高考物理振动与波、光学、原子物理冲刺专题复习。
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20xx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＝2πLg．
(2)应用：①计时器；②测定重力加速度g，g＝4π2LT2．
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＝λT，都会发生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应wwW.JAb88.cOm
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＝sinθ1sinθ2．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＝cv．
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sinC＝1n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＝cv＝λ0λ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Δx＝Ldλ．
(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：12mvm2＝hν－W．
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hν(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＝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6－1
●例1如图6－1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1m/s的速度沿绳子由A向B传播，质点A、B间的水平距离为3m，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()
图6－2
【解析】由题意知，λ＝vT＝4m
故lAB＝34λ，经过t＝34T＝3s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．
[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t＝3s时刻以及t′＝3s＋Δt时刻AB方向波的图象图6－2丁所示．
图6－2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6－3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6－3
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】①两列波传播至某点时，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．
②振动加强的点与振动减弱的点有规律地相互间隔．
③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4m，右镜8m，如图6－4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Ⅰ]()
图6－4甲
A．24mB．32mC．40mD．48m
【解析】物体在左镜中所成的各像如图6－4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：d＝32m．
图6－4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△AS′O中，tanα＝AOh′
在△ASO中，tanγ＝AOh
则tanαtanγ＝hh′
因为α、γ很小，所以sinα≈tanα，sinγ≈tanγ
得：h′＝sinγsinαh＝hn．
[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，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6－5甲所示为一个储油圆柱桶，其底面直径与桶高相等．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c＝3×108m/s)()
图6－5甲
A．1.6、1.9×108m/sB．2.0、1.6×108m/s
C．2.2、2.2×108m/sD．1.6、1.6×108m/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6－5乙所示，可得：
图6－5乙
n＝sinisinr＝1.6
又因为n＝cv
可得v＝1.9×108m/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Ⅱ]()
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Δx，有：
Δx＝dcosrsin(i－r)
n＝sinisinr
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(i－r)＞0且增大，dcosr＞0且增大，故A、C选项错误．
若入射角相同，则：
Δx＝dsini(1－cosin2－sin2i)
即当n增大，Δx也增大，故选项B错误、D正确．
[答案]D
【点评】①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．
②一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6－6甲所示，则可知()
图6－6甲
A．液体的折射率为2
B．液体的折射率为22
C．整个水池表面都有光射出
D．液体表面亮斑的面积为πH2
【解析】由题意知i＋r＝180°－105°＝75°
r＝75°－30°＝45°
故折射率n＝sinrsini＝2
该液体的临界角C＝arcsin1n＝45°
可得液体表面亮斑的半径如图6－6乙所示，r＝H
图6－6乙
故亮斑面积为：
S＝πH2．
[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6－7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6－7
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6－8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6－8
【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：
①分子间同时存在引力和斥力；
②引力和斥力都随着距离的增大而减小；
③斥力比引力随距离变化得快．
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r＝r0(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ΔU，即ΔU＝Q＋W，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；ΔU为正表示物体的内能增加，ΔU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＝(t＋273.15)K和ΔT＝Δt，要注意两种单位制下每一度的间隔是相同的．0K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m0＝MNA、摩尔体积V＝Mρ、分子占的体积V0＝MρNA、分子的个数N＝NAmM，式中NA、m、ρ、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)[2008年高考北京理综卷]()
A．10年B．1千年C．10万年D．1千万年
【解析】1g水的分子数N＝118×NA＝3.3×1022，则完成任务所需时间t＝N60×108×5000×365×24年＝1×105年，选项C正确．
[答案]C
【点评】此题是估算题，关键是求出1g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6－9所示．图中记录的是[2009年高考北京理综卷]()
图6－9
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v－t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Ⅱ]()
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分子对器壁不断碰撞而产生的
D．当气体膨胀时，气体分子之间的势能减小，因而气体的内能减少
【解析】气体分子间的距离远大于分子大小，所以气体的体积远大于所有气体分子的体积之和，A选项错误；温度是物体分子平均动能的标志，是表示分子热运动剧烈程度的物理量，B选项正确；气体压强的微观解释是大量气体分子频繁撞击产生的，C选项正确；气体膨胀，说明气体对外做功，但不能确定吸、放热情况，故不能确定内能变化情况，D选项错误．
[答案]BC
【点评】在每年各地的高考题中，一般都会出现一道关于热学的题目，而且常综合考查本单元的较多的基本原理．
四、气体的压强
