高中物理竞赛实验[篇] 83页

高中物理竞赛实验[3篇]以下是网友分享的关于高中物理竞赛实验的资料3篇，希望对您有所帮助，就爱阅读感谢您的支持。高中物理竞赛实验第一篇实验理论物理学是一门实验科学，几乎所有的物理定律都来自于物理实验并不断地受到新的物理实验的检验，因此研究物理实验是每个对物理感兴趣的同学必须做的工作，正因为如此，物理实验在物理竞赛中也占有重要的地位，不论是全国物理竞赛，还是国际奥林匹克物理竞赛，实验内容都要占30%—50%的比例。一、有关实验的基础知识（一）实验误差的概念1、为什么要讨论测量误差83\n高中物理竞赛实验[3篇]以下是网友分享的关于高中物理竞赛实验的资料3篇，希望对您有所帮助，就爱阅读感谢您的支持。高中物理竞赛实验第一篇实验理论物理学是一门实验科学，几乎所有的物理定律都来自于物理实验并不断地受到新的物理实验的检验，因此研究物理实验是每个对物理感兴趣的同学必须做的工作，正因为如此，物理实验在物理竞赛中也占有重要的地位，不论是全国物理竞赛，还是国际奥林匹克物理竞赛，实验内容都要占30%—50%的比例。一、有关实验的基础知识（一）实验误差的概念1、为什么要讨论测量误差83\n高中物理竞赛实验[3篇]以下是网友分享的关于高中物理竞赛实验的资料3篇，希望对您有所帮助，就爱阅读感谢您的支持。高中物理竞赛实验第一篇实验理论物理学是一门实验科学，几乎所有的物理定律都来自于物理实验并不断地受到新的物理实验的检验，因此研究物理实验是每个对物理感兴趣的同学必须做的工作，正因为如此，物理实验在物理竞赛中也占有重要的地位，不论是全国物理竞赛，还是国际奥林匹克物理竞赛，实验内容都要占30%—50%的比例。一、有关实验的基础知识（一）实验误差的概念1、为什么要讨论测量误差83\n高中物理竞赛实验[3篇]以下是网友分享的关于高中物理竞赛实验的资料3篇，希望对您有所帮助，就爱阅读感谢您的支持。高中物理竞赛实验第一篇实验理论物理学是一门实验科学，几乎所有的物理定律都来自于物理实验并不断地受到新的物理实验的检验，因此研究物理实验是每个对物理感兴趣的同学必须做的工作，正因为如此，物理实验在物理竞赛中也占有重要的地位，不论是全国物理竞赛，还是国际奥林匹克物理竞赛，实验内容都要占30%—50%的比例。一、有关实验的基础知识（一）实验误差的概念1、为什么要讨论测量误差83\n高中物理竞赛实验[3篇]以下是网友分享的关于高中物理竞赛实验的资料3篇，希望对您有所帮助，就爱阅读感谢您的支持。高中物理竞赛实验第一篇实验理论物理学是一门实验科学，几乎所有的物理定律都来自于物理实验并不断地受到新的物理实验的检验，因此研究物理实验是每个对物理感兴趣的同学必须做的工作，正因为如此，物理实验在物理竞赛中也占有重要的地位，不论是全国物理竞赛，还是国际奥林匹克物理竞赛，实验内容都要占30%—50%的比例。一、有关实验的基础知识（一）实验误差的概念1、为什么要讨论测量误差83\n任何物质都有自身的各种各样的特性，反映这些特征的量所具有的客观真实数值，称为真值。测量的目的就是力图得到真值，但是由于测量的方法、仪器、环境和测量者本身都必然存在着某些不理想情况，所以测量不能无限精确，在绝大多数情况下，测量结果与客观存在的真值之间总有一定的差异，这就是测量误差，测量误差的大小反映我们的测量偏离客观真实数值的大小，反映测量结果的可信程度。从某种意义上说，不给出测量误差的测量结果是没有意义的，是无法使用的，例如我们33±0.2)⨯10kgm测量出某种合金的密度是（3.2，即说明这种合金的密度不会小于3.0⨯103kgm3，不会大于3.4⨯103kgm3。如果用这种合金制造飞机，就可以估计出飞机的最大和最小质量。相反，如果测出的密度没有误差范围，是没有实际使用意义的。测量误差是反映测量结果好坏的物理量，它与实验的各个方面都有密切的关系，例如，我们要根据测量误差的限度制定实验方案，即确定实验原理和步骤，并选用器材，在实验操作过程中，要千方百计减小误差，最后，通过对实验数据的处理，确定实验结果的误差，由此可见，考虑实验误差是贯穿于实验全过程的事。2、实验误差的分类（1）绝对误差和相对误差83\n误差按其表达形式可分为绝对误差和相对误差。1）绝对误差：测量值与真值之差的绝对值叫绝对误差，定义为：绝对误差（∆）=测量值(x)-真值(A)绝对误差反映了测量值偏离真值的大小。2）相对误差：绝对误差无法表示测量质量的高低，例如在测量上海到北京的距离时，如果绝对误差是1米，测量质量已很高；但是如果测量百米跑道时产生1米的误差，则测量质量就不好了，为了说明测量质量的高低，我们还要引入相对误差的概念，其定义为：相对误差（E）=绝对误差（∆）÷真值（A）相对误差常用百分数的形式来表示：（2）系统误差和偶然误差误差按其性质及其产生的原因，又可以分为系统误差和偶然误差两种。1）系统误差：系统误差的特征是带有确定的方向性，在相同的条件下，对同一量进行多次测量，误差的正负保持不变，如果测量值偏大，则总是偏大；如果测量值偏小，则总是偏小，系统误差的来源主要有以下几个方面：原理误差：由于测量所依据的理论公式的近似性（不完善性）而造成的误差，例如，单E=∆⨯100%AT83\n=2π摆的周期公式用伏安法测电阻时，因忽略了电流表的分压作用或电压表的分流作用，测得的结果只能是近似值。仪器误差：由于测量仪器本身的缺陷而造成的误差，例如尺子过长或过短、秒表零点不准、天平不等臂、砝码不够标准等等。环境误差：由于测量时周围的环境（温度、压力、湿度等）不理想而造成的误差。例如lg，它成立的条件是摆角趋近于零，否则就是一个近似公式；又如在20℃时定标的标准电阻在30℃83\n的环境中使用等。很明显，由于系统误差有固定的偏向性，所以用多次测量求平均值不能减小系统误差，但如果我们找到了某个系统误差产生的原因，就可以采取一定的方法去减小它的影响，或者对测量结果进行修正。2）偶然误差：偶然误差的特征是带有随机性（因此偶然误差也叫随机误差）。在测量中，如果已经基本消除了引起系统误差的一切因素，而测量结果仍然无规则地弥散在一定的范围内，这种误差叫偶然误差。偶然误差的可能来源是：测量者自身感官（如听觉、视觉、触觉）的分辨能力不尽相同，外界环境的干扰等等。偶然误差是无法控制的，但它的出现却服从一定的统计规律。常见的一种规律是：大于真值和小于真值的测量值了现的机会相等；而且误差较小的测量值比误差较大的测量值出现的机会多；偏离真值很大的测量值出现的机会趋于零。因此，用增加测量次数求平均值的方法，可以减小偶然误差。关于因仪器损坏，设计错误，操作不当而造成的测量错误，则不是测量误差。（二）偶然误差1、直接测量中偶然误差的估算所谓直接测量，就是直接用测量仪器进行测量得到结果。（1）单次测量的误差估算在物理实验中，有时由于对测量的精度要求不高，或由于测量对象的不可重复性，对一个物理量的直接测量只进行一次，这种测量方法叫做单次测量。单次测量结果的误差因测量工具的不同常有以下几种确定方法：1）取测量仪器最小刻度的1/5或1/2作为测量误差，例如毫米刻度尺取0.2mm或0.5mm作为测量误差,一般温度计取0.2℃或0.5℃作为测量误差等等.2)天平取其感量作为测量误差,例如物理天平可取0.02g,托盘天平可取0.1g作为测量误差.3)机械秒表的最小分度一般是0.1s,但由于操纵表的人难免按之过早或过迟,因此可取0.1s或0.2s作为测量误差.手动的电子秒表尽管可以显示0.01s,但由于同样的原因也只能取0.1s或0.2s作为测量误差,0.01s位上的数字是没有实际意义的.4)电表(电压表、电流表)83\n的测量误差有特定的确定方法：每个电表都有一个准确度级别（0.2级、0.5级、1级、2.5级、4级），电表的测量误差不会大于其量程和它的级别的百分阶段之一的乘积.例如有一个0.5级的电流表,量程为3A,那么其测量误差∆I≤3A⨯0.5%=0.015A5)电阻箱同样也用级别表示误差的大小，但电阻箱级别和电表的级别略有不同。n级电阻箱的测量误差为其当时阻值与n%的乘积。（2）多次测量结果和误差估算测量某一个物理量时，为了减小偶然误差，在可能的情况下，应多次重复测量。如果在相同的条件下对某一物理量进行了n次测量，各次测量分别为x1,x2,x3,,xn，那么其平均值x=1n(x1+x2+x3++xn）根据误差统计误差，可证明在一组测量n次的数据中，其算术平均值x最接近于真值，此算术平均值称为测量的最佳值。当测量次数n无限增加时，最佳值将无限接近于真值。一般就将最佳值为多次测量的结果。严格地说，误差是测量值和真值的差，但由于真值不可能得到，而且当测量次数多时，最佳值很接近于真值，因此可以用最佳值代替真值来估算误差。仍以上例来说明误差∆x83\n的估算方法。∆x1=x1-x,∆x2=x2-x„∆xn=xn-x∆x=(∆x1+∆x2+∆xn)/n（3）测量结果的表示测量结果应该包括数值、误差和单位三个部分。通常将测量的结果写成x=x±∆x单位。其中x是测量值，可以是一次测量值，也可以是多次测量的最佳值，∆x是绝对误差。为了更清楚地表示测量质量的好坏，还应同时写出其相对误差这里要说明两点：E=∆x⨯100%x.①在误差运算的过程中，一般只取一到二位有效数字，最后表示绝对误差∆x的值一般只取一位而且应该和测量最佳值x的最末一位对齐，为了确保误差范围的有效性，一般是只入不舍。②测量结果为x±∆x并不表示x为x+∆x和x-∆x两个值，而是表示x一般在x-∆x和x+∆x这个范围之内。2、间接测量中偶然误差的估算所谓间接测量，就是应用直接测量得到的值，经过计算得到自己所需要的结果。