高中物理光学复习要点：几何光学基本概念与规律及相关要点

高中物理光学复习要点

一、重要概念和规律

孩子处于青春期阶段时在进行初高中学习，这也是孩子学习中极为关键的六年，因为此阶段涉及中考与高考，在左养中学教育赖颂强讲解孩子学习方法和考试心理调节的直播课里，系统讲解了怎样帮孩子提升学习效率，提升考试时的心理素质，进而提升学习成绩 。

(一)、几何光学基本概念和规律

1、基本规律

光源，即发光的物体，它分两大类，分别是点光源和扩展光源，其中点光源是一种理想模型，而扩展光源能够被看成是无数点光源的集合，光线是表示光传播方向的几何线，光束是通过一定面积的一束光线，且它是通过一定截面光线的集合，光速是光传播的速度，光在真空中速度最大，恒为C等于3乘以10的8次方米每秒，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速。实像，是光源发出的光线，经过光学器件之后，由实际光线所形成的；虚像，乃是光源发出了光线，经过光学器件以后，由实际光线的延长线形成的；本影，当光作直线传播时，物体后方完全照射不到光的那个暗区；半影，是光进行直线传播时，物体后方有部分光能够照射到的半明半暗的区域。

2.基本规律

在同一种均匀介质里头，光会沿着直线进行传播，这便是光的直线传播规律，小孔成像，影的形成，日食，月食等，这些都是光沿直线传播的例子 。

(2)光有着独立传播规律，光在进行传播这个行为的时候，虽然屡屡出现相交这种情况，然而却相互之间不会产生扰乱，会保持各自所具有的规律，进而继续进行传播 。

直线属于光的反射定律范畴时，它包含，反射线、入射线在所涉及的面中与法线处于同一共同的平面，反射线和入射线在分布状态上是分别位于法线的两侧领域，并且反射角测出来的值相等的数值情况与入射角测出来代表的值相等无差别。

其中光的折射定律在于，折射线与入射线以及法线是共面的，折射线和入射线，处于法线两侧，对于确定的两种介质而言则是，入射角即括号内的i的正弦，和折射角即括号内r的正弦之比，是一个常数，介质的折射率写为n等于sini比sinr等于c比v，全反射条件为其一，光是从光密介质射向光疏介质，其二，入射角大于临界角A，sinA等于1比n 。

(5)光路可逆原理：光线朝着反射线的相反方向进入，会顺着原来入射线方向反射，光线要是朝着折射线相反方向进入，会沿着原来入射线方向折射.

3.常用光学器件及其光学特性

1. 平面镜，点光源发出同心发散光束，经它反射后，得到的同样是同心发散光束，能在镜后形成等大的、正立的虚像，像与物对镜面对称。

(2)球面镜，其中凹面镜，具备有会聚光的作用，而凸面镜，有着有发散光的作用。

(3)棱镜，光密介质的棱镜放置于光疏介质的环境里，入射至棱镜侧面的光经过棱镜后朝着底面发生偏折，隔着棱镜看到物体的像朝着顶角偏移，棱镜的色散作用，是复色光通过三棱镜被分解成单色光的现象。

在光疏物质的环境里放置有着光密介质的透镜，其中凸透镜，对光线具备会聚作用，凹透镜，对光线拥有发散作用，透镜成像作图，借助三条特殊光线，成像规律是1/u加上1/v等于1/f，线放大率m等于像长除以物长等于|v|除以u，说明其一成像公式的符号法则，即凸透镜焦距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，其二线放大率与焦距和物距存在关联。

（5）平行透明板，光线经过它的时候，会发生平行移动，也就是发生侧移，侧移的大小，和入射角有关，和透明板厚度有关，和折射率有关。

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。u

(2)照相机，其属于凸透镜成像在u大于2f这种情况时的应用，所得到的是倒立、缩小的实像。

(3)幻灯机： 是凸透镜成像在 f

这是关于显微镜的介绍，显微镜由短焦距的凸透镜作物镜，长焦距的透镜作目镜组成，物体位于物镜焦点外很近焦点处 能经物镜成实像于目镜焦点内很近焦点处 还能再经物镜在同侧形成一放大虚像 通常位于明视距离处 。

(5) 望远镜结构为长焦距的凸透镜作为物镜，短焦距的透镜作为目镜组成，极远处至物镜的光线被看成是平行光，经过物镜形成中间像，此像是倒立、缩小且为实像，成像于物镜焦点外很接近焦点的地方，此中间像恰好处于目镜焦点内，之后还会经目镜形成虚像，像的位置在极远处或处于明视Distance处。

