高二物理下学期期末考前必备知识清单（人教版）

高二下学期物理期末考前必备知识（人教版2024） 01机械振动和机械波 2 【考情分析】考试大纲命题规律解读 2 【知识清单01】基础考点梳理（10个基础考点） 3 【知识清单02】核心考点突破 11 02光学 12 【考情分析】考试大纲命题规律解读 12 【知识清单01】基础考点梳理（8个基础考点） 13 【知识清单02】核心考点突破 18 03磁场（安培力与洛伦兹力） 18 【考情分析】考试大纲命题规律解读 18 【知识清单01】基础考点梳理（12个基础考点） 19 【知识清单02】核心考点突破 29 04电磁感应 33 【考情分析】考试大纲命题规律解读 33 【知识清单01】基础考点梳理（9个基础考点） 34 【知识清单02】核心考点突破 40 05交变电流（电磁振动、电磁波、传感器） 43 【考情分析】考试大纲命题规律解读 43 【知识清单01】基础考点梳理（6个基础考点） 44 【知识清单02】核心考点突破 51 06热学 52 【考情分析】考试大纲命题规律解读 52 【知识清单01】基础考点梳理 （11个基础考点） 53 【知识清单02】核心考点突破 63 07近代物理 64 【考情分析】考试大纲命题规律解读 64 【知识清单01】基础考点梳理（11个基础考点） 65 【知识清单02】核心考点突破 74 《机械振动和机械波》 【考情分析】考试大纲命题规律解读 考点 重点考查考点 命题规律 机械振动 简谐运动的定义与基本特征； 简谐运动的位移、速度、加速度、回复力的变化规律； 单摆的周期公式及影响因素； 弹簧振子的运动规律； 振动图像的理解与分析； 固有周期、受迫振动与共振现象。 侧重考查简谐运动各物理量的动态变化判断； 结合振动图像分析质点运动状态、求解振幅、周期、频率； 考查单摆实验的操作、误差分析及周期公式应用； 区分自由振动、受迫振动与共振的条件和特点，结合生活实际考查共振现象的应用与防护。 机械波的形成与传播 机械波的产生条件与传播特点； 横波、纵波的区分； 波长、频率、波速的关系及计算； 波的传播方向与质点振动方向的判断； 波的多解问题分析。 重点考查波的传播独立性、振动与波动的区别与联系； 高频考查波速、波长、周期的公式运算； 结合波形图判断质点振动方向、位移、速度变化； 侧重考查波传播的双向性、周期性引发的多解问题，题型灵活性较强。 波的图像与波动规律 波形图像的解读与应用； 振动图像与波动图像的区别与转换； 波的平移法、微平移法分析波形变化； 特定时刻质点位置、运动状态分析。 以图像题为核心考查形式，要求精准区分振动图像和波动图像的物理意义； 考查不同时刻波形图的变换与绘制； 结合图像综合求解波速、传播方向、质点振动参数； 注重图文结合的逻辑分析能力考查，命题综合性逐步增强。 波的干涉、衍射与多普勒效应 波的衍射现象及发生明显衍射的条件； 波的干涉现象、干涉条件及振动加强点与减弱点的判断； 多普勒效应的成因、规律及生活应用。 侧重基础概念辨析，考查衍射、干涉的现象判断与条件应用； 高频考查干涉图样中加强点、减弱点的定位与规律； 结合交通、声学等实际场景考查多普勒效应的原理和现象分析，贴近生活实际，注重知识的应用型考查。 【知识清单01】基础考点梳理 考点01 简谐运动 1.定义： （1）运动学定义：质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象(x－t图象)是一条正弦曲线。 （2）动力学定义：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。 2. 表达式： (1)运动学表达式：x＝Asin(ωt＋φ)，其中A代表振幅，ω＝2πf表示简谐运动的快慢，(ωt＋φ)代表简谐运动的相位，φ叫做初相。 (2)动力学表达式：F＝－kx，其中“－”表示回复力与位移的方向相反。 3. 平衡位置：物体在振动过程中回复力为零的位置。位于平衡位置时，物体的加速度为0。经过平衡位置时，物体的速度最大。 4. 回复力: （1）定义：使物体在平衡位置附近做往复运动的力叫回复力。 （2）表达式：回复力F＝－kx。负号表示回复力的方向与位移方向始终相反，回复力的大小与位移的大小成正比。 （3）方向：总是指向平衡位置。 （4）性质：属于效果力，可以是某一个力，也可以是几个力的合力或某个力的分力。 【注意】：回复力等于做简谐运动的物体指向平衡位置的合外力，而不是物体受到的合外力。 技巧01 判断一个振动为简谐运动的方法： （1）通过对位移的分析，列出位移—时间表达式，利用位移—时间图像是否满足正弦规律来判断。 （2）对物体进行受力分析，求解物体所受力在振动方向上的合力，利用物体所受的回复力是否满足F＝－kx进行判断。 （3）根据运动学知识，分析求解振动物体的加速度，利用简谐运动的运动学特征a= -x是进行判断。 考点02 描述简谐运动的物理量 1. 位移、速度和加速度： （1）位移的表示方法：以平衡位置为坐标原点，以振动所在的直线为坐标轴，规定正方向，则某时刻振子偏离平衡位置的位移可用该时刻振子所在位置的坐标来表示。 （2）速度是描述振子在平衡位置附近振动快慢的物理量。在所建立的坐标轴上，速度的正负号表示振子运动方向与坐标轴的正方向相同或相反。 （3）加速度计算方法：式中m表示振子的质量，k表示比例系数，x表示振子距平衡位置的位移，“－”表示加速度的方向与位移的方向相反。加速度大小呈线性变化，方向只在平衡位置发生改变。 【注意】：大小变化关系：位移变大，加速度变大，速度变小；反之，位移变小，加速度变小，速度变大。 【注意】：位移确定，加速度唯一确定，而速度(方向)不能唯一确定；速度确定(最大除外)，位移和加速度的大小唯一确定，但方向不能唯一确定。 2. 振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离，通常用字母A表示，是标量。振幅的单位是米(m)。振幅是标量，只有大小，没有方向，是用来表示振动强弱的物理量。同一振动系统，系统的能量仅由振幅决定，振动越强，振幅就越大，振动能量也越多。 【注意】：振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离，是标量；而位移是由平衡位置指向末位置的有向线段，是矢量；路程是运动路径的总长度，是标量。一个周期内的路程为振幅的四倍，半个周期内的路程为振幅的两倍。当物体做简谐运动时，振幅是定值；位移的大小和方向时刻都在变化；路程则会持续不断地增加。 3. 周期：做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间，叫做振动的周期，用字母T表示。其物理意义是表示物体振动的快慢。 4. 频率：单位时间内完成全振动的次数，叫做振动的频率，用字母f表示；其单位是赫兹，符号是Hz。频率的大小表示振动的快慢。周期与频率的关系是T＝1/f。 【注意】：振子完成一次完整的振动过程称为一次全振动，不论从哪一位置开始计时，弹簧振子完成一次全振动所用的时间总是相同的。振动周期、频率由振动系统决定，与振幅无关。全振动次数N与周期T和振动时间t的关系为N＝。 5. 相位：用来描述周期性运动在各个时刻所处的不同状态的物理量叫相位，当t＝0时的相位称做初相位，用字母φ表示。 考点03 简谐运动的图像 1. 物理意义：表示振子的位移随时间变化的规律，为正弦(或余弦)曲线。 2. 图象 (1)从平衡位置开始计时，把开始运动的方向规定为正方向，函数表达式为x＝Asinωt，如图： (2)从正的最大位移处开始计时，函数表达式为x＝Acos ωt，如图： 【注意】：图象反映的是位移随时间的变化规律，随时间的增加而延伸，图象不代表质点运动的轨迹。 3.图象信息： （1）由图象可以得出质点做简谐运动的振幅A、周期T(或频率f)和初相位φ0； （2）可以确定某时刻振动质点离开平衡位置的位移； （3）可以确定某时刻质点速度的大小和方向：曲线上各点切线的斜率的大小和正负分别表示各时刻质点的速度大小和方向，速度的方向也可根据下一相邻时刻质点的位移的变化来确定； （4）可以确定判定某时刻质点的振动方向：下一时刻位移若增加，质点的振动方向是远离平衡位置；下一时刻位移如果减小，质点的振动方向指向平衡位置； （5）可以确定某时刻质点的回复力和加速度的方向：回复力总是指向平衡位置，回复力和加速度的方向相同； （6）比较不同时刻质点的势能和动能的大小。质点的位移越大，它所具有的势能越大，动能则越小。 考点04 简谐运动的性质 1. 周期性 （1）相隔的两个时刻，弹簧振子的位置关于平衡位置对称，位移等大反向(或都为零)，速度等大反向(或都为零)，加速度等大反向(或都为零)； （2）相隔的两个时刻，弹簧振子在同一位置，位移、速度和加速度都相同。 2. 对称性 如图所示，物体在A与B间运动，O点为平衡位置，C和D两点关于O点对称，则有： （1）时间的对称：tOB＝tBO＝tOA＝tAO，tOD＝tDO＝tOC＝tCO，tDB＝tBD＝tAC＝tCA。 （2）速度的对称: ①物体连续两次经过同一点（如D点）的速度大小相等，方向相反。 ②物体经过关于O点对称的两点（如C与D两点）的速度大小相等，方向可能相同，也可能相反。 （3）位移和加速度的对称： ①物体经过同一点(如C点)时，位移和加速度均相同。 ②物体经过关于O点对称的两点(如C点与D点)时，位移与加速度均大小相等，方向相反。 （4）动能、势能、机械能的对称： ①物体连续两次经过同一点(如D点)时的动能、势能、机械能均相等。 ②物体经过关于O点对称的两点(如C点与D点)时的动能、势能、机械能均相等。 考点05 受迫振动和共振 1. 固有振动和固有频率 （1）固有振动：振动系统在不受外力作用下的振动。 （2）固有频率：固有振动的频率。 2. 自由振动（无阻尼振动）：系统不受外力，也不受任何阻力，只在自身回复力作用下的振动。自由振动的频率，叫做系统的固有频率。 3. 阻尼振动 （1）阻尼：当振动系统受到阻力的作用时，振动受到了阻尼。 （2）阻尼振动：振幅逐渐减小的振动，如图所示。 （3）振动系统能量衰减的两种方式 ①振动系统受到摩擦阻力作用，机械能逐渐转化为内能。 ②振动系统引起邻近介质中各质点的振动，能量向外辐射出去。 （4）对阻尼振动的理解： ①由于阻力做功，振动系统的机械能逐渐减小，振幅逐渐变小； ②周期和频率由振动系统本身决定，阻尼振动中周期和频率不变。 4. 受迫振动 （1）定义：系统在驱动力作用下的振动。物体做受迫振动达到稳定后，物体振动的周期(或频率)等于驱动力的周期(或频率)，与物体的固有周期(或频率)无关。 （2）特征：物体做受迫振动达到稳定后，物体振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。 （3）驱动力：如果存在阻尼作用，振动系统最终会停止振动．为了使系统持续振动下去，对振动系统施加的周期性的外力，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗，这种周期性的外力叫做驱动力。 （4）受迫振动频率：受迫振动的频率等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。 （5）能量转化：做受迫振动的系统的机械能不守恒,系统与外界时刻进行能量交换。 技巧02 受迫振动的规律 （1）物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关。 （2）物体做受迫振动的振幅由驱动力频率和物体的固有频率共同决定：两者越接近，受迫振动的振幅越大，两者相差越大受迫振动的振幅越小。 （3）受迫振动中系统能量的转化：受迫振动系统机械能不守恒，系统与外界时刻进行能量交换。 技巧03 三种振动的比较 简谐运动 阻尼振动 受迫振动 概述 振动图像(x－t图像)是一条正弦曲线 振幅逐渐减小的振动 振动系统在驱动力作用下的振动 受力情况 仅受回复力 受驱动力作用 受驱动力作用 产生条件 不受阻力作用 受阻力作用 受阻力和驱动力作用 频率 固有频率 频率不变 驱动力频率 振幅 不变 减小 大小变化不确定 振动图像 形状不确定 振动能量 振动物体的机械能不变 能量逐渐减小 由产生驱动力的物体提供 实例 弹簧振子振动，单摆做小角度摆动 敲锣打鼓发出的声音越来越弱 扬声器纸盆振动发声、钟摆的摆动 5. 共振 （1）定义：驱动力的频率f 等于物体的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。 （2）条件：驱动力的频率等于固有频率。 （3）特征：共振时振幅最大。 （4）理解：当振动物体所受驱动力的方向跟它的运动方向相同时，驱动力对它起加速作用，使它的振幅增大，当驱动力的频率等于物体的固有频率时，它的每一次作用都使物体的振幅增加，从而振幅达到最大。 （5）从功能关系对其进行理解：当驱动力的频率等于物体的固有频率时，驱动力始终对物体做正功，使振动能量不断增加，振幅不断增大，直到增加的能量等于克服阻尼作用损耗的能量，振幅才不再增加。 技巧04 共振曲线的理解 （1）横轴：表示驱动力的频率。 （2）纵轴：表示受迫振动的振幅。 （3）当f驱=f固时，A=Am，Am的大小取决于驱动力的幅度。 （4）f驱与f固越接近，受迫振动的振幅越大，f驱与f固相差越远，受迫振动的振幅越小。 （5）发生共振时，一个周期内，外界提供的能量等于系统克服阻力做功而消耗的能量。 技巧05 自由振动、受迫振动和共振的关系比较 振动项目 自由振动 受迫振动 共振 受力情况 仅受回复力 受驱动力作用 受驱动力作用 振动周期或频率 由系统本身性质决定，即固有周期T0或固有频率f0 由驱动力的周期或频率决定，即T=T驱或f=f驱 T=T驱或f=f驱 振动能量 振动物体的机械能不变 由产生驱动力的物体提供 振动物体获得的能量最大 常见例子 弹簧振子或单摆（θ≤5°） 机械工作时底座发生的振动 共振筛、声音的共鸣等 考点06 机械波的基本概念和理解 1. 定义：机械振动在介质中的传播形成机械波。介质是指波借以传播的物质，绳、弹簧、水、空气等都是介质。 2. 机械波的形成条件： (1)有发生机械振动的波源． (2)有传播介质，如空气、水等． 3. 传播特点： ①机械波传播的只是振动的形式和能量，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移。 ②波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向相同。 ③介质中每个质点都做受迫振动，因此，任一质点的振动频率和周期都和波源的振动频率和周期相同。 ④波源经过一个周期T完成一次全振动，波恰好向前传播一个波长的距离。 4. 机械波的分类： 名称项目 横波 纵波 概念 在波动中，质点的振动方向和波的传播方向相互垂直 在波动中，质点的振动方向和波的传播方向在一条直线上 介质 只能在固体介质中传播 在固体、液体和气体介质中均能传播 特征 在波动中交替、间隔出现波峰和波谷 在波动中交替、间隔出现密部和疏部 波形特点 波峰：凸起的最高处 波谷：凹下的最低处 密部：质点分布最密的位置 疏部：质点分布最疏的位置 实物波形 考点07 机械波的描述 1. 波长λ：在波动中振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离。用“λ”表示。 【注意】：波长由介质和波源共同决定 2. 周期T（频率f）：在波动中，介质中各质点的振动周期T（频率f）都是相同的，都等于波源的振动周期T（频率f）。 【注意】：波的周期由波源决定，与传播介质无关。同一列波在不同介质中传播时能够保持不变的是周期(或频率)。每经历一个周期，各振动质点完成一次全振动，波形图将恢复原状。 3. 波速v：波速是指振动在介质中传播的速度，从波形上看，波的传播速度即波形的平移速度。 4. 波速v、波长λ和频率f、周期T的关系：v＝＝λf。 【注意】：波速由介质的性质决定，与温度有关，与波源的振动无关 技巧06 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）介质中每个质点都做受迫振动，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，波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向相同。 （4）当波源经过一个周期T完成一次全振动时波恰好向前传播一个波长的距离，所以v＝＝λf。 （5）质点振动nT(n＝1，2，3，…)时，波形不变。 （6）在波的传播方向上，当两质点平衡位置间的距离为nλ(n＝1,2,3，…)时，它们的振动步调总相同；当两质点平衡位置间的距离为(2n＋1)(n＝0，1，2，3，…)时，它们的振动步调总相反。 考点08 波的图像 1.图象：在平面直角坐标系中，横坐标x表示在波的传播方向上介质中各质点的平衡位置，纵坐标y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图象，简谐波的图象是正弦(或余弦)曲线。 2.物理意义：表示波的传播方向上，介质中的各个质点在同一时刻相对平衡位置的位移。当波源作简谐运动时，它在介质中形成简谐波，其波动图像为正弦或余弦曲线。 3. 波动图象的特点 (1)质点振动nT(波传播nλ)时，波形不变。 (2)在波的传播方向上，当两质点平衡位置间的距离为nλ时(n＝1,2,3…)，它们的振动步调总相同；当两质点平衡位置间的距离为(2n＋1)(n＝0,1,2,3…)时，它们的振动步调总相反． (3)波源质点的起振方向决定了它后面的质点的起振方向，各质点的起振方向与波源的起振方向相同。 4 .波动图象的信息 （1）确定位移：可以直接看出在该时刻沿传播方向上各质点的位移。 （2）确定振幅：介质各点的振幅A是波动图像上纵坐标最大值的绝对值。 （3）确定波长：从图像中可以直接读取波长λ。 （4）从图像中可以间接地比较各质点在该时刻的振动速度、动能、势能、回复力、加速度等量的大小。 （5）如已知波的传播速度，可利用图像所得的相关信息进一步求得各质点振动的周期和频率。 （6）若已知波的传播方向，可确定各质点在该时刻的振动方向，并判断位移、加速度、速度、动能的变化。 （7）从图像中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）。 考点09 波的反射、折射和衍射 1. 反射：波在传播过程中遇到介质界面会返回来继续传播的现象叫作波的反射。 2. 折射：波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波传播的方向发生偏折的现象叫作波的折射， 3. 衍射：波在传播过程中可以绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。 【注意】：发生明显衍射的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者小于波长时，才会发生明显的衍射现象。 【注意】：一切波都能发生衍射现象，衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多，或比波长小是产生明显衍射的条件。波的直线传播只是在衍射不明显时的近似。波长较长的波容易产生明显的衍射现象。 技巧07 波在反射、折射和衍射时的物理量变化关系： （1）频率f由波源决定，故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率，即波源的振动频率相同。 （2）波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变；而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速变化。 （3）据v＝λf知，波长λ与v及f有关，即与介质及波源有关，反射波与入射波在同一介质中传播、频率相同，故波长相同。折射波与入射波在不同介质中传播，f相同，v不同，故λ不同。 考点10 多普勒效应 1. 定义：由于波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率与波源频率不相等的现象． 2. 特点：当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率变大，当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小。 3.多普勒效应的成因分析 (1)接收频率：观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数．当波以速度v通过观察者时，时间t内通过的完全波的个数为N＝，因而单位时间内通过观察者的完全波的个数，即接收频率． (2)当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率变大，当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小． 4. 多普勒效应在生活中的应用 （1）测量车辆速度：交警向行进中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。 （2）测星球速度：测量星球上某些元素发出的光波的频率，然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，可得星球靠近或远离我们的速度。 （3）测血流速度：向人体内发射已知频率的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就可得血流速度。 技巧08 发生多普勒效应的三种情况： 相对位置 图示 结论 波源S和观察者A相对静止不动， f波源＝f观察者，音调不变 波源S不动，观察者A运动，由A→B或A→C， 若靠近波源，由A→B，则f波源<f观察者，音调变高；若远离波源，由A→C，则f波源>f观察者，音调变低 观察者A不动，波源S运动，由S→S2， f波源<f观察者，音调变高 【知识清单02】核心考点突破 核心考点—振动图像和波动图像 图像类型 振动图像 波的图像 研究对象 一个质点 波传播方向上的所有质点 研究内容 某质点位移随时间的变化规律 某时刻所有质点在空间分布的规律 图示 横坐标 表示时间 表示各质点的平衡位置 物理意义 某质点在各时刻的位移 某时刻各质点的位移 图像信息 质点振动周期。 质点振幅。 各时刻质点位移。 各时刻速度、加速度方向。 波长、振幅 任一质点在该时刻的位移 任一质点在该时刻的加速度方向 传播方向、振动方向的互判 振动方向的判断 (看下一时刻的位移) (同侧法) Δt后的图形 随时间推移，图像延伸，但已有形状不变。 随时间推移，图像沿波的传播方向平移，原有波形做周期性变化。 形象比喻 记录着一个人一段时间内活动的录像带。 记录着许多人某时刻动作、表情的集体照片。 联系 纵坐标均表示质点的位移。 纵坐标的最大值均表示振幅。 波在传播过程中，各质点都在各自的平衡位置附近振动。 技巧09 “一分、一看、二找”巧解波的图象与振动图象综合类问题 (1)分清振动图象与波的图象．只要看清横坐标即可，横坐标为x则为波的图象，横坐标为t则为振动图象。 (2)看清横、纵坐标的单位．尤其要注意单位前的数量级。 (3)找准波的图象对应的时刻。 (4)找准振动图象对应的质点。 《光学》 【考情分析】考试大纲命题规律解读 考点名称 重点考查考点 命题规律 光的折射与全反射 光的折射定律； 折射率的理解与计算； 折射光路分析； 全反射的产生条件； 临界角的计算； 全反射的应用。 侧重考查折射率与光速、光的频率的关系； 高频结合几何光路模型考查折射、临界角的综合计算； 注重全反射条件的辨析，常结合光导纤维、棱镜等实际器件命题，侧重几何光学的逻辑运算与光路分析。 光的干涉 光的干涉现象及产生条件； 双缝干涉实验原理； 干涉条纹间距公式； 薄膜干涉的原理与常见应用。 重点考查双缝干涉条纹间距的计算与条纹变化规律分析； 辨析普通光源与相干光源的区别； 结合肥皂膜、增透膜、增反膜等生活实例考查薄膜干涉原理，侧重实验规律与实际应用结合。 光的衍射与偏振 光的衍射现象及明显衍射条件； 单缝衍射、圆孔衍射的图样特点； 光的偏振现象；偏振的应用； 激光的特性与应用。 以概念辨析和图样识别为主要考查形式，区分干涉图样与衍射图样； 考查光的偏振的物理本质及在生活、光学仪器中的应用； 结合激光的单色性、相干性、高亮度特性考查其实际应用，命题偏向基础识记与场景应用。 【知识清单01】基础考点梳理 考点01 光的反射 1. 定义：光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质的现象。 2. 图示： 3. 反射定律： 反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧。反射角等于入射角。 【注意】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。 考点02 光的折射 1. 定义：光由一种介质射入另一种介质时，在两种介质的界面上将发生光的传播方向改变的现象叫光的折射。 2. 图示： 3. 折射定律： (1)内容：如图所示，折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。 (2)表达式：＝n12(n12为比例常数)。 4. 光路可逆性 在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的。如果让光线逆着出射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线出射。 考点03 折射率与光学介质 1. 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，叫这种介质的折射率。n＝。 【注意】：折射率与速度的关系式：n＝。因为v<c，所以任何介质的折射率都大于1。 说明：①关系式n＝中的n是指介质相对于真空的折射率，即绝对折射率。 技巧01 对折射率的理解： （1）折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小。 （2）折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关： ①同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小； ②同一种光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。 （3）折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。 （4）折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质。 （5）同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。 2．光密介质与光疏介质 介质 光密介质 光疏介质 折射率 大 小 光速 小 大 相对性 若n甲＞n乙，则甲相对乙是光密介质；若n甲＜n乙，则甲相对乙是光疏介质 考点04 光的干涉 1. 定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。 2. 产生干涉的条件：两束光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同 3．杨氏双缝干涉 (1)原理如图所示。有光源、单缝、双缝和光屏。 单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况，也可用激光直接照射双缝。 双缝的作用：将一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光。 (2)形成亮、暗条纹的条件 ①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹。 光的路程差|PS1－PS2|＝r2－r1＝kλ＝2k·(k＝0,1,2,3，…)，光屏上出现亮条纹。 光的路程差|PS1－PS2|＝r2－r1＝(2k－1)·(k＝1,2,3，…)，光屏上出现暗条纹。 【注意】k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹。 ②白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(填写颜色)。 ③条纹间距公式：Δx＝λ。 【注意】双缝干涉实验中，屏幕上相邻亮条纹和相邻暗条纹是等间距的，这个间距与光的波长、屏幕到双缝的距离和双缝的间距有关。波长越长，屏幕到双缝的距离越大，双缝的间距越小，干涉条纹的间距越宽。 （3）亮暗纹的时间关系 亮条纹：Δt＝nT(n＝0,1,2,3，…)；暗条纹：Δt＝(2n＋1)·(n＝0,1,2,3，…)．式中Δt表示两列光波到同一点的时间差。T＝为光波的周期。 技巧02 对双缝干涉的理解 在单色光的干涉条纹中，两相邻明纹或暗纹间的距离是相等的，不同色光的条纹间距不相等。 双缝干涉的条件是必须有相干光源，且双缝间的间距必须很小。光源不同部位发出的光不一定具有相同的频率和恒定的相位差，所以一般情况很难观察到光的干涉现象，杨氏双缝干涉实验采用将一束光“一分为二”的方法获得相干光源。 4．薄膜干涉 (1)形成原因：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上时，从膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。 (2)明暗条纹的判断方法： 两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波长为λ。 在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现亮条纹。 在Q处，Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出现暗条纹。 (3)应用：干涉法检查平面如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲。 考点05 光的衍射 1. 定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现明条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑的现象。 2. 条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。 3. 图样特点：衍射时产生的明暗条纹或光环。 4. 分类 （1）单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹。 （2）圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环。 （3）圆盘衍射（泊松亮斑）：障碍物的衍射现象．在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。 （4）衍射光栅（结构由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器）：衍射图样特点与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。 考点06 光的偏振 1. 偏振：光波只沿某一特定的方向振动。 2. 自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这样的光叫做自然光。 3. 偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。 【注意】：光的偏振证明光是横波。 5．光的偏振 (3)偏振光的形成 ①让自然光通过偏振片形成偏振光。 ②让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。 (4)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。 技巧03 自然光与偏振光的比较 光 自然光 偏振光 振动方向 自然光在垂直于光的传播方向的平面内，沿所有方向振动 偏振光在垂直于光的传播方向的平面内，沿某一特定的方向振动 经过偏振片的现象 自然光通过偏振片后变成偏振光，后面的屏是明亮的，转动偏振片时，偏振光的振动方向随之变化，但屏上亮度不变。如下图所示。 偏振光经过偏振片时，若光的振动方向与偏振片的透振方向平行，屏是亮的；若光的振动方向与偏振片的透振方向垂直，屏是暗的；若既不平行也不垂直，屏的亮度介于两者之间，随着振动方向与透振方向的夹角变大，亮度逐渐变暗。如下图所示。 产生方式 太阳、电灯等直接发出的光是自然光。 自然光经偏振片后都是偏振光，自然光射到两种介质的交界面上，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。 考点07 光的色散 1. 定义：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。 2. 成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象。 技巧04 光的本性发展简史 1. 微粒说：以牛顿为代表，认为光是沿直线高速传播的粒子流。 2. 波动说：以惠更斯为代表，认为光是某种振动以波的形式向外传播。 3. 电磁说：麦克斯韦认为光是一种电磁波。 4. 光子说：爱因斯坦提出了光子说以解释光电效应；光子说认为光是一份一份的，每一份能量为，每一份叫做一个光子。 5. 光的波粒二象性(长期争论后达成的共识) 考点08 激光： 1. 产生：激光是原子受激发辐射产生的光，发光的方向、频率、偏振方向均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉。 2. 特点：①单色性好，频率单一，相干性好；②具有极好的平行性，几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光；③亮度高，激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。 3. 应用：光纤通信；激光测距；激光武器等。 【知识清单02】核心考点突破 核心考点—全反射 1. 定义：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光的现象。 说明：入射角增大的过程中，折射光的能量减少，反射光的能量增加，当发生全反射时，反射光的能量最强。 2. 条件：①光从光密介质射入光疏介质。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。若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，由n＝，得sin C＝。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。 4．应用： (1)全反射棱镜 (2)光导纤维 说明：内芯相对于外套为光密介质，内芯的折射率大于外套的折射率。 《磁场（安培力与洛伦兹力）》 【考情分析】考试大纲命题规律解读 考点名称 重点考查考点 命题规律 磁场与磁感应强度 磁场的基本性质； 磁感应强度的定义与矢量特点； 磁感线的分布规律； 常见磁场（条形磁铁、通电直导线、螺线管）的磁感线辨析。 侧重基础概念辨析，区分电场与磁场的不同性质； 考查常见磁场的磁感线分布特点； 判断磁感应强度的大小与方向，多以基础选择题形式考查，注重识记与判断。 