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文档简介
热学必背知识点一、宏观量与微观量及相互关系1.固、液、气三态分子模型在固体和液体分子大小的估算中通常将分子看做是一个紧挨一个的小球(或小立方体),每个分子的体积也就是每个分子所占据的空间,虽然采用正方体模型和球形模型计算出分子直径的数量级是相同的,但考虑到误差因素,采用球形模型更准确一些.对气体分子来说,由于气体没有一定的体积和形状,气体分子间的平均距离比较大,气体分子占据的空间比每个分子的体积大得多,可以忽略每个分子的空间体积,认为每个分子占据的空间是一个紧挨一个的立方体,分子间的平均距离为立方体边长,气体分子占据的空间并非气体分子的实际体积.2、物质是由大量分子组成(1)分子体积很小,质量小。(2)油膜法测分子直径:(3)阿伏伽德罗常量:(4)微观物理量的估算问题:二、布朗运动与扩散现象1、扩散现象:相互接触的物体互相进入对方的现象,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中的花粉颗粒的永不停息的无规则运动,颗粒越小,运动越明显;温度越高,运动越激烈,布朗运动是液体分子永不停息地做无规则热动动的反映,是微观分子热运动造成的宏观现象。①布朗运动成因:液体分子无规则运动,对固体小颗粒碰撞不平衡。②影响布朗运动剧烈程度因素:微粒小,温度高,布朗运动剧烈三、分子力与分子势能1、分子间存在着相互作用的分子力。分子力有如下几个特点:分子间同时存在引力和斥力;分子间的引力和斥力都随分子间的距离增大而减小,随分子距离的减小而增大,但斥力比引力变化更快。实际表现出来的是引力和斥力的合力。(1)时(约几个埃,1埃=米),,分子力F=0。(2)时,,分子力F为斥力。(3)时,,分子力F为斥力。④时,、f斥速度减为零,分子力F=0。2、分子势能(1)分子间由于存在相互作用而具有的,大小由分子间相对位置决定的能叫做分子势能。(2)分子势能改变与分子力做功的关系:分子力做功,分子势能减少;克服分子力做功,分子势能增加;且分子力做多少功,分子势能就改变多少。分子势能与分子间距的关系(如右图示):①当r>时,分子力表现为引力,随着r的增大,分子引力做负功,分子势能增加;②当r<时,分子力表现为斥力,随着r的减小,分子斥力做负功,分子势能增加;③r=时,分子势能最小,但不为零,为负值,因为选两分子相距无穷远时的分子势能为零。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。四、物体的内能1.平均动能:每个做热运动的分子都具有动能mv2,但是各个分子的动能有大有小,且不断变化.在研究热现象时,某个分子的动能大小没有意义,有意义的是物体内所有分子的动能的平均值,即平均动能2.内能(1)定义:物体内所有分子的动能和分子势能的总和.(2)物体的内能跟物体的温度、体积、物态和分子个数(即质量)都有关系.3.改变物体内能的两种方式:做功和热传递.4、物体的内能和机械能的比较五、温度和温标1.温度:温度在宏观上表示物体的冷热程度;在微观上表示分子的平均动能.2.两种温标(1)比较摄氏温标和热力学温标:两种温标温度的零点不同,同一温度两种温标表示的数值不同,但它们表示的温度间隔是相同的,即每一度的大小相同,Δt=ΔT.(2)关系:T=t+273.15K.3.平衡态及特点:对于一个孤立的热学系统,无论其初始状态如何经过足够长的时间后,必须达到一个宏观平衡性质不再随时间变化的状态,叫平衡态,系统处于平衡态时有共同特性即“温度相同”.六、用油膜法估测分子的大小1.实验目的(1)估测油酸分子的大小.(2)学习间接测量微观量的原理和方法.2.实验原理:利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜,将油酸分子看做球形,测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积,用d=V/S计算出油膜的厚度,其中V为一滴油酸溶液中纯油酸的体积,S为油膜面积,这个厚度就近似等于油酸分子的直径.3.实验器材盛水浅盘、滴管(或注射器)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或细石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔.4.实验步骤(1)取1毫升(1cm3)的油酸溶于酒精中,制成200毫升的油酸酒精溶液.(2)往边长约为30cm~40cm的浅盘中倒入约2cm深的水,然后将痱子粉(或细石膏粉)均匀地撒在水面上.(3)用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴配制好的油酸酒精溶液,使这些溶液的体积恰好为1mL,算出每滴油酸酒精溶液的体积(4)用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴配制好的油酸酒精溶液,油酸就在水面上慢慢散开,形成单分子油膜.(5)待油酸薄膜形状稳定后,将一块较大的玻璃板盖在浅盘上,用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上.(6)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积.(7)据油酸酒精溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积V,据一滴油酸的体积V和薄膜的面积S,算出油酸薄膜的厚度,即为油酸分子的直径.