例如测一块圆柱体金属的密度，可以先通过直接测量得到它的直径D、高h和质量m，然后用公式D2ρ=(π⋅h)83\n4计算出密度。因为计算中所用的直接测量值都是有误差的，所以算出来的间接测量值当然也是有误差的。下面就讨论在不同类型的计算中，怎样由直接测量的误差得到间接测量的误差。设x为间接测量的量，而A、B、C„为直接测量的量，它们之间满足一定的关系，即x=f(A,B,C„).如果各直接测得量表示为A=A+∆A;B=B+∆B;C=C+∆C;将这些量代入f(A,B,C„)中，便可以求得∆xx=x±∆x,x其中x=f(A,B,C,)为间接测得量的最佳值，∆x是间接测得量的绝对误差。Ex=（1）加法运算中的误差若x=A+B+C+„则x±∆x=(A±∆A)+(B±∆B)+(C±∆C)+=A+B+C+±∆A±∆B±∆C±其中最佳值x=A+B+C+绝对误差∆x=±∆A±∆B±∆C±由于A、B、C都是互相独立的，它们的绝对误差可能为正，也可能为负。在最不利的情况下，可能出现的最大误差是∆x=∆A+∆B+∆C+。我们规定此可能的最大误差为x83\n的误差。（2）减法运算中的误差若x=A-B-C-„则x±∆x=(A±∆A)-(B±∆B)-(C±∆C)-=A-B-C-±∆A±∆B±∆C±其中最佳值x=A-B-C-绝对误差按前面所讲，在最不利情况下，取∆x=∆A+∆B+∆C+由此可见，加减运算结果的绝对误差等于各直接测得量的绝对误差之和。（3）乘法运算中的误差若x=A⨯B则x±∆x=(A±∆A)⨯(B±∆B)=A⨯B+A(±∆B)+B(±∆A)+(±∆A)(±∆B)其中最佳值x=A⨯B绝对误差∆x=A(±∆B)+B(±∆A)+(±∆A)(±∆B)由于(±∆A)(±∆B)为二级小量(即比∆A或∆B更小的小量),可以忽略不计,所以,∆x=A⨯(±∆B)+B⨯(±∆A).在最不利的情况下,取∆x=A⨯∆B+B⨯∆A,于是相对误差为Ex=∆xA⨯∆B+B⨯∆A∆A∆B==+=EA+EBxA⨯BABAB(4)除法运算中的误差若x=x+∆x=则A±∆A(A±∆A)(B±∆B)=B±∆B(B±∆B)(B∆B)===A⨯B±B⨯∆A±A⨯∆B±∆B⨯∆AB2-(∆B)2A⨯B±B⨯∆A±A⨯∆BA+BB±B⨯∆A±A⨯∆B2(忽略二级小量)B2Ax=B83\n其中最佳值∆x=绝对误差相对误差为±B⨯∆A±A⨯∆BB2∆x=,在最不利的情况下,取B⨯∆A+A⨯∆BB2.En=∆xB⨯∆A+A⨯∆BB=⋅2xAB∆A∆B+B=A=EA+EB由此可见,乘除运算结果的相对误差等于各直接测得量的相对误差之和.这个讨论虽然是从两个因子乘除的运算中推导出来的,但可以推广到任意多个因子乘除的运算中去,如果加、减、乘、除运算中有的因子是公认的理论值或测量值，那么可以不考虑它的误差。（5）乘方和开方运算中的误差nx=A,则x的相对误差En=n⨯EA(EA表示A的相对误差)。如果n是整数就是若乘方运算，如果n是分数就是开方运算。（6）三角函数运算的误差若x=sinA,则∆x=∆A⨯cosA若x=cosA,则∆x=∆A⨯sinA若x=tgA,则∆x=∆A⨯secA2x=ctgA,则∆x=∆A⨯cscA83\n若若x=secA,则∆x=∆A⨯secA⨯tgA2若x=cscA,则∆x=∆A⨯cscA⨯ctgA上列式中∆x和∆A分别表示x和A的绝对误差。限于数学工具，以上公式我们不作推导。掌握了间接测量的误差传递公式，不但可以在实验结束后估算出实验结果可能的误差，还可以在实验前帮助我们确定实验方案和改进实验操作。请看下面一例：试用单摆测量某地的重力加速度，可提供的工具除了单摆之外还有米尺、秒表等，要求测得的g的相对误差小于1%。l4π2lT=2πg=2gT根据单摆的周期公式根据误差传递公式可知Eg=El+2ET因为要求Eg较妥（已留有相当的余地）。因此摆长l=周期是用秒表测量的，以开、停表都有0.2秒的误差计,∆t=0.4s,因此总计时∆l2≥mm=1000mmEl0.2%t=∆t0.4≥s=200sEt0.2%这样我们在实验中用摆长为1m左右的单摆,用秒表测出它摆动100次左右的时间,83\n即可达到题设的要求.如图11-1所示的比重瓶是一种有准确的固定体积的容器(瓶中装满液体,然后将塞子盖上,多余的液体会从塞子中央的细管中溢出,这样便保持了瓶中液体一定的体积),要求用此瓶测定一种小金属粒的密度,可提供的仪器还有天平、砝码和蒸馏水。这个实验的原理不复杂，先测了金属粒的质量m0，再测出装满水的比重瓶的质量m1最后将金属粒放进装满水的比重瓶中，测出带金属粒和水的比图5-1高中物理竞赛实验第二篇力学实验竞赛试题一、用手枪发射金属子弹，请你设计测子弹初速度的实验方法。至少设计三种不同的方法，要求用简洁的文字和图示说明物理过程，并写出相应的公式。二、83\n在考虑弹簧本身的质量情况下，测出弹簧的有效质量。（仪器和器材）弹簧（最大拉力不超过6克）、砝码托盘、悬挂弹簧支架、毫米刻度尺附支架、秒表、天平。（说明）在忽略弹簧本身质量情况下，弹簧振子振动系统的质量就是振子的质量M，当弹簧质量跟振子相比大到不能忽略时，振动系统的质量应是振子质量和弹簧有效质量之和.（要求）1，推导出m0的计算式；2，简要写出实验步骤并记录和整理数据。三、用天平称衡的方法，测定一个试管有标尺部分的平均内横截面积。1，可选用的器材：物理天平、试管（内贴有毫米格子纸并带有底座）、杯子、水（密度33为1.00克/厘米）、煤油（密度为0.8克/厘米）、擦拭用纸、搅拌棒，滴管。2，要求：正确使用天平，写出测量公式，记录测量值及得出测量结果。四、测定A、B两种材料组成的混合物中，两种材料的体积比。（仪器和用具）物理天平、比重瓶、烧杯、细绳、待测混合物、微粒状纯材料B、蒸馏33水。已知：材料A的密度为0.880克/厘米，蒸馏水的密度为1.00克/厘米五、测定液体的密度。1，器材：两种液体密度已知、玻璃管一支（如图所示）其带刻度部分直径均匀、小重物（保险丝）若干、细铜丝少许、待测液体，其密度介于两种液体密度之间。83\n2，用具：清水一杯、毛巾一块、剪刀一把、坐标纸一张。3，要求：（1）用上述器材制作一只测定液体密度的仪器；（2）用已知密度给该仪器定标，在直角坐标纸上作出呈线性关系的定标曲线。（3）测出待测液体的密度。六、研究“倾斜摆”振动周期。（仪器用具）装置如图所示、卷尺、秒表、游标卡尺、重垂线、线、坐标纸、倾斜摆（摆锤的质量远大于摆杆的质量）（要求）1，试猜测在摆角很小的情况下，摆的振动周期与哪些因素有关（摆杆的质量略去不计）；2，用实验的方法探索摆的周期与可控变量的关系，将周期与相应变量的关系通过变量替换，用直线图象来表达，归纳出周期公式，说明实验误差的主要来源。七、用流体静力称衡法测定固体和液体的密度。器材：物理天平、烧杯、蒸馏水、待测固体和液体。八、用单摆摆长差值法测重力加速度g。器材：附有标尺的单摆架、单摆球、细线、三角板一块、秒表。九、用渐进法测量单摆的周期。器材：单摆架、小球、细线、秒表。十、用振动法测物体的质量。器材：支架、秒表、弹簧（质量不可忽略）、砝码若干、托盘（质量未知）、待测物。十一、83\n有两块体积都相同的同种金属被分别包裹在它大小不同的橡皮泥内，测量橡皮泥的密度。器材：物理天平、烧杯、细线、1号待测物体、2号待测物体、水（密度为1.00克/厘米十二、测定滑动摩擦因数器材：长木板（一端有定滑轮）、长方木块（一端有栓线用的小环）、铁架台、米尺、秒表、三角板、细线、重物、天平。要求：1，木块做匀变速直线运动，分别用两种方法测量（1）斜面法：要求不使用细线、重物和天平。（2）连接体法：不使用铁架台和秒表。2，画出实验装置图，分析误差，考虑减少误差的措施。3十三、用打点计时器研究小车在光滑水平面的运动情况器材：小车、打点计时器、长木板、量角器、铁架台、纸带、米尺。要求：用作图法处理数据，用外推法得出小车在光滑水平面的运动规律。十四、测量挂在一个定滑轮两边的两个沙袋的质量M和m（M>m），滑轮的质量和摩擦可忽略。高中物理竞赛实验第三篇目83\n录中学生全国物理竞赛章程„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2全国中学生物理竞赛内容提要全国中学生物理竞赛内容提要„„„„„„„“„5专题一力物体的平衡„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10专题二直线运动„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12专题三牛顿运动定律„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13专题四曲线运动„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16专题五万有引力定律„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18专题六动量„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19专题七机械能„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21专题八振动和波„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23专题九热、功和物态变化„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25专题十固体、液体和气体的性质„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27专题十一电场„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29专题十二恒定电流„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„31专题十三磁场„„„„“„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„33专题十四电磁感应„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„35专题十五几何光学„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„37专题十六物理光学原子物理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4083\n中学生全国物理竞赛章程第一章总则第一条全国中学生物理竞赛（对外可以称中国物理奥林匹克，英文名为ChinesePhysicOlympiad，缩写为CPhO）是在中国科协领导下，由中国物理学会主办，各省、自治区、直辖市自愿参加的群众性的课外学科竞赛活动，这项活动得到国家教育委员会基础教育司的正式批准。