2011高考物理 3-4模塊整合講義 新人教版

1、模 塊 整 合一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性是指做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體，在關(guān)于平衡位置對(duì)稱的兩點(diǎn)，速度、加速度、回復(fù)力具有等大反向的關(guān)系，不要錯(cuò)誤地認(rèn)為彈力的大小具有對(duì)稱性；動(dòng)能的大小具有對(duì)稱性，不要錯(cuò)誤地認(rèn)為彈性勢(shì)能具有對(duì)稱性這是因?yàn)閷?duì)于豎直方向的彈簧振子，回復(fù)力是彈力與重力的合力，系統(tǒng)的振動(dòng)能量除動(dòng)能、彈性勢(shì)能外，還有重力勢(shì)能利用簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性，可快捷地處理用牛頓運(yùn)動(dòng)定律很難處理的問(wèn)題例1一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置O點(diǎn)的附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，它離開(kāi)O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)后經(jīng)3s第一次經(jīng)過(guò)M點(diǎn)，再經(jīng)過(guò)2s第二次經(jīng)過(guò)M點(diǎn)，則質(zhì)點(diǎn)再經(jīng)過(guò)_s第三次經(jīng)過(guò)M點(diǎn)若該質(zhì)點(diǎn)由O點(diǎn)出發(fā)，在20s內(nèi)經(jīng)過(guò)的路程是20cm，則質(zhì)點(diǎn)做振動(dòng)的振

2、幅為_(kāi)cm.解析作出該質(zhì)點(diǎn)做振動(dòng)的圖像如圖甲所示，從圖乙振動(dòng)模擬圖可看出，M點(diǎn)的位置可能是兩個(gè)，即如圖甲所示的M1或M2.若是位置M1，由圖甲可知 4s，T116s，質(zhì)點(diǎn)第三次經(jīng)過(guò)M1時(shí)，所需時(shí)間為t116s2s14s，質(zhì)點(diǎn)在20s內(nèi)的路程為20cm，故由5A120cm，得振幅A14cm.若是位置M2，由圖可知 4s，T2 s，質(zhì)點(diǎn)第三次經(jīng)過(guò)M2時(shí)，所需時(shí)間為t2 s2s s，質(zhì)點(diǎn)在20s內(nèi)的路程為20cm，故由15A220cm，得振幅A2 cm.答案144或總結(jié)評(píng)述在求解過(guò)程中，往往容易漏掉了后一解，這是思考問(wèn)題的不嚴(yán)密可見(jiàn)用振動(dòng)圖像進(jìn)行分析，不會(huì)出現(xiàn)漏解情況，而且使問(wèn)題變得直觀、簡(jiǎn)潔二、波

3、的圖象及其多解性波形在空間分布的周期性及振動(dòng)在時(shí)間上的周期性是波動(dòng)問(wèn)題有多解的兩大因素，另外波的傳播方向未定，也會(huì)帶來(lái)波動(dòng)問(wèn)題的多解1傳播方向的雙向性帶來(lái)的多解在二維空間坐標(biāo)系中，波的傳播方向只有兩種可能：沿x軸的正方向或負(fù)方向在波的傳播方向未定的情況下必須要考慮這一點(diǎn)2圖形的多樣性帶來(lái)的多解在波的傳播中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況、波的傳播方向及波形三者緊密相關(guān)若質(zhì)點(diǎn)在一定的限制條件(時(shí)間、空間、振動(dòng)狀態(tài))下振動(dòng)，則質(zhì)點(diǎn)間的波形可能不是唯一的，因此相應(yīng)的波的參變量可能不是唯一的3波傳播時(shí)間的周期性帶來(lái)的多解波在傳播過(guò)程中，經(jīng)過(guò)整數(shù)倍周期時(shí)，其波形圖線相同4解決波動(dòng)中多解問(wèn)題的一般思路(1)首先分析出造成

