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第2课时光学和原子物理必备知识方法知识回扣1．折射率与全反射(1)折射率：光从真空射入某种介质，入射角的与折射角的之比叫做介质的折射率，公式为n＝.经过实验和研究证明，某种介质的折射率等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度v之比，即n＝cv.正弦正弦sinθ1sinθ2(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sinC＝.(3)全反射的条件：①光从介质射向介质；②入射角大于或等于临界角．1n光密光疏2．光的干涉和衍射(1)光的现象和现象证明了光的波动性，光的偏振现象说明光波为．相邻两明条纹(或暗条纹)间的距离与波长成正比，即Δx＝ldλ，利用双缝干涉实验可测量光的．(2)干涉和衍射的产生条件①双缝干涉产生明暗条纹的条件：屏上某点到双缝的路程差等于波长的倍时，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．②发生明显衍射的条件：障碍物或小孔的尺寸跟光的波长或比光的波长小．干涉衍射横波波长整数差不多3．能级和能级跃迁(1)量子化核外电子只能在一些分立的轨道上运动rn＝n2r1(n＝1,2,3…)(2)量子化原子只能处于一系列不连续的能量状态En＝E1n2(n＝1,2,3…)(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的光子，光子的能量hν＝Em－En.轨道能量一定频率4．天然放射现象、衰变、放射性的应用和防护(1)元素自发地放出射线的现象叫做．放射性物质放出的射线通常有三种：、、．(2)原子核放出粒子或粒子后，就变成新的原子核，我们把这种变化称为原子核的衰变．在衰变过程中，和都守恒．天然放射现象α射线β射线γ射线αβ电荷数质量数规律方法1．光线通过平板玻璃砖后，不改变光线及光束性质，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．在配平核反应方程式时，一般要求先满足守恒，后满足守恒．行进方向质量数电荷数热点题型例析题型1光的折射和全反射例1(2010·重庆·20)如图1所示，空气中有一折射率为2的玻璃柱体，其横截面是圆心角为90°、半径为R的扇形OAB.一束平行光平行于横截面，以45°入射角照射到OA上，OB不透光．若只考虑首次入射到圆弧上的光，则上有光透出部分的弧长为()A.16πRB.14πRC.13πRD.512πR图1）AB）AB解析设其中一条光线射到OA面上时，经折射至上刚好有光透出，即图中C为临界角，则有光透出的弧为.由折射率的定义n＝sin45°sinθ＝2，所以θ＝30°，而sinC＝1n＝12，所以C＝45°.在△DEO中，∠DEO＝θ＋90°＝30°＋90°＝120°，所以∠AOD＝180°－C－∠DEO＝15°，而∠DOB＝75°＝512π.又因为射到O点的光线发生折射后的折射光线如图所示，其中β角范围内没有光线存在，故部分无光线射出．综合以上两因素，有光线从透出的部分即部分，设其对应圆心角为α，则α＝∠DOB－β＝75°－30°＝45°.所以长度为π4R，故本题正确选项为B.）AB）DB）FB）AB）DF答案B）DF以题说法1.折射率反映了介质改变光传播方向程度的大小．其表达式为n＝sinθ1sinθ2＝cv＝λ真λ介＝1sinC，一般情况下，求折射率问题要画出规范的光路图，找到光在一个介面处的入射角和折射角．2．当光从光密介质进入光疏介质时，如果入射角大于临界角，光要发生全反射．解决此类问题时，首先要根据n＝sinθ1sinθ2＝1sinC求C.3．对几何光学问题，做好规范的光路图是解决问题的关键，特别应注意法线作为辅助线的作用，通过作图构建几何三角形，然后利用几何知识求解．预测演练1A．车灯光线的入射角为45°，车灯光线在玻璃珠中穿越的时间为3DcB．车灯光线的入射角为45°，车灯光线在玻璃珠中穿越的时间为3DcC．车灯光线的入射角为60°，车灯光线在玻璃珠中穿越的时间为3DcD．车灯光线的入射角为60°，车灯光线在玻璃珠中穿越的时间为3Dc解析若i＝60°，由n＝sinisinr知sinr＝323＝12，r＝30°，恰好和入射光线平行射出；光在玻璃内的路程s＝2×2×12Dcos30°＝3D，光在玻璃中的速度v＝1nc＝33c，t＝33D3c＝3Dc，D正确．答案D预测演练2如图3所示，一束红光细光束a射到折射率为2的透明球表面，入射角为45°，在球的内壁经过一次反射后，从球面射出的光线为b，则入射光线a与出射光线b之间的夹角α为()A．30°B．45°C．60°D．75°图3解析作出如图所示的光路图．n＝sin45°sinr，sinr＝12，r＝30°，∠BAD＝15°，∠BAC＝60°，∠DAC＝75°，所以α＝30°，A对．A题型2对光的本性的认识例2下列有关光现象的说法正确的是()A．光纤通信应用了光的折射现象B．立体电影应用了光的偏振现象C．在阳光照射下，水面的油膜上出现彩色花纹是光的衍射现象D．在光的双缝干涉实验中，把入射光由蓝光改为黄光，条纹间距将变窄解析A中的光纤通信应用了光的全反射现象；C中的彩色花纹是光的干涉现象；D中黄光的波长比蓝光的长，由Δx＝ldλ知，条纹间距将变宽．B预测演练3现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是()A．一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多B．肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的C．人们常利用热中子研究晶体的结构是因为其德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同D．质量为10－3kg、速度为10－2m/s的小球，其德布罗意波长约为10－23m，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹解析A选项说明了光的粒子性．BC题型3对玻尔理论和能级跃迁的理解例3(2010·重庆·19)氢原子部分能级的示意图如图4所示．