續(xù)

3.玻爾模型(引入量子理論，量子化就是不連續(xù)性，整數n叫量子數)玻爾補充三條假設

定態(tài)--原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)(稱為定態(tài)),電子雖然繞核運轉,但不會向外輻射能量. 。(本假設是針對原子穩(wěn)定性提出的)

躍遷--原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài),要輻射(或吸收)一定頻率的光子(其能量由兩定態(tài)的能量差決定)

(本假設針對線狀譜提出)

能量和軌道量子化----定態(tài)不連續(xù),能量和軌道也不連續(xù);(即原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運動相對應,原子的定態(tài)是不連續(xù)的,因此電子的可能軌道分布也是不連續(xù)的)

             (針對原子核式模型提出，是能級假設的補充)

光子的發(fā)射與吸收(特別注意躍遷條件):原子發(fā)生定態(tài)躍遷時,要輻射(吸收)一定頻率的光子:hf＝E_初-E_末

①軌道量子化r_n=n²r₁  r₁=0.53×10^-10m  ②能量量子化：  E₁=-13.6eV

③原子在兩個能級間躍遷時輻射或吸收光子的能量hν=E_m-E_n

⑵從高能級向低能級躍遷時放出光子；從低能級向高能級躍遷時可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加熱的方法，使分子熱運動加劇，分子間的相互碰撞可以傳遞能量）。原子從低能級向高能級躍遷時只能吸收一定頻率的光子；而從某一能級到被電離可以吸收能量大于或等于電離能的任何頻率的光子。（如在基態(tài)，可以吸收E ≥13.6eV的任何光子，所吸收的能量除用于電離外，都轉化為電離出去的電子的動能）。

⑶玻爾理論的局限性。由于引進了量子理論（軌道量子化和能量量子化），玻爾理論成功地解釋了氫光譜的規(guī)律。但由于它保留了過多的經典物理理論（牛頓第二定律、向心力、庫侖力等），所以在解釋其他原子的光譜上都遇到很大的困難。

氫原子的激發(fā)態(tài)和基態(tài)的能量(最小)與核外電子軌道半徑間的關系是:E_n=E₁/n²，r_n=n²r₁，

其中E₁=－13.6eV, r₁=5.3×10^－10m,

(大量)處于n激發(fā)態(tài)原子躍遷到基態(tài)時的所有輻射方式共有=n (n－1)/2種

E₅₁=13.06  E₄₁=12.75  E₃₁=12.09  E₂₁=10.2；    (有規(guī)律可依)

E₅₂=2.86  E₄₂=2.55  E₃₂=1.89；   E₅₃=0.97  E₄₃=0.66；     E₅₄=0.31

氫原子在n能級的動能、勢能，總能量的關系是：E_P=－2E_K，E=E_K+E_P=－E_K。(類似于衛(wèi)星模型)

由高能級到低能級時，動能增加，勢能降低，且勢能的降低量是動能增加量的2倍，故總能量(負值)降低。

量子數

天然放射現(xiàn)象

1.天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，使人們認識到原子核也有復雜結構。

核變化從貝克勒耳發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象開始衰變(用電磁場研究)：

2.各種放射線的性質比較

種  類

本  質

質量（u）

電荷（e）

速度（c）

電離性

貫穿性

α射線

氦核

4

+2

0.1

最強

最弱，紙能擋住

β射線

電子

1/1840

-1

0.99

較強

較強，穿幾mm鋁板

γ射線

光子

0

0

1

最弱

最強，穿幾cm鉛版

三種射線在勻強磁場、勻強電場、正交電場和磁場中的偏轉情況比較：

四種核反應類型(衰變,人工核轉變,重核裂變,輕核驟變)

