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振動與波、光學、原子物理(1)

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2011屆高考黃岡中學物理沖刺講解、練習題、預測題11:第6專題 振動與波、光學、原子物理(1)               

(一)振動與波、光學

考點預測

振動與波是歷年高考的必考內容,其中命題率最高的知識點為波的圖象、波長、頻率、波速及其相互關系,特別是波的圖象與振動圖象的關系,如2009年高考北京理綜卷第17題、全國理綜卷Ⅰ第20題、福建理綜卷第17題,一般以選擇題的形式出現,試題信息量大、綜合性強,一道題往往考查多個概念和規律.其中波的圖象,可以綜合考查對波的理解能力、推理能力和空間想象能力.

高考對光學部分的考查主要有:①光的折射現象,全反射;②光的干涉、衍射和偏振現象;③平面鏡成像的作圖方法;④雙縫干涉實驗測定光的波長;⑤光電效應現象.

要點歸納

一、振動與波

單擺

(1)特點:①單擺是理想模型;②單擺的回復力由重力沿圓弧方向的分力提供,當最大擺角α<10°時,單擺的振動可看做簡諧運動,其振動周期T=2π.

(2)應用:①計時器;②測定重力加速度gg=.

二、振動圖象與波動圖象的區別與聯系

 

[來源:Z,xx,k.Com]

振動圖象

波動圖象

圖象

研究對象

一個質點

所有質點

物理意義

橫軸上各點表示各個時刻,圖象表示一個質點各個時刻的位移情況

橫軸上各點表示質點的平衡位置,圖象表示某一時刻各個質點的位移情況

圖象形成的物理過程

相當于順序“掃描”的結果

相當一次“拍照”的結果

所能提供的信息

直接得出振幅、周期

直接得出振幅、波長

可以算出頻率

據波速、波長和頻率(周期)的關系求其中一個量

可以判斷出位移、加速度、回復力間的變化關系

振動方向和傳播方向的關系

 

三、機械波與電磁波

 

 

機械波

電磁波

對象

研究力學現象

研究電磁現象

周期性變化的物理量

位移隨時間和空間做周期性變化

電場E和磁場B隨時間和空間做周期性變化

傳播

傳播需要介質,波速與介質有關,與頻率無關,分橫波和縱波兩種,傳播機械能

傳播不需要介質,在真空中波速總是c,在介質中傳播時,波速與介質及頻率都有關系.電磁波都是橫波,傳播電磁能

特性

v=,都會發生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效應

產生

由質點(波源)的振動產生

無線電波由振蕩電路產生

光也是電磁波的一種,由原子能級躍遷發出

 

四、平面鏡成像

1.平面鏡改變光的傳播方向,而不改變光的性質.

2.平面鏡成像的特點:等大、正立、虛像,物、像關于鏡面對稱.

3.成像作圖要規范化.

射向平面鏡的入射光線和反射光線要用實線,并且要用箭頭標出光的傳播方向.反射光線的反向延長線只能用虛線,虛線上不能標箭頭.

鏡中的虛像是物體射到平面鏡上所有光線的反射光線反向延長后相交形成的.在成像作圖中,可以只畫兩條光線來確定像點.

法線既與界面垂直,又是入射光線與反射光線夾角的平分線.

平面鏡轉過一個微小的角度α,法線也隨之轉過角度α,當入射光線的方向不變時,反射光線則偏轉2α

五、光的折射定律

1.折射率:光從真空射入某種介質發生折射時,入射角θ1的正弦與折射角θ2的正弦之比為定值n,叫做這種介質的折射率,表示為n=.實驗和研究證明,某種介質的折射率等于光在真空中的傳播速度c跟光在這種介質中的傳播速度v之比,即n=.

2.折射現象中光路是可逆的.

六、全反射和臨界角

1.全反射的條件:(1)光從光密介質射向光疏介質;(2)入射角大于或等于臨界角.

2.臨界角:使折射角等于90°時的入射角,某種介質的臨界角C用sin C=計算.

