【步步高】(广西专用)2021年高考物理二轮复习 专题九 第2课时 光学和原子物理.doc
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1、第2课时光学和原子物理1 折射率与全反射(1)折射率:光从真空射入某种介质,入射角的正弦与折射角的正弦之比叫做介质的折射率,公式为n.实验和研究证明,某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比,即n.(2)临界角:折射角等于90时的入射角,称为临界角当光从折射率为n的某种介质射向真空(空气)时发生全反射的临界角为C,则sin C.(3)全反射的条件:光从光密介质射向光疏介质;入射角大于或等于临界角2 光的干涉和衍射(1)光的干涉现象和衍射现象证明了光的波动性,光的偏振现象说明光波为横波相邻两明条纹(或暗条纹)间的距离与波长成正比,即x,利用双缝干涉实验可测量光的
2、波长(2)干涉和衍射的产生条件双缝干涉产生亮、暗条纹的条件:屏上某点到双缝的路程差等于波长的整数倍时,该点干涉加强,出现亮条纹;当路程差等于半波长的奇数倍时,该点干涉减弱,出现暗条纹发生明显衍射的条件:障碍物或小孔的尺寸跟光的波长相差不多或比光的波长小3 能级和能级跃迁(1)轨道量子化核外电子只能在一些分立的轨道上运动rnn2r1(n1,2,3,)(2)能量量子化原子只能处于一系列不连续的能量状态En(n1,2,3,)(3)吸收或辐射能量量子化原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或发射一定频率的光子,该光子的能量由前后两个能级的能量差决定,即hEmEn.4 原子核的衰变衰变类型衰变衰变衰变方程XY
3、HeXYe衰变实质2个质子和2个中子结合成一整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子2H2nHenHe衰变规律质量数守恒、电荷数守恒5. 射线、射线、射线之间的区别名称射线射线射线实质氦核流电子流光子速度约为光速的约为光速的99%光速电离作用很强较弱很弱贯穿能力很弱较强最强6. 核反应、核能、裂变、轻核的聚变(1)在物理学中,原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程,称为核反应核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律(2)质能方程:一定的能量和一定的质量相联系,物体的总能量和它的质量成正比,即Emc2或Emc2.(3)核物理中,把重核分裂成质量较小的核,释放出核能的反应,称为裂变;把轻核结
4、合成质量较大的核,释放出核能的反应,称为聚变(4)核能的计算:Emc2,其中m为核反应方程中的质量亏损;Em931.5 MeV,其中质量亏损m以原子质量单位u为单位(5)原子核的人工转变卢瑟福发现质子的核反应方程为:NHeOH查德威克发现中子的核反应方程为:BeHe6Cn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:AlHePn,PSie7 光电效应及其方程(1)光电效应的规律:入射光的频率大于金属的极限频率才能产生光电效应;光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大,与入射光的强度无关;光电流的强度与入射光的强度成正比;光电子的发射几乎是瞬时的,一般不大于109 s.(2)光电效应方
5、程:EkhW.1 光线通过平板玻璃砖后,不改变光线行进方向及光束性质,但会使光线发生侧移,侧移量的大小跟入射角、折射率和玻璃砖的厚度有关2 对于几何光学方面的问题,应用光路图或有关几何图形进行分析,并与公式配合将一个物理问题转化为一个几何问题,能够做到直观、形象、易于发现隐含条件3 在配平核反应方程时,一般要求先满足质量数守恒,后满足电荷数守恒.题型1光的折射和全反射例1如图1所示,有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点,并偏折到F点已知入射方向与边AB的夹角为30,E、F分别为边AB、BC的中点,则()图1A该棱镜的折射率为B光在F点发生全反射C光从空气进入棱镜,波长变小D从
6、F点出射的光束与入射到E点的光束平行解析如图分析可知,入射角i60,折射角r30,所以折射率n,A正确;在F点,光的入射角r30,所以,折射角ii60,所以B、D错误由n知v,又vf,得,故光从空气进入棱镜,波长变小,C正确答案AC以题说法光的几何计算问题往往是光路现象与光的反射、折射、全反射(临界点)及几何图形关系的综合问题解决此类问题应注意以下几方面:(1)依据题目条件,正确分析可能的全反射及临界角(2)通过分析、计算确定光传播过程中可能的折射光线、反射光线,把握光的“多过程”现象(3)准确作出光路图(4)充分考虑三角形、圆的特点,运用几何图形中的角关系、三角函数、相似形、全等形等,仔细分
7、析光传播过程中产生的几何关系如图2所示为一顶角是120的等腰三角形玻璃ABC.现从AB中点E平行BC入射一束红光,全部从AC中点F平行BC出射,则可知()图2A该玻璃砖的折射率n1B可以用插针法来确定这两条光线的位置C将入射光束向A侧或B侧平移,则光不会从另一侧平行出射D若改用绿光入射,则一定会从底边BC出射答案B解析光路图如图所示,第一次折射时,入射角为60,折射角为30,由折射定律计算可得该玻璃砖的折射率n,选项A错可以用插针法来确定这两条光线的位置,选项B正确将入射光束向A侧或B侧平移,入射角不变,折射角不变,则光会从另一侧平行出射,选项C错若改用绿光入射,有可能在底边BC发生全反射,不
