熱學光學 知識總結

初三物理復習光學熱學

光學部分

一、基礎知識1、光的直線傳播

1）光沿直線傳播的條件：光在同一種均勻介質里是沿直線傳播的。2）光的直線傳播的例證：日，月食的形成、影的形成、激光準直、小孔成像等。

3）光速：光在真空中傳播的速度最大，為3×108米/秒，光在其它透光的介質中傳播速度比在真空中小。2、光的反射定律

1）光的反射現(xiàn)象的例證：平面鏡成像、平靜水面呈現(xiàn)岸邊景物的倒影、潛望鏡等。2）光的反射定律（略）

3）在光的反射現(xiàn)象中，光路是可逆的。發(fā)生鏡面反射或漫反射都遵守光的反射定律。3、光的折射實驗的結論

1）光的折射現(xiàn)象的例證：水中的筷子變彎、池水看起來比實際的淺、凸透鏡成像等。

2）光的折射實驗的結論（略）3）在光的折射現(xiàn)象中光路是可逆的。成像知識4、實像和虛像

物點發(fā)出的光線經反射或折射后能夠會聚到一點，這一點就是物點的實像；如果物點發(fā)出的光線經反射或折射后發(fā)散，發(fā)散光線的反向延長線相交于一點，看起來光線好像從這一點發(fā)出，而實際上不存在這樣一個發(fā)光點，這點就是物點的虛像。

實像是光線會聚而成，可以用眼睛直接觀察，也可以在屏幕上顯映出來；虛像不能用屏幕顯映，只能用眼睛觀察。

跟物體相比較，實像是倒立的，虛像是正立的。

像的位置像與物在鏡面的兩側，它們到鏡面距離相等，它們的連線垂直于鏡面。

2）透鏡成像的規(guī)律及應用

u物距、v像距、f焦距二、典型應用

1、根據光的反射定律，畫出反射光路圖。

例1如圖1所示，AO是由空氣向平面鏡斜射的一條光線，光線與鏡面夾角為30°，畫出反射光線。

分析與解：

由題意可知，光線AO與鏡面的交點O是入射點，AO為入射光線。過入射點O做法線ON，則入射角∠i=90°-30°=60°。在法線另一側空氣中，根據“反射角等于入射角”，作∠β=60°，∠β為反射角，OB為反射光線。如圖2所示。小結：根據反射定律畫光路圖的一般步驟為：（1）由入射光線和反射面確定入射點。（2）過入射點作出反射面的法線。

（3）由法張和入射線確定反射光線所在平面。

（4）根據““反射角等于入射角”確定反射光線的確切方向，畫

出反射光線。注意：

（1）入射角和反射角都是光線與法線的夾角。

（2）在畫光路圖時，光線要畫箭頭，表示光的傳播方向，法線是

人為假想而實際不存在的一條輔助線，作圖時用不帶箭頭的虛線表示它。

2、光的反射和折射

例2如圖3所示，光線射到某種透明物質和空氣界面MM′上發(fā)生了反射和折射。圖中入射光線是，折射角等于，反射角等于，界面MM′左側是（填“空氣”或“透明介質”）。分析與解：如圖4所示由MM′是界面，確定O是光線入射點，過O點

作法線NN′，根據光的反射定律可知，反射光線與入射線分居在法線的

兩側，所以AO是入射光線，而OB是反射光線。從圖中可知，∠i=∠β=

90°-60°=30°∠ν=90°-30°=60°。再折射光線遠離法線偏折可知，光

是從透明介質射入空氣。所以MM′左側是空氣。3、凸透鏡成像規(guī)律

復習凸透鏡成像規(guī)律要做到兩個“聯(lián)系”。一要聯(lián)系研究凸透鏡成像的實

驗和回憶凸透鏡成像有物理情景，二要聯(lián)系凸透鏡成像規(guī)律的應用實例，

加深對規(guī)律的理解。

例3有甲、乙、丙三個凸透鏡，某同學利用“研究凸透鏡成像的規(guī)律”的實驗裝置比較

它們焦距的大小，實驗時凸透鏡和燭焰的距離保持18厘米不變，燭焰通過三個凸透鏡成像

情況如右表，由此可以判斷（）A、甲凸透鏡的焦距最大B、乙凸透鏡的焦距最大D、缺少條件，無法判斷

分析與解：甲凸透鏡在光屏上得到放大的實像。根據凸透鏡成像規(guī)律，物體必須放置一倍焦距和二倍焦距之間才成，即f4、物態(tài)

