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内能教案高中

发表时间:2021-03-22

高考物理基础知识要点复习分子动理论内能。

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20xx届高三物理一轮复习全案:第一章分子动理论内能(选修3-3)

【高考目标定位】

考纲点击

热点提示

1.分子动理论的基本观点和实验根据Ⅰ

2.阿伏伽德罗常数0℃沸点是:100℃

(2)热力学温标T单位:K(SI制的基本单位之一)把-273℃作为0K绝对零度(是低温的极限,只能无限接近、不能达到)

【要点名师精解】

类型一:阿伏伽德罗常数及微观量的计算

【例1】已知水的密度A.当r大于r1时,分子间的作用力表现为引力B.当r小于r1时,分子间的作用力表现为斥力C.当r等于r2时,分子间的作用力为零D.在r由r1变到r2的过程中,分子间的作用力做负功【答案】BC

【解析】分子间距等于r0时分子势能最小,即r0=r2。当r小于r1时分子力表现为斥力;当r大于r1小于r2时分子力表现为斥力;当r大于r2时分子力表现为引力,A错BC对。在r由r1变到r2的过程中,分子斥力做正功分子势能减小,D错误。

【命题意图与考点定位】分子间距于分子力、分子势能的关系

2.(20xx·上海物理·14)分子间的相互作用力由引力与斥力共同产生,并随着分子间距的变化而变化,则

(A)分子间引力随分子间距的增大而增大

(B)分子间斥力随分子间距的减小而增大

(C)分子间相互作用力随分子间距的增大而增大

(D)分子间相互作用力随分子间距的减小而增大

答案:B

解析:根据分子力和分子间距离关系图象,如图,选B。

本题考查分子间相互作用力随分子间距的变化,图象的理解。

难度:中等。

3.(09·北京·13)做布朗运动实验,得到某个观测记录如图。图中记录的是(D)

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,而非分子的运动,故A项错误;既然无规则所以微粒没有固定的运动轨迹,故B项错误,对于某个微粒而言在不同时刻的速度大小和方向均是不确定的,所以无法确定其在某一个时刻的速度,故也就无法描绘其速度-时间图线,故C项错误;故只有D项正确。

4.(09·上海物理·2)气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和,其大小与气体的状态有关,分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的(A)

A.温度和体积B.体积和压强

C.温度和压强D.压强和温度

解析:由于温度是分子平均动能的标志,所以气体分子的动能宏观上取决于温度;分子势能是由于分子间引力和分子间距离共同决定,宏观上取决于气体的体积。因此答案A正确。

5.(09·江苏卷物理·12.A)(选修模块3—3)(12分)(1)若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变,则在此过程中关于气泡中的气体,下列说法正确的是。(填写选项前的字母)(A)气体分子间的作用力增大(B)气体分子的平均速率增大(C)气体分子的平均动能减小(D)气体组成的系统地熵增加(2)若将气泡内的气体视为理想气体,气泡从湖底上升到湖面的过程中,对外界做了0.6J的功,则此过程中的气泡(填“吸收”或“放出”)的热量是J。气泡到达湖面后,温度上升的过程中,又对外界做了0.1J的功,同时吸收了0.3J的热量,则此过程中,气泡内气体内能增加了J。(3)已知气泡内气体的密度为1.29kg/,平均摩尔质量为0.29kg/mol。阿伏加德罗常数,取气体分子的平均直径为,若气泡内的气体能完全变为液体,请估算液体体积与原来气体体积的比值。(结果保留一位有效数字)。

答案:A.(1)D;(2)吸收;0.6;0.2;(3)设气体体积为,液体体积为,

气体分子数,(或)

则(或)

解得(都算对)

解析:(1)掌握分子动理论和热力学定律才能准确处理本题。气泡的上升过程气泡内的压强减小,温度不变,由玻意尔定律知,上升过程中体积增大,微观上体现为分子间距增大,分子间引力减小,温度不变所以气体分子的平均动能、平均速率不变,此过程为自发过程,故熵增大。D项正确。

(2)本题从热力学第一定律入手,抓住理想气内能只与温度有关的特点进行处理。理想气体等温过程中内能不变,由热力学第一定律,物体对外做功0.6J,则一定同时从外界吸收热量0.6J,才能保证内能不变。而温度上升的过程,内能增加了0.2J。

(3)微观量的运算,注意从单位制检查运算结论,最终结果只要保证数量级正确即可。设气体体积为,液体体积为,气体分子数,(或)

则(或)

解得(都算对)

6.(08北京卷)15.假如全世界60亿人同时数1g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6×1023mol-1)()

A.10年B.1千年C.10万年D.1千万年

答案:C

[解析]:1g水的分子个数个,则完成任务所需时间t==6×1018小时,约为1000年。

7.(08天津卷)下列说法正确的是()

A.布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的分子无规则运动的反映

B.没有摩擦的理想热机可以把吸收的能量全部转化为机械能

C.知道某物质的摩尔质量和密度可求出阿伏加德罗常数

D.内能不同的物体,它们分子热运动的平均动能可能相同

答案:D

[解析]:布朗运动是悬浮在液体中固体小颗粒的运动,他反映的是液体无规则的运动,所以A错误;没有摩擦的理想热机不经过做功是不可能把吸收的能量全部转化为机械能的B错误,摩尔质量必须和分子的质量结合才能求出阿伏加德罗常数C错;温度是分子平均动能的标志,只要温度相同分子的平均动能就相同,物体的内能是势能和动能的总和所以D正确

【考点精题精练】

1.(20xx·福建省龙岩二中高三摸底考试)一定质量的气体(分子力及分子势能不计)处于平衡状态Ⅰ,现设法使其温度升高同时压强减小,达到平衡状态Ⅱ,则在状态Ⅰ变为状态Ⅱ的过程(BD)A.气体分子的平均动能必定减小

B.单位时间内气体分子对器壁单位面积的碰撞次数减少C.气体的体积可能不变D.气体必定吸收热量

2、(20xx·吉林市普通中学高三下学期期中)下列说法中正确的是

A.扩散运动向着更为无序的方向进行,是可逆过程

B.物体的内能取决于温度、体积和物质的量

C.分子间作用力随分子间距离的增大而减小

D.液晶对不同颜色光的吸收强度随电场强度的变化而变化

3、(20xx·江苏盐城中学高三一模)下列说法正确的是

A.布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的分子无规则运动的反映

B.没有摩擦的理想热机可以把内能全部转化为机械能

C.浸润与不浸润均是分子力作用的表现

D.热力学温标的最低温度为0K,它没有负值,它的单位是物理学的基本单位之一

4、(20xx·江苏盐城中学高三一模)质量m=0.1kg的氢气在某状态下的体积V=1.92m3,则此时氢气分子的平均间距为。(已知氢气的摩尔质量M=2g/mol,阿伏加德罗常数NA=6.0×1023mol-1.)5、(20xx·山东省德州市高三一模)对一定质量的理想气体,下列说法正确的是:A.气体的体积是所有气体分子的体积之和B.气体温度越高,气体分子的热运动就越剧烈C.气体对容器的压强是由大量气体分子对容器不断碰撞而产生的D.当气体膨胀时,气体分子的势能减小,因而气体的内能一定减少

答案:BC

6.下列说法中正确的是(D)

(A)布朗运动是液体分子的无规则运动

(B)液体很难被压缩的原因是:当液体分子距离减小时,分子间斥力增大,分子间的引力减小,所以分子力体现为斥力

(C)每个分子的内能等于它的势能和动能的总和

(D)物体的内能大小与其温度、体积及所含物质的量三者有关

7.下列说法中正确的是(CD)A.理想气体在等温变化时,内能不改变,因而与外界不发生热量交换B.布朗运动是液体分子的运动,它说明分子永不停息地做无规则运动C.质量一定的理想气体,压强不变时,温度越高,体积越大D.根据热力学第二定律可知,热量不可能自发地从低温物体传到高温物体8、(20xx·山东省济南市高三期末检测考试)为保证环境和生态平衡,在生产活动中严禁污染水源。在某一水库中,一艘快艇在水面上匀速行驶,速度为8m/s。油箱突然破裂,柴油迅速流入水中,从漏油开始到船员堵住漏油共用1.5分钟。漏出的油在水面上形成宽约为100m的长方形油层,漏出油的体积1.44×10-3m3.则该油层的厚度约为分子直径的多少倍?