竞赛的目的是促使中学生提高学习物理的主动性和兴趣，改进学习方法，增强学习能力；帮助学校开展多样化的物理课外活动，活跃学习空气；发现具有突出才能的青少年，以便更好地对他们进行培养。第二条全国中学生物理竞赛要贯彻“教育要面向现代化、面向世界、面向未来”的精神，竞赛内容的深度和广度可以比中学物理教学大纲和教材有所提高和扩展。第三条参加全国中学生物理竞赛者主要是在物理学习方面比较优秀的学生，竞赛应坚持学生自愿参加的原则．竞赛活动主要应在课余时间进行，不要搞层层选拔，不要影响学校正常的教学秩序。第四条83\n学生参加竞赛主要依靠学生平时的课内外学习和个人努力，学校和教师不要为了准备参加竞赛而临时突击，不要组织“集训队”或搞“题海战术”，以免影响学生的正常学习和身体健康。学生在物理竞赛中的成绩只反映学生个人在这次活动中所表现出来的水平，不应当以此来衡量和评价学校的工作和教师的教学水平。第二章组织领导第五条全国中学生物理竞赛由中国物理学会全国中学生物理竞赛委员会（以下简称全国竞赛委员会）统一领导。全国竞赛委员会由主任1人、副主任和委员若干人组成。主任和副主任由中国物理学会常务理事会委任。委员的产生办法如下：1．参加竞赛的省、自治区、直辖市各推选委员1人；2．承办本届和下届决赛的省。自治区、直辖市各推选委员3人。3．由中国物理学会根据需要聘请若干人任特邀委员。在全国竞赛委员会全体会议闭会期间由主任和副主任组成常务委员会，行使全国竞赛委员会职权。第六条在全国竞赛委员会领导下，设立命题小组、组织委员会和竞赛办公室等工作机构。命题小组成员由全国竞赛委员会聘请专家和高等院校教师担任。组织委员会由承办决赛的省、自治区、直辖市物理学会与有关方面协商组成，负责决赛期间各项活动的筹备与组织工作，组织委员会主任兼任本届全国竞赛委员会副主任。竞赛办公室是全国竞赛委员会的常设工作机构，负责处理有关竞赛的日常事务。第七条83\n各省、自治区、直辖市物理学会在地方科协领导下与各有关方面协商组成省、自治区、直辖市中学生物理竞赛委员会（以下简称地方竞赛委员会），负责组织和领导本省、自治区。直辖市有关竞赛的各项活动。地方竞赛委员会受全国竞赛委员会指导，但根据本省。自治区、直辖市的具体情况，在决定有关预赛和复赛的各项工作安排时，可以有一定的灵活性。第三章竞赛程序第八条凡报名参加全国中学生物理竞赛的学生均在地方竞赛委员会指定的地点参加预赛。预赛（笔试）由全国竞赛委员会统一命题和制定评分标准，各地方竞赛委员会组织赛场和评定成绩。竞赛时间为3小时。第九条预赛成绩优秀的学生可参加复赛。复赛的笔试题由全国竞委会统一命题和制定评分标准）满分为140分，笔试时间为3小时。复赛实验由地方竞赛委员会命题和评定成绩，满分为6分，实验时间为3小时。复赛实验的日期、地点和组织办法由各地方竞赛委员会根据实际情况自行决定。参加复赛的人数不得少于本省，自治区、直辖市参加决赛人数的5倍。第十条83\n各地方竞赛委员会根据学生复赛的总成绩，择优准荐3名学生参加决赛。对于在上届竞赛中成绩较好的省、自治区、直辖市给予奖励名额，凡有1名学生获一等奖，就奖励1名。在当年举行的国际物理奥林匹克竞赛中获金、银、铜奖的学生所在省、自治区、直辖市，凡有1名学生获奖，也奖励1名。一省所得奖励名额总数以4名为限。承办决赛的省、自治区、直辖市参响决赛的名额可增加3名。地方竞赛委员会如认为有必要，可在复赛之后以适当的方式进行加试，以复赛和加试的总成绩作为推荐的依据。加试满分下超过刀分，加试人数不得超过本省。自治区、直辖市应推荐人故的2倍。决定进行加试的省，自治区、直辖市的加试办法应经比方竞赛委员会讨论通过，上报全国竞赛委员会备案，并在复赛前向全体参赛学生明确公布。若参加决赛的最后一个名额有两名以上的学生成绩相同，则地方竞委会可对他们采取临时加试，选取成绩最好的1名。决赛由全国竞赛委员会命题和评定成绩。决赛包括理论和实验两部分，竞赛时间各3小时。理论笔试满分为140分，实验满分为60分。在评定一等奖时，可对部分学生增加口试，口试满分为40分。在评选二等奖和三等奖时，口试成绩不计人总分。第四章命题原则第十一条83\n竞赛命题要从我国目前中学生的实际情况出发，但题目的内容不必拘泥于现行的教学大纲和统编教材。竞赛题目既包括理论笔试题，也包括实验操作题；既要考查学生的基础知识，又要着重考查学生的能力，以利于促进学生用正确的方法学习物理。第十二条预赛、复赛和决赛命题均以全国竞赛委员会制定的（全国中学生物理竞赛内容提要》为依据。第五章报名手续第十三条全国中学生物理竞赛每学年举行一次。在校中学生可向学校报名，经学校同意，由学校到地方竞赛委员会指定的地点报名。第十四条各地方竞赛委员会按全国竞赛委员会的要求书面向全国竞赛委员会办公室集体报名。第六章奖励办法第十五条全国中学生物理竞赛只评选个人奖，不搞省。地、市、县或学校之间的评比。根据决赛成绩，每届评选出一等奖15名左右、二等奖3O名左右、三等奖60名左右，由全国竞赛委员会给予奖励。在举行决赛的城市召开授奖大会，颁发全国中学生物理竞赛获奖证书、奖章和奖品。第十六条83\n对于在预赛和复赛中成绩优异的学生，全国竞赛委员会设立赛区（以省、市、区为单位）一、二、三等奖，委托各地方竞赛委员会根据本地区实际情况进行评定。奖励名额根据参加预赛的人数按全国竟委会规定的比例确定。赛区一、二等奖的评定应以复赛成绩为准，对于赛区一、二、三等奖获奖者均颁发由中闰物理学会全国中学生物理竞赛委员会署名盖章的“全国中学生物理竞赛××赛区获奖证书”。地、市、区、县及学校，对在预赛中成绩较好的学生可以通过一定的方式给予表扬，以资鼓励。也可以颁发有纪念意义的奖品。第十七条对优秀学生的奖励应以精神鼓励为主，物质奖励要适当，不宜过多。第十八条对在决赛中获奖和获赛区一、二等奖的学生的指导教师．由各地方竞赛委员会确定名单，以全国竞委会名义给予表彰，发给荣誉证书。第七章经费第十九条学生参加顶赛和复赛所需食、宿、交通费用原则上：由学生自理。有条件的地、市、区、县或学校，对参加复赛的经齐确有困难的学生可适当给予补助。参加决赛的学生的食、宿、交通费用，由地方竞赛委员会与畜关方面协商给予补助。第二十条各省。自治区、直辖市组织竞赛活动所需经费由地方竞赛委员会、教委（教育厅、局）、地方科协及有关方面协商解决。报名费收入全部由地方竞赛委员会留用，预赛和复赛试卷费及组织预赛和复赛所需经费由地方竞赛委员会负担。第二十一条复赛实验题以外的命题费用及组织决赛活动所需经费由承办决赛的省、自治区、直辖市负责筹措。全国竞赛委员会给予适当的补助。第二十二条83\n经费开支应贯彻勤俭节约的原则。第八章附则第二十三条本章程经中国物理学会常务理事会讨论通过后施行。本章程的修改权及解释权属中国物理学会常务理事会。全国中学生物理竞赛内容提要全国中学生物理竞赛内容提要一、理论基础力83\n学1、运动学参照系。质点运动的位移和路程，速度，加速度。相对速度。矢量和标量。矢量的合成和分解。匀速及匀速直线运动及其图象。运动的合成。抛体运动。圆周运动。刚体的平动和绕定轴的转动。2、牛顿运动定律力学中常见的几种力牛顿第一、二、三运动定律。惯性参照系的概念。摩擦力。弹性力。胡克定律。万有引力定律。均匀球壳对壳内和壳外质点的引力公式（不要求导出）。开普勒定律。行星和人造卫星的运动。3、物体的平衡共点力作用下物体的平衡。力矩。刚体的平衡。重心。物体平衡的种类。4、动量冲量。动量。动量定理。动量守恒定律。反冲运动及火箭。5、机械能功和功率。动能和动能定理。重力势能。引力势能。质点及均匀球壳壳内和壳外的引力势能公式（不要求导出）。弹簧的弹性势能。功能原理。机械能守恒定律。碰撞。6、流体静力学静止流体中的压强。浮力。7、振动简揩振动。振幅。频率和周期。位相。振动的图象。参考圆。振动的速度和加速度。由动力学方程确定简谐振动的频率。阻尼振动。受迫振动和共振（定性了解）。8、波和声横波和纵波。波长、频率和波速的关系。波的图象。波的干涉和衍射（定性）。声波。声音的响度、音调和音品。声音的共鸣。乐音和噪声。热83\n学1、分子动理论原子和分子的量级。分子的热运动。布朗运动。温度的微观意义。分子力。分子的动能和分子间的势能。物体的内能。2、热力学第一定律热力学第一定律。3、气体的性质热力学温标。