安培力及其应用 安培力的计算公式； 左手定则判断安培力方向； 通电导线在磁场中的受力分析； 平行通电导线的相互作用； 安培力的平衡与动态分析。 高频考查安培力的大小计算与方向判断； 结合受力平衡、动态模型分析通电导线的运动状态； 常结合生活电磁装置命题，侧重力学与电磁学的基础综合分析。 洛伦兹力及基本规律 洛伦兹力的产生条件与计算公式； 左手定则判断洛伦兹力方向； 洛伦兹力不做功的特点； 带电粒子在磁场中的受力辨析。 重点考查洛伦兹力的方向判断与大小计算； 辨析洛伦兹力不做功的核心特点，区分洛伦兹力与安培力的联系与区别； 多结合粒子运动场景考查基础规律应用。 带电粒子在匀强磁场中的运动 带电粒子垂直进入磁场做匀速圆周运动； 轨道半径、周期公式计算； 圆心、半径、轨迹的作图分析； 有界磁场中的临界、多解问题。 为本专题重难点与高频考点，侧重轨迹分析、半径和周期公式的综合计算； 高频考查有界磁场的临界问题、边界问题和多解问题； 注重几何知识与电磁学的结合，命题综合性强、灵活性高。 带电粒子在复合场中的运动 带电粒子在电、磁复合场中的受力分析； 匀速直线运动、匀速圆周运动模型； 速度选择器、回旋加速器等电磁器件原理。 侧重复合场中粒子运动模型的辨析； 结合电磁仪器实际场景考查工作原理； 综合受力分析、功能关系求解粒子运动问题，是高考高频综合题型，难度偏高。 【知识清单01】基础考点梳理 考点01 磁场 1. 定义：磁体或电流周围存在的一种特殊物质，能够传递磁体与磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间的相互作用。 【注意】磁场与电场一样，也是一种物质，是一种看不见而又客观存在的特殊物质。存在于磁体、通电导线、运动电荷、地球等的周围。 2. 性质 （1）基本性质：对放入其中的磁极、电流、运动的电荷有力的作用，而且磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流间的相互作用都是通过磁场发生的。 （2）客观存在性：与电场一样，也是一种物质，是一种看不见而又客观存在的特殊物质。存在于磁体、通电导线、运动电荷、变化电场、地球的周围。 （3）方向性：人类规定，磁场中任一点小磁针北极(N极)的受力方向(或小磁针静止时N极的指向)为该处的磁场方向。 3. 概念理解： （1）磁性：物质吸引铁、钴、镍等物质的性质。 （2）磁体：具有磁性的物体，如磁铁。 （3）磁极：磁体上磁性最强的区域。任何磁体都有两个磁极，一个叫北极（N极），另一个叫南极（S极）。并且，任何一个磁体都有两个磁极，无论怎样分割磁体，磁极总是成对出现，不存在磁单极。 【注意】同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 （4）磁场的产生：永磁体周围；电流的周围；运动电荷的周围。 【注意】电流是由于电荷做定向移动形成的，因此运动电荷周围不但有电场，同时也产生磁场。 技巧01 电流的磁场 项目 直线电流的磁场 通电螺线管的磁场 环形电流的磁场 安培定则 立体图 横截面图 从上往下看 从左往右看 从左往右看 纵截面图 技巧02 重力场、电场、磁场三种场的比较 力的特点 功和能的特点 重力场 大小：G＝mg 方向：竖直向下 重力做功与路径无关 重力做功改变物体的重力势能 电场 大小：F＝qE 方向：正电荷受力方向与场强方向相同，负电荷受力方向与场强方向相反 电场力做功与路径无关W＝qU 电场力做功改变电势能 磁场 大小：F＝qvB(v⊥B) 方向：可用左手定则判断 洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的动能 考点02 磁感线 1. 定义：为了形象描述磁场，在磁场中画出一系列有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的曲线方向亦即该点的切线方向，都跟该点的磁场方向相同，用其疏密表示磁场的强弱，这一系列曲线称为磁感线。 2. 特点 （1）为了形象描述磁场而引入的假想曲线，实际上并不存在。 （2）磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向. （3）磁感线布满磁体周围的整个空间，是立体的。 （4）磁感线的疏密程度定性地表示磁场的强弱，在磁感线较密的地方磁场较强；在磁感线较疏的地方磁场较弱。 （5）磁感线是闭合曲线，没有起点和终点，在磁体外部，从N极指向S极；在磁体内部，由S极指向N极。同一磁场的磁感线不中断、不相交、不相切。 技巧03 磁感线与电场线的比较 比较项目 磁感线 电场线 相同点 意义 为了形象地描述磁场的方向和强弱而假想的线 为了形象地描述电场的方向和强弱而假想的线 方向 线上各点的切线方向就是该点的磁场方向 线上各点的切线方向就是该点的电场方向 疏密 表示磁场强弱 表示电场强弱 特点 在空间不相交、不相切、不中断 除电荷处外，在空间不相交、不相切、不中断 不同点 闭合曲线 始于正电荷或无穷远处，止于负电荷或无穷远处。不闭合的曲线 技巧04 几种特殊的磁感线形状 分布图 分布规律 条形磁铁 关于条形磁铁对称 蹄形磁铁 关于磁铁的中轴线对称 同名磁极间 关于两磁极的连线及连线的中垂线对称 异名磁极间 关于两磁极连线及连线的中垂线对称 地磁场 地磁场与条形磁铁的磁场相似，。地磁南极（S极）在地理北极附近，地磁北极（N极）在地理南极附近，二者并不重合 匀强磁场 磁感线是疏密程度相同、方向相同的平行直线 技巧05 三种常见的电流的磁感线形状 安培定则 立体图 横截面图 纵截面图 直线电流 以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱 环形电流 内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏 通电螺线管 内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S极 考点03 磁感应强度 1. 定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线受到的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫做通电导线所在处的磁感应强度。B＝，单位是特斯拉，简称特，符号T，1T=1N/（A·m）。 【注意】磁感应强度是反映磁场强弱的物理量，它是用比值定义法定义的物理量，由磁场自身决定，与是否引入电流元、引入的电流元是否受力及受力大小无关，即B的大小与F、I、l无关。 2. 性质：磁感应强度是矢量。遵守矢量分解、合成的平行四边形定则。磁感应强度的大小：B＝（导体与磁场垂直），方向：小磁针静止时N极所指的方向。 3. 对磁感应强度定义式：B＝的理解 (1)公式成立条件：通电导线必须垂直于磁场方向放置，不垂直则公式不成立。 (2)决定磁感应强度的因素：仅由磁场本身决定，与导线是否受磁场力以及磁场力的大小无关。 (3)磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时L应很短，IL称为“电流元”，相当于静电场中的“试探电荷”。 技巧06 磁感应强度的方向判断技巧： (1)小磁针静止时N极所指的方向，或小磁针静止时S极所指的反方向。 (2)小磁针N极受力的方向(不论小磁针是否静止)，或S极受力的反方向。 (3)磁感应强度的方向就是该点的磁场方向。 技巧07 磁感应强度与电场强度的比较 磁感应强度B 电场强度E 意义 描述磁场的性质 描述电场的性质 定义式 相同 都是用比值的形式下定义 特点 E＝反映电场的性质，由电场本身决定，与F、q无关（q为试探电荷） B＝反映磁场的性质，由磁场本身决定，与F、IL无关，B⊥L时，F最大（IL为试探电流元） 方向 相同 矢量 不同 小磁针N极的受力方向，表示磁场方向 放入该点正电荷的受力方向，表示电场方向 场的叠加 相同 都遵从矢量合成法则 不同 B合等于磁场的B的矢量和 E合等于各个电场的场强的矢量和 单位 1 T＝1 N/（A·m） 1 V/m＝1 N/C 考点04 磁通量 1. 定义：匀强磁场中磁感应强度B和与磁场方向垂直的平面面积S的乘积。Φ＝BS。国际单位是韦伯，简称韦，符号是Wb，1Wb＝1 T·m2。 2. 性质：磁通量是标量，但有正、负，当磁感线从某一面穿入时，磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时磁通量为负值。 3.匀强磁场中磁通量的计算： (1)B与S垂直时：Φ＝BS。B指匀强磁场的磁感应强度，S为线圈的面积． (2)B与S不垂直时：Φ＝BS⊥=BScosθ。S⊥为线圈在垂直磁场方向上的有效面积，在应用时可将S分解到与B垂直的方向上。 (3)磁通量是标量，但有正负，若取某方向穿入平面的磁通量为正,则反方向穿入该平面的磁通量为负。 (4)过一个平面若有方向相反的两个磁通量,这时的合磁通为相反方向磁通量的代数和(即相反方向磁通抵消以后剩余的磁通量才是合磁通) 3．磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ及磁通量的变化率的比较 磁通量Φ 磁通量的变化量ΔΦ 磁通量的变化率 物理意义 某时刻穿过磁场中某个面的磁感线条数 在某一过程中，穿过某个面的磁通量的变化量 穿过某个面的磁通量变化的快慢 当B、S互相垂直时的大小 Φ＝BS ΔΦ＝ ＝ 注意 若穿过的平面中有方向相反的磁场，则不能直接用Φ＝BS.Φ为抵消以后所剩余的磁通量 开始和转过180°时平面都与磁场垂直，但穿过平面的磁通量是不同的，一正一负，ΔΦ＝2BS，而不是零 在Φ－t图像中，可用图线的斜率表示 考点05 安培力 1. 定义：通电导线在磁场中受到的力叫安培力。 2. 方向判断（左手定则）：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。 3. 大小计算：当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，F＝BILsinθ，这是一般情况下的安培力的表达式有两种特殊情况：磁场和电流垂直时：F＝BIL；磁场和电流平行时：F＝0。 技巧08 对公式F＝BILsinθ的理解 F＝BILsinθ中的B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响；θ是B和I方向的夹角，当θ＝90°时sin θ＝1，公式变为F＝ILB；L指的是导线在磁场中的“有效长度”， 弯曲导线的有效长度判断如下： 当B与I垂直时，F最大，F＝ILB；当B与I平行时，F＝0。 公式中的B与L垂直；匀强磁场或通电导线所在区域的磁感应强度的大小和方向相同。 技巧09 左手定则与安培定则的比较 定则 安培定则 左手定则 作用 判断电流产生的磁场方向 判断电流在磁场中的受力方向 因果关系 “电流”是“因”，“磁场”是“果” “磁场”和“电流”都是“因”，“受力”是“果” 内容 作用对象 直线电流 环形电流或通电螺线管 磁场中的电流 用手情况 右手弯曲 左手伸直 具体操作 拇指所指方向为电流方向 四指弯曲的方向指向电流的环绕方向 拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；磁感线穿过掌心，四指指向电流的方向 结果 四指弯曲的方向表示磁感线的方向 拇指所指的方向表示轴线上的磁感线方向 拇指所指的方向表示电流所受安培力的方向 考点06 洛伦兹力 1.定义：磁场对运动电荷的作用力。 2.大小： （1），θ为v与B的夹角。 （2）F＝qvB，当v⊥B（θ＝90°）时 （3）F＝0，当v∥B（θ＝0°或180°）时 3.方向判断（左手定则）：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向.负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。 4.特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B与v决定的平面，F与v始终垂直，洛伦兹力不做功。 技巧10 洛伦兹力的方向的特点 （1）洛伦兹力的方向既与电荷的运动方向垂直，又与磁场方向垂直，所以洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷的速度方向和磁场方向所确定的平面. （2）洛伦兹力的方向总垂直于电荷的运动方向，当电荷的运动方向发生变化时，洛伦兹力的方向随之变化. （3）由于洛伦兹力的方向总与电荷的运动方向垂直，所以洛伦兹力对电荷不做功。 技巧11 洛伦兹力与安培力的联系及区别 物理量 洛伦兹力 安培力 区别 受力特点 单个电荷在磁场中运动所受到的力 电流(即大量定向移动的电荷)在磁场中所受到的力 做功特点 洛伦兹力对运动电荷不做功 安培力可以做功 联系 实质 洛伦兹力是安培力的微观实质，安培力是洛伦兹力的宏观体现，二者是相同性质的力，都是磁场力。 方向 洛伦兹力与安培力的方向特点一致，均可用左手定则进行判断 大小 F安＝NF洛(N是导体中定向运动的电荷数)。 技巧12 洛伦兹力与电场力的比较 力 洛伦兹力 电场力 性质 洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力 电场力是电场对电荷的作用力 产生条件 v≠0且v不与B平行 电荷处在电场中 方向 ①方向由电荷的正负、磁场的方向以及电荷的运动方向决定，方向之间的关系遵循左手定则 ②洛伦兹力方向一定垂直于磁场方向以及电荷运动方向(电荷运动方向与磁场方向不一定垂直) ①方向由电荷的正负、电场的方向决定 ②正电荷受力方向与电场方向一致，负电荷受力方向与电场方向相反 大小 F＝qvB(v⊥B) F＝qE 作用效果 洛伦兹力只改变电荷运动速度的方向，不能改变速度的大小 电场力既可以改变电荷运动的速度方向又可以改变电荷运动速度的大小 做功情况 洛伦兹力一定不做功 电场力可以不做功，也可以做功 考点07 速度选择器 1. 仪器构造： 平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直，这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。 2. 工作原理：若qv0B＝Eq，即v0＝，粒子做匀速直线运动 3. 情景分析： 速度大小只有满足v=的粒子才能做匀速直线运动。 若v＜，电场力大，粒子向电场力方向偏，电场力做正功，动能增加。 若v＞，洛伦兹力大，粒子向磁场力方向偏，电场力做负功，动能减少。 【注意】速度选择器只能选择粒子的速度，不能选择粒子的电性、电荷量、质量。 考点08 质谱仪 1. 仪器构造：质谱仪由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片构成. 直 观 情 境 2. 工作原理：粒子由静止被加速电场加速，qU＝mv2，粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB＝，由以上两式可得r＝，m＝，＝. 考点09 回旋加速器 1. 仪器构造：如图所示，两个D形盒（静电屏蔽作用），大型电磁铁，高频振荡交变电压，两缝间可形成电场. 直 观 情 境 2. 工作原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，使粒子每经过一次D形盒缝隙，粒子被加速一次。 3. 最大动能：当带电粒子速度最大时，其运动半径也最大，即rm＝，再由动能定理得：Ekm＝，所以要提高带电粒子获得的最大动能，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径rm。若D形盒半径为R，则带电粒子的最终动能Em＝，粒子获得的最大动能由磁感应强度B和金属盒半径R决定，与加速电压无关。 4. 总时间：粒子在磁场中运动一个周期，被电场加速两次，每次增加动能，加速次数，粒子在磁场中运动的总时间。该式忽略粒子在狭缝中运动的时间。 不忽略加速时间的总时间：加速时间为（粒子加速时做匀加速直线运动，有，），则。 考点10 磁流体发电机 1. 仪器介绍：磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能 2. 工作原理：等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板分别带正、负电荷，两极板间电压稳定时即为电源的电动势E，有，即，电源内阻，由闭合电路欧姆定律知，通过的电流。 考点11 电磁流量计 1. 仪器介绍：电磁流量计是应用电磁感应原理， 根据导电流体通过外加磁场时感生的电动势来测量导电流体流量的一种仪器。 2. 工作原理： 流量(Q)：单位时间流过导管某一截面的导电液体的体积。 导电液体的流速(v)的计算：一圆柱形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向右流动。导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下发生偏转，使a、b间出现电势差，当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差(U)达到最大，由，可得。 流量的表达式：。 电势高低的判断：根据左手定则可得φa＞φb。 考点12 霍尔元件 1. 仪器构造：高为h、宽为d的导体(自由电荷是电子或正电荷)置于匀强磁场B中，当电流通过导体时，在导体的上表面A和下表面A′之间产生电势差，这种现象称为霍尔效应，此电压称为霍尔电压。 2. 工作原理： （1）电势高低的判断：如图所示，导体中的电流I向右时，根据左手定则可得，若自由电荷是电子，则下表面A′的电势高；若自由电荷是正电荷，则下表面A′的电势低。 （2）霍尔电压：导体中的自由电荷(电荷量为q)在洛伦兹力作用下偏转，A、A′间出现电势差，当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，A、A′间的电势差(U)就保持稳定，由，，，联立解得。 