高考物理振动与波光学原子物理冲刺专题复习.docx

1、高考物理振动与波光学原子物理冲刺专题复习2011届高考物理振动与波、光学、原子物理冲刺专题复习2011届高考黄冈中学物理冲刺讲解、练习题、预测题11：第6专题振动与波、光学、原子物理(1) (一)振动与波、光学 知识网络考点预测 振动与波是历年高考的必考内容，其中命题率最高的知识点为波的图象、波长、频率、波速及其相互关系，特别是波的图象与振动图象的关系，如2009年高考北京理综卷第17题、全国理综卷第20题、福建理综卷第17题，一般以选择题的形式出现，试题信息量大、综合性强，一道题往往考查多个概念和规律其中波的图象，可以综合考查对波的理解能力、推理能力和空间想象能力 高考对光学部分的考查主要有

2、：光的折射现象，全反射；光的干涉、衍射和偏振现象；平面镜成像的作图方法；双缝干涉实验测定光的波长；光电效应现象 要点归纳 一、振动与波 单摆 (1)特点：单摆是理想模型；单摆的回复力由重力沿圆弧方向的分力提供，当最大摆角10时，单摆的振动可看做简谐运动，其振动周期T2Lg (2)应用：计时器；测定重力加速度g，g42LT2 二、振动图象与波动图象的区别与联系 振动图象 波动图象 图象 研究对象 一个质点 所有质点 物理意义 横轴上各点表示各个时刻，图象表示一个质点各个时刻的位移情况 横轴上各点表示质点的平衡位置，图象表示某一时刻各个质点的位移情况 图象形成的物理过程 相当于顺序“扫描”的结果

3、相当一次“拍照”的结果 所能提供的信息 直接得出振幅、周期 直接得出振幅、波长 可以算出频率 据波速、波长和频率(周期)的关系求其中一个量 可以判断出位移、加速度、回复力间的变化关系 振动方向和传播方向的关系 三、机械波与电磁波 机械波 电磁波 对象 研究力学现象 研究电磁现象 周期性变化的物理量 位移随时间和空间做周期性变化 电场E和磁场B随时间和空间做周期性变化 传播 传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关，分横波和纵波两种，传播机械能 传播不需要介质，在真空中波速总是c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关系电磁波都是横波，传播电磁能 特性 vT，都会发生反射、折射、干涉、衍射、多普

4、勒效应产生 由质点(波源)的振动产生 无线电波由振荡电路产生 光也是电磁波的一种，由原子能级跃迁发出 四、平面镜成像 1平面镜改变光的传播方向，而不改变光的性质 2平面镜成像的特点：等大、正立、虚像，物、像关于镜面对称 3成像作图要规范化 射向平面镜的入射光线和反射光线要用实线，并且要用箭头标出光的传播方向反射光线的反向延长线只能用虚线，虚线上不能标箭头 镜中的虚像是物体射到平面镜上所有光线的反射光线反向延长后相交形成的在成像作图中，可以只画两条光线来确定像点 法线既与界面垂直，又是入射光线与反射光线夹角的平分线 平面镜转过一个微小的角度，法线也随之转过角度，当入射光线的方向不变时，反射光线则

5、偏转2 五、光的折射定律 1折射率：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角1的正弦与折射角2的正弦之比为定值n，叫做这种介质的折射率，表示为nsin 1sin 2实验和研究证明，某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比，即ncv 2折射现象中光路是可逆的 六、全反射和临界角 1全反射的条件：(1)光从光密介质射向光疏介质；(2)入射角大于或等于临界角 2临界角：使折射角等于90时的入射角，某种介质的临界角C用sin C1n计算 七、用折射定律分析光的色散现象 在分析、计算光的色散时，要掌握好折射率n的应用及有关数学知识，着重理解两点：光的频率(颜色)由光源决定