(油分子的直径约为10—10m)答案:油层长度①

油层厚度②

(倍)③

9、(20xx·山东省东营市一模)一种油的密度为,摩尔质量为M。取体积为V的油慢慢滴出,可滴n滴。将其中一滴滴在广阔水面上形成面积为S的单分子油膜,求阿伏加伽德罗常数。

解:(1)一个分子的直径…………1分由题意得或…………2分解得:…………1分10、(20xx·山东省聊城市一模)一种油的密度为,摩尔质量为M。取体积为V的油慢慢滴出,可滴n滴。将其中一滴滴在广阔水面上形成面积为S的单分子油膜,求阿伏加伽德罗常数。

解:一个分子的直径…………1分由题意得或…………2分解得:…………1分

延伸阅读

高考物理考点重点分子动理论复习


第十一章分子动理论

1.本章主要是研究物体的组成、分子热运动、分子间的作用力以及物体的内能。
2.本章主要内容为分子动理论,以分子动理论为基础,将宏观物理量温度和物体的内能联系起来。属模块中高考必考内容。
3.高考中以选择题形式考查对基础知识的理解,以计算题形式进行宏观量与微观量间的计算。

第一课时分子动理论

【教学要求】
1.知道物体是由大量分子组成的,理解阿伏加德罗常数。
2.知道分子热运动,分子热运动与布朗运动关系。
3.知道分子间的作用力和一些宏观解释。
【知识再现】
一、物质是由大量分子组成的
1.分子体积很小,它的直径数量级是m.
2.油膜法测分子直径:d=V/S,V是,S是水面上形成成的单分子油膜的面积.
3.分子质量很小,一般分子质量的数量级是
kg
4.分子间有空隙.
5.阿伏加德罗常数:1mol的任何物质都含有相同的粒子数,这个数的测量值NA=mol—1。阿伏加德罗常数是个十分巨大的数字,分子的体积和质量都很分小,从而说明物质是由大量分子组成的.
二、分子永不停息地做无规则热运动
1.扩散现象:相互接触的物质彼此进入对方的现象,温度越高,扩散.
2.布朗运动:在显微镜下看到的悬浮在液体中的的永不停息的无规则运动,颗粒越小,运动越;温度越高,运动越.布朗运动不是液体分子的运动.
三、分子间存在着相互作用力
1.分子间同时存在相互作用的和
,合力叫分子力.
2.特点:分子间的引力和斥力都随分子间的
增大而减小,随分子间距离的减小而增大,但斥力比引力变化更。
知识点一微观量与宏观量关系的计算
微观量与宏观量间的关系,以阿伏加德罗常数为联系的桥梁。解题时应抓住宏观量中的质量、体积、摩尔质量、摩尔体积、分子数目等,微观量中的分子质量、分子大小(体积与直径),气体问题一般用正方体模型,固体、液体分子一般用球模型。
【应用1】(07南京调研)铜的摩尔质量为,密度为,阿伏加德罗常数为,则下列说法正确的是()
A.1kg铜所含的原子数是
B.1m3铜所含的原子数是
C.1个铜原子的质量是
D.1个铜原子所占的体积是
导示:1kg铜的量为,原子数是,A错。1m3铜质量为,摩尔数为,原子数是,B错。1摩尔铜原子的质量是M,1个铜原子的质量是,C对。1摩尔铜的体积为,一个铜原子所占的体积为,D对。故本题选CD。
物质密度等于质量与体积之比,也等于摩尔质量与摩尔体积之比。摩尔质量为分子质量的6.02×23倍。摩尔体积为分子占据体积的6.02×23倍。
知识点二布朗运动的理解
布朗运动是花粉小颗粒的运动,它体现了分子运动的特点,不是分子运动。由于分子运动,对花粉小颗粒产生随机的碰撞,这种不平衡,使得花粉小颗粒运动起来。
【应用2】(08镇江调查)用显微镜观察水中的花粉,追踪某一个花粉颗粒,每隔10s记下它的位置,得到了a、b、c、d、e、f、g等点,再用直线依次连接这些点,如图所示,则下列说法中正确的是()
A.这些点连接的折线就是这一花粉颗粒运动的径迹
B.它说明花粉颗粒做无规则运动
C.在这六段时间内花粉颗粒运动的平均速度大小相等
D.从a点计时,经36s,花粉颗粒可能不在de连线上
导示:花粉颗粒的运动是杂乱无章的,10s内的径迹是复杂的,这些点连接的折线不一定是这一花粉颗粒运动的径迹,A错。它只能说明花粉颗粒做无规则运动,B正确。六段时间的位移大小不等,所以花粉颗粒运动的平均速度大小不等,C错。从d点再运动6s时间,花粉颗粒可能不在de连线上,体现花粉颗粒运动的无规则性,D正确。故选BD。
知识点三分子间的作用力与分子势能
分子间同时存在相互作用的斥力与引力,它们都随分子间距离的增大而减小,斥力减小得快。斥力与引力的合力为分子间的作用力,又分别表现为斥力和引力。所以这里的概念容易引起混淆。
【例3】(07新乡调研)当分子距离r=r0时,分子间引力和斥力恰好平衡,若使分子间距离从r1逐渐变为r2,(r0r1r2),在这—变化过程中,下列说法中可能正确的是()
A.分子间的引力比分子间的斥力减小得快,分子力增大
B.分子间的引力比分子间的斥力减小得快,分子力减小
C.分子间的斥力比分子间的引力减小得快,分子力增大
D.分子间的斥力比分子间的引力减小得快,分子力减小
导示:当分子距离r=r0时,分子间引力和斥力相等,距离再增大时,表现为引力,斥力减小得快,但分子力减小,ABC错,D对,故选D。
讨论分子间斥力与引力时,应区别斥力、引力和作用力三者之间的关系以及它们在不同距离段上的特点。
类型一分子力与宏观力的关系
与分子力特点有关的习题主要有三类:一是判断对分子力特点的描述是否正确.二是利用分子力特点研究分子力做功,分子的加速度.三是与实际相关联的问题.要正确分析这些问题,必须准确把握分子力的特点,熟知分子间斥力、引力及合力随分子间距离的变化规律.应弄清楚是分子力原因还是其它力作用的结果,切不可见了相斥、相吸就与分子力联系.
【例1】如图所示,使玻璃板的下表面与水接触,再向上用力把玻璃板缓慢拉离水面,当玻璃板离开水面时()
A.玻璃板只受重力和拉力作用,所以对玻璃板的拉力与玻璃板的重力大小相等
B.因为玻璃板的下表面附着了一层水,所以对玻璃板的拉力比玻璃板的重力稍大一些,大的值与这层水的重力相当
C.玻璃板受重力、拉力和浮力作用,所以对玻璃板的拉力小于玻璃板的重力
D.玻璃板离开水面时,水层发生了分裂,为了克服大量水分子间的引力和大气压力,拉力明显大于玻璃板的重力
导示:本实验中,弹簧秤的拉力明显大于玻璃板的重力。形成这种现象的原因就是璃板离开水面时,水层发生了分裂,为了克服大量水分子间的引力和大气压力而产生的。答案D。
宏观力现象往往与微观分子间的作用力有关,例如固体抗压、抗拉等,是由分子力而产生的,而气体的压强则是由分子无规则运动而产生的。
类型二估算题的解题思路
估算题解题时,要抓住对应物理量之间的关系,建立要近似的模型,列出相关等式来求解。
【例2】将0.01mol的香水散在12×7×3.5m3的教室空间,那么每立方米空间有多少个香水分子?
导示:香水分子的总数为:0.01×6.02×1023个,每立方米空间有个香水分子。
在宏观环境下计算出的微观量,其数值是一个较大的值,这也是粗略判断结果是否正确的方法之一。
类型三宏观现象与微观理论的对应关系
【例3】将下列实验事实与产生的原因对应起来。
导示:水与酒精混合体积变小是因为分子间存在间隙,则A与e对应。固体很难被压缩是因为分子间存在斥力,B与d对应。细绳不易被拉断是因为分子间存在引力C与c对应。糖在热水中溶解很快
是因为分子运动剧烈程度与温度有关,D与b对应。冻食品也会变干是因为固体分子也在不停地运动,E与a对应。
1.(07靖江联考)下列叙述正确的是()
A.只要知道水的摩尔质量和水分子的质量,就可以计算出阿伏伽德罗常数
B.物体的温度越高,分子热运动的平均动能越大
C.悬浮在液体中的固体微粒越大,布朗运动越明显
D.吸热的物体,其内能一定增加
2.(07广东普宁)一艘油轮装载着密度为9×102kg/m3的原油在海上航行。由于故障而发生原油泄漏。如果泄漏的原油有9t,海面上风平浪静时,这些原油造成的污染面积最大可达到()
A.108m2B.109m2C.1010m2D.1011m2
3.(07启东)在用油膜法估测分子的大小的实验中,已经油的摩尔质量为M,密度为ρ,油滴质量为m,油滴在液面上扩散后的最大面积为S,阿伏加德罗常数为N,以上各量均为国际单位.则()
A.油滴分子直径d=
B.油滴分子直径d=
C.油滴所含分子数n=
D.油滴所含分子数n=
4.如图所示,设有一分子位于图中的坐标原点O处不动,另一分子可位于x轴上不同位置处。图中纵坐标表示这两个分子间分子力的大小,两条曲线分别表示斥力和吸力的大小随分子间距离的变化关系,e为两曲线的交点,则()
A、ab表示吸力,cd表示斥力,e点坐标可能为10-15m
B、ab表示斥力,cd表示吸力,e点坐标可能为10-10m
C、ab表示吸力,cd表示斥力,e点坐标可能为10-10m
D、ab表示斥力,cd表示吸力,e点坐标可能为10-15m
参考答案:1.AB2.D3.BC4.C