4、多解的原因(2)抓住質(zhì)點(diǎn)周期性運(yùn)動(dòng)及其與波的傳播之間的聯(lián)系，并要靈活地用周期個(gè)數(shù)來(lái)表示波的傳播時(shí)間，用波長(zhǎng)個(gè)數(shù)來(lái)表示波的傳播距離(3)然后由vT進(jìn)行計(jì)算，若有限定條件，再進(jìn)行討論例2一列簡(jiǎn)諧橫波在x軸上傳播，在t10和t20.5s兩時(shí)刻的波形分別如圖中的實(shí)線和虛線所示，求：(1)若周期大于t2t1，波速多大？(2)若周期小于t2t1，則波速又是多少？(3)若波速為92m/s，求波的傳播方向解析(1)若波向右傳播，x12m，tt2t10.5s，則v1 4m/s；若波向左傳播，x26m，tt2t10.5s，則v2 12m/s.(2)若波向右傳播，x3(28n)m(n1,2,3，)，tt2t10.5

5、s，則v3 (416n)m/s(n1,2,3，)；若波向左傳播，x4(68n)mn(1,2,3，)，tt2t10.5s，則v4 (1216n)m/s(n1,2,3，)(3)當(dāng)波速為92m/s時(shí)，波向前傳播的距離為xvt46m 由圖可知波向左傳播答案(1)若波向右傳播，波速為4m/s；若波向左傳播，波速為12m/s(2)若波向右傳播，波速為(416n)m/s(n1,2,3，)若波向左傳播，波速為(1216n)m/s(n1,2,3，) (3)向左傳播三、振動(dòng)圖象和波的圖象的綜合1振動(dòng)圖象與波動(dòng)圖象的互換(1)由振動(dòng)圖象定出振幅、周期及某時(shí)刻該質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向，結(jié)合波的傳播方向從而可定出某時(shí)刻介質(zhì)中各

6、個(gè)質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的位置，便可作出該時(shí)刻的波動(dòng)圖象(2)由波動(dòng)圖象定振動(dòng)圖象從波動(dòng)圖象定出振幅、該時(shí)刻某質(zhì)點(diǎn)的位置及振動(dòng)方向，再結(jié)合波的傳播方向定出各個(gè)時(shí)刻該質(zhì)點(diǎn)的位置，便可求出該質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象2解決兩種圖象結(jié)合的問(wèn)題的基本思路(1)首先識(shí)別哪一個(gè)是波動(dòng)圖象，哪一個(gè)是振動(dòng)圖象，兩者間的聯(lián)系紐帶是周期與振幅(2)再?gòu)恼駝?dòng)圖象中找出某一質(zhì)點(diǎn)在波動(dòng)圖象中的那一時(shí)刻的振動(dòng)方向，然后再確定波的傳播方向及其他問(wèn)題例3下圖(甲)為一列簡(jiǎn)諧橫波在某一時(shí)刻的波形圖，圖(乙)為質(zhì)點(diǎn)P以此時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)的振動(dòng)圖象從該時(shí)刻起()A經(jīng)過(guò)0.35s，質(zhì)點(diǎn)Q距平衡位置的距離小于質(zhì)點(diǎn)P距平衡位置的距離B經(jīng)過(guò)0.25s，質(zhì)點(diǎn)Q的加

7、速度小于質(zhì)點(diǎn)P的加速度C經(jīng)過(guò)0.15s，波沿x軸的正方向傳播了3mD經(jīng)過(guò)0.1s，質(zhì)點(diǎn)Q的運(yùn)動(dòng)方向沿y軸正方向解析t0時(shí)刻從(乙)圖可知(甲)圖中P點(diǎn)振動(dòng)方向沿y輛負(fù)向，所以(甲)圖中波沿x軸正向傳播，(甲)圖中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期相同，均為0.2s；經(jīng)過(guò)0.35s即7/4個(gè)周期，質(zhì)點(diǎn)P位于正的最大位移(即波峰)，而質(zhì)點(diǎn)Q正離開(kāi)平衡位置向y軸負(fù)向運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，位移還未達(dá)到最大值，故A正確；經(jīng)過(guò)0.25s即5/4個(gè)周期，質(zhì)點(diǎn)P處于負(fù)向最大位移，而質(zhì)點(diǎn)Q的位移未達(dá)到最大值，而加速度與位移大小成正比，故B正確；根據(jù)波速公式v 20m/s，根據(jù)xvt可知C正確；經(jīng)過(guò)0.1s即1/2個(gè)周期，質(zhì)點(diǎn)Q的運(yùn)動(dòng)方