霍尔系数：。 【知识清单02】核心考点突破 核心考点—带电粒子在匀强磁场中的运动 技巧13 是否考虑粒子重力的三种情况： (1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力一般情况下与静电力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、尘埃等一般应当考虑其重力。 (2)在题目中有明确说明是否要考虑重力的，按题目要求处理。 (3)不能直接判断是否要考虑重力的，在进行受力分析与运动分析时，要结合运动状态确定是否要考虑重力。 直线边界模型 该模型粒子进出磁场具有对称性，模型图如下： 时间的计算：图甲中粒子在磁场中运动的时间t==；图乙中粒子在磁场中运动的时间t=T==；图丙中粒子在磁场中运动的时间t=T=。 平行边界模型 该模型往往存在临界条件，模型图如下： 时间的计算：图甲中粒子在磁场中运动的时间t1=，t2==；图乙中粒子在磁场中运动的时间t=；图丙中粒子在磁场中运动的时间t=T==；图丁中粒子在磁场中运动的时间t=T=。 圆形边界模型 1. 沿径向射入圆形磁场的粒子必沿径向射出，运动具有对称性，如下图所示，粒子做圆周运动的半径r＝，粒子在磁场中运动的时间t＝T＝，运动角度关系为：θ＋α＝90°。 2. 不沿径向射入时，射入时粒子速度方向与半径的夹角为θ，射出磁场时速度方向与半径的夹角也为θ，如图所示。 3. 正对圆心射入圆形磁场区域，如下图所示，正对圆心射出，两圆心和出（入）射点构成直角三角形，有，则磁偏转半径，根据半径公式联立求解时间。速度v0越大，则磁偏转半径r越大，圆心角α越小，时间t越短。若r=R，构成正方形。 4. 不正对圆心射入圆形磁场区域，如下图所示，左边两个图有两个等腰三角形，一条共同的底边；最后一个图示当r=R时，构成菱形。 5. 环形磁场 环形磁场模型的临界圆如下图所示，三个环形磁场的临界半径分别为：；；由勾股定理(R2-R1)2=R12+r2，解得：。 技巧14 两种偏转的对比 运动形式 比较项目 带电粒子在匀强电场中偏转(v0⊥E) 带电粒子在匀强磁场中偏转(v0⊥B) 受力特点 电场力FE＝qE，其大小、方向不变，与速度v无关，FE是恒力，电场力做功 洛伦兹力FB＝qvB，其大小不变，方向随v而改变，FB是变力，但洛伦兹力不做功 运动特征 类平抛运动 匀速圆周运动 研究方法 牛顿运动定律、匀变速运动公式、正交分解法 牛顿运动定律、向心力公式、圆的几何知识 规律 类平抛运动的规律：vx＝v0，x＝v0t，vy＝·t，y＝··t2 偏转角φ满足：tan φ＝＝ 偏移量：:y= 半径：r＝ 周期：T＝ 偏转角θ满足:sinθ=(l是磁场宽度,R是粒子轨道半径) 运动情景 运动时间 飞出电场的时间t= 打在极板上的时间t= t＝T＝ 技巧15 带电粒子在有界磁场中的圆心、半径及运动时间的确定 项目 基本思路 图例 说明 圆心的确定 ①与速度方向垂直的直线过圆心。②弦的垂直平分线过圆心 P、M点速度方向垂线的交点 P点速度方向垂线与弦的垂直平分线的交点 半径的确定 利用平面几何知识求半径 常用解三角形法：图中，r＝或由r2＝L2＋（r－d）2求得r＝ 运动时间的确定 利用轨迹对应圆心角θ或轨迹长度l求时间 ①t＝T＝T＝T. ②t＝＝ 《电磁感应》 【考情分析】考试大纲命题规律解读 考点名称 重点考查考点 命题规律 电磁感应现象与楞次定律 电磁感应的产生条件； 磁通量的理解与计算； 楞次定律的内容与应用； 感应电流方向的判断； “增反减同”“来拒去留”规律应用。 作为本专题基础核心考点，侧重磁通量变化的辨析； 高频利用楞次定律判断感应电流、感应磁场方向； 结合磁体、导线运动场景考查规律应用，多以选择题基础判断题型为主。 法拉第电磁感应定律 法拉第电磁感应定律公式应用； 平均感应电动势、瞬时感应电动势计算； 匝数对感应电动势的影响； 磁通量变化率的理解。 高频考查感应电动势的定量计算； 区分平均电动势与瞬时电动势的适用场景； 结合图像分析磁通量变化率与电动势的关系，是电磁感应计算题的核心依据，命题基础性、实用性强。 导线切割磁感线的感应电动势 平动切割磁感线电动势公式； 转动切割磁感线电动势计算； 有效切割长度的判断； 右手定则的应用场景。 重点考查不同切割方式下的电动势计算，精准判断有效切割长度； 区分右手定则与楞次定律的适用场景； 结合导体棒匀速、变速运动命题，是高频基础计算考点。 电磁感应的电路问题 感应电路的电源等效处理；电路串并联分析；感应电流、路端电压、电功率计算；焦耳热与电荷量的求解。 侧重电磁感应与直流电路的综合应用，将切割导体等效为电源； 高频考查电路参数、焦耳热、通过导体电荷量的计算，题型综合性强，为常规高频考题。 电磁感应中的动力学与能量问题 导体棒在磁场中的受力与运动分析； 动态平衡、变加速运动规律； 电磁感应中的能量转化； 安培力做功与电能、内能的转化关系。 为本专题重难点、高考高频压轴考点，结合牛顿运动定律、动能定理综合解题； 分析电磁感应过程的能量守恒，求解热量、位移、速度等物理量，命题灵活、综合性极强。 自感与涡流 通电自感、断电自感现象规律； 自感电动势的特点； 涡流的产生原理； 涡流的应用与防止。 以概念辨析、现象判断为主，考查自感现象的电路动态变化； 区分通电与断电自感的区别； 结合生活电器、工业设备考查涡流的应用与防护，命题偏向基础识记与场景应用。 【知识清单01】基础考点梳理 考点01 电磁感应现象 1.定义：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中有感应电流产生的现象。叫做电磁感应。 2．产生感应电流的条件： （1）闭合导体回路； （2）磁通量发生变化。 3. 判断电磁感应现象能否产生的方法： 技巧01 穿过闭合电路的磁通量发生变化的四种情况： ①磁感应强度B不变，线圈面积S发生变化； ②线圈面积S不变，磁感应强度B发生变化； ③线圈面积S变化，磁感应强度B也变化，它们的乘积BS发生变化； ④线圈面积S不变，磁感应强度B也不变，但二者之间夹角发生变化。 技巧02 常见的三种产生感应电流的情况 考点02 楞次定律 1. 内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 2. 适用范围：一切电磁感应现象。 3. 楞次定律的理解：（“阻碍”的含义） 【注意】阻碍不是阻止，最终引起感应电流的磁通量还是发生了变化，是“阻而未止”。阻碍不等同相反，当引起感应电流的磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，当引起感应电流的磁通量减少时，感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向相同。阻碍的是导体与磁体的相对运动，而不是阻碍导体或磁体的运动。 技巧03 “四步法”判断感应电流方向 技巧04 楞次定律的推论（几种表现形式） 内容 例证 阻碍原磁通量变化——“增反减同” 阻碍相对运动——“来拒去留” 使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩” 阻碍原电流的变化（自感）——“增反减同”　 使闭合线圈远离或靠近磁体——“增离减靠”，“增斥减吸”：当开关S闭合时，左环向左摆动、右环向右摆动，远离通电线圈 考点03 右手定则 1. 内容：如图所示，伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。 2. 适用情况：判断导线切割磁感线产生的感应电流方向。 3. 右手定则的理解和应用 （1）右手定则适用于闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。 （2）右手定则是楞次定律的一种特殊形式，用右手定则能解决的问题，用楞次定律均可代替解决。 （3）右手定则应用“三注意”： ①磁感线必须垂直穿入掌心。 ②拇指指向导体运动的方向。 ③四指所指的方向为感应电流的方向。 技巧05 楞次定律与右手定则的区别及联系 项目 楞次定律 右手定则 区别 研究对象不同 楞次定律的研究对象是整个闭合回路 右手定则的研究对象是做切割磁感线运动的导线 适用范围不同 楞次定律的适用范围是各种电磁感应现象 右手定则的适用范围是只适用于导体在磁场中做切割磁感线运动的情况 应用不同 楞次定律的应用是用于磁感应强度B随时间变化而产生的电磁感应现象 右手定则的应用是用于导体切割磁感线产生电磁感应的现象 联系 右手定则是楞次定律的特例。 技巧06 三个定则和一个规律的比较 名称 基本现象 因果关系 应用的定则或定律 电流的磁效应 电流、运动电荷产生磁场 因电生磁 安培定则 安培力、洛伦兹力 磁场对电流、运动电荷有作用力 因电受力 左手定则 电磁感应 部分导体做切割磁感线运动 因动生电 右手定则 闭合回路磁通量变化　 因磁生电 楞次定律 【注意】：“左力右电”：只要是涉及力的判断都用左手判断，涉及“电生磁”或“磁生电”的判断都用右手判断。 考点04 感应电动势 1. 定义：在电磁感应现象中产生的电动势。产生感应电动势的那部分导体相当于电源。 2. 产生条件：穿过回路的磁通量发生改变，与电路是否闭合无关。 【注意】：在电磁感应现象中，只要闭合回路中有感应电流，这个回路就一定有感应电动势；回路断开时，虽然没有感应电流，但感应电动势依然存在。 考点05 互感 1. 定义：两个相互靠近的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象叫互感。 2. 原理：当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就发生变化，变化的磁场在周围空间产生感生电场，在感生电场的作用下，另一个线圈中的自由电荷定向运动，于是产生感应电动势。 【注意】：互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且也可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。 3. 应用：利用互感现象，可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈。因此，互感现象在电工技术和电子技术中有广泛的应用。 4. 危害：互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间，互感现象有时会影响电路的工作。 考点06 自感 1. 定义：一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在它本身激发出感应电动势的现象。 【注意】：导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。自感现象中产生的电动势叫自感电动势。 2. 自感电动势的大小：EL＝L，式中L为自感系数，它可以超出线圈两端的原电压。 3. 自感系数：自感系数是用来表示线圈的自感特性的物理量。单位：亨利(H)．常用的还有毫亨(mH)、微亨(μH)。 【注意】：自感系数影响因素：自感系数L简称自感或电感，是由线圈本身性质决定的，跟线圈的形状、体积、匝数等因素有关．横截面积越大，匝数越多，它的自感系数就越大，另外有铁芯时线圈的自感系数比没有铁芯时要大得多 4. 自感电动势的方向：当原电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反；当原电流减小时，自感电动势方向与原电流方向相同(增反减同)。 5. 自感现象的理解： （1）自感电动势阻碍原电流的变化，而不是阻止原电流的变化，只是使原电流的变化时间变长，即自感电动势总是起着推迟电流变化的作用。 （2）通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化。 （3）电流稳定时,自感线圈就相当于普通导体。 （4）线圈的自感系数越大,自感现象越明显,自感电动势只是延缓了过程的进行,但它不能使过程停止,更不能使过程反向。 技巧07 对自感现象的理解 (1)通电时线圈产生的自感电动势阻碍电流的增加且与电流方向相反，此时含线圈L的支路相当于断开． (2)断开时线圈产生的自感电动势与原电流方向相同，在与线圈串联的回路中，线圈相当于电源，它提供的电流从原来的IL逐渐变小．但流过灯A的电流方向与原来相反． (3)自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向。 技巧08 通电自感与断电自感的比较 通电自感 断电自感 电路图 器材 要求 A1、A2同规格，R＝RL，L较大 L很大(有铁芯)，RLRA 现象 在S闭合的瞬间，A2灯立即亮起来，A1灯逐渐变亮，最终一样亮 在开关S断开时，灯A突然闪亮一下后再逐渐熄灭(当抽掉铁芯后，重做实验，断开开关S时，会看到灯A马上熄灭) 原因 由于开关闭合时，流过电感线圈的电流增大，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的增大，使流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢 断开开关S时，流过线圈L的电流减小，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的减小，使电流继续存在一段时间；在S断开后，通过L的电流反向通过电灯A，且由于RLRA，使得流过A灯的电流在开关断开瞬间突然增大，从而使A灯的发光功率突然变大 能量转 化情况 电能转化为磁场能 磁场能转化为电能 考点07 涡流 1. 定义：用整块金属材料作铁芯绕制的线圈，当线圈中通有变化的电流时，变化的电流会产生变化的磁场，变化的磁场穿过铁芯，整个铁芯会自成回路，产生感应电流，这种电流看起来像水中的旋涡，把这种电流叫做涡电流，简称涡流，涡流的本质市电磁感应现象。 2. 条件：穿过金属块的磁通量发生变化，并且金属块本身构成闭合回路。 3. 特点：整个导体回路的电阻一般很小，感应电流很大。故金属块的发热功率很大。 4. 能量转化：伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能。例如，金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能。 5. 应用：（1）涡流热效应的应用，如真空冶炼炉。（2）涡流磁效应的应用，如探雷器。 6. 降低方法：（1）增大铁芯材料的电阻率。（2）用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。 考点08 电磁阻尼 1. 定义：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动的现象。 2. 原理：闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中就要受到安培力的作用，根据楞次定律，安培力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼。任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼作用。 3. 能量转化：导体克服安培力做功，其他形式能转化为电能，最终转化为内能。 4. 应用：使用磁电式电表进行测量时，总希望指针摆到所示值的位置时便迅速地稳定下来，以便读数。由于指针转轴的摩擦力矩很小，若不采取其他措施，线圈及指针将会在所示值附近来回摆动，不易稳定下来。为此，许多电表把线圈绕在闭合的铝框上，当线圈摆动时，在闭合的铝框中将产生感应电流，从而获得电磁阻尼，以使线圈迅速稳定在所示值的位置。电气列车中的电磁制动器也是根据电磁阻尼这一原理制成的。 考点09 电磁驱动 1. 定义：磁场相对于导体转动时，导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，使导体运动起来。 2. 原理：由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力，导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动。 3. 能量转化：由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能，而对外做功。 4. 应用：交流感应电动机。 【注意】电磁阻尼和电磁驱动都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动。 【知识清单02】核心考点突破 核心考点—法拉第电磁感应定律的理解及应用 1.内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。 2. 表达式：E＝n，n为线圈匝数。 【注意】：E的大小与无关，决定于磁通量的变化率。 技巧09 对E＝n计算的理解： （1）当仅由的变化引起时（B变S不变），，其中S为线圈在磁场中的有效面积。若，则。 （2）当仅由的变化引起时（B不变S变），。 （3）当、同时变化时，则。 若已知Φ－t图像，则图线上某一点的切线斜率为。 技巧10 Φ、ΔΦ、三个物理量的比较 物理量 磁通量Φ 磁通量的变化量ΔΦ 磁通量的变化率 物理 意义 某时刻穿过磁场中某个面的磁感线条数 在某一过程中穿过某个面的磁通量的变化量 穿过某个面的磁通量变化的快慢 大小 计算 Φ＝BS⊥ ΔΦ＝ ＝ 注意 适用于匀强磁场。 穿过某个面有方向相反的磁场时，则不能直接应用Φ＝B·S.应考虑相反方向的磁通量抵消以后所剩余的磁通量。 ①ΔΦ＝Φ2－Φ1适用各种情况，②ΔΦ＝B·ΔS适用匀强磁场的情况，③ΔΦ＝S·ΔB适用面积不变的情况。 开始和转过180°时，平面都与磁场垂直，但穿过平面的磁通量是不同的，一正一负，ΔΦ＝2B·S而不是零。 既不表示磁通量的大小也不表示变化的多少。