高考物理复习——非主干知识部分(振动和波热光原子) 20页

非主干知识部分 摘要 本章涉及内容：主要紧扣08年高考大纲，讨论高考理综部分非主干知识点，即包括：五、振动和波；六、分子热运动、热和功、气体；十一、交变电流；十二、电磁场和电磁波；十三、光的反射；十四、光的波动性和微粒性；十五、原子和原子核；十六、单位制。对比近几年高考，可以预计08年仍然会有四道选择题在这一部分，即振动和波，分子热运动，光学（几何/波动），原子物理各一道。‎ 本章涉及题目：对于非主干知识，可以预计高考仍集中在选择题的考查形式上， 故在具体讨论中，将始终围绕近几年高考题（全国卷）为主，并适当有所拓展。‎ 本章要求：注重基础知识和基本方法的复习，熟悉非主干知识，不用做太偏、太深、太怪的题目，达到这类型题目不丢一分的目的，遇到新颖些的题目，能转到常规知识点。‎ 正文 一、振动和波 ‎1）高考大纲及要求 五、振动和波 内容 要求 说明 ‎34．弹簧振子，简谐运动，简谐振动的振幅，周期和频率，简谐运动的位移-时间图像 ‎ ‎35．单摆，在小振幅条件下单摆做简谱运动，单摆周期公式。 ‎ ‎36．振动中的能量转化 ‎ ‎37．自由振动和受迫振动，受迫振动的振动频率，共振及其常见的应用 ‎ ‎38．振动在介质中的传播——波、横波和纵波、横波的图像、波长、频率和波速的关系 ‎ ‎39．波的叠加、波的干涉、衍射现象 ‎ ‎40．声波、超声波及其应用 ‎ ‎41．多普勒效应 II II I I II I I I ‎2）高考试题 ‎2007‎ 全国卷Ⅰ一列简谐横波沿x轴负方向传播，波速为v=‎4m/s。已知坐标原点（x=0）处质点的振动图像如图所示（a），在下列4幅图中能够正确表示t=0.15s时波形的图是（A ）‎ 全国卷Ⅱ在一列横波在x轴上传播，在x=0与x=‎1cm的两点的振动图线分别如图中实线与虚线所示。由此可以得出 A、波长一定是4cm B、波的周期一定是4s C、波的振幅一定是2cm D、波的传播速度一定是‎1cm/s ‎2006‎ ‎[全国卷I]19.一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，图1所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动。匀速转动把手时，曲杆给弹簧振子以驱动力，使振子做受迫振动。把手匀速转动的周期就是驱动力的周期，改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期。若保持把手不动，给砝码一向下的初速度，砝码便做简谐运动，振动图线如图2所示.当把手以某一速度匀速转动，受迫振动达到稳定时，砝码的振动图线如图3所示. 若用T0表示弹簧振子的固有周期，T表示驱动力的周期，Y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅，则 A.由图线可知T0=4s B.由图线可知T0=8s C.当T在4s附近时，Y显著增大;当T比4s小得多或大得多时，Y很小 D.当T在8s附近时，Y显著增大;当T比8s小得多或大得多时，Y很小 ‎ [全国卷II]16．频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动。以u表示声源的速度，V表示声波的速度（u＜V），v表示接收器接收到的频率。若u增大，则 A v增大，V增大 B v增大，V不变 C v不变，V增大 D v减少，V不变 ‎2005‎ ‎[全国卷I]‎ ‎18．一列沿x轴正方向传播的简谐横波，周期为0.50s。某一时刻，离开平衡位置的位移都相等的各质元依次为P1，P2，P3，……。已知P1和P2之间的距离为‎20cm，P2和P3之间的距离为‎80cm，则P1的振动传到P2所需的时间为 ‎ ‎  A．0.50 s B．0.13 s C．0.10 s D．0.20 s ‎[全国卷II]‎ ‎19．一简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻其波形如图所示。下列说法正确的是 （ ）‎ ‎ A．由波形图可知该波的波长 ‎ B．由波形图可知该波的周期 ‎ C．经1/4周期后质元P运动到Q点 ‎ D．经1/4周期后质元R的速度变为零 ‎[全国卷III]‎ ‎20．一列简谐横波在x轴上传播，某时刻的波形图如图所示，a、b、c为三个质元，a正向上运动。由此可知 （ ）‎ ‎ A．该波沿x轴正方向传播 ‎ B．c正向上运动 ‎ C．该时刻以后，b比c先到达平衡位置 ‎ D．该时刻以后，b比c先到达离平衡位置最远处 ‎3）考点回顾 重点：会读图，区别振动图像和波动图像（看坐标）  ◆由波的图像可获取的信息   ①从图像可以直接读出振幅（注意单位）.②从图像可以直接读出波长（注意单位）.   ③可求任一点在该时刻相对平衡位置的位移（包括大小和方向）   ④在波速方向已知（或已知波源方位）时可确定各质点在该时刻的振动方向.⑤可以确定各质点振动的加速度方向（加速度总是指向平衡位置）‎ ‎◆波动图像与振动图像的比较：‎ 振动图象 波动图象 研究对象 一个振动质点 沿波传播方向所有的质点 研究内容 一个质点的位移随时间变化规律 某时刻所有质点的空间分布规律 图象 物理意义 表示一质点在各时刻的位移 表示某时刻各质点的位移 图象变化 随时间推移图象延续，但已有形状不变 随时间推移，图象沿传播方向平移 表示一个周期 表示一个波长 一个完整曲线占横坐标距离 其他：必备的基本知识 ‎◆简谐运动   （1）定义:物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力的作用下的振动，叫做简谐运动.   （2）简谐运动的特征:回复力F=-kx，加速度a=-kx/m，方向与位移方向相反，总指向平衡位置.   简谐运动是一种变加速运动，在平衡位置时，速度最大，加速度为零;在最大位移处，速度为零，加速度最大.   （3）描述简谐运动的物理量   ①位移x:由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段，是矢量，其最大值等于振幅.   ②振幅A:振动物体离开平衡位置的最大距离，是标量，表示振动的强弱.   ③周期T和频率f:表示振动快慢的物理量，二者互为倒数关系，即T=1/f.   （4）简谐运动的图像   ①意义:表示振动物体位移随时间变化的规律，注意振动图像不是质点的运动轨迹.   ②特点:简谐运动的图像是正弦（或余弦）曲线.   ③应用:可直观地读取振幅A、周期T以及各时刻的位移x，判定回复力、加速度方向，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.  ◆弹簧振子:周期和频率只取决于弹簧的劲度系数和振子的质量，与其放置的环境和放置的方式无任何关系.如某一弹簧振子做简谐运动时的周期为T，不管把它放在地球上、月球上还是卫星中;是水平放置、倾斜放置还是竖直放置;振幅是大还是小，它的周期就都是T.  ◆单摆:摆线的质量不计且不可伸长，摆球的直径比摆线的长度小得多，摆球可视为质点.单摆是一种理想化模型. （1）单摆的振动可看作简谐运动的条件是:最大摆角α<5°.‎ ‎（2）单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向并且指向平衡位置的分力.   （3）作简谐运动的单摆的周期公式为:T=2π  ①在振幅很小的条件下，单摆的振动周期跟振幅无关.   ②单摆的振动周期跟摆球的质量无关，只与摆长L和当地的重力加速度g有关.   ③摆长L是指悬点到摆球重心间的距离，在某些变形单摆中，摆长L应理解为等效摆长，重力加速度应理解为等效重力加速度（一般情况下，等效重力加速度g'等于摆球静止在平衡位置时摆线的张力与摆球质量的比值）.  ◆受迫振动   （1）受迫振动:振动系统在周期性驱动力作用下的振动叫受迫振动.   （2）受迫振动的特点:受迫振动稳定时，系统振动的频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关.   （3）共振:当驱动力的频率等于振动系统的固有频率时，振动物体的振幅最大，这种现象叫做共振. ‎ ‎［注意］共振的条件:驱动力的频率等于振动系统的固有频率. ‎ ‎◆机械波:机械振动在介质中的传播形成机械波.‎ ‎（1）机械波产生的条件:①波源;②介质 ‎（2）机械波的分类 ‎①横波:质点振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波.横波有凸部（波峰）和凹部（波谷）. ②纵波:质点振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波.纵波有密部和疏部.   ［注意］气体、液体、固体都能传播纵波，但气体、液体不能传播横波.‎ ‎（3）机械波的特点   ①机械波传播的是振动形式和能量.质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移.   ②介质中各质点的振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同.‎ ‎③离波源近的质点带动离波源远的质点依次振动.  ◆波长、波速和频率及其关系 ‎ ‎（1）波长:两个相邻的且在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长.振动在一个周期里在介质中传播的距离等于一个波长.‎ ‎（2）波速:波的传播速率.机械波的传播速率由介质决定，与波源无关.‎ ‎（3）频率:波的频率始终等于波源的振动频率，与介质无关.‎ ‎（4）三者关系:v=λf ◆波动问题多解性   波的传播过程中时间上的周期性、空间上的周期性以及传播方向上的双向性是导致“波动问题多解性”的主要原因.若题目假设一定的条件，可使无限系列解转化为有限或惟一解 ‎◆波的衍射   波在传播过程中偏离直线传播，绕过障碍物的现象.衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异.波发生明显衍射现象的条件是:障碍物（或小孔）的尺寸比波的波长小或能够与波长差不多. ◆波的叠加   几列波相遇时，每列波能够保持各自的状态继续传播而不互相干扰，只是在重叠的区域里，任一质点的总位移等于各列波分别引起的位移的矢量和.两列波相遇前、相遇过程中、相遇后，各自的运动状态不发生任何变化，这是波的独立性原理.  ◆波的干涉:   频率相同的两列波叠加，某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔的现象，叫波的干涉.产生干涉现象的条件:两列波的频率相同，振动情况稳定. ‎ ‎［注意］①干涉时，振动加强区域或振动减弱区域的空间位置是不变的，加强区域中心质点的振幅等于两列波的振幅之和，减弱区域中心质点的振幅等于两列波的振幅之差.   ②两列波在空间相遇发生干涉，两列波的波峰相遇点为加强点，波峰和波谷的相遇点是减弱的点，加强的点只是振幅大了，并非任一时刻的位移都大;减弱的点只是振幅小了，也并非任一时刻的位移都最小. 如图若S1、S2为振动方向同步的相干波源，当PS1-PS2=nλ时，振动加强；当PS1-PS2=（2n+1）λ/2时，振动减弱。  ◆声波 （1）空气中的声波是纵波，传播速度为‎340m/s. ‎ ‎（2）能够引起人耳感觉的声波频率范围是:20～20000Hz. （3）超声波:频率高于20000Hz的声波. ‎ ‎①超声波的重要性质有:波长短，不容易发生衍射，基本上能直线传播，因此可以使能量定向集中传播;穿透能力强. ②对超声波的利用:用声纳探测潜艇、鱼群，探察金属内部的缺陷;利用超声波碎石治疗胆结石、肾结石等;利用“B超”探察人体内病变. ‎ ‎◆多普勒效应:由于波源和观察者之间有相对运动使观察者感到频率发生变化的现象.其特点是:当波源与观察者有相对运动，两者相互接近时，观察者接收到的频率增大;两者相互远离时，观察者接收到的频率减小. ‎ 二、分子运动论 ‎1）高考大纲及要求 六、分子热运动、热和功、气体 内容 要求 说明 ‎42．