Acerca del estudio de los estudiantes de secundaria superior
Quince. Reflexión y refracción de la luz
1. Propagación lineal de la luz
(1) La luz se propaga en línea recta en un mismo medio uniforme. Las imágenes de apertura, la formación de sombras y los eclipses solares y lunares son ejemplos de luz que viaja en línea recta. (2) Las sombras son áreas oscuras formadas por la luz bloqueada por objetos opacos. Las sombras se pueden dividir en umbra y penumbra. La luz emitida por la fuente de luz no es visible en absoluto en el área de umbra, y solo una parte de la fuente de luz es visible en el área de penumbra. Las luces puntuales sólo forman umbra.
Las personas pueden ver un eclipse solar total en la umbra de la luna, un eclipse solar parcial en la penumbra de la luna y un eclipse solar anular (es decir, "pseudo-umbra") en el área extendida de la umbra de la luna cuando la luna Se puede ver un eclipse lunar total cuando entra por completo en la región umbral de la Tierra. Ven un eclipse lunar parcial cuando parte de la luna entra en la región umbral de la Tierra.
2. Fenómeno de reflexión de la luz: Cuando la luz incide en la interfaz de dos medios, parte de la luz cambia la dirección de propagación en el medio original.
(1) Ley de reflexión de la luz;
① La luz reflejada, la luz incidente y la normal están en el mismo plano, y la luz reflejada y la luz incidente están separadas en ambos lados de la normal. ②El ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia.
(2) La ley de la reflexión muestra que para cada luz incidente, la luz reflejada es única y la trayectoria de la luz es reversible en el fenómeno de reflexión.
3.★Imagen de espejo plano
(1.) Características de la imagen: la imagen formada por el espejo plano es una imagen virtual equidistante, y la imagen y el objeto son simétricos sobre el plano del espejo.
(2) Método del diagrama de trayectoria de la luz: de acuerdo con las características de la imagen especular plana, al hacer un diagrama de trayectoria de la luz, primero se puede dibujar el retrato y luego complementar el diagrama de trayectoria de la luz.
(3) Aproveche al máximo la reversibilidad de la trayectoria de la luz - Aproveche al máximo la reversibilidad de la trayectoria de la luz en el cálculo y dibujo de espejos planos. (El rango que el ojo puede ver a través del espejo plano en un cierto punto A es exactamente el mismo que el rango donde se coloca la fuente de luz puntual en el punto A. La luz emitida por la fuente de luz eléctrica se ilumina después de ser reflejada por el espejo plano.)
4. Refracción de la luz: cuando la luz incide de un medio a otro medio, la dirección de propagación de la luz cambia en la interfaz de los dos medios, lo que se denomina refracción de la luz.
(2) La ley de refracción de la luz - ① Para la luz refractada, la luz incidente y la línea normal están en el mismo plano, y la luz refractada y la luz incidente están separadas en ambos lados de la línea normal.
(2) El seno del ángulo incidente es proporcional al seno del ángulo de refracción, es decir, sini/sinr=constante. (3) En el fenómeno de la refracción, el camino óptico es reversible.
★ 5. Índice de refracción: cuando se inyecta luz desde el vacío en un medio, la relación entre el seno del ángulo incidente y el seno del ángulo de refracción se llama índice de refracción del medio. El índice de refracción está representado por n, es decir n=sini/sinr.
El índice de refracción del medio es igual a la relación entre la velocidad de propagación de la luz en el vacío c y la velocidad de propagación de la luz en este medio v, es decir, n=c/v, porque c > v, entonces cualquier medio El índice de refracción n es mayor que 1. En comparación con estos dos medios, el medio con n mayor se llama medio ópticamente denso y el medio con n menor se llama medio ópticamente hidrófobo.
★6. Reflexión total y ángulo crítico
(1) Reflexión total: Cuando se inyecta luz desde un medio ópticamente denso a un medio ópticamente hidrófobo, o cuando se inyecta luz desde un medio ópticamente denso. medio en el vacío (o aire), cuando el ángulo de incidencia aumenta hasta cierto ángulo y el ángulo de refracción alcanza los 90°, la luz refractada desaparece por completo, dejando solo la luz reflejada. Este fenómeno se llama reflexión total. (2) Condiciones para la reflexión total.