8、向沿y軸負(fù)方向，故D錯(cuò)誤答案ABC四、電磁振蕩的周期和頻率1振蕩過(guò)程中電荷量、電流、電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的變化在LC回路產(chǎn)生振蕩電流的過(guò)程中，磁場(chǎng)能和電場(chǎng)能之間不斷地相互轉(zhuǎn)化著，電容器放電時(shí)，電容器電荷量減小，電流增大，電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能；放電完畢的瞬間，電荷量為零，電流最大，電場(chǎng)能為零，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能；充電完畢的瞬間，電流為零，電荷量達(dá)到最大，此時(shí)磁場(chǎng)能為零，電場(chǎng)能最大2電磁振蕩的周期和頻率例4在如圖甲所示的LC振蕩電路中，通過(guò)P點(diǎn)的電流變化規(guī)律如圖乙所示，且把通過(guò)P點(diǎn)向右的電流規(guī)定為圖乙坐標(biāo)軸i的正方向，則()A0.5s至1s內(nèi)，電容器在充電B0.5s至1s內(nèi)，電容器的上極板帶正電C1s至1

9、.5s內(nèi)，Q點(diǎn)比P點(diǎn)電勢(shì)高D1s至1.5s內(nèi)，磁場(chǎng)能正在轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能解析在0.5s至1s內(nèi)，由圖象可以看出，電流方向?yàn)檎较?，即在LC振蕩電路中P點(diǎn)的電流方向向右；由于電流正在減小，故電容器上的電量正在增加，電容器在充電，且下極板帶正電由于P點(diǎn)與電容器上極板等電勢(shì)，Q點(diǎn)與電容器下極板等電勢(shì)，故為了比較P，Q兩點(diǎn)電勢(shì)的高低，只要比較電容器上、下極板電勢(shì)的高低即可在1s至1.5s內(nèi)，電流為負(fù)方向，在LC回路中P點(diǎn)的電流方向向左；由于電流增大，故電容器正在放電，電容器的電荷量在減少，下極板帶正電，故Q點(diǎn)電勢(shì)比P點(diǎn)電勢(shì)高，且在此時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化答案AC五、電磁場(chǎng)理論的理解與應(yīng)用變化的磁場(chǎng)在

10、周圍空間激發(fā)的電場(chǎng)是渦旋電場(chǎng)，渦旋電場(chǎng)與靜電場(chǎng)一樣對(duì)電荷有力的作用但渦旋電場(chǎng)又與靜電場(chǎng)不同，它不是靜電荷產(chǎn)生的，它的電場(chǎng)線是閉合的，在渦旋電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí)，電場(chǎng)力做的功與路徑有關(guān)，因此不能引用“電勢(shì)”“電勢(shì)能”等概念，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)例5電子感應(yīng)加速器是利用變化磁場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)來(lái)加速電子的，如圖所示在圓形磁鐵的兩極之間有一環(huán)形真空室，用交變電流作電源充磁的電磁鐵在兩極間產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，從而在環(huán)形室內(nèi)產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng)，使電子加速被加速的電子同時(shí)在洛倫茲力的作用下沿圓形軌道運(yùn)動(dòng)，設(shè)法把高能電子引入靶室，能使其進(jìn)一步加速在一個(gè)半徑為r的電子感應(yīng)加速器中，電子在被加速的4.2×

