【高考知识点】关于高中物理中有关光的一系列知识的记忆方法和解释
这是咱第一次发专栏，作为山东课改第一年的物理的考生想分享一下自己的一些小经验
本篇所写内容全部是来自我对这部分知识浅显的理解，若有错误敬请大佬指正。
那么我们开始正题：
首先摆出我的一系列记忆技巧：下面的逻辑链中任意两条都可以相互推出，且在已知任意一条条件的情况下可以推出下面所有的条件。
仅用紫光与红光作对比，突出红光的性质有：红光—能量小—折射角大—折射率小—频率小—周期长—波长长—速度快—不容易全反射—双缝干涉条纹间距大—单缝衍射中间的最粗光带粗—热效应强—不易发生光电效应—激发的光电子最大初动能小—饱和光电流大？—遏制电压小......
好的，上述内容是我根据各种物理公式和现象总结的“逻辑推理链”。而且我们可以把红光和紫光进一步的各抽象为波长长的光和波长稍短的光。因为我认为具体到可见色光更容易根据现象（标题图）理解，所以这里那红光和紫光作比较。
前置知识----光疏介质和光密介质：在这里，我们相对地将“光在其中传播速度较大的介质”称为光疏介质，将“光在其中传播速度较小的介质”称为光密介质。举一个我自己认为生动但是略失科学性的例子：蚯蚓在疏松多孔的土壤中比在板结成块的土壤中能更容易也能更快地挖掘移动（如果它想的话），光和介质的关系与这个例子中蚯蚓和土壤的关系仅在“传播速度”这个特点上是一样的，介质间的疏和密是相对的，而在“疏“的介质中，光传播速度快。这个知识将在下面用到，这里先解释一下。
开始对上述逻辑链解释：
能量小：通过太阳高能量紫外线能晒伤皮肤得知，紫外线能量很大—紫外线波长比紫光短，红光比紫光波长还短，所以红光的能量相对小。对应公式（E=普朗克常数x频率，频率等于周期的倒数，波速等于波长除以周期）
折射角大：从图中看出，在混合光（图上表示为黑线，记作紫光和红光的混合光）入射角一定的情况下，红光的折射角明显小小于紫光的折射角，当入射光射入水中时，发生折射现象也就是发生关于入射光线延长线的偏折，而红光基本上不发生偏折，但是紫光却发生较大角度偏折，且偏向法线，所以红光的折射角更大。另外不管从什么介质间传播，红光发生关于入射光延长线偏折的角度都要小于紫光。
折射率小：确切的讲是水对从空气里射入的红光的折射率小，接上一条，折射率我们可以看做是“介质使光发生折射能力的量度”所以这里水折射红光的能力较弱，也就是红光在水中发生的折射现象不明显，也就是几乎不发生折射（也就是偏折）。而从空气射入水是由光疏介质射入光密介质折射角应比入射角大。反过来当一束混合光从水中以较小入射角（不发生全反）射向空气，那么此时仍然是红光几乎不发生偏折，而此时紫光的折射角将会小于红光，因为此时的混合光入射角应大于红和紫光的折射角。本段叙述有些啰嗦，核心部分还是在于前面我对折射率的那个带引号的解释。
频率小-周期长：对于这两个物理量，我们放在一起来看。根据定义，周期的倒数是频率，频率的倒数是周期，而又根据光子的能量公式，我们知道能量=普朗克常数x光的频率，也就是说光的频率越大，对应光子能量越大。这里我们可以尝试用频率更大的紫外线代表紫光来理解记忆，紫外线一般作为日常生活中能见到的高能射线，可用于鉴定纸币真假、使胶片感光、杀菌消毒等。而这些用途都或多或少地依赖于紫外线光子的能量大，而跟紫外线频率相差不多的紫光，相对红光来说频率也不会小太多，所以我们记住了红光的频率相对小，而取倒数后的周期相对长。
波长长：根据那个最质朴的速度位移公式，我们知道速度x时间=位移，而对于光，这个公式仍然成立，只不过，我们这里的速度是一个定值，也就是真空中的光速。进而这里的时间也就是光的周期，光是一种电磁波，所以在一个周期内传播的位移就是波长。所以很明了了，红光的周期长，光速是定值，那么波长就应该比紫光更长。