理想气体状态方程。普适气体恒量。理想气体状态方程的微观解释（定性）。理想气体的内能。理想气体的等容、等压、等温和绝热过程（不要求用微积分运算）。4、液体的性质流体分子运动的特点。表面张力系数。浸润现象和毛细现象（定性）。5、固体的性质晶体和非晶体。空间点阵。固体分子运动的特点。6、物态变化熔解和凝固。熔点。熔解热。蒸发和凝结。饱和汽压。沸腾和沸点。汽化热。临界温度。固体的升华。空气的湿度和湿度计。露点。7、热传递的方式传导、对流和辐射。8、热膨胀热膨胀和膨胀系数。电83\n学1、静电场库仑定律。电荷守恒定律。电场强度。电场线。点电荷的场强，场强叠加原理。均匀带电球壳壳内的场强和壳外的场强公式（不要求导出）。匀强电场。电场中的导体。静电屏蔽。电势和电势差。等势面。点电荷电场的电势公式（不要求导出）。电势叠加原理。均匀带电球壳壳内和壳外的电势公式（不要求导出）。电容。电容器的连接。平行板电容器的电容公式（不要求导出）。电容器充电后的电能。电介质的极化。介电常数。2、恒定电流欧姆定律。电阻率和温度的关系。电功和电功率。电阻的串、并联。电动势。闭合电路的欧姆定律。一段含源电路的欧姆定律。电流表。电压表。欧姆表。惠斯通电桥，补偿电路。3、物质的导电性金属中的电流。欧姆定律的微观解释。液体中的电流。法拉第电解定律。气体中的电流。被激放电和自激放电（定性）。真空中的电流。示波器。半导体的导电特性。Ｐ型半导体和Ｎ型半导体。晶体二极管的单向导电性。三极管的放大作用（不要求机理）。超导现象。4、磁场电流的磁场。磁感应强度。磁感线。匀强磁场。安培力。洛仑兹力。电子荷质比的测定。质谱仪。回旋加速器。5、电磁感应法拉第电磁感应定律。楞次定律。自感系数。互感和变压器。6、交流电交流发电机原理。交流电的最大值和有效值。纯电阻、纯电感、纯电容电路。整流和滤波。三相交流电及其连接法。感应电动机原理。7、电磁振荡和电磁波电磁振荡。振荡电路及振荡频率。电磁场和电磁波。电磁波的波速，赫兹实验。电磁波的发射和调制。电磁波的接收、调谐，检波。光83\n学1、几何光学光的直进、反射、折射。全反射。光的色散。折射率与光速的关系。平面镜成像。球面镜成像公式及作图法。薄透镜成像公式及作图法。眼睛。放大镜。显微镜。望远镜。2、波动光学光的干涉和衍射（定性）光谱和光谱分析。电磁波谱。3、光的本性光的学说的历史发展。光电效应。爱因斯坦方程。波粒二象性。原子和原子核1、原子结构卢瑟福实验。原子的核式结构。玻尔模型。用玻尔模型解释氢光谱。玻尔模型的局限性。原子的受激辐射。激光。2、原子核原子核的量级。天然放射现象。放射线的探测。质子的发现。中子的发现。原子核的组成。核反应方程。质能方程。裂变和聚变。基本粒子。数学基础1、中学阶段全部初等数学（包括解析几何）。2、矢量的合成和分解。极限、无限大和无限小的初步概念。3、不要求用微积分进行推导或运算。二、实验基础1、要求掌握国家教委制订的《全日制中学物理教学大纲》中的全部学生实验。2、要求能正确地使用（有的包括选用）下列仪器和用具：米尺。游标卡尺。螺旋测微器。天平。停表。温度计。量热器。电流表。电压表。欧姆表。万用电表。电池。电阻箱。变阻器。电容器。变压器。电键。二极管。光具座（包括平面镜、球面镜、棱镜、透镜等光学元件在内）。3、有些没有见过的仪器。要求能按给定的使用说明书正确使用仪器。例如：电桥、电势差计、示波器、稳压电源、信号发生器等。4、除了国家教委制订的《全日制中学物理教学大纲》中规定的学生实验外，还可安排其它的实验来考查学生的实验能力，但这些实验所涉及到的原理和方法不应超过本提要第一部分（理论基础），而所用仪器就在上述第2、3指出的范围内。5、对数据处理，除计算外，还要求会用作图法。关于误差只要求：直读示数时的有效数字和误差；计算结果的有效数字（不做严格的要求）；主要系统误差来源的分析。三、其它方面物理竞赛的内容有一部分要扩及到课外获得的知识。主要包括以下三方面：1、物理知识在各方面的应用。对自然界、生产和日常生活中一些物理现象的解释。2、近代物理的一些重大成果和现代的一些重大信息。3、一些有重要贡献的物理学家的姓名和他们的主要贡献。参考资料：1、全国中学生物理竞赛委员会办公室主编的历届《全国中学生物理竞赛参考资料》。2、人民教育出版社主编的《高级中学课本（试用）物理（甲种本）》。专题一力83\n物体的平衡【扩展知识】1．重力物体的重心与质心重心：从效果上看，我们可以认为物体各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫做物体的重心。质心：物体的质量中心。设物体各部分的重力分别为G1、G2„„Gn，且各部分重力的作用点在oxy坐标系中的坐标分别是（x1，y1）（x2，y2）„„（xn，yn）,物体的重心坐标xc，yc可表示为Gx∑x=GiiciGiyiG1y1+G2y2++GnynG1x1+G2x2++Gnxn∑=，yc==GG1+G2++GnG+G++Gi12n2．弹力胡克定律：在弹性限度内，弹力F的大小与弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比，即F=kx，k为弹簧的劲度系数。两根劲度系数分别为k1，k2的弹簧串联后的劲度系数可由111=+求得，并联后劲度系数kk1k2为k=k1+k2.3．摩擦力最大静摩擦力：可用公式Fm=μ0FN来计算。FN为正压力，μ0为静摩擦因素，对于相同的接触面，应有μ0>μ(μ为动摩擦因素)摩擦角：若令μ0=Fm=tanφ，则φ称为摩擦角。摩擦角是正压力FN与最大静摩擦力Fm的合FN力与接触面法线间的夹角。4．力的合成与分解余弦定理：计算共点力F1与F2的合力FF=F1+F2+2F1F2cos83\nθφ=arctan22F2sinθ（φ为合力F与分力F1的夹角）F1+F2cosθ三角形法则与多边形法则：多个共点共面的力合成，可把一个力的始端依次画到另一个力的终端，则从第一个力的始端到最后一个力的终端的连线就表示这些力的合力。拉密定理：三个共点力的合力为零时，任一个力与其它两个力夹角正弦的比值是相等的。5．有固定转动轴物体的平衡力矩：力F与力臂L的乘积叫做力对转动轴的力矩。即M=FL,单位：Nm。平衡条件：力矩的代数和为零。即M1+M2+M3+„„=0。6．刚体的平衡刚体：在任何情况下形状大小都不发生变化的力学研究对象。力偶、力偶矩：二个大小相等、方向相反而不在一直线上的平行力称为力偶。力偶中的一个力与力偶臂（两力作用线之间的垂直距离）的乘积叫做力偶矩。在同一平面内各力偶的合力偶矩等于各力偶矩的代数和。平衡条件：合力为零，即∑F=0；对任一转动轴合力矩为零，即∑M=0。83\n7．物体平衡的种类分为稳定平衡、不稳定平衡和随遇平衡三种类型。稳度及改变稳度的方法：处于稳定平衡的物体，靠重力矩回复原来平衡位置的能力，叫稳度。降低重心高度、加大支持面的有效面积都能提高物体的稳度；反之，则降低物体的稳度。【典型例题】例题1：求如图所示中重为G的匀均质板（阴影部分）的重心O的位置。例题2：求如图所示中的由每米长质量为G的7根匀质杆件构成的平面衍架的重心。例题3：如图所示，均匀矩形物体的质量为m，两侧分别固定着轻质弹簧L1和L2，它们的劲度系数分别为k1和k2，先使L2竖立在水平面上，此时L1自由向上伸着，L2被压缩。待系统竖直静止后，再对L1的上端A施一竖直向上和力F，使L2承受的压力减为重的3/4时，A端比加F之前上升的高度是多少？例题4：图中的BO是一根质量均匀的横梁，重量G1=80N。BO的一端安在B点，可绕通过B点且垂直于纸面的轴转动，另一端用钢绳AO拉着。横梁保持水平，与钢绳的夹角θ=30°。在G2=240N。求钢绳对横梁的拉力F1。专题二直线运83\n动【扩展知识】一.质点运动的基本概念1．位置、位移和路程位置指运动质点在某一时刻的处所，在直角坐标系中，可用质点在坐标轴上的投影坐标（x,y,z）来表示。在定量计算时，为了使位置的确定与位移的计算一致，人们还引入位置矢量（简称位矢）的概念，在直角坐标系中，位矢r定义为自坐标原点到质点位置P(x,y,z)所引的有向线段，故有r=示。位移指质点在运动过程中，某一段时间∆t内的位置变化，即位矢的增量s=r(t+∆t)_rt，它的方向为自始位置指向末位置，如图2所示，路程指质点在时间内通过的实际轨迹的长度。2．平均速度和平均速率平均速度是质点在一段时间内通过的位移和所用时间之比x2+y2+z2,r的方向为自原点O点指向质点P，如图所v平=s，平均速度是矢量，方向与位移s的方向相同。∆t平均速率是质点在一段时间内通过的路程与所用时间的比值，是标量。83\n3．瞬时速度和瞬时速率瞬时速度是质点在某一时刻或经过某一位置是的速度，它定义为在时的平均速度的极限，简称为速度，即v=lims。∆t→0∆t瞬时速度是矢量，它的方向就是平均速度极限的方向。瞬时速度的大小叫瞬时速率，简称速率。4．加速度加速度是描述物体运动速度变化快慢的物理量，等于速度对时间的变化率，即a=求得的加速度实际上是物体运动的平均加速度，瞬时加速度应为a=lim∆v，这样∆t∆v。加速度是矢量。∆t→0∆t二、运动的合成和分解1．标量和矢量物理量分为两大类：凡是只须数值就能决定的物理量叫做标量；凡是既有大小，又需要方向才能决定的物理量叫做矢量。标量和矢量在进行运算是遵守不同的法则：标量的运算遵守代数法则；矢量的运算遵守平行四边形法则（或三角形法则）。83\n2．运动的合成和分解在研究物体运动时，将碰到一些较复杂的运动，我们常把它分解为两个或几个简单的分运动来研究。