6、，与介质无关；在同一介质中，频率越大的光的折射率越大，再应用ncv0等知识，就能准确而迅速地判断有关色光在介质中的传播速度、波长、入射光线与折射光线的偏折程度等问题 八、光的波动性 1光的干涉 (1)干涉条件：两束光的频率相同，并有稳定的相位差 (2)双缝干涉：两列光波到达某点的路程差为波长的整数倍时，该处的光互相加强，出现亮条纹；当到达某点的路程差为半波长的奇数倍时，该处的光互相削弱，出现暗条纹相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距xLd (3)薄膜干涉：从薄膜前后表面反射的两列波叠加产生的干涉应用：检查平面的平整度、增透膜等 2光的衍射 发生明显衍射的条件：障碍物的尺寸跟光的波长相近或比光的波长

7、还小 光的衍射条纹和干涉条纹不同泊松亮斑是光的衍射引起的 3光的电磁说 麦克斯韦提出“光是一种电磁波”的假设，赫兹用实验验证了电磁说的正确性 九、光的粒子性 1光电效应 (1)现象：在光的照射下物体发射电子(光电子)的现象 (2)规律：任何金属都存在极限频率，只有用高于极限频率的光照射金属时，才会发生光电效应在入射光的频率大于金属的极限频率的情况下，从光照射到金属上到金属逸出光电子的过程，几乎是瞬时的光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，与光的强度无关单位时间内逸出的光电子数与入射光的强度成正比 2光电效应方程：12mvm2hW 3光子说：即空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份

8、的能量等于h(为光子的频率)，每一份叫做一个光子 4光的波粒二象性：光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应表明光具有粒子性，因此光具有波粒二象性 5物质波：任何一个运动的物体(小到电子大到行星)都有一个波与它对应，波长hp(p为物体的动量) 热点、重点、难点 一、简谐运动的动力学问题 图61 例1如图61所示，一个弹簧振子在光滑水平面上的A、B两点之间做简谐运动当振子经过最大位移处(B点)时，有块胶泥落在它的上面，并随其一起振动，那么后来的振动与原来相比较() A振幅的大小不变 B加速度的最大值不变 C速度的最大值变小 D弹性势能的最大值不变 【解析】当振子经过最大位移处(B点)时，胶泥

9、落在它的上面，在此过程中，胶泥减少的重力势能全部转变为内能，振子(含胶泥)在B点的速度仍为零，则其仍以O点为平衡位置做简谐运动，且振幅的大小不变于是，最大回复力和最大弹性势能不变由于质量增大，则其最大加速度变小，在平衡位置的速度(即最大速度)变小综上可知，选项A、C、D正确 答案ACD 【点评】解决本题的关键在于正确理解简谐运动的特征，了解简谐运动中各个物理量的变化，找到“振幅的大小不变”这一突破口，进而分析求解简谐运动具有以下规律 在平衡位置：速度最大、动能最大、动量最大，位移最小、回复力最小、加速度最小、势能最小 在位移大小等于振幅处：速度最小、动能最小、动量最小，位移最大、回复力最大、加

10、速度最大、势能最大 振动中的位移x都是以平衡位置为起点的，方向从平衡位置指向末位置，大小为这两位置间的直线距离加速度与回复力的变化一致，在两个“端点”最大，在平衡位置为零，方向总是指向平衡位置 二、简谐运动的图象、波的图象 例2一列简谐横波以1 m/s的速度沿绳子由A向B传播，质点A、B间的水平距离为3 m，如图62甲所示若t0时质点A刚从平衡位置开始向上振动，其振动图象如图62 乙所示，则B点的振动图象为图62丙中的() 图62 【解析】由题意知，vT4 m 故lAB34，经过t34T3 s时间B点开始振动 又由波的传播特性可知，每点开始振动的方向与振源的起振方向相同，故知B点的振动图象为B