比较算出的分子直径,看其数量级(单位为m)是否为1010,若不是1010需重做实验.5.注意事项(1)油酸酒精溶液的浓度应小于.(2)痱子粉的用量不要太大,并从盘中央加入,使粉自动扩散至均匀.(3)测1滴油酸酒精溶液的体积时,滴入量筒中的油酸酒精溶液的体积应为整毫升数,应多滴几毫升,数出对应的滴数,这样求平均值误差较小.(4)浅盘里水离盘口面的距离应较小,并要水平放置,以便准确地画出薄膜的形状,画线时视线应与板面垂直.(5)要待油膜形状稳定后,再画轮廓.(6)利用坐标求油膜面积时,以边长为1cm的正方形为单位,计算轮廓内正方形的个数,不足半个的舍去,大于半个的算一个.(7)做完实验后,把水从盘的一侧边缘倒出,并用少量酒精清洗,然后用脱脂棉擦去酒精,最后用水冲洗,以保持盘的清洁.6.误差分析(1)纯油酸体积的计算误差.(2)油膜面积的测量误差主要是:①油膜形状的画线误差;②数格子法本身是一种估算的方法,自然会带来误差.七、固体常见的晶体有:石英,云母,明矾,食盐,硫酸铜,蔗糖,味精常见的非晶体有:玻璃,蜂蜡,松香,沥青,橡胶。3、晶体(1)晶体有整齐规则的几何外形;
(2)晶体有固定的熔点,在熔化过程中,温度始终保持不变;
(3)晶体有各向异性的特点。
非晶体是指组成物质的分子(或原子、离子)不呈空间有规则周期性排列的固体。它没有一定规则的外形,如玻璃、松香、石蜡等。它的物理性质在各个方向上是相同的,叫“各向同性”。它没有固定的熔点。所以有人把非晶体叫做“过冷液体”或“流动性很小的液体”。
[晶体与非晶体区别]
晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体,具有长程有序,并成周期性重复排列。
非晶体是内部质点在三维空间不成周期性重复排列的固体,具有近程有序,但不具有长程有序。如玻璃。外形为无规则形状的固体。
晶体和非晶体所以含有不同的物理性质,主要是由于它的微观结构不同。八、液体的微观结构⒈气体液化后,液体体积仅有原气体体积的1/1000左右;而液化凝固后,体积减少不超过10%。⒉与固体相比,液体具有流动性,说明液体分子间的相互作用力比固体分子间的相互作用力要小;在相同温度下,液体分子的扩散速度比固体分子的扩散速度要快。液体分子与非晶体的微观结构很相似,所以严格的所只有晶体才是真正的固体。九、液体的表面张力⒈相同体积的各种形状中,只有球形物体的表面积最小。润滑油在混合液内呈球形,说明液体表面有收缩到最小的趋势。⒉液体表面好像紧张的橡皮膜一样,具有收缩的趋势。⒊液体与气体接触的表面形成一薄层,叫表面层。表面层内的液体分子受到周围分子作用力小于液体内部分子,表面层里的分子要比液体内部分子稀疏一些,这样表面层分子间引力比液体内部更大一些。在液体内部分子间引力和斥力处于平衡状态,表面层内分子力为引力,因此表面层有收缩的趋势。十、浸润和不浸润⒈液体与固体接触时,液体与固体的接触面扩大而相互附着的现象叫做浸润。如果接触面趋于缩小而不附着,则叫做不浸润。⒉液体与固体接触处形成一个液体薄层,叫做附着层。附着层里的分子既受固体分子的吸引,又受到液体内部分子的吸引。如果受到固体分子的吸引力较弱,附着层的分子就比液体内部稀疏,在附着层里分子间吸引力较大,造成跟固体接触的液体表面有缩小的趋势,形成不浸润。反之,如果附着层分子受固体分子吸引力较强,附着层分子比液体内部密集,附着层就出现液体相互推斥的力,造成跟固体接触的液体表面有扩展的趋势,形成浸润。十一、毛细现象⒈浸润液体在细管里上升的现象和不浸润液体在细管里下降的现象,叫做毛细现象。⒉浸润液体与毛细管内壁接触的附着层有扩展的趋势,造成液体与空气接触面弯曲,呈凹形弯曲,液面与管壁接触的附近的表面张力是沿液面切线方向向上的。表面张力有使液面收缩趋势,造成管内液柱上升。直到表面张力向上的拉引作用与管内升高的液柱重力平衡,管内液体停止上升,液柱稳定在一定的高度,如图所示。细管越细,即管截面积小,那么液柱上升高度就越大。十二、液晶⒈液晶像液体一样具有流动性,而其光学性质与某些晶体相似,具有各向异性。⒉有些物质在特定的温度之内具有液晶态;也有一些物质,在溶剂中溶解时,在一定的浓度范围具有液晶态。十三、功和内能热和内能一、焦耳的实验1.系统不从外界吸热,也不向外界放热的过程叫做绝热过程.2.要使系统状态通过绝热过程发生变化,做功的数量只由过程始末两个状态1、2决定,而与做功方式无关.二、内能1.任何一个热力学系统都存在一个只依赖于系统自身状态的物理量,我们把它称之为系统的内能.2.当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时,内能的增加量ΔU=U2-U1就等于外界对系统所做的功W,即ΔU=W.三、热和内能1.不仅对系统做功可以改变系统的内能,单纯的对系统传热也能改变系统的内能.2.当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2,内能的增加量ΔU=U2-U1就等于外界向系统传递的热量Q,即ΔU=Q.3.传热和内能变化的关系系统在单纯传热过程中,内能的增量ΔU等于外界向系统传递的热量Q,即ΔU=Q.四、功和内能关系的理解1.内能(1)微观:所有分子的动能和势能之和.(2)宏观:只依赖于热力学系统自身状态的物理量.(3)状态量.2.功和内能变化的关系做功可以改变系统的内能,功是系统内能转化的量度,在绝热过程中:(1)外界对系统做功,系统内能增加,即ΔU=U2-U1=W;(2)系统对外界做功,系统内能减少,即W=ΔU.3.内能与机械能的区别和联系(1)区别:内能与机械能是两个不同的概念.