任何一个方向上的分运动，都按其本身的规律进行，不会因为其它方向的分运动的存在而受到影响，这叫做运动的独立性原理。运动的合成和分解包括位移、速度、加速度的合成和分解，他们都遵守平行四边形法则。三、竖直上抛运动定义：物体以初速度v0向上抛出，不考虑空气阻力作用，这样的运动叫做竖直上抛运动。四、相对运动物体的运动是相对于参照系而言的，同一物体的运动相对于不同的参照系其运动情况不相同，这就是运动的相对性。我们通常把物体相对于基本参照系（如地面等）的运动称为“绝对运动”，把相对于基本参照系运动着的参照系称为运动参照系，运动参照系相对于基本参照系的运动称为“牵连运动”，而物体相对于运动参照系的运动称为“相对运动”。显然绝对速度和相对速度一般是不相等的，它们之间的关系是：绝对速度等于相对速度与牵连速度的矢量和。即v绝=v相+v或v甲对地=v甲对乙+v乙对地【典型例题】例题1：A、B两车沿同一直线同向行驶。A车在前，以速度v1做匀速直线运动；B车在后，先以速度v2做匀速直线运动(v2〉v1)。当两车相距为d时（B车在后），车开始做匀减速运动，加速度的大小为a。试问为使两车不至于相撞，d至少为多少?例题2：河宽d=100m,水流速度v1=4m/s，船在静水中的速度v83\n2=3m/s，要使航程最短，船应怎样渡河？例题3：有A,B两球，A从距地面高度为h处自由下落，同时将B球从地面以初速度v0竖直上抛，两球沿同一条竖直线运动。试分析：（1）B球在上升过程中与A球相遇；（2）B球在下落过程中与A球相遇。两种情况中B球初速度的取值范围。专题三牛顿运动定律【扩展知识】非惯性参照系凡牛顿第一定律成立的参照系叫惯性参照系，简称惯性系。凡相对于惯性系静止或做匀速直线运动的参照系，都是惯性系。在不考虑地球自转，且在研究较短时间内物体运动的情况下，地球可看成是近似程度相当好的惯性系。凡牛顿第一定律不成立的参照系统称为非惯性系，一切相对于惯性参照系做加速运动的参照系都是非惯性参照系。在考虑地球自转时，地球就是非惯性系。在非惯性系中，物体的运动也不遵从牛顿第二定律，但在引入惯性力的概念以后，就可以利用牛顿第二定律的形式来解决动力学问题。一，直线系统中的惯性力简称惯性力，例如在加速前进的车厢里，车里的乘客都觉得自己好象受到一个使其向后倒得力，这个力就是惯性力，其大小等于物体质量m与非惯性系相对于惯性系的加速度大小a的乘积，方向于a相反。用公式表示，这个惯性力F83\n惯=-ma,不过要注意：惯性力只是一种假想得力，实际上并不存在，故不可能找出它是由何物所施，因而也不可能找到它的反作用力。惯性力起源于物体惯性，是在非惯性系中物体惯性得体现。二，转动系统中的惯性力简称惯性离心力，这个惯性力的方向总是指向远离轴心的方向。它的大小等于物体的质量m与非惯性系相对于惯性系的加速度大小a的乘积。如果在以角速度ω转动的参考系中，质点到转轴的距离为r,则：2F惯=mωr.假若物体相对于匀速转动参照系以一定速度运动，则物体除了受惯性离心力之外，还要受到另一种惯性力的作用，这种力叫做科里奥利力，简称科氏力，这里不做进一步的讨论。【典型例题】例题1：如图所示，一轻弹簧和一根轻绳的一端共同连在一个质量为m的小球上。平横时，轻绳是水平的，弹簧与竖直方向的夹角是θ.若突然剪断轻绳，则在剪断的瞬间，弹簧的拉力大小是多少？小球加速度方向如何？若将弹簧改为另一轻绳，则在剪断水平轻绳的瞬间，结果又如何？例题2：如图所示，在以一定加速度a行驶的车厢内，有一长为l，质量为m的棒AB83\n靠在光滑的后壁上，棒与箱底面之间的动摩擦因数μ，为了使棒不滑动，棒与竖直平面所成的夹角θ应在什么范围内？aθ例题3：如图所示，在一根没有重力的长度l的棒的中点与端点上分别固定了两个质量分别为m和M的小球，棒沿竖直轴用铰链连接，棒以角速度ω匀速转动，试求棒与竖直轴线间的夹角θ。M例题4：长分别为l1和l2的不可伸长的轻绳悬挂质量都是m的两个小球，如图所示，它们处于平衡状态。突然连接两绳的中间小球受水平向右的冲击（如另一球的碰撞），瞬间内获得水平向右的速度V0，求这瞬间连接m2的绳的拉力为多少？专题四曲线运动【拓展知识】一、斜抛运动（1）定义：具有斜向上的初速v83\n0且只受重力作用的物体的运动。（2）性质：斜抛运动是加速度a=g的匀变速曲线运动。（3）处理方法：正交分解法：将斜抛运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的竖直上抛运动，然后用直角三角形求解。如图所示（4）斜抛运动的规律如下：任一时刻的速度vx=v0cosθ,vy=v0sinθ-gt.任一时刻的位置x=v0cosθt,y=v0sinθt-12gt.2竖直上抛运动、平抛运动可分别认为是斜抛运动在θ=90和θ=0时的特例.斜抛运动在最高点时vy=0,t上=v0sinθ2vsinθ,t上=t下，t总=t上+t下=0gg2vsin2θ水平方向的射程斜抛物体具有最大的射程s=v0cosθt总=0gv0sin2θ斜抛物体的最大高度H=2g斜抛运动具有对称性，在同一段竖直位移上，向上和向下运动的时间相等；在同一高度上的两点处速度大小相等，方向与水平方向的夹角相等；向上、向下的运动轨迹对称。（二）、圆周运动1.83\n变速圆周运动在变速圆周运动中，物体受到的合外力一般不指向圆心，这时合外力可以分解在法线（半径2mv2=mω2R充当向心力（即Fn=F向）方向）和切线两个方向上。在法线方向有Fn=，产R生的法向加速度an只改变速度的方向；切向分力Fτ=maτ产生的切向加速度aτ只改变速度的大小。也就是说，Fn是F合的一个分力，Fn〈F合，且满足F合=F2n+F2τv22.一般的曲线运动：在一般的曲线运动中仍有法向力Fn=m式中R为研究处曲线的曲率半R径，即在该处附近取一段无限小的曲线，并视为圆弧，R为该圆弧的曲率半径，即为研究处曲线的曲率半径。【典型例题】例题1：如图所示，以水平初速度v0抛出的物体，飞行一段时间后，垂直地撞在倾角为30的斜面上，求物体完成这段飞行的时间是多少？例题2：如果把上题作这样的改动：若让小球从斜面顶端A以水平速度抛出，飞行一段时间后落在斜面上的B83\n点，求它的飞行时间为多少(已知θ=30)？例题3：斜向上抛出一球，抛射角α=60,当t=1秒钟时，球仍斜向上升，但方向已跟水平成（1）球的初速度v0是多少？（2）球将在什么时候达到最高点？β=450角。例题4：以v0=10m/s的初速度自楼顶平抛一小球，若不计空气阻力，当小球沿曲线运动的法向加速度大小为5m/s时，求小球下降的高度及所在处轨迹的曲率半径R.2专题五万有引力定律【扩展知识】1．均匀球壳的引力公式由万有引力定律可以推出，质量为M、半径为R的质量均匀分布的球壳，对距离球心为r、质量为m的质点的万有引力为F=0（rF=GMm(r>R)2r2．开普勒三定律83\n【典型例题】例题1：若地球为均匀的球体，在地球内部距地心距离为r的一物体m受地球的万有引力为多大？（已知地球的质量为M，半径为R）例题2：一星球可看成质量均匀分布的球体，其半径为R，质量为M。假定该星球完全靠万有引力维系，要保证星球不散开，它自转的角速度不能超过什么限度？例题3：（全国物理竞赛预赛题）已知太阳光从太阳射到地球需要8min20s，地球公转轨道可以近似看作圆轨道，地球半径约为6.4×106m，试估算太阳质量M与地球质量m之比M/m为多大？（3×105）例题4：（全国物理竞赛预赛题）木星的公转周期为12年。设地球至太阳的距离为1AU（天文单位），则木星至太阳的距离约为多少天文单位？（5.2AU）例题5：世界上第一颗人造地球卫星的长轴比第二颗短8000km，第一颗卫星开始绕地球运转时周期为96.2min，求：（1）第一颗人造卫星轨道的长轴。（1.39×107m）（2）第二颗人造卫星绕地球运转的周期。已知地球质量M=5.98×1024kg。(191min)专题六83\n动量【扩展知识】1．动量定理的分量表达式I合x=mv2x-mv1x,I合y=mv2y-mv1y,I合z=mv2z-mv1z.2．质心与质心运动2.1质点系的质量中心称为质心。若质点系内有n个质点，它们的质量分别为m1,m2,„„mn,相对于坐标原点的位置矢量分别为r1,r2,„„rn,则质点系的质心位置矢量为mirim1r1+m2r1++mnrn∑rc==i=1Mm1+m2++mn若将其投影到直角坐标系中，可得质心位置坐标为n∑mxinixc=i=1∑m83\nyiniM,yc=i=1∑mziniM,zc=i=1M.2.2质心速度与质心动量相对于选定的参考系，质点位置矢量对时间的变化率称为质心的速度。mivin∆rcp总∑i=1vc===,pc=Mvc=∑mivi.M∆tMi=1作用于质点系的合外力的冲量等于质心动量的增量I83\n合=n∑Ii=1ni=pc－pc0=mvc－mvc0.2.3质心运动定律作用于质点系的合外力等于质点总质量与质心加速度的乘积。Ｆ合＝Mac.。对于由n个质点组成的系统，若第i个质点的加速度为ai，则质点系的质心加速度可表示为∑mainiac=i=1M.【典型例题】1．将不可伸长的细绳的一端固定于天花板上的C点，另一端系一质量为m的小球以以角速度ω绕竖直轴做匀速圆周运动，细绳与竖直轴之间的夹角为θ，如图所示。已知A83\n、B为某一直径上的两点，问小球从A点运动到B点的过程中细绳对小球的拉力T的冲量为多少？m2．一根均匀柔软绳长为l=3m，质量m=3kg，悬挂在天花板的钉子上，且下端刚好接触地板，现将软绳的最下端拾起与上端对齐，使之对折起来，然后让它无初速地自由下落，如图所示。求下落的绳离钉子的距离为x时，钉子对绳另一端的作用力是多少？3．