高考物理备考复习分子动理论教案


§X7.《分子动理论》章末测试
一、选择题
1.下列说法中正确的是(AC)
A.物质是由大量分子组成的,分子直径的数量级是10-10m
B.物质分子在不停地做无规则运动,布朗运动就是分子的运动
C.在任何情况下,分子间的引力和斥力是同时存在的
D.1kg的任何物质含有的微粒数相同,都是6.02×1023个,这个数叫阿伏加德罗常数
2.关于布朗运动,下列说法正确的是(BC)
A.布朗运动是在显微镜中看到的液体分子的无规则运动
B.布朗运动是液体分子无规则运动的反映
C.悬浮在液体中的微粒越小,液体温度越高,布朗运动越显著
D.布朗运动的无规则性反映了小颗粒内部分子运动的无规则性
3.以下说法中正确的是(BCD)
A.分子的热运动是指物体的整体运动和物体内部分子的无规则运动的总和
B.分子的热运动是指物体内部分子的无规则运动
C.分子的热运动与温度有关:温度越高,分子的热运动越激烈
D.在同一温度下,不同质量的同种液体的每个分子运动的激烈程度可能是不相同的
4.在一杯清水中滴一滴墨汁,经过一段时间后墨汁均匀地分布在水中,只是由于(C)
A.水分子和碳分子间引力与斥力的不平衡造成的
B.碳分子的无规则运动造成的
C.水分子的无规则运动造成的
D.水分子间空隙较大造成的
5.下列关于布朗运动的说法中正确的是(D)
A.将碳素墨水滴入清水中,观察到的布朗运动是碳分子无规则运动的反映
B.布朗运动是否显著与悬浮在液体中的颗粒大小无关
C.布朗运动的激烈程度与温度有关
D.微粒的布朗运动的无规则性,反映了液体内部分子运动的无规则性
6.下面证明分子间存在引力和斥力的试验,错误的是(D)
A.两块铅压紧以后能连成一块,说明存在引力
B.一般固体、液体很难被压缩,说明存在着相互排斥力
C.拉断一根绳子需要一定大小的力说明存在着相互吸引力
D.碎玻璃不能拼在一起,是由于分子间存在着斥力
7.关于分子间相互作用力的以下说法中,正确的是(CD)
A.当分子间的距离r=r0时,分子力为零,说明此时分子间既不存在引力,也不存在斥力
B.分子力随分子间的距离的变化而变化,当rr0时,随着距离的增大,分子间的引力和斥力都增大,但引力比斥力增大的快,故分子力表现为引力
C.当分子间的距离rr0时,随着距离的减小,分子间的引力和斥力都增大,但斥力比引力增大的快,故分子力表现为斥力
D.当分子间的距离r=10-9m时,分子间的作用力可以忽略不计
8.两个分子从相距较远(分子力忽略)开始靠近,直到不能再靠近的过程中(BCD)
A.分子力先做负功后做正功
B.分子力先做正功后做负功
C.分子间的引力和斥力都增大
D.两分子从r0处再靠近,斥力比引力增加得快
9.质量相等的氢气和氧气,温度相同,不考虑分子间的势能,则(B)
A.氧气的内能较大
B.氢气的内能较大
C.两者内能相等
D.氢气分子的平均动能较大
10.以下说法中正确的是(D)
A.温度低的物体内能小
B.温度低的物体内分子运动的平均速率小
C.物体做加速运动时速度越来越大,物体内分子的平均动能也越来越大
D.以上说法都不对
二、填空题
11.在做“用油膜法估测分子直径的大小”的实验中,试验简要步骤如下:
A.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去,多于半个的算一个),再根据方格的边长求出油膜的面积S。
B.将一滴酒精油酸溶液滴在水面上,带油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上。
C.用浅盘装入约2cm深的水,然后用痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上。
D.用公式d=求出薄膜厚度,即油酸分子的大小。
E.根据酒精油酸溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积V。
F.用注射器或滴管将事先配置好的酒精油酸溶液一滴一滴地滴入量筒,记下量筒内增加一定体积时的滴数。
上述试验步骤的合理顺序是。(答案:CFBAED)
12.已知一滴水的体积是6×10-8m3,则这滴水中含有的水分子数为个。
(答案:2×1021)
13.如果取分子间距离r=r0(r0=10-10m)时为分子势能的零势能点,则rr0时,分子势能为值;rr0时,分子势能为值。如果取r→∞远时为分子势能的零势能点,则rr0时,分子势能为值;rr0时,分子势能可以为值。(填“正”、“负”或“零”)(答案:正;正;负;负或零或正)
14.某人做一次深呼吸,吸进400cm3的空气,据此估算他所吸进的空气分子的总数约为个。(保留一位有效数字)(答案:1×1022)
三、计算题
15.在做“用油膜法估测分子大小”的实验中,所用油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL,用注射器测得1mL上述溶液有75滴,把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里,待水面稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓,再把玻璃板放在坐标纸上,其形状和尺寸如图所示,坐标中正方形方格的边长为2cm,试求
(1)油酸膜的面积是多少cm2;
(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积;
(3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径。

解:(1)油膜的面积S=72×4cm2=288cm2
(2)每滴溶液中含有的纯油酸体积V=mL=8×10-6mL
(3)油酸分子的直径3×10-8cm=3×10-10m
16.一个截面积为S的圆形绝热容器装有质量为m的水。已知水的比热容为c,水的温度为t1,在阳光下照射时间为T后,温度升高到t2。若照射时阳光与水平方向的夹角为α,试算出阳光垂直照射时单位面积热辐射的功率。
解:水的温度从t1升高到t2过程中,吸收的热量:
Q吸=cm(t2-t1)
太阳光垂直热辐射的功率为P,则:
Q辐射=PTSsinα
由Q吸=Q辐射得:
17.如图所示,在质量为M的细玻璃管中盛有少量乙醚液体,用质量为m的软木塞将管口封闭,加热玻璃管使软木塞在乙醚蒸汽的压力下水平飞出,玻璃管悬于长为L的轻杆上,细杆可绕上端轴O无摩擦转动,欲使玻璃管在竖直平面内做圆周运动,在忽略热量损失的条件下,乙醚最少要消耗多少内能?
解:设软木塞水平飞出时M和m的速率分别为v1和v2,由动量守恒定律得:mv2=Mv1(1)
细玻璃管恰越过最高点的条件是速度为零,由机械能守恒定律得:
Mv12=Mg*2L(2)
由能量守恒定律知,管塞分离时二者动能之和等于乙醚消耗的内能E内,
即:E内=Mv12+mv22(3)
联立(1)(2)(3)式,可得E内=2MgL