物质是由大量分子组成的，阿伏加德罗常数、分子的运动、布朗运动、分子间的相互作用力。 ‎ ‎43．分子热运动的动能、温度是物体分子 内容 I I 要求 说明 热运动平均能的标志，物体分子间的相互作用势能，物体的内能 ‎ ‎44．做功和热传递是改变物体内能的两种方式，热量、能量守恒定律。‎ ‎45．热力学第一定律 ‎ ‎46．热力学第二定律 ‎ ‎47．永动机不可能 ‎48．绝对零度不可达到 ‎ ‎49．能源的开发和利用，能源的利用与保护环境保护 ‎ ‎50．气体的状态和状态参量、热力学温度 ‎ ‎51．气体的体积、温度、压强之间的关系 ‎ ‎52．气体分子运动的特点 ‎53．气体压强的微观意义 I I I I I I I I I I ‎2）高考试题 ‎2007‎ 全国卷Ⅰ如图所示，质量为m的活塞将一定质量的气体封闭在气缸内，活塞与气缸之间无摩擦。a 态是气缸放在冰水混合物中气体达到的平衡状态，b态是气缸从容器中移出后，在室温（270C）中达到的平衡状态。气体从a态变化到b态的过程中大气压强保持不变。若忽略气体分子之间的势能，下列说法正确的是（ ）‎ A、与b态相比，a态的气体分子在单位时间内撞击活塞的个数较多 B、与a态相比，b态的气体分子在单位时间内对活塞的冲量较大 C、在相同时间内，a、b两态的气体分子对活塞的冲量相等 D、从a态到b态，气体的内能增加，外界对气体做功，气体对外界释放了热量 全国卷Ⅱ对一定量的气体，下列说法正确的是 A、在体积缓慢地不断增大的过程中，气体一定对外界做功 B、在压强不断增大的过程中，外界对气体一定做功 C、在体积不断被压缩的过程中，内能一定增加 D、在与外界没有发生热量交换的过程中，内能一定不变 ‎2006‎ ‎[全国卷I]18.下列说法中正确的是 A.气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大 B.气体的体积变小时，单位体积的分子数增多，单位时间内打到器壁单位面积上的分子数增多，从而气体的压强一定增大 C.压缩一定量的气体，气体的内能一定增加 D.分子a从远处趋近固定不动的分子b，当a到达受b的作用力为零时，a的动能一定最大 ‎ [全国卷II]21．对一定量气体，若用N表示单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数，则 A 当体积减小时，V必定增加 B 当温度升高时，N必定增加 C 当压强不变而体积和温度变化时，N必定变化 D 当压强不变而体积和温度变化时，N可能不变 ‎2005‎ ‎[全国卷I]‎ ‎21．如图所示，绝热隔板K把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的。两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b。气体分子之间相互作用势能可忽略。现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡 ‎ A．a的体积增大了，压强变小了 ‎ B．b的温度升高了 ‎ C．加热后a的分子热运动比b的分子热运动更激烈 ‎ D．a增加的内能大于b增加的内能 ‎[全国卷II]‎ ‎16．对于定量气体，可能发生的过程是 A．等压压缩，温度降低 B．等温吸热，体积不变 ‎ C．放出热量，内能增加 D．绝热压缩，内能不变 ‎[全国卷III]‎ ‎19．一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程。设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中 ‎ A．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加 ‎ B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少 ‎ C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加 ‎ D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少 ‎3）考点回顾 重点：‎ ‎◆热力学第一定律 ‎ ‎（1）内容：物体内能的增量ΔU等于外界对物体做的功W和物体吸收的热量Q的总和. （2）表达式:W+Q=ΔU （3）符号法则:外界对物体做功，W取正值，物体对外界做功，W取负值;物体吸收热量，Q取正值，物体放出热量，Q取负值;物体内能增加，ΔU取正值，物体内能减少，ΔU取负值. ◆内能，压强，分子动能势能的微观解释 物体的内能：物体里所有的分子的动能和势能的总和叫做物体的内能。任何物体都有内能，物体的内能跟物体的物质量，温度和体积有关。理想气体内能只和温度有关。‎ 气体的压强：气体作用在器壁单位面积上的压力。数值上等于单位时间内器壁单位面积上受到气体分子的总冲量。   ①产生原因:大量气体分子无规则运动碰撞器壁，形成对器壁各处均匀的持续的压力.。   ②决定因素:一定气体的压强大小，微观上决定于分子的运动速率和分子密度;宏观上决定于气体的温度和体积。‎ 分子动能：做热运动的分子具有动能，在热现象的研究中，单个分子的动能是无研究意义的，重要的是分子热运动的平均动能。温度是物体分子热运动的平均动能的标志.‎ 分子势能：分子间具有由它们的相对位置决定的势能，叫做分子势能.分子势能随着物体的体积变化而变化。分子间的作用表现为引力时，分子势能随着分子间的距离增大而增大。分子间的作用表现为斥力时，分子势能随着分子间距离增大而减小。对实际气体来说，体积增大，分子势能增加;体积缩小，分子势能减小。‎ 其他：必备的基本知识 ◆分子动理论   （1）物质是由大量分子组成的   热学中的分子不同于化学上讲的分子，而是构成物质的分子、原子、离子微粒的统称.