导图社区 高中物理 光波(机械振动、波、光、原子模型)
这是一篇关于光波的思维导图,主要内容包括:原子模型的发展,光,机械振动,波。将知识点进行归纳和整理,可以帮助学习者理解和记忆。
编辑于2024-12-25 16:03:16"探索运动世界的奥秘:从直线到曲线,从匀速到变速! 本篇简介涵盖运动学核心概念:等时性、等效性、独立性三大本质特性,解析矢量与标量的区别;详解渡河问题(最短时间/最小位移/最小速度)和速度测量技术(光电门/红外线/超声波);对比电磁打点与电火花计时器梳理匀变速直线运动公式v=v₀ at及曲线运动中加速度与速度的夹角关系(加速/减速/匀速曲线);归纳平抛、斜抛、圆周运动等基本形式,并强调运动的合成与分解方法(正交分解/平行四边形定则)。最后简述简谐运动的对称性(速率/轨迹/时间/最高点)。
这是一篇关于原子模型的发展的思维导图,主要内容包括:量子力学,德布罗意波(亦称物质波或概率波),原子真实结构,原子核式结构模型,原子核,光谱,波尔的原子模型,原子模型 西瓜模型。
这是一篇关于光的思维导图,主要内容包括:光的本质,几何光学。内容丰富,要点梳理,结构清晰,体系完整!非常值得学习!
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"探索运动世界的奥秘:从直线到曲线,从匀速到变速! 本篇简介涵盖运动学核心概念:等时性、等效性、独立性三大本质特性,解析矢量与标量的区别;详解渡河问题(最短时间/最小位移/最小速度)和速度测量技术(光电门/红外线/超声波);对比电磁打点与电火花计时器梳理匀变速直线运动公式v=v₀ at及曲线运动中加速度与速度的夹角关系(加速/减速/匀速曲线);归纳平抛、斜抛、圆周运动等基本形式,并强调运动的合成与分解方法(正交分解/平行四边形定则)。最后简述简谐运动的对称性(速率/轨迹/时间/最高点)。
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光波
机械振动
机械振动
物体或者物体的一部分在一个位置附近的往复运动
简谐运动
定义:位移与时间的关系遵从正弦函数,x=Asin(ωt+φ)
弹簧振子:小球和弹簧组成的系统
平衡位置:不振动时处于的平衡状态
振幅A、周期T、频率f、圆频率ω=2π/T=2πf、相位ωt+φ
回复力F=-kx
效果力
无能量损失、遵守机械能守恒定律
单摆
回复力F=mgsinθ
摆角θ<5°,F=-mgx/l
外力作用下的振动
阻尼振动:振幅逐渐减小,频率不变(敲锣打鼓)
受迫振动:受周期性外力作用,系统稳定后,频率f=驱动力的频率,与固有频率无关(扬声器纸盆的振动)
共振:驱动力频率=固有频率(共振破碎机、音叉共鸣箱、共振筛)
波
波:振动的传播称为波动
振动的传播称为波动波源带动相邻的质点振动,前带后,形成波
机械波、电磁波、引力波、物质波、地震波
机械波
机械振动在介质中传播
介质:波借以传播的物质
条件:波源和介质
①质点不随波逐流 ②传播运动形式和能量 ③可以传递信息(波源的振动信息)
机械波分类
横波
质点振动方向与波的传播方向相互垂直(绳波) 波峰波谷 只能在固体中传播
纵波
质点振动方向与波的传播方向在同一直线上(声波) 质点分布的密部疏部
机械波的传播离不开介质;各点振动性质与振源相同;各质点只在各自平衡位置做往复运动;波源停止振动,波继续传播
波的图像
波长λ,周期T,速度v 分析方法:微平移法、同侧法、上下坡法、带动法
波的特性
反射
同光
折射
频率不变,波速和波长改变
衍射
波可以绕过障碍物继续传播 本质:振动的形式和能量传到障碍物后方的阴影区
明显衍射条件:缝、孔的宽度或者障碍物的尺寸跟波长差不多,或者比波长更小
干涉