七、用折射定律分析光的色散現象

在分析、計算光的色散時,要掌握好折射率n的應用及有關數學知識,著重理解兩點:①光的頻率(顏色)由光源決定,與介質無關;②在同一介質中,頻率越大的光的折射率越大,再應用n==等知識,就能準確而迅速地判斷有關色光在介質中的傳播速度、波長、入射光線與折射光線的偏折程度等問題.

八、光的波動性

1.光的干涉

(1)干涉條件:兩束光的頻率相同,并有穩定的相位差.

(2)雙縫干涉:兩列光波到達某點的路程差為波長的整數倍時,該處的光互相加強,出現亮條紋;當到達某點的路程差為半波長的奇數倍時,該處的光互相削弱,出現暗條紋.相鄰兩條亮條紋(或暗條紋)的間距Δxλ

(3)薄膜干涉:從薄膜前后表面反射的兩列波疊加產生的干涉.應用:檢查平面的平整度、增透膜等.

2.光的衍射

發生明顯衍射的條件:障礙物的尺寸跟光的波長相近或比光的波長還小.

光的衍射條紋和干涉條紋不同.泊松亮斑是光的衍射引起的.

3.光的電磁說

麥克斯韋提出“光是一種電磁波”的假設,赫茲用實驗驗證了電磁說的正確性.

九、光的粒子性

1.光電效應

(1)現象:在光的照射下物體發射電子(光電子)的現象.

(2)規律:任何金屬都存在極限頻率,只有用高于極限頻率的光照射金屬時,才會發生光電效應.在入射光的頻率大于金屬的極限頻率的情況下,從光照射到金屬上到金屬逸出光電子的過程,幾乎是瞬時的.光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大,與光的強度無關.單位時間內逸出的光電子數與入射光的強度成正比.

2.光電效應方程:mvm2W

3.光子說:即空間傳播的光是不連續的,而是一份一份的,每一份的能量等于(ν為光子的頻率),每一份叫做一個光子.

4.光的波粒二象性:光的干涉、衍射現象說明光具有波動性,光電效應表明光具有粒子性,因此光具有波粒二象性.

5.物質波:任何一個運動的物體(小到電子大到行星)都有一個波與它對應,波長λ=(p為物體的動量).

熱點、重點、難點

一、簡諧運動的動力學問題

圖6-1

●例1 如圖6-1所示,一個彈簧振子在光滑水平面上的AB兩點之間做簡諧運動.當振子經過最大位移處(B點)時,有塊膠泥落在它的上面,并隨其一起振動,那么后來的振動與原來相比較(  )

A.振幅的大小不變                                    B.加速度的最大值不變

C.速度的最大值變小                                 D.彈性勢能的最大值不變

【解析】當振子經過最大位移處(B點)時,膠泥落在它的上面,在此過程中,膠泥減少的重力勢能全部轉變為內能,振子(含膠泥)在B點的速度仍為零,則其仍以O點為平衡位置做簡諧運動,且振幅的大小不變.于是,最大回復力和最大彈性勢能不變.由于質量增大,則其最大加速度變小,在平衡位置的速度(即最大速度)變小.綜上可知,選項A、C、D正確.

[答案] ACD

【點評】解決本題的關鍵在于正確理解簡諧運動的特征,了解簡諧運動中各個物理量的變化,找到“振幅的大小不變”這一突破口,進而分析求解.簡諧運動具有以下規律.

①在平衡位置:速度最大、動能最大、動量最大,位移最小、回復力最小、加速度最小、勢能最小.

②在位移大小等于振幅處:速度最小、動能最小、動量最小,位移最大、回復力最大、加速度最大、勢能最大.

③振動中的位移x都是以平衡位置為起點的,方向從平衡位置指向末位置,大小為這兩位置間的直線距離.加速度與回復力的變化一致,在兩個“端點”最大,在平衡位置為零,方向總是指向平衡位置.

二、簡諧運動的圖象、波的圖象

●例2 一列簡諧橫波以1 m/s的速度沿繩子由AB傳播,質點AB間的水平距離為3 m,如圖6-2甲所示.若t=0時質點A剛從平衡位置開始向上振動,其振動圖象如圖6-2 乙所示,則B點的振動圖象為圖6-2丙中的(  ) 

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