1）熔化和凝固：晶體熔化的溫度叫做熔點。晶體不同，熔點也不同。非晶體沒有固定熔點。任何固體熔化都要吸收熱量。晶體熔化時溫度保持不變。

凝固是熔化的相反過程。同一種物質的凝固點跟它的熔點相同，液體凝固時放出熱量。

2）汽化和液化：汽化有兩種方式蒸發(fā)和沸騰，這兩種方式都要吸收熱量。不同的是：蒸發(fā)是任何溫度下都能發(fā)生的，只在液體表面進行緩慢的汽化；沸騰是在一定溫度下發(fā)生的，在液體的內部和液體表面同時進行的劇烈汽化。

影響液體蒸發(fā)快慢的因素有：液體溫度高低，液體表面積大小，液體表面上方空氣流動的快慢。蒸發(fā)有致冷作用。

液體沸騰時的溫度叫做沸點。沸點跟壓強有關系。液體在沸騰過程中吸收熱量，但溫度保持不變。

液化是汽化相反的過程。所有氣體在溫度降低到足夠低的時候都可以液化。氣體的壓強越大，它的液化溫度越高。氣體液化要放出熱量。

3）升華和凝華：物質從固態(tài)直接變成氣態(tài)叫升華。升華要吸收熱量。物質從氣態(tài)直接變成固態(tài)叫凝華。凝華要放出熱量。3、溫度、熱量的區(qū)別和聯(lián)系

從定義上看，溫度是指一個物體在某一時刻的冷熱程度，它是一個表示冷熱程度的物理量；從分子熱運動理論的角度看它是表示熱運動狀態(tài)的物理量；而熱量是指幾個物體或物體內的幾個部分之間在某一段時間內進行熱傳遞過程中，物體（或物體的某一部分）轉移內能的多少。它是反映熱運動過程的物理量，由此出發(fā)比較兩個概念，就不難看出它們之間的區(qū)別有以下兩個方面：

（1）相關的時間是某一時刻還是某段時間。我們可以說某個時刻的溫度是多少度，而一個物體吸收或放出熱量總是需要一定的時間才能完成。

（2）反映一個狀態(tài)還是反映一個過程。溫度表示物體的冷熱程度，也就是一個熱運動的狀態(tài)量。而熱量總是伴隨著一個吸熱或放熱的過程，它是一個熱運動的過程量。

溫度和熱量的聯(lián)系主要有以下兩個方面：

（1）兩上物體之間要發(fā)生熱傳遞時一個物體吸收熱量，另一個物體要放出熱量的條件必須二者有溫度差存在。

（2）一個物體在熱傳遞過程中吸收（或放出）熱量將產生兩個效果：其一是物體的溫度將升高（或降低），其二是物體的狀態(tài)將發(fā)生變化。例如，晶體熔化時，吸收熱量但溫度不變，狀態(tài)由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。

為了初學者好理解和記憶，只要求初中畢業(yè)生知道其中的特殊情況。

一個物體在熱傳遞中吸熱（或放熱）時沒發(fā)生物態(tài)變化，要升高（或降低）溫度。而且吸收（或放出）的熱量與溫度升高（或降低）之間的關系可以用公式Q吸Cmtt0；

Q放Cmt0t反映出來。

一個物體在熱傳遞過程中，正在發(fā)生物態(tài)變化，非晶體吸熱（或放熱）時，溫度要升高（或降低）。但有些特殊情況溫度保持

不變，需要大家記憶的有：晶體熔化時，吸熱不升溫，晶體溶液凝固時，放熱不降溫；液體沸騰吸熱不升溫。4、溫度、內能的區(qū)別和聯(lián)系

內能是物質內部所有分子做無規(guī)則運動的動能和分子勢能的總和，是能的一種形式。而溫度高低與大量分子無規(guī)則運動速度有關，溫度越高，分子無規(guī)則運動就越快。溫度和內能雖然是表示不同概念的物理量，但是聯(lián)系密切。