11、 答案B 【点评】本例虽然只要求B的振动图象，但解析过程必须弄清楚波的传播过程，可画出t3 s时刻以及t3 st时刻AB方向波的图象图62丁所示 图62丁 例3两列振幅、波长均相同的简谐横波，以相同的速率沿相反方向在同一介质中传播图63所示为某一时刻两波的波形图，其中实线为向右传播的波，虚线为向左传播的波，a、b、c、d、e为五个等距离的质点则在两列波传播的过程中，下列说法中正确的是() 图63 A质点a、b、c、d、e始终静止不动 B质点b、d始终静止不动 C质点a、c、e始终静止不动 D质点a、c、e以振幅2A做简谐运动 【解析】由波的叠加原理可知，图示时刻质点a、b、c、d、e的位移都为

12、零其中两列波在a、c、e上引起的振动方向相同，在b、d两点引起的振动方向总是相反，故b、d始终静止不动，a、c、e以振幅2A做简谐运动 答案BD 【点评】两列波传播至某点时，两列波引起的振动“步调”相同时，干涉加强；引起的振动“步调”相反时，干涉减弱，不应仅考虑波峰、波谷的相遇 振动加强的点与振动减弱的点有规律地相互间隔 注：干涉图样不是固定不动的，加强的点在做更大振幅的振动 三、平面镜成像问题 例4某物体左右两侧各有一竖直放置的平面镜，两平面镜相互平行，物体距离左镜4 m，右镜8 m，如图64甲所示物体在左镜所成的像中从右向左数的第三个像与物体的距离是2009年高考全国理综卷() 图64甲

13、A24 m B32 m C40 m D48 m 【解析】物体在左镜中所成的各像如图64乙所示，可知左镜中从右向左的第三个像是第一个像在右镜中的像再在左镜中成的像，即看见像时为光线在左镜反射一次后在右镜反射一次再在左镜反射一次进入眼睛，由平面镜成像的对称性可得：d32 m 图64乙 答案B 【点评】光线经过平面镜反射进入眼睛，眼睛逆着光线确定光源，感觉光是从“虚像”发出 四、光的折射与全反射 光学器材是由透明介质制成的，当光线从空气照射到这些透明体的表面时，折射进入透明体，然后再发生其他的光学现象解这类问题用到的光学知识主要是反射定律、折射定律、全反射知识和数学中的几何知识 1视深问题 例5某水

14、池的实际深度为h，若某人垂直水面往下看时，水池的视深为多少？(设水的折射率为n) 【解析】如图所示，作两条从水底S发出的折射光线，一条垂直射出水面，另一条入射角很小(眼睛对光点的张角很小)，这两条折射光线反向延长线的交点S 就是看到的S的像 在ASO中，tan AOh 在ASO中，tan AOh 则tan tan hh 因为、很小，所以sin tan ，sin tan 得：hsin sin hhn 答案hn 【点评】本题考查光的折射定律在实际中的应用正确画出光路图，并运用近似理论是求解此类问题的关键 2巧妙运用光路图解题和光学作图问题 (1)解决几何光学的基本方法是：画出光路图，理解有关概念，

15、灵活运用数学知识求解在反射和折射现象中，“光路可逆”是解决较复杂问题常用的思想方法注意：光路图的作法必须遵循反射和折射定律 (2)由于同一介质对不同色光的折射率不同，导致光的色散现象利用光的折射定律解决的问题主要有“视深”和棱镜等正确画出光路图是求解此类问题的关键 (3)作图法是解决几何光学问题的主要方法之一完成光路图的依据是光的传播规律，作图时常常要运用逆向思维先由像确定反射光线，再确定入射光线解题中常常要巧用光路可逆规律分析问题，在实像的位置换上物点，必定在原来物点处成像，即像、物互换另外，涉及有关范围的问题，确定有关边界光线是解决问题的关键 例6图65甲所示为一个储油圆柱桶，其底面直径与