(2)联系:在一定条件下可以相互转化,且总量保持不变.十四、热力学第一定律1.内容:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和.2.数学表达式:ΔU=Q+W.3.对热力学第一定律的理解(1)对ΔU=W+Q的理解:做功和热传递都可以改变内能,如果系统跟外界同时发生做功和热传递的过程,那么外界对系统所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于系统内能的增加ΔU,即ΔU=Q+W.(2)对ΔU、Q、W符号的规定①功W:外界对系统做功,W>0,即W为正值;系统对外界做功,W<0,即W为负值.②热量Q:系统吸热为正,Q>0;系统放热为负,Q<0.③内能变化:系统内能增加,ΔU>0,即ΔU为正值;系统内能减少,ΔU<0,即ΔU为负值.4.判断是否做功的方法一般情况下外界对系统做功与否,需看系统的体积是否变化.(1)若系统体积增大,表明系统对外界做功,W<0;(2)若系统体积变小,表明外界对系统做功,W>0.5、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用气体实验定律和热力学第一定律的结合点是温度和体积.注意三种特殊过程的特点:(1).等温过程:内能不变,ΔU=0(2).等容过程:体积不变,W=0(3).绝热过程:Q=0二、能量守恒定律1.大量事实表明,各种形式的能量可以相互转化,并且在转化过程中总量保持不变.2.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另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变.3.能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的规律之一.三、第一类永动机不可能制成1.第一类永动机:人们把设想的不消耗能量的机器称为第一类永动机.2.第一类永动机由于违背了能量守恒定律,所以不可能制成.十七、热力学第二定律一、1.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的.如物体间的传热、气体的膨胀、扩散……都有特定的方向性.2.反映宏观自然过程方向性的定律就是热力学第二定律.二、热力学第二定律的两种表述1.克劳修斯表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体.2.开尔文表述:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响.3.宏观过程的方向性(1).热传导具有方向性:两个温度不同的物体相互接触时,热量会自发地从高温物体传给低温物体,结果使高温物体的温度降低,低温物体的温度升高.(2).气体的扩散现象具有方向性:两种不同的气体可以自发地进入对方,最后成为均匀的混合气体,但这种均匀的混合气体,决不会自发地分开,成为两种不同的气体.(3).机械能和内能的转化过程具有方向性:物体在水平面上运动,因摩擦而逐渐停止下来,但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后,在地面上重新运动起来.(4).气体向真空膨胀具有方向性:气体可自发地向真空容器膨胀,但绝不可能出现气体自发地从容器中流出,容器变为真空.(5).在整个自然界中,无论有生命的还是无生命的,所有的宏观自发过程都具有单向性,都有一定的方向性,都是一种不可逆过程.三、热机1.热机的效率η:热机输出的机械功与燃料产生的热量的比值,用公式表示为η=eq\f(W,Q).热机的效率不可能达到100%.2.第二类永动机:只有单一热源,从单一热源吸收热量,可以全部用来做功的热机叫第二类永动机,它不违背能量守恒定律,但违背热力学第二定律,所以不能实现.四、热力学第二定律的微观解释、有序和无序宏观态和微观态1.系统的宏观表现源于组成系统的微观粒子的统计规律.2.有序与无序是相对的.3.一个“宏观态”对应的“微观态”比较多,就说这个“宏观态”是比较无序的.五、热力学第二定律的微观意义1.气体向真空的扩散气体的自由扩散过程是沿着无序性增大的方向进行的.2.热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行.六、熵1.熵的概念物理学中用字母Ω表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目,用字母S表示熵,则S=kln_Ω,式中k叫做玻耳兹曼常量.2.熵增加原理在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小.这就是熵增加原理,也是热力学第二定律的另一种表述.七、能量耗散和品质降低1.能量在数量上虽然守恒,但其转移和转化却具有方向性.2.有序性较高的能量转化为无序性更大的能量过程中存在能量耗散.在其转化过程中能量的品质降低.八、能源和环境十五、能源和可持续发展1.能量耗散虽然不会使能的总量减少,却会使能量的品质降低,所以需节约能源.2.常规能源,如:煤、石油、天然气对环境污染造成了较大影响,所以我们要开发新能源,如太阳能、风能、核能、生物质能等,它们的特点是:污染少、可再生、资源丰富.十九:气体压强的微观解释:①气体压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的作用在器壁单位面积上的平均作用力.