一长直光滑薄板AB放在平台上，OB伸出台面，在板左侧的D点放一质量为m1的小铁块，铁块以速度v向右运动。假设薄板相对于桌面不发生滑动，经过时间T0后薄板将翻倒。现让薄板恢复原状，并在薄板上O点放另一个质量为m2的小物体，如图所示。同样让m1从D点开始以速度v向右运动，并与m2发生正碰。那么从m1开始经过多少时间后薄板将翻倒？专题七机械能【扩展知识】一、功1．恒力做功W=Fscosα当物体不可视为质点时，s83\n是力的作用点的位移。2．变力做功（1）平均值法如计算弹簧的弹力做功，可先求得=W=(x2-x1)=1k(x1+x2)，再求出弹力做功为21122kx2-kx122（2）图像法当力的方向不变，其大小随在力的方向上的位移成函数关变化时，作出力—位移图像（即F—s图），则图线与位移坐标轴围成的“面积”就表示力做的功。如功率—时间图像。（3）等效法通过因果关系，如动能定理、功能原理或Pt等效代换可求变力做功。（4）微元法二、动能定理1．对于单一物体（可视为质点）∑W=Ek2-Ek1只有在同一惯性参照系中计算功和动能，动能定理才成立。当物体不能视为质点时，则不能应用动能定理。2．83\n对于几个物体组成的质点系，因内力可以做功，则∑W外+∑W内=∑Ek2-∑Ek1同样只适用于同一惯性参照系。3．在非惯性系中，质点动能定理除了考虑各力做的功外，还要考虑惯性力做的功，其总和对应于质点动能的改变。此时功和动能中的位移、速度均为相对于非惯性参照系的值。三、势能1．弹性势能Ep=2．引力势能（1）质点之间Ep=-G12kx2m1m2rMm（r≥R）r（2）均匀球体（半径为R）与质点之间Ep=-G（3）均匀球壳与质点之间Ep=-GMm（r≥R）rMmEp=-G（r＜R）R四、功能原理83\n物体系外力做的功与物体系内非保守力做的功之和，等于物体系机械能的增量。即∑W外+∑W非保守=∑E2-∑E1【典型例题】例题1：如图所示，在倾角θ=30°，长为L的斜面顶部放一质量为m的木块。当斜面水平向右匀速移动s=L时，木块沿斜面匀速地下滑到底部。试求此过程中木块所受各力所做3的功及斜面对木块做的功。例题2：用锤击钉，设木板对钉子的阻力跟钉子进入木板的深度成正比，每次击钉时对钉子做的功相同，已知击第一次时，钉子进入板内1cm，则击第二次时，钉子进入木板的深度为多少？例题3：质量为M的列车正沿平直轨道匀速行驶，忽然尾部有一节质量为m的车厢脱钩，待司机发现并关闭油门时，前部车厢已驶过的距离为L。已知列车所受的阻力跟质量成正比（设比例系数为k），列车启动后牵引力不变。问前后两车都停下后相距多远。例题4：如图所示，沿地球表面与竖直方向成α角的方向，发射一质量为m83\n的导弹。其初速度v0GM，M为地球的质量，R为地球半径，忽略空气阻力和地球自转的影响。求导弹上R升的最大高度。例题5：长为l的细线一端系住一质量为m的小球，另一端固定在A点，AB是过A的竖直线。E为AB上一点，且AE=l/2。过E作水平线EF，在EF上钉一铁钉D，如图所示，线能承受的最大拉力是9mg。现将系小球的悬线拉至水平，然后由静止释放。若小球能绕钉子在竖直平面内做圆周运动，求钉子的位置在水平线上的取值范围。不计线与钉子碰撞时的能量损失。专题八振动和波【扩展知识】1．参考圆可以证明，做匀速圆周运动的质点在其直径上的投影的运动，是以圆心为平衡位置的简谐运动。通常称这样的圆为参考圆。2.简谐运动的运动方程及速度、加速度的瞬时表达式振动方程：x=Acos(ωt+φ).速度表达式：v=-ωAsin(ωt83\n+φ).2加速度表达式：a=-ωAcos(ωt+φ).3.简谐运动的周期和能量振动的周期：T=2πm.k振动的能量：E=121212mv+kx=kA.2224．多普勒效应设v为声速，vs为振源的速度，v0是观察者速度，f0为声音实际频率，f为相对于观察者的频率.（1）声源向观察者：f=f0vv;（2）声源背观察者：f=f0;v-vsv+vsv+v0v-v0;（4）观察者背声源：f=f0;vv（3）观察者向声源：f=f0（5）两者相向：f=f0v+v0v-v0;（6）两者相背：f=f0.v-vsv+vs5.平面简谐波的振动方程设波沿x轴正方向传播，波源在原点O处，其振动方程为y=Acos(ωt+φ).x轴上任何一点P（平衡位置坐标为x）的振动比O点滞后t83\n‘=x,因此P点的振动方程为vy=Acos〔ω(t–tˊ)+φ〕=Acos〔ω(t–x)+φ〕.83\nv6．乐音与噪音乐音的三要素：音调、响度和音品。音调：乐音由一些不同频率的简谐波组成，频率最低的简谐波称为基音。音调由基音频率的高低决定，基音频率高的乐音音调高。响度：响度是声音强弱的主观描述，跟人的感觉和声强（单位时间内通过垂直于声波传播方向上的单位面积的能量）有关。音品：音品反映出不同声源、发出的声音具有不同的特色，音品由声音的强弱和频率决定。【典型例题】例题1．简谐运动的判断并计算周期假设沿地球直径开凿一“隧道”，且地球视作一密度ρ=5.5×103kg/m3的均匀球体。试判断物体在此“隧道”中做何种运动以及物体由地表落到地心的时间。例题2．振动方程与波动方程一直线传播的横波，波速是40m/s，波源作简谐运动，周期T=0.01s，振幅A=20cm，以它经过平衡位置向坐标正方向运动时作为时间起点，写出：(1)振源的振动方程；(2)波动的表达式；(3)距离振源16m处质点的振动方程。例题3．单摆模型的应用如图所示是一种记录地震装置的水平摆，摆球m固定在边长为l，质量忽略不计的等边三角形的顶点A上，它的对边BC跟竖直线成不大的夹角α，摆球可绕固定轴BC摆动，求摆球做微小摆动时的周期。例题4．弹簧振子模型如图所示，弹簧振子系统中M=2kg，k=100N/m，t=0时，x0=10cm，v0=0，在h=1cm高处有一质量为m=0.4kg的小物体下落，当M沿x轴负方向通过平衡位置时，小物体刚好落在M上，且无反弹，试求此后两物体一起运动的规律。例题5．多普勒效应的应用正在报警的警钟，每隔0.5s响一声，一声接一声地响着，有一人在以60km/h的速度向警钟方向行驶的火车中，问这个人在5min内听到几响？（取空气声速为340m/s）专题九热、功和物态变化【扩展知识】83\n物态变化固体、液体和气体是通常存在的三种物质状态。在一定条件下，这三种物质状态可以相互转化，即发生物态变化。如：熔化、凝固、汽化、液化、升华和凝华。饱和汽和饱和汽压液化和汽化处于动态平衡的汽叫做饱和汽，没有达到饱和状况的汽叫做未饱和汽。某种液体的饱和汽具有的压强叫这种液体的饱和汽压。饱和汽压具有下列重要性质：（1）同一温度下，不同液体的饱和汽压一般下同，挥发性大的液体其饱和汽压大。（2）温度一定时，液体的饱和汽压与饱和汽的体积无关，与液体上方有无其它气体无关。（3）同一种液体的饱和汽压随温度的升高而迅速增大。空气的湿度、露点表示空气干湿程度的物理量叫湿度。湿度分为绝对湿度和相对湿度。空气中含水蒸气的压强叫做空气的绝对湿度。在某一温度时，空气的绝对湿度跟该温度下饱和汽压的百分比，叫做空气的相对湿度。用公式表示为B=p⨯100%.ps空气中的未饱和水蒸气，在温度降低时逐渐接近饱和。当气温降低到某一温度时水蒸气达到饱和，这时有水蒸气凝结成水，即露水。使水蒸气刚好达到饱和的温度称为露点。83\n气体的功、热量与内能的增量1．理想气体的压强p=12nmv2=nEk332.理想气体的温度Ek=3RkT.(k==1.38⨯10-23J/K)2N03．理想气体的内能E=mimi⋅N0⋅kT=⋅RT.μ2μ2其中i=3(单原子气体，如：He,Ne)；5（双原子气体，如：N2，H2）；6（多原子气体，如：H2O，CO2）4．理想气体的摩尔热容1mol理想气体气体温度升高1K时所吸收的热量，叫做这种气体的摩尔热容。即：C=Q.∆T由于气体吸收的热量Q与其内能的变化E以及它做的功w都有关系，所以气体的摩尔热容不是一个确定的值。Q∆TQ（2）1mol理想气体的等压摩尔热容CV83\n=∆T（1）1mol理想气体的等容摩尔热容CV=iR∆T∆Ei===R.∆T∆T2i=CV+R=(+1)R.2等值过程中气体的功、热量和内能增量的计算1．功一般形式W=ΣpΔV.（1）等温过程W=-mμRTlnV2pm=-RTln1.V1μp2（2）等容过程∆V=0,W=0（3）等压过程W=-p(V2-V1)=-mμR(T2-T1).（4）绝热过程W=2．热量（1）等温过程Q83\n=mμCV(T2-T1)=CV(p2V2-p1V1).RmμmRTlnV2mp=RTln1.V1μp2（2）等容过程Q=μCV(T2-T1).（3）等压过程Q=mμCp(T2-T1).（4）绝热过程Q=0.3.内能的增量理想气体的内能只跟温度有关，所以不管经何种变化过程，都可用公式：∆E83\n=mμCV(T2-T1).【典型例题】1．如图所示，气体由状态a沿acb到达状态b，有336J热量传入系统，而系统做功126J，求：（1）若气体在adb过程中系统做功42J，问有多少热量传入系统？（2）当系统由状态b沿曲线ba返回状态a时，外界对系统做功84J，问此时系统是吸热还是放热？传递的热量是多少？专题十固体、液体和气体的性质【扩展知识】固体性质1．晶体与非晶体固体分为晶体和非晶体。晶体又分为单晶体与多晶体。单晶体的物理性质是各向异性，在一定压强下有固定的熔点。多晶体的物理性质是各向同性，在一定压强下有固定的熔点。而非晶体各向同性，无固定的熔点。2．空间点阵晶体内部的微粒依照一定规律在空间排列成整齐的行列，构成所谓的空间点阵。晶体微粒的热运动主要表现为以空间点阵的结点为平衡位置的微小振动。3．