在Φ-t图像中，可用图线的斜率表示。 3.导体切割磁感线时的感应电动势 （1）公式：，公式中要求B、L、v 三者相互垂直。（适用于导体在匀强磁场中做切割磁感线运动而产生的感应电动势的计算）。 当导体做切割磁感线运动时，其感应电动势的计算公式为，θ为运动方向与磁感线方向的夹角。 【注意】：公式中L为切割磁感线的有效长度，即导线在垂直速度方向的投影长度，如下图所示。 图甲中；图乙中若沿v1方向运动时，则；图丙中若沿v1方向运动时，则；沿v2方向运动时，则；图丁中。 公式中的v应理解为导体和磁场间的相对速度，当导体不动而磁场运动时，也有感应电动势产生。若v为平均值，E就是平均感应电动势，若v为瞬时值，E就是瞬时感应电动势。 4. 平动切割与转动切割的几种情形： (1)如下图(a)（平动），在磁感应强度为B的匀强磁场中，导体以速度v垂直切割磁感线时，感应电动势E＝BLv. (2)如上图(b)（平动），在磁感应强度为B的匀强磁场中，导体运动的速度v与磁场的方向成θ角，此时的感应电动势为E＝BLvsin θ. （3）如上图(c)（转动），在磁感应强度为B的匀强磁场中，长为L的导体绕其一端为轴以角速度ω垂直切割磁感线匀速转动，此时产生的感应电动势E＝BωL2。 （4）如上图(d)（转动）：当长为的导体在垂直于匀强磁场(磁感应强度为B)的平面内，绕0以角速度匀速转动，OA=L1，OC=L2则。 技巧11 E＝n、E＝Blvsin θ两个公式的比较 公式 E＝n E＝Blvsin θ 区别 研究对象 整个闭合回路 回路中做切割磁感线运动的那部分导体 适用范围 各种电磁感应现象 只适用于导体切割磁感线运动的情况 条件不同 不一定是匀强磁场E＝n＝n＝n，E由决定。 导线l上各点所在处的B相同。 l、v、B应取两两互相垂直的分量，可采用投影的办法。 计算结果 Δt内的平均感应电动势 某一时刻的瞬时感应电动势 联系 E＝Blvsin θ是由E＝n在一定条件下推导出来的。 技巧12 感应电动势的产生 表达式 E＝n E=Blvsin θ E=Bl2ω E=NBSωsin（ωt+φ0） 情境图 研究对象 回路（不一定闭合） 一段直导线（或等效成直导线） 绕一点转动的 一段导体 绕与B垂直的轴 转动的导线框 意义 一般求平均感应电动势，当Δt→0时求的是瞬时感应电动势 一般求瞬时感应电动势，当v为平均速度时求的是平均感应电动势 用平均值法求瞬时感应电动势 求瞬时感应电动势 适用条件 所有磁场（匀强磁场定量计算、非匀强磁场定性分析） 匀强磁场 匀强磁场 匀强磁场 《交变电流（电磁振动、电磁波、传感器）》 【考情分析】考试大纲命题规律解读 考点名称 重点考查考点 命题规律 交变电流的产生与描述 正弦式交变电流的产生原理； 中性面的特点； 瞬时值、最大值、有效值、平均值的区分与计算； 交变电流的周期、频率、角速度关系； 交变电流图像分析。 为本专题基础核心考点，侧重交变电流四类值的辨析与应用； 高频结合线圈转动场景推导瞬时值表达式； 依托图像判断交变电流物理量变化规律，多以选择、填空题型考查，注重概念精准度。 变压器与远距离输电 理想变压器的工作原理； 电压、电流、功率变压规律； 匝数比对电路参数的影响； 远距离输电的电路模型； 输电损耗的计算与降损方法。 高考高频重点考点，侧重变压器动态电路分析，结合负载变化判断电流、电压、功率变化； 重点考查远距离输电功率损耗、电压损耗的计算； 常结合实际供电场景命题，综合性和实用性较强。 电磁振动与电磁振荡 LC振荡电路的工作过程； 电场能与磁场能的相互转化； 振荡电流、电荷量的变化规律； 振荡周期和频率公式； 阻尼振荡与无阻尼振荡。 侧重振荡电路四个阶段的物理量变化判断； 辨析电场能、磁场能、电流、极板电荷量的动态变化； 考查振荡周期公式的简单应用，以概念辨析和规律判断类基础题型为主。 电磁波的发射、传播与接收 电磁波的产生条件； 电磁波的传播特点；波长、波速、频率的关系； 电磁波的发射与调制； 电磁波的接收与解调； 不同类型电磁波的应用。 以基础概念识记和规律辨析为主； 考查电磁波与机械波的区别； 掌握调制、解调的核心作用； 结合通信、遥感等生活科技场景考查电磁波的应用，命题难度偏低、贴近实际。 常见传感器及其应用 光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作特性； 力、温度、光等传感器的原理； 传感器在自动控制电路中的应用； 电路动态变化分析。 侧重各类传感器的特性辨析； 结合自动控制电路、智能家居等情境命题； 考查传感器阻值变化引发的电路电流、电压动态变化，注重理论与生活应用结合，题型基础灵活。 【知识清单01】基础考点梳理 考点01 交变电流 1. 定义：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流。 2. 图像：用以描述交变电流随时间变化的规律，图a、b、c、d所示电流都属于交变电流，其中按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流，如图a所示。 3. 正弦式交变电流的产生和变化规律 （1）产生：在匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动产生的电流是正弦式交变电流。 （2）原理：电磁感应 （3）正弦式交流电的图像：如果从线圈位于中性面位置时开始计时，其图像为正弦曲线。如图所示。 （4）两个特殊位置的特点： ①中性面 (S⊥B, 线圈平面与磁感线垂直的平面) 特点：磁通量最大，，，，感应电流方向改变。 ②峰值面 (S//B，线圈平面与磁感线平行的平面) 特点：磁通量最小， 最 大 ，e 最大，i 最大，电流方向不变。 【注意】：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次。 (5)正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置时开始计时) 穿过线圈的磁通量与产生的感应电动势、感应电流随时间变化的函数关系总是互余的。 磁通量： 电动势表达式： 电流表达式： 电压表达式： 【注意】：熟记角速度、周期、频率、转速的关系 【注意】：感应电动势最大值，与转轴位置无关，与线圈形状无关。 技巧01 中性面的特点以及与峰值面(中性面的垂面)的比较 中性面 峰值面 含义 与磁场方向垂直的平面 与磁场方向平行的平面 穿过线圈的磁通量 最大(BS) 0 磁通量的变化率 0 最大 感应电动势 0 最大(NBSω) 电流方向 发生改变 不变 考点02 交变电流的相关物理量 1．周期和频率 (1)周期(T)：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间。单位是秒(s)。公式为T＝。 (2)频率(f)：交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比。单位是赫兹(Hz)。 (3)周期和频率的关系：T＝或f＝。 2．交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值 (1)瞬时值：交变电流的电动势、电流或电压在某一时刻的值，是时间的函数。 (2)峰值：交变电流的电动势、电流或电压所能达到的最大值。 (3)有效值： ①定义：让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，就把这个恒定电流的电流I、电压U叫作这一交变电流的有效值。 ②正弦式交流电有效值和峰值的关系：E＝，U＝，I＝。 (4)平均值：交变电流图像中图线与时间轴所围面积跟对应时间的比值。 技巧02 有效值的计算 (1)计算有效值时要根据电流的热效应，抓住“三同”：“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”，先分段计算热量，求和得出一个周期内产生的总热量，再根据或 列式求解。 (2)若图像部分是正弦(或余弦)式交变电流，其中的周期(必须是从零至最大值或从最大值至零)和周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系 、求解。 (3)利用能量关系：当有电能和其他形式的能转化时，能的转化和守恒定律来求有效值。 技巧03 正弦式交变电流瞬时值、峰值表达式的推导 线圈平面从中性面开始转动，则经时间t，线圈转过一定角度θ=ωt，如下图所示，ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ=ωt，ab边转动的线速度的大小v=ωR=ω，ab边产生的感应电动势eab＝BLabvsinθ=BSωsinωt，整一个线圈产生的电动势为e＝eab＝BSωsinωt。N匝线圈产生的总电动势为e＝NBSωsinωt=Emsinωt。电流为i==Imsinωt。 考点03 电感和电容对交变电流的影响 1. 电感：通直流、阻交流;通低频、阻高频。 （1）影响因素：线圈的自感系数L越大，交流的频率越高，电感器对交变电流阻碍作用越大． （2）作用：通直流，阻交流；通直流，通低频，阻高频。 2. 电容：通交流、隔直流；通高频、阻低频。 （1）影响因素：电容器的电容C越大，交流的频率越高，电容器对交变电流阻碍作用越小． （2）作用：“通交流，隔直流；通高频，阻低频”。 考点04 电磁振荡 1. 产生： 振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。 振荡电路：能产生振荡电流的电。。 LC振荡电路的放电、充电过程： ①电容器放电：线圈有自感作用，放电电流不会立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，极板上的电荷逐渐减少。放电完毕时，极板上的电荷量为零，放电电流达到最大值。该过程电容器的电场能全部转化为线圈的磁场能； ②电容器充电：电容器放电完毕时，线圈有自感作用，电流并不会立刻减小为零，而会保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始反向充电，极板上的电荷逐渐增多，电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到最大值。该过程中线圈的磁场能又全部转化为电容器的电场能。 2. 周期与频率： 周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。 频率：1s内完成的周期性变化的次数。 【注意】：如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界影响，这时的周期和频率分别叫做振荡电路的固有周期和固有频率。 周期和频率公式：T＝2π，f＝。L一般由线圈的长度、横截面积、单位长度上的匝数及有无铁芯决定，电容C由公式C＝可知，与电介质的介电常数εr、极板正对面积S及板间距离d有关 考点05 电磁波 1.麦克斯韦的电磁场理论： （1）变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场。 （2）随时间均匀变化的磁场产生稳定电场。随时间不均匀变化的磁场产生变化的电场。随时间均匀变化的电场产生稳定磁场，随时间不均匀变化的电场产生变化的磁场。 （3）变化的电场和变化的磁场总是相互关系着，形成一个不可分割的统一体，这就是电磁场。 2.电磁波： （1）周期性变化的电场和磁场总是互相转化，互相激励，交替产生，由发生区域向周围空间传播，形成电磁波。 （2）电磁波是横波 （3）电磁波可以在真空中传播，电磁波从一种介质进入另一介质，频率不变、波速和波长均发生变化，电磁波传播速度v等于波长λ和频率f的乘积，即v=λf，任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于真空中的光速c=3.0×10 8 m/s. 3.无线电波的发射 （1）条件 振荡电路产生的电场和磁场必须分布到广大的开放空间中，即采用开放电路。 要有足够高的振荡频率，研究表明频率越高，振荡电路向外发射电磁波的本领越大。 （2）调制 载波：用来“运载”信号的高频等幅波。 调制：把传递的信号“加”到载波上的过程。 常用的调制方法有调幅和调频两种。调幅：使高频振荡的振幅随信号而变；调频：使高频振荡的频率随信号而变。 4. 无线电波的传播与接收 （1）三种电波 传播形式 适合的波段 特点 地波 沿地球表面空间传播 长波、中波、中短波 衍射能力较强 天波 靠大气电离层的反射传播 中短波、短波 反射能力较强 空间波 沿直线传播 短波、超短波、微波 穿透能力较强 （2）电磁波的接收 原理：电磁波在传播过程中如果遇到导体，会使导体中产生感应电流。因此，空中的导体可以用来接收电磁波。 电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的感应电流最强的现象。它与机械振动中的共振类似。 调谐：使接收电路中产生电谐振的过程．通常说的选台即为调谐过程。调谐的基本原理就是电谐振。 调幅：高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方式。一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号采用调幅波。 调频：高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制方式。电台的立体声广播和电视中的伴音信号采用调频波。 调制：将声音、图像信号加载到高频电磁波上的过程。声音、图像等信号频率相对较低，不能转化为电信号直接发射出去，而要将这些低频信号加载到高频电磁波信号上去。 解调：将声音、图像信号从高频信号中还原出来的过程。 5. 电磁波谱 电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的顺序排列成谱，叫做电磁波谱。按照波长从长到短依次排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。不同的电磁波由于具有不同的波长(频率)，才具有不同的特性。 考点06 传感器 1. 常见传感器的特点 器件类型 敏感元件 转换类型 相关问题 光电传感器 光敏电阻 光照强弱→电阻 直流电路动态分析问题 温度传感器 热敏电阻 温度→电阻 直流电路动态分析问题 金属热电阻 温度→电阻 力传感器 应变片 物体形变→电阻 力学、运动学与直流电路结合问题 电容式传感器 电容器 力、位移等→电容 力学、运动学与含容电路结合问题 磁传感器 霍尔元件等 磁感应强度→电压 带电粒子在复合场中的运动问题 2. 常见电容式传感器原理及分析 传感器 原理 测定角度θ的电容式传感器   动片与定片之间的角度θ发生变化，会引起极板正对面积S的变化，这就使电容C发生了变化。 知道C的变化情况，就可以知道θ的变化情况 测定液面高度h的电容式传感器   在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个电极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，电容C发生变化。知道C的变化情况，就可以知道h的变化情况 测定压力F的电容式传感器   待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，从而引起电容C的变化。知道C的变化情况，就可以知道F的变化情况 测定位移x的电容式传感器   随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化。知道C的变化情况，就可以知道x的变化情况 【注意】：电容器的电容C取决于极板的正对面积S、极板间距离d、极板间的电介质这三个因素。如果某个物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，那么通过电容的变化就可以确定上述物理量的变化，有这种用途的电容器称为电容式传感器。 技巧04 常见传感器的原理： 传感器 输入量 输出量 工作原理 硅光电池 光 电压 光电效应 光电二极管 光 电压 光电效应 湿敏电阻 湿度 电压(电阻) 湿敏材料的电阻随湿度的变化而变化 话筒 声音 电流 电磁感应 加速度传感器 加速度 电压 电磁感应 测速发电机 速度 电流(电压) 电磁感应 技巧05 含传感器的问题分析 （1）注意传感器所感受到的是何物理量：力、热、磁、光、声等 （2）传感器往往与电子元件一起构成电路，应认真分析传感器所在的电路结构，并注意各种敏感元件的特性，及各种常用电子元件的工作特点。 （3）注意输出信号的转换：通过元件把敏感元件的输出转换成电学量信号，最后借助于转换电路把电学量信号转换为便于处理、显示、记录或控制的量。 3. 普通二极管和发光二极管 （1）都具有单向导电性。 （2）发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能发光.普通的发光二极管是用磷化镓或磷砷化镓等半导体材料制成的，直接将电能转化为光能，该类发光二极业管的正向导通电压大于1.8V。 【知识清单02】核心考点突破 核心考点—变压器 1. 理想变压器:工作时无（能量）功率损失（即无铜损、铁损），因此，理想变压器原副线圈电阻均不计。 （1）构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的 （2）原理：电磁感应的互感现象。 2.理想变压器的关系式:  理想变压器 没有能量损失(铜损、铁损)，没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中) 基本关系 功率关系 （副决定原） 原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，P入＝P出，有多个副线圈时：P1＝P2＋P3＋P4＋…＋Pn即I1U1＝I2U2＋I3U3＋…＋InUn 电压关系 （原决定副） 原、副线圈的电压比等于匝数比，U1∶U2＝n1∶n2，与负载的多少无关，有多个副线圈时：＝＝＝…＝ 电流关系 （副决定原） 只有一个副线圈时，I1∶I2＝n2∶n1；有多个副线圈时，I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn 频率关系 f1＝f2(变压器不改变交流电的频率) 【注意】：变压器只能改变交变电流的电压和电流，不改变频率。