高考物理基础知识要点复习磁场


20xx届高三物理一轮复习全案:第3章磁场单元复习(选修3-1)
【单元知识网络】
【单元归纳整合】
1.带电粒子在匀强磁场中作部分圆周运动基本方法。
带电粒子在匀强磁场中作部分圆周运动时,往往联系临界和多解问题,分析解决这类问题的基本方法是:
(1)运用动态思维,确定临界状态。从速度的角度看,一般有两种情况:
①粒子速度方向不变,速度大小变化;此时所有速度大小不同的粒子,其运动轨迹的圆心都在垂直于初速度的直线上,速度增加时,轨道半径随着增加,寻找运动轨迹的临界点(如:与磁场边界的切点,与磁场边界特殊点的交点等);
②粒子速度大小不变,速度方向变化;此时由于速度大小不变,则所有粒子运动的轨道半径相同,但不同粒子的圆心位置不同,其共同规律是:所有粒子的圆心都在以入射点为圆心,以轨道半径为半径的圆上,从而找出动圆的圆心轨迹,再确定运动轨迹的临界点。
(2)确定临界状态的圆心、半径和轨迹,寻找临界状态时圆弧所对应的回旋角求粒子的运动时间(见前一课时)。
2.带电粒子在匀强磁场运动的多解问题
带电粒子在匀强磁场中运动时,可能磁场方向不定、电荷的电性正负不定、磁场边界的约束、临界状态的多种可能、运动轨迹的周期性以及粒子的速度大小和方向变化等使问题形成多解。
(1).带电粒子的电性不确定形成多解。当其它条件相同的情况下,正负粒子在磁场中运动的轨迹不同,形成双解。
(2).磁场方向不确定形成多解。当磁场的磁感应强度的大小不变,磁场方向发生变化时,可以形成双解或多解。
(3).临界状态不唯一形成多解。带电粒子在有界磁场中运动时,可能出现多种不同的临界状态,形成与临界状态相对应的多解问题。
(4).带电粒子运动的周期性形成多解。粒子在磁场中运动时,如果改变其运动条件(如:加档板、加电场、变磁场等)可使粒子在某一空间出现重复性运动而形成多解
3.磁场最小范围问题
近年来高考题中多次出现求圆形磁场的最小范围问题,这类问题的求解方法是:先依据题意和几何知识,确定圆弧轨迹的圆心、半径和粒子运动的轨迹,再用最小圆覆盖粒子运动的轨迹(一般情况下是圆形磁场的直径等于粒子运动轨迹的弦),所求最小圆就是圆形磁场的最小范围
【单元强化训练】
1(20xx北京东城区二模)如图所示,两平行金属板中间有相互正交的匀强电场和匀强磁场,电场强度为E,磁感应强度为B,一质子沿极板方向以速度v0从左端射入,并恰好从两板间沿直线穿过。不计质子重力,下列说法正确的是()
A.若质子以小于v0的速度沿极板方向从左端射入,它将向上偏转
B.若质子以速度2v0沿极板方向从左端射入,它将沿直线穿过
C.若电子以速度v0沿极板方向从左端射入,它将沿直线穿过
D.若电子以速度v0沿极板方向从左端射入,它将沿直线穿过
2(20xx北京市丰台区二模)如图所示,空间存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场,电场和磁场相互垂直。在电磁场区域中,有一个竖直放置的光滑绝缘圆环,环上套有一个带正电的小球。O点为圆环的圆心,a、b、c为圆环上的三个点,O点为最高点,c点为最低点,Ob沿水平方向。已知小球所受电场力与重力大小相等。现将小球从环的顶端。点由静止释放。下列判断正确的是()
A.当小球运动的弧长为圆周长的l/4时,洛仑兹力最大
B.当小球运动的弧长为圆周长的1/2时,洛仑兹力最大
C.小球从O点到b点,重力势能减小,电势能增大
D.小球从b点运动到c点,电势能增大,动能先增大后减小
3(20xx北京市朝阳区二模)如图所示,在竖直虚线MN和M′N′之间区域内存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场,一带电粒子(不计重力)以初速度v0由A点垂直MN进入这个区域,带电粒子沿直线运动,并从C点离开场区。如果撤去磁场,该粒子将从B点离开场区;如果撤去电场,该粒子将从D点离开场区。则下列判断正确的是()
A.该粒子由B、C、D三点离开场区时的动能相同
B.该粒子由A点运动到B、C、D三点的时间均不相同
C.匀强电场的场强E与匀强磁场的磁感应强度B之比
D.若该粒子带负电,则电场方向竖直向下,磁场方向垂直于纸面向外
4(20xx北京市海淀区二模)如图7所示,两平行、正对金属板水平放置,使上面金属板带上一定量正电荷,下面金属板带上等量的负电荷,再在它们之间加上垂直纸面向里的匀强磁场,一个带电粒子以初速度沿垂直于电场和磁场的方向从两金属板左端中央射入后向上转。若带电粒子所受承力可忽略不计,仍按上述方式将带电粒子射入两板间,为使其向下偏转,下列措施中一定不可行的是()
A.仅增大带电粒子射入时的速度
B.仅增大两金属板所带的电荷量
C.仅减小粒子所带电荷量
D.仅改变粒子的电性
5(20xx北京市西城区二模)欧洲强子对撞机在20xx年初重新启动,并取得了将质子加速到1.18万亿ev的阶段成果,为实现质子对撞打下了坚实的基础。质子经过直线加速器加速后进入半径一定的环形加速器,在环形加速器中,质子每次经过位置A时都会被加速(图1),当质子的速度达到要求后,再将它们分成两束引导到对撞轨道中,在对撞轨道中两束质子沿相反方向做匀速圆周运动,并最终实现对撞(图2)。质子是在磁场的作用下才得以做圆周运动的。下列说法中正确的是()
A.质子在环形加速器中运动时,轨道所处位置的磁场会逐渐减小
B.质子在环形加速器中运动时,轨道所处位置的磁场始终保持不变
C.质子:在对撞轨道中运动时,轨道所处位置的磁场会逐渐减小
D.质子在对撞轨道中运动时,轨道所处位置的磁场始终保持不变
6、如图所示,空间存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向里的水平匀强磁场。在该区域中,有一个竖直放置光滑绝缘圆环,环上套有一个带正电的小球。O点为圆环的圆心,a、b、c、d为圆环上的四个点,a点为最高点,c点为最低点,bd沿水平方向。已知小球所受电场力与重力大小相等。现将小球从环的顶端a点由静止释放。下列判断正确的是()
A.小球能越过与O等高的d点并继续沿环向上运动
B.当小球运动到c点时,洛仑兹力最大
C.小球从a点到b点,重力势能减小,电势能增大
D.小球从b点运动到c点,电势能增大,动能先增大后减小

7、质谱仪的工作原理示意图如右图所示.带电粒子被加速电场加速后,进人速度选择器.速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有强度为B0的匀强磁场.下列表述不正确的是
A.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外
B.质谱仪是分析同位素的重要仪器
C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B
D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越小
8、(20xx北京东城区二模)如图所示,间距为L、电阻为零的U形金属竖直轨道,固定放置在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直纸面里。竖直轨道上部套有一金属条bc,bc的电阻为R,质量为2m,可以在轨道上无摩擦滑动,开始时被卡环卡在竖直轨道上处于静止状态。在bc的正上方高H处,自由落下一质量为m的绝缘物体,物体落到金属条上之前的瞬问,卡环立即释改,两者一起继续下落。设金属条与导轨的摩擦和接触电阻均忽略不计,竖直轨道足够长。求:
(1)金属条开始下落时的加速度;
(2)金属条在加速过程中,速度达到v1时,bc对物体m的支持力;
(3)金属条下落h时,恰好开始做匀速运动,求在这一过程中感应电流产生的热量。
解析:(1)物块m自由下落与金属条碰撞的速度为
设物体m落到金属条2m上,金属条立即与物体有相同的速度v开始下落,
由m和2m组成的系统相碰过程动量守恒