分子的体积很小，用一般的显微镜也看不到，分子直径的数量级一般是10 -10 m。   （2）分子永不停息地做无规则热运动   ①扩散现象:不同的物质互相接触时，可以彼此进入对方中去.温度越高，扩散越快.②布朗运动:在显微镜下看到的悬浮在液体（或气体）中微小颗粒的无规则运动，是液体分子对微小颗粒撞击作用的不平衡造成的，是液体分子永不停息地无规则运动的宏观反映.颗粒越小，布朗运动越明显;温度越高，布朗运动越明显.。   （3）分子间存在着相互作用力  ◆分子间同时存在着引力和斥力，引力和斥力都随分子间距离增大而减小，但斥力的变化比引力的变化快，实际表现出来的是引力和斥力的合力。‎ 改变内能的两种方式   （1）做功:其本质是其他形式的能和内能之间的相互转化.。   （2）热传递:其本质是物体间内能的转移.。   （3）做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，但有本质的区别.。  ◆能量转化和守恒定律  ‎ ‎ 能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或从一物体上转移到别的物体上。‎ ‎◆气体分子运动的特点   （1）气体分子间有很大的空隙.气体分子之间的距离大约是分子直径的10倍。‎ ‎（2）气体分子之间的作用力十分微弱.在处理某些问题时，可以把气体分子看作没有相互作用的质点。‎ ‎（3）气体分子运动的速率很大，常温下大多数气体分子的速率都达到数百米每秒.离这个数值越远，分子数越少，表现出“中间多，两头少”的统计分布规律。 ‎ 三、几何光学和波动光学 ‎1）高考大纲及要求 十三、光的反射 内容 要求 说明 ‎89．光的直线传播，本影和半影 ‎ ‎90．光的反射，反射定律，平面镜成像作图法 ‎ ‎91．光的折射，折射定律，折射率，全反射和临界角 ‎ ‎92．光导纤维 ‎ ‎93．棱镜，光的色散 I II II I I 十四、光的波动性和微粒性 内容 要求 说明 ‎94．光本性学说的发展简史 ‎ ‎95．光的干涉现象，双缝干涉，薄膜干涉、双缝干涉的条纹间距与波长的关系 ‎ ‎96．光的衍射 ‎ ‎97．光的偏振现象 ‎ ‎98．光谱和光谱分析，红外线、紫外线，X射线，γ射线以及它们的应用。光的电磁本性，电磁波谱。 ‎ ‎99．光电效应，光子，爱因斯坦光电效应方程 ‎ ‎100．光的波粒二象性，物质波 ‎ I I I I I II I ‎101．激光的特性及应用 I ‎2）高考试题 ‎2007‎ 全国卷Ⅰ在桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴（图中虚线）与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图所示。有一半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的地面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合。已知玻璃的折射率为1.5，则光束在桌面上形成的光斑半径为 A、r B、1.5r C、2r D、2.5r 光束 P 全国卷Ⅱ如图，P是一偏振片，P的透振方向（用带箭头的实线表示）为竖直方向。下列四种入射光束中哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光？‎ A、太阳光 B、沿竖直方向振动的光 C、沿水平方向振动的光 D、沿与竖直方向成450角振动的光 ‎2006‎ ‎[全国卷I]15.红光和紫光相比，‎ A.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大 B.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大 C.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小 D.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较小 ‎ [全国卷II]19．已知能使某金属产生光电效应的极限频率为υ0，‎ A 当用频率为2υ0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子 B 当用频率为2υ0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hυ0‎ C 当照射光的频率υ大于υ0时，若υ增大，则逸出功增大 D 当照射光的频率υ大于υ0时，若υ增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍 ‎2005‎ ‎[全国卷I]‎ ‎17．图示为一直角棱镜的横截面，。一平行细光束从O点沿垂直于bc面的方向射入棱镜。已知棱镜材料的折射率n=，若不考试原入射光在bc面上的反射光，则有光线 ‎ ‎ A．从ab面射出 ‎ B．从ac面射出 ‎ C．从bc面射出，且与bc面斜交 ‎ D．从bc面射出，且与bc面垂直 ‎ [全国卷II]‎ ‎15．一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a、b两束单色光，其传播方向如图所示。设玻璃对a、b的折射率分别为na和nb，a、b在玻璃中的传播速度分别为va和vb，则 ‎ A．na>nb B．navb D．vav，所以任何介质的折射率n都大于1。‎ ‎◆全反射和临界角 （1）全反射:光从光密介质射入光疏介质，或光从介质射入真空（或空气）时，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫做全反射 ‎（2）全反射的条件 ①光从光密介质射入光疏介质，或光从介质射入真空（或空气）‎ ‎②入射角大于或等于临界角 （3）临界角:折射角等于90°时的入射角叫临界角，用C表示sinC=1/n ‎◆光电效应 ‎⑴在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。