从微观角度看，气体的压强与气体分子的平均动能和气体分子的密集程度(单位体积内的分子数)有关．气体分子的平均动能越大，分子撞击器壁时对器壁产生的作用力越大，气体的压强就越大；气体分子越密集(单位体积内的分子数越多)，每秒撞击器壁单位面积的分子数越多，气体的压强就越大．从宏观角度看，气体的压强跟温度和体积有关．
●例4下列说法正确的是[2009年高考全国理综卷Ⅰ]()
A．气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力
B．气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均冲量
C．气体分子热运动的平均动能减小，气体的压强一定减小
D．单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大
【解析】根据压强的定义，气体的压强等于气体分子作用在器壁单位面积上的平均冲力，等于单位面积上单位时间受到的平均冲量，故A正确、B错误．气体的压强与温度和体积有关，当分子热运动的平均动能增大时，若分子密度变大，气体的压强也有可能增大；当分子密度增大时，若分子热运动的平均动能减小，气体的压强也可能减小，故C、D错误．
[答案]A
(三)原子物理
知识网络
考点预测
近代物理部分相对独立，主干知识是原子的量子化结构和核能，复习时要围绕玻尔理论、衰变规律和爱因斯坦质能方程等重点知识进行．模块内的综合主要是近代物理知识与动量守恒定律的综合．利用碰撞探究微观粒子的规律是高能物理常用的研究手段，如α粒子散射实验．α粒子与氮、铍、铝的碰撞分别发现了质子、中子和放射性同位素，加速器、对撞机等都是研究核物理的常用工具．
近年近代物理试题中出现不少中学教材中没有的新知识背景，如“超重元素”、“双电荷交换反应”、俄歇效应、原子内层空位产生的内转换机制、μ氢原子等．在训练学生读题时，要引导他们尽力将新情境中的问题与已学过的知识联系起来，在学习心理学中，就是“图式”的“同化”与“顺应”的过程，这类问题其实是“新瓶装旧酒”，还是考查课本上的知识点，只是对学生的能力要求提高了，要真正理解才能变通．
“联系实际，联系生活，联系高科技”已成为高考命题的趋势，考查内容体现时代气息，用新名词包装的试题增加．试题越来越重视知识的联系，体现学科的综合性．
要点归纳
一、原子的核式结构
卢瑟福根据α粒子散射实验观察到的实验现象推断出了原子的核式结构．α粒子散射实验的现象是：①绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进；②极少数α粒子则发生了较大的偏转甚至返回．注意，核式结构并没有指出原子核的组成．
二、波尔原子模型
玻尔理论的主要内容：
1．“定态假设”：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，电子虽做变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态．
定态假设实际上只是给经典的电磁理论限制了适用范围：原子中的电子绕核转动处于定态时不受该理论的制约．
2．“跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射(吸收)电磁波(光子)，其频率由两个定态的能量差值决定hν＝Em－En．
3．“能量量子化假设”和“轨道量子化假设”：由于能量状态的不连续，因此电子绕核转动的轨道半径也不能任意取值．
三、原子核的衰变及三种射线的性质
1．α衰变与β衰变方程
α衰变：→＋
β衰变：→＋
2．α和β衰变次数的确定方法
先由质量数确定α衰变的次数，再由核电荷数守恒确定β衰变的次数．
3．半衰期(T)：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．
4．特征：只由核本身的因素所决定，而与原子所处的物理状态或化学状态无关．
5．规律：N＝N0．
6．三种射线
射线α射线β射线γ射线
物质微粒氦核
电子
光子γ
带电情况带正电(2e)带负电(－e)不带电
速度约为110c
接近cc
贯穿本领小(空气中飞行几厘米)中(穿透几毫米厚的铝板)大(穿透几厘米厚的铅板)
电离作用强次弱
四、核能
1．爱因斯坦质能方程：E＝mc2．
2．核能的计算
(1)若Δm以千克为单位，则：
ΔE＝Δmc2．
(2)若Δm以原子的质量单位u为单位，则：
ΔE＝Δm×931.5MeV．
3．核能的获取途径
(1)重核裂变：例如＋→＋＋10
(2)轻核聚变：例如＋→＋
聚变的条件：物质应达到超高温(几百万度以上)状态，故聚变反应亦称热核反应．
热点、重点、难点
一、玻尔模型能级概念
●例1氢原子的能级如图6－10所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62eV～3.11eV，下列说法错误的是()
图6－10
A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离
B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应
C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光
D．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光
【解析】处于n＝3能级的氢原子吸收光子而发生电离的最小能量是1.51eV，又因紫外线的频率大于可见光的频率，所以紫外线的光子能量E≥3.11eV，故A正确．
由能级跃迁理论知，氢原子由高能级向n＝3能级跃迁时，发出光子的能量E≤1.51eV，所以发出光子能量小于可见光的光子能量．由E＝hν知，发出光子频率小于可见光的光子频率，发出光子为红外线，具有较强的热效应，故B正确．
由能级跃迁理论知，n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可发出6种频率的光子，故C正确．
由能级跃迁理论知，大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，发出光子的能量分别为：0.66eV(4→3)，2.55eV(4→2),12.75eV(4→1),1.89eV(3→2),12.09eV(3→1)，10.2eV(2→1)，所以只有3→2和4→2跃迁时发出的2种频率的光子属于可见光，故D错误．
[答案]D
【点评】①原子由定态n(n≥2)向低能级跃迁时可能辐射的光子频率的种类为(n－1)n2．
②原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差．
③原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值．
④计算时应注意：因一般取∞远处为零电势参考面，故各能级的能量值均为负值；能量单位1eV＝1.6×10－19J．
二、考查衰变、裂变、聚变以及人工转变概念
●例2现有三个核反应：
①→＋____；②＋→＋＋____；③＋→＋____．
完成上述核反应方程，并判断下列说法正确的是()
A．①是裂变，②是β衰变，③是聚变
B．①是聚变，②是裂变，③是β衰变
C．①是β衰变，②是裂变，③是聚变
D．①是β衰变，②是聚变，③是裂变
[答案]①②3③C
【点评】①原子核自发地放出某种粒子成为新的原子核，叫做衰变；原子序数较大的重核分裂成原子序数较小的原子核，叫做重核裂变；原子序数很小的原子核聚合成原子序数较大的原子核，叫做轻核聚变．
②所有核反应都遵循质量数和电荷数守恒的规律，情况复杂时可列方程组求解．
三、核能和质量亏损
●例3某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为
＋→＋Q1＋→＋X＋Q2
方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：
原子核
质量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001
下列判断正确的是[2009年高考重庆理综卷]()
A．X是，Q2Q1
B．X是，Q2Q1
C．X是，Q2Q1
D．X是，Q2Q1
【解析】核反应方程：＋→中的质量亏损为：
Δm1＝1.0078u＋12.0000u－13.0057u＝0.0021u
根据电荷数守恒、质量数守恒可知：
＋→＋
其质量亏损为：Δm2＝1.0078u＋15.0001u－12.0000u－4.0026u＝0.0053u
根据爱因斯坦质能方程得：Q1＝Δm1c2，Q2＝Δm2c2
故Q1＜Q2．
[答案]B
【点评】要注意u为质量单位，并不是能量单位，其中1u＝1.6606×10－27kg,1uc2＝931.5MeV．
四、近代物理中的前沿科技问题
近几年来，高考试题中STS(科学技术社会)问题(如反物质、中微子、介子、夸克、弗兰克－赫兹实验等)占有较大的比例，出现了以科技前沿为背景的信息题．解决这类试题的关键在于：认真阅读题目、理解题意，捕获有效信息、删除干扰信息；仔细分析问题所描述的物理状态或物理过程，并从中建立起相应的物理模型；最后运用相关的物理规律求解．
●例4K－介子的衰变方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子所带电荷量为元电荷e，π0介子不带电．如图6－11所示，两匀强磁场方向相同，以虚线MN为理想边界，磁感应强度分别为B1、B2．今有一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场B1中，其轨迹为圆弧AP，P在MN上，K－在P点时的速度为v，方向与MN垂直．在P点该介子发生了上述衰变，衰变后产生的π－介子沿速度v的反方向射出，其运动轨迹如“心”形图线所示．则以下说法正确的是()
图6－11
A．π－介子的运行轨迹为PENCMDP
B．π－介子运行一周回到P用的时间T＝2πmB2e
C．B1＝4B2
D．π0介子做匀速直线运动