16、桶高相等当桶中无油时，贴着桶的上边缘上的A点恰能看到桶底边缘上的B处；当桶内油的深度等于桶高的一半时，眼所处的位置不变，在桶外沿AB方向看去，恰能看到桶底上的C点，且BC的距离是桶底直径的四分之一(A、B、C三点在同一竖直平面内，且BC在同一条直径线上)据此可估算出该油的折射率n和光在这种油中的传播速度v分别为(已知真空中的光速c3108 m/s)() 图65甲 A1.6、1.9108 m/s B2.0、1.6108 m/s C2.2、2.2108 m/s D1.6、1.6108 m/s 【解析】当油的深度为桶高的一半时，眼睛看见C点的光路图如图65乙所示，可得： 图65乙 nsin isin

17、 r1.6 又因为ncv 可得v1.9108 m/s 答案A 【点评】准确地画出光路图是解决几何光学问题的关键 例7一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上，经两次折射后从玻璃板另一个表面射出，出射光线相对于入射光线侧移了一段距离在下列情况下，出射光线侧移距离最大的是2008年高考全国理综卷() A红光以30的入射角入射 B红光以45的入射角入射 C紫光以30的入射角入射 D紫光以45的入射角入射 【解析】如图所示，由题意可知，O2A为偏移距离x，有： xdcos rsin(ir) nsin isin r 若为同一单色光，即n值相同当i增大时，r也增大，但i比r增大得快，sin(ir)0且增大，

18、dcos r0且增大，故A、C选项错误 若入射角相同，则： xdsin i(1cos in2sin2i) 即当n增大，x也增大，故选项B错误、D正确 答案D 【点评】某束单色光照到介质表面，当入射角增大时，折射角也增大，但入射角比折射角增大得快 一束复色光经过平板玻璃也会发生色散现象，即射出光的边缘出现彩色，只是当玻璃较薄时这个现象不太明显 例8一足够大的水池内盛有某种透明液体，液体的深度为H，在水池的底部中央放一点光源，其中一条光线以30的入射角射到液体与空气的界面上，它的反射光线与折射光线的夹角为105，如图66甲所示，则可知() 图66甲 A液体的折射率为 2 B液体的折射率为22 C整

19、个水池表面都有光射出 D液体表面亮斑的面积为H2 【解析】由题意知ir18010575 r753045 故折射率nsin rsin i2 该液体的临界角Carcsin1n45 可得液体表面亮斑的半径如图66 乙所示，rH 图66乙 故亮斑面积为： SH2 答案AD 【点评】利用反射定律、折射定律和几何知识，解出折射角是解本题的关键 五、干涉、衍射与偏振 1干涉与衍射的比较 光的干涉与衍射现象是光的波动性的表现，也是光具有波动性的证据两者的区别是：光的干涉现象只有在符合一定条件下才发生；而光的衍射现象却总是存在的，只有明显与不明显之分 光的干涉现象和衍射现象在屏上出现的都是明暗相间的条纹，但双缝

20、干涉时条纹间隔均匀，从中央到两侧的明纹亮度不变化；而单缝衍射的条纹间隔不均匀，中央明纹又宽又亮，从中央向两侧，条纹宽度减小，明纹亮度显著减弱 2光的偏振 横波的振动矢量垂直于波的传播方向振动时，偏于某个特定方向的现象叫偏振纵波只能沿着波的传播方向振动，所以不可能有偏振，光的偏振现象证明光是横波光的偏振现象在科技、生活中的应用有：照相机镜头上的偏振片、立体电影等 例9图67所示为一竖直的肥皂膜的横截面，用单色光照射薄膜，在薄膜上产生明暗相间的条纹，下列说法正确的是() 图67 A薄膜上的干涉条纹是竖直的 B薄膜上的干涉条纹是水平的 C用蓝光照射薄膜所产生的干涉条纹的间距比用红光照射时的小 D干涉