（右图装置中，用弧光灯照射锌版，有电子从锌版表面飞出，使原来不带电的验电器带正电。）‎ ‎⑵光电效应的规律。①各种金属都存在极限频率ν0，只有ν≥ν0才能发生光电效应；②瞬时性（光电子的产生不超过10-9s）。‎ ‎⑶爱因斯坦的光子说。光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量E跟光的频率ν成正比：E=hν ‎ ‎⑷爱因斯坦光电效应方程：Ek= hν－W（Ek是光电子的最大初动能；W是逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功。）‎ ‎◆光的电磁说 ‎ ⑴光是电磁波（麦克斯韦预言、赫兹用实验证明了正确性。）‎ ‎⑵电磁波谱。波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。‎ 各种电磁波的产生机理分别是：无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；伦琴射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的。‎ ‎⑶红外线、紫外线、X射线的主要性质及其应用举例。‎ 种 类 产 生 主要性质 应用举例 红外线 一切物体都能发出 热效应 遥感、遥控、加热 紫外线 一切高温物体能发出 化学效应 荧光、杀菌、合成VD2‎ X射线 阴极射线射到固体表面 穿透能力强 人体透视、金属探伤 其他：必备的基本知识 ‎◆光的直线传播  ‎ ‎ （1）光在同一种均匀介质中沿直线传播.小孔成像，影的形成，日食和月食都是光直线传播的例证.（2）影是光被不透光的物体挡住所形成的暗区.影可分为本影和半影，在本影区域内完全看不到光源发出的光，在半影区域内只能看到光源的某部分发出的光.点光源只形成本影，非点光源一般会形成本影和半影.本影区域的大小与光源的面积有关，发光面越大，本影区越小.（3）日食和月食:   人位于月球的本影内能看到日全食，位于月球的半影内能看到日偏食，位于月球本影的延伸区域（即“伪本影”）能看到日环食;当月球全部进入地球的本影区域时，人可看到月全食.月球部分进入地球的本影区域时，看到的是月偏食.  ◆光的反射现象---:光线入射到两种介质的界面上时，其中一部分光线在原介质中改变传播方向的现象.   （1）光的反射定律:   ①反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居于法线两侧. ②反射角等于入射角.   （2）反射定律表明，对于每一条入射光线，反射光线是唯一的，在反射现象中光路是可逆的. ◆平面镜成像 （1.）像的特点---------平面镜成的像是正立等大的虚像，像与物关于镜面为对称。‎ ‎（2.）光路图作法-----------根据平面镜成像的特点，在作光路图时，可以先画像，后补光路图。‎ ‎（3）.充分利用光路可逆-------在平面镜的计算和作图中要充分利用光路可逆。（眼睛在某点A通过平面镜所能看到的范围和在A点放一个点光源，该电光源发出的光经平面镜反射后照亮的范围是完全相同的。）‎ ‎◆光的色散:白光通过三棱镜后，出射光束变为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光的光束，这种现象叫做光的色散.     （1）同一种介质对红光折射率小，对紫光折射率大.     （2）在同一种介质中，红光的速度最大，紫光的速度最小.     （3）由同一种介质射向空气时，红光发生全反射的临界角大，紫光发生全反射的临界角小.‎ ‎◆全反射棱镜-------横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。选择适当的入射点，可以使入射光线经过全反射棱镜的作用在射出后偏转90o（右图1）或180o（右图2）。要特别注意两种用法中光线在哪个表面发生全反射。‎ ‎◆玻璃砖-----所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱。当光线从上表面入射，从下表面射出时，其特点是：⑴射出光线和入射光线平行；⑵各种色光在第一次入射后就发生色散；⑶射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关；⑷可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。‎ ‎◆光本性学说的发展简史     （1）牛顿的微粒说:认为光是高速粒子流.它能解释光的直进现象，光的反射现象.     （2）惠更斯的波动说:认为光是某种振动，以波的形式向周围传播.它能解释光的干涉和衍射现象.‎ ‎◆光的干涉 S S /‎ b d a c S S1‎ S2‎ 光的干涉的条件是：有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。（相干波源的频率必须相同）。形成相干波源的方法有两种：⑴利用激光（因为激光发出的是单色性极好的光）。⑵‎ 设法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等）。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。‎ ‎◆干涉区域内产生的亮、暗纹 ‎⑴亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即δ= nλ（n=0，1，2，……）‎ ‎⑵暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即δ=（n=0，1，2，……）‎ 相邻亮纹（暗纹）间的距离。用此公式可以测定单色光的波长。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。