②气体压强决定于气体分子的密度(单位体积内的分子数)和分子的平均动能.二十:理想气体的自由膨胀:是绝热过程;也是等温过程。
.真实气体的自由膨胀:是绝热过程;但不是等温过程。机械振动、光必背知识点考点80简谐运动简谐运动的表达式和图象要求:I1)如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比,并且总是指向平衡位置,质点的运动就是简谐运动。简谐运动的回复力:即F=–kx注意:其中x都是相对平衡位置的位移。区分:某一位置的位移(相对平衡位置)和某一过程的位移(相对起点)⑴回复力始终指向平衡位置,始终与位移方向相反⑵“k”对一般的简谐运动,k只是一个比例系数,而不能理解为劲度系数⑶F回=-kx是证明物体是否做简谐运动的依据2)简谐运动的表达式:“x=Asin(ωt+φ)”3)简谐运动的图象:描述振子离开平衡位置的位移随时间遵从正弦(余弦)函数的规律变化的,要求能将图象与恰当的模型对应分析。可根据简谐运动的图象的斜率判别速度的方向,注意在振幅处速度无方向。A、简谐运动(关于平衡位置)对称、相等①同一位置:速度大小相等、方向可同可不同,位移、回复力、加速度大小相等、方向相同.②对称点:速度大小相等、方向可同可不同,位移、回复力、加速度大小相等、方向相反.③对称段:经历时间相同④一个周期内,振子的路程一定为4A(A为振幅);半个周期内,振子的路程一定为2A;四分之一周期内,振子的路程不一定为A每经一个周期,振子一定回到原出发点;每经半个周期一定到达另一侧的关于平衡位置的对称点,且速度方向一定相反B、振幅与位移的区别:⑴位移是矢量,振幅是标量,等于最大位移的数值⑵对于一个给定的简谐运动,振子的位移始终变化,而振幅不变思考:1、平衡位置的合力一定为0吗?(单摆)2、弹簧振子在对称位置弹性势能相等吗?(竖直弹簧振子)考点81单摆的周期与摆长的关系(实验、探究要求:Ⅰ1)单摆的等时性(伽利略);即周期与摆球质量无关,在振幅较小时与振幅无关2)单摆的周期公式(惠更斯)(l为摆线长度与摆球半径之和;周期测量:测N次全振动所用时间t,则T=t/N)、单摆经过最低点时按下秒表开始计时3)数据处理:(1)平均值法;(2)图象法:以l和T2为纵横坐标,作出的图象(变非线性关系为线性关系);误差分析(图像处理和公式处理的误差有什么区别)4)振动周期是2秒的单摆叫秒摆考点82受迫振动和共振要求:Ⅰ受迫振动:在周期性外力作用下、使振幅保持不变的振动,又叫无阻尼振动或等幅振动。f迫=f策,与f固无关。A迫与∣f策—f固∣有关,∣f策—f固∣越大,A迫越小,∣f策—f固∣越小,A迫越大。当驱动力频率等于固有频率时,受迫振动的振幅最大(共振)共振的防止与应用;共振筛、军队过桥便步走防止桥共振考点83机械波横波和纵波横波的图象要求:Ⅰ1)机械波⑴产生机械波的条件:振源,介质——有机械振动不一定形成机械波有机械波一定有机械振动⑵机械波的波速由介质决定,同一类的不同机械波在同一介质中波速相等。与振源振动的快慢无关⑶机械波传递的是振动形式(由振源决定)、能量(由振幅体现)、信息2)机械波可分为横波与纵波横波:质点的振动方向与波的传播方向垂直。特点:有波峰、波谷.只能在固体中传播(条件:剪切形变),为方便将水波认为是横波纵波:质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上.特点:有疏部、密部.气体、液体只能传递纵波3)次声波与超声波次声波:频率小于20Hz,波长长,易衍射,传播距离远,研究与应用刚起步超声波:频率大于20000Hz,波长短,直线传播效果好(声纳),穿透能力强(几厘米厚的金属)。应用广泛:声纳、B超、雷达、探伤、超声加湿、制照相乳胶5)横波图象:表示某一时刻各个质点离开平衡位置位移情况。后一质点的振动总是重复前一质点的振动;特别要能判断质点振动方向或波的传播方向。注意:(1)周期性、方向性上引起的多解可能性;(2)波传播的距离与质点的路程是不同的。6)波动图象表示“各个质点”在“某一时刻”的位移,振动图象则表示介质中“某个质点”在“各个时刻”的位移。考点84波长、频率(周期)和波速的关系要求:Ⅰ(由介质决定,f由波源决定)①波形向前匀速平移,质点本身不迁移,x可视为波峰(波谷)移动的距离②在波的图象中,无论时间多长,质点的横坐标一定不变③介质中所有质点的起振位置一定在平衡位置,且起振方向一定与振源的起振方向相同④注意双向性、周期性⑤注意坐标轴的单位(是m,还是cm;有无×10n等等)关于振动与波⑴一段时间后的图象a、振动图象:直接向后延伸b、波动图象:不能向后延伸,而应该将波形向后平移⑵几个物理量的意义:周期(频率):决定振动的快慢,进入不同介质中,T(f)不变振幅:决定振动的强弱波速:决定振动能量在介质中传播的快慢⑶几个对应关系①一物动(或响)引起另一物动(或响)———受迫振动→共振(共鸣)②不同位置,强弱相间———干涉(要求:两波源频率相同)干涉:a、振动加强区、减弱区相互间隔;b、加强点始终加强(注意:加强的含义是振幅大,千万不能误认为这些点始终位于波峰或波谷处)、减弱点始终减弱.c、判断:若两振源同相振动,则有加强点到两振源的路程差为波长的整数倍,减弱点到两振源的路程差为半波长的奇数倍.③绕过障碍物———衍射(要求:缝、孔或障碍物的尺寸与波长差不多或小于波长)缝后的衍射波的振幅小于原波考点85波的反射和折射波的衍射和干涉要求:Ⅰ1.波面(波阵面):振动状态总是相同的点的集合;波线:与波面垂直的那些线。2.惠更斯原理:介质中任一波面上的各点,都可以看做发射子波的波源,其后任意时刻,这些子波的包迹就是新的波面;3.(1)互不干扰原理;(2)叠加原理。、干涉:Δx=kλ处,振动加强;Δx=(2k+1)λ/2处,振动减弱。(3)衍射(产生明显衍射现象的条件)4.波的干涉:(1)频率相同(2)现象:加强区与减弱区相互间隔(加强区永远加强,减弱区永远减弱)考点86多普勒效应要求:Ⅰ(1)现象:由于波源和观察者之间有相对运动,使观察者感到频率(音调)发生变化的现象。