(6)眼睛，它等效于一变焦距照相机，正常人的明视距约为25厘米 ，明视距离小于25厘米的是近视眼患者，这类患者需配戴凹透镜做镜片的眼镜 ，明视距离大于25厘米的是远视者，这类远视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

牛顿提出的微粒说，其基本观点是，主张光看似是一群具有弹性且呈小球状的微粒，它具光的直线传播、光的反射现象作为实验基础，然而存在困难问题，即没办法对两种媒质界面同时出现的反射、折射现象以及光的独立传播规律等等作出解释 。

(2)波动说，也就是惠更斯提出的那种学说，其基本观点是，认为光是由某种振动所激起的波，这里所说的波是机械波，其拥有者实验基础是光的干涉现象以及光的衍射现象。

①光的干涉现象——杨氏双缝干涉实验

两束光的频率是相同的，而且相差呈现恒定状态，装置（此处略去），现象是出现了中央明条，还有两边呈现等距分布的明暗相间条纹，解释为屏上某一处到双孔（或者双缝）的路程差是波长的整数倍（也就是半个波长的偶数倍）的时候，两波进行同相叠加，振动从而加强，进而产生明条，两波出现反相叠加，振动就此相消，产生暗淡条纹，应用是检查平面这件事、测量厚度、增强光学镜头透射光强度（也就是增透膜）。

②光的衍射现象——单缝衍射(或圆孔衍射)

当缝宽或者孔径能够与波长相比较时，装置情况略，会出现中央位置最亮且最宽的明条情况，两边的明暗条纹呈现不均匀分布状态出现明暗相间的圆环即不等距分布，存在难以解释光沿直线传播以及寻找不到光线传播介质这样的困难问题。

电磁说由麦克斯韦提出，其基本观点为认为光是一种电磁波，实验基础是赫兹实验也就是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中无线电波是自由电子的运动，红外线、可见光、紫外线是原子外层电子受激发，x射线是原子内层电子受激发，γ射线是原子核受激发，可见光的光谱有发射光谱即连续光谱、明线光谱，还有吸收光谱也就是特征光谱，困难问题是无法解释光电效应现象。

(4)光子说，这是爱因斯坦提出的，其基本观点为，认为光由一份一份不连续的光子所构成，每份光子的能量E等于hν，其实验基础是光电效应现象装置略，现象包括，入射光照到光电子发射几乎是瞬时的，入射光频率必须大于光阴极金属的极限频率ν。

③在ν大于v0的状况下，光电流强度跟入射光强度呈现出成正比的关系;④光电子的最大初动能跟入射光强不存在关联，仅仅是随着人射光灯里的增大而出现增大的情况。 解释 ①光子所具备的能量能够被电子全部吸收，并不需要能量积累的过程;②表面的电子想要克服金属原子核的引力从而逸出至少是需要做功(逸出功)hν的。;③入射光强。在单位时间内入射的光子数量较多，产生的光电子数量也就较多;④入射光子的能量仅仅是跟其频率有关系，入射到金属表面，除去用于逸出功之外。其余的部分转化为光电子的初动能。 困难问题: 没有办法解释光的波动性。

(5)光具备波粒二象性，其基本观点为，认定光属于有着电磁本性的物质，会同时存有波动性，还存在粒子性，数量较多的光子的运动规律展现出波动性，而单个光子的行为则展现出粒子性，其实验基础是微弱光线产生干涉，以及X射线得以衍射。

二、重要研究方法

作图，在几何光学里离不开光路图，借助作图法能够直观地将光线传播给反映出来，能方便迅速地把像的位置、大小、倒正、虚实以及成像区域或者观察范围等等给确定出来，若是把它和公式法相互结合在一起，那么便能互相补充、互相验证。

光路追踪法，是在用作图法去研究光的传播以及成像问题之时，抓住从物点上发出的某一条光线作为研究对象，不断进行追踪的一种方法，这种方法尤其适合于研究组合光具形成多重像的情况。