金属条以速度v向下滑动,切割磁感线,产生感应电动势,在闭合电路中有感应电流
则金属条所受安培力为
对于,金属条和物体组成的整体,由牛顿第二定律可得
则金属条开始运动时的加速度为
(8分)
(2)当金属条和物体的速度达到v1时,加速度设为,同理可得,
对物体m来说,它受重力mg和支持力N,则有
(4分)
(3)金属条和物体一起下滑过程中受安培力和重力,随速度变化,安培力也变化,做变加速度运动,最终所受重力和安培力相等,加速度也为零,物体将以速度做匀速运动,则有
金属条的最终速度为
下落h的过程中,设金属条克服安培力做功为WA,由动能定理
感应电流产生的热量Q=WA
得:(6分)
9、(20xx北京市丰台区二模)如图所示,两块平行金属板MN、PQ水平放置,两板间距为d、板长为L,在紧靠平行板右侧的等边三角形区域内存在着匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,三角形底边BG与PQ在同一水平线上,顶点A与MN在同一水平线上。
一个质量为m、电量为+q的粒子沿两板中心线以初速度v0水平射入,若在两金属板间加某一恒定电压,粒子离开电场后垂直AB边从D点进入磁场,BD=AB,并垂直AC边射出(不计粒子的重力)。求:
(1)两金属板问的电压;
(2)三角形区域内磁感应强度大小;
(3)若两金属板问不加电压,三角形区域内的磁场方向垂直纸面向外。要使粒子进入场区域后能从BC边射出,试求所加磁场的磁感应强度的取值范围。
解:(6分)
(1)粒子在两块平行金属板间的电场中,沿水平方向做匀速运动,竖直方向做初速度为零的匀加速运动。
粒子垂直AB边进入磁场,由几何知识得,粒子离开电场时偏角。根据类平抛运动的规律有:
①(1分)
②(1分)
③(1分)
④(1分)
联立①②③④解得:(2分)
(8分)(2)由几何关系得:
粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径为:
⑤(2分)
粒子进入磁场时的速率为:⑥(2分)
根据向心力公式有:⑦(2分)
联立⑤⑥⑦解得:(2分)
(6分)(3)若两板间不加电压,粒子将沿水平以速率v0从AB边的中点进入磁场。
当粒子刚好从C点射出磁场,磁感应强度最小。设磁感应强度的最小值为B2,
由几何关系知,对应粒子的最大轨道半径r2为:r2=d(1分)
根据向心力公式有:(1分)
解得:(1分)
当粒子刚好从E点射出磁场时,磁感应强度最大。
设磁感应强度的最大值为B3,由几何关系知,
对应粒子的最小轨道半径r3为:(1分)
同上解出:(1分)
所以所加磁场的磁感应强度的取值范围为(1分)
10、(20xx北京市宣武区二模)下图为汤姆生在1897年测量阴极射线(电子)的荷质比时所用实验装置的示意图。K为阴极,A1和A2为连接在一起的中心空透的阳极,电子从阴检发出后被电场加速,只有运动方向与A1和A2的狭缝方向相同的电子才能通过,电子被加速后沿方向垂直进入方向互相垂直的电场、磁场的叠加区域。磁场方向垂直纸面向里,电场极板水平放置,电子在电场力和磁场力的共同作用下发生偏转。已知圆形磁场的半径为R,圆心为C。
某校物理实验小组的同学们利用该装置,进行了以下探究测量:
首先他们调节两种场强的大小:当电场强度的大小为E,磁感应强度的大小为B时,使得电子恰好能够在复合场区域内沿直线运动;然后撤去电场,保持磁场和电子的速度不变,使电子只在磁场力的作用下发生偏转,打要荧屏上出现一个亮点P,通过推算得到电子的偏转角为α(即:之间的夹角)。若可以忽略电子在阴极K处的初速度,则:
(1)电子在复合场中沿直线向右飞行的速度为多大?
(2)电子的比荷为多大?
(3)利用上述已知条件,你还能再求出一个其它的量吗?若能,请指出这个量的名称。
(1)电子在复合场中二力平衡,
即①
(2)如图所示,其中r为电子在磁场中做圆(弧)运动的圆轨道半径。
所以:③

又因:⑤
联解以上四式得:⑥
(3)还可以求出电子在磁场中做圆弧运动的圆半径r等(或指出:加速电场的电压U,等即可)

高考物理基础知识要点复习光


一名优秀的教师在每次教学前有自己的事先计划,作为教师就要精心准备好合适的教案。教案可以让学生更好的吸收课堂上所讲的知识点,帮助教师更好的完成实现教学目标。教案的内容要写些什么更好呢?小编为此仔细地整理了以下内容《高考物理基础知识要点复习光》,供大家借鉴和使用,希望大家分享!

20xx届高三物理一轮复习全案:第2章光(选修3-4)
【考纲知识梳理】
一、光的折射及折射率
1、光的折射
(1)折射现象:光从一种介质斜射入另一种介质,传播方向发生改变的现象.
(2)折射定律:折射光线、入射光线跟法线在同一平面内,折射光线、入射光线分居法线两侧,入射角的正弦跟折射角的正弦成正比.
(3)在折射现象中光路是可逆的.
2、折射率
(1)定义:光从真空射入某种介质,入射角的正弦跟折射角的正弦之比,叫做介质的折射率.注意:指光从真空射入介质.
(2)公式:n=sini/sinγ,折射率总大于1.即n>1.
(3)各种色光性质比较:红光的n最小,ν最小,在同种介质中(除真空外)v最大,λ最大,从同种介质射向真空时全反射的临界角C最大,以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小(注意区分偏折角和折射角)。
(4)两种介质相比较,折射率较大的叫光密介质,折射率较小的叫光疏介质.
二、全反射
三、光的干涉现
1、两列波在相遇的叠加区域,某些区域使得“振动”加强,出现亮条纹;某些区域使得振动减弱,出现暗条纹。振动加强和振动减弱的区域相互间隔,出现明暗相间条纹的现象。这种现象叫光的干涉现象。
2、产生稳定干涉的条件:
两列波频率相同,振动步调一致(振动方向相同),相差恒定。两个振动情况总是相同的波源,即相干波源
(1).产生相干光源的方法(必须保证相同)。
①利用激光(因为激光发出的是单色性极好的光);
②分光法(一分为二):将一束光分为两束频率和振动情况完全相同的光。(这样两束光都来源于同一个光源,频率必然相等)
下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图
点(或缝)光源分割法:杨氏双缝(双孔)干涉实验;利用反射得到相干光源:薄膜干涉
利用折射得到相干光源:

(2).双缝干涉的定量分析
如图所示,缝屏间距L远大于双缝间距d,O点与双缝S1和S2等间距,则当双缝中发出光同时射到O点附近的P点时,两束光波的路程差为δ=r2-r1;由几何关系得:r12=L2+(x-)2,r22=L2+(x+)2.
考虑到L》d和L》x,可得δ=.若光波长为λ,
①亮纹:则当δ=±kλ(k=0,1,2,…)屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍时,两束光叠加干涉加强;
②暗纹:当δ=±(2k-1)(k=0,1,2,…)屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍时,两束光叠加干涉减弱,
据此不难推算出:(1)明纹坐标x=±kλ(k=0,1,2,…)(2)暗纹坐标x=±(2k-1)(k=1,2,…)
测量光波长的方法(3)条纹间距[相邻亮纹(暗纹)间的距离]△x=λ.(缝屏间距L,双缝间距d)
用此公式可以测定单色光的波长。则出n条亮条纹(暗)条纹的距离a,相邻两条亮条纹间距
用白光作双缝干涉实验时,由于白光内各种色光的波长不同,干涉条纹间距不同,所以屏的中央是白色亮纹,两边出现彩色条纹。
结论:由同一光源发出的光经两狭缝后形成两列光波叠加产生.
①当这两列光波到达某点的路程差为波长的整数倍时,即δ=kλ,该处的光互相加强,出现亮条纹;
②当到达某点的路程差为半波长奇数倍时,既δ=,该点光互相消弱,出现暗条纹;
③条纹间距与单色光波长成正比.(∝λ),
所以用单色光作双缝干涉实验时,屏的中央是亮纹,两边对称地排列明暗相同且间距相等的条纹
用白光作双缝干涉实验时,屏的中央是白色亮纹,两边对称地排列彩色条纹,离中央白色亮纹最近的是紫色亮纹。
原因:不同色光产生的条纹间距不同,出现各色条纹交错现象。所以出现彩色条纹。
将其中一条缝遮住:将出现明暗相间的亮度不同且不等距的衍射条纹
(3).薄膜干涉现象:光照到薄膜上,由薄膜前、后表面反射的两列光波叠加而成.劈形薄膜干涉可产生平行相间条纹,
两列反射波的路程差Δδ,等于薄膜厚度d的两倍,即Δδ=2d。由于膜上各处厚度不同,故各处两列反射波的路程差不等。若:Δδ=2d=nλ(n=1,2…)则出现明纹。
Δδ=2d=(2n-1)λ/2(n=1,2…)则出现暗纹。
应注意:干涉条纹出现在被照射面(即前表面)。后表面是光的折射所造成的色散现象。
单色光明暗相间条纹,彩色光出现彩色条纹。
薄膜干涉应用:肥皂膜干涉、两片玻璃间的空气膜干涉、浮在水面上的油膜干涉、牛顿环、蝴蝶翅膀的颜色等。光照到薄膜上,由膜的前后表面反射的两列光叠加。看到膜上出现明暗相间的条纹。
四、光的衍射。
1.光的衍射现象是光离开直线路径而绕到障碍物阴影里的现象.
单缝衍射:中央明而亮的条纹,两侧对称排列强度减弱,间距变窄的条纹。
圆孔衍射:明暗相间不等距的圆环,(与牛顿环有区别的)
2.泊松亮斑:当光照到不透光的极小圆板上时,在圆板的阴影中心出现的亮斑。当形成泊松亮斑时,圆板阴影的边缘是模糊的,在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。
3.各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。至使轮廓模糊不清,
4.产生明显衍射的条件:
(1)障碍物(或孔)的尺寸可以跟波长相比,甚至比波长还小。(当障碍物或孔的尺寸小于0.5mm时,有明显衍射现象)
Δd≤300λ当Δd=0.1mm=1300λ时看到的衍射现象就很明显了。
小结:光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果,但存在明显的区别:
(2)单色光的衍射条纹与干涉条纹都是明暗相间分布,但衍射条纹中间亮纹最宽,两侧条纹逐渐变窄变暗,
干涉条纹则是等间距,明暗亮度相同。
白光的衍射条纹与干涉条纹都是彩色的。
(3)意义:①干涉和衍射现象是波的特征:证明光具有波动性。λ大,干涉和衍射现明显,越容易观察到现象。
②衍射现象表明光沿直线传播只是近似规律,当光波长比障碍物小得多和情况下(条件)光才可以看作直线传播。(反之)
③在发生明显衍射的条件下,当窄缝变窄时,亮斑的范围变大,条纹间距离变大,而亮度变暗。
光的直进是几何光学的基础,光的衍射现象并没有完全否认光的直进,而是指出光的传播规律受一定条件制约的,任何物理规律都受一定条件限制。(光学显微镜能放大2000倍,无法再放大,再放大衍射现象明显了。)
五、光的偏振
横波只沿某个特定方向振动,这种现象叫做波的偏振。只有横波才有偏振现象。
根据波是否具有偏振现象来判断波是否横波,实验表明,光具有偏振现象,说明光波是横波。
(1)自然光。太阳、电灯等普通光源直接发出的光,包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波的强度都相同,这种光叫自然光。自然光通过偏振片后成形偏振光。
(2)偏振光。自然光通过偏振片后,在垂直于传播方向的平面上,只沿一个特定的方向振动,叫偏振光。自然光射到两种介质的界面上,如果光的入射方向合适,使反射和折射光之间的夹角恰好是90°,这时,反射光和折射光就都是偏振光,且它们的偏振方向互相垂直。我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。除了直接从光源发出的光外。
偏振片(起偏器)由特定的材料制成,它上面有一个特殊方向(透振方向)只有振动方向和透振方向平行的光波才能通过偏振片。
(3)只有横波才有偏振现象。光的偏振也证明了光是一种波,而且是横波。
各种电磁波中电场E的方向、磁场B的方向和电磁波的传播方向之间,两两互相垂直。
(4)光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起的,因此将E的振动称为光振动。
(5)应用:立体电影、照相机的镜头、消除车灯的眩光等。
【要点名师精解】
类型一折射定律及折射率的应用
【例1】如图所示,真空中有一个半径为R,折射率为n=的透明玻璃球。一束光沿与直径成θ0=45°角的方向从P点射入玻璃球,并从Q点射出,求光线在玻璃球中的传播时间。
解析:设光线在玻璃球的折射角为θ,由折射定律得
解得:θ=30°
由几何知识可知光线在玻璃球中路径的长度为
L=2Rcosθ=
光在玻璃的速度为v=
光线在玻璃球中的传播时间t=
名师点拨:做此类题要能正确画出光路图,找准几何关系,再根据折射定律,弄清入射角、折射角、及临界角的关系就可正确解题。
类型二光的全反射现象,临界角及其应用
【例2】(09年全国卷Ⅱ)21.一玻璃砖横截面如图所示,其中ABC为直角三角形(AC边末画出),AB为直角边ABC=45°;ADC为一圆弧,其圆心在BC边的中点。此玻璃的折射率为1.5P为一贴近玻璃砖放置的、与AB垂直的光屏。若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入玻璃砖,则()
A.从BC边折射出束宽度与BC边长度相等的平行光
B.屏上有一亮区,其宽度小于AB边的长度
C.屏上有一亮区,其宽度等于AC边的长度
D.当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时,屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大
解析:.宽为AB的平行光进入到玻璃中直接射到BC面,入射角为45o临界角,所以在BC面上发生全反射仍然以宽度大小为AB长度的竖直向下的平行光射到AC圆弧面上.根据几何关系可得到在屏上的亮区宽度小于AB的长度,B对.D正确。
答案:BD
名师点评:本题考查光的折射和全反射。当光线由光密介质射向光疏介质入射角大于或等于临界角时,将会发生全反射
类型三双缝干涉中明、暗条纹的分析
【例3】1801年,托马斯杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834年,洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)。
(1)洛埃镜实验的基本装置如图3(a)所示,S为单色光源,M为一平面镜。试用平面镜成像作图法在答题卡上画出S经平面镜反射后的光与S直接发出的光在光屏上相交的区域。
(2)设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和L,光的波长为λ,在光屏上形成干涉条纹。写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δx的表达式。
解析:(1)见图(b)。
(2)由双缝干涉相邻亮纹(或暗纹)间距离公式:。
根据平面镜成像的对称性得d=2a,
所以。
名师点评:杨氏双缝干涉是光的波动性的有力证据,要牢记干涉现象中相邻两亮纹(或暗纹)间距离相等,条纹间距的计算式,并理解各个字母所代表物理量的物理含义
【感悟高考真题】
1.(20xx重庆20)如题20图所示,空气中有一折射率为的玻璃柱体,其横截而是圆心角为90o,、半径为R的扇形OAB、一束平行光平行于横截面,以45o入射角射到OA上,OB不透光,若考虑首次入射到圆弧上的光,则上有光透出的部分的弧长为
A.1/6R
B.1/4R
C..1/3R
D.5/12R
【答案】B
【解析】根据折射定律,可得光进入玻璃后光线与竖直方向的夹角为30°。过O的光线垂直入射到AB界面上点C射出,C到B之间没有光线射出;越接近A的光线入射到AB界面上时的入射角越大,发生全反射的可能性越大,根据临界角公式得临界角为45°,如果AB界面上的临界点为D,此光线在AO界面上点E入射,在三角形ODE中可求得OD与水平方向的夹角为180°-(120°+45°)=15°,所以A到D之间没有光线射出。
由此可得没有光线射出的圆弧对应圆心角为90°-(30°+15°)=45°,为1/4R。
2.(20xx全国卷Ⅰ20)某人手持边长为6cm的正方形平面镜测量身后一棵树的高度。测量时保持镜面与地面垂直,镜子与眼睛的距离为0.4m。在某位置时,他在镜中恰好能够看到整棵树的像;然后他向前走了6.0m,发现用这个镜子长度的5/6就能看到整棵树的像,这棵树的高度约为
A.5.5mB.5.0mC.4.5mD.4.0m
【答案】B
【解析】如图是恰好看到树时的反射光路,由图中的三角形可得
,即。人离树越远,视野越大,看到树所需镜面越小,同理有,以上两式解得L=29.6m,H=4.5m。
【命题意图与考点定位】平面镜的反射成像,能够正确转化为三角形求解
3.(20xx全国卷Ⅱ20)频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后,其光路如右图所示,下列说法正确的是
A.单色光1的波长小于单色光2的波长
B.在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度
C.单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间
D.单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角
4.(20xx北京14)对于红、黄、绿、蓝四种单色光,下列表述正确的是
A.在相同介质中,绿光的折射率最大B.红光的频率最高
C.在相同介质中,蓝光的波长最短D.黄光光子的能量最小
【答案】C
【解析】红、黄、绿、蓝四种单色光的频率依次增大,光从真空进入介质频率不变,B错。由色散现象同一介质对频率大的光有大的折射率,A错。频率大的光在真空中和介质中的波长都小,蓝光的波长最短,C正确。频率大,光子能量大,D错。
5.(20xx江苏物理12(B))(1)激光具有相干性好,平行度好、亮度高等特点,在科学技术和日常生活中应用广泛。下面关于激光的叙述正确的是
(A)激光是纵波
(B)频率相同的激光在不同介质中的波长相同
(C)两束频率不同的激光能产生干涉现象
(D)利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离
(2)如图甲所示,在杨氏双缝干涉实验中,激光的波长为5.30×m,屏上P点距双缝和的路程差为7.95×m.则在这里出现的应是(选填“明条纹”或“暗条纹”)。现改用波长为6.30×m的激光进行上述实验,保持其他条件不变,则屏上的条纹间距将
(选填“变宽”、“变窄”、或“不变”。
(3)如图乙所示,一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质,经下表面反射后,从上面的A点射出。已知入射角为i,A与O相距l,介质的折射率为n,试求介质的厚度d.
答案:
6.(20xx新课标33(1))如图,一个三棱镜的截面为等腰直角ABC,为直角.此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边,进入棱镜后直接射到AC边上,并刚好能发生全反射.该棱镜材料的折射率为_________.(填入正确选项前的字母)
A、B、C、D、
答案:A
解析:根据折射率定义有,,,已知∠1=450∠2+∠3=900,解得:n=
7.(20xx海南物理18(1))一光线以很小的入射角射入一厚度为d、折射率为n的平板玻璃,求出射光线与入射光线之间的距离(很小时.)
【答案】
【解析】如图,设光线以很小的入射角入射到平板玻璃表面上的A点,折射角为,从平板玻璃另一表面上的B点射出。设AC为入射光线的延长线。由折射定律和几何关系可知,它与出射光线平行。过B点作,交于D点,则的长度就是出射光线与入射光线之间的距离,由折射定律得