【解析】由题意可知，K－介子衰变为π－介子和π0介子后，π－介子沿速度v的反方向射出，而π－介子带负电，根据左手定则可以判断，π－介子的运行轨迹为PDMCNEP，则选项A错误；设π－介子在左右两侧磁场中做匀速圆周运动的半径分别为R1和R2，运动周期分别为T1和T2，由图可知：R1R2＝12，又R1＝mveB1、R2＝mveB2，则B1＝2B2，即选项C错误；而T1＝2πmeB1，T2＝2πmeB2，则π－介子运行一周回到P所用的时间T＝T12＋T22＋T12＝T1＋T22＝2πmeB2，即选项B正确；π0介子由于不带电而不受洛伦兹力作用，它将做匀速直线运动，即选项D正确．综上所述，选项B、D正确．
[答案]BD
【点评】本题涉及匀速圆周运动、线速度、角速度、周期、向心力、洛伦兹力、左手定则、牛顿第二定律等知识点，考查学生对上述知识的理解和掌握程度，以及分析、推理的能力和信息处理的能力．解决本题的关键在于：先利用左手定则判断π－介子的运行轨迹，再运用洛伦兹力、牛顿第二定律等知识分析求解．
★同类拓展2006年3月24日，由中国自行研究、设计的世界上第一个全超导非圆截面托卡马克EAST核聚变实验装置(又称“人造太阳”)，如图6－12所示，已成功完成首次工作调试．由于它和太阳产生能量的原理相同，都是热核聚变反应，所以被外界称为“人造太阳”．“人造太阳”的原理就是在这台装置的真空室内加入少量氢的同位素氘和氚，使其在一定条件下发生聚变反应，反应过程中会产生巨大的能量．核聚变的主要原料是氘和氚，在海水中含量极其丰富．则下列说法中错误的是()
图6－12
A．“人造太阳”的核反应方程是＋→＋
B．“人造太阳”的核反应方程是＋→＋＋3
C．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2
D．与这种热核聚变比较，核裂变反应堆产生的废物具有放射性
【解析】“人造太阳”中的核反应为轻核的聚变，故A正确、B错误．核反应释放的能量都遵循质能方程ΔE＝Δmc2，C正确．聚变方程产生的不具有放射性，而裂变反应产生的废物会衰变放出α或β射线，D正确．
[答案]B
延伸阅读
高考物理机械振动与机械波复习
第十四章机械振动与机械波
1.本章主要描述的是机械振动的公式和图象，波的图象，波长，频率，波速关系。
2.高考中以选择题形式考查为主，考查对基础知识的掌握与理解。复习时要真正搞懂振动与波的关系及两个图象的物理意义，明确振动与波的关系，注意其空间和时间上的周期性。
第一课时简谐振动和图象
【教学要求】
1．会用简谐运动的公式和图象描述简谐运动
2．掌握简谐运动各物理量的变化规律
【知识再现】
一．机械振动
1．定义：物体（或物体的一部分）在某一中心位置附近所做的往复运动．
2．回复力：使振动物体返回平衡位置的力．
①．回复力是以命名的力，时刻指向．
②．回复力可能是几个力的合力，可能是某一个力，还可能是某一个力的分力．因而回复力不一定等于物体的合外力．
3．平衡位置：振动过程中回复力为零的位置．
二．简谐运动
1．定义：物体在跟成正比，并且总是指向的回复力作用下的振动．
2．简谐运动的特征
①受力特征：回复力满足F=
②运动特征：加速度工能力
3．表达式：x=Asin(ωt+φ),其中表示初相,表示相位。
4．描述简谐运动的物理．
①位移：由指向振动质点所在位置的有向线段，它是量．
②振幅：振动物体离开平衡位置的，它是量．
③周期T和频率f：物体完成所需的时间叫周期，单位时间内完成的次数叫频率，二者的关系。
知识点一简谐振动的平衡位置
平衡位置的特点：
(1)平衡位置的回复力为零；
(2)平衡位置不一定是合力为零的位置，如单摆当摆球运动到平衡位置时受力是不平衡；
(3)同一振子在不同振动系统中平衡位置不一定相同：如弹簧振子水平放在光滑静止地面上的平衡位置，弹簧的平衡位置处于原长，在竖直方向的弹簧振子，平衡位置是其弹力等于重力的位置．
【应用1】简谐运动的平衡位置是指（）
A.速度为零的位置B.回复力为零的位置
C.加速度为零的位置D.位移最大的位置
知识点二简谐运动的周期性和对称性
简谐运动的特点
1．动力学特点：F=-kx，负号表示回复力方向跟位移方向相反，k表示回复力系数。
2.运动学特征：简谐运动是变加速运动，运动物体的位移、速度、加速度的变化具有周期性和对称性．
(1)位移：振动物体的位移是物体相对平衡位置的位移；它总是由平衡位置指向物体所在位置的有向线段。
注意：区分振动物体的某时刻的位移跟某段时间内的位移，两者“起始点”的意义不同．
(2)速度：简谐运动是变加速运动．物体经平衡位置时速度最大，物体在最大位移处时速度为零，且物体的速度在最大位移处改变方向．
(3)加速度：由力与加速度的瞬时对应关系可知，加速度与回复力的变化步调相同，即物体处在最大位移处时加速度最大，物体处于平衡位里时加速度最小（为零）．物体经平衡位里时，加速度方向发生变化．
【应用2】一弹簧振子做简谐运动．周期为T，下列说法正确的有（）
A．若t时刻和（t+△t）时刻振子运动速度的大小相等、方向相反，则Δt一定等于T/2的整数倍
B．若t时刻和（t+△t）时刻振子运动位移的大小相等、方向相同，则△t一定等于T的整数倍
C．若△t＝T／2，则在t时刻和（t－△t）时刻弹簧的长度一定相等
D．若△t＝T，则在t时刻和（t+△t）时刻振子运动的加速度一定相同
导示:若△t＝T／2或△t＝nT－T/2，（n＝1，2，3．．．．），则在t和（t＋△t）两时刻振子必在关于干衡位置对称的两位置（包括平衡位置），这两时刻振子的位移、回复力、加速度、速度等均大小相等，方向相反。但在这两时刻弹簧的长度并不一定相等（只有当振子在这两时刻均在平衡位置时，弹簧长度才相等）．反过来．若在t和（t+△t），两时刻振子的位移（回复力、加速度）和速度（动量）均大小相等，方向相反，则△t一定等于△t＝T／2的奇数倍。如果仅仅是振子的速度在t和（t＋△t），两时刻大小相等方向相反，那么不能得出△t与T/2的关系，根据以上分析．A、C选项均错．
若t和（t＋△t）时刻，振子的位移（回复力、加速度）、速度（动量）等均相同，则△t＝nT（n＝1，2，，3…），但仅仅根据两时刻振子的位移相同，不能得出△t＝nT．所以B这项错，D选项正确。
（1）简谐运动的物体经过1个或n个周期后，能回复到原来的状态，各物理量均又相同．因此，在解题时要注意到多解的可能性或需要写出解答结果的通式．
（2）在关于平衡位置对称的两个位置，动能、势能对应相等，回复力、加速度大小相等，方向相反；速度大小相等，方向可相同，也可相反，以及运动时间的对称性。
知识点三简谐运动的图象
1．物理意义
表示振动物体偏离平衡位置的位移x随时间t的变化规律．
注意：振动图象不是质点的运动轨迹．
2.图象的特点
简谐运动的图象是正弦（或余弦）曲线．
3.振动图象的应用
(1)可直观地读取振幅A、周期T及各时刻的位移x及各时刻振动速度方向．
(2)判定回复力、加速度方向（总指向时间轴）
(3)判定某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况．
(4)某段时间内振子的路程．
类型一简谐振动的证明问题
【例1】证明竖直方向的弹簧振子所做的运动是简谐振动。
导示:设物体的重为G，弹簧的劲度系数为k，物体处于平衡位置时弹簧的伸长量为l1，则G=kl1
当物体偏离平衡位置的位移为l时，弹簧的伸长量为l2，则l=l2-l1
取竖直向下为正，此时弹簧振子的回复力为
F回=G-kl2=kl1-kl2=-kl
所以，竖直方向的弹簧振子所做的运动是简谐振动。
判断某振动是否属于简谐运动，关键在于受力分析．先找出回复力的来源，然后取平衡位置为坐标原点，并规定正方向，得出回复力的表达式；再对照判别式F=一kx作出判断．在判断时要注意，回复力是指振动物体在振动方向上的合外力。
类型二振动的表达式及相位考查
【例2】物体沿x轴做简谐运动，振幅为8cm，频率为0．5Hz，在t=0时，位移是4cm，且向x轴负方向运动，试写出用正弦函数表示的振动方程。
导示:A=0.08m，ω=2πf=πHz，所以x=0.08sin(πt+φ）（m），将t=0时x＝0.04m代入得0.04=0.08sinφ，初相φ=π/6或5π/6，因为t=0时速度方向沿x轴负方向，即位移在减小，所以取φ=5π/6。
所以振动方程x=0．08sin(πt+5π/6)(m)
同一振动用不同函数表示时，相位不同，而且相位ωt+φ是随时间t变化的一个变量。
类型三简谐振动的图象问题
【例3】（山东省沂源一中08高三物理检测试题）劲度系数为20N／cm的弹簧振子，它的振动图象如图所示，在
A．图中A点对应的时刻，振子所受的弹力大小为0．5N，方向指向x轴的负方向
B．图中A点对应的时刻，振子的速度方向指向x轴的正方向
C．在0～4s内振子作了1．75次全振动
D．在0～4s内振子通过的路程为3cm，位移为0
导示:由图可知A在t轴上方，位移x＝0．25cm，所以弹力F＝－kx＝－5N，即弹力大小为5N，方向指向x轴负方向，选项A不正确；由图可知过A点作图线的切线，切线斜率为正值，即振子的速度方向指向x轴的正方向，选项B正确．由图可看出，振子振动T=2s，在0～4s内完成两次全振动，选项C错误．同理在0～4s内振子的位移为零，又A=0．5cm，所以在这段时间内振子通过的路程为2×4×0．50cm＝4cm，故选项D错误．
综上所述，该题的正确选项为B．
1．一质点做简谐运动的图象如图所示，该质点在t=3.5s时刻（）
A．速度为正、加速度为正
B．速度为负、加速度为负
C．速度为负、加速度为正
D．速度为正、加速度为负
2．(2007年苏锡常镇四市一模)一个作简谐运动的物体，位移随时间的变化规律x=Asinωt，在1/4周期内通过的路程可能是()
A．小于AB．等于A
C．等于2AD．等于1.5A
3．一个做简谐运动的物体连续通过某一位置的时间间隔为1s，紧接着再经过0.4s到达平衡位置，则简谐运动的周期为（）
A．1.2sB．2.4sC．3.6sD．4.8s
4．如下图所示的简谐运动图象中，在t1和t2时刻，运动质点相同的量为（）
A．加速度
