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《物理》三色速记手册
第四章 光学
【考点1】几何光学
一、光的直线传播
1.光源
光源指能够自行发光的物体，分为人造光源、自然光源。
2.光的直线传播
光在均匀介质中沿直线传播。我们将表示光的传播路径和方向的带箭头的直线称为光线。
3.光的传播速度
光在不同介质中传播速度不同，在真空中的速度
光在不同介质中传播时，频率不变，光速、波长改变。
二、光的反射
1.光的反射现象
光从一种介质射到该介质与另一种介质的分界面时，一部分光会返回原介质的现象叫作光的
反射。
在反射现象中，光路可逆。
平面镜成像特点：正立、等大、对称、虚像。
凸面镜对光有发散作用。凹面镜对光有会聚作用。
2.光的反射定律
光从一种介质射到两种介质的分界面时发生反射，反射光线与入射光线、法线处在同一平面
内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。
3.光的反射类型
反射有镜面反射和漫反射两种，这两种反射都遵循光的反射定律。
三、光的折射
1.光的折射现象
光从一种介质射到该介质与另一种介质的分界面时，一部分光会进入第二种介质，这个现象
叫作光的折射。与光的反射现象一样，在光的折射现象中，光路也是可逆的。
2.光的折射定律
光从一种介质射到另一种介质，折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入
射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即
n12是比例常数，它与入射角、折射角的大小无关，只与两种介质的性质有关。
3.折射率
光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝
对折射率，简称折射率，用符号n表示。
某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即
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由于c>v，因而任何介质的折射率都大于1。
四、全反射
1.全反射
光疏介质：折射率较小的介质。
光密介质：折射率较大的介质。
光疏介质与光密介质是相对的。
光由光疏介质射入光密介质，折射角小于入射角；光由光密介质射入光疏介质，折射角大于
入射角。
全反射：光由光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，
折射光完全消失，只剩下反射光。
2.临界角
折射角达到90°时的入射角叫作临界角。发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系
是
3.发生全反射的条件
发生全反射的条件：光由光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角。
4.全反射棱镜
横截面是等腰直角三角形的棱镜叫作全反射棱镜。
与平面镜相比，全反射棱镜的反射率高，几乎可达100%。
五、光的色散
1.光的色散现象
太阳光是白光，它通过棱镜后被分解成各种颜色的光，这种现象叫作光的色散。三棱镜把太
阳光分解成不同颜色的光，它们按照一定的顺序排列，形成可见光谱。
2.色散规律
不同颜色的光，波长不同，红光波长最长，频率最小。
白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光组成的。
在同一种物质中，不同波长的光的折射率不同，波长越短，折射率越大。
在同一种物质中，不同波长的光的传播速度不一样，波长越短，波速越慢。
六、透镜及其应用
1.透镜的基本概念
由透明材料磨制而成，两个折射面都是球面，或者一面是球面另一面是平面的透明体。
凸透镜中间厚，边缘薄；凹透镜中间薄、边缘厚。
2.透镜对光线的作用
凸透镜对光线有汇聚作用；凹透镜对光线有发散作用。
3.凸透镜成像规律
实像、虚像的区别：
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①实像都是倒立的（相对于物），虚像都是正立的；
②实像与物分别位于透镜的两侧，虚像与物处于透镜的同侧；
③实像都是实际光线会聚而成的，能用光屏接收；虚像都是实际光线的反向延长线会聚而成
的，不能用光屏接收。
【考点2】物理光学
一、光的干涉
1.干涉现象
两列波在相遇的叠加区域，某些区域使得振动加强，出现亮条纹；某些区域使得振动减弱，
出现暗条纹。振动加强和振动减弱的区域相互间隔，出现了明暗相间条纹的现象。这种现
象叫作光的干涉现象。
2.产生稳定干涉的条件
两列波频率相同，振动步调一致（振动方向相同），相差恒定。两个振动情况总是相同的
波源，即是相干波源。
二、光的衍射
光绕过障碍物偏离直线传播路径而进入阴影区里的现象，叫作光的衍射。光的衍射和光的干
涉一样证明了光具有波动性。衍射有圆孔衍射、狭缝衍射等。
条纹的特点：中央条纹最宽，两侧条纹最窄，条纹间距不等。
三、光的偏振
1.自然光
普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振
动的光波的强度都相同。
2.偏振光
在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动的光，这种光叫作偏振光。偏振现
象证明光是一种横波。
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第五章 近代物理初步
【考点1】波粒二象性
一、光的粒子性
照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这个现象称为光电效应，这种电子常
称为光电子。
（一）光电效应实验
2.光电效应的规律
（1）存在截止频率
不同金属的截止频率不同，截止频率与金属自身的性质有关。
（2）存在饱和电流
在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。也就是说，在电
流较小时电流随着电压的增大而增大；但当电流增大到一定值之后，即使电压再增大，电流
也不会再进一步增大了。
在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。对于一定频率（颜色）的光，入
射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
（3）存在遏止电压
同一种金属对于一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。光的频率ν改