结论:波源远离现察者,观察者接收频率减小;波源靠近观察者,观察者接收频率增大。(2)应用:A、利用发射波和接受波频率的差异,制成测定运动物体速度的多普勒测速仪。B、利用向人体血液发射和接收的超声波频率的变化,制成测定人体血流速度的“彩超”考点87电磁振荡电磁波的发射和接收要求:Ⅰ1)麦克斯韦电磁场理论:⑴变化的磁场产生电场;变化的电场产生磁场⑵推广:①均匀变化的磁场(或电场),会产生恒定的电场(或磁场)。②非均匀变化的磁场(或电场),会产生变化的电场(或磁场)。2)电磁波:电磁场由发生的区域在空间由近及远的传播就形成电磁波。电磁波的特点:①电磁波是物质波,传播时可不需要介质而独立在真空中传播。②电磁波是横波,磁场、电场、传播方向三者互相垂直。③电磁波具有波的共性,能发生干涉、衍射等现象③电磁波可脱离“波源”而独立存在,电磁波发射出去后,产生电磁波的振荡电路停止振荡后,在空间的电磁波仍继续传播。LC④电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度,c=3×108LC3)赫兹的电火花实验证实了麦克斯韦电磁场理论。4)电磁振荡(LC振荡回路)⑴线圈上的感应电动势等于电容器两端的电压⑵电磁振荡的周期与频率、5)电磁波的波速:v=λf同一列电磁波由一种介质传入另一种介质,频率不变,波长、波速都要发生变化。6)电磁波的发射与接收⑴无线电波的发射a、要有效地发射电磁波,振荡电路必须具有如下特点:=1\*GB3①要有足够高的振荡频率②振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间b、调制:电磁波随各种信号而改变的技术,调制分为两种:调幅(AM)和调频(FM)(2)无线电波的接收:a、调谐(选台):使接收电路发生电谐振的过程b、解调(检波):调制的逆过程(3)雷达:雷达系统由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置及电源、计算机等组成。雷达用微波波段,每次发射时间约百万分之一秒,结果由显示器直接显示。发射端和接收端合二为一(不同于电视系统)。考点88电磁波谱电磁波及其应用要求:Ⅰ电磁波谱:波长由长到短排列(频率由低到高)顺序无线电波→红外线→可见光→紫外线→伦琴(X)射线→射线红橙黄绿蓝靛紫波长:由长到短(红光最容易衍射,条纹间距最大)频率:由低到高(能量由小到大)折射率:由小到大(紫光偏折最大,红光偏折最小)临界角:由大到小(紫光最容易发生全反射)在同种介质中的波速:由大到小1)无线电波2)红外线:一切物体都在辐射红外线(1)主要性质;①最显著的作用:热作用,温度越高,辐射能力越强②一切物体都在不停地辐射红外线(2)应用:红外摄影、红外遥感、遥控、加热3)可见光光谱(波长由长到短):红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫①天空亮:大气散射②天空是蓝色:波长较短的光比波长较长的光更容易散射③早晨、傍晚天空为红色:红光的波长最长,容易绕过障碍物4)紫外线:(1)主要性质:化学作用;荧光效应(2)应用:激发荧光、杀菌消毒、促使人体合成维生素D5)伦琴(X)射线:原子内层电子受激跃迁产生(1)主要性质:穿透能力很强,(2)应用:金属探伤人体透视6)射线:原子核受激辐射(1)主要性质:穿透能力很强,能穿透几厘米的铅板(几十厘米厚混凝土)(2)应用:金属探伤7)太阳辐射的能量集中在可见光、红外线、紫外线三个区域,其中,黄绿光附近,辐射的能量最强(人眼对这个区域的电磁辐射最敏感)考点89光的折射定律折射率要求:Ⅰ1)光的折射定律=1\*GB3①入射角、反射角、折射角都是各自光线与法线的夹角!=2\*GB3②表达式:=3\*GB3③在光的折射现象中,光路也是可逆的2)折射率光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的正弦与折射角的正弦之比,叫做这种介质的绝对折射率,用符号n表示n是反映介质光学性质的一个物理量,n越大,表明光线偏折越厉害。发生折射的原因是光在不同介质中,速度不同2.白光通过三棱镜时,会分解出各种色光,在屏上形成红→紫的彩色光带(注意:不同介质中,光的频率不变。)考点91光的全反射光导纤维要求:Ⅰi越大,γ越大,折射光线越来越弱,反射光越来越强。1)全反射:光疏介质和光密介质:折射率小的介质叫光疏介质,折射率大的介质叫光密介质。注意:光疏和光密介质是相对的。全反射是光从光密介质射向光疏介质时,折射光线消失(γ=900),只剩下反射光线的现象。2)发生全反射的条件:①光必须从光密介质射向光疏介质②入射角必须大于(或等于)临界角3)临界角4)应用①全反射棱镜形状:等腰直角三角形原理:如图条件:玻璃折射率大于1.4优点:比平面镜反射时失真小②光导纤维:折射率大的内芯、折射率小的外套时间计算中注意光的路程不是两地距离及光在介质中的速度不是光速③海市蜃楼:沙漠:倒立虚像;海洋:正立虚像④玻璃中气泡看起来特别亮;自行车尾灯;露珠晶莹剔透考点92光的干涉、衍射和偏振要求:Ⅰ1)光的干涉现象:是波动特有的现象,由托马斯•杨首次观察到。(1)在双缝干涉实验中,条纹宽度或条纹间距:L:屏到挡板间的距离,d:双缝的间距,λ:光的波长,△x:相邻亮纹(暗纹)间的距离(2)图象特点:中央为明条纹,两边等间距对称分布明暗相间条纹。红光(λ最大)明、暗条纹最宽,紫光明、暗条纹最窄。白光干涉图象中央明条纹外侧为红色。2)光的颜色、色散A、薄膜干涉(等厚干涉):图象特点:同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度完全相等。不同λ的光做实验,条纹间距不同单色光在肥皂膜上(上薄下厚)形成水平状明暗相间条纹B、薄膜干涉中的色散⑴、各种看起来是彩色的膜,一般都是由于干涉引起的⑵、原理:膜的前后两个面反射的光形成的⑶、现象:同一厚度的膜,对应着同一亮纹(或暗纹)⑷、厚度变化越快,条纹越密牛顿环:里疏外密白光入射形成彩色条纹。