B．位移
C．速度
D．回复力
5．水平放置作简谐运动的弹簧振子，质量为m，振动过程中的最大速率为v，下列正确的有（BC）
A．任半个周期内，弹力做的功可能是0～mv2/2之间的某个值
B．任半个周期内，弹力做的功一定为零
C．任半个周期内，速度的变化量大小可能为0～2v间的某个值
D．任半个周期内，速度变化量大小一定为零
5．如图所示，一个劲度系数为k的轻弹簧竖直立在桌面上，下端固定在桌面上，上端与质量为M的金属盘固定连接，金属盘内放一个质量为m的砝码。先让砝码随金属盘一起在竖直方向做简谐运动。⑴为使砝码不脱离金属盘，振幅最大不能超过多少？
⑵振动过程中砝码对金属盘的最大压力是多少？
参考答案1．D2．ABC3．AC4．C
5．BC6．；2mg
高考物理高考物理实验冲刺专题复习
20xx届高考黄冈中学物理冲刺讲解、练习题、预测题13:第7专题高考物理实验(1)
知识网络
考点预测
物理实验是高考的主要内容之一．《考试大纲》就高考物理实验共列出19个考点，其中力学8个、热学1个、电学8个、光学2个．要求会正确使用的仪器主要有：刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧测力计、温度表、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等，并且对实验误差问题提出了更明确的要求．
一、《考试大纲》中的实验与探究能力要求
能够独立完成“物理知识表”中所列的实验，能明确实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件．会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论．能发现问题、提出问题，能灵活地应用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题．
二、实验题的主要特点
物理实验年年考，年年有变化．从近年的实验题来看，其显著特点体现在如下两个方面．
(1)从简单的背诵实验转向分析、理解实验
实验原理是物理实验的灵魂．近年来，高考物理实验题既不是简单地回答“是什么”，也不是背诵“该怎样”，而是从物理实验情境中理解“为什么”，通过分析推理判断“确实是什么”，进而了解物理实验的每一个环节．
(2)从既定的课本学生实验转向变化的创新实验
只有创新，试题才有魅力；也只有变化，才能永葆实验考核的活力．近年来，既定刻板的学生实验已经从高考物理实验题中淡出，取而代之的是学生尚未接触过的要通过解读物理原理的新颖实验(如应用性、设计性、专题性实验等)．创新的实验题可以使能力考核真正落到实处．
要点归纳
一、实验题的归纳与说明
归类实验内容说明
应
用
性
实
验1．游标卡尺的使用测量原理、使用方法；10分度、20分度、50分度的游标卡尺的读数等
2．螺旋测微器的使用构造、原理、使用方法、正确读数等
3．练习使用示波器面板上各个旋钮或开关的作用；调试方法；观察正弦波的波形等
4．传感器的简单应用光电转换和热电转换及其简单应用；光电计数的简单了解等
验
证
性
实
验5．验证力的平行四边形定则实验的等效思想；作图法等
6．验证动量守恒定律用平抛实验器进行实验；转化要验证的等效表达式；对暂态过程分阶段测量等
7．验证机械能守恒定律用自由落体进行验证；使用打点计时器和刻度尺等
测
量
性
实
验8．用单摆测定重力加速度使用刻度尺和秒表；实验操作要求等
9．用油膜法估测分子的大小溶液的配制；油膜面积的估算方法等
10．测定金属的电阻率使用刻度尺和螺旋测微器；电流表、电压表量程的选择；测量电路的选取与连接等
11．把电流表改装为电压表“半偏法”的设计思想与误差分析；计算分压电阻；改装表的校对与百分误差等
12．测定电源的电动势和内阻实验电路的选取与连接；作图法求解的方法等
13．测定玻璃的折射率用插针法测定；画光路图等
14．用双缝干涉测光的波长用双缝干涉仪进行实验；实验调节；分划板的使用等
研
究
性
实
验15．研究匀变速直线运动明确实验目的；使用打点计时器；用刻度尺测量、分析所打的纸带来计算加速度等
16．研究平抛物体的运动用平抛实验器进行实验；研究的目的和方法；描绘平抛轨迹；计算平抛物体的初速度等
17．用描迹法画出电场中平面上的等势线用恒定电流场模拟静电场；寻找等电势点的方法；描迹的方法等
18．描绘小电珠的伏安特性曲线使用电流表、电压表、滑动变阻器；电路的选取与连接；描绘U－I图象并分析曲线非线性的原因等
探
究
性
实
验19．探究弹力和弹簧伸长的关系实验设计的原理和方法；实验数据的记录与分析；实验结论的描述与表达形式等
20．用多用电表探索黑箱内的电学元件多用电表的使用与读数；探索的思路；测量过程中的分析与判断等
二、物理实验的基本思想方法
1．等效法
等效法是科学研究中常用的一种思维方法．对一些复杂问题采用等效法，可将其变换成理想的、简单的、已知规律的过程来处理，常使问题的解决得以简化．因此，等效法也是物理实验中常用的方法．如在“验证力的平行四边形定则”的实验中，要求用一个弹簧秤单独拉橡皮条时，要与用两个互成角度的弹簧秤同时拉橡皮条时产生的效果相同——使结点到达同一位置O，即要在合力与两分力等效的条件下，才能找出它们之间合成与分解时所遵循的关系——平行四边形定则．又如在“验证动量守恒定律”的实验中，用小球的水平位移代替小球的水平速度；在“验证牛顿第二定律”的实验中，通过调节木板的倾斜度使重力的分力抵消摩擦力而等效于物体不受摩擦力作用．还有，电学实验中电流表的改装、用替换法测电阻等，都是等效法的应用．
2．转换法
将某些不易显示、不易直接测量的物理量转化为易于显示、易于测量的物理量的方法称为转换法(间接测量法)．转换法是物理实验常用的方法．如：弹簧测力计是把力的大小转换为弹簧的伸长量；打点计时器是把流逝的时间转换成振针的周期性振动；电流表是利用电流在磁场中受力，把电流转化为指针的偏转角；用单摆测定重力加速度g是通过公式T＝2πLg把g的测量转换为T和L的测量，等等．
3．留迹法
留迹法是利用某些特殊的手段，把一些瞬间即逝的现象(如位置、轨迹等)记录下来，以便于此后对其进行仔细研究的一种方法．留迹法也是物理实验中常用的方法．如：用打点计时器打在纸带上的点迹记录小车的位移与时间之间的关系；用描迹法描绘平抛运动的轨迹；在“测定玻璃的折射率”的实验中，用大头针的插孔显示入射光线和出射光线的方位；在描绘电场中等势线的实验中，用探针通过复写纸在白纸上留下的痕迹记录等势点的位置等等，都是留迹法在实验中的应用．
4．累积法
累积法是把某些难以直接准确测量的微小量累积后测量，以提高测量的准确度的一种实验方法．如：在缺乏高精密度的测量仪器的情况下测细金属丝的直径，常把细金属丝绕在圆柱体上测若干匝的总长度，然后除以匝数就可求出细金属丝的直径；测一张薄纸的厚度时，常先测出若干页纸的总厚度，再除以被测页数即所求每页纸的厚度；在“用单摆测定重力加速度”的实验中，单摆周期的测定就是通过测单摆完成多次全振动的总时间除以全振动的次数，以减小个人反应时间造成的误差影响等．
5．模拟法
模拟法是一种间接实验方法，它是通过与原型相似的模型来说明原型的规律性的．模拟法在中学物理实验中的典型应用是“用描迹法画出电场中平面上的等势线”这一实验，由于直接描绘静电场的等势线很困难，而恒定电流的电场与静电场相似，所以用恒定电流的电场来模拟静电场，通过它来了解静电场中等势线的分布情况．
6．控制变量法
在多因素的实验中，可以先控制一些量不变，依次研究某一个因素的影响．如在“验证牛顿第二定律”的实验中，可以先保持质量一定，研究加速度和力的关系；再保持力一定，研究加速度和质量的关系；最后综合得出加速度与质量、力的关系．
三、实验数据的处理方法
1．列表法
在记录和处理数据时，常常将数据列成表格．数据列表可以简单而又明确地表示出有关物理量之间的关系，有助于找出物理量之间联系的规律性．
列表的要求：
(1)写明表的标题或加上必要的说明；
(2)必须交代清楚表中各符号所表示的物理量的意义，并写明单位；
(3)表中数据应是正确反映测量结果的有效数字．
2．平均值法
现行教材中只介绍了算术平均值，即把测定的数据相加求和，然后除以测量的次数．必须注意的是，求平均值时应该按测量仪器的精确度决定应保留的有效数字的位数．
3．图象法
图象法是物理实验中广泛应用的处理实验数据的方法．图象法的最大优点是直观、简便．在探索物理量之间的关系时，由图象可以直观地看出物理量之间的函数关系或变化趋势，由此建立经验公式．
作图的规则：
(1)作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定；
(2)要标明轴名、单位，在轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值；
(3)图上的连线不一定通过所有的数据点，而应尽量使数据点合理地分布在线的两侧；
(4)作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化，即“变曲为直”．
虽然图象法有许多优点，但在图纸上连线时有较大的主观任意性，另外连线的粗细、图纸的大小、图纸本身的均匀程度等，都对结果的准确性有影响．
四、实验误差的分析及减小误差的方法
中学物理中只要求初步了解绝对误差与相对误差、偶然误差与系统误差的概念，以及能定性地分析一些实验中产生系统误差的主要原因．
(1)绝对误差与相对误差
设某物理量的真实值为A0，测量值为A，则绝对误差为ΔA＝|A－A0|，相对误差为ΔAA0＝|A－A0|A0．
(2)偶然误差与系统误差
偶然误差是由于各种偶然因素对实验的影响而产生的．偶然误差具有随机性，有时偏大，有时偏小，所以可以通过多次测量求平均值的方法减小偶然误差．
系统误差是由于仪器本身不够精确，或实验方法粗略，或实验原理不完善而产生的．它的特点是使测量值总是偏大或总是偏小．所以，采用多次测量求平均值的方法不能减小系统误差．要减小系统误差，必须校准仪器，或改进实验方法，或设计在原理上更为完善的实验方案．