固体的热膨胀（1）固体的线胀系数某种物质组成的物体，由于温度升高1℃所引起的线度增长跟它在0℃83\n时的线度之比，称为该物体的线胀系数。αl=lt-l0-1单位：℃l0t（2）固体的体胀系数某种物质组成的物体，由于温度升高1℃所引起的体积增加跟它在0℃时的线度之比，称为该物体的线胀系数。αv=Vt-V0-1单位：℃V0t3αl=αv液体性质1．表面张力-1f=σL式中σ为液体表面张力系数，单位Nm。σ与液体性质有关，与液面大小无关，随温度升高而减小。2．浸润现象与毛细现象气体性质1．气体实验定律（1）玻-马定律（等温变化）pV=恒量p=恒量83\nTV（3）盖吕萨克定律（等压变化）=恒量T（2）查理定律（等容变化）2．同种理想气体状态状态方程（1）一定质量的理想气体pV=恒量T推论：p=恒量ρT（2）任意质量的理想气体（克拉珀龙方程）pV=nRT=mμRTR=p0V0=8.31J/(mol⋅K)=0.082atm⋅L/(mol⋅K)T03．混合气体的状态方程（1）道尔顿分压定律p=p1+p2+p3+„„+pn.（2）混合气体的状态方程pVp1V1p2V2pV+++nn=(∑ni)R=T1T2TnT【典型例题】1．钢尺A、钢尺B和两段角钢是用同样的材料制成的，钢尺A在20℃时使用是准确的，钢尺B在-30℃83\n时使用是准确的，设钢的线胀系数为αl（1）用这两把尺子在-30℃的野外去测量上述角钢的长度。若B尺的读数是30.00cm，那么A尺测量的读数应是多少？（2）用这两把尺子在20℃的温度下，分别测量另一段角钢的长度。若A尺的读数是40.00cm，那么B尺测量的读数应是多少？2．将长为L，截面积为S的橡皮绳做成环放在液膜上。当环内液膜被刺破后，环立即张为半径为R的圆，已知橡皮绳的劲度系数为k，试求此液体表面的张力系数。3．房间的容积是100m3，在房间内的气体由7℃升高到27℃，大气压由76cmHg降至72cmHg的过程中，房间内空气的质量减少了多少？（标准状况下空气的密度ρ0=1.29kg/m3）专题十一电场【扩展知识】1．均匀带电球壳内外的电场（1）均匀带电球壳内部的场强处处为零。（2）均匀带电球壳外任意一点的场强公式为E=kQ。2r式中r是壳外任意一点到球心距离，Q为球壳带的总电量。2．计算电势的公式（1）点电荷电场的电势若取无穷远处（r=∞）的电势为零，则U83\n=kQ。r式中Q为场源电荷的电量，r为场点到点电荷的距离。（2）半径为R、电量为Q的均匀带电球面的在距球心r处的电势U=kQQ（r≥R）,U=k（r＜R）rR3．电介质的极化（1）电介质的极化把一块电介质放在电场中，跟电场垂直的介质的两个端面上将出现等量异号的不能自由移动的电荷（极化电荷），叫做电介质的极化。（2）电介质的介电常数电介质的性质用相对介电常数εr来表示。一个点电荷Q放在均匀的无限大（指充满电场所在的空间）介质中时，与电荷接触的介质表面将出现异号的极化电荷q′（q‘=-εr-1，使空间各点的电场强度（E）比无介质Q）εr时单独由Q产生的电场强度（E0）小εr倍，即E0/E=εr。故点电荷在无限大的均匀介质中的场强和电势分别为E=kQ83\nkQ，。U=2εrrεrr4．电容器（1）电容器的电容充满均匀电介质的平行板电容器的电容C=εrSS或C=。4πkd4πk(d/εr)推论：C=4πk(d1ε1+Sd2ε2++dn。εn)平行板电容器中中插入厚度为d1的金属板C83\n=（2）电容器的联接εS4πk(d-d1)。串联：1111；并联：C=C1+C2++Cn。=+++CC1C2Cn112Q0U0=CU0。22（3）电容器的能量E=【典型例题】1．如图所示，在半径R=1m的原来不带电的金属球壳内放两个点电荷，其电量分别为q1=-3×10-9C和q2=9×10-9C。它们与金属球壳内壁均不接触。问距球壳中心O点10m处的场强有多大？2．真空中，有五个电量均为Q的均匀带电薄球壳，它们的半径分别为R、R/2、R/4、R/8、R/16，彼此内切于P点，如图所示。设球心分别为O1、O2、O3、O4和O5，求O5与O4间的电势差。3．三个电容器与电动势为E的电源连接如图所示，C83\n3=2C1=2C2=2C。开始时S1、S2断开，S合上，电源对C1、C2充电，断开S。然后接通S1，达静电平衡后，断开S1，再接通S2。求：（1）最后各电容器上的电量。（2）在以上操作中，在电路中产生的焦耳热。专题十二恒定电流【扩展知识】1．电流（1）电流的分类传导电流：电子（离子）在导体中形成的电流。运流电流：电子（离子）于宏观带电体在空间的机械运动形成的电流。（2）欧姆定律的微观解释（3）液体中的电流（4）气体中的电流2．非线性元件（1）晶体二极管的单向导电特性（2）晶体三极管的放大作用3．一段含源电路的欧姆定律在一段含源电路中，顺着电流的流向来看电源是顺接的（参与放电），则经过电源后，电路该点电势升高ε；电源若反接的（被充电的），则经过电源后，该点电势将降低ε。不论电源怎样连接，在电源内阻r和其他电阻R上都存在电势降低，降低量为I（R+r）如图则有：Ua-IR-Ir1-ε1+ε2-Ir2=Ub83\nb4．欧姆表能直接测量电阻阻值的仪表叫欧姆表，其内部结构如图所示，待测电阻的值由：Rx=εI-(Rg+r+R0)决定，可由表盘上直接读出。在正式测电阻前先要使红、黑表笔短接，即：Ig=εRg+R0+r=εR中。如果被测电阻阻值恰好等于R中，易知回路中电流减半，指针指表盘中央。而表盘最左边刻度对应于Rx2=∞，最右边刻度对应于Rx3=0，对任一电阻有Rx，有：I=Ig83\nn=εR中+Rx，则Rx=(n-1)R中。由上式可看出，欧姆表的刻度是不均匀的。【典型例题】1、两电解池串联着，一电解池在镀银，一电解池在电解水，在某一段时间内，析出的银是0.5394g，析出的氧气应该是多少克？2、用多用电表欧姆档测量晶体二极管的正向电阻时，用R⨯100档和用R⨯1k档，测量结果不同，这是为什么？用哪档测得的电阻值大？3、如图所示的电路中，电源内阻不计，当电动势ε1减小1.5V以后，怎样改变电动势ε2使流经电池ε2的电流强度与ε1改变前流经ε2的电流强度相同。4、现有一只满偏电流为Ig、内阻为r的半偏向电流表头，试用它及其他一些必要元件，设计出一只顺向刻度欧姆表，画出其线路图并粗略指明其刻度值。专题十三83\n磁场【拓展知识】1．几种磁感应强度的计算公式（1）定义式：B=F通电导线与磁场方向垂直。IL（2）真空中长直导线电流周围的磁感应强度：B=μ0IμI=K（K=0）。2πrr2π式中r为场点到导线间的距离，I为通过导线的电流，μ0为真空中的磁导率，大小为4π×-710H/m。（3）长度为L的有限长直线电流I外的P处磁感应强度：B=μ0I(cosθ1-cosθ2)。4πr（4）长直通电螺线管内部的磁感应强度：B=μ0nI。式中n为单位长度螺线管的线圈的匝数。2．均匀磁场中的载流线圈的磁力矩公式：M=NBISsinθ。式中N为线圈的匝数，S为线圈的面积，θ为线圈平面与磁场方向的夹角。3．洛伦兹力F=qvBsinθ(θ是v、B之间的夹角)当θ=0°时，带电粒子不受磁场力的作用。83\n当θ=90°时，带电粒子做匀速圆周运动。当0°＜θ＜时90°，带电粒子做等距螺旋线运动，回旋半径、螺距和回旋周期分别为R=mvsinθ2πmvcosθ2πm；h=；T=；qBqBqB4．霍尔效应将一载流导体放在磁场中，由于洛伦兹力的作用，会在磁场和电流两者垂直的方向上出现横向电势差，这一现象称为霍尔效应，这电势差称为霍尔电势差。【典型例题】1．如图所示，将均匀细导线做成的环上的任意两点A和B与固定电源连接起来，总电流为I，计算由环上电流引起的环中心的磁感应强度。2．如图所示，倾角为θ的粗糙斜面上放一木制圆柱，其质量为m=0.2kg，半径为r，长为l=0.1m，圆柱上顺着轴线绕有N=10匝线圈，线圈平面与斜面平行，斜面处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B=0.5T，当通入多大电流时，圆柱才不致往下滚动？3．如图所示，S83\n为一离子源，它能各方向会均等地持续地大量发射正离子，离子的质量皆为m、电量皆为q，速率皆为v0。在离子源的右侧有一半径为R的圆屏，图中OOˊ是通过圆屏的圆心并垂直于屏面的轴线，S位于轴线上，离子源和圆屏所在的空间有一范围足够大的匀强磁场，磁感应强度的大小为B，方向垂直于圆屏向右。在发射的离子中，有的离子不管S的距离如何变化，总能打到圆屏面上，求这类离子的数目与总发射离子数之比，不考虑离子间的碰撞。专题十四电磁感应【拓展知识】1．楞次定律的推广（1）阻碍原磁通量的变化；（2）阻碍（导体的）相对运动；（3）阻碍原电流的变化。2.感应电场与感应电动势磁感应强度发生变化时，在磁场所在处及周围的空间范围内，将激发感应电场。感应电场不同于静电场：（1）它不是电荷激发的，而是由变化的磁场所激发；（2）它的电场线是闭合的，没有起止点。而静电场的电场线是从正电荷出发终止于负电荷；（3）它对电荷的作用力不是保守力。如果变化的磁场区域是一个半径为R的圆形，则半径为r83\n的回路上各点的感应电场的场强大小为⎧r∆B∙,r≤R;⎪⎪2∆tE=⎨2R∆B⎪∙,rR.⎪⎩2r∆t方向沿该点的切线方向。感应电场作用于单位电荷上的电场力所做的功就是感应电动势。【典型例题】1．如图所示，在一无限长密绕螺线管中，其磁感应强度随时间线性变化（∆B=常数），求螺∆t线管内横截面上直线段MN的感应电动势。已知圆心O到MN的距离为h、MN的长为L以及∆B的大小。∆t2．（国际奥林匹克竞赛题）如图所示，悬挂的是一半径为r的铜质卷轴，其上缠绕着一根长线，线端挂着质量为m的物体。