应用:增透膜,其厚度至少为光在薄膜中波长的四分之一,增加透射、减少反射检查工件表面的平整度。牛顿环C、折射时的色散⑴光线经过棱镜后向棱镜的底面偏折。折射率越大,偏折的程度越大⑵不同颜色的光在同一介质中的折射率不同。同一种介质中,由红光到紫光,波长越来越短、折射率越来越大、波速越来越慢3)光的衍射:光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象,叫光的衍射.产生明显衍射的条件:障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相同甚至比光的波长还要小.单缝衍射:光通过单缝照射到屏上时,屏上将出现“有明有暗,明暗相间”的衍射条纹,与双缝干涉的干涉条纹不同的是:干涉条纹均匀分布,而衍射条纹的中央明纹较宽,较亮。圆孔衍射:明暗相间的不等距圆环。泊松亮斑:光照射到一个半径很小的圆板后,在圆板的阴影中心出现的亮斑,这是光能发生衍射的有力证据之一。4)光的偏振:证明了光是横波;常见的光的偏振现象:摄影,太阳镜,动感投影片,晶体的检测,玻璃反光⑴偏振片由特定的材料制成,它上面有一个特殊的方向(叫做透振方向),只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片。⑵当只有一块偏振片时,以光的传播方向为轴旋转偏振片,透射光的强度不变。当两块偏振片的透振方向平行时,透射光的强度最大,但是,比通过一块偏振片时要弱。当两块偏振片的透振方向垂直时,透射光的强度最弱,几乎为零。⑶只有横波才有偏振现象。⑷光波的感光作用和生理作用等主要是由电场强度E所引起的,因此常将E的振动称为光振动。⑸除了从光源(如太阳、电灯等)直接发出的光以外,我们通常看到的绝大部分光,都是偏振光。自然光射到两种介质的界面上,如果光入射的方向合适,使反射光与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的,并且偏振方向互相垂直。⑹偏振现象的应用:拍摄、液晶显示、汽车车灯(偏振化方向都沿同一方向并与水平面成45°)、立体电影(左眼偏振片的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同,右眼偏振片的偏振化方向与右面放像机上的偏振化方向相同)考点93激光的特性及应用要求:Ⅰ激光是一种人工产生的相干光。(1)电磁波频率越高,能量越大,可以比无线电波传递更多信息。(2)特点:A、频率单一(频宽很小)。B、相干性好:可传递信息,可以用于全息照相;C、平行度好(方向性好),传播很长距离后仍能保持一定强度,可精确测距。应用在VCD、雷达测距、测速(多普勒原理)、追踪目标;D、亮度高(能在很小空间、很短时间内集中很大的能量)。应用在“激光刀”、引起核聚变等方面。特点作用应用实例相干光可进行调制、传递信息光纤通信干涉全息照相(在照明光的另一侧观看)平行度好传播很远距离能保持一定强度,可精确测距测速激光雷达可会聚于很小的一点,记录信息密度高DVD、CD、VCD机,计算机光驱亮度高可在很小空间短时间内集中很大能量激光切割、焊接、打孔医疗手术产生高压引起核聚变人工控制聚变反应考点94狭义相对论的基本假设狭义相对论时空观与经典时空观的区别要求:Ⅰ1)相对论的诞生(1)伽利略相对性原理:力学规律在任何惯性系中都是相同的(2)狭义相对论的两个基本假设A、狭义相对性原理:在不同的惯性参考系中,一切物理定律都是相同的B、光速不变原理:真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的结论:不论光源与观察者做怎样的相对运动,光速都是一样的。2)时间和空间的相对性(1)同时的相对性(2)长度的相对性:一条沿自身长度方向运动的杆,其长度总比杆静止时的长度小(3)时间间隔的相对性:从地面上观察,飞船上的时间进程比地面上慢(4)时空相对性的验证⑴时空相对性的最早证据跟宇宙线的观测有关⑵相对论的第一次宏观验证是在1971年进行的。(5)相对论的时空观经典物理学认为空间和时间是脱离物质而存在的,是绝对的,空间与时间之间是没有联系的,相对论则认为空间和时间与物质的运动状态有关。考点95狭义相对论的几个重要结论要求:Ⅰ动尺变短一条沿自身方向运动的杆,其长度比杆静止的长度小;动钟变慢(不必记忆)相对论速度变换公式(不必记忆)相对论质量(不必记忆)质能方程:E=mc2(必须记住)★广义相对论简介(不必记忆)A、广义相对性原理和等效原理广义相对性原理:在任何参考系中,物理规律都是相同的等效原理:一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价B、广义相对论的几个结论⑴物质的引力使光线弯曲①发生日全食时的观测结果,是对广义相对论的最早验证②一束光垂直于运动方向射入飞船,船外静止的观察者认为这束光是沿直线传播的。而航天员以飞船为参考系观察到的现象则是:如果飞船做匀速直线运动,飞船上的观察者记录下的光的径迹是一条偏向船尾的直线如果飞船做匀加速直线运动,船上观察者记录下的光经过的轨迹为一条向下弯的曲线⑵引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别在强引力的星球附近,时间进程会变慢。证实:体积小,质量大的矮星,天文观测到的引力红移现象原子物理一、黑体和黑体辐射Ⅰ1.热辐射现象任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波,并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关。这种由于物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。①.物体在任何温度下都会辐射能量。②.物体既会辐射能量,也会吸收能量。物体在某个频率范围内发射电磁波能力越大,则它吸收该频率范围内电磁波能力也越大。辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。此时温度恒定不变。实验表明:物体辐射能多少决定于物体的温度(T)、辐射的波长、时间的长短和发射的面积。2.黑体物体具有向四周辐射能量的本领,又有吸收外界辐射来的能量的本领。黑体是指在任何温度下,全部吸收任何波长的辐射的物体。3.实验规律:1)随着温度的升高,黑体的辐射强度都有增加;2)随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短方向移动。二、光电效应Ⅰ1、光电效应⑴在光(包括不可见光)的照射下,从物体发射出电子的现象称为光电效应。⑵光电效应的实验规律:①任何一种金属都有一个极限频率,入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应,低于极限频率的光不能发生光电效应。②光电子的最大初动能与入射光的强度无关,光随入射光频率的增大而增大。③大于极限频率的光照射金属时,光电流强度(反映单位时间发射出的光电子数的多少),与入射光强度成正比。④金属受到光照,光电子的发射一般不超过10-9秒。2、波动说在光电效应上遇到的困难波动说认为:光的能量即光的强度是由光波的振幅决定的与光的频率无关。所以波动说对解释上述实验规律中的①②④条都遇到困难3、光子说⑴量子论:1900年德国物理学家普朗克提出:电磁波的发射和吸收是不连续的,而是一份一份的,每一份电磁波的能量.⑵光子论:1905年爱因斯坦提出:空间传播的光也是不连续的,而是一份一份的,每一份称为一个光子,光子具有的能量与光的频率成正比。即:.其中是电磁波的频率,h为普朗克恒量:h=6.63×10-344、光子论对光电效应的解释金属中的自由电子,获得光子后其动能增大,当功能大于脱出功时,电子即可脱离金属表面,入射光的频率越大,光子能量越大,电子获得的能量才能越大,飞出时最大初功能也越大。5.光电效应方程:Ek是光电子的最大初动能,当Ek=0时,c为极限频率,c=.三、光的波粒二象性物质波Ⅰ光既表现出波动性,又表现出粒子性大量光子表现出的波动性强,少量光子表现出的粒子性强;频率高的光子表现出的粒子性强,频率低的光子表现出的波动性强.实物粒子也具有波动性,这种波称为德布罗意波,也叫物质波。满则下列关系:从光子的概念上看,光波是一种概率波.四、原子核式结构模型1、电子的发现和汤姆生的原子模型:⑴电子的发现:1897年英国物理学家汤姆生,对阴极射线进行了一系列研究,从而发现了电子。电子的发现表明:原子存在精细结构,从而打破了原子不可再分的观念。⑵汤姆生的原子模型:1903年汤姆生设想原子是一个带电小球,它的正电荷均匀分布在整个球体内,而带负电的电子镶嵌在正电荷中。2、粒子散射实验和原子核结构模型⑴粒子散射实验:1909年,卢瑟福及助手盖革和马斯顿完成的.①装置:如右图。②现象:a.绝大多数粒子穿过金箔后,仍沿原来方向运动,不发生偏转。b.有少数粒子发生较大角度的偏转c.有极少数粒子的偏转角超过了90°,有的几乎达到180°,即被反向弹回。⑵原子的核式结构模型:卢瑟福通过对粒子散射实验的分析计算提出原子核式结构模型:在原子中心存在一个很小的核,称为原子核,原子核集中了原子所有正电荷和几乎全部的质量,带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。原子核半径约为1015m,原子轨道半径约为1010m。⑶光谱 ①观察光谱的仪器,分光镜②光谱的分类,产生和特征 ③光谱分析:一种元素,在高温下发出一些特点波长的光,在低温下,也吸收这些波长的光,所以把明线光波中的亮线和吸收光谱中的暗线都称为该种元素的特征谱线,用来进行光谱分析。发射光谱连续光谱产生特征由炽热的固体、液体和高压气体发光产生的由连续分布的,一切波长的光组成明线光谱由稀薄气体发光产生的由不连续的一些亮线组成吸收光谱高温物体发出的白光,通过物质后某些波长的光被吸收而产生的在连续光谱的背景上,由一些不连续的暗线组成的光谱五、氢原子光谱Ⅰ氢原子是最简单的原子,其光谱也最简单。1885年,巴耳末对当时已知的,在可见光区的14条谱线作了分析,发现这些谱线的波长可以用一个公式表示:n=3,4,5,…式中R叫做里德伯常量,这个公式成为巴尔末公式。410.29410.29397.12434.17486.27656.47λ∕nm氢原子光谱是线状谱,具有分立特征,用经典的电磁理论无法解释。六、原子的能级玻尔的原子模型⑴原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾(两方面)a电子绕核作圆周运动是加速运动,按照经典理论,加速运动的电荷,要不断地向周围发射电磁波,电子的能量就要不断减少,最后电子要落到原子核上,这与原子通常是稳定的事实相矛盾。b电子绕核旋转时辐射电磁波的频率应等于电子绕核旋转的频率,随着旋转轨道的连续变小,电子辐射的电磁波的频率也应是连续变化,因此按照这种推理原子光谱应是连续光谱,这种原子光谱是线状光谱事实相矛盾。⑵玻尔理论上述两个矛盾说明,经典电磁理论已不适用原子系统,玻尔从光谱学成就得到启发,利用普朗克的能量量了化的概念,提了三个假设:①定态假设:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些状态中原子是稳定的,电子虽然做加速运动,但并不向外在辐射能量,这些状态叫定态。②跃迁假设:原子从一个定态(设能量为Em)跃迁到另一定态(设能量为En)时,它辐射成吸收一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hv=Em-En③轨道量子化假设,原子的不同能量状态,跟电子不同的运行轨道相对应。原子的能量不连续因而电子可能轨道的分布也是不连续的。⑶玻尔的氢子模型:①氢原子的能级公式和轨道半径公式:玻尔在三条假设基础上,利用经典电磁理论和牛顿力学,计算出氢原子核外电子的各条可能轨道的半径,以及电子在各条轨道上运行时原子的能量,(包括电子的动能和原子的热能。)