⑴衰變： α衰變：(實質：核內)α衰變形成外切(同方向旋)，

            β衰變：(實質：核內的中子轉變成了質子和中子)β衰變形成內切(相反方向旋)，且大圓為α、β粒子徑跡。

             +β衰變：（核內）

             γ衰變：原子核處于較高能級，輻射光子后躍遷到低能級。

⑵人工轉變：

(發(fā)現(xiàn)質子的核反應)(盧瑟福)用α粒子轟擊氮核,并預言中子的存在

     (發(fā)現(xiàn)中子的核反應)(查德威克)釙產生的α射線轟擊鈹

       (人工制造放射性同位素)

正電子的發(fā)現(xiàn)(約里奧居里和伊麗芙居里夫婦)α粒子轟擊鋁箔

⑶重核的裂變：    

在一定條件下(超過臨界體積)，裂變反應會連續(xù)不斷地進行下去，這就是鏈式反應。

⑷輕核的聚變：（需要幾百萬度高溫，所以又叫熱核反應）

所有核反應的反應前后都遵守：質量數守恒、電荷數守恒。（注意：質量并不守恒。）

2.半衰期

放射性元素的原子核有半數發(fā)生衰變所需的時間叫半衰期。（對大量原子核的統(tǒng)計規(guī)律）計算式為：N表示核的個數 ，此式也可以演變成 或，式中m表示放射性物質的質量，n 表示單位時間內放出的射線粒子數。以上各式左邊的量都表示時間t后的剩余量。

半衰期(由核內部本身的因素決定,與物理和化學狀態(tài)無關)、   同位素等重要概念   放射性標志

3.放射性同位素的應用

⑴利用其射線：α射線電離性強,用于使空氣電離,將靜電泄出,從而消除有害靜電。γ射線貫穿性強,可用于金屬探傷,也可用于治療惡性腫瘤。各種射線均可使DNA發(fā)生突變,可用于生物工程，基因工程。

⑵作為示蹤原子。用于研究農作物化肥需求情況，診斷甲狀腺疾病的類型，研究生物大分子結構及其功能。

⑶進行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木質文物的產生年代。

一般都使用人工制造的放射性同位素（種類齊全，各種元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，廢料容易處理。可制成各種形狀，強度容易控制）。

重要的物理現(xiàn)象或史實跟相應的科學家

單擺的等時性          伽利略

單擺的周期公式          惠更斯

電流的磁效應          奧斯特

電磁感應定律             法拉第

首先用電場線描述電場    法拉第

電子電量的測定           密立根

分子電流假說            安培

預言了電磁波的存在        麥克斯韋

建立了電磁場理論      麥克斯韋

用實驗證實了電磁波的存在  赫茲

光的微粒說            牛頓

光的波動說                惠更斯

光的電磁說            麥克斯韋

光的干涉現(xiàn)象              楊氏

電子的發(fā)現(xiàn)              湯姆生

中子的發(fā)現(xiàn)               查德威克

質子的發(fā)現(xiàn)              盧瑟福

人工放射性同位素發(fā)現(xiàn)     小居里夫婦

a粒子散射實驗          盧瑟福

圓滿解釋氫光譜           玻爾

原子的核式結構模型      盧瑟福

天然放射性的發(fā)現(xiàn)        貝克勒耳

光電效應規(guī)律光子說    愛因斯坦

質能方程               愛因斯坦

相對論                愛因斯坦

3、機械振動、機械波：

基本的概念，簡諧運動中的力學運動學條件及位移，回復力，振幅，周期，頻率及在一次全振動過程中各物理量的變化規(guī)律。

簡諧振動：    回復力：  F = 一KX      加速度：a =一KX/m

單擺：T= 2(與擺球質量,振幅無關) *彈簧振子T= 2(與振子質量有關,與振幅無關)

等效擺長、等效的重力加速度 影響重力加速度有：

①緯度,離地面高度

②在不同星球上不同,與萬有引力圓周運動規(guī)律（或其它運動規(guī)律）結合考查

③系統(tǒng)的狀態(tài)(超、失重情況)