变时，遏止电压Uc也会改变。这意味着，对于同一种金属，光电子的能量只与入射光的频
率有关，而与入射光的强弱无关。
二、光的波粒二象性
1.光的波动性和粒子性的统一
光的干涉、衍射和偏振表明光是一种波；光电效应和康普顿效应又表明光是一种粒子。现代
物理学认为，光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。
波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。波粒二象性中所说的粒子，是
指其不连续性，是一份能量。
光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现出粒子性。频率高的光子
容易表现出粒子性；频率低的光子容易表现出波动性。
【考点2】原子结构
一、原子的核式结构模型
2.卢瑟福的核式结构模型
在原子的中心有一个很小的核，叫作原子核。原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中
在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。原子直径的数量级是10-10m，原子核直径的
数量级是10-15m。
二、玻尔的原子模型
（二）玻尔的原子模型
1.玻尔原子理论的三条假设
能量量子化假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态，在这些状态中原子是最稳定的，
电子虽然做变加速运动，但并不向外辐射能量，原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为
定态。
跃迁假设：原子从一种定态（其能量记为En） 跃迁到另一种定态（其能量记为Em），要辐
射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν=|Em-En|。
轨道量子化假设：原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道，轨道的分布是不连续的
（量子化的）。
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2.氢原子的能级
在玻尔的原子模型中，原子的能量也只能取一系列特定的值。这些量子化的能量值叫作能级。
通常用一个或几个量子数来标志各个不同的状态，能量最低的状态叫作基态，其他的状态
叫作激发态。基态和其他激发态的能量分别用E1，E2，E₃ …标记。
3.谱线条数的确定
一个氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为（n-1）。
一群氢原子跃迁可能发出的光谱线条数为
【考点3】原子核
一、天然放射现象
物质发出射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素。原子序数大于83的
元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于83的元素，有的也能发出射线。
放射性元素自发地发出射线的现象，叫作天然放射现象。贝克勒尔发现天然放射现象。
二、原子核的组成
原子核由质子和中子组成，中子不带电。
原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数，而原子核的质量数就是核
内的核子数。即
电荷数（Z）=质子数=元素的原子序数=核外电子数
质量数（A）=核子数=质子数+中子数。
原子核常用符号 表示，X为元素符号，A表示核的质量数，Z表示核的电荷数。
具有相同质子数而中子数不同的原子核组成的元素，称为同位素。氢有三种同位素，分别为
氕、氘、氚。
三、原子核的衰变
2.衰变
常见的衰变有α衰变和β衰变两种。
α衰变与β衰变的比较
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3.射线的本质
放射性物质放出的射线有三种：α射线、β射线、γ射线。下表是三种射线的成分和性质。
4.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，叫作这种元素的半衰期。
其中，N为经过t时间后剩余的原子核数，N0为初始时刻的原子核数，T为半衰期。
不同的放射性元素，半衰期不同。例如，氡222衰变为钋218的半衰期是3.8天，镭226
衰变为氡222的半衰期是1620年，铀238衰变为钍234的半衰期是4.5×109年。
放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件
没有关系。
5.核反应
原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的过程，称为核反应。
核反应中质量数守恒，电荷数守恒。
四、核力与结合能
（一）四种基本相互作用与核力
自然界存在着四种基本相互作用，即引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互
作用。
引力是自然界的一种基本相互作用，地面物体所受的重力只是引力在地球表面附近的一种
表现。
电荷间的相互作用、磁体间的相互作用，从本质上说是同一种相互作用的不同表现，这种相
互作用称为电磁相互作用。
原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合
在一起，形成稳定的原子核。这种作用称为强相互作用。它的作用范围只有约10-15m，超
过这个界限，这种相互作用实际上已经不存在了，它是短程力。
在某些放射现象中起作用的还有另一种基本相互作用，称为弱相互作用。弱相互作用也是短
程力，其力程比强相互作用更短，只有10-18m。
（二）结合能
1.结合能
原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结
合能。质量数越大的原子核结合能越大。
2.比结合能
原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能。比结合能越大，原子核
中核子结合得越牢固，原子核越稳定。不同原子核的比结合能不同，中等大小的核的比结合
能最大（平均每个核子的质量亏损最大），这些核最稳定。
3.质量亏损
原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫作质量亏损。
根据爱因斯坦的质能方程E=mc²可知，亏损质量放出的能量△E=△mc²。
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