课本上的学生实验中就有不少减小实验系统误差的方法和措施．譬如，在“研究匀变速直线运动”的实验中，若使用电磁打点计时器测量，由于电磁打点计时器的振针与纸带之间有较大的且不连续、不均匀的阻力作用，会给加速度的测定带来较大的系统误差；若改用电火花计时器，就可以使这一阻力大为减小，从而减小加速度测定的系统误差．再如：在用伏安法测电阻时，为减小电阻测量的系统误差，就要根据待测电阻阻值的大小考虑是采用电流表的外接法还是内接法；在用半偏法测电流表的内阻时(如图7－1所示)，为减小测量的系统误差，就要使电源的电动势尽量大，使表满偏时限流电阻R比半偏时并联在电流表两端的电阻箱R′的阻值大得多．
图7－1
五、电学实验电路的基本结构及构思的一般程序
1．电学实验电路的基本结构
一个完整的电学实验电路往往包括测量电路与控制电路两部分．
测量电路：指体现实验原理和测量方法的那部分电路，通常由电表、被测元件、电阻箱等构成．
控制电路：指提供电能、控制和调节电流(电压)大小的那部分电路，通常由电源、开关、滑动变阻器等构成．
有些实验电路的测量电路与控制电路浑然一体，不存在明显的分界．如“测定电源的电动势和内阻”的实验电路．
2．实验电路构思的一般程序
(1)审题
①实验目的；
②给定器材的性能参数．
(2)电表的选择
根据被测电阻及给定电源的相关信息，如电源的电动势、被测电阻的阻值范围和额定电流等，估算出被测电阻的端电压及通过它的电流的最大值，以此为依据，选定量程适当的电表．
(3)测量电路的选择
根据所选定的电表以及被测电阻的情况，选择测量电路(估算法、试触法)．
(4)控制电路的选择
通常优先考虑限流式电路，但在下列三种情形下，应选择分压式电路：
①“限不住”电流，即给定的滑动变阻器阻值偏小，即使把阻值调至最大，电路中的电流也会超过最大允许值；
②给定的滑动变阻器的阻值R太小，即RRx，调节滑动变阻器时，对电流、电压的调节范围太小；
③实验要求电压的调节范围尽可能大，甚至表明要求使电压从零开始变化．
如描绘小电珠的伏安特性曲线、电压表的校对等实验，通常情况下都采用分压式电路．
(5)滑动变阻器的选择
根据所确定的控制电路可选定滑动变阻器．
①限流式电路对滑动变阻器的要求：
a．能“限住”电流，且保证不被烧坏；
b．阻值不宜太大或太小，有一定的调节空间，一般选择阻值与负载阻值相近的变阻器．
②分压式电路对滑动变阻器的要求：
电阻较小而额定电流较大，I额＞ER(R为变阻器的总电阻)．
3．电表的反常规用法
其实，电流表、电压表如果知道其内阻，它们的功能就不仅仅是测电流或电压．因此，如果知道电表的内阻，电流表、电压表就既可以测电流，也可以测电压，还可以作为定值电阻来用，即“一表三用”．
热点、重点、难点
一、应用性实验
1．所谓应用性实验，就是以熟悉和掌握实验仪器的具体使用及其在实验中的应用为目的的一类实验；或者用实验方法取得第一手资料，然后用物理概念、规律分析实验，并以解决实际问题为主要目的的实验．主要有：
①仪器的正确操作与使用，如打点计时器、电流表、电压表、多用电表、示波器等，在实验中能正确地使用它们是十分重要的(考核操作、观察能力)；
②物理知识的实际应用，如科技、交通、生产、生活、体育等诸多方面都有物理实验的具体应用问题．
2．应用性实验题一般分为上面两大类，解答时可从以下两方面入手．
(1)熟悉仪器并正确使用
实验仪器名目繁多，具体应用因题而异，所以，熟悉使用仪器是最基本的应用．如打点计时器的正确安装和使用，滑动变阻器在电路中起限流和分压作用的不同接法，多用电表测不同物理量的调试等，只有熟悉它们，才能正确使用它们．熟悉仪器，主要是了解仪器的结构、性能、量程、工作原理、使用方法、注意事项，如何排除故障、正确读数和调试，使用后如何保管等．
(2)理解实验原理
面对应用性实验题，我们一定要通过审题，迅速地理解其实验原理，这样才能将实际问题模型化，运用有关规律去研究它．
具体地说，应用性实验题的依托仍然是物理知识、实验的能力要求等．解答时不外乎抓住以下几点：①明确实验应该解决什么实际问题(分清力学、电学、光学等不同实际问题)；②明确实验原理与实际问题之间的关系(直接还是间接)；③明确是否仅用本实验能达到解决问题的目的，即是否还要联系其他物理知识，包括数学知识；④明确是否需要设计实验方案；⑤明确实际问题的最终结果．
●例1新式游标卡尺的刻度线看起来很“稀疏”，使读数显得清晰明了，便于使用者正确读取数据．通常游标卡尺的刻度有10分度、20分度和50分度三种规格；新式游标卡尺也有相应的三种，但刻度却是：19mm等分成10份，39mm等分成20份，99mm等分成50份．图7－2就是一个“39mm等分成20份”的新式游标卡尺．
图7－2
(1)它的准确度是__________mm．
(2)用它测量某物体的厚度，示数如图6－1所示，正确的读数是__________cm．
【解析】(1)游标上20格对应的长度为39mm，即每格长为1.95mm，游标上每格比主尺上每两格小Δx＝0.05mm，故准确度为0.05mm．
(2)这种游标卡尺的读数方法为：主尺读数＋游标对准刻度×Δx＝3cm＋6×0.005cm＝3.030cm．
[答案](1)0.05(2)3.030
【点评】游标卡尺、螺旋测微器的使用在高考题中频繁出现．对游标卡尺的使用要特别注意以下两点：
①深刻理解它的原理：通过游标更准确地量出“0”刻度与左侧刻度之间的间距——游标对准刻度×Δx；
②读准有效数据．
●例2图7－3为一简单欧姆表原理示意图，其中电流表的满偏电流Ig＝300μA，内阻Rg＝100Ω，可变电阻R的最大值为10kΩ，电池的电动势E＝1.5V，内阻r＝0.5Ω，图中与接线柱A相连的表笔颜色应是________色．按正确使用方法测量电阻Rx的阻值时，指针指在刻度盘的正中央，则Rx＝________kΩ．若该欧姆表使用一段时间后，电池的电动势变小、内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述Rx，其测量结果与原结果相比将__________(填“变大”、“变小”或“不变”)．
[2009年高考天津理综卷]
图7－3
[答案]红5变大
【点评】欧姆表的原理就是闭合电路的欧姆定律，可以作为结论的是：欧姆表正中央的刻度值等于欧姆表的内阻．
二、测量性实验Ⅰ
所谓测量性实验，就是以测量一些物理量的具体、准确数据为主要目的的一类实验，可用仪器、仪表直接读取数据，或者根据实验步骤按物理原理测定实验结果的具体数值．测量性实验又称测定性实验，如“用单摆测定重力加速度”、“用油膜法估测分子的大小”、“测定金属的电阻率”、“测定玻璃的折射率”等．
●例3如图7－3所示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可以测定重力加速度．
图7－4
(1)所需器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需________(填字母代号)中的器材．
A．直流电源、天平及砝码
B．直流电流、毫米刻度尺
C．交流电源、天平及砝码
D．交流电源、毫米刻度尺
(2)通过作图的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度．为使图线的斜率等于重力加速度，除作v－t图象外，还可作__________图象，其纵轴表示的是__________，横轴表示的是__________．
[2009年高考天津理综卷]
[答案](1)D(2)v22－h速度平方的二分之一重物下落的高度
【点评】①高中物理中讲述了许多种测量重力加速度的方法，如单摆法、自由落体法、滴水法、阿特伍德机法等．
②图象法是常用的处理数据的方法，其优点是直观、准确，还能容易地剔除错误的测量数据．
●例4现要测量电源B的电动势E及内阻r(E约为4.5V，r约为1.5Ω)，已有下列器材：量程为3V的理想电压表，量程为0.5A的电流表(具有一定内阻)，固定电阻R＝40Ω，滑动变阻器R′，开关S，导线若干．
(1)画出实验电路原理图．图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出．
(2)实验中，当电流表的示数为I1时，电压表的示数为U1；当电流表的示数为I2时，电压表的示数为U2．由此可求出，E＝__________，r＝__________．(用I1、I2、U1、U2及R表示)
【解析】本题是常规伏安法测电源的电动势和内阻实验的情境变式题，本题与课本上实验的区别是电源的电动势大于理想电压表的量程，但题目中提供的器材中有一个阻值不大的固定电阻，这就很容易把该情境变式题“迁移”到学过的实验上．把固定电阻接在电源的旁边，将其等效成电源的内阻即可(如图甲所示)，再把电压表跨接在它们的两侧．显然，“内阻增大，内电压便增大”，电压表所测量的外电压相应的减小，通过定量计算，符合实验测量的要求．这样，一个新的设计性实验又回归到课本实验上了．
甲
(1)实验电路原理图如图乙所示．
乙
(2)根据E＝U＋Ir，给定的电源B的电动势E及内阻r是一定的，I和U都随滑动变阻器R′的阻值的改变而改变，只要改变R′的阻值，即可测出两组I、U数据，列方程组得：
E＝U1＋I1(R＋r)
E＝U2＋I2(R＋r)
解得：E＝I1U2－I2U1I1－I2，r＝U2－U1I1－I2－R．
[答案](1)如图乙所示
(2)I1U2－I2U1I1－I2U2－U1I1－I2－R
【点评】本题所提供的理想电压表的量程小于被测电源的电动势，需要学生打破课本实验的思维定式，从方法上进行创新，运用所提供的器材创造性地进行实验设计．
三、测量性实验Ⅱ：“伏安法测电阻”规律汇总
纵观近几年的实验题，题目年年翻新，没有一个照搬课本中的实验，全是对原有实验的改造、改进，甚至创新，但题目涉及的基本知识和基本技能仍然立足于课本实验．