一個物體在熱傳遞過程中溫度升高，內能要增加。但有時吸收熱量，溫度保持不變（如晶體在熔化過程中），改變了分子的排列情況，增加了分子勢能，內能也要增加，反之內能減少。1、熱量、內能的區(qū)別和聯(lián)系

這兩個概念從定義上看不相同，在熱傳遞的過程中二者又存在著聯(lián)系，熱量是在熱傳遞過程中，內能從一個物體向另一個物體轉移的量度。它表示：一個物體吸收熱量，內能要增加；放出熱量，內能要減少。而且一個物體吸熱（或放熱）的多少跟內能增加（或減少）的多少是相等的。

6、熱量、溫度和內能的聯(lián)系

初中教材中只講了在特殊情況下這三者的聯(lián)系。因此在記憶結論時必須強調條件。

在熱傳遞過程中，一個物體在沒有發(fā)生物態(tài)變化時，吸收（或放出）熱量，溫度升高（或降低），內能增加（或減少）。在發(fā)生幾種特殊情況的物態(tài)變化時，吸收（或放出）熱量，溫度不變，內能增加（或減少）。二、典型應用

1、解釋熱現(xiàn)象應注意的問題

有關熱現(xiàn)象的問題，提問方法靈活多變。解釋時關鍵在于理清思路，然后進行合理分析推理。所謂合理是指解釋既要全面考慮，又要抓住主要矛盾，分清主次，總之要具體問題具體分析，做出確切解釋。日常生活中常見的熱現(xiàn)象問題有：高壓鍋、煤氣罐、用久了的燈泡玻璃壁發(fā)黑、冒“白氣”、霜、霧、露等諸多問題，可用學過的知識正確解釋。解答的過程一般為：①識別問題給出的現(xiàn)象與結果；②根據有關概念或規(guī)律尋找現(xiàn)象與結果之間的因果關系；③抓住依據，扣緊實際，闡明結論。

例1下面的幾種現(xiàn)象中，屬于液化過程的是（）A、燈泡用久了，玻璃泡上會發(fā)黑B、冬天，人在室外呼出“白氣”C、放在衣櫥里的樟腦丸越來越小D、冬天的早晨，常�？吹轿蓓斏嫌兴�

分析與解：題目中A是凝華現(xiàn)象。因為燈泡使用時鎢絲會升華，鎢的氣體遇到冷玻璃，凝結固態(tài)的鎢，燈泡內表面會發(fā)黑。題目中B是液化現(xiàn)象，正確。因為冬天，人呼出的水蒸氣遇到冷空氣凝結成的“霧狀物”，也就是小水珠。題目中的C是升華現(xiàn)象。因為樟腦丸固體升華而成氣體，使之越來越小，同時衣櫥內充滿了樟腦丸的氣味。題目中的D是凝華現(xiàn)象。因為冬天夜里氣溫下降，空氣中的水蒸氣遇到冷瓦片而凝結成“冰花”。

2、注意前后知識的聯(lián)系，正確理解反映熱的物理量溫度、內能、熱量。

例2下列說法中正確的是（）

A、物體的溫度升高，它的內能一定增加B、物體的溫度升高，它一定吸收了熱量C、物體吸收了熱量，它的溫度一定升高D、溫度高的物體，具有的熱量一定多

分析與解：題目中A是正確的。因為物體溫度升高，表示物體中大量分子無規(guī)則運動速度加快，物體的內能也要增加。題目中的B是不正確的。因為物體溫度升高，內能增加，但使物體內能增加的方法不僅僅是吸收了熱量，還有做功的方法，也可以使物體的內能增加。題目中的C也是不正確的。如果在物態(tài)變化過程，如晶體熔化時，物體要吸收熱量，用于改變分子間距離和排列，并不使分子運動加快，所以溫度保持不變。題目中D是錯誤的，因為熱量是與在熱傳遞過程中溫度發(fā)生變化相聯(lián)系的物理量。