‎ ‎◆衍射----光通过很小的孔、缝或障碍物时，会在屏上出现明暗相间的条纹，且中央条纹很亮，越向边缘越暗。‎ ‎⑴各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。‎ ‎⑵发生明显衍射的条件是：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。）‎ ‎⑶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。‎ ‎◆光的偏振现象：‎ 通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，称为偏振光。光的偏振说明光是横波。‎ ‎◆光的波粒二象性 ‎（1.）光的波粒二象性------干涉、衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波；光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子；因此现代物理学认为：光具有波粒二象性。‎ ‎（2.）正确理解波粒二象性-----波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量。‎ 四、原子物理 ‎1）高考大纲及要求 十五、原子和原子核 内容 要求 说明 ‎102．α粒子散射实验，原子的核式结构 ‎ ‎103．氢原子的能级结构，光子的发射和吸收 ‎ ‎104．氢原子的电子云 ‎ ‎105．原子核的组成，天然放射现象，α I II I I 射线、β射线、γ射线、衰变、半衰期 ‎ ‎106．原子核的人工转变，核反应方程，放射性同位素及其应用 ‎ ‎107．放射性污染和防护 ‎ ‎108．核能、质量亏损、爱因斯坦质能方程 ‎ ‎109．重核的裂变、链式反应、核反应堆 ‎ ‎110．轻核的聚变、可控热核反应 ‎ ‎111．人类对物质结构的认识 I I Ⅱ I I I ‎2）高考试题 ‎2007‎ 全国卷Ⅰ用大量具有一定能力的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线。调高电子的能力在此进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条。用△n表示两侧观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的能量。根据氢原子的能级图可以判断，△n和E的可能值为（ ）‎ A、△n=1，13.22 eV ,则另一个波长可能是 A、+ B、- C、 D、‎ ‎2006‎ ‎[全国卷I]14.某原子核X吸收一个中子后，放出一个电子，分裂为两个粒子.由此可知 A.A=7,Z=3 B.A=7,Z=4‎ C.A=8,Z=3 D.A=8,Z=4‎ ‎ [全国卷II]14.现有三个核反应：‎ ‎①Na→Mg＋e ②U＋n→Ba＋Kr＋3n ③H＋H→He＋n 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 ‎2005‎ ‎[全国卷I]‎ ‎15．已知π+介子、π—介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，它们的带电量如下表所示，表中e为元电荷。‎ π+‎ π—‎ u d 带电量 ‎+e ‎－e ‎+‎ ‎ ‎ 下列说法正确的是 ‎ ‎ A．π+由u和组成 B．π+由d和组成 ‎ C．π—由u和组成 D．π—由d和组成 ‎[全国卷II]‎ ‎17．图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E。处在n=4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的不波。已知金属钾的逸出功为2.22eV。在这些光波中，能够从金属钾的表面打出光电子的总共有 ‎ A．二种 B．三种 ‎ ‎ C．四种 D．五种 氢原子的能级图 n E/eV ‎∞ 0‎ ‎1 -13.6‎ ‎2 -3.4‎ ‎3 -1.51‎ ‎4 -0.85‎ ‎3‎ E1‎ E2‎ E3‎ ‎3）考点回顾 重点：‎ ‎◆玻尔模型（引入量子理论，量子化就是不连续性，整数n叫量子数。）‎ ‎⑴玻尔的三条假设（量子化）‎ ‎①轨道量子化rn=n2r1 r1=0.53×10-10m ‎②能量量子化： E1=-13.6eV ‎③原子跃迁：原子在两个能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量hν=Em-En ‎（2）从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加热的方法，使分子热运动加剧，分子间的相互碰撞可以传递能量）。原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子；而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子。（如在基态，可以吸收E ≥13.6eV的任何光子，所吸收的能量除用于电离外，都转化为电离出去的电子的动能）。‎ ‎◆核反应与质能方程 ‎（1）所有核反应的反应前后都遵守：质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不守恒。）‎ ‎（2）质能方程-----爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们的关系是：E = mc2，这就是爱因斯坦的质能方程。质能方程的另一个表达形式是：ΔE=Δmc2。以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位。在非国际单位里，可以用1u=931.5MeV。它表示1原子质量单位的质量跟931.5MeV的能量相对应。