卷轴处于跟它垂直的恒定匀强磁场中，磁场的方向垂直纸面向里。一阻值为R83\n的电阻同卷轴的轴线相连，电阻的另一端通过一滑环与卷轴的边缘相连。卷轴在物体m重力作用下开始旋转，它的最大角速度将是多大？如果电阻随同卷轴一起运动。答案会有什么不同？3．如图所示，两根竖直地放置在绝缘地面上的金属框架。框架的上端接有一电容量为C的电容器。框架上有一质量为m，长为L的金属棒，平行于地面放置，与框架接触良好且无摩擦，棒离地面高度为h，强度为B的匀强磁场与框架平面垂直，开始时电容器不带电。自静止起将棒释放，问棒落到地面需要多长时间？4．如图所示，有一由匀质细导线弯成的半径为a的圆线圈和一内接等边三角形的电阻丝组成的电路（电路中各段的电阻值见图）。在圆线圈平面内有垂直纸向里的均匀磁场，磁感应强度B随时间t均匀减小，其变化率的大小为一已知常量k，已知2r1=3r2。试求图中A、B两点的电势差UA-UB。r115．（第二届全国物理竞赛题）一导线围成半径为D83\n的圆环adbc,在圆环所围的区域内有一半径为D/2的圆柱形磁场区域，其周界与圆环内切于c点。此区域内有均匀磁场，磁感应强度为B，方向垂直纸面向内。磁场随时间增强，变化率ΔB/Δt=k=常量。导线ab是圆环的一条直径，与磁场边界相切，如图所示。设导线ab以及被其所分割成的两个半圆的电阻都是r。今用一电流计G接在a、b两点之间，电流计位于纸面内，内阻亦为r（连接电流计的导线电阻忽略不计）。试问下列情况下，通过电流计的电流Ig为多少？（1）半圆环acb和adb都位于纸面内，并分别位于ab的两侧；（2）半圆环adb绕直径ab转过90°，折成与纸面垂直；（3）半圆环adb再绕ab转90°折成acb重合。cb专题十五几何光学【扩展知识】一、光的独立传播规律当光线从不同方向通过透明媒质中一点时互不影响，不改变频率仍按原方向传播的规律。83\n二、折射率1．相对折射率：光从1媒质进入2媒质。n21=siniv1=sinrv22．绝对折射率：任何媒质相对于真空的折射率。n=sinic=sinrv三、发生全反射的临界角：c=arcsinn21=arcsinn1n四、成像公式若u为物距，v为像距，而f为焦距，则有：111+=uvf放大率：m=vu=2像长（线放大率）物长⎛v⎫k=⎪（面放大率）⎝u83\n⎭说明：（1）上述公式适用范围：面镜，薄透镜。（2）适用条件：近轴光线；镜的两侧光学媒质相同。（3）符号规定：“实正、虚负”的原则。五、球面镜的焦距可以证明，球面镜的焦距f等于球面半径R的一半。且凹透镜的焦距为正值，凸透镜的焦距为负值。六、光具组成像七、透镜成像的作图法1．利用三条特殊光线2．利用副光轴【典型例题】例题1：（第一届全国物理竞赛题）如图所示，凸透镜L的主轴与x轴重合，光心O就是坐标原点，凸透镜的焦距为10cm。有一平面镜M放在y=-2cm、x>0的位置，眼睛从平面镜反射的光中看到发光点A的像位于A2处，A2的坐标见图。（1）求出此发光点A的位置。（2）写出用作图法确定A的位置的步骤并作图。例题2：（第六届全国物理竞赛题）在焦距为f的会聚薄透镜L的主光轴上放置一发光圆锥面，如图所示。圆锥的中心轴线与主光轴重合，锥的顶点位于焦点F，锥高等于2f，锥的母线与其中心轴线的夹角等于α，求圆锥面的像。例题3：（第九届全国物理竞赛决赛题）在很高的圆柱形容器的上口平放一个焦距为90mm凸透镜，在透镜下方中轴线上距透镜100mm83\n处平放一个圆面形光源，如图所示。（1）光源产生一个半径为45mm的实像，求此实像的位置。（2）若往容器中注水，水面高于光源10mm，求此时像的位置。（3）继续注水，注满容器但又恰好不碰上透镜，求此时像的大小。例题4：（第十一届全国物理竞赛题）照相机镜头L前2.28m处的物体被清晰地成像在镜头后面12.0cm处的照相胶片P上，两面平行的玻璃平板插入镜头与胶片之间，与光轴垂直，位置如图所示。设照相机镜头可看作一个简单薄凸透镜，光线为近轴光线。（1）求插入玻璃板后，像的新位置。（2）如果保持镜头、玻璃板、胶片三者间距离不变，若要求物体仍然清晰地成像于胶片上，、则物体应放在何处？例题5：（第十三届全国物理竞赛题）有两个焦距分别为f1和f2的凸透镜，如果这两个透镜作适当的配置，则可使一垂直于光轴的小物理在原位置成一等大、倒立的像，如图所示。试求出满足上述要求的配置方案中各透镜的位置。例题6：（第十五届全国物理竞赛题）想用两个薄凸透镜，最后在物体所在处形成一个与物体大小相等的倒立的虚像。已知靠近物体的那个透镜的焦距为f83\n1物体与此透镜的距离为u1，试求第二个透镜的焦距f2及它与第一个透镜间的距离L。例题7：（第十六届全国物理竞赛题）一平凸透镜焦距为f，平面上镀上了水银，现在其凸面的一侧距它2f处，垂直于主光轴放置一高H的物体，其下端在透镜的主轴上，如图所示。（1）用作图法画出物经镀银透镜所成的像，并标明该像是虚是实。（2）作计算法求出此像的位置和大小。专题十六物理光学原子物理【扩展知识】一、光程光在介质中传播的路程L与该介质的折射率n的乘积nL称为光程，即S=nL.光在传播过程中其位相变化ΔΦ与光程的关系是∆Φ=nLλ⋅2π=Sλ⋅2π。式中λ为光在真空中的波长。在真空中或空气中n=1，光传播的路程就等于光程。83\n二、半波损失光由光疏介质射向光密介质在两介质分界面上发生反射时，光的相位要发生180°的变化，相当于有半个波长的光程差，称为半波损失。反之，当光由光密介质射向光疏介质在分界面上发生反射时，其相位不发生变化，因此，这时没有半波损失。三、玻尔的原子理论定态理论（量子化能级）：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽做加速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫做定态。跃迁假设：原子从一种定态（能量Em）跃迁到另一种定态（能量En）时，要辐射（或吸收）一定频率的光子，光子能量（hv）由这两个定态的能量差决定的。即hv=Em-En。轨道假设（量子化轨道）：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态（能量）是不连续的，与它相对应的电子轨道分布也是不连续的。只有满足轨道半径跟电子动量乘积等于hh的整数倍，才是可能轨道，即：mvr=n其中n是正整数2π2π叫做量子数。玻尔模型中的氢和类氢原子半径和电子在每一个轨道上的总能量。四、原子核的结合能和每个核子平均结合能【典型例题】例题1：（第十三届全国物理竞赛初赛题）一台二氧化碳气体激光器发生的激光功率为N83\n=1000W，出射的光束截面积为A=1.00mm2.试问:(1)当该光束垂直入射到一物体平面上时,可能产生的光压的最大值为多少?(2)这束光垂直射到温度T为273K,厚度d为2.00cm的铁板上,如果有80%的光束能量被激光照射到的那一部分铁板所吸收,并使其熔化成为光束等截面积直圆柱形孔,这需多长时间?已知:对于波长为λ的光束,每一个光子的动量为k=h/λ,式中h为普朗克常量,铁的有关参数为:热容量C=26.6J/(molk),密度ρ=7.9×103kg/m3,熔点Tm=1797k,熔解热Lm=1.49×104J/mol,摩尔质量μ=56×10-3kg/mol.例题2：（第十三届全国物理竞赛决赛题）由阴极K发射的电子(质量为m,电量e,设其初速度为零)经加速极A加速后垂直射向一开有两条平行狭缝的屏,电子自狭缝出射后打到一荧光屏上,如图所示.由于电子具有波动性,荧光屏将出现明暗相间的条纹.设加速极A与阴极K之间的电压为U,两平行狭缝间的距离为d.试问:(1)在整个装置的轴线与荧光屏的交点O处,将出现暗条纹还是明条纹?(2)设位于轴线外侧的第一条亮条纹出现在θ角处,83\n写出θ的表示式(以m,e,d,U及其他有关荧光屏恒量表示).E例题3：（第四届全国物理竞赛题）1961年有人从高度H=22.5m的大楼上向地面上发射频率为υ0的γ光子,并在地面测量接收到的γ光子的频率υ.测得的υ与υ0不同,与理论预计一致,试从理论上求出(υ-υ0)/υ的值.例题4：（第十三届全国物理竞赛题）基态He+的电离能为E=54.4eV.(1)为了使处于基态的He+进入激发态,入射光子所需的最小能量应为多少?(2)He+从上述最低激发态跃迁回基态时,考虑该离子的反冲,与不考虑反冲时比,它所发射的光子波长变化的百分比有多大?(离子He+的能级En与n的关系和氢原子能级公式类似.电子电荷取1.60×10-19C,质子和中子质量均取1.67×10-27,在计算中,可采用合理近似)83\n例题5：（第十八届全国物理竞赛题）有两个处于基态的氢原子A、B，A静止,B以速度v0与之发生碰撞.已知:碰撞后两者的速度vA和vB在一条直线上,碰撞过程中部分动能被某一氢原子吸收,从而该原子由基态跃迁到激发态,然后,此原子向低能级跃迁,并发出光子.如欲碰后发出一光子,试论证:速度v0至少需要多大(以m/s表示)?已知电子电量e=1.602×10-19C,质子质量为mP=1.673×10-27kg.电子质量为me=0.911×10-31kg.氢原子的基态能量为E1=-13.58eV.例题6：（第二十届全国物理预赛题）一个氢放电管发光，在其光谱中测得一条谱线的波长为4.86⨯10-7m。试计算这是氢原子中电子从哪一个能级向哪一个能级（用量子数n表示）跃迁时发出的？已知氢原子基态（n=1）的能量为E1=—13.6eV=—2.18⨯10h=6.63⨯10-34-18J，普朗克常量为J.s83