高中物理--光

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！

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