（在有关核能的计算中，一定要根据已知和题解的要求明确所使用的单位制。）‎ 其他：必备的基本知识 ‎◆卢瑟福的核式结构模型（行星式模型）‎ α粒子散射实验：是用α粒子轰击金箔，结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转。这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上。‎ 卢瑟福由α粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。‎ 由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15m ‎◆天然放射现象 ‎ ‎⑴.天然放射现象----天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构。‎ ‎⑵.各种放射线的性质比较 种 类 本 质 质量（u）‎ 电荷（e）‎ 速度（c）‎ 电离性 贯穿性 α射线 ‎ 氦核 ‎4‎ ‎+2‎ ‎0.1‎ 最强 最弱，纸能挡住 β射线 ‎ 电子 ‎1/1840‎ ‎-1‎ ‎0.99‎ 较强 较强，穿几mm铝板 γ射线 光子 ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ 最弱 最强，穿几cm铅版 ‎◆半衰期 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期。（对大量原子核的统计规律）计算式为：N表示核的个数 ，此式也可以演变成 或，式中m表示放射性物质的质量，n 表示单位时间内放出的射线粒子数。以上各式左边的量都表示时间t后的剩余量。‎ 半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。‎ 附选题目 例1如图所示，在一条直线上两个振源A、B相距‎6m，振动频率相等，从t0时刻A、B开始振动，且都只振动一个周期，振幅相等，振动图像A为甲，B为乙。若A向右传播的波与B向左传播在t1 = 0.3s时相遇，则 （ ）‎ A．两列波在A、B间的传播速度均为‎10m/s B．两列波的波长都是‎4m C．在两列波相遇过程中，中点C为振动加强点 D．t2 = 0.7s时刻B点经过平衡位置且振动方向向下 ‎【答案】AD ‎ ‎【解析】由题意可知，波在t1 = 0.3s内传播的路程 s = ‎3m，可以由计算出波速v = ‎10m/s，故选项A正确；由图像可知T = 0.2s，根据公式可以计算出= ‎2m，选项B错误；波由A传到C与由B传到C都是‎3m，即传播了1.5，又因为A、B两个振源是反相的，故C为振动减弱点，选项C错误；由于B 点自身只振动一个周期，即自身振动时间为0.2s，此后B点的振动则是由于A点产生的波传播到B点引起的，分析可知在0.6s时刻，A波的波前到达B点；在t2 = 0.7s时刻，B点由于A波的传播已做了0.5T的振动，此时B质点经过平衡位置，其振动方向向下，故选项D正确．‎ ‎【点评】波传播的本质是波形的平移，当两列波相遇时，满足波的叠加原理。‎ 例2 下列说法中正确的是 [ 　　]‎ ‎　　A．温度低的物体内能小 ‎　　B．温度低的物体分子运动的平均速率小 ‎　　C．做加速运动的物体，由于速度越来越大，因此物体分子的平均动能越来越大 ‎　　D．外界对物体做功时，物体的内能不一定增加 ‎【错解分析】‎ 错解一：因为温度低，动能就小，所以内能就小，所以应选A ‎　　而温度低的物体分子平均动能小，所以速率也小。所以应选B。‎ ‎　　错解三：由加速运动的规律我们了解到，物体的速度大小由初速和加速度与时间决定，随着时间的推移，速度肯定越来越快再由动能公式 ‎　　错解一是没有全面考虑内能是物体内所有分子的动能和势能的总和。温度低只表示物体分子平均动能小，而不表示势能一定也小，也就是所有分子的动能和势能的总和不一定也小，所以选项A是错的。‎ ‎　　实际上因为不同物质的分子质量不同，而动能不仅与速度有关，也与分子质量有关，单从一方面考虑问题是不够全面的，所以错解二选项B也是错的。‎ ‎　　错解三的原因是混淆了微观分子无规则运动与宏观物体运动的差别。分子的平均动能只是分子无规则运动的动能，而物体加速运动时，物体内所有分子均参与物体的整体、有规则的运动，这时物体整体运动虽然越来越快，但并不能说明分子无规则运动的剧烈情况就要加剧。从本质上说，分子无规则运动的剧烈程度只与物体的温度有关，而与物体的宏观运动情况无关。‎ ‎　　【正确解答】由于物体内能的变化与两个因素有关，即做功和热传递两方面。内能是否改变要从这两方面综合考虑。若做功转化为物体的内能等于或小于物体放出的热量，则物体的内能不变或减少。即外界对物体做功时，物体的内能不一定增加，选项D是正确的 例3根据分子动理论，设两个分子间的距离为r0时分子间的引力和斥力相等，以下关于分子力与分子势能与它们间距离的关系，正确的是（ ）‎ A．若两分子间距离在r0的基础上增大，则分子间的引力增大，斥力减小，分子力表现为引力 ‎ B．两分子间距离越大，分子力越小．分子间距离越小，分子力越大 C．两分子间距离为r0时，分子势能最小，在r0的基础上距离增大或减小，分子势能都变大 D．两分子间距离越大，分子势能越大．分子间距离越小，分子势能越小 ‎【答案】C ‎【解析】如下图左，当两分子间的距离为r0时，分子间的引力和斥力相等，分子力为零；若分子间距在r0的基础上增大，分子间的引力和斥力同时减小，因斥力减小得快，故分子力表现为引力，故选项A错误；从分子力随距离变化的图像可知，分子力的变化不具有单调性，故选项B错误；如下图右为分子势能与分子间距的关系图像，由图像可知，两分子间距离为r0时，分子势能最小，当分子间距离在r0的基础上增大时，分子间的作用力表现为引力，分子力做负功，分子势能增加，当减小分子间的距离时，分子间的作用力表现为斥力，分子力做负功，分子势能增加，故可以判断选项C是正确的；同时，分子势能的图像不具有单调性，故选项D错误。