21、条纹是由于光线在薄膜前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果 【解析】光从肥皂膜的前后表面反射形成相干光，其路程差与薄膜厚度有关；在重力作用下，肥皂膜形成上薄下厚的楔形，在同一水平面上厚度相等，形成亮纹(或暗纹)因此，干涉条纹应是水平的又因蓝光的波长小于红光的波长，所以用蓝光照射薄膜所产生的干涉条纹的间距较红光的小综上所述，选项B、C、D正确 答案BCD 【点评】本题主要考查的是薄膜干涉形成的原因，以及干涉条纹与入射光波长之间的关系 六、光电效应的规律与应用 例10如图68所示，用导线将验电器与洁净锌板连接，触摸锌板使验电器指示归零用紫外线照射锌板，验电器指针发生明显偏转，接着用毛皮摩擦过的橡胶

22、棒接触锌板，发现验电器的指针张角减小，此现象说明锌板带_(填“正”或“负”)电；若改用红外线重复以上实验，结果发现验电器指针根本不会发生偏转，说明金属锌的极限频率_(填“大于”或“小于”)红外线的频率2008年高考上海物理卷 图68 【解析】因锌板被紫外线照射后发生光电效应，验电器指针带正电荷而偏转；毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，与锌板接触时，电子与验电器指针上的正电荷中和，而使张角减小；用红外线照射锌板时，验电器指针的偏角不变，锌板未发生光电效应，说明锌板的极限频率大于红外线的频率 答案正大于 【点评】光电效应在物理学史上具有较重要的意义，需要熟记其现象、清楚地理解其产生的机制 (二)热学 知识

23、网络 考点预测 从近几年的高考来看，热学部分多以选择题的形式出现，试题难度属于容易或中等命题热点集中在下列两个方面 1分子动理论、估算分子的大小和数目、物体内能的改变和热力学第二定律，题型多为选择题，且绝大多数选择题只要求定性分析 2能源的开发和利用，这是当今的热门话题，应给予关注 要点归纳 一、理解并识记分子动理论的三个观点 描述热现象的一个基本概念是温度凡是跟温度有关的现象都叫做热现象分子动理论是从物质的微观状态来研究热现象的理论它的基本内容是：物体是由大量分子组成的；构成物体的分子永不停息地做无规则运动；分子间存在着相互作用力 二、了解分子永不停息地做无规则运动的实验事实 组成物体的分子

24、永不停息地做无规则运动，这种运动跟温度有关，所以通常把分子的这种运动叫做热运动 1扩散现象和布朗运动都可以很好地证明分子的热运动 2布朗运动是指悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动关于布朗运动，要注意以下几点： (1)形成条件是固体微粒足够小； (2)温度越高，布朗运动越激烈； (3)观察到的是固体微粒(不是液体分子，也不是固体分子)的无规则运动，反映的是液体分子运动的无规则性； (4)课本中描绘出的图象是某固体微粒每隔30秒的位置的连线，并不是该微粒的运动轨迹 三、了解分子力的特点 分子力有如下三个特点： 分子间同时存在引力和斥力； 引力和斥力都随着距离的增大而减小； 斥力比引力随距离变化得快

25、 四、深刻理解物体内能的概念 1由于分子做热运动而具有的动能叫分子动能温度是物体分子热运动的平均动能的标志温度越高，分子做热运动的平均动能就越大 2由分子间相对位置决定的势能叫分子势能分子力做正功时分子势能减小；分子力做负功时分子势能增大(所有势能都有同样的结论例如：重力做正功时重力势能减小，电场力做正功时电势能减小) 由上面的分析可以得出：当rr0(即分子处于平衡位置)时，分子势能最小不论r从r0开始增大还是减小，分子势能都将增大固体和液体的分子势能与物体的体积有关，体积变化，分子势能也变化注意：当物体的体积增大时，其分子势能不一定增加 3物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体

26、的内能 五、掌握热力学第一定律 外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加量U，即UQW，这叫做热力学第一定律在这个表达式中，当外界对物体做功(气体被压缩)时W取正，物体克服外力做功(气体膨胀)时W取负；当物体从外界吸热时Q取正，物体向外界放热时Q取负；U为正表示物体的内能增加，U为负表示物体的内能减少 六、掌握热力学第二定律 1热传导的方向性：热传导的过程是有方向性的这个过程可以向一个方向自发地进行(热量会自发地从高温物体传给低温物体)，但是向相反的方向却不能自发地进行 2第二类永动机不可能制成：我们把没有冷凝器，只有单一热源，从单一热源吸收热量，全部用来做功，而不引起

