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振动与波、光学、原子物理(1)

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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

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Ⅰ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:①光的折射现象,全反射;②光的干涉、衍射和偏振现象;③平面镜成像的作图方法;④双缝干涉实验测定光的波长;⑤光电效应现象.

要点归纳

一、振动与波

单摆

(1)特点:①单摆是理想模型;②单摆的回复力由重力沿圆弧方向的分力提供,当最大摆角α<10°时,单摆的振动可看做简谐运动,其振动周期T=2π.

(2)应用:①计时器;②测定重力加速度gg=.

二、振动图象与波动图象的区别与联系

 

[来源:Z,xx,k.Com]

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

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

v=,都会发生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应

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α,法线也随之转过角度α,当入射光线的方向不变时,反射光线则偏转2α

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θ1的正弦与折射角θ2的正弦之比为定值n,叫做这种介质的折射率,表示为n=.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n=.

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 C=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:①光的频率(颜色)由光源决定,与介质无关;②在同一介质中,频率越大的光的折射率越大,再应用n==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Δxλ

(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:mvm2W

3.光子说:即空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份的能量等于(ν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λ=(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6-1

●例1 如图6-1所示,一个弹簧振子在光滑水平面上的AB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.

①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.

②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、加速度最大、势能最大.

③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AB传播,质点AB间的水平距离为3 m,如图6-2甲所示.若t=0时质点A刚从平衡位置开始向上振动,其振动图象如图6-2 乙所示,则B点的振动图象为图6-2丙中的(  ) 

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