由几何关系得②

出射光线与入射光线之间的距离为

当入射角很小时,有
由此及①②③④式得⑤
2009年高考题
1.(09全国卷Ⅰ15)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4m,右镜8m,如图所示,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(B)
A.24mB.32mC.40mD.48m
解析:本题考查平面镜成像.从右向左在左镜中的第一个像是物体的像距离物体8cm,第二个像是物体在右镜所成像的像,第3个像是第一个像在右镜中的像在左镜中的像距离物体为32cm.
2.(09浙江18)如图所示,有一束平行于等边三棱镜截面的单色光从空气射向点,并偏折到F点,已知入射方向与边的夹角为,、分别为边、的中点,则(AC)
A.该棱镜的折射率为
B.光在点发生全反射
C.光从空气进入棱镜,波长变小
D.从点出射的光束与入射到点的光束平行
解析:在E点作出法结线可知入射角为60o,折射角为30o,折射率为;由光路的可逆性可知,在BC边上的入射角小于临界角,不会发生全反射,B错;由公式,可知C对;三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折,不会与入射到点的光束平行,故D错。
3.(09上海物理6)光电效应的实验结论是:对于某种金属(AD)
A.无论光强多强,只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应
B.无论光的频率多低,只要光照时间足够长就能产生光电效应
C.超过极限频率的入射光强度越弱,所产生的光电子的最大初动能就越小
D.超过极限频率的入射光频率越高,所产生的光电子的最大初动能就越大
解析:每种金属都有它的极限频率,只有入射光子的频率大于极限频率时,才会发生光电效应,且入射光的强度越大则产生的光子数越多,光电流越强;由光电效应方程,可知入射光子的频率越大,产生的光电子的最大初动能也越大,与入射光的强度无关,所以AD正确。
4.(09上海物理10)如图为双缝干涉的实验示意图,若要使干涉条纹的间距变大可改用长更___________(填长、短)的单色光,或是使双缝与光屏间的距离___________(填增大、减小)。
答案:长,增大。
解析:依据双缝干涉条纹间距规律,可知要使干涉条纹的间距变大,需要改用波长更长的单色光,应将增大双缝与屏之间的距离L。
5.(09广东物理4)硅光电池是利用光电效应原理制成的器件。下列表述正确的是(A)
A.硅光电池是把光能转变为电能的一种装置
B.硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出
C.逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关
D.任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应
解析:硅光电池是把光能转变为电能的一种装置,A正确;是利用光电效应原理制成的器件,依据光电效应方程可见只有当入射光子的频率大于极限频率时才可能发生光电效应,B错误,C错误,D错误。
6.(09广东物理14)(1)在阳光照射下,充满雾气的瀑布上方常常会出现美丽的彩虹。彩虹是太阳光射入球形水珠经折射、内反射,再折射后形成的。光的折射发生在两种不同介质的上,不同的单色光在同种均匀介质中不同。
答案:(1)界面,传播速度
7.(09上海6)英国科学家瑞利于1871年证明:一束光穿过大气距离后,其强度从下降为的公式为,其中叫做吸收系数,式中为光的频率,为光速,标准状况下,个/厘米,。定义,叫做衰减长度,它表示光经过距离后其强度降低到原来的。根据以上信息,结合所学知识可以判断(B)
A.可见光中衰减最厉害的是红光B.可见光中衰减最厉害的是紫光
C.可见光中衰减最厉害的是黄绿光D.不同颜色的光衰减程序基本相同
8.(09宁夏36)(1)关于光电效应,下列说法正确的是_______(填入选项前的字母,有
填错的不得分)(A)
A.极限频率越大的金属材料逸出功越大
B.只要光照射的时间足够长,任何金属都能产生光电效应
C.从金属表面出来的光电子的最大初动能越大,这种金属的逸出功越小
D.入射光的光强一定时,频率越高,单位时间内逸出的光电子数就越多
9.(09天津7)已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大,则两种光(C)
A.在该玻璃中传播时,蓝光的速度较大
B.以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中,蓝光折射角较大
C.从该玻璃中射入空气发生反射时,红光临界角较大
D.用同一装置进行双缝干涉实验,蓝光的相邻条纹间距较大
解析:由可知,蓝光在玻璃中的折射率大,蓝光的速度较小,A错;以相同的入射角从空气中斜射入玻璃中,蓝光的折射率大,向法线靠拢偏折得多,折射角应较小,B错。从玻璃射入空气发生全反射时的临界角由公式可知,红光的折射率小,临界角大,C正确;用同一装置进行双缝干涉实验,由公式可知蓝光的波长短,相邻条纹间距小,D错。
10.(09四川21)如图所示,空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体,其内圆半径为r,外圆半径为R,R=r。现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体,只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出。设透明柱体的折射率为n,光在透明柱体内传播的时间为t,若真空中的光速为c,则(AB)
A.n可能为B.n可能为2
C.t可能为D.t可能为
解析:只经过两次全反射可知第一次入射角为45°,反射光路图如右图所示。
根据全反射可知临界角C≤45°,再根据n=可知n≥;光在透明柱体中运动路程为L=4r,运动时间为t=L/V=4nr/c,则t≥4r/c,CD均错。
11.(09重庆21)用a、b、c、d表示四种单色光,若(A)
①a、b从同种玻璃射向空气,a的临界角小于b的临界角;
②用b、c和d在相同条件下分别做双缝干涉实验,c的条纹间距最大
③用b、d照射某金属表面,只有b能使其发射电子。
则可推断a、b、c、d可能分别是
A.紫光、蓝光、红光、橙光B.蓝光、紫光、红光、橙光
C.紫光、蓝光、橙光、红光D.紫光、橙光、红光、蓝光
12.(09福建13)光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用,下列说法正确的是(D)
A.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
B.用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象
C.在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象
D.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
解析:用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象,A错;用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射形成的色散现象,B错;在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象,C错;光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象,D对。
二、非选择题
13.(09山东37)(物理——物理3-4)(2)一束单色光由左侧时的清水的薄壁圆柱比,图2为过轴线的截面图,调整入射角α,光线拾好在不和空气的界面上发生全反射,已知水的折射角为,α的值。