‎ r E r0‎ o o ‎ F斥 F分 ‎ F引 ‎ ‎ ‎【点评】固体在平衡时，分子间的引力与斥力大小相等，处于平衡状态，而当我们对它施加作用力而企图把它拉长时，分子间的距离稍微变大—点，分子间的引力就大于斥力，从而分子间的作用力宏观上变成了引力，因此很难被拉断。.气体之所以充满整个容器，是因为气体分子间几乎没有相互作用力，分子除了与其他分子发生碰撞以外，几乎做匀速直线运动，直到它们与器壁相碰。同样，气体分子对器壁有压强，这是气体分子在与器壁碰撞过程中的作用力产生的，与气体分子间的斥力无关.‎ 例4如图所示，水下光源S向水面A点发射一束光线，折射光线分成a、b两束，则（ ）‎ A．a、b两束光相比较，a光的波动性较强 B．用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距于b光的干涉条纹间距 C．在水中a光的速度比b光的速度小 D．若保持入射点A位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，b光先消失 ‎【答案】AD ‎【解析】 由题意可知b光偏折更多，b光频率更高，则a光的波动性更强，A项正确；由知，a光干涉条纹间距较大，B项错；同种介质中，频率越高的光对应的传播速度越小，C项错；因b光的临界角较小，故顺时针旋转时b光先于a光发生全反射现象，D项正确．‎ ‎【点评】物理光学与几何光学相联系的是光的频率和折射率，它们的关系是：对同一介质而言，光的频率越高其折射率越大。从光路传播图得出折射率的大小关系是几何光学与物理光学综合题的解题的突破口。‎ 例5对光电效应的解释正确的是 （ ）‎ A．‎ 金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属 B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应 C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大 D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不同 ‎【答案】 BD ‎【解析】 按照爱因斯坦的光子说，光子的能量是由光的频率决定的，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大。但要使电子离开金属，须使电子具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，但电子只能吸收一个光子，不能同时吸收多个光子，否则当光的频率低，而照射时间足够长，也会发生光电效应。电子从金属中逸出时处在从金属表面的电子向外逃出时克服原子核的引力所做的功最小，这个功称为逸出功。不同金属的逸出功不同.‎ ‎【点评】本题考查了考生对光子说和光电效应规律的理解，同时要求知道光子和光电子间相互作用时的一一对应关系和光强度与光子能量的关系；“入射光的强度”，是指单位时间内垂直传播方向的单位面积上的光子总能量.在入射光频率不变的情况下，光强正比于单位时间内照射到金属表面上单位面积的光子数。‎ 例6从四川省核电站发展论坛上传出消息：四川首家核电站项目顺利通过初步科研评审．该项目建成后，对四川乃至中国西部地区GDP增长和一、二、三产业的拉动将起到巨大作用．关于核电站获取核能的基本核反应方程可能是（ ）‎ A． ‎ B．‎ C．‎ D．‎ ‎【答案】D ‎【解析】A为α衰变方程，B为聚变方程，C为发现质子的人工核反应方程，D为裂变方程，现在核电站获取核能的方式为裂变，D正确。‎ ‎【点评】能源问题是当今热点问题，当今社会要构建环保型新能源，随着煤、石油、天然气等不可再生能源的减少，现在我国在发展核能方面逐渐增加投入，这一主题是十分时尚的话题。让学生了解现今核电站的原理很有必要，同时也应了解今后在能源开发和利用的发展方向。‎ 例7氢原子能级如图所示，若氢原子发出的光a、b两种频率的光，用同一装置做双缝干涉实验，分别得到干涉图样如图甲、乙两图所示。若a 光是由能级n=5向n=2跃迁时发出的，则b光可能是 ( )‎ A．从能级n=4 向n=3跃迁时发出的 B．从能级n=4 向n=2跃迁时发出的 C．从能级n=6 向n=3跃迁时发出的 D．从能级n=6 向n=2跃迁时发出的 ‎【答案】D ‎【解析】本题考查氢原子能级、干涉图样与波长的关系．由干涉图样可以判断a光的波长要长，频率要低，能量要低，故b光的能量要高，所以可得D．‎ ‎【点评】①本题考查的知识点有光子能量、能级理论、‎ 光的干涉等知识点,.是上述基础知识点经过一定的包装而设计出来的考题；②明线光谱中的明线与跃迁时释放的光子频率存在一一对应关系；③原子发生跃迁时，处于低能级的原子所吸收的光子能量必须满足两个能级的能量差；处于激发态的原子向基态跃迁时，将对外辐射光子，辐射光子的能量也等于两个能级的能量差 例8“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，即原子核俘获一个核外电子，核内一个质子变为中子，原子核衰变成一个新核，并且放出一个中微子（其质量小于电子质量且不带电）．若一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”（电子的初动量可不计），则 A．生成的新核与衰变前的原予核质量数相同 B．生成新核的核电荷数增加 C．生成的新核与衰变前的原子核互为同位素 D．生成的新核与中微子的动量大小相等 ‎【答案】AD ‎【解析】质子与中子的质量数相同，所以发生“轨道电子俘获”后新核与原核质量数相同，A正确；新核质子数减少，故核电荷数减少，B错；新核与原核质子数不同，不能称它们互为同位素，C错；以静止原子核及被俘获电子为系统，系统动量守恒，系统初动量为零，所以生成的新核与中微子的动量大小相等，方向相反，D正确．‎ ‎【点评】“轨道电子俘获”与“中微子”都是与大学物理相关的内容，但它的相关现象却可以用中学物理所学的规律进行分析，像这类中学物理与大学物理相交叉的内容应引起关注。‎