8、从底边BC出射,选项D错题型2对光的本性的理解例2光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用,下列选项符合实际应用的是 ()A在光导纤维束内传送图象是利用光的色散现象B用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的干涉现象C光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象D用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的衍射现象解析在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象,用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射现象,选项A、B错误光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象,用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象,选项C正确,D错误答案C下面四种现象中,哪些不是光的衍射现象造成的()A通
9、过游标卡尺观测两卡脚间狭缝中发光的日光灯管,会看到平行的彩色条纹B不透光圆片后面的阴影中心出现一个亮斑C太阳光照射下,架在空中的电线在地面上不会留下影子D用点光源照射小圆孔,后面屏上会出现明暗相间的圆环答案C解析通过游标卡尺观测两卡脚间狭缝中发光的日光灯管,会看到平行的彩色条纹,是光的单缝衍射现象造成的不透光圆片后面的阴影中心出现一个亮斑,是圆板衍射现象太阳光照射下,架在空中的电线在地面上不会留下影子,是没有电线的本影,不是光的衍射现象造成的用点光源照射小圆孔,后面屏上会出现明暗相间的圆环,是圆孔衍射现象题型3玻尔原子模型和能级跃迁例3已知氢原子的能级为:E113.60 eV,E23.40 e
10、V,E31.51 eV,E40.85 eV,现用光子能量介于10.00 eV12.70 eV之间的某单色光去照射一群处于基态的氢原子,则下列说法中正确的是()A该照射光的光子可能会被处于基态的氢原子吸收B该照射光的光子一定会被吸收C若可以吸收该光子,则可判断激发后的氢原子发射不同能量的光子最多有3种D若可以吸收该光子,则可判断激发后的氢原子发射不同能量的光子最多有6种解析E2E110.20 eV,E3E112.09 eV,由于光子能量介于10.00 eV12.70 eV,所以可能会被处于基态的氢原子吸收从而跃迁到能级2或能级3上,A正确;若此光子不符合能级差值,则不会被氢原子吸收,B错误;若吸
11、收该光子,激发后的氢原子处于能级2或能级3上,则此时氢原子跃迁到基态发出的光子最多有三种,分别为32、31、21,C正确,D错误答案AC以题说法关于原子跃迁要注意以下四方面:(1)一群氢原子处于量子数为n的激发态时,可能辐射的光谱条数N.(2)只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量(hEmEn)时,光子才被吸收(3)“直接跃迁”只能对应一个能级差,发射一种频率的光子“间接跃迁”能对应多个能级差,发射多种频率的光子(4)入射光子能量大于电离能(hEEn)时,光子一定能被原子吸收并使之电离,剩余能量为自由电子的动能如图3所示为氢原子的能级示意图,一群氢原子处于n3的激发态,在向较低能级跃迁的过程中向外
12、发出光子,用这些光照射逸出功为2.49 eV的金属钠,下列说法正确的是()图3A这群氢原子能发出三种频率不同的光,其中从n3跃迁到n2所发出的光波长最短B这群氢原子能发出两种频率不同的光,其中从n3跃迁到n1所发出的光频率最大C金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为11.11 eVD金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为9.60 eV答案D解析有的氢原子可直接从n3跃迁到n1,释放出1.51(13.60) eV12.09 eV的能量,有些可从n3跃迁到n2,释放出1.51(3.40) eV1.89 eV的能量,再跃迁到n1,释放出3.40(13.60) eV10.20 eV的能量,所以,这
13、群氢原子能发出三种频率不同的光,由能级图及跃迁方程hEmEn可知,从n3跃迁到n2所发出的光的频率最小,波长最长,选项A、B错误;由光电效应方程可知,氢原子从n3跃迁到n1时发出的光使金属钠表面发出的光电子的初动能最大,为(12.092.49) eV9.60 eV,选项C错误,D正确题型4核反应和核能的计算例4某科学家提出了年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为:HCNE1,HNCXE2方程式中E1、E2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表:原子核HHeHeCNN质量/u1.007 83.016 04.002 612.000 013.005 715.000 1以下判断正确的是(
14、)AX是He,E1E2BX是He,E1E2DX是He,E1E2解析本题考查核反应方程及质能方程根据质量数、电荷数守恒可知,X为He,第一个核反应方程中亏损的质量为m1(1.007 812.000 013.005 7) u0.002 1 u,第二个核反应方程中亏损的质量为m2(1.007 815.000 112.000 04.002 6) u0.005 3 u,显然第二个核反应亏损的质量多,放出的能量多,B项正确答案B以题说法1.原子核的衰变(1)衰变实质:衰变是原子核中的2个质子和2个中子结合成一个氦核并射出;衰变是原子核中的中子转化为一个质子和一个电子,再将电子射出;衰变伴随着衰变或衰变同时
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