3.光路可逆法：在几何光学里面，存在着这样一种情况，即所有的光路都是具备可逆性质的，借助光路可逆原理，当进行作图以及计算的时候，往往就会给我们带来便利之处 。

原子物理涵盖两大部分内容，一部分是原子结构，另一部分是原子核结构，前者针对原子核外电子的分布以及跃迁规律展开研究，后者就核的组成还有其变化规律开展研究。

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，放射源发出的α粒子作用对象是金箔，结果是绝大多数α粒子在穿过过程中按原来方向前进，有少数α粒子偏转角度较大，极少数α粒子产生的是大角度偏转，甚至个别情况下是被弹回 。基本内容：原子中心存在一个带正电的核，其半径范围大概是10 - 15至10 - 14米，这个核几乎集中了全部原子质量，而带负电的电子在核外围绕着核做旋转运动，原子半径约为10 - 10米 。困难问题：依据经典的理论来看，电子围绕原子核进行旋转的时候，将会辐射出电磁波，其能量会逐步呈现出减小的状态，在这样的情况下，电子运行的轨道半径会持续不断地变小，进而大量原子发出的光谱应当是连续光谱。

这可不是一个完全符合你要求的改写，因为要做到超级拗口难读又不以文言文为基础且不改变学术专业性是非常具有挑战性的，以下是尽量的改写：2.在1913年由玻尔提出的玻尔理论，基于对氢光谱规律的研究这一实验基础。其基本内容存在三点假设，分别如下：其一，原子能够处于并且仅仅能够处于一系列呈现出不连续特性、具备稳定性的能量状态，我们将其称之为定态；原子的总能量En，这里的总能量En涵盖了动能以及电势能两部分，它与基态总能量量遵循这样的关系：En等于E1除以n1，其中n取值范围是1、2、3等等依次往后排列。其二，当原子在两个定态之间发生跃迁这种变化的时候，将会向外辐射或者吸收一定频率下的光子；而光子所具有的能量hν该如何确定呢，它等于处于变化初始状态的能量E初减去处于变化最终状态的能量E终 。其三，电子围绕原子核运行时可能存在的轨道是不连续的 。各有可能轨道的半径是rn等于n2乘以r1，这是基态轨道半径r1，其中n等于1、2、3等等，存在困难问题，无法对复杂原子的光谱作出解释。

3. 放射现象(1896年.贝克勒尔)

三种射线

α射线，是氦原子核流，其速度 v 约等于 c 除以 10，它的贯穿本领十分小，电离作用非常强。

(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，它是一种电磁波，其波长是很短的，在这种情况下v=c，γ射线贯穿本领很强，而电离作用很弱。

衰变规律 遵循电量、质量(和能量)守恒。

α衰变，β衰变，γ衰变属于伴随α衰变或者β衰变同时发生的衰变 。

半衰期，是指放射性元素的原子，其半数发生衰变所需要的时间，它由核内部本身因素决定，跟原子所处的物理状态无关，跟原子所处的化学状态也无关。

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)

原子核是由质子以及中子组成的，其中这个质子和中子被统称为核子。原子核所具有的质量数，它是等于质子数跟中子数相加的和。原子核的电荷数，它是等于质子数的。各个核子，它们之间凭借着强大的核力，从而聚集在核内 。

原子核内质子数相同，而中子数不同，且具有放射性的原子，被称为放射性同位素。

实验基础：用α粒子轰击铝核，率先以人工方式得到放射性同位素磷，此为1934年约里奥·居里夫妇所达成之事。

基本应用

(1)借助射线所拥有的贯穿的技能，电离的作用，或者针对生物组织的物理方面、化学方面的效应 。

(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

从实践或者实验起始，提出理论，接着经由实践的检验或者开展新的实践，以此进一步发展理论，例如，就气体放电现象、阴极射线展开研究，汤姆生于1897年发现电子，进而提出原子结构的汤姆生模型，鉴于卢瑟福的粒子散射实验，该模型进一步发展成为卢瑟福模型，凭借对氢原子明线光谱的研究，又提出了玻尔理论等，在原子物理里，极为鲜明地贯穿了辩证唯物主义认识论的这一基本思想方法，复习期间也应当以这个为线索，去把握全章的知识结构。

2. 守恒规律的应用

在原子物理里，质量守恒这一自然界中的基本规律得到全面体现，电荷守恒这一自然界中的基本规律得到全面体现，能量守恒这一自然界中的基本规律得到全面体现，动量守恒这一自然界中的基本规律得到全面体现.复习中应紧紧把握这些守恒规律

光的传播

在何种状况下光会沿径直的线路传播呢，小孔成像究竟是怎样一回事呢，什么被称作本影以及半影呢，怎样去确定本影、半影的范围区域呢，怎样确定影子的运动态势呢，在什么时候、什么地点能够观测到日全食、日偏食及日环食、月全食、月偏食呢，你知晓几种典型的测量光速的办法呢，你能够领会得出为何这一章节又被叫做几何光学吗？

光的反射定律是什么呀，镜面反射与漫反射的主要区别是什么呀，平面镜的成像特点是什么呀，怎样确定平面镜成像的观察范围呀，在想要看到完整脸的情形下至少需多大的矩形平面镜呀，要是想要看到完整的三中办公楼状况又该咋做呀，如何确定物像的运动速度这涉及速度垂直镜面以及不垂直镜面这两种情况呀？

3.折射定律究竟具体指的是什么呢，与折射率相关的几个表达式分别都是什么呢可晓，光射入介质之后的波长该运用啥恰当情形去计算呢，光射入介质之后此时期波被改变成何种速度了呢，光射入介质之时相对原来频率又发生了怎样的变化呢，什么才被定义成视深呀?