27、其他变化的热机称为第二类永动机这表明机械能和内能的转化过程具有方向性机械能可以全部转化成内能，但内能不能全部转化成机械能，而不引起其他变化 3热力学第二定律的表述：(1)不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化(按热传导的方向性表述)；(2)不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化(按机械能和内能转化过程的方向性表述)；(3)第二类永动机是不可能制成的 热力学第二定律使人们认识到，自然界中各种进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律 七、掌握气体的状态参量 1温度：温度在

28、宏观上表示物体的冷热程度；在微观上是物体分子平均动能的标志 热力学温度是国际单位制中的基本量之一，符号是T，单位：K(开尔文)；摄氏温度是导出量，符号是t，单位：(摄氏度) 两种温度间的关系可以表示为：T(t273.15) K和T t，要注意两种单位制下每一度的间隔是相同的0 K是低温的极限，它表示所有分子都停止了热运动可以无限接近，但永远不能达到 2体积：气体总是充满它所在的容器，所以气体的体积总是等于盛装气体的容器的容积 3压强：气体的压强是由于大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的(绝不能用气体分子间的斥力解释) 一般情况下不考虑气体本身的重力，所以同一容器内气体的压强处处相等但大气压在宏观

29、上可以看成是大气受地球吸引而产生的重力引起的 热点、重点、难点 一、与阿伏加德罗常数有关的估算问题 阿伏加德罗常数是一个重要的物理量，它是联系微观物理量(如：分子质量、分子体积或直径等)与宏观物理量(如：摩尔质量、摩尔体积、密度、体积等)的桥梁，常常被用来解答一些有关分子大小、分子间距和分子质量等方面的估算问题 解决这类问题的基本思路和方法是：首先要熟练掌握微观量与宏观量之间的联系，如：分子的质量m0MNA、摩尔体积VM、分子占的体积V0MNA 、分子的个数NNAmM，式中NA 、m、M、mM分别为阿伏加德罗常数、物体的质量、密度、摩尔质量、物质的量；其次是善于从问题中找出与所要估算的微观量有

30、关的宏观量此外，还要合理构建体积模型，如：在估算固体和液体的分子大小时，一般采用分子球体模型；而估算气体分子间距(不是分子的大小)时，一般采用立方体模型灵活运用上述关系式并合理构建体积模型是分析、解决与阿伏加德罗常数相关问题的关键 例1假如全世界60亿人同时数1 g水的分子个数，每人每小时可以数5000个，不间断地数，则完成任务所需时间最接近(阿伏加德罗常数NA取61023 mol1)2008年高考北京理综卷() A10年 B1千年 C10万年 D1千万年 【解析】1 g水的分子数N118NA3.31022，则完成任务所需时间tN60108500036524年1105年，选项C正确 答案C 【

31、点评】此题是估算题，关键是求出1 g水的分子数，对数学运算能力的要求较高 二、扩散现象、布朗运动和分子的热运动 例2做布朗运动实验，得到某个观测记录如图69所示图中记录的是2009年高考北京理综卷() 图69 A分子无规则运动的情况 B某个微粒做布朗运动的轨迹 C某个微粒做布朗运动的速度时间图线 D按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线 【解析】布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，非分子的运动，故A错误；图中折线为每隔一定时间微粒位置的连线，并非轨迹，B错误、D正确；对于某微粒而言，在不同的时刻速度的大小和方向都是不确定的，故无法描绘其vt图线，C错误 答案D 三、分子动能、分子势能及其变化、物体的内能及其变化、能量守恒定律、热力学定律 例3对一定量的气体，下列说法正确的是2008年高考全国理综卷() A气体的体积是所有气体分子的体积之和 B气体分子的热运动越剧烈，气体的温度就越高 C气体对器壁的压强是由大量气体