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物 理
第6章 光现象及应用
6.1 光的折射与反射
6.2 激光的特性与应用
6.1 光的折射与反射
1．光源
能够自行发光的物体叫做光源，例如，太阳、电灯和点燃的蜡烛等．
在研究光学问题时，如果光源本身的大小与其到观察点的距离相比小得多，可以忽略不计，并且均匀地向周围发光，这时的光源可以看作是一个发光的点，叫做点光源．
2．光的直线传播
光能够在其中传播的物质叫做光介质，简称介质．光在真空或同一均匀介质中，是沿直线传播的．
6.1.1 光的直线传播
3．光的传播速度
光的传播速度非常快，光在真空中的传播速度约为30万千米/秒，用 c 表示，即
1．光的折射现象
光从一种介质进入另一种介质时，会发生方向上的变化，光的这种方向变化叫做光的折射．
2．折射率
当光从真空射入其他不同的介质时，会发生不同程度的偏折，这种现象显示了介质对光的一种性质．为了描述介质的这种性质，人们把光在真空中的速度 c 和在介质中的速度 v 之比叫做折射率，用 n 来表示，即
6.1.2 光的折射
3．折射定律
当光在两种不同介质中发生折射时，其光路图如图所示．光线 AO 称为入射光线，光线 OB 称为折射光线，垂直于截面的直线 MN 叫做法线，入射光线与法线的夹角 I 叫做入射角，折射光线与法线间的夹角 r 叫做折射角．
折射角和入射角之间的定量关系，即
这个规律称为光的折射定律，也叫做斯涅耳定律．
我们把光从真空射入某种介质时，入射角i的正弦与折射角 r 的正弦之比，叫做这种介质的折射率，即
在折射现象中，光路是可逆的，即如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射，光传播的路径不变．
1．光的反射
6.1.3 光的反射
光从一种介质射入另一种介质的表面时，有部分光返回原介质的传播现象叫做光的反射．如图所示．其中光线 OB 称为反射光线，i 为反射角．
在光的反射中，反射光线位于入射光线和法线所决定的平面内，反射光线和入射光线分别位于法线两侧，反射角等于入射角，在光的反射现象中，光路也是可逆的．
2．全反射现象
当光从光密介质射向光疏介质，并且入射角大于某一角度时，折射光线完全消失，只剩下反射光，这种现象叫做全反射现象．
在全反射现象中，我们把折射角等于90°，即刚好发生全反射时的入射角叫做临界角，用 C 表示．不同的介质，由于折射率不同，其临界角也不同，根据折射定律，可得
3．光导纤维原理及应用
光纤是用纯度极高的石英拉制成的极细的丝，直径在几 μm 到100 μm 之间，由内芯和外套组成．由于内芯材料的折射率比外套的折射率大，光线在内芯和外套的界面上发生全反射，使得光在光纤中沿着纤芯传播，如图所示．光在内芯中的传播，几乎不发生散逸，因此光能损耗非常小．
6.2 激光的特性与应用
1．激光产生的原理
原子是由原子核和绕核高速运动的电子组成，原子核外的电子可能处于不同的轨道上，导致原子处于若干不连续的状态，因此，每个状态对应的能量也是不连续的，这些不连续的能量值叫做能级．
原子在不受外界辐射场影响下，自发由高能级跃迁至低能级，同时放出一个光子的自发过程叫做自发辐射．
当处在高能级上的原子受到某一光子的激发，会从高能级跃迁到低能级上，并且会发出一个与激发光子一样的光子，这种现象叫做受激辐射．
6.2.1 激光的特性
原子发生受激辐射时，发出的光子与引起受激辐射的光子完全一样，若这些光子在介质传播时再引起其他原子发生受激辐射，就会产生越来越多相同的光子，使光得到加强，这就是激光．
2．激光的特性
激光主要具有以下4个方面显著的特性．
（1）方向性好
（2）亮度高、能量大
（3）单色性好
（4）相干性好
激光的应用主要表现在以下几个方面：
6.2.2 激光的应用
激光的应用
1．激光通信
2．激光照相排版
3．激光手术
4．激光打孔
5．激光焊接
6．激光武器
7．全息照相
第7章 核能及应用
7.1 原子结构
7.2 核能与核技术
7.1 原子结构
卢瑟福提出了原子的核式结构模型：原子中的绝大部分空间是空的，原子的几乎全部重量都集中在原子的中心，即原子核．原子核的直径大约是原子直径的十万分之一．原子中的全部正电荷都在原子核中，带负电的电子在核外空间绕着原子核旋转．
7.1.1 原子结构模型
1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核，发现某些粒子能够把氮核中的粒子驱逐出来，使氮核变成一个新的原子核．经过试验，卢瑟福测出了这个新粒子的质量和电荷，确定了这个新粒子为质子．
在发现质子的基础上，卢瑟福的学生查德威克证实了原子核内存在不带电的中子的这一猜想。质子和中子统称为核子．
质子带正电，中子不带电；质子和中子的质量几乎相等，而原子核的质量近似等于质子和中子的质量之和；原子核内的质子数等于核外电子数．
7.1.2 原子核的组成
1．天然放射现象
像铀、钋和镭这样的物质放射射线的性质叫做放射性．具有放射性的元素叫做放射性元素．元素的这种自发地放出射线的现象叫做天然放射现象．
对放射性元素发出的射线进行研究，发现它们在垂直穿过磁场时分为3束，人们把这3束射线分别叫做 α 射线、β 射线和 γ 射线．根据电磁学的知识可以判断， γ 射线不带电，α 射线带正电，β 射线带负电．
7.1.3 天然放射现象
2．放射性物质对生物体的影响
人在接受微量的辐射时并不会受到损伤，只有大剂量和长时间的辐射会造成伤害．我国在放射性物质管理方面有很多严格的规定，在放射性物质的使用、搬运和处理等方面都做了严格的限制，能够保障人们的安全．
3．放射性物质的防护
放射性物质的防护措施
（1）对放射性辐射进行检测
（2）安全存放放射性物质
（3）对放射性物质进行处理
7.2 核能与核技术
由于核子之间存在着核力，所以原子核分裂成核子或者核子结合成原子核都伴随着巨大的能量变化，这种能量称为核能，又称原子能．
1905年，爱因斯坦根据狭义相对论原理指出，物体的质量 m 与它的能量 E 之间存在密切的关系，即
式中，c 表示光速，这就是著名的爱因斯坦质能方程．
在核反应中，反应前所有的核子的质量之和与反应后新核的质量之差叫做质量亏损．核子在结合成原子核时出现质量亏损，因此要释放出能量．用 表示亏损的质量，用 表示释放出的能量，则
7.2.1 核能
1．裂变
重原子核分裂成两个中等质量原子核的过程叫做裂变．
7.2.2 重核裂变
由于一般情况下，铀核裂变时总要释放出2～3个中子，这些中子又会引起其他铀核的裂变，这样裂变反应就会不断地进行下去，释放出越来越多的能量，这就是链式反应．
铀块的体积大小是产生链式反应的重要因素．能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做临界体积，相应的质量叫做临界质量．
2．链式反应
3．应用（见教材）
1．聚变
某些较轻的两个原子核结合成一个较重的原子核时，能释放出更多的能量，这种现象称为聚变．
2．热核反应
当物质达到1 000万摄氏度以上的高温时，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服它们之间的作用力，在相互碰撞时发生聚变，因此，聚变反应又叫做热核反应．热核反应一旦发生，就不需要外界给它能量，靠自身产生的热量就可以使反应进行下去．
7.2.3 轻核聚变
3．应用（见教材）

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