④所處的物理環(huán)境有關,有電磁場時的情況

⑤靜止于平衡位置時等于擺線張力與球質量的比值 

注意等效單擺(即是受力環(huán)境與單擺的情況相同)

T=2 g=    應用：T₁=2   

沿光滑弦cda下滑時間t₁=t_oa=   

沿cde圓弧下滑t₂或弧中點下滑t₃：

共振的現(xiàn)象、條件、防止和應用

機械波:基本概念,形成條件、

特點：傳播的是振動形式和能量,介質的各質點只在平衡位置附近振動并不隨波遷移。

①各質點都作受迫振動，  ②起振方向與振源的起振方向相同，   ③離源近的點先振動，

④沒波傳播方向上兩點的起振時間差=波在這段距離內傳播的時間 ⑤波源振幾個周期波就向外傳幾個波長

波長的說法：①兩個相鄰的在振動過程中對平衡位置“位移”總相等的質點間的距離

②一個周期內波傳播的距離   ③兩相鄰的波峰(或谷)間的距離

④過波上任意一個振動點作橫軸平行線，該點與平行線和波的圖象的第二個交點之間的距離為一個波長

波從一種介質傳播到另一種介質,頻率不改變, 波長、波速、頻率的關系： V=lf =(適用于一切波)

波速與振動速度的區(qū)別     波動與振動的區(qū)別：

研究的對象：振動是一個點隨時間的變化規(guī)律，波動是大量點在同一時刻的群體表現(xiàn)，

圖象特點和意義  聯(lián)系：

波的傳播方向質點的振動方向（同側法、帶動法、上下波法、平移法）

知波速和波形畫經過（t）后的波形（特殊點畫法和去整留零法）

波的幾種特有現(xiàn)象：疊加、干涉、衍射、多普勒效應，知現(xiàn)象及產生條件

電磁波：LC振蕩電路：產生高頻率的交變電流. T＝2π      

電場能↑→電場線密度↑→電場強度E↑→ 電容器極板間電壓u↑→ 電容器帶電量q↑

磁場能↑→磁感線密度↑→磁感強度B↑→線圈中電流i↑

(2)電磁振蕩的產生過程

放電過程：在放電過程中，q↓、u↓、E_電場能↓→i↑、B↑、E_磁場能↑，電容器的電場能逐漸轉變成線圈的磁場能。放電結束時，q=0， E_電場能=0，i最大，E_磁場能最大，電場能完全轉化成磁場能。

充電過程：在充電過程中，q↑、u↑、E_電場能↑→I↓、B↓、E_磁場能↓，線圈的磁場能向電容器的電場能轉化。充電結束時，q、E_電場能增為最大，i、E_磁場能均減小到零，磁場能向電場能轉化結束。

反向放電過程: q↓、u↓、E_電場能↓→i↑、B↑、E_磁場能↑，電容器的電場能轉化為線圈的磁場能。放電結束時，q=0， E_電場能=0，i最大，E_磁場能最大，電場能向磁場能轉化結束。

反向充電過程: q↑、u↑、E_電場能↑→i↓、B↓、E_磁場能↓,線圈的磁場能向電容器的電場能轉化。充電結束時，q、E_電場能增為最大，i、E_磁場能均減小到零,磁場能向電場能轉化結束。

麥克斯韋的電磁場理論：

①變化的磁場產生電場:均勻變化的磁場將產生恒定的電場，周期性變化的磁場將產生同頻率周期性變化的電場。

②變化的電場產生磁場:均勻變化的電場將產生恒定的磁場,周期性變化的電場將產生同頻率周期性變化的磁場。

發(fā)射電磁波的條件①頻率要有足夠高。②振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間,采用開放電路.