频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时,某些区域总是加强,某些区域总是减弱
加强区和减弱区位置固定不变;加强点Δx=nλ,减弱点Δx=(2n+1)λ/2
独立传播 矢量叠加
多普勒效应
释义:波源与观察者相互靠近或者相互远离时,接收到的波的频率都会发生变化
条件:连线方向上相对运动 靠近 频率增大音调升高,远离频率减小音调降低
应用:判断车行方向、星球速度、跟踪卫星、医用彩超(血液流速)
电磁波
见电磁学
光
几何光学
独立传播 光路可逆
反射
反射角=入射角
折射
折射率:n=sinθ1/sinθ2 =c/v
反映了介质对光的偏折能力,与介质和光的频率有关n>1,频率越大,折射率越大
绝对折射率:从真空射入某种介质;相对折射率:介质1射入介质2
视深计算: tanθ≈sinθ
色散:复色光通过棱镜分解成单色光的现象 红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫
全反射
光疏介质:n较小;光密介质:n较大
光从光密介质射入光疏介质时,入射角增大到某一角度,折射角达到90º时,只剩下反射光
全反射临界角:sinC=1/n;光从介质射入真空时
应用:全反射棱镜(等腰直角三角形)、光导纤维(容量大、衰减小、抗干扰能力强)
光的本质
光的波动性
干涉
相干光源:频率相同、振动方向相同、相位差恒定
亮条纹∣PS₁-PS₂∣=kλ=2k·λ/2,暗条纹∣PS₁-PS₂∣=(2k+1)λ/2 两个相同的手电或激光笔都不行
相邻亮条纹间的距离Δx=lλ/d;两缝与屏间距离l越大、波长越长、缝间距越小,相邻亮条纹间距越大
单色光源:干涉图样,条纹间距相等,中央为亮条纹;白光:彩色条纹,中央是白色的
薄膜干涉:光照薄膜,经薄膜前后两面反射两列光波在薄膜表面叠加,形成干涉条纹 应用:检查平整度(不平整会有凸起图样P213)、增透膜(厚度d=(2k+1)λ/4,两列光波相互削弱,反射光强度降低,透射光增强)
衍射
光通过很窄的缝或小孔或障碍物时,光将偏离直线传播的路径而绕到障碍物后面传播的现象
明显衍射条件:缝、孔的宽度或者障碍物的尺寸跟波长差不多,或者比波长更小 光的波长很小,衍射不明显
单缝衍射:明暗相间,中央亮纹,亮度大,宽度大,两侧越来越暗,间距不等;波长越长,中央亮纹越宽,间距越大
圆孔衍射:中央是亮度大的圆,外面是明暗相间不等距的圆环,亮度逐渐降低
圆盘衍射:中心出现泊松亮斑,圆盘阴影边缘模糊,阴影外不等距的明暗相间的圆环
衍射光栅(了解)
偏振
偏振是指横波的振动矢量(垂直于波的传播方向)偏于某些方向的现象;横波的振动方向即偏振方向
偏振片有透振方向,自然光通过偏振片变成偏振光
应用:照相机偏振滤光片、汽车车灯炫光解决、立体电影
激光
强度大,亮度高(切割、焊接、打孔、医学);方向性号,平行度高(测距、检测、雷达);单色性好(照排);相干性好(干涉、衍射、全息照相) 原子受辐射产生,人工相干光
光子说
普朗克黑体辐射
黑体:完全吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体(不一定是黑的,有些反而很明亮)理想化模型
黑体辐射:黑体不反射电磁波,但辐射电磁波 强度按波长的分布只与温度有关 温度升高:各种波长的辐射强度都增加;极大值向波长较短的方向移动
能量量子化:微观粒子的能量是不连续的 能量的交换是以最小单位ε的整数倍进行的
光电效应
定仪:照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出 实质:光现象→电现象
截止频率ν(极限频率):光的频率减小到光电子不再逸出时的频率
饱和电流:在入射光强度一定时,增大光电管两极的正向电压,提高光电子的动能,光电流会随之增大。但光强不变,单位时间内阴极K发射的光电子数一定,电流达到最大值