光疏介质是什么，光密介质是什么，全反射的条件是什么呢；求解全反射问题时，一般采用什么解题方法呢；光导纤维是什么呢；已知入射角的情况下，怎样计算光导纤维的折射率呢，如果入射角未知又该如何计算呢 。

5.光的色散是什么，其产生的原因是什么呢，各种色光的频率具有怎的规律，各的折射率呈现怎样规律，各的速度有着怎样规律呢，你能够定性画出不同色光在界面上发生反射时的情景吗，你能够定性画出不同色光在界面上发生折射时的情景吗，反之依据这些不的情景你又能否判断出各色光的折射率大小呢，反之依据这些情景你能否判断出各色光的频率大小呢，反之依据这些情景你能否判断出各色光的能量大小呢，反之依据这些情景你。能否判断出各色光临界角的大小呢？

6.你知晓几种典型玻璃砖针对光路的控制特性吗，在三角形玻璃砖里，你清楚几名典型角的关联吗，单色光、复色光、单色光点、复色光点透过三棱镜会展现什么景象呢，如果光疏棱镜置于光密介质中，上述现象依旧成立吗，在圆形玻璃砖中，你知道怎样确定法线，怎样确定是否出现全反射，怎样计算各回的偏折角吗，在矩形玻璃砖中，你会求取侧移距离吗，你能够借助一个杯子测量液体的折射率吗?

光的本性

十七世纪，人们对于光的本性的认知，存在哪些观念呢，这些观念分别能够阐释些什么，又不能够阐释些什么呢？

2. 双缝干涉是什么，薄膜干涉又是什么，它们的相干光源获取方式成谜，当使用单色光时其干涉图样如何，若是使用复色光其干涉图样又怎样，怎样依据相关情况判断某个点究竟是加强点还是减弱点 。双缝干涉实验里，相邻两条亮条纹之间的间距跟什么有关系呢，遮住其中一条缝，或者用不同滤光片分别遮住两条缝，还会存在干涉条纹不，还会有条纹没，薄膜干涉中，应在什么地方观察现象，薄膜的形状对条纹的形状以及间距有啥影响，你清楚啥是增透膜不，它的厚度怎样去确定，怎样用薄膜干涉检查物体表面的平整程度，在实际生活当中如何区分干涉，衍射，色散，半影等问题 ？

3.衍射所指的是什么，发生明显衍射需要具备的条件是怎样的，双缝干涉条纹跟单缝衍射条纹的不同之处是什么，圆孔衍射以及圆屏衍射情况如何，在衍射现象愈发明显的进程中所看到的现象是什么，光的直线传播跟光的衍射是否存在矛盾，为何我们常常声称光是沿着直线进行传播的?

光是一种什么方面的波，这种特定观点又是由谁给提出的，提出该观点所依据的内容有哪些，而对其进行验证的那个人又是谁呢，电磁波谱的排列具体顺序是什么样的，它们的产生所遵循的机理到底是怎样的状况，能不能依靠将电磁波跟原子物理学这方面的知识相结合来进一步加深相关理解呢 ，红外线是怎样产生出来的，紫外线是怎样产生的，X射线是怎样产生的，γ射线是怎样产生的，它们分别有着什么样的特性以及有哪些应用呢，伦琴射线管的构造究竟是什么呢 ？

5. 偏振究竟是什么呢 ， 偏振光与自然光之间有着怎样的区别呀 ， 怎样才能够获取到偏振光呢 ， 偏振光在实际生活当中有着什么样的应用呢 ， 激光到底是什么呢 ， 它的那三个特性以及相关应用又是什么呢 ？

①6.什么是光电效应呢，它借助怎样的装置被发现, 又是通过怎样的装置进行研究的呢。②什么是饱和电流、截止电压呢，其具有什么作用呢。③光电效应的四条规律是什么呢。④你会在做题期间运用它吗。⑤经典波动理论究竟为何解释不了呢，爱因斯坦的光子理论又是就怎样进行解释的呢。你能够借助光电效应方程去予以解释以及进行求解极限频率、最大初动能吗，你可以连接简单的光电管自动控制电路吗，光强和哪些因素存在关联呢，相同强度的紫光、红光照射同一金属发生光电效应时会有怎样的区别呢，你对最大初动能和频率之间的函数图象有所理解吗?