速度快：这里说红光速度相对快看似与上一条矛盾，但是这里的速度指的是入水后的速度，也就是说在水中传播时，红光的传播速度比紫光大。没错，任何光在真空中的传播速度都约等于三十万千米每秒，但是光在不同介质中的传播速度是不同的，光在不同介质中的传播速度是不同的，光在不同介质中的传播速度是不同的！光在不同的介质中传播，不发生改变的是能量，也就是频率不发生改变。根据光在介质中的传播速度改变特点，我们知道“介质中的光速=真空中的光速 除以 折射率”而空气、水、玻璃的折射率都大于一，一个正实数除以一个大于一的数都小于它本身，而红光的折射率又小于紫光，所以这里红光在入水后的速度大于紫光，而且不管是紫光还是红光，从空气射入水中后速度都会变慢，所以这里可以认为红光入水后速度变慢得少一点。
另外再啰嗦一句，光从空气射入水中后波长会变短，波长会变短，波长会变短！而且可以证明“入水后的波长=入水前的波长除以折射率”。这个很好证明，将“光的速度（不管是在介质或者真空中的速度都可以）=波长除以周期”带入“介质中的光速=真空中的光速除以折射率”便可以得到“光在介质中的波长=光在真空中的波长除以折射率”。但是这里却没有办法像速度那样，比较紫光和红光入水前后波长的变化幅度。之所以速度这一物理量可以比较变化幅度，是因为红光和紫光在真空中的光速都是定值，进而可以根据折射率比较变化幅度。而在真空中，红光和紫光的频率、波长不同，且都是带有范围的不精确物理量，所以根据我们上面得到的公式（光在介质中的波长=光在真空中的波长除以折射率）就只能得出“单色光射入水中波长的确变小了，但是变小幅度不确定”这一结论。我们需要知道红光和紫光的具体的波长或者频率大小，才能求出各自的变化幅度。但是如果换一种色光或者取值，我们便又不得而知了，所以这个结论不具有普适性，故不列举于上面的逻辑链。这个推理我想了很久，但是始终得出的结论都是如上内容。
不容易发生全反射：这个地方就用到上面这张图了，因为全反射仅发生在“光从光密介质射入光疏介质的过程中”。而光线从水中射入空气发生全反射的条件是”入射角大于或等于临界角“而临界角的正弦值又等于折射率的倒数，思考一下，我们便可以知道，红光的折射率小所以临界角的正弦值大，在一般的折射现象中，入射角的值都是在0°到90°之间的某个值，所以这里红光的临界角大，所以，当混合可见光从水中射入空气时，如果入射角从小变大，红光则是最后发生全反射的，故称“不容易发生全反射”。
双缝干涉条纹间距大：这里涉及到人教版高中物理课本3-4中一个很重要的实验了，关于这个实验这里不多提及了。从课本上我们能得到一个等式（双缝干涉条纹间距=双缝屏到光屏间的距离L除以双缝间距D的值再乘以对应光的波长）在实验中L和D都是定值，所以波长相对长的红光的双缝干涉条纹间距就大了。
单缝衍射中间的最粗光带粗：这句话有点绕，正好借此区分一下单缝实验和双缝实验的部分不同，首先单缝是“衍射”，双缝是“干涉”，注意不要写错别字。然后在双缝干涉中，我们也利用到了单缝，其作用是获得线状光源，这样方便我们观察光带。经过双缝干涉形成的光带是等间距（间距指相邻亮条纹或暗条纹之间的距离）且粗细相同的光带。而单缝衍射中得到的光带是粗细不同且不等间距的光带，其中最中间的光带最粗最明亮。而不同的光发生单缝衍射时，形成的中间的最粗的光带粗细也不同，根据实验图片，我们得出红光的此光带最粗，进而可以用于比较其他的光。稍微提一下，对于相同入射光，单缝越窄衍射现象越明显，所以中间最粗光带越粗，这是两种不同的比较，请注意区分。
热效应强：这个性质其实很复杂，而且不单单和光本身有关。因为这条结论来着于模拟题中的一个选项，所以也可能没有很广的普适度，但是就可见光而言，红光的热效应是强于紫光的。这条性质最初是来自于红外线的热效应很强，所以我类推红光的热效应应该比紫光的热效应强（对于照射一般物体来说）。关于光的热效应我的理解是，光作为电磁波，能够引起组成固体的粒子的振动，而当光的频率等于或者接近固体粒子震动的固有频率时，固体粒子发生共振，然后以光能作为能量源而产生内能。微波是一种波长很长、周期很长、频率很低、能量很小的电磁波，常用于给食物加热，这是我们都知道的，而它加热食物的原理，就是使食物中的水分子发生共振。当然，它的频率肯定是接近水分子振动的固有频率了。微波炉加热完的食物一般都会很干，其中一个原因也是因为这个吧。