①光强→单位时间内光子数目多→逸出光电子多→光电流大; ②光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大
遏止电压:使光电流减小到0的反向电压Uc 由入射光频率决定,不同金属截止频率不同,入射光频率大于截止频率才发射光电效应
逸出功:使电子脱离某种金属所做功的最小值
爱因斯坦光电效应理论
光子能量ε=hυ;普朗克常量h=6.63×10^-14J▪S;υ频率
方程:hυ(光子能量)=Ek(电子初动能)+W(逸出功)
概要
康普顿效应
光的散射:光与介质中的微粒相互作用,传播方向发射改变
康普顿效应:散射光中除了有原波长λ0的x光外,还产生了波长λ≧λ0 的x光,其波长的增量随散射角的不同而变化
表明光子既有能量又有动量,光子动量定义:p=h/λ(跟力学动量不是一个东西)
波粒二象性
波动性
干涉、衍射 是光子本身的属性,而不是光子之间的相互作用产生的
粒子性
光电效应、康普顿效应
频率低、波长长的光,波动性强;频率高、波长短的光粒子性强
原子模型的发展
原子模型 西瓜模型
电子:1897年,J.J.汤姆孙发现阴极射线,射线粒子即电子;电子电荷1909年由密立根油滴实验测得 打破原子不可再分的观念
结构模型:1898年J.J.汤姆孙提出原子模型
原子核式结构模型
1909年卢瑟福α粒子散射实验,α粒子少数大角度偏转,不是电子造成的,只能是带正电的部分造成的,且分布不均匀
1911年,卢瑟福提出核式结构模型,正电荷集中于原子核,电子围绕原子核运动
原子核半径和原子半径差10万倍
光谱
发射光谱
线状谱:一条条亮线 游离态的原子发出,也称原子光谱 稀薄气体、金属蒸汽
连续谱:连在一起的光带 白炽灯、烛焰、钢水 炽热固体液体或高压气体
吸收光谱
连续谱通过温度较低的气体形成的,在连续谱中出现暗线 太阳光谱
氢原子光谱
只能发出一系列特定波长的光
波尔的原子模型
轨道量子化,能量量子化 能量稳定状态为定态,能量最低的状态为基态E₁,其他为激发态
能级跃迁:原子从高能态向低能态跃迁放出光子,释放的能量等于能级之差; 吸收光子(或者实物粒子自由电子等),跃迁到高能态
电子作圆周运动不辐射能量,轨道半径大,原子的能量大
局限:把电子的运动看做经典力学下的轨道运动
原子真实结构
电子云,描述电子在某个位置出现概率的多少 轨道更方便理解讨论
德布罗意波(亦称物质波或概率波)
微观粒子的波动性 λ= h/(mv) υ=ε/h
光子对应的波是电磁波,实物粒子对应的是物质波
所有物体都具有波粒二象性
量子力学
波动力学(物质波)
矩阵力学
原子核
组成
天然放射现象
放射性元素自发地发出射线的现象
射线
α射线:氦原子核,带正电,穿透弱,电离强
β射线:电子流,带负电,穿透较强,电离较弱
γ射线:光子,波长很短的电磁波,不带电,穿透最强,电离最弱
构成
质子:质子数=核电荷数Z=元素的原子序数=核外电子
质量数A=质子数+中子数
1919年卢瑟福发现质子
1932年查德威克发现中子
1934年居里夫妇发现放射性同位素
衰变
半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间 大量原子核衰变的统计规律
α衰变
质量数-4,电荷数-2,两个质子和2个中子结合成一个α粒子射出
实质
β衰变
质量数不变,电荷数+1,一个中子变成质子,同时释放一个电子
γ衰变
核能
核反应
其他粒子轰击原子核产生新原子核或者发生状态变化的过程 质子、中子、放射性同位素的发现
核裂变:反应堆与核电站
核聚变:氘核与氚核的聚变
放射性同位素的应用
核力:核子间的相互作用,短程力
结合能:把核子分开所需要的能量
比结合能:结合能与核子数之比
质量亏损:E=mc²