小結：

（1）溫度表示物體的冷熱程度，也表示大量分子無規(guī)則運動的快慢程度。溫度是不能傳遞的。

（2）物體溫度升高，它的內能會增加。內能的改變有兩種方法

做功和熱傳遞。

（3）物體吸收了熱量，也不一定使物體溫度升高。在物態(tài)變化的

某些過程中，可以吸收熱量，但溫度保持不變。

（4）溫度高的物體內能不一定大。因為內能不僅跟溫度有關，而且還與其它因素（如質量）有關。

3、加深理解公式的物理意義，注意它們的適用范圍。

關于熱量計算公式，例如：燃料完全燃燒放熱=燃燒值×質量，只適用于燃料完全燃燒的情況，對物體降溫放熱不能適用。

QCmt只適用于溫度改變時熱量的計算，對于物態(tài)變化過程

不再適用。

對于公式還要理解它的意義。例如：QCmt表明物體吸收或放出熱量的多少與物質的比熱、物體的質量和溫度變化都有關系，C、m、Δt與Q間是多因一果的關系，不是一因一果的關系。

在理解熱學公式QCmt物理意義的基礎上，可以進行比熱或其它物理量的比較。

例3甲、乙二物體的質量之比為2：1，吸收的熱量之比是4：3，它們升高的溫度之比是1：3，則甲、乙兩種物質的比熱之比是。

分析與解：因比熱CQ吸/mt，可以把Q1：Q2=4：3，m1：m1=2：1，Δt1：Δt2=1：3代入公式進行計算，得出C1：C2=2：1。如果認為計算繁瑣，可以采用另一種解法。

因

Q1C1m1t1......1Q2C2m2t2......2

（1）/（2）得

Q1Q2C1C2C1C221m1m2t1t221

代入數(shù)據

4313得

C1C2

擴展閱讀：光學知識的歸納

光學知識的歸納

光學包括兩大部分內容：幾何光學和物理光學．幾何光學（又稱光線光學）是以光的直線傳播性質為基礎，研究光在煤質中的傳播規(guī)律及其應用的學科；物理光學是研究光的本性、光和物質的相互作用規(guī)律的學科．一、重要概念和規(guī)律

（一）、幾何光學基本概念和規(guī)律1、基本規(guī)律

光源：發(fā)光的物體。分兩大類：點光源和擴展光源。點光源是一種理想模型，擴展光源可看成無數(shù)點光源的集合。光線：表示光傳播方向的幾何線。

光束：通過一定面積的一束光線。它是經過一定截面光線的集合。光速：光傳播的速度。光在真空中速度最大。恒為C=3×108m/s。丹麥天文學家羅默第一次利用天體間的大距離測出了光速。法國人裴索第一次在地面上用旋轉齒輪法測出了光這。

實像：光源發(fā)出的光線經光學器件后，由實際光線形成的。虛像：光源發(fā)出的光線經光學器件后，由實際光線的延長線形成的。本影：光直線傳播時，物體后完全照射不到光的暗區(qū)。

半影：光直線傳播時，物體后有部分光可以照射到的半明半暗區(qū)域。2．基本規(guī)律

1）光的直線傳播規(guī)律：光在同一種均勻介質中沿直線傳播。小孔成像、影的形成、日食、月食等都是光沿直線傳播的例證。

2）光的獨立傳播規(guī)律：光在傳播時雖屢屢相交，但互不擾亂，保持各自的規(guī)律繼續(xù)傳播。（3）光的反射定律：反射線、入射線、法線共面；反射線與入射線分布于法線兩側；反射角等于入射角。

（4）光的折射定律：折射線、入射線、法線共面，折射線和入射線分布于法線兩側；對確定的兩種介質，入射角（i）的正弦和折射角（r）的正弦之比是一個常數(shù)。介質的折射率n=sini/sinr=c/v。全反射條件①光從光密介質射向光疏介質；②入射角大于臨界角A，sinA=1/n。

（5）光路可逆原理：光線逆著反射線或折射線方向入射，將沿著原來的入射線方向反射或折射。

3．常用光學器件及其光學特性

（1）平面鏡：點光源發(fā)出的同心發(fā)散光束，經平面鏡反射后，得到的也是同心發(fā)散光束。能在鏡后形成等大的、正立的虛像，像與物對鏡面對稱。（2）球面鏡：凹面鏡有會聚光的作用，凸面鏡有發(fā)散光的作用。（3）棱鏡：光密煤質的棱鏡放在光疏煤質的環(huán)境中，入射到棱鏡側面的光經棱鏡后向底面偏折。隔著棱鏡看到物體的像向頂角偏移。棱鏡的色散作用：復色光通過三棱鏡被分解成單色光的現(xiàn)象。