(1) La luz se inyecta desde un medio ligeramente denso a un medio ligeramente denso, o la luz se inyecta desde un medio al vacío (o aire). (2) El ángulo de incidencia es mayor o igual que el ángulo crítico.
(3) Ángulo crítico: El ángulo de incidencia cuando el ángulo de refracción es igual a 90° se llama ángulo crítico, C representa SINC = 1/N
7. : la luz blanca pasa a través de un prisma Finalmente, el haz emitido se convierte en un haz de siete colores: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta. Este fenómeno se llama dispersión de la luz.
(1) Para el mismo medio, el índice de refracción de la luz roja es pequeño y el índice de refracción de la luz violeta es grande.
(2) En el mismo medio, la velocidad de la luz roja es la mayor y la velocidad de la luz violeta es la menor.
(3) Cuando se emite luz roja desde el mismo medio al aire, el ángulo crítico de reflexión total es grande, mientras que el ángulo crítico de reflexión total de la luz violeta es pequeño.
8. Prisma de reflexión total: un prisma cuya sección transversal es un triángulo rectángulo isósceles se llama prisma de reflexión total. Seleccionando el punto de incidencia apropiado, la luz incidente se puede desviar 90° (derecha 1) o 180° (derecha 2) después de salir del prisma de reflexión total. Preste especial atención a qué superficie se refleja completamente la luz en ambos usos.
. Ladrillos de vidrio - Los llamados ladrillos de vidrio generalmente se refieren a prismas con una sección transversal rectangular. Cuando la luz incide desde la superficie superior y emerge desde la superficie inferior, sus características son: (1) la luz saliente es paralela a la luz incidente; (2) la luz de varios colores se dispersará después del primer incidente (3) el desplazamiento lateral de la luz saliente está relacionado con el índice de refracción, el ángulo de incidencia y el espesor del ladrillo de vidrio. ⑷ El ladrillo de vidrio se puede utilizar para medir el índice de refracción del vidrio.
Dieciséis. La naturaleza ondulatoria y particularidad de la luz
1. Una breve historia del desarrollo de la teoría natural de la luz
La teoría de partículas de Newton (1) considera que la luz es una partícula de alta velocidad. flujo, que puede explicar la progresión lineal de la luz y los fenómenos de reflexión de la luz.
(2) La teoría ondulatoria de Huygens cree que la luz es una vibración que se propaga en forma de ondas. Puede explicar la interferencia y difracción de la luz.
2. Interferencia lumínica
La condición para la interferencia lumínica es que existan dos fuentes de ondas con la misma vibración, es decir, fuentes de ondas coherentes. (Las fuentes de ondas coherentes deben tener la misma frecuencia). Hay dos formas de formar una fuente de onda coherente: (1) Usar un láser (porque la luz monocromática emitida por el láser es excelente). (2) Intente dividir el mismo haz de luz en dos haces (de modo que ambos haces de luz provengan de la misma fuente de luz, por lo que las frecuencias deben ser iguales). Las siguientes cuatro figuras son diagramas esquemáticos del uso de dobles rendijas, membranas en forma de cuña, membranas de aire y espejos planos para formar fuentes de luz coherentes.
2. Líneas brillantes y líneas oscuras generadas en el área de interferencia
⑴ Línea brillante: la diferencia de trayectoria óptica desde un cierto punto de la pantalla hasta la doble rendija es igual a un número entero. múltiplo de la longitud de onda, es decir, δ = n λ (n = 0, 1, 2,...).
⑵ Línea oscura: La diferencia de trayectoria óptica desde un determinado punto de la pantalla hasta el la doble rendija es igual a un múltiplo impar de la mitad de la longitud de onda, es decir, δ = (n = 0, 1, 2,...)
La distancia entre líneas brillantes adyacentes (líneas oscuras). Esta fórmula se puede utilizar para determinar la longitud de onda de la luz monocromática. Cuando se utiliza luz blanca para realizar un experimento de interferencia de doble rendija, dado que las longitudes de onda de varios colores en la luz blanca son diferentes, el espaciado de las franjas de interferencia también es diferente, por lo que hay franjas blancas brillantes en el centro de la pantalla y de colores. rayas en ambos lados.