②氢原子的能级图:氢原子的各个定态的能量值,叫氢原子的能级。按能量的大小用图开像的表示出来即能级图。其中n=1的定态称为基态。n=2以上的定态,称为激发态。(1)轨道量子化核外电子只能在一些分立的轨道上运动rn=n2r1(n=1,2,3,…)(2)能量量子化原子只能处于一系列不连续的能量状态En=eq\f(E1,n2)(n=1,2,3,…)(3)吸收或辐射能量量子化原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或发射一定频率的光子,该光子的能量由前后两个能级的能量差决定,即hν=Em-En.关于原子跃迁要注意以下四方面:(1)一群氢原子处于量子数为n的激发态时,可能辐射的光谱条数N=eq\f(nn-1,2).(2)只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量(hν=Em-En)时,光子才被吸收.(3)“直接跃迁”只能对应一个能级差,发射一种频率的光子.“间接跃迁”能对应多个能级差,发射多种频率的光子.(4)入射光子能量大于电离能(hν=E∞-En)时,光子一定能被原子吸收并使之电离,剩余能量为自由电子的动能.七、原子核的组成1、天然放射现象⑴天然放射现象的发现:1896年法国物理学,贝克勒耳发现铀或铀矿石能放射出某种人眼看不见的射线。这种射线可穿透黑纸而使照相底片感光。放射性:物质能发射出上述射线的性质称放射性。放射性元素:具有放射性的元素称放射性元素天然放射现象:某种元素自发地放射射线的现象,叫天然放射现象。这表明原子核存在精细结构,是可以再分的。⑵放射线的成份和性质:用电场和磁场来研究放射性元素射出的射线,在电场中轨迹,如图射线种类射线组成性质电离作用贯穿能力射线氦核组成的粒子流很强很弱射线高速电子流较强较强射线高频光子很弱很强2、原子核的组成原子核的组成:原子核是由质子和中子组成,质子和中子统称为核子在原子核中:质子数等于电荷数、核子数等于质量数、中子数等于质量数减电荷数八、原子核的衰变半衰期Ⅰ⑴衰变:原子核由于放出某种粒子而转变成新核的变化称为衰变在原子核的衰变过程中,电荷数和质量数守恒 衰变类型衰变方程衰变规律衰变新核衰变新核在衰变中新核质子数多一个,而质量数不变是由于反映中有一个中子变为一个质子和一个电子,即:.辐射伴随着衰变和衰变产生,这时放射性物质发出的射线中就会同时具有、和三种射线。⑵半衰期:放射性元素的原子核的半数发生衰变所需要的时间,称该元素的半衰期。放射性元素衰变的快慢是由核内部自身因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。九、放射性的应用与防护放射性同位素Ⅰ放射性同位素:有些同位素具有放射性,叫做放射性同位素同位素:具有相同的质子和不同中子数的原子互称同位素,放射性同位素:具有放射性的同位素叫放射性同位素。正电子的发现:用粒子轰击铝时,发生核反应。1934年,约里奥—居里夫妇发现经过α粒子轰击的铝片中含有放射性磷,即:反应生成物P是磷的一种同位素,自然界没有天然的,它是通过核反应生成的人工放射性同位素。与天然的放射性物质相比,人造放射性同位素:1、放射强度容易控制2、可以制成各种需要的形状3、半衰期更短4、放射性废料容易处理放射性同位素的应用:①利用它的射线A、由于γ射线贯穿本领强,可以用来γ射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹,所用的设备叫γ射线探伤仪.B、利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系,来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等,从而实现自动控制C、利用射线使空气电离而把空气变成导电气体,以消除化纤、纺织品上的静电D、利用射线照射植物,引起植物变异而培育良种,也可以利用它杀菌、治病等②作为示踪原子:用于工业、农业及生物研究等.棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥,把磷肥喷在棉花叶子上,磷肥也能被吸收.但是,什么时候的吸收率最高、磷在作物体内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等,用通常的方法很难研究.如果用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面上,然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度,上面的问题就很容易解决.放射性的防护:⑴在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄⑵用过的核废料要放在很厚很厚的重金属箱内,并埋在深海里⑶在生活中要有防范意识,尽可能远离放射源十、核反应方程Ⅰ1.熟记一些实验事实的核反应方程式。⑴卢瑟福用α粒子轰击氦核打出质子:⑵贝克勒耳和居里夫人发现天然放射现象:α衰变:β衰变:⑶查德威克用α粒子轰击铍核打出中子:⑷居里夫人发现正电子:⑸轻核聚变:⑹重核裂变:2.熟记一些粒子的符号α粒子()、质子()、中子()、电子()、氘核()、氚核()3.注意在核反应方程式中,质量数和电荷数是守恒的。处理有关核反应方程式的相关题目时,只要做到了以上几点,即可顺利解决问题。核力与质能方程的理解1.核力的特点(1)核力是强相互作用的一种表现,在它的作用范围内,核力远大于库仑力.(2)核力是短程力,作用范围在1.5×10-15m之内.(3)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用,这种性质称为核力的饱和性.2.质能方程E=mc2
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