解析:(2)当光线在水面发生全放射时有,当光线从左侧射入时,由折射定律有,联立这两式代入数据可得。
考点:光的折射和全放射
14.(09江苏物理12.B)(1)如图甲所示,强强乘电梯速度为0.9(为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮,壮壮的飞行速度为0.5,强强向壮壮发出一束光进行联络,则壮壮观测到该光束的传播速度为。(填写选项前的字母)
(A)0.4c(B)0.5c(C)0.9c(D)1.0c
(3)图丙是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片,照相机的镜头竖直向上。照片中,水利方运动馆的景象呈现在半径的圆型范围内,水面上的运动员手到脚的长度,若已知水的折射率为,请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深,(结果保留两位有效数字)
答案:(1)D;(3)设照片圆形区域的实际半径为,运动员的实际长为折射定律
几何关系

取,解得(都算对)
解析:(1)根据爱因斯坦相对论,在任何参考系中,光速不变。D项正确。
(3)根据题意能画出光路图,正确使用物象比解决本题的关键。
设照片圆形区域的实际半径为,运动员的实际长为,光路如图
折射定律
几何关系

取,解得
(本题为估算题,在取运动员实际长度时可以有一个范围,但要符合实际,故求得h值可以不同均可)
15.(09江苏物理12.C)(3)试通过分析比较,具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小。
答案:(3)粒子的动量,物质波的波长,由,知,则。
解析:(3)物质波的的波长为,要比较波长需要将中子和电子的动量用动能表示出来即,因为,所以,故。
16.(09海南物理18.(1))如图,一透明半圆柱体折射率为,半径为R、长为L。一平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入,从部分柱面有光线射出。球该部分柱面的面积S。
解析:半圆柱体的横截面如图所示,为半径。设从A点入射的光线在B点处恰好满足全反射条件,由折射定律有
式中,为全反射临界角。由几何关系得


代入题所给条件得

17.(09海南物理19)(I)已知:功率为100W灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量,光速,普朗克常量,假定所发出的可见光的波长都是560nm,计算灯泡每秒内发出的光子数。
解析:(I)一波长为光子能量为
设灯泡每秒内发出的光子数为,灯泡电功率为,则
式中,是灯泡的发光效率。联立①②式得
代入题给数据得
18.(09宁夏35.(2))一棱镜的截面为直角三角形ABC,∠A=30o,斜边AB=a。棱镜材料的折射率为n=。在此截面所在的平面内,一条光线以45o的入射角从AC边的中点M射入棱镜射出的点的位置(不考虑光线沿原来路返回的情况)。
解析:
设入射角为i,折射角为r,由折射定律得

由已知条件及①式得

如果入射光线在法线的右侧,光路图如图1所示。设出射点为F,由几何关系可得

即出射点在AB边上离A点的位置。
如果入射光线在法线的左侧,光路图如图2所示。设折射光线与AB的交点为D。
由几何关系可知,在D点的入射角

设全发射的临界角为,则

由⑤和已知条件得

因此,光在D点全反射。
设此光线的出射点为E,由几何关系得
∠DEB=


联立③⑦⑧式得

即出射点在BC边上离B点的位置。
【考点精题精练】
1、(20xx天津市六校高三第三次联考)氢原子发出口、6两种频率的光,经三棱镜折射后的光路如图所示,若a光是由能级n=4向n=l跃迁时发出时,则b光可能是()
A.从能级n=3向n=1跃迁时发出的
B.从能级n=5向n=1跃迁时发出的
C.从能级n=5向n=2跃迁时发出的
D.从能级n=3向n=2跃迁时发出的
2、下列说法中正确的是
A.光的偏振现象说明光波是横波
B.麦克斯韦用实验方法证实了电磁波的存在
C.从接收到的高频信号中还原出所携带的声音或图像信号的过程称为调制
D.爱因斯坦狭义相对论指出真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
3、彩虹和霓是太阳光被大气中的小水珠折射和反射形成的色散现象如图所示为太阳光射到空气中的小水珠发生色散形成霓的光路示意图,a、b为两种折射出的单色光,则以下说法正确的是()
A.a光光子能量大于b光光子能量
B.在水珠中a光的传播速度大于b光的传播速度
C.用同一双缝干涉装置看到的a光干涉条纹间距
比b光的大
D.如果a光能使某金属发生光电效应,则b光也
一定能使该金属发生光电效应
3、(20xx浙江省台州市高三第二次调考)如图所示,有两条细束平行单色光a、b射向空气中横截面为矩形的玻璃砖的下表面,已知玻璃砖足够宽.若发现玻璃砖的上表面只有一束光射出,则下列说法中正确的是
A.其中有束一单色光在玻璃砖的上表面发生了全反射
B.在玻璃中单色光a的传播速率大于单色光b的传播速率
C.若光束a恰好能使某未知金属发生光电效应,则b也能
D.减小光束与玻璃砖下表面的夹角θ,上表面会有两束平行单色光射出
4、“井底之蛙”这个成语常被用来讽刺没有见识的人,现有井口大小和深度相同的两口井,一口是枯井,一口是水井(水面在井口之下),两井底都各有一只青蛙,则:(C)
A、枯井中青蛙觉得天比较小,水井中青蛙看到井外的范围比较大
B、枯井中青蛙觉得天比较大,水井中青蛙看到井外的范围比较小
C、枯井中青蛙觉得天比较大,水井中青蛙看到井外的范围比较大
D、两只青蛙觉得井口一样大,水井中青蛙看到井外的范围比较大
5、如图所示,一束光从空气垂直射到直角棱镜的AB面上,已知棱镜材料的折射率为1.4,则这束光进入棱镜后的光路图应为下面四个图中的(D)

6、用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象.图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐),图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈.将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转,观察到的现象是(D)
A.当金属线圈旋转30°时,干涉条纹同方向旋转30°
B.当金属线圈旋转45°时,干涉条纹同方向旋转90°
C.当金属线圈旋转60°时,干涉条纹同方向旋转30°
D.干涉条纹保持不变
7、如图所示,置于空气中的一不透明容器中盛满某种透明液体,容器底部靠近器壁处有一竖直放置的6.0cm长的线光源,靠近线光源一侧的液面上盖有一遮光板,另一侧有一水平放置的与液面等高的望远镜,用来观察线光源,开始时通过望远镜不能看到线光源的任何一部分,将线光源沿容器底向望远镜一侧平移至某处时,通过望远镜刚好可能看到线光源底端.再将光源沿同一方向移动8.0cm,刚好可以看到其顶端,求此液体的折射率n.
(2)当线光源上某一点发出的光线射到未被遮光板遮住的液面上时,射到遮光边缘O的那条光线的入射角最小.若线光源底端在A点时,望远镜内刚好可以看到此光源底端,设过O点液面的法线为OO1,则①
其中a为此液体到空气的全反射临界角(2分)
由折射定律有②(3分)
同理,若线光源顶端在B1点时,通过望远镜刚好可以看到此光源顶端,则,设此时线光源底端位于B点,由图中几何关系可得
③(1分)
联立②③式得
④(1分)
由题给条件可知

代入③式得n=1.3(3分)
8、如图所示,有一截面是直角三角形的棱镜ABC,∠A=30.它对红光的折射率为n1.对紫光的折射率为n2.在距AC边d处有一与AC平行的光屏。现有由以上两种色光组成的很细的光束垂直AB边射入棱镜.
(1)红光和紫光在棱镜中的传播速度比为多少?
(2)为了使红光能从AC面射出棱镜,n1应满足什么条件?
(3)若两种光都能从AC面射出,求在光屏MN上两光点间的距离.
解:(1)v红=C/n1
v紫=C/n2
∴v红/v紫=n2/n1
(3分.方程2分,结果1分)
(2)C30sinC=
∴n12………………(3分)
(3)
Δx=d(tanr2-tanr1)=d
(方程每个1分,结果1分)