不同色光的光子能量如下表所示.色光红橙黄绿蓝靛紫光子能量范围(eV)1.61～2．002.00～2．072.07～2．142.14～2．532.53～2．762.76～3．10处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为()A．红、蓝靛B．黄、绿C．红、紫D．蓝靛、紫图4解析由题表可知处于可见光范围的光子的能量范围为1.61eV～3.10eV，处于某激发态的氢原子在能级跃迁的过程中有：E3－E2＝(3.40－1.51)eV＝1.89eV，此范围为红光．E4－E2＝(3.40－0.85)eV＝2.55eV，此范围为蓝靛光，故本题正确选项为A.答案A预测演练4如图5所示为氢原子的能级图，已知可见光的光子能量范围为1.62eV～3.11eV，那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是()A．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应现象B．氢原子从高能级向n＝3的能级跃迁时发出的光，不具有显著热作用C．处于n＝2能级的氢原子能吸收任意频率的紫外线D．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离图5解析从高能级向基态跃迁时发射的光的能量可能大于锌板的逸出功，可以发生光电效应，A错；从高能级向n＝3的能级跃迁时，辐射光子的最大能量为1.51eV1.62eV，在红外区域，B错；处于n＝2能级的氢原子能量为3.4eV，只能吸收光子能量为3.4eV的紫外线，C错．答案D题型4核反应和核反应方程式的书写例4(2010·全国Ⅱ·14)原子核AZX与氘核21H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知()A．A＝2，Z＝1B．A＝2，Z＝2C．A＝3，Z＝3D．A＝3，Z＝2解析由质量数守恒列式：A＋2＝4＋1，得A＝3，由电荷数守恒列式：Z＋1＝2＋1，得Z＝2，故选项D正确．D以题说法1.在计算核能时，Δm的单位不同，计算方法可不同，未必采用国际单位制．2．书写核反应方程式，在遵循事实的前提下，一定要满足两个守恒，即质量数守恒和电荷数守恒．预测演练5铀裂变的产物之一氪90(9036Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(9040Zr)，这些衰变是()A．1次α衰变，6次β衰变B．4次β衰变C．2次α衰变D．2次α衰变，2次β衰变解析根据质量数守恒和电荷数守恒配平核反应方程式得9036Kr―→9040Zr＋40－1eB预测演练62010年3月30日欧洲大型强子对撞机(LHC)实施总能量达7万亿电子伏特的质子束流对撞成功，意味着人类在探索宇宙的奥秘方面又迈进重要一步．已知当一个质子和一个中子结合成一个氘核时释放出2.2MeV的能量，当两个氘核结合成一个氦核时释放出23.9MeV的能量，若把两个质子和两个中子结合成一个氦核时，释放的能量约为()A．26.1MeVB．28.3MeVC．47.8MeVD．52.2MeV解析核反应方程式为：11H＋10n―→21H＋2.2MeV①21H＋21H―→42He＋23.9MeV②对①式两边同乘以2后与②式相加即得：211H＋210n―→42He＋28.3MeV.B1．如图6所示是光电管使用原理图，则()A．光电管可以将光信号转变为电信号B．如果用绿光照射阴极K时电流表G有读数，则用红光照射K时电流表也一定有读数C．如果把电源反接，电流表示数一定为零D．如果断开电键S，电流表示数不一定为零图6解析红光的频率比绿光的频率小，有可能不发生光电效应，B错；如果光电管两端的反接电压小于光电管的截止电压，则仍然有光电子溢出，C错．AD考能定时训练2．双缝干涉实验装置如图7所示，绿光通过单缝S后，投射到具有双缝的挡板上，双缝S1和S2与单缝的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹．屏上O点距双缝S1和S2的距离相等，P点是距O点最近的第一条亮条纹．如果将入射的绿光换成红光，则屏上O点及其上方的干涉条纹的情况是()A．O点是亮条纹B．O点是暗条纹C．距O点最近的第一条亮条纹在P点的上方D．距O点最近的第一条亮条纹在P点的下方图7解析由于O点到S1和S2的距离相等，O点是亮条纹，A对；由Δx＝ldλ，λ红λ绿，Δx红Δx绿，C对．AC3．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的有()A．原子核式结构模型是由汤姆孙在α粒子散射实验基础上提出的B．核子结合成原子核一定有质量亏损，释放出能量C．光的粒子性被光电效应和康普顿效应所证实D．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的BC4．在下列四个核反应方程中，x1、x2、x3和x4各代表某种粒子①31H＋x1→42He＋10n②147N＋42He→178O＋x2③94Be＋42He→126C＋x3④2412Mg＋42He→2713Al＋x4以下判断中正确的是()A．x1是质子B．x2是中子C．x3是中子D．x4是质子CD5．一束光线以一定的入射角射到有一定厚度的平行玻璃砖上，出射光线相对于入射光线的距离称为侧移距离．欲要增大侧移距离,则可采取的措施是()A．对此平行玻璃砖减小此光束的入射角B．在保持相同条件下换一块厚度较小的同材料的平行玻璃砖C．在保持相同条件下换用折射率较小的平行玻璃砖D．在保持入射角不变的情况下，对此平行玻璃砖换用频率更高的单色光解析如下图光路可知，入射角和玻璃砖厚度越小，侧移距离越小，A、B错，折射率越大的平行玻璃砖，侧移距离越大，C错；频率高的单色光，折射率大，侧移距离大．答案D6．有关放射性知识，下列说法正确的是()A．β衰变是原子核内的中子转化成质子和电子从而放出电子的过程B．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下一个氡原子核C．23992U→23490Th＋42He＋γ，其中γ只是高能光子流，说明衰变过程中无质量亏损D．γ射线一般伴随着α或β射线产生，这三种射线中，γ射线的穿透力最强，电离能力也最强A7．元素X是A的同位素，分别进行下列