（4）透鏡：在光疏介質的環(huán)境中放置有光密介質的透鏡時，凸透鏡對光線有會聚作用，凹透鏡對光線有發(fā)散作用。

透鏡成像作圖：利用三條特殊光線。成像規(guī)律1/u+1/v=1/f。線放大率m=像長/物長=|v|/u。說明①成像公式的符號法則凸透鏡焦距f取正，凹透鏡焦距f取負；實像像距v取正，虛像像距v取負。②線放大率與焦距和物距有關。

（5）平行透明板光線經平行透明板時發(fā)生平行移動（側移）。側移的大小與入射角、透明板厚度、折射率有關。4．簡單光學儀器的成像原理和眼睛

（1）放大鏡：是凸透鏡在u

①個的干涉現(xiàn)象楊氏雙縫干涉實驗

條件兩束光頻率相同、相差恒定。裝置（略）�，F(xiàn)象出現(xiàn)中央明條，兩邊等距分布的明暗相間條紋。解釋屏上某處到雙孔（雙縫）的路程差是波長的整數(shù)倍（半個波長的偶數(shù)倍）時，兩波同相疊加，振動加強，產生明條；兩波反相疊加，振動相消，產生暗條。應用檢查平面、測量厚度、增強光學鏡頭透射光強度（增透膜）．

②光的衍射現(xiàn)象單縫衍射（或圓孔衍射）

條件縫寬（或孔徑）可與波長相比擬。裝置（略）。現(xiàn)象出現(xiàn)中央最亮最寬的明條，兩邊不等距發(fā)表的明暗條紋（或明暗鄉(xiāng)間的圓環(huán)）。困難問題難以解釋光的直進、尋找不到傳播介質。

（3）電磁說（麥克斯韋）基本觀點認為光是一種電磁波。實驗基礎赫茲實驗（證明電磁波具有跟光同樣的性質和波速）。各種電磁波的產生機理無線電波自由電子的運動；紅外線、可見光、紫外線原子外層電子受激發(fā)；x射線原子內層電子受激發(fā)；γ射線原子核受激發(fā)。可見光的光譜發(fā)射光譜連續(xù)光譜、明線光譜；吸收光譜（特征光譜。困難問題無法解釋光電效應現(xiàn)象。

（4）光子說（愛因斯坦）基本觀點認為光由一份一份不連續(xù)的光子組成每份光子的能量E=hν。實驗基礎光電效應現(xiàn)象。裝置（略）�，F(xiàn)象①入射光照到光電子發(fā)射幾乎是瞬時的；②入射光頻率必須大于光陰極金屬的極限頻率ν。；

③當ν＞v。時，光電流強度與入射光強度成正比；④光電子的最大初動能與入射光強無關，只隨著人射光燈中的增大而增大。解釋①光子能量可以被電子全部吸收．不需能量積累過程；②表面電子克服金屬原子核引力逸出至少需做功（逸出功）hν。；③入射光強。單位時間內入射光子多，產生光電子多；④入射光子能量只與其頻率有關，入射至金屬表，除用于逸出功外。其余轉化為光電子初動能。困難問題無法解釋光的波動性。

（5）光的波粒二象性基本觀點認為光是一種具有電磁本性的物質，既有波動性。又有粒子性。大量光子的運動規(guī)律顯示波動性，個別光子的行為顯示粒子性。實驗基礎微弱光線的干涉，X射線衍射．

二、重要研究方法

1．作圖鋒幾何光學離不開光路圖。利用作圖法可以直觀地反映光線的傳播，方便地確定像的位置、大小、倒正、虛實以及成像區(qū)域或觀察范圍等．把它與公式法結合起來，可以互相補充、互相驗證。

2．光路追蹤法用作圖法研究光的傳播和成像問題時，抓住物點上發(fā)出的某條光線為研究對象。不斷追蹤下去的方法．尤其適合于研究組合光具成多重保的情況。

3．光路可逆法在幾何光學中，一所有的光路都是可逆的，利用光路可逆原理在作圖和計算上往在都會帶來方便。

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