3. Difracción: cuando la luz pasa a través de pequeños agujeros, rendijas u obstáculos, aparecerán franjas claras y oscuras alternadas en la pantalla. Las franjas del centro son muy brillantes y se vuelven más oscuras hacia los bordes.
(1) Varios obstáculos con diferentes formas pueden difractar la luz.
⑵La condición para que se produzca una difracción obvia es que el tamaño del obstáculo (o agujero) pueda ser comparable o incluso menor que la longitud de onda. (Cuando el tamaño de los obstáculos o agujeros es inferior a 0,5 mm, hay una difracción obvia).
⑶ Cuando la difracción es obvia, cuando la rendija estrecha se vuelve más estrecha, el rango de puntos brillantes se hace más grande y el espaciado entre franjas se hace más grande, el brillo se atenúa.
4. Polarización de la luz: La onda luminosa que atraviesa el polarizador vibra únicamente en una dirección concreta en un plano perpendicular a la dirección de propagación, lo que se denomina luz polarizada. La polarización de la luz indica que la luz es una onda transversal.
5. Teoría electromagnética de la luz
①La luz es una onda electromagnética (la predicción de Maxwell y el experimento de Hertz demostraron su exactitud).
(2) Espectro electromagnético. El orden de las longitudes de onda de mayor a menor es: ondas de radio, rayos infrarrojos, luz visible, rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Entre varias ondas electromagnéticas, excepto la luz visible, existe una superposición entre dos bandas de ondas adyacentes.
El mecanismo de generación de diversas ondas electromagnéticas es el siguiente: las ondas de radio se generan mediante el movimiento periódico de electrones libres en un circuito de oscilación; los electrones de la capa externa de los átomos se excitan para producir luz infrarroja, luz visible. y la luz ultravioleta; los electrones dentro de los átomos. Los rayos roentgen se producen después de excitarse; los rayos gamma se producen después de excitar los núcleos atómicos.
⑶Las principales características de los rayos infrarrojos, los rayos ultravioleta y los rayos X y sus ejemplos de aplicación.
Ejemplos de aplicación de las principales propiedades de ocurrencia de especies
Todo lo infrarrojo puede emitir efectos térmicos para teledetección, control remoto y calefacción.
Todos los objetos a alta temperatura bajo luz ultravioleta pueden emitir fluorescencia, esterilizar, sintetizar VD2 y otros efectos químicos.
Los rayos catódicos de rayos X tienen fuertes capacidades de penetración en superficies sólidas, la perspectiva del cuerpo humano y la detección de defectos metálicos.
★★★ 6. Efecto fotoeléctrico
(1) El fenómeno de que un objeto emita electrones bajo la irradiación de luz se llama efecto fotoeléctrico. (En el dispositivo de la derecha, se utiliza una lámpara de arco para iluminar una placa de zinc, y los electrones salen volando de la superficie de la placa de zinc, cargando positivamente el electroscopio originalmente descargado).
⑵La ley de efecto fotoeléctrico. (1) Varios metales tienen una frecuencia límite ν0, y el efecto fotoeléctrico solo puede ocurrir cuando ν≥ν0 ② Instantáneo (la generación de fotoelectrones no excede los 10-9 s).
(3) La teoría del fotón de Einstein. La luz es discontinua, es una copia y cada copia se llama fotón. La energía e del fotón es proporcional a la frecuencia de la luz: e = H.
⑷ Ecuación del efecto fotoeléctrico de Einstein: ek = h ν-w (ek es la energía cinética inicial máxima del fotoelectrón; w es la función de trabajo, es decir, lo que hace el fotoelectrón al volar directamente desde el metal superficie para superar la gravedad de la carga positiva Trabajo. )
7. Dualidad onda-partícula de la luz
(1.) Dualidad onda-partícula de la luz: interferencia, difracción y la polarización indica que la luz es una onda; el efecto fotoeléctrico El hecho irrefutable del efecto Compton muestra que la luz es una partícula por lo que la física moderna cree que la luz tiene dualidad onda-partícula;
(2) Comprenda correctamente la dualidad onda-partícula: las ondas mencionadas en la dualidad onda-partícula son ondas de probabilidad, que son significativas para una gran cantidad de fotones. La partícula mencionada en la dualidad onda-partícula se refiere a su discontinuidad y es un tipo de energía.