实验题作为考查实验能力的有效途径和重要手段，在高考试题中一直占有相当大的比重，而电学实验因其实验理论、步骤的完整性及与大学物理实验结合的紧密性，成了高考实验考查的重中之重，测量电阻成为高考考查的焦点．伏安法测电阻是测量电阻最基本的方法，常涉及电流表内外接法的选择与滑动变阻器限流、分压式的选择，前者是考虑减小系统误差，后者是考虑电路的安全及保证可读取的数据．另外，考题还常设置障碍让考生去克服，如没有电压表或没有电流表等，这就要求考生根据实验要求及提供的仪器，发挥思维迁移，将已学过的电学知识和实验方法灵活地运用到新情境中去．这样，就有效地考查了考生设计和完成实验的能力．
一、伏安法测电阻的基本原理
1．基本原理
伏安法测电阻的基本原理是欧姆定律R＝UI，只要测出元件两端的电压和通过的电流，即可由欧姆定律计算出该元件的阻值．
2．测量电路的系统误差
(1)当Rx远大于RA或临界阻值RARVRx时，采用电流表内接(如图7－5所示)．采用电流表内接时，系统误差使得电阻的测量值大于真实值，即R测R真．
图7－5
(2)当Rx远小于RV或临界阻值RARVRx时，采用电流表外接(如图7－6所示)．采用电流表外接时，系统误差使得电阻的测量值小于真实值，即R测R真．
图7－6
3．控制电路的安全及偶然误差
根据电路中各元件的安全要求及电压调节的范围不同，滑动变阻器有限流接法与分压接法两种选择．
(1)滑动变阻器限流接法(如图7－7所示)．一般情况或没有特别说明的情况下，由于限流电路能耗较小，结构连接简单，应优先考虑限流连接方式．限流接法适合测量小电阻和与变阻器总电阻相比差不多或还小的电阻．
图7－7
(2)滑动变阻器分压接法(如图7－8所示)．当采用限流电路，电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流时，必须选用滑动变阻器的分压连接方式；当用电器的电阻远大于滑动变阻器的总电阻值，且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组实验数据)时，必须选用滑动变阻器的分压接法；要求某部分电路的电压从零开始可连续变化时，必须选用滑动变阻器的分压连接方式．
图7－8
4．常见的测量电阻的方法
●例5从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表的内阻r1．要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据．
(1)画出电路图，标明所用器材的代号．
(2)若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式r1＝______________________，式中各符号的意义是：________________________________________________．
【解析】根据所列仪器的特点，电流表的内阻已知，由此可采用两电流表并联．因为两电流表两端的电压相等，即可省去电压的测量，从而减小实验误差，由I2r2＝I1r1，得r1＝I2r2I1．
[答案](1)电路图如图所示
(2)I2r2I1I1、I2分别为、的示数
【点评】①分析题意可知需测量电流表的内阻，按常规方法应用伏安法，将电压表并联在待测电流表两端，但经分析可知即使该电流表满偏，其两端的电压也仅为0.4V，远小于量程10V．这恰恰就是本题设计考核学生应变能力的“陷阱”．
②此题也可理解为“将已知内阻的电流表当成电压表使用”，这实际也是伏安法的一种推广形式．
●例6有一根圆台状匀质合金棒如图7－9甲所示，某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的电阻率ρ、长度L和两底面直径d、D有关．他进行了如下实验：
图7－9
(1)用游标卡尺测量合金棒的两底面直径d、D和长度L．图6－8乙中的游标卡尺(游标尺上有20个等分刻度)的读数L＝________cm．
(2)测量该合金棒电阻的实物电路如图6－8丙所示(相关器材的参数已在图中标出)．该合金棒的电阻约为几个欧姆．图中有一处连接不当的导线是________．(用标注在导线旁的数字表示)
图7－9丙
(3)改正电路后，通过实验测得合金棒的电阻R＝6.72Ω．根据电阻定律计算电阻率为ρ、长为L、直径分别为d和D的圆台状合金棒的电阻分别为Rd＝13.3Ω、RD＝3.38Ω．他发现：在误差允许范围内，电阻R满足R2＝RdRD，由此推断该圆台状合金棒的电阻R＝________．(用ρ、L、d、D表述)
[2009年高考江苏物理卷]
【解析】(1)游标卡尺的读数，按步骤进行则不会出错．首先，确定游标卡尺的精度为20分度，即为0.05mm；然后以毫米为单位从主尺上读出整毫米数99.00mm，注意小数点后的有效数字要与精度一样；再从游标尺上找出对的最齐一根刻线，精度×格数＝0.05×8mm＝0.40mm；最后两者相加，根据题目单位要求换算为需要的数据，99.00mm＋0.40mm＝99.40mm＝9.940cm．
(2)本实验为测定一个几欧姆的电阻，在用伏安法测量其两端的电压和通过电阻的电流时，因为安培表的内阻较小，为了减小误差，应用安培表外接法，⑥线的连接使用的是安培表内接法．
(3)审题是关键，弄清题意也就能够找到解题的方法．根据电阻定律计算电阻率为ρ、长为L、直径分别为d和D的圆柱状合金棒的电阻分别为：
Rd＝13.3Ω，RD＝3.38Ω
即Rd＝ρLπd22，RD＝ρLπD22
而电阻R满足R2＝RdRD
将Rd、RD代入得：R＝4ρLπdD．
[答案](1)9.940(2)⑥(3)4ρLπdD
三、设计性实验
1．所谓设计性实验，就是根据实验目的，自主地运用掌握的物理知识、实验方法和技能，完成实验的各环节(实验目的、对象、原理、仪器选择、实验步骤、数据处理等)，拟定实验方案，分析实验现象，并在此基础上作出适当评价．
2．设计性实验的显著特点：相同的实验内容可设计不同的过程和方法，实验思维可另辟蹊径，如设计出与常见实验(书本曾经介绍过的实验)有所变化的实验．以控制实验条件达到实验目的而设计的实验问题，不受固有实验思维束缚，完全是一种源于书本、活于书本，且新颖的设计性实验．
●例7请完成以下两小题．
(1)某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：如图7－10甲所示，将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物．
图7－10甲
①为完成本实验，下述操作中必需的是________．
a．测量细绳的长度
b．测量橡皮筋的原长
c．测量悬挂重物后橡皮筋的长度
d．记录悬挂重物后结点O的位置
②钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次验证，可采用的方法是__________________．
(2)为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：
照度(lx)0.20.40.60.81.01.2
电阻(kΩ)7540282320xx
①根据表中数据，请在给定的坐标系中(如图7－10乙所示)描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．
图7－10乙
②如图7－10丙所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统．请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)
图7－10丙
提供的器材如下：
光敏电阻RP(符号阻值见上表)；
直流电源E(电动势3V，内阻不计)；
定值电阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限选其中之一并在图中标出)；
开关S及导线若干．[2009年高考山东理综卷]
[答案](1)①bcd②更换不同的小重物
(2)①光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图7－10丁所示．特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小．
②如图6－9戊所示
丁戊
图7－10
四、探究性实验
所谓探究性实验题，就是运用实验手段探索未知领域，尝试多种可能因素及其出现的结果，在此基础上，通过观察、探究、分析实验对象、事件的主要特征，认识研究对象的变化过程和变化条件，获取必要的可靠数据，依据实验结果客观地揭示事物的内在联系和本质规律，从而得出结论．中学实验中比较典型的探究性实验是电学中的黑箱问题．
●例8佛山市九江大桥撞船事故发生后，佛山交通部门加强了对佛山市内各种大桥的检测与维修，其中对西樵大桥实施了为期近一年的封闭施工，置换了大桥上所有的斜拉悬索．某校研究性学习小组的同学们很想知道每根长50m、横截面积为400cm2的新悬索能承受的最大拉力．由于悬索很长，抗断拉力又很大，直接测量很困难，于是同学们取来了同种材料制成的样品进行实验探究．
由胡克定律可知，在弹性限度内，弹簧的弹力F与形变量x成正比，其比例系数与弹簧的长度、横截面积及材料有关．因而同学们猜想，悬索可能也遵循类似的规律．
(1)同学们准备像做“探究弹力与弹簧伸长的关系”实验一样，先将样品竖直悬挂，再在其下端挂上不同重量的重物来完成本实验．但有同学说悬索的重力是不可忽略的，为了避免悬索所受重力对实验的影响，你认为可行的措施是：___________________________________．
(2)同学们通过游标卡尺测量样品的直径来测定其横截面积，某次测量的结果如图7－11所示，则该样品的直径为__________cm．
图7－11
(3)同学们经过充分的讨论，不断完善实验方案，最后测得实验数据如下．
①分析样品C的数据可知，其所受拉力F(单位：N)与伸长量x(单位：m)所遵循的函数关系式是________________．
②对比各样品的实验数据可知，悬索受到的拉力与悬索的伸长量成正比，其比例系数与悬索长度的________________成正比、与悬索的横截面积的________________成正比．