在光子计算里头，针对点光源模型而言，会有在与光源相隔一定距离处放置的面上所拿到的光子数，你能够把这样的光子数计算出来莫？在线光源模型当中，对于单位长度之上的光子数，你会不会进行计算呢？

光的波粒二象性是什么，怎样去理解，只有电磁波具备波粒二象性吗，物质波是什么，是谁提出的，物质波的波长怎样进行计算?

原子物理

是以谁发现了电子，其有着怎样的重要意义呢，随后他所提出的原子结构模型又是怎样的呢？

α粒子散射实验是由谁做的，是为了达成怎样的目的而做的，是运用何种装置去做的，期望收获什么样的结果，实际呈现出的现象是什么样的，依据此现象得出了什么样的结论，该实验具备何种重大意义 ？

对于光谱是什么，光谱怎么进行分类，光谱分类分别是由谁产生的，哪些分类的谱能够用作光谱分析，光谱相关的数据是用于观察用器是什么设备，该观察用器它的相当程度有什么结构组成样子吗?

4. 原子的核式结构遭遇了哪两个困难呢，那位谁提出了什么理论把这两个难题给解决掉了呢，他有无否定经典理论呀，还是否定了核式结构学说呢，该理论的内容究竟是什么呢？

5. 你是否能够依据题目条件来确定核外电子的动能大小，以及势能大小，还要确定总能量大小，以及周期长短，半径大小呢，并且知晓核外电子这些量的变化情况吗，什么是eV，它跟焦耳是怎样进行转换的呢，在解题时一定要把它转化为焦耳吗，你会不会计算在原子跃迁过程中吸收或者释放光子的个数量数，以及光子的频率呢，能否基于此真正去理解明线光谱与吸收光谱实质呢，你明确知道什么是电离现象吗，怎样去计算电离能呢，在电离过程中，原子能够吸收超过电离能的光子吗？

6.玻尔理论方面的成功之处是怎样的，其局限性又在于哪里呢，经典物理学所涉及的研究范围究竟是什么呢？

是谁发现的那个天然放射现象，它所具有的重大意义是什么呢，三种射线的本质以及特点都是些什么样的内容哎，又是基于怎样的方式在电场、磁场当中将它们分开，这个有着怎样情况的衰变到底是什么，它们的通式以及实质都是些什么玩意儿，你能不能单单依据衰变的次数就去判断中子数和质子数的变化情况呢，或者是反过来进行判断行不行呀，在同一个原子核发生衰变的过程里，能不能同时释放出α射线、β射线呢，那γ射线又该作何处置呢，在涉及衰变与磁场相关联、动量守恒以及核能综合在一起的题目当中，你会不会求解粒子的周期、表现出来的运动半径还有动能是多少呀，你能够凭借轨迹判断出来到底是哪种衰变并且明确原放射性原子核的核电荷数在哪里吗

8. 什么是半衰期呢，理解它的时候应该注意哪两个问题呢，半衰期的公式是什么呢，你会求解关于半衰期的两个典型问题吗，什么是放射性同位素呢，在实际当中有什么应用呢？

是谁发现的质子，其核反应方程是什么呢，是谁预言了中子的存在，又是谁发现的，其核反应方程是什么呢，什么是核子哟，它们依靠什么力结合在一起呀，这个力具有什么特点呢，你能够把它和善轻核聚变的条件一块儿结合起来思考吗，9. ？

核反应方程配平所依据的规律是什么，典型的核反应方程存在几类，你是否能够对它们加以区分，核反应方程可不可以书写等号吗？。

11.质能方程是什么，是谁提出的，该如何进行理解，质量与能量是不是可以相互转化，质量亏损是什么，使用质能方程在计算核能时关于单位需要注意些什么，核反应前和反应后粒子的动能在解题时要怎样进行处理？

什么是平均质量，它对确定一个核反应是吸收能量还是放出能量有何意义，典型的重核裂变的核反应方程有啥特征，轻核的聚变又有啥特征，什么是链式反应，其产生的条件是啥，核反应堆的主要组成部分是什么，为什么轻核的聚变反应被称作热核反应，它与裂变相较有啥优点？