(1) El efecto de un solo fotón suele ser similar al de una partícula; el efecto de una gran cantidad de fotones a menudo se manifiesta como fluctuaciones.
⑵Los fotones altos tienden a mostrar partículas; los fotones con v baja tienden a mostrar fluctuaciones.
⑶La luz a menudo exhibe propiedades ondulatorias durante la propagación; cuando interactúa con la materia, a menudo aparece en forma de partículas.
⑷ Se puede ver en las expresiones de la energía fotónica E=hν y el momento fotónico que la fluctuación de la luz no es inconsistente con la naturaleza de las partículas: las fórmulas de cálculo de la energía y el momento de las partículas que representan la naturaleza de las partículas contienen la fórmula que representa las ondas cantidades físicas características: frecuencia ν y longitud de onda λ.
A partir de las dos expresiones anteriores y la fórmula de velocidad de onda c=λν, también podemos obtener e = p c.
Diecisiete Física Atómica
1. Modelo de estructura nuclear de Rutherford (modelo planetario)
Experimento de dispersión de partículas alfa: bombardear lámina de oro con partículas alfa. El resultado es que la mayoría de las partículas alfa todavía se mueven en la dirección original después de atravesar la lámina de oro, pero algunas partículas alfa se desvían mucho. Esto muestra que la carga positiva y la masa del átomo deben concentrarse en un núcleo muy pequeño.
Rutherford propuso mediante experimentos de dispersión de partículas alfa que hay un núcleo muy pequeño en el centro del átomo, llamado núcleo. Toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo se concentran en el núcleo y los electrones cargados negativamente se mueven en el espacio exterior del núcleo.
El tamaño del núcleo también se puede estimar en 10-15 m a partir de los datos experimentales de experimentos de dispersión de partículas alfa.
2. El modelo de Bohr (Introducción a la teoría cuántica, la cuantificación es discontinua y el número entero n se llama número cuántico).
(1) Los tres supuestos de Bohr (ionización cuántica)
① Cuantización orbital rn = n2r 1r 1 = 0,53×10-10m.
②Cuantización de energía: E1 =-13.6EV.
★ (3) La energía de los fotones irradiados o absorbidos cuando un átomo realiza una transición entre dos niveles de energía hν = Em-En.
⑵ Los fotones se emiten durante la transición de un nivel de energía alto a un nivel de energía bajo; la transición de un nivel de energía bajo a un nivel de energía alto puede deberse a la absorción o colisión de fotones (a través del calentamiento, el movimiento térmico). de moléculas se intensifica y las colisiones entre moléculas pueden transferir energía). Cuando los átomos pasan de un nivel de energía bajo a un nivel de energía alto, solo pueden absorber fotones de una determinada frecuencia, pero desde un determinado nivel de energía hasta la ionización, se pueden absorber fotones de cualquier frecuencia con energía mayor o igual a la energía de ionización; . (Por ejemplo, en el estado fundamental, cualquier fotón con E ≥13,6 eV puede ser absorbido y la energía absorbida se convierte en la energía cinética de los electrones ionizados, excepto la ionización).
2. Fenómeno de radiación natural
(1). Fenómeno de radiación natural - El descubrimiento del fenómeno de radiación natural hizo que la gente se diera cuenta de que los núcleos atómicos también tienen estructuras complejas.
(2). Comparación de diversas propiedades de la radiación.
Masa de germoplasma (u) Carga (e) Velocidad (c) Ionización y penetración
Rayos alfa
Núcleo de helio 4 2 0,1 más fuerte y más débil, El papel puede bloquearse.
Los rayos beta
Los electrones 1/1840 -1 0,99 son más fuertes y pueden atravesar varios mm de placas de aluminio.
Los fotones de rayos gamma 0 0 1 son los más débiles y los más fuertes, recorriendo unos pocos centímetros.
3. Reacción nuclear
①Tipos de reacción nuclear
(1) Desintegración: desintegración α: (en el núcleo)
β desintegración (En el núcleo)
Desintegración γ: El núcleo está en un nivel de energía más alto y salta a un nivel de energía más bajo después de irradiar fotones.
(2) Transformación artificial: (descubrió la reacción nuclear de los protones)
(descubrió la reacción nuclear de los neutrones)
(3) Fisión nuclear pesada: Bajo ciertas condiciones (más allá del volumen crítico), la reacción de fisión continuará continuamente, lo cual es una reacción en cadena.
(4) Fusión nuclear ligera: (requiere una temperatura elevada de millones de grados, por eso también se llama reacción termonuclear)
Todas las reacciones nucleares se observan antes y después de la reacción: conservación del número de masa y conservación de la carga. (Nota: la masa no se conserva).
②Vida media
El tiempo que tarda la mitad de los núcleos de un elemento radiactivo en desintegrarse se llama vida media. La fórmula de cálculo (la ley estadística de una gran cantidad de núcleos) es: n representa el número de núcleos. Esta fórmula también puede evolucionar a o, donde m representa la masa de material radiactivo y n representa el número de partículas de radiación liberadas por cada núcleo. unidad de tiempo. Todas las cantidades en el lado izquierdo de las categorías anteriores representan las cantidades restantes después del tiempo t.
La vida media está determinada por factores internos del núcleo y no tiene nada que ver con el estado físico y químico del átomo.
③Aplicación de isótopos radiactivos
⑴Uso de sus rayos: los rayos α tienen fuertes propiedades ionizantes y se utilizan para ionizar el aire y liberar electricidad estática, eliminando así la electricidad estática dañina. Los rayos γ tienen fuertes propiedades penetrantes y pueden usarse para la detección de defectos metálicos y el tratamiento de tumores malignos. Varios rayos pueden mutar el ADN y pueden utilizarse en bioingeniería e ingeniería genética.
(2) Como átomo trazador. Se utiliza para estudiar la demanda de fertilizantes químicos en los cultivos, diagnosticar los tipos de enfermedades de la tiroides y estudiar la estructura y función de las macromoléculas biológicas.
(3) Realizar investigaciones arqueológicas. El isótopo radiactivo carbono-14 se utilizó para determinar la edad de los artefactos de madera desenterrados.
Generalmente se utilizan isótopos radiactivos artificiales (tipos completos, todos los elementos tienen isótopos radiactivos artificiales. La vida media es corta y los desechos son fáciles de eliminar. Se pueden fabricar en varias formas y la intensidad es fácil de controlar).
4. Energía nuclear
(1). Energía nuclear: la energía liberada por las reacciones nucleares se llama energía nuclear.
(2). Pérdida de masa: los nucleones se combinan para formar un núcleo y la masa del núcleo resultante es menor que la masa total del núcleo que lo produjo. Este fenómeno se llama defecto de calidad.
★(3). Ecuación masa-energía - La teoría de la relatividad de Einstein señala que existe una estrecha relación entre la energía y la masa de un objeto. Su relación es:
E. = mc2, que es la ecuación masa-energía de Einstein.
Otra expresión de la ecuación masa-energía es: δE =δmc2. Todas las cantidades físicas de las dos fórmulas anteriores deben estar en unidades SI. En unidades que no pertenecen al SI, se puede utilizar 1u=931,5MeV. Esto significa que 1 unidad de masa atómica corresponde a una energía de 931,5 MeV.
En el cálculo de la energía nuclear se debe clarificar el sistema unitario utilizado en base a los requerimientos de los problemas conocidos y los problemas resueltos.
(4) Formas de liberar energía nuclear
Toda reacción nuclear que libera energía nuclear tiene defectos de calidad. Cuando los nucleones forman diferentes núcleos, la pérdida de masa promedio de cada núcleo es diferente, por lo que la masa promedio de los nucleones en varios núcleos es diferente. Si la masa promedio de los núcleos es pequeña, cada núcleo puede emitir más energía en promedio.
La masa promedio de los núcleos de hierro es la más pequeña, por lo que los núcleos de hierro son los más estables. Cualquier reacción nuclear que produzca un núcleo de masa promedio pequeña a partir de un núcleo de masa promedio grande libera energía nuclear.