[答案](1)将悬索样品一端固定并水平放置在光滑水平面上，另一端连接轻绳绕过滑轮悬挂钩码
(2)0.830(3)①F＝2×106x②平方的倒数大小
【点评】本题考查学生对“探究弹力与弹簧伸长的关系”实验的迁移能力、对游标卡尺的读数原理的掌握和从图表归纳所需信息的能力，还考查了学生的逻辑推理能力、运用数学知识解决物理问题的能力和实验探究能力．
高考物理知识点：原子物理
古人云，工欲善其事，必先利其器。作为教师就要根据教学内容制定合适的教案。教案可以让讲的知识能够轻松被学生吸收，帮助授课经验少的教师教学。你知道怎么写具体的教案内容吗？以下是小编为大家收集的“高考物理知识点：原子物理”仅供您在工作和学习中参考。
20xx年高考物理知识点：原子物理
七、原子物理
59、1858年，德国科学家普里克发现了一种奇妙的射线——阴极射线（高速运动的电子流）。
60、1906年，英国物理学家汤姆生发现电子，获得诺贝尔物理学奖。
61、1913年，美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量，获得诺贝尔奖。
62、1897年，汤姆生利用阴极射线管发现了电子，说明原子可分，有复杂内部结构，并提出原子的枣糕模型。
63、1909－1911年，英国物理学家卢瑟福和助手们进行了α粒子散射实验，并提出了原子的核式结构模型。由实验结果估计原子核直径数量级为10-15m。
1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，并发现了质子。预言原子核内还有另一种粒子，被其学生查德威克于1932年在α粒子轰击铍核时发现，由此人们认识到原子核由质子和中子组成。
64、1885年，瑞士的中学数学教师巴耳末总结了氢原子光谱的波长规律——巴耳末系。
65、1913年，丹麦物理学家波尔最先得出氢原子能级表达式；
66、1896年，法国物理学家贝克勒尔发现天然放射现象，说明原子核有复杂的内部结构。天然放射现象：有两种衰变（α、β），三种射线（α、β、γ），其中γ射线是衰变后新核处于激发态，向低能级跃迁时辐射出的。衰变快慢与原子所处的物理和化学状态无关。
67、1896年，在贝克勒尔的建议下，玛丽-居里夫妇发现了两种放射性更强的新元素——钋（Po）镭（Ra）。68、1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，发现了质子，并预言原子核内还有另一种粒子——中子。
69、1932年，卢瑟福学生查德威克于在α粒子轰击铍核时发现中子，获得诺贝尔物理奖。
70、1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，发现正电子和人工放射性同位素。
71、1939年12月，德国物理学家哈恩和助手斯特拉斯曼用中子轰击铀核时，铀核发生裂变。1942年，在费米、西拉德等人领导下，美国建成第一个裂变反应堆（由浓缩铀棒、控制棒、减速剂、水泥防护层等组成）。
72、1952年美国爆炸了世界上第一颗氢弹（聚变反应、热核反应）。人工控制核聚变的一个可能途径是：利用强激光产生的高压照射小颗粒核燃料。
73、1932年发现了正电子，1964年提出夸克模型；粒子分三大类：媒介子－传递各种相互作用的粒子，如：光子；轻子－不参与强相互作用的粒子，如：电子、中微子；强子－参与强相互作用的粒子，如：重子（质子、中子、超子）和介子，强子由更基本的粒子夸克组成，夸克带电量可能为元电荷。
高考物理冲刺专题复习
20xx届高考黄冈中学物理冲刺讲解、练习题、预测题18:第9专题高中物理常见的物理模型(2)能力演练
一、选择题(10×4分)
1．图示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图象，下列说法正确的是()
A．若D和E结合成F，结合过程中一定会吸收核能
B．若D和E结合成F，结合过程中一定会释放核能
C．若A分裂成B和C，分裂过程中一定会吸收核能
D．若A分裂成B和C，分裂过程中一定会释放核能
【解析】D、E结合成F粒子时总质量减小，核反应释放核能；A分裂成B、C粒子时，总质量减小，核反应释放核能．
[答案]BD
2．单冷型空调器一般用来降低室内温度，其制冷系统与电冰箱的制冷系统结构基本相同．某单冷型空调器的制冷机从低温物体吸收热量Q2，向高温物体放出热量Q1，而外界(压缩机)必须对工作物质做功W，制冷系数ε＝Q2W．设某一空调的制冷系数为4，若制冷机每天从房间内部吸收2.0×107J的热量，则下列说法正确的是()
A．Q1一定等于Q2
B．空调的制冷系数越大越耗能
C．制冷机每天放出的热量Q1＝2.5×107J
D．制冷机每天放出的热量Q1＝5.0×106J
【解析】Q1＝Q2＋W＞Q2，选项A错误；ε越大，从室内向外传递相同热量时压缩机所需做的功(耗电)越小，越节省能量，选项B错误；又Q1＝Q2＋Q2ε＝2.5×107J，故选项C正确．
[答案]C
3．图示为一列简谐横波的波形图象，其中实线是t1＝0时刻的波形，虚线是t2＝1.5s时的波形，且(t2－t1)小于一个周期．由此可判断()
A．波长一定是60cm
B．波一定向x轴正方向传播
C．波的周期一定是6s
D．波速可能是0.1m/s，也可能是0.3m/s
【解析】由题图知λ＝60cm
若波向x轴正方向传播，则可知：
波传播的时间t1＝T4，传播的位移s1＝15cm＝λ4
故知T＝6s，v＝0.1m/s
若波向x轴负方向传播，可知：
波传播的时间t2＝34T，传播的位移s2＝45cm＝3λ4
故知T＝2s，v＝0.3m/s．
[答案]AD
4．如图所示，在水平桌面上叠放着质量均为M的A、B两块木板，在木板A的上面放着一个质量为m的物块C，木板和物块均处于静止状态．A、B、C之间以及B与地面之间的动摩擦因数都为μ．若用水平恒力F向右拉动木板A，使之从C、B之间抽出来，已知重力加速度为g，则拉力F的大小应该满足的条件是(已知最大静摩擦力的大小等于滑动摩擦力)()
A．F＞μ(2m＋M)gB．F＞μ(m＋2M)g
C．F＞2μ(m＋M)gD．F＞2μmg
【解析】无论F多大，摩擦力都不能使B向右滑动，而滑动摩擦力能使C产生的最大加速度为μg，故F－μmg－μ(m＋M)gM＞μg时，即F＞2μ(m＋M)g时A可从B、C之间抽出．
[答案]C
5．如图所示，一束单色光a射向半球形玻璃砖的球心，在玻璃与空气的界面MN上同时发生反射和折射，b为反射光，c为折射光，它们与法线间的夹角分别为β和θ．逐渐增大入射角α，下列说法中正确的是()
A．β和θ两角同时增大，θ始终大于β
B．b光束的能量逐渐减弱，c光束的能量逐渐加强
C．b光在玻璃中的波长小于b光在空气中的波长
D．b光光子的能量大于c光光子的能量
【解析】三个角度之间的关系有：θ＝α，sinβsinα＝n＞1，故随着α的增大，β、θ都增大，但是θ＜β，选项A错误，且在全反射前，c光束的能量逐渐减弱，b光束的能量逐渐加强，选项B错误；又由n＝sinβsinα＝cv＝λλ′，b光在玻璃中的波长小于在空气中的波长，但光子的能量不变，选项C正确、D错误．
[答案]C
6．如图所示，水平传送带以v＝2m/s的速度匀速前进，上方漏斗中以每秒50kg的速度把煤粉竖直抖落到传送带上，然后一起随传送带运动．如果要使传送带保持原来的速度匀速前进，则传送带的电动机应增加的功率为()
A．100WB．200WC．500WD．无法确定
【解析】漏斗均匀持续将煤粉抖落在传送带上，每秒钟有50kg的煤粉被加速至2m/s，故每秒钟传送带的电动机应多做的功为：
ΔW＝ΔEk＋Q＝12mv2＋fΔs＝mv2＝200J
故传送带的电动机应增加的功率ΔP＝ΔWt＝200W．
[答案]B
7．如图所示，一根用绝缘材料制成的轻弹簧，劲度系数为k，一端固定，另一端与质量为m、带电荷量为＋q的小球相连，静止在光滑绝缘水平面上．当施加水平向右的匀强电场E后，小球开始做简谐运动，下列关于小球运动情况的说法中正确的是()
A．小球的速度为零时，弹簧的伸长量为qEk
B．小球的速度为零时，弹簧的伸长量为2qEk
C．运动过程中，小球和弹簧系统的机械能守恒
D．运动过程中，小球动能变化量、弹性势能变化量以及电势能的变化量之和保持为零
【解析】由题意知，小球位于平衡位置时弹簧的伸长量x0＝qEk，小球速度为零时弹簧处于原长或伸长了2x0＝2qEk，选项A错误、B正确．
小球做简谐运动的过程中弹簧弹力和电场力都做功，机械能不守恒，动能、弹性势能、电势能的总和保持不变，选项D正确．
[答案]BD
8．如图所示，将质量为m的滑块放在倾角为θ的固定斜面上．滑块与斜面之间的动摩擦因数为μ．若滑块与斜面之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力大小相等，重力加速度为g，则[2009年高考北京理综卷]()
A．将滑块由静止释放，如果μ＞tanθ，滑块将下滑
B．给滑块沿斜面向下的初速度，如果μ＜tanθ，滑块将减速下滑
C．用平行于斜面向上的力拉滑块向上匀速滑动，如果μ＝tanθ，则拉力大小应是2mgsinθ
D．用平行于斜面向下的力拉滑块向下匀速滑动，如果μ＝tanθ，则拉力大小应是mgsinθ
【解析】对于静止置于斜面上的滑块，可沿斜面下滑的条件为mgsinθ＞μmgcosθ；同理，当mgsinθ＜μmgcosθ时，具有初速度下滑的滑块将做减速运动，选项A、B错误；当μ＝tanθ时，滑块与斜面之间的动摩擦力f＝mgsinθ，由平衡条件知，使滑块匀速上滑的拉力F＝2mgsinθ，选项C正确、D错误．
[答案]C
9．国产“水刀”——超高压数控万能水切割机，以其神奇的切割性能在北京国际展览中心举行的第五届国际机床展览会上引起轰动，它能切割40mm厚的钢板、50mm厚的大理石等材料．
将普通的水加压，使其从口径为0.2mm的喷嘴中以800m/s～1000m/s的速度射出，这种水射流就是“水刀”．我们知道，任何材料承受的压强都有一定限度，下表列出了一些材料所能承受的压强的限度．
A．橡胶5×107Pa
B．花岗石1.2×108Pa～2.6×108Pa