11、;103s時(shí)間內(nèi)獲得的能量為120MeV，這期間電子軌道內(nèi)的高頻交變磁場(chǎng)是線性變化的，磁通量從零增到1.8Wb，求：電子感應(yīng)加速器結(jié)構(gòu)原理圖(1)電子在環(huán)形真空室中共繞行了多少周？(2)有人說(shuō)，根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論及法拉第電磁感應(yīng)定律，電子感應(yīng)加速器要完成電子的加速過(guò)程，電子軌道內(nèi)的高頻交變磁場(chǎng)也可以是線性減弱的，效果將完全一樣你同意嗎？請(qǐng)簡(jiǎn)述理由解析(1)由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可知，當(dāng)交變磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度線性增強(qiáng)時(shí)，電子所處的環(huán)形真空室內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)可由法拉第電磁感應(yīng)定律求得，令其為， 則電子在環(huán)形真空室中運(yùn)動(dòng)一周的過(guò)程中被電場(chǎng)加速做功為W0e ×103eV，那么獲得1

12、20MeV的能量需繞行的周數(shù)為 (2)不同意盡管交變磁場(chǎng)線性減小也可以產(chǎn)生等大的電動(dòng)勢(shì)使電子加速，但減小的磁場(chǎng)不能提供越來(lái)越大的洛倫茲力以維持做加速運(yùn)動(dòng)的電子繞行時(shí)所需的向心力答案(1)2.8×105(2)見(jiàn)解析六、光的折射和折射率1光的折射定律折射光線跟入射光線在同一平面內(nèi)；折射光線和入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦跟折射角的正弦成正比，即 n.在光的折射現(xiàn)象中，光路也是可逆的2折射率光從真空射入某種介質(zhì)，入射角的正弦與折射角正弦之比為定值，叫做介質(zhì)的折射率，表示為n .實(shí)驗(yàn)和研究證明，某種介質(zhì)的折射率等于光在真空中的速度c跟光在這種介質(zhì)中的速度v之比，即n .同一種介質(zhì)，

13、對(duì)頻率越高的光，折射率越大，這是光的色散現(xiàn)象形成的根本原因3全反射和臨界角全反射的條件：光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)；入射角大于或等于臨界角臨界角：折射角等于90°時(shí)的入射角，某種介質(zhì)的臨界角用sinC 計(jì)算例6如圖所示，AOB是由某種透明物質(zhì)制成的1/4圓柱體的橫截面(O為圓心)，其折射率為，今有一束平行光以45°的入射角射向柱體的OA平面，這些光線中有一部分不能從柱體的AB面上射出設(shè)所有射到OB面的光線全部被吸收，也不考慮OA面的反射，求圓柱AB面上能射出光線的部分占AB表面的幾分之幾？并在圖中用陰影部分標(biāo)示解析作出光路如右圖所示，從O點(diǎn)射入的光線，折射角為r，根據(jù)折射定律

14、有：解得r30°從某位置P點(diǎn)入射的光線，折射到AB弧面上Q點(diǎn)時(shí)，入射角恰等于臨界角C，有：代入數(shù)據(jù)得：C45°PQO中，180°90°rC15°所以能射出的光線區(qū)域?qū)?yīng)的圓心角90°r45°故能射出光線的部分占AB面的比例為： 圖中陰影部分為能射出光線的區(qū)域答案七、全反射和臨界角1全反射(1)現(xiàn)象：光經(jīng)過(guò)兩種不同介質(zhì)的界面時(shí)全部反射，不發(fā)生折射的現(xiàn)象(2)條件：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)入射角大于等于臨界角2臨界角：sinC ，C為折射角等于90°時(shí)的入射角例7如圖所示，置于空氣中的一不透明容器內(nèi)盛滿某種透明液體容器底部靠近器壁處有一豎直放置的6.0cm長(zhǎng)的線光源靠近線光源一側(cè)的液面上蓋有一遮光板，另一側(cè)有一水平放置的與液面等