原、副线圈中交流电的频率一样：。 3．理想变压器的制约关系 （1）电压制约：副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定，即， 可简述为“原制约副”。 （2）电流制约：原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定，即，可简述为“副制约原”。 （3）功率制约：原线圈的输入功率P入由副线圈的输出功率P出决定，即， 可简述为“副制约原”。 【注意】：变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制，低压线圈匝数少而通过的电流大，应当用较粗的导线绕制。 《热学》 考点名称 重点考查考点 命题规律 分子动理论 分子大小与分子数估算； 布朗运动的现象与成因； 分子热运动规律； 分子间相互作用力的特点； 分子势能的变化规律。 侧重基础概念辨析，高频考查布朗运动的理解与分子力、分子势能随分子间距的变化规律； 常结合阿伏伽德罗常数进行微观量估算； 命题偏向基础识记与规律判断，难度基础。 气体实验定律与理想气体状态方程 等温、等容、等压变化规律； 气体实验定律的理解与计算； 理想气体状态方程应用； 气体压强的微观解释。 为本专题核心高频考点，结合图像分析气体状态变化规律； 侧重多过程气体状态变化的综合计算； 考查气体压强的微观成因分析，命题综合性较强，常结合生活情境命题。 热力学定律与能量守恒 内能的概念及影响因素； 热力学第一定律的理解与应用； 热量、功与内能变化的关系； 热力学第二定律的两种表述、熵增原理。 重点判断气体做功、吸放热与内能变化的关系，熟练应用热力学第一定律公式分析问题； 辨析热力学第二定律的适用条件，区分宏观不可逆现象； 结合能量守恒考查热学过程的能量转化，贴合实际应用场景。 固体、液体与物态变化 晶体与非晶体的区别； 单晶体与多晶体的特点； 液体的表面张力现象； 浸润与不浸润现象； 汽化、液化、熔化、凝固及能量变化。 以概念辨析和现象判断为主，考查固、液体的基本性质与特点； 结合生活现象分析表面张力、浸润现象； 侧重物态变化过程中的吸放热规律与内能变化分析，命题偏向基础应用型考查。 【考情分析】考试大纲命题规律解读 【知识清单01】基础考点梳理 考点01 物质的组成 1. 物质组成：物质是由大量分子组成的，分子直径的数量级一般是10-10m。分子质量的数量级为10-26 kg。 2. 分子模型 （1）球体模型（适用于固体、液体）：一个分子的体积V0＝π(＝πd3，d为分子的直径；分子直径 。 （2）立方体模型（适用于气体）：一个分子占据的平均空间体积V0＝d3，d为相邻两分子间的平均距离；。 【注意】对于气体，利用得到的不是分子直径，而是气体分子间的平均距离。 3. 宏观量和微观量： （1）阿伏伽德罗常数：1mol的任何物质都含有相同的粒子数。通常可取。阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁。 （2）宏观物理量：物质的质量M，体积V，密度ρ，摩尔质量MA，摩尔体积VA。 （3）微观物理量：分子质量m0，分子体积V0，分子直径d。 技巧01 宏观量与微观量的关系 ①摩尔体积Vmol：分子体积V0＝（适用于固体和液体）；分子占据体积V占＝（适用于气体）。 ②摩尔质量Mmol：分子质量m0＝。 ③分子总数：N＝nNA＝·NA＝NA（注：对气体而言，） 技巧02 常用微观粒子物理量： 一个分子的质量：m＝。 一个分子的体积：V0＝。 一摩尔物质的体积：Vmol＝。 单位质量中所含分子数：n＝。 单位体积中所含分子数：n′＝。 气体分子间的距离：d＝。 考点02 分子热运动 1. 扩散 （1）定义：不同的物质互相接触时，可以彼此进入对方的现象称为扩散现象。 （2）产生原因：扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无规则运动产生的。 （3）意义：扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证据之一。 （4）特点：温度越高，扩散越快。扩散现象发生在固体、液体、气体任何两种物质之间。气体物质的扩散现象最显著，常温下物质处于固态时扩散现象不明显。 技巧03 扩散现象的理解 （1）在气体、液体、固体中均能发生，而气体的扩散现象最明显。 （2）扩散快慢与温度有关，温度越高，扩散越快，表明温度越高，分子运动越剧烈。 （3）从浓度高处向浓度低处扩散，且受“已进入对方”的分子浓度的限制，当进入对方的分子浓度较低时，扩散现象较为显著。 2. 布朗运动 （1）定义：悬浮在液体（或气体）中微小颗粒的无规则运动。 （2）产生原因：悬浮在液体中的微粒越小，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数越少，撞击作用的不平衡性表现得越明显，并且微粒越小，它的质量越小，其运动状态越容易被改变，布朗运动越明显。 （3）意义：液体分子永不停息地无规则运动的宏观反映。 （4）特点：悬浮的微粒越小，布朗运动越明显；温度越高，布朗运动越激烈。 技巧04 布朗运动的理解 （1）无规则性：悬浮微粒受到液体分子在各个方向上撞击的不平衡是形成布朗运动的原因。由于液体分子的运动是无规则的，使微粒受到较强撞击的方向也不确定，所以布朗运动是无规则的。 （2）影响因素： ①微粒越小，布朗运动越明显：悬浮微粒越小，某时刻与它相撞的分子数越少，来自各方向的冲击力越不平衡；另外微粒越小，其质量也就越小，相同冲击力下产生的加速度越大。因此，微粒越小，布朗运动越明显。 ②温度越高，布朗运动越剧烈：温度越高，液体分子的运动（平均）速率越大，对悬浮微粒的撞击作用也越大，产生的加速度也越大，因此温度越高，布朗运动越剧烈。 （3）布朗运动的实质：布朗运动不是分子的运动，而是悬浮微粒的运动。布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性。布朗运动与温度有关，表明液体分子运动的剧烈程度与温度有关。 3. 分子热运动 （1）定义：分子做永不停息的无规则运动。 （2）产生原因：分子的“无规则运动”，是指由于分子之间的相互碰撞，每个分子的运动速度无论是方向还是大小都在不断地变化。 （3）意义：热运动是对于大量分子的整体而言的，对个别分子无意义。 （4）特点：分子热运动的剧烈程度虽然受到温度影响，温度高分子热运动快，温度低分子热运动慢，但分子热运动永远不会停息。 【注意】：温度是分子热运动剧烈程度的标志。温度升高，热运动剧烈程度增加，分子平均速率增大，但不是每个分子的速率都变大。 技巧05 热运动、扩散和布朗运动的比较 现象 扩散现象 布朗运动 热运动 活动主体 分子 固体微小颗粒 分子 区别 是分子的运动,发生在任何两种物质之间 是比分子大得多的颗粒的运动，只能在液体、气体中发生 是分子的运动,不能通过光学显微镜直接观察到 共同点 都是无规则运动；都随温度的升高而更加激烈。 联系 扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动。 考点03 分子间作用力与分子势能 1. 分子间的作用力与分子间距离的关系： ①当r<r0时，r减小，斥力引力都增加，斥力增加更快，分子间的作用力F表现为斥力； ②当r＝r0时，分子间的作用力F为0，这个位置称为平衡位置； ③当r>r0时，r增大，斥力引力都减小，斥力减小更快，分子间的作用力F表现为引力。 【注意】：分子斥力、引力同时存在；分子间的作用力指的是分子间相互作用引力和斥力的合力。 2. 分子势能 （1）定义：分子间具有由它们的相对位置决定的势能，叫做分子势能。 （2）特点：分子势能由分子间的相对位置决定，随分子间距离的变化而变化。分子势能是标量，正、负表示的是大小，具体的值与零势能点的选取有关 （3）影响因素： ①宏观上：分子势能跟物体的体积有关。分子势能随着物体的体积变化而变化，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。 ②微观上：分子势能跟分子间距离r有关，分子势能与r的关系不是单调变化的。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。 3. 分子势能与分子间距离的关系： 分子间距离 ，增大 ，减小 分子力 等于零 表现为引力 表现为斥力 分子力做功 — 分子力做负功 分子力做负功 分子势能 最小 随分子间距离的增大而增大 随分子间距离的减小而增大 考点04 气体压强 1. 分子运动速率分布图像：气体分子速率呈“中间多、两头少”的规律分布，如下图所示。 温度越高，分子热运动越剧烈，当温度升高时，某一分子在某一时刻它的速率不一定增加，但大量分子的平均速率一定增加，而且“中间多”的分子速率值增加。 2. 气体分子运动的特点 （1）无序性：分子之间频繁地发生碰撞，使每个分子的速度大小和方向频繁地改变，分子的运动杂乱无章，在某一时刻，向着任何一个方向运动的分子都有，而且向着各个方向运动的气体分子数目几乎相等。 （2）自由性：气体分子间的距离较大，使得分子间的相互作用力十分微弱，可认为分子间除碰撞外不存在相互作用力，分子在两次碰撞之间做匀速直线运动，因而气体会充满它能到达的整个空间。 （3）规律性：气体分子的速率分布呈现出“中间多、两头少”的分布规律。当温度升高时，速率大的分子数增多，速率小的分子数减少，分子的平均速率增大。反之，分子的平均速率减小。 3. 气体压强 （1）定义：器壁单位面积上受到的压力叫做气体压强。 （2）产生原因：大量气体分子不断撞击器壁的结果。 （3）微观解释： ①某容器中气体分子的平均速率越大，单位时间内、单位面积上气体分子与器壁的碰撞对器壁的作用力越大； ②容器中气体分子的数密度大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多，平均作用力也会较大。 （4）决定气体压强大小的因素： 微观因素： ①与气体分子的数密度有关：气体分子数密度(即单位体积内气体分子的数目)越大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就越多，气体压强就越大； ②与气体分子的平均速率有关：气体的温度越高，气体分子的平均速率就越大，每个气体分子与器壁碰撞时(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就越大；从另一方面讲，分子的平均速率越大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多，累计冲力就越大，气体压强就越大。 宏观因素： ①与温度有关：体积一定时，温度越高，气体的压强越大； ②与体积有关：温度一定时，体积越小，气体的压强越大。 技巧06 气体压强与大气压强的区别与联系 气体压强 大气压强 区别 ①因密闭容器内的气体分子的数密度一般很小，由气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生 ②大小由气体分子的数密度和温度决定，与地球的引力无关 ③气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的 ①由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强．如果没有地球引力作用，地球表面就没有大气，从而也不会有大气压强 ②地面大气压强的值与地球表面积的乘积，近似等于地球大气层所受的重力值 ③大气压强最终也是通过分子碰撞实现对放入其中的物体产生压强 联系 两种压强最终都是通过气体分子碰撞器壁或碰撞放入其中的物体而产生的 考点05 内能 1. 分子的平均动能 （1）温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义。温度升高，分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大。个别分子动能可能增大也可能减小，个别分子甚至几万个分子热运动的动能大小不受温度影响，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的。 （2）只要温度相同，任何分子的平均动能都相同。由于不同物质的分子质量不一定相同，所以同一温度下，不同物质分子运动的平均速率一般不相同。 2. 物体的内能： （1）定义：物体里所有的分子的动能和势能的总和叫做物体的内能。 （2）决定因素： ①从宏观上看：物体内能的大小由物体的物质的量、温度和体积三个因素决定。 ②从微观上看：物体的内能由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子势能三个因素决定。 （3）改变内能的方式：通过做功或热传递可以改变物体的内能。 技巧07 对内能的理解： （1）内能是对物体的大量分子而言的，对于单个分子的内能没有意义。 （2）内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关的能量形式，与物体宏观运动状态无关，它取决于物质的量、温度、体积及物态。 （3）物体温度升高，内能不一定增加；温度不变，内能可能改变；温度降低，内能可能增加。 （4）组成任何物体的分子都在做无规则的热运动，所以任何物体都具有内能。 考点06 理想气体 1. 定义：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。 【注意】理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可忽略不计，分子不占空间，可视为质点。它是对实际气体的一种科学抽象，是一种理想模型，实际并不存在。 2. 理想气体的状态方程： （1）内容：一定质量的某种理想气体，在从某一状态变化到另一状态时，尽管压强p、体积V、温度T都可能改变，但是压强p跟体积V的乘积与热力学温度T之比保持不变。 （2）表达式：①＝；②＝C。 （3）成立条件：一定质量的理想气体。 【注意】：（1）单位：温度T必须是热力学温度，公式两边中压强p和体积V单位必须统一，但不一定是国际单位制中的单位。 （2）该方程表示的是气体三个状态参量的关系，与中间的变化过程无关；公式中常量C仅由气体的种类和质量决定，与状态参量(p、V、T)无关。 技巧08 对理想气体问题的处理思路： （1）选对象：根据题意，选出所研究的某一部分一定质量的气体。 （2）找参量：分别找出这部分气体状态发生变化前后的p、V、T，其中压强的确定是关键。 （3）明过程：认清变化过程，正确选用物理规律。 （4）列方程：选用理想气体状态方程或某一气体实验定律列式求解，必要时讨论结果的合理性。 补充：理想气体与实际气体 在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍的条件下，把实际气体看成理想气体来处理。 【注意】：理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力。理想气体分子无分子势能的变化，内能等于所有分子热运动的动能之和，只和温度有关。 考点07 液体 1. 表面张力 （1）定义：在表面层，分子比较稀疏，分子间的作用力表现为引力，这种力使液体表面绷紧，叫做液体的表面张力。 （2）作用效果：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小。 【注意】：在体积相同的条件下，球形表面积最小。 （3）方向：总是跟液体相切，且与分界面垂直，如下图所示。 （4）形成原因：表面层中分子间距离比液体内部分子间距离大，分子间作用力表现为引力。 表面特性：表面层分子间的引力使液面产生了表面张力,使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜。 （5）影响因素：表面张力的大小除了跟边界线长度有关外，还跟液体的种类、温度有关。 注意：常见现象：球形液滴、肥皂泡、毛细现象、浸润等。 2. 浸润和不浸润 （1）浸润：一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上的现象。原因：当固体分子吸引力大于液体内部分子力时，这时表现为液体浸润固体。 （2）不浸润：一种液体不会润湿某种固体，不会附着在这种固体的表面上的现象。原因：当固体分子吸引力小于液体内部分子力时，这时表现为液体不浸润固体。 【注意】：液体和固体接触时，附着层的液体分子除受液体内部的分子吸引外，还受到固体分子的吸引。 （3）毛细现象：毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系。如图所示，甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为液体表面张力的作用，液体会受到向上的作用力，因而管内液面要比管外高；乙是不浸润情况，此时管内液面呈凸形，因为表面张力的作用，液体会受到向下的作用力，因而管内液面比管外低。 3. 液晶 （1）定义：介于固态和液态之间的一种物质状态。 （2）特点：具有液体的流动性，在一定程度上具有晶体分子的规则排列的性质；具有晶体的光学各向异性，液晶分子的排列不稳定，微小的外界变动都会改变分子排列，从而改变液晶的某些性质。 （3）微观结构：从某个方向上看，其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的。