C．铸铁8.8×108Pa
D．工具钢6.7×108Pa
设想一“水刀”的水射流横截面积为S，垂直入射的速度v＝800m/s，水射流与材料接触后，速度为零，且不附着在材料上，水的密度ρ＝1×103kg/m3，则此水刀不能切割上述材料中的()
【解析】以射到材料上的水量Δm为研究对象，以其运动方向为正方向，由动量定理得：
－pSΔt＝－ρSvΔtv
得：p＝ρv2＝6.4×108Pa
由表中数据可知：此“水刀”不能切割材料C和D．
[答案]CD
10．如图甲所示，质量为2m的长木板静止地放在光滑的水平面上，另一质量为m的小铅块(可视为质点)以水平速度v0滑上木板的左端，恰能滑至木板的右端且与木板保持相对静止，铅块在运动过程中所受到的摩擦力始终不变．若将木板分成长度与质量均相等(即m1＝m2＝m)的两段1、2后，将它们紧挨着放在同一水平面上，让小铅块以相同的初速度v0由木板1的左端开始运动，如图乙所示，则下列说法正确的是()
A．小铅块滑到木板2的右端前就与之保持相对静止
B．小铅块滑到木板2的右端后与之保持相对静止
C．甲、乙两图所示的过程中产生的热量相等
D．图甲所示的过程产生的热量大于图乙所示的过程产生的热量
【解析】长木板分两段前，铅块和木板的最终速度为：
vt＝mv03m＝13v0
且有Q＝fL＝12mv02－12×3m(v03)2＝13mv02
长木板分两段后，可定量计算出木板1、2和铅块的最终速度，从而可比较摩擦生热和相对滑动的距离；也可用图象法定性分析(如图丙所示)比较得到小铅块到达右端之前已与木板2保持相对静止，故图甲所示的过程产生的热量大于图乙所示的过程产生的热量．
丙
[答案]AD
二、非选择题(共60分)
11．(5分)图示为伏安法测电阻的部分电路，电路其他部分不变，当开关S接a点时，电压表的示数U1＝11V，电流表的示数I1＝0.2A；当开关S接b点时，U2＝12V，I2＝0.15A．那么，为了提高测量的准确性，开关S应接______点(填“a”或“b”)，Rx的测量值为________Ω．
[答案]b(2分)80(3分)
12．(10分)如图所示，光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切，轻弹簧的一端固定在水平轨道的左端，OP是可绕O点转动的轻杆，且摆到某处就能停在该处；另有一小钢球．现在利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能．
(1)还需要的器材是________、________．
(2)以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对________能的测量，需要直接测量________和________．
(3)为了研究弹簧的弹性势能与劲度系数和形变量间的关系，除以上器材外，还准备了几个轻弹簧，所有弹簧的劲度系数均不相同．试设计记录数据的表格．
[答案](1)天平刻度尺(每空1分)
(2)重力势质量上升高度(每空1分)
(3)设计表格如下(5分)
小球的质量m＝________kg，弹簧A
压缩量x(m)
上升高度h(m)
E＝mgh(J)
压缩量x＝________cm，小球的质量m＝________kg
弹簧ABC
劲度系数k(N/m)
上升高度h(m)
E＝mgh(J)
13．(10分)如图所示，一劲度系数k＝800N/m的轻弹簧的两端各焊接着两个质量均为m＝12kg的物体A、B，A、B和轻弹簧静止竖立在水平地面上．现加一竖直向上的力F在上面的物体A上，使物体A开始向上做匀加速运动，经0.4s物体B刚要离开地面，设整个过程中弹簧都处于弹性限度内，取g＝10m/s2．求：
(1)此过程中所加外力F的最大值和最小值．
(2)此过程中外力F所做的功．
【解析】(1)A原来静止时有：kx1＝mg(1分)
当物体A刚开始做匀加速运动时，拉力F最小，设为F1．
对物体A有：F1＋kx1－mg＝ma(1分)
当物体B刚要离开地面时，拉力F最大，设为F2．
对物体A有：F2－kx2－mg＝ma(1分)
对物体B有：kx2＝mg(1分)
对物体A有：x1＋x2＝12at2(1分)
解得：a＝3.75m/s2
联立解得：F1＝45N(1分)，F2＝285N．(1分)
(2)在力F作用的0.4s内，初末状态的弹性势能相等(1分)
由功能关系得：
WF＝mg(x1＋x2)＋12m(at)2＝49.5J．(2分)
[答案](1)285N45N(2)49.5J
14．(12分)如图甲所示，倾角为θ、足够长的两光滑金属导轨位于同一倾斜的平面内，导轨间距为l，与电阻R1、R2及电容器相连，电阻R1、R2的阻值均为R，电容器的电容为C，空间存在方向垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度为B．一个质量为m、阻值也为R、长度为l的导体棒MN垂直于导轨放置，将其由静止释放，下滑距离s时导体棒达到最大速度，这一过程中整个回路产生的焦耳热为Q，则：
甲
(1)导体棒稳定下滑的最大速度为多少？
(2)导体棒从释放开始到稳定下滑的过程中流过R1的电荷量为多少？
【解析】(1)当达到最大速度时，导体棒匀速运动，电容器中没有电流，设导体棒稳定下滑的最大速度为v，有：
E＝Blv(1分)
I＝ER2＋R(1分)
所以F安＝BIl＝B2l2v2R(2分)
导体棒的受力情况如图乙所示，根据受力平衡条件有：
乙
F安＝mgsinθ(1分)
解得：v＝2mgRsinθB2l2．(2分)
(2)棒加速运动时电容器上的电压增大，电容器充电；当棒达到最大速度后，电容器上的电荷量最大并保持不变，所以流过R1的电荷量就是电容器所带的电荷量，则：
U＝IR2＝E2RR＝E2＝Blv2＝mgRsinθBl(3分)
QR1＝CU＝mgRCsinθBl．(2分)
[答案](1)2mgRsinθB2l2(2)mgRCsinθBl
15．(13分)如图甲所示，一质量为m、电荷量为q的正离子，在D处沿图示方向以一定的速度射入磁感应强度为B的匀强磁场中，此磁场方向垂直纸面向里．结果离子正好从距A点为d的小孔C沿垂直于电场方向进入匀强电场，此电场方向与AC平行且向上，最后离子打在G处，而G处到A点的距离为2d(直线DAG与电场方向垂直)．不计离子重力，离子运动轨迹在纸面内．求：
甲
(1)正离子从D处运动到G处所需时间．
(2)正离子到达G处时的动能．
【解析】(1)正离子的运动轨迹如图乙所示，在磁场中做圆周运动的时间为：
乙
t1＝13T＝2πm3Bq(1分)
圆周运动半径r满足：r＋rcos60°＝d(1分)
解得：r＝23d(1分)
设离子在磁场中运动的速度为v0，则有：r＝mv0Bq(1分)
解得：v0＝2Bqd3m(1分)
离子从C运动到G所需的时间t2＝2dv0＝3mBq(2分)
离子从D→C→G的总时间为：
t＝t1＋t2＝(9＋2π)m3Bq．(2分)
(2)设电场强度为E，对离子在电场中的运动过程，有：
qE＝ma，d＝12at22(1分)
由动能定理得：Eqd＝EkG－12mv02(1分)
解得：EkG＝4B2q2d29m．(2分)
[答案](1)(9＋2π)m3Bq(2)4B2q2d29m
16．(15分)如图甲所示，质量m1＝2.0kg的物块A随足够长的水平传送带一起匀速运动，传送带的速度大小v带＝3.0m/s，方向如图所示；在A的右侧L＝2.5m处将质量m2＝3.0kg的物块B无初速度放上传送带．已知在A、B碰后瞬间B相对传送带的速度大小为1.0m/s，之后当其中某一物块相对传送带的速度为零时，传送带立即以大小为2.0m/s2的加速度制动，最后停止运动．传送带的运动情况不受物块A、B的影响，且A、B碰撞的时间极短．设两物块与传送带间的动摩擦因数均为μ＝0.10．求：
甲
(1)物块B刚开始滑动时的加速度．
(2)碰撞后两物块的速度．
(3)两物块间的最大距离．
【解析】(1)物块B刚开始滑动时，加速度为：
a＝μm2gm2＝μg＝1m/s2，方向向右．(2分)
(2)设经t1时间，A、B两物块相碰，有：
12at21＋L＝v带t1
解得：t1＝1s，t1′＝5s(由上述分析可知，t1′不合题意，舍去)
碰前B的速度v2＝at1＝1m/s(2分)
由题意可知：碰后B的速度v2′＝2m/s或v2″＝4m/s
由动量守恒定律得：
m1v带＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′
m1v带＋m2v2＝m1v1″＋m2v2″
解得：碰后A的速度v1′＝1.5m/s或v1″＝－1.5m/s
检验：由于12m1v2带＋12m2v22＜12m1v1′2＋12m2v2″2
故v1″＝－1.5m/s、v2″＝4m/s这组数据舍去
所以碰后A的速度v1′＝1.5m/s，方向向右；B的速度v2′＝2m/s，方向向右．(3分)
(3)因碰后两物块均做加速度运动，加速度都为a＝1m/s2，所以B的速度先达到与传送带相同速度，设B达到与传送带速度相同的时间为t2．
乙
有：v带＝v2′＋at2，t2＝1s
此时A的速度v3＝v1′＋at2＝2.5m/s＜v带
故从t2之后A继续加速运动，B和传送带开始减速运动，直到A和传送达到某个共同速度v4后，A所受的摩擦力换向，才开始减速运动．设A继续加速度的时间为t3，则：
v4＝v3＋at3＝v带－a带t3，t3＝16s
A的速度v4＝v3＋at3＝83m/s(2分)
此时B的速度v5＝v带－at3＝176m/s，之后A、B均做减速运动，因为在整个过程中B的速度始终大于A的速度，所以当A、B都静止时两物块间的距离最大．(1分)
B碰后运动的总位移s2＝v2带－v2′22a＋0－v2带2×(－a)＝7m
或s2＝v2′＋v带2t2＋v带2×v带a＝7m(2分)
A碰后运动的总位移s1＝v24－v1′22×a＋0－v242×(－a)≈6m(2分)
两物块间的最大距离sm＝s2－s1＝1m．(1分)
[答案](1)1m/s2，方向向左
(2)A的速度为1.5m/s，方向向右；B的速度为2m/s，方向向右
(3)1m