特點：(1)電磁波是橫波。(2)三個特征量的關系v＝λ/T＝λf

(3)電磁波可以在真空中傳播,向周圍空間傳播電磁能,能發(fā)生反射,折射,干涉和衍射。

無線電波的發(fā)射：LC振蕩器電路產生的高頻振蕩電流通過L₂與L₁的互感作用，使L₁也產生同頻率的振蕩電流，振蕩電流在開放電路中激發(fā)出無線電波，向四周發(fā)射。

調制要傳遞的信號附加到高頻等幅振蕩電流上的過程叫調制。兩種方式：調幅和調頻

a．調幅使高頻振蕩的振幅隨信號而改變叫做調幅。(AM) 中波和短波的波段

b．調頻使高頻振蕩的頻率隨信號而改變叫做調頻。(FM)和電視廣播，微波中的甚高頻(VHF)和超高頻(UHF)波段。

電波的接收(1)電諧振選臺。當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產生的振蕩電流最強．這種現(xiàn)象叫做電諧振，相當于機械振動中的共振。

(2)檢波由調諧電路接收到的感應電流,是經過調制的高頻振蕩電流,還不是所需要的信號。還必須從高頻振蕩電流中“檢”出聲音或圖象信號,從接收到的高頻振蕩中“檢”出所攜帶的信號,叫做檢波。也叫解調。

下圖中L₂、D、C₂和耳機共同組成檢波電路。檢波之后的信號再經過放大重現(xiàn)我們就可以聽到或看到了。

(如上圖)

4、         熱學 

 1．分子動理論：

①物質由大量分子組成，(直徑數量級，直徑數量級10^-10m  埃A   10^-9m納米nm，單分子油膜法V/S)

        N_A是聯(lián)系宏觀世界和微觀世界的橋梁

②分子永不停息做無規(guī)則的熱運動 (擴散、布朗運動是固體小顆粒的無規(guī)則運動,它能反映出液體分子的運動)

③分子間存在相互作用力，

（注意：引力和斥力同時存在，都隨距離的增大而減小，但斥力變化得快。分子力是指引力和斥力的合力。）

熱點：由r的變化討論分子力、分子動能、分子勢能的變化

2．物體的內能：決定于物質的量、T 、v（對于理想氣體，認為沒有勢能，其內能只與溫度有關）

一切物體都有內能(由微觀分子動能和勢能決定而機械能由宏觀運動快慢和位置決定)、

有慣性、有固有頻率、都能輻射紅外線、都能對光發(fā)生衍射現(xiàn)象、對金屬都具有極限頻率、對任何運動物體都有波長與之對應（德布羅意波長）

內能的改變方式：做功（轉化）外對其做功；熱傳遞（轉移）吸收熱量  注意（符合法則）

熱量只能自發(fā)地從高溫到低溫物體，低到高也可以，但要引起其它變化（熱的第二定律）

3．熱力學三大定律：               第一、第二類永動機是怎樣的機器？

熱力學第一定律：ΔE＝W+Q能的轉化守恒定律第一類永動機不可能制成.        

符號法則： 體積增大,氣體對外做功,W為“一”；體積減小,外界對氣體做功,W為“+”。

             氣體從外界吸熱,Q為“+”；氣體對外界放熱,Q為“一”。

             溫度升高,內能增量DE是取“+”；溫度降低,內能減少，DE取“一”。

三種特殊情況： (1) 等溫變化DE=0，即 W+Q=0    (2) 絕熱膨脹或壓縮：Q=0即 W=DE

              （3）等容變化：W=0 ，Q=DE          

熱學第二定律（1）第二類永動機不可能制成

實質:涉及熱現(xiàn)象(自然界中)的宏觀過程都具有方向性,是不可逆的

（2）熱傳遞方向表述：不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體,而不引起其它變化(熱傳導有方向性)
（3）機械能與內能轉化表述：

不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功,而不引起其它變化(機械能與內能轉化具有方向性)。

熱力學第三定律：熱力學零度不可達到。T=t+273.15   

氣體壓強：宏觀 微觀：分子頻繁撞擊

一定質量的理想氣體狀態(tài)方程：

公式：=恒量   或