不易发生光电效应：这里进入物理3-5中关于光电效应的知识点了。我们知道当光照射到金属表面时，金属表层的自由电子会吸收光子并向外发散形成光电子，而一个电子一般只能吸收一个光子（当入射光是高能激光时可以吸收多个），而这一个光子就为这个电子提供的挣脱金属原子束缚的能量。不难得知，光子的能量越大（这里也就是紫光），光电子的动能越大，越容易发生光电效应。
激发的光电子最大初动能小：再接上条，最大初动能指发生光电效应的光电子在挣脱原子核束缚后所具有的最大能量，而挣脱原子核束缚的（最小）能量消耗叫做逸出功。也就是光电子克服原子核束缚力逸出金属表面过程中所做的负功。光子的能量减去这个逸出功，便等于最大初动能。那么光电子的动能与那些物理量有关呢？我认为至少和光子能量、被激发电子所处的“深度”、射出金属表面的方向、在逸出时是否碰撞其他粒子有关。具有最大初动能的光电子，应该具有的特征是“被能量大的光子激发、位于金属表面、垂直射出金属表面且不发生与其他粒子（主要就是其他电子）的碰撞”。这样，我们可以认为红光激发的光电子的最大初动能就比紫光所激发的光电子的最大初动能小了。
饱和光电流大？：（在本条目中，我真的没有得出一个精确的结论，但是我真的很感兴趣，希望能和大家讨论一下）在发生光电效应之后，如果光电子因此产生了定向移动，我们说这个过程产生了光电流，如果在发生光电效应的金属板与另一极板间加入给光电子加速的电场（也就是外接一个电源），那么光电流便会因为单位时间内定向移动的光电子数量增加而增大，随着外加电源的电动势逐渐增大，如果单位时间的被激发的光电子全部都能定向移动到另一极板，那么此时再升高电势差，也不会有更多的光电子逸出，此时的电流成为饱和电流。那么到底是红光的饱和电流大还是紫光的饱和电流大呢，这其实也是一个因为定义不同而模棱两可的问题，第一种解释如果限制光照强度不变，且光照强度的定义是一束光单位时间射出的能量大小。那么根据紫光光子能量大于红光光子这一性质，我们知道紫光在单位时间所激发的光电子数量小于红光所激发的光电子数量。所以这样看似乎是红光的饱和电流更大（如果这里每一个光子都能激发出光电子）但看第二种解释，若光照强度的定义是单位时间在单位面积上光源发出的光子数量多少，那么红光和紫光的饱和光电流就应该是一样大的了。这个问题更麻烦的是，红光和紫光能激发位于金属板不同深度的电子，而紫光恰恰激发的光电子原先所处的位置比红光所激发的光电子所处位置要深，这正好是能够驳斥上面两中观点的有力依据，因为如果紫光能够激发更深层的电子，那么当光照强度（第二种解释）高到一定程度时，红光所能激发的电子全部逸出，而紫光却能激发更多深层的电子，这样解释的话紫光的饱和电流就要更大了。我的物理老师给出的讲解是高中阶段认定第一种光照强度的定义且不考虑被激发的电子所处深度问题。如果这样，那么就可以说，当光照强度一定且当红紫光都能发生光电效应时，红光能激发的光电子数量大于紫光，红光的饱和光电流大于紫光的饱和光电流。
遏制电压小：关于这个物理量，结论就很精确且容易理解了。和上面相似，如果在发生光电效应的金属板与另一极板间加入给光电子减速的电场，那么逸出金属表面的光电子就又要克服电场力了，当具有最大初动能的光电子克服电场力做的功等于这个光电子的最大初动能时，此时的外接电动势就是遏制电压。从实验现象上分析，具有最大初动能的电子将这份动能完全转化为了电势能而刚好移动到了另一极板，最终没有进入电路，在那一瞬间速度为零，下一时刻便又反向加速回到金属表面了。由此，我们知道光子的能量越大（这里就是紫光）最大初动能就越大，需要的这个用于减速电子的”遏制电压“就越大。所以红光的遏制电压相对与紫光来说更小。
如果您能够阅读到这里，那么我向这样耐心而热爱物理的您致以最诚挚的感谢。作为一个正在准备高考的考生，完成这样一篇文章算是为了自己的高考复习进行一次系统化的整理，而如果我的这篇文章能够帮到屏幕前的您，或者给您带来了一些启发，我会非常自豪和荣幸，谢谢。同时，正因为是我只是一个普通的学生，这片斗胆发表的文章中可能存在一些不恰当、不科学、甚至错误的结论。我在这里虚心接受您的指正，并尽力地再去思考研究。
济南市历城第一中学高三学子
2020年5月25日
--------高 中 物 理--------