液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体。 考点08 固体 1. 晶体和非晶体的比较： 比较 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 外形 规则 不规则 物理性质 各向异性 各向同性 熔点 固定 不固定 原子排列 有一定规则，但多晶体中每个晶粒子间的排列无规则 无规则 典型物质 石英、云母、食盐、硫酸铜 玻璃、蜂蜡、松香 联系 晶体和非晶体在一定的条件下可以相互转化 2. 对晶体和非晶体的理解： （1）单晶体的物理性质具有各向异性，但并非每种晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性。 （2）有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体，因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布。比如金刚石和石墨。 （3）同一种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。 技巧09 一些单晶体各向异性的例子： ①云母晶体在导热性能上表现出显著的各向异性（沿不同方向传热的快慢不同）； ②方解石晶体在光的折射上表现出各向异性（沿不同方向的折射率不同）； ③立方体形的铜晶体在弹性上表现出显著的各向异性（沿不同方向的弹性不同）； ④方铅矿石晶体在导电性能上表现出显著的各向异性（沿不同方向电阻率不同）。 考点09 热平衡 1. 常见物理量和状态 （1）热力学系统：由大量分子组成的研究对象叫做热力学系统，简称系统。 （2）外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界。 （3）状态参量：体积V、压强p、温度T等。 （4）平衡态：在没有外界影响的情况下，系统内各部分的状态参量达到的稳定状态。 技巧10 对平衡态的理解 （1）热力学的平衡态是一种动态平衡，组成系统的分子仍在不停地做无规则运动，只是分子运动的平均效果不随时间变化，表现为系统的宏观性质不随时间变化，而力学中的平衡态是指物体的运动状态处于静止或匀速直线运动的状态。 （2）平衡态是一种理想情况，因为任何系统完全不受外界影响是不可能的。系统处于平衡态时，由于涨落，仍可能发生偏离平衡状态的微小变化。 2. 热平衡：两个相互接触的热力学系统，经过一段时间，各自的状态参量不再变化，说明两个系统达到了平衡，这种平衡叫做热平衡。 【注意】：两个系统达到热平衡后再把它们分开，如果分开后它们都不受外界影响，再把它们重新接触，它们的状态不会发生新的变化。因此，热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统。因此可以说，只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化，我们就说这两个系统原来是处于热平衡的。 3. 热平衡定律：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡。 【注意】：热平衡定律又叫热力学第零定律，为温度的测量提供了理论依据．因为互为热平衡的物体具有相同的温度，所以比较各物体温度时，不需要将各个物体直接接触，只需将作为标准物体的温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低。 4. 温度：热平衡中，表征“共同的热学性质”的物理量。宏观上表示物体的冷热程度；微观上反映分子热运动的激烈程度。 【注意】：热平衡的性质：达到热平衡的系统都具有相同的温度。 5. 温度计：测量温度的仪器。 温度计测量原理：一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。温度计与待测物体接触，达到热平衡，其温度与待测物体的温度相同。 技巧11 热力学温度T与摄氏温度t 摄氏温标：一种常用的表示温度的方法．规定标准大气压下冰的熔点为0 ℃，水的沸点为100 ℃，在0 ℃和100 ℃之间均匀分成100等份，每份算做1 ℃。 热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法．热力学温标表示的温度叫热力学温度。用符号T表示，单位是开尔文，符号为K。 摄氏温度与热力学温度的关系为T＝t＋273.15 K。 考点10 热力学第二定律 1. 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。阐述的是传热的方向性。 【注意】：两种表述是等价的，都揭示了自然界的基本规律：一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，即一切与热现象有关的宏观的自然过程都是不可逆的。 【注意】：热传导的方向性：热传递的过程是有方向性的，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而不会自发地从低温物体传给高温物体。 2. 物理意义：一切自发过程总是沿着分子热运动的无序度增大的方向进行程。 技巧12 对开尔文表述的理解： （1）单一热库：指温度均匀并且恒定不变的系统。若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功。 （2）不可能：热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除。 （3）其他影响：指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化。不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响。同样，也不是热量不能从低温物体传到高温物体，而是指不产生其他影响的自动热传递是不可能的。 （4）“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。 （5）“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等。在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能。 3. 一些方向性的例子： （1）高温物体能将热量自发传给低温物体，低温物体不能将热量自发传给高温物体。 （2）功能自发地完全转化为热量，热量不能自发地完全转化为功。 （3）气体体积能自发地从小体积膨胀到大体积，不能自发地从大体积收缩到小体积。 （4）不同气体能自发混合在一起，混合气体不能自发分离成不同气体。 4. 第二类永动机 （1）定义：从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响的热机。 （2）特点：从单一热源吸收热量，全部用来做功。 （3）不可造的原因：违背了热力学第二定律。 考点11 能量守恒定律 1. 定义：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律。 2. 意义： （1）突破了人们关于物质运动的机械观念的范围，从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性。 （2）具有重大实践意义，终结了第一类永动机的想法。 （3）找到了各种自然现象的公共量度——能量，从而把各种自然现象用定量规律联系起来。 3. 第一类永动机 （1）定义：某物质循环一周回复到初始状态，不吸热而向外放热或作功。 （2）特点：这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断的对外做功。 （3）不可造的原因：违背了能量守恒定律。如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2＜U1，则W＜0，系统对外做功是要以内能减少为代价的，若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下，是不可能的。 技巧13 第一类永动机和第二类永动机的对比 第一类永动机 第二类永动机 定义 某物质循环一周回复到初始状态，不吸热而向外放热或作功。 从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响的热机。 特点 这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断的对外做功。 从单一热源吸收热量，全部用来做功。 不可造的原因 违背了能量守恒定律。 违背了热力学第二定律。 【知识清单02】核心考点突破 核心考点—热力学第一定律 1. 内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 【注意】： ①做功和热传递在改变系统内能上是等效的； ②热传递过程是系统与外界之间内能的转移； ③做功过程是系统与外界之间的其他形式能量与内能的相互转化。 2. 表达式：ΔU＝Q＋W。 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。 符号的规定如下表所示。 符号 W Q ΔU ＋ 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加 － 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少 【注意】应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。进行计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义。 技巧14 热力学第一定律的特殊情况： (1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。 (2)若过程中不做功，则W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。 (3)若过程的始、末状态物体的内能不变，则W＋Q＝0，即物体吸收的热量全部用来对外做功，或外界对物体做的功等于物体放出的热量。 技巧15 热力学第一、第二定律的比较： 热力学第一定律 热力学第二定律 定律揭示的问题 从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者的定量关系 自然界中出现的宏观过程是有方向性的 机械能和内能的转化 当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能 内能不可能在不引起其他变化的情况下完全变成机械能 热量的传递 热量可以从高温物体自发传向低温物体 说明热量不能自发地从低温物体传向高温物体 两定律的关系 在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础 《近代物理》 【考情分析】考试大纲命题规律解读 考点名称 重点考查考点 命题趋势 原子结构与能级理论 卢瑟福原子核式结构实验； 玻尔原子理论的基本假设； 能级与能级跃迁规律； 光子能量的计算； 吸收光谱与发射光谱。 侧重原子物理实验史实辨析； 高频考查电子跃迁时吸收、辐射光子的能量、频率计算； 分析跃迁产生的光谱线条数； 结合能级图分析原子能量、电势能、电子动能的变化规律，命题基础且固定。 原子核的组成与核力 原子核的组成、质子数与中子数计算； 同位素的概念； 核力的特点； 原子核的结合能与比结合能； 质量亏损的理解。 重点考查原子核基本物理量的计算； 辨析结合能与比结合能的区别，掌握原子核稳定性与比结合能的关系； 结合质能方程简单计算核反应释放的能量，侧重概念理解与基础计算。 核反应与核能利用 天然放射现象与三种射线的性质； α衰变、β衰变规律与方程书写； 半衰期的理解与计算； 核裂变、核聚变特点； 核反应方程的配平。 高频考查衰变次数的计算、核反应方程的书写与配平； 结合半衰期公式进行剩余原子核数量、质量的计算； 区分裂变与聚变的反应特点； 结合核能、核辐射等前沿情境命题，注重知识的实际应用。 波粒二象性 光电效应现象及实验规律； 光电效应方程与极限频率、逸出功计算； 光的波粒二象性； 物质波的概念与德布罗意波长计算。 为本专题核心考点，重点考查光电效应的四大规律辨析； 利用光电效应方程求解最大初动能、逸出功； 区分光的波动性与粒子性； 结合宏观、微观粒子考查物质波的理解，命题侧重规律应用与公式计算。 【知识清单01】基础考点梳理 考点01 黑体辐射 1. 热辐射：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射。其特点是：热辐射强度按波长的分布情况随物体温度的不同而有所不同。 2. 黑体：某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。 【注意】黑体是一个理想化的物理模型，看上去不一定是黑的。绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。 3. 黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波。。 4. 黑体辐射规律：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值，随着温度的升高各种波长的辐射强度都有增加且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如下图所示。 考点02 能量子 1. 定义：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，例如可能是或2、3……，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值叫做能量子。 2. 表达式：，其中是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，称为普朗克常量，h＝6.626 070 15×10－34 J·s。 3. 能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫做能量的量子化。 【注意】①物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。②在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。 考点03 光电效应 1. 几个基本概念的理解 （1）光子与光电子 光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电。 光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。 （2）光电子的动能与光电子的最大初动能 只有金属表面的电子飞出原子核需要克服原子核的引力做功时，才具有最大初动能。 （3）光电流和饱和光电流 金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流。随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。 （4）入射光强度与光子能量 入射光强度指指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，而光子能量E＝hν。 （5）光的强度与饱和光电流 频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系。 2. 光电效应现象 在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。如下图所示，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。 【注意】光电效应的实质是金属中的电子获得能量后逸出金属表面，从而使金属带上正电。 3. 光电效应的产生条件 能否发生光电效应，不取决于光的强度，而是取决于光的频率。只要照射光的频率大于该金属的极限频率，无论照射光强弱，均能发生光电效应。 4. 光电效应的规律 每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应。 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。 光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过。 当入射光的频率大于截止频率时，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比。 考点04 氢原子光谱 1. 定义：把光用棱镜或光栅按波长(频率)展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。 2. 分类 （1）线状谱：一条条的亮线。产生条件为稀薄气体发光形成的光谱。 （2）连续谱：连在一起的光带。产生条件为炽热物体发出的白光通过温度较低的气体后，再色散形成的。 3. 特征谱线 气体中中性原子的发光光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率的光，不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率不一样，光谱中的亮线称为原子的特征谱线。 4. 氢原子光谱的实验规律 许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱是探索原子结构的一条重要途径。 巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1，n为量子数，此公式称为巴耳末公式。巴耳末公式的意义：以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱的特征。 氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。 考点05 玻尔理论 1. 玻尔理论的几个重要概念： ①能级：在玻尔理论中，原子各个状态的能量值。 ②基态：原子能量最低的状态。 ③激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他能量较高的状态。 ④量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数。 ⑤氢原子的能级公式：En＝E1 （n＝1，2，3，…），其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV。 ⑥氢原子的半径公式：rn＝n2r1 （n＝1，2，3，…），其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m。 2. .玻尔原子模型的三条假设 （1）轨道量子化：轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值。 （2）能量量子化 ①电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态。 ②由于原子的可能状态（定态）是不连续的，具有的能量也是不连续的。这样的能量值，称为能级，能量最低的状态称为基态，其他的状态叫作激发态。 （3）频率条件 原子从一种定态（设能量为）跃迁到另一种定态（设能量为）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定。 3. 玻尔理论对氢光谱的解析 解释巴耳末公式：巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和跃迁之后所处的定态轨道的量子数n和2。 解释氢原子光谱的不连续性：原子从较高的能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差，由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。 解释不同原子具有不同的特征谱线：不同的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射(或吸收)的光子频率也不相同。 解释气体导电发光：通常情况下，原子处于基态，非常稳定，气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能向上跃迁到激发态，处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，最终回到基态。 技巧01 氢原子的能级结构和跃迁问题的理解 （1）能级跃迁 处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态。所以一群氢原子处于量子数为的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为，而一个氢原子跃迁最多会出现种谱线。 原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决定：（、是始末两个能级且，能级差越大，放出光子的频率就越高。 （2）使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子 ①光子：原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到能级时能量有余，而激发到能级时能量不足，则可激发到能级的问题。 当光子能量大于或等于时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。 ②实物粒子：原子还可吸收外来实物粒子（例如自由电子）的能量而被激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值，就可使原子发生能级跃迁。 技巧02 原子跃迁时需要注意的几个问题 ①注意一群原子和一个原子 氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了。 ②注意间接跃迁与直接跃迁 原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁。两种情况下辐射（或吸收）光子的频率可能不同。 ③注意跃迁与电离 只适用于光子与原子作用使原子在各定态之间跃迁的情况。对于光子与原子作用使原子电离的情况，则不受此条件的限制，这是因为原子一旦电离，原子结构立即被破坏，因而不再遵守有关原子结构的理论。如基态氢原子的电离能为，只要能量大于或等于的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大。 考点06 波粒二象性 1. 康普顿效应：在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。表达式为：p＝。 【注意】在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，光子的动量可能变小，因此有些光子散射后波长变大。 2. 光的波粒二象性 （1）波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。 表现：光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述。足够能量的光在传播时，表现出波的性质。 （2）粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性。 表现：当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质。少量或个别光子容易显示出光的粒子性。 光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。 3. 光的波粒二象性的表现规律： （1）数量上：个别光子的作用效果往往表现为粒子性，大量光子的作用效果往往表现为波动性，光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性。 （2）频率上：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象。 （3）传播与作用上：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。 （4）波动性与粒子性上：由光子的能量E＝hν、光子的动量表达式p＝也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。 技巧03 对光的波粒二象性的理解 （1）光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的，光的波动性不同于宏观观念的波。 （2）粒子的含义是“不连续”“一份一份”的，光子不同于宏观观念的粒子。 （3）理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子。由E＝hν和p＝可得波速和。 4. 物质波 概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波。 物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。 技巧04 光的认识史 学说名称 内容要点 理论领域 微粒说 光是一群弹性粒子 宏观世界 波动说 光是一种机械波 宏观世界 电磁说 光是一种电磁波 微观世界 光子说 光是由一份一份光子组成的 微观世界 波粒二象性 光是具有电磁本性的物质，既有波动性又有粒子性 微观世界 考点07 原子核的组成 1. 原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。 2. 原子核的符号：原子核常用X表示，X为元素符号，上角标A表示核的质量数，下角标Z表示核的电荷数(原子序数)，如下图所示。 3. 同位素 同位素是具有相同的质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置。 原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质。 同种元素的原子，质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数不同，所以它们的物理性质不同。 4. 天然放射现象 放射性元素自发地发出射线的现象，首先由贝可勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。 考点08 放射性元素的衰变 1. 三种放射线 种类 α射线 β射线 γ射线 本质 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波) 电荷量 2e -e 0 质量 4mp, mp=1.67×10-27 kg 静止质量为零 速度 0.1c 0.99c c 在电场磁场中 偏转 与α射线偏转方向相反 不偏转 贯穿本领 最弱，用纸能挡住 较强，能穿透几毫米的铝板 最强，能穿透几厘米的铅板 对空气的 电离作用 很强 较弱 很弱 2. 原子核衰变 原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。 进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2。 进行β衰变时，质量数不变，电荷数加1。 技巧05 α衰变和β衰变的比较 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变过程 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 1个中子转化为1个质子和1个电子 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 【注意】γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核具有过多的能量(核处于激发态)，从而辐射出光子。 补充：三种射线在电场、磁场中的偏转情况 在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不会偏转；在匀强电场中，α射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不会偏离，如下图所示。 考点09 核力与结合能 1. 核力 原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。这种作用称为强相互作用。 2. 核力的特点 （1）强相互作用是短程力，作用范围只有约10－15m。 （2）距离增大时，强相互作用急剧减小，超过10－15m，相互作用不存在。 （3）核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。 （4）核力具有电荷无关性。核力与核子电荷无关。 3. 结合能 原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。 4. 比结合能 原子核的结合能与核子数之比，叫做比结合能，也叫做平均结合能。比结合能的曲线如下图所示，从图中可看出，中等大小的核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等大小的核的比结合能要小。 技巧06 比结合能与原子核稳定的关系 （1）比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定。 （2）核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定。 （3）当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就能释放核能。例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能。 考点10 质量亏损与核能 1. 质量亏损：核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。 2. 核能：核反应中放出的能量叫核能。 3. 质能方程：，该式表明物体的能量和质量之间存在着密切的联系。 质能方程的另一个表达形式是：。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。 技巧07 核能的计算方法 （1）根据质量亏损计算 ①根据爱因斯坦质能方程计算。其中的单位是千克，的单位是焦耳。 ②利用原子质量单位和电子伏特计算。 1原子质量单位相当于的能量，，其中的单位为，的单位为。 （2）利用平均结合能来计算 原子核的结合能=核子的平均结合能×核子数。 （3）利用核反应前后结合能之差来计算 核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放(或吸收)的核能。 考点11 基本粒子 1、 常见基本粒子及其分类 【知识清单02】核心考点突破 核心考点—光电效应的理解 1. 光电管现象分析 电压情况 内容 图例 光电管加正向电压 P右移时，参与导电的光电子数增加；P移到某一位置时，所有逸出的光电子恰好都参与了导电，光电流恰好达到最大值；P再右移时,光电流不再增大。 光电管加反向电压 P右移时，参与导电的光电子数减少；P移到某一位置时，所有逸出的光电子恰好都不参与导电，光电流恰好为0，此时光电管两端加的电压为遏止电压；P再右移时,光电流始终为0。 2. 基本概念理解： （1）光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。这个现象称为光电效应，这种电子常称为光电子。 （2）逸出功：要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功，做功的最小值叫作这种金属的逸出功，用表示。不同种类的金属，其逸出功 的大小也不相同。 （3）截止频率 （4）遏止电压：使光电流减小到0的反向电压称为遏止电压。 （5）饱和光电流I：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流。随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。 （6）最大初动能EK：电子吸收光子能量后,一部分克服阻碍作用做功,剩余部分转化为光电子的初动能,只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能,对于确定的金属，W0是一定的,所以光电子的最大初动能只随照射光频率的增大而增大,与照射光强度无关。 3. 光电效应的规律 每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应。 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。 光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过。 当入射光的频率大于截止频率时，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比。 4、光电效应方程：。 ①hν为光子的能量； ②W0为逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服原子核引力所做的功的最小值； ③Ek为光电子的最大初动能，即发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。 【注意】：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能。 技巧08 光电效应的两条对应关系 （1）光越强（一定频率）→光子数目越多→发射光电子越多→饱和光电流越大。 （2）光子频率越高→光子能量越大→光电子的最大初动能越大。 注：单色光的强度I＝nhν，其中n是单位时间射到单位面积上的单色光光子数。 技巧09 光电效应定量分析三个关系式： （1）爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。 （2）最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc。 （3）逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc。 技巧10 对光电效应方程的理解： 光电效应方程实质上是能量守恒方程。能量为的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能。 光电效应方程包含了产生光电效应的条件。若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即，亦即，，而恰好是光电效应的截止频率。 方程中的是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是范围内的任何数值。 15 / 25 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $