1
K 3 K 2
P 1 V 1 C C ? P 0 V 0 F G I
H K 1 p 0
热学
1.（第20届全国中学生物理竞赛复赛第二题）（15分）U 形管的两支管 A 、B 和水平管C 都是由内径均匀的细玻璃管做成的，它们的内径与管长相比都可忽略不计．己知三部分的截面积分别为 2A 1.010S -=?cm 2，2B 3.010S -=?cm 2，2C
2.010S -=?cm 2，在 C 管中有一段空气柱，两侧被水银封闭．当温度为127t =℃时，空气柱长为l ＝30 cm （如图所示），
C 中气柱两侧的水银柱长分别为 a ＝2.0cm ，b ＝3.0cm ，A 、B
两支管都很长，其中的水银柱高均为h ＝12 cm ．大气压强保持
为 0p ＝76 cmHg 不变．不考虑温度变化时管和水银的热膨胀．试
求气柱中空气温度缓慢升高到 t ＝97℃时空气的体积．
2.（第21届全国中学生物理竞赛复赛第一题）(20分)薄膜材料气密性能的优劣常用其透气系数来
加以评判．对于均匀薄膜材料，在一定温度下，某种气体通过薄膜渗透过的气体分子数d
PSt k N ?=，其中t 为渗透持续时间，S 为薄膜的面积，d 为薄膜的厚度，P ?为薄膜两侧气体的压强差．k 称为该薄膜材料在该温度下对该气体的透气系数．透气系数愈小，材料的气密
性能愈好． 图为测定薄膜材料对空气的透气系数的一种实验装置示意图．EFGI 为
渗透室，U 形管左管上端与渗透室相通，右管上端封闭；U 形管内横截面积
A ＝0.150cm 2．实验中，首先测得薄膜的厚度d =0.66mm ，再将薄膜固定于图中C C '处，从而把渗透室分为上下两部分，上面部分的容积30cm 00.25=V ，下面部分连同U 形管左管水面以上部分的总容积为V 1，薄
膜能够透气的面积S =1.00cm 2．打开开关K 1、K 2与大气相通，大气的压强P 1＝1.00atm ，此时U 形管右管中气柱长度cm 00.20=H ，31cm 00.5=V ．关
闭K 1、K 2后，打开开关K 3，对渗透室上部分迅速充气至气体压强atm 00.20=P ，
关闭K 3并开始计时．两小时后， U 形管左管中的水面高度下降了
cm 00.2=?H ．实验过程中，始终保持温度为C 0ο．求该薄膜材料在C
0ο时对空气的透气系数．（本实验中由于薄膜两侧的压强差在实验过程中不能
保持恒定，在压强差变化不太大的情况下，可用计时开始时的压强差和计时结束时的压强差的平均
值P ?来代替公式中的P ?．普适气体常量R = 8.31Jmol -1K -1，1.00atm = 1.013×105Pa ）．
3.（第22届全国中学生物理竞赛复赛第三题）(22分) 如图
所示，水平放置的横截面积为S 的带有活塞的圆筒形绝热容器
中盛有1mol 的理想气体．其内能CT U =，C 为已知常量，T
为热力学温度．器壁和活塞之间不漏气且存在摩擦，最大静摩
2 擦力与滑动摩擦力相等且皆为F ．图中r 为电阻丝，通电时可对气体缓慢加热．起始时，气体压强与外界大气压强p0相等，气体的温度为T0．现开始对r 通电，已知当活塞运动时克服摩擦力做功所产生热量的一半被容器中的气体吸收．若用Q 表示气体从电阻丝吸收的热量，T 表示气体的温度，试以T 为纵坐标，Q 为横坐标，画出在Q 不断增加的过程中T 和Q 的关系图线．并在图中用题给的已知量及普适气体常量R 标出反映图线特征的各量（不要求写出推导过程）．
4.（第23届全国中学生物理竞赛复赛第三题）（23分）有一带活塞的气缸，如图1所示。缸内盛有一定质量的气体。缸内还有一可随轴转动的叶片，转轴伸到气缸外，外界可使轴和叶片一起转动，叶片和轴以及气缸壁和活塞都是
绝热的，它们的热容量都不计。轴穿过气缸处不漏气。
如果叶片和轴不转动，而令活塞缓慢移动，则在这种过程中，
由实验测得，气体的压强p 和体积V 遵从以下的过程方程式
k pV
a =
图1
其中a ,k 均为常量, a ＞1（其值已知）。可以由上式导出，在此过程中外界对气体做的功为 ??
????--=--1112111a a V V a k W 式中2V 和1V ,分别表示末态和初态的体积。
如果保持活塞固定不动，而使叶片以角速度ω做匀角
速转动，已知在这种过程中，气体的压强的改变量p ?和经
过的时间t ?遵从以
下的关系式
ω?-=??L V
a t p 1 图2 式中V 为气体的体积，L 表示气体对叶片阻力的力矩的大小。
上面并没有说气体是理想气体，现要求你不用理想气体的状态方程和理想气体的内能只与温度有关的知识，求出图2中气体原来所处的状态A 与另一已知状态B 之间的内能之差（结果要用状态A 、B 的压强A p 、B p 和体积A V 、B V 及常量a 表示）
5.（第24届全国中学生物理竞赛复赛第三题）（20分）如图所示，一容器左侧装有活门1K ，右侧
3 装有活塞B ，一厚度可以忽略的隔板M 将容器隔成a 、b 两室，M 上装有活门2K 。容器、隔板、活塞及活门都是绝热的。隔板和活塞可用销钉固定，拔掉销钉即可在容器内左右平移，移动时不受摩擦作用且不漏气。整个容器置于压强为P 0、温度为T 0的大气中。初始时将活塞B 用销钉固定在图示的位置，隔板M 固定在容器PQ 处，使a 、b 两室体积都等于V 0；1K 、2K 关闭。此时，b 室真空，a 室装有一定量的空气（容器内外气体种类相同，且均可视为理想气体），其压强为4P 0/5，温度为
T 0。已知1mol 空气温度升高1K 时内能的增量为C V ，普适气体常量为R 。
1.现在打开1K ，待容器内外压强相等时迅速关闭1K （假定此过程中处在容器内的气体与处在容器外的气体之间无热量交换），求达到平衡时，a 室中气体的温度。
2.接着打开2K ，待a 、b 两室中气体达到平衡后，关闭2K 。拔掉所有销钉，缓慢推动活塞B 直至到过容器的PQ 位置。求在推动活塞过程中，隔板对a 室气体所作的功。已知在推动活塞过程中，气体的压强P 与体积V 之间的关系为V V C R
C PV +＝恒量。
6.（第25届全国中学生物理竞赛复赛第四题）（20分）图示为低温工程中常
用的一种气体、蒸气压联合温度计的原理示意图，M 为指针压力表，以V M
表示其中可以容纳气体的容积；B 为测温饱，处在待测温度的环境中，以V B
表示其体积；E 为贮气容器，以V E 表示其体积；F 为阀门。M 、E 、B 由体积
可忽略的毛细血管连接。在M 、E 、B 均处在室温T 0=300K 时充以压强
50 5.210p Pa =?的氢气。假设氢的饱和蒸气仍遵从理想气体状态方程。现
考察以下各问题：
（1）关闭阀门F ，使E 与温度计的其他部分隔断，于是M 、B 构成一简易的气体温度计，用它可测量25K 以上的温度， 这时B 中的氢气始终处在气态，M 处在室温中。试导出B 处的温度T 和压力表显示的压强p 的关系。除题中给出的室温T 0时B 中氢气的压强P 0外，理论上至少还需要测量几个已知温度下的压强才能定量确定T 与p 之间的关系？
(2)开启阀门F ，使M 、E 、B 连通，构成一用于测量20～25K 温度区间的低温的蒸气压温度计，此时压力表M 测出的是液态氢的饱和蒸气压。由于饱和蒸气压与温度有灵敏的依赖关系，知道了氢的饱和蒸气压与温度的关系，通过测量氢的饱和蒸气压，就可相当准确地确定这一温区的温度。在设计温度计时，要保证当B 处于温度低于25V T K =时，B 中一定要有液态氢存在，而当温度高于25V T K =时，B 中无液态氢。到达到这一目的，
M E V V +与V B 间应满足怎样的关系？已知25V T K =
4
时，液态氢的饱和蒸气压53.310V p Pa =?。
(3)已知室温下压强51 1.0410p Pa =?的氢气体积是同质量的液态氢体积的800倍，试论证蒸气压温
度计中的液态气不会溢出测温泡B 。
7. （第26届全国中学生物理竞赛复赛第四题）（20分）火箭通过高速喷射燃气产生推力。设温度T 1、压强p 1的炽热高压气体在燃烧室内源源不断生成，并通过管道由狭窄的喷气口排入气压p 2的环境。假设燃气可视为理想气体，其摩尔质量为μ，每摩尔燃气的内能为u =c V T （c V 是常量，T 为燃气的绝对温度）。在快速流动过程中，对管道内任意处的两个非常靠近的横截面间的气体，可以认为它与周围没有热交换，但其内部则达到平衡状态，且有均匀的压强p 、温度T 和密度ρ，它们的数值随着流动而不断变化，并满足绝热方程C pV
V V c R c =+（恒量），式中R 为普适气体常量，求喷气口处气体的温度与相对火箭的喷射速率。
8. （第27届全国中学生物理竞赛复赛第七题）（15分）地球上的能量从源头上说来自太阳辐射到达地面的太阳辐射（假定不计大气对太阳辐射的吸收）一部分被地球表面反射到太空，其余部分被地球吸收．被吸收的部分最终转换成为地球热辐射（红外波段的电磁波）．热辐射在向外传播过程中，其中一部分会被温室气体反射回地面，地球以此方式保持了总能量平衡。作为一个简单的理想模型，假定地球表面的温度处处相同，且太阳和地球的辐射都遵从斯忒蕃一玻尔兹曼定律：单位面积的辐射功率 J 与表面的热力学温度 T 的四次方成正比，即 J=σT4 ,其中σ是一个常量．已知太阳表面温度Ts=5.78×103 K ，太阳半径 Rs=6.69×105 km ,地球到太阳的平均距离d=1.50×108 km ．假设温室气体在大气层中集中形成一个均匀的薄层，并设它对热辐射能量的反射率为ρ=0.38 .
1．如果地球表面对太阳辐射的平均反射率α=0.30 ，试问考虑了温室气体对热辐射的反射作用后，地球表面的温度是多少？
2．如果地球表面一部分被冰雪覆盖，覆盖部分对太阳辐射的反射率为α1=0.85 ，其余部分的反射率处α2=0.25 ．间冰雪被盖面占总面积多少时地球表面温度为 273K .
9.（第28届全国中学生物理竞赛复赛第六题）
（20分）图示为圆柱形气缸，气缸壁绝热，
气缸的右端有一小孔和大气相通，大气的压
强为p0。用一热容量可忽略的导热隔板N 和
一绝热活塞M 将气缸分为A 、B 、C 三室，
隔板与气缸固连，活塞相对气缸可以无摩擦
地移动但不漏气，气缸的左端A 室中有一电
5
加热器Ω。已知在A 、B 室中均盛有1摩尔同种理想气体，电加热器加热前，系统处于平衡状态，A 、B 两室中气体的温度均为T0，A 、B 、C 三室的体积均为V0。现通过电加热器对A 室中气体缓慢加热，若提供的总热量为Q0，试求B 室中气体末态体积和A 室中气体的末态温度。设A 、B 两室中气体1摩尔的内能U=5/2RT 。R 为普适恒量，T 为热力学温度。
10.（第29届全国中学生物理竞赛复赛第六题）（15分）如图所示，
刚性绝热容器A 和B 水平放置，一根带有绝热阀门和多孔塞的绝
热刚性细短管把容器A 、B 相互连通。初始时阀门是关闭的，A 内
装有某种理想气体，温度为1T ；B 内为真空。现将阀门打开，气
体缓慢通过多孔塞后进入容器B 中。当容器A 中气体的压强降到
与初始时A 中气体压强之比为α时，重新关闭阀门。设最后留在
容器A 内的那部分气体与进入容器B 中的气体之间始终无热量交换，求容器B 中气体质量与气体总质量之比。已知：1摩尔理想气体的内能为CT u =，其中C 是已知常量，T 为绝对温度；一定质量的理想气体经历缓慢的绝热过程时，其压强p 与体积V 满足过程方程
常量=+C R C pV ，其中R 为
普适气体常量。重力影响和连接管体积均忽略不计。
11.（第30届全国中学生物理竞赛复赛第六题）（15分）温度开关用厚
度均为0.20 mm 的钢片和青铜片作感温元件；在温度为20C ?时，将它
们紧贴，两端焊接在一起，成为等长的平直双金属片. 若钢和青铜的线
膨胀系数分别为51.010-?/度和52.010-?/度. 当温度升高到120C ?时，
双金属片将自动弯成圆弧形，如图所示. 试求双金属片弯曲的曲率半径.
(忽略加热时金属片厚度的变化. )
光学
1.（第20届全国中学生物理竞赛复赛第四
题）(20分)如图所示，一半径为R 、折射
率为n 的玻璃半球，放在空气中，平表面
中央半径为0h 的区域被涂黑．一平行光束
垂直入射到此平面上，正好覆盖整个表
面．Ox 为以球心O 为原点，与平而垂直
6 的坐标轴．通过计算，求出坐标轴Ox 上玻璃半球右边有光线通过的各点（有光线段）和无光线通过的各点（无光线段）的分界点的坐标．
2、（第21届全国中学生物理竞赛复赛第四题）(20分)目前，大功率半导体激光器的主要结构形式是由许多发光区等距离地排列在一条直线上的长条状，通常称为激光二极管条．但这样的半导体激光器发出的是很多束发散光束，光能分布很不集中，不利于传输和应用．为了解决这个问题，需要根据具体应用的要求，对光束进行必需的变换（或称整形）．如果能把一个半导体激光二极管条发出的光变换成一束很细的平行光束，对半导体激光的传输和应用将是非常有意义的．为此，有人提出了先把多束发散光会聚到一点，再变换为平行光的方案，其基本原理可通过如下所述的简化了的情况来说明．
如图，S 1、S 2、S 3 是等距离（h ）地排列在一
直线上的三个点光源，各自向垂直于它们的连线的
同一方向发出半顶角为α =arctan ()41的圆锥形光
束．请使用三个完全相同的、焦距为f = 1.50h 、半径为r =0.75 h 的圆形薄凸透镜，经加工、组装成
一个三者在同一平面内的组合透镜，使三束光都能
全部投射到这个组合透镜上，且经透镜折射后的光
线能全部会聚于z 轴（以S 2为起点，垂直于三个点光源连线，与光束中心线方向相同的射线）上距离S 2为 L = 12.0 h 处的P 点．（加工时可对透镜进行外形的改变，但不能改变透镜焦距．）
（1）求出组合透镜中每个透镜光心的位置．
（2）说明对三个透镜应如何加工和组装，并求出有关数据．
3.（第22届全国中学生物理竞赛复赛第六题）（25分）
两辆汽车A 与B ，在t = 0时从十字路口O 处分别以速度vA
和vB 沿水平的、相互正交的公路匀速前进，如图所示．汽
车A 持续地以固定的频率v0鸣笛，求在任意时刻t 汽车B
的司机所检测到的笛声频率．已知声速为u ，且当然有u > vA 、
vB ．
4.（第23届全国中学生物理竞赛复赛第六题）
（23分）有一种被称为直视分光镜的光谱学仪
器。所有光学元件均放在一直长圆筒内。筒内L S 1 S 3 P α α S 2 α h h z v B v A
B A O
7
有：三个焦距分别为1f 、2f 和3f 的透镜1L ,2L ,3L ，321f f f >=；观察屏P ，它是一块带有刻度的玻璃片；由三块形状相同的等腰棱镜构成的 图1
分光元件（如图1所示），棱镜分别用折射率不同的玻璃制成，两侧棱镜的质料相同，中间棱镜则与它们不同，棱镜底面与圆筒轴平行。圆筒的一端有一与圆筒轴垂直的狭缝，它与圆筒轴的交点为S ，缝平行于棱镜的底面．当有狭缝的一端对准筒外的光源时，位于圆筒另一端的人眼可观察到屏上的光谱。
已知：当光源是钠光源时，它的黄色谱线（波长为589.3 nm ，称为D 线）位于圆筒轴与观察屏相
交处。制作棱镜所用的玻璃，一种为冕牌玻璃，它对钠D 线的折射率D n ＝1.5170;另一种为火石玻璃，它对钠D 线的折射率D n '=1.7200。
1.试在图2中绘出圆筒内诸光学元件相对位置的示意图并说出各元件的作用。
2.试论证三块棱镜各应由何种玻璃制成并求出三棱镜的顶角α的数值。
图2
5.（第24届全国中学生物理竞赛复赛第六题）（25分）图1所示为杨氏双缝干涉实验的示意图，取纸面为yz 平面。y 、z 轴的方向如图所示。线光源S 通过z 轴，双缝S 1、S 2对称分布在z 轴两侧，它们以及屏P 都垂直于纸面。双缝间的距离为d ，光源S 到双缝的距离为l ，双缝到屏的距离为D ，D d <<，l d <<。
1.从z 轴上的线光源S 出发经S 1、S 2不同路径到P0点的光程差为零，相干的结果产生一亮纹，称为零级亮纹。为了研究有一定宽度的扩展光源对于干涉条纹清晰度的影响，我们先研究位于轴外的线光源S ′形成的另一套干涉条纹，S ′位于垂直于z 轴的方向上且与S 平行，两者相距s δ，则由线光源S ′出发分别经S 1、S 2产生的零级亮纹'0P ，'
0P 与P 0的距离___________________________________=y δ
2.当光源宽度为ω的扩展光源时，可将扩展光源看作由一系列连续的、彼此独立的、非相干的线光源组成。这样，各线光源对应的干涉条纹将彼此错开，在屏上看到的将是这些干涉条纹的光强相加的结果，干涉条纹图像将趋于模糊，条纹的清晰度下降。假设扩展光源各处发出的光强相同、波长皆为λ。当ω增大导致零级亮纹的亮暗将完全不可分辨，则此时光源的宽度______________________________=ω
3.在天文观测中，可用上述干涉原理来测量星体的微小角直径。遥远星体上每一点发出的光到达地球处都可视为平行光，从星体相对的两边缘点发来的两组平行光之间的夹角θ就是星体的角直
8
径。遥远星体的角直径很小，为测量如些微小的角直径，迈克尔逊设计了测量干涉仪，其装置简化为图2所示。M1、M2、M3、M4是四个平面反射镜，它们两两平行，对称放置，与入射光（a 、 a ′）方向成45°角。S1和S2是一对小孔，它们之间的距离是d 。M1和M2可以同步对称调节来改变其中心间的距离h 。双孔屏到观察屏之间的距离是D 。a 、 a ′和b 、 b ′分别是从星体上相对着的两边缘点发来的平行光束。设光线a 、 a ′垂直双孔屏和像屏，星光的波长是λ，试导出星体上角直径θ的计算式。
注：将星体作圆形扩展光源处理时，研究扩展光源的线度对于干涉条纹图像清晰度的影响会遇到数学困难，为简化讨论，本题拟将扩展光源作宽度为ω的矩形光源处理。
图1
6.（第25届全国中学生物理竞赛复赛第七题）（20分）在地面上方垂直于太阳光的入射方向，放置一半径R=0.10m 、焦距f=0.50m 的薄凸透镜，在薄透镜下方的焦面上放置一黑色薄圆盘（圆盘中心与透镜焦点重合），于是可以在黑色圆盘上形成太阳的像。已知黑色圆盘的半径是太阳像的半径的两倍。圆盘的导热性极好，圆盘与地面之间的距离较大。设太阳向外辐射的能量遵从斯特藩—玻尔兹曼定律：在单位时间内在其单位表面积上向外辐射的能量为4W T σ=，式中σ为斯特藩—玻尔兹曼
常量，T 为辐射体表面的的绝对温度。对太而言，取其温度35.5010s t C =?o 。大气对太阳能的吸收
率为0.40α=。又设黑色圆盘对射到其上的太阳能全部吸收，同时圆盘也按斯特藩—玻尔兹曼定律向外辐射能量。如果不考虑空气的对流，也不考虑杂散光的影响，试问薄圆盘到达稳定状态时可能达到的最高温度为多少摄氏度？
9
7.（第26届全国中学生物理竞赛复赛第五题）（20分）内半径为R 的直立圆柱器皿内盛水银，绕圆柱轴线匀速旋转（水银不溢，皿底不露），稳定后的液面为旋转抛物面。若取坐标原点在抛物面的最低点，纵坐标轴z 与圆柱器皿的轴线重合，横坐标轴r 与z 轴垂直，则液面的方程为22
2r g z ω=，
式中ω为旋转角速度，g 为重力加速度（当代已使用大面积的此类旋转水银液面作反射式天文望远镜）。
观察者的眼睛位于抛物面最低点正上方某处，保持位置不变，然后使容器停转，待液面静止后，发现与稳定旋转时相比，看到的眼睛的像的大小、正倒都无变化。求人眼位置至稳定旋转水银面最低点的距离。
8.（第27届全国中学生物理竞赛复赛第八题）（20分）正午时
太阳的入射光与水平面的夹角θ=450 ．有一座房子朝南的墙上有
一个直径 W =10cm 的圆窗，窗口中心距地面的高度为 H ．试设
计一套采光装置，使得正午时刻太阳光能进人窗口，并要求进入
的光为充满窗口、垂直墙面、且光强是进人采光装置前 2 倍的平
行光．可供选用的光学器件如下：一个平面镜，两个凸透镜，两
个凹透镜；平面镜的反射率为 80 % ，透镜的透射率为 70 % ，
忽略透镜表面对光的反射．要求从这些器件中选用最少的器件组
成采光装置．试画出你所设计的采光装置中所选器件的位置及该装置的光路图，并求出所选器件的最小尺寸和透镜焦距应满足的条件.
9.（第28届全国中学生物理竞赛复赛第七题）（20分）如图所示，L 是一焦距为2R 的薄凸透镜，MN 为其主光轴。在L 的右侧与它共轴地放置两个半径皆为R 的很薄的球面镜A 和B 。每个球面镜的凹面和凸面都是能反光的镜面。A 、B 顶点间的距离为R 2
3。在B 的顶点C 处开有一个透光的小圆孔（圆心为C ），圆孔的直径为h 。现于凸透镜L 左方距L 为6R 处放一与主轴垂直的高度也为h （h< 10 1、 像I 与透镜L 的距离等于___________。 2、 形成像I 的光线经A 反射，直接通过小孔后经L 所成的像I 1与透镜L 的距离等于 _____________________。 3、 形成像I 的光线经A 反射，再经B 反射，再经A 反射，最后通过L 成像I2，将I2的有关信息填 在下表中： 4 、 物PQ 发出的光经L 后未进入B 上的小圆孔C 的那一部分最后通过L 成像I3，将I3的有关信息 填在下表中： 10.（第29届全国中学生物理竞赛复赛第七题）（16分）图中1L 为一薄凸透镜，Q 为高等于 2.00cm 与光轴垂直放置的线状物，已知Q 经1L 成一实像，像距为40.0cm 。现于1L 的右方依次放置 薄凹透镜2L 、3L 和薄凸透镜4L 以及屏P ，它们之间的距离如图所示，所有的透镜都共轴，屏与光 轴垂直，2L 、3L 焦距的大小均为15.0cm 。已知物Q 经上述四个透镜最后在屏上成倒立的实像，像高为0.500cm 。 11 1、1L 焦距的大小为 cm ，4L 焦距的大小为 cm 。 2、现保持Q 、1L 、4L 和P 位置不变，而沿光轴平移2L 、3L ，最后在屏上成倒立的实像，像高为 1.82cm ，此时2L 和1L 的距离为 cm ，3L 和4L 的距离为 cm 。 最后保留结果至小数点后一位。 11.（第30届全国中学生物理竞赛复赛第七题）（20分） 一斜劈形透明介质劈尖，尖角为θ，高为h . 今以尖角 顶点为坐标原点，建立坐标系如图(a)所示；劈尖斜面实 际上是由一系列微小台阶组成的，在图(a)中看来，每一 个小台阶的前侧面与xz 平面平行，上表面与yz 平面平行. 劈尖介质的 折射率n 随x 而变化，()1n x bx =+，其中常数0b >. 一束波长为λ的 单色平行光沿x 轴正方向照射劈尖；劈尖后放置一薄凸透镜，在劈尖 与薄凸透镜之间放一档板，在档板上刻有一系列与z 方向平行、沿y 方向排列的透光狭缝，如图(b)所示. 入射光的波面（即与平行入射 光线垂直的平面）、劈尖底面、档板平面都与x 轴垂直，透镜主光轴 为x 轴. 要求通过各狭缝的透射光彼此在透镜焦点处得到加强而形 成亮纹. 已知第一条狭缝位于y =0处；物和像之间各光线的光程相等. 1. 求其余各狭缝的y 坐标； 2. 试说明各狭缝彼此等距排列能否仍然满足上述要求. 近代物理学 1.（第21届全国中学生物理竞赛复赛第三题）(15分)μ子在相对自身静止的惯性参考系中的平均寿命s 100.260-?≈τ．宇宙射线与大气在高空某处发生核反应产生一批μ子，以v = 0.99c 的速度（c 为真空中的光速）向下运动并衰变．根据放射性衰变定律，相对给定惯性参考系，若t = 0时刻的粒子数为N (0), t 时刻剩余的粒子数为N (t )，则有()()τt N t N -=e 0，式中τ为相对该惯性系粒子的平均寿命．若能到达地面的μ子数为原来的 5％，试估算μ子产生处相对于地面的高度h ．不考虑重力和地磁场对μ子运动的影响． 12 2.（第22届全国中学生物理竞赛复赛第四题）（23分）封闭的车厢中有一点光源S ，在距光源l 处有一半径为r 的圆孔，其圆心为O 1，光源一直在发光，并通过圆孔射出．车厢以高速v 沿固定在水平地面上的x 轴正方向匀速运动，如图所示．某一时刻，点光源S 恰位于x 轴的原点O 的正上方，取此时刻作为车厢参考系与地面参考系的时间零点．在地面参考系中坐标为x A 处放一半径为R （R >r ）的不透光的圆形挡板，板面与圆孔所在的平面都与x 轴垂直．板的圆心O 2 、S 、、O 1都等高，起始时刻经圆孔射出的光束会有部分从挡板周围射到挡板后面的大屏幕（图中未画出）上．由于车厢在运动，将会出现挡板将光束完全遮住，即没有光射到屏上的情况．不考虑光的衍射．试求： （1）车厢参考系中（所测出的）刚出现这种情况的时刻． （2）地面参考系中（所测出的）刚出现这种情况的时刻． 3.（第23届全国中学生物理竞赛复赛第七 题）（16分）串列静电加速器是加速质子、 重离子进行核物理基础研究以及核技术应 用研究的设备，右图是其构造示意图。S 是 产生负离子的装置，称为离子源；中间部分 N 为充有氮气的管道，通过高压装置H 使其对地有61000.5?V 的高压。现将氢气通人离子源S ，S 的作用是使氢分子变为氢原子，并使氢原子粘附上一个电子，成为带有一个电子电量的氢负离子。氢负离子（其初速度为0)在静电场的作用下，形成高速运动的氢负离子束流，氢负离子束射入管道N 后将与氮气分子发生相互作用，这种作用可使大部分的氢负离子失去粘附在它们上面的多余的电子而成为氢原子，又可能进一步剥离掉氢原子的电子使它成为质子。已知氮气与带电粒子的相互作用不会改变粒子的速度。质子在电场的作用下由N 飞向串列静电加速器的终端靶子T 。试在考虑相对论效应的情况下，求质子到达T 时的速度v 。 电子电荷量191060.1-?=q C ，质子的静止质量27010673.1-?=m kg 。 4.（第24届全国中学生物理竞赛复赛第七题）（20分）今年是我国著名物理学家、曾任浙江大学物理系主任的王淦昌先生诞生一百周年。王先生早在1941年就发表论文，提出了一种探测中微子的方 案：Be 7原子核可以俘获原子的K 层电子而成为Li 7的激发态* 7)(Li ，并放出中微子（当时写作η） η+→+*77)(Li e Be 而* 7)(Li 又可以放出光子γ而回到基态Li 7 γ+→Li Li 7*7)( 由于中微子本身很难直接观测，能过对上述过程相关物理量的测量， 就可以确定中微子的存在， 13 1942年起，美国物理学家艾伦（R.Davis ）等人根据王淦昌方案先后进行了实验，初步证实了中微子的存在。1953年美国人莱因斯（F.Reines ）在实验中首次发现了中微子，莱因斯与发现轻子的美国物理学家佩尔（M.L.Perl ）分享了1995年诺贝尔物理学奖。 现用王淦昌的方案来估算中微子的质量和动量。若实验中测得锂核（Li 7）反冲能量（即Li 7的动能）的最大值ev E R 6.56=，γ光子的能量Mev h 48.0=γ。已知有关原子核和电子静止能量的 数据为Mev c m Li 84.65332=；Mev c m Be 19.65342=；Mev c m e 51.02=。设在第一个过程中，Be 7核是静止的，K 层电子的动能也可忽略不计。试由以上数据，算出的中微子的动能ηP 和静止质量ηm 各为多少？ 5. （第25届全国中学生物理竞赛复赛第八题）（20分）质子数与中子数互换的核互为镜像核，例如3He 是3H 的镜像核，同样3H 是3He 的镜像核。已知3 H 和3He 原子的质量分别是3 3.016050H m u =和3 3.016029He m u =，中子和质子质量分别是 1.008665n m u =和1.007825p m u =，2931.51u MeV c = ，式中c 为光速，静电力常量2 1.44k MeV fm e =?，式中e 为电子的电荷量。 1、试计算3H 和3He 的结合能之差为多少MeV 。 2、已知核子间相互作用的“核力”与电荷几乎没有关系，又知质子和中子的半径近似相等，试说明上面所求的结合能差主要是由什么原因造成的。并由此结合能之差来估计核子半径r N 。 3、实验表明，核子可以被近似地看成是半径r N 恒定的球体；核子数A 较大的原子核可以近似地被看成是半径为R 的球体。根据这两点，试用一个简单模型找出R 与A 的关系式；利用本题第2问所求得的r N 的估计值求出此关系式中的系数；用所求得的关系式计算208Pb 核的半径pb R 。 6（第26届全国中学生物理竞赛复赛第六题）（20分）两惯性系S′与S 初始时刻完全重合，前者相对后者沿z 轴正向以速度v 高速运动。作为光源的自由质点静止于S′系中，以恒定功率P 向四周辐射（各向同性）光子。在S 系中观察，辐射偏向于光源前部（即所谓的前灯效应）。 1．在S 系中观察，S′系中向前的那一半辐射将集中于光源前部以x 轴为轴线的圆锥内。求该圆锥的半顶角α。已知相对论速度变换关系为 2/1c v u v u u x x x '++'= 式中u x 与u x ′分别为S 与S′系中测得的速度x 分量，c 为光速。 2．求S 系中测得的单位时间内光源辐射的全部光子的总动量与总能量。 14 7.（第26届全国中学生物理竞赛复赛第七题）（20分） （1）设想光子能量为E 的单色光垂直入射到质量为M 、以速度V 沿光入射方向运动的理想反射镜（无吸收）上，试用光子与镜子碰撞的观点确定反射光的光子能量E ′。可取以下近似：12<<< E ，其中c 为光速。 （2）若在上述问题中单色光的强度为Φ，试求反射光的强度Φ′（可以近似认为光子撞击镜子后，镜子的速度仍为V ）。光的强度定义为单位时间内通过垂直于光传播方向单位面积的光子的能量。 8.（第27届全国中学生物理竞赛复赛第九题）（（ 16 分）已知粒子 1 和粒子 2 的静止质量都是 m 0 ，粒子 1 静止，粒子 2 以速度v 0与粒子 1 发生弹性碰撞． 1.若碰撞是斜碰，考虑相对论效．试论证：碰后两粒子速度方向的夹角是锐角、直角还是钝角．若不考虑相对论效应结果又如何？ 2.若碰撞是正碰，考虑相对论效应，试求碰后两粒子的速度. 9.（第28届全国中学生物理竞赛复赛第八题）（20分）有一核反应其反应式为n He H p 10323111+→+，反应中所有粒子的速度均远小于光速，试问： 1、它是吸能反应还是放能反应，反应能Q 为多少？ 2、在该核反应中，若H 31静止，入射质子的阈能T th 为多少？阈能是使该核反应能够发生的入射粒子的最小动能（相对实验室参考系）。 3、已知在该反应中入射质子的动能为1.21MeV ，若所产生中子的出射方向与质子的入射方向成60.0°角，则该中子的动能Tn 为多少？ 已知p 11、n 10、H 31核、He 32核的静止质量分别为：m P =1.007276u ，m n =1.008665u ，m 3H =3.015501u ，m 3He =3.014932u ，u 是原子质量单位，1u 对应的能量为931.5MeV 。结果取三位有效数字。 15 10.（第29届全国中学生物理竞赛复赛第八题）（18分）如图所示，竖直固定平行放置的两条相同长直导线1和2相距为a （a <<长直导线的长度），两导线中通有方向和大小都相同的稳恒电流，电流方向向上。导线中正离子都是静止的，每单位长度导线中正离子的电荷量为λ；形成电流的导电电子以速度0v 沿导线向下匀速运动，每单位长度导线中导电电子的电荷量为λ-。已知：单位长度电荷量为η的无限长均匀带电直导线在距其距离为r 处产生的电场的强度大小为r k E e η2=，其中e k 是常量；当无限长直导线通有稳恒电流I 时，电流在距导线距离为r 处产生磁场的磁感应强度大小为r I k B m 2=，其中m k 是常量。试利用狭义相对论中的长度收缩公式求常量e k 和m k 的比值。 提示：忽略重力；正离子和电子的电荷量与惯性参照系的选取无关；真空中的光速为c 。 11.（第30届全国中学生物理竞赛复赛第八题）（20分）光子被电子散射时，如果初态电子具有足够的动能，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射. 当低能光子与高能电子发生对头碰撞时，就会出现逆康普顿散射. 已知电子静止质量为e m ，真空中的光速 为 c . 若能量为e E 的电子与能量为E γ的光子相向对碰， （1） 求散射后光子的能量； （2） 求逆康普顿散射能够发生的条件； (3) 如果入射光子能量为2.00 eV ，电子能量为 1.00′109 eV ，求散射后光子的能量. 已知 m e =0.511′106 eV /c 2. 计算中有必要时可利用近似：如果1x << ?1-12x . 近年高考（及模拟）光学、近代物理试题选 1．下面说法正确的是 A.光子射到金属表面时，可能有电子发出 B.光子射到金属表面时，一定有电子发出 C.电子轰击金属表面时，可能有光子发出 D.电子轰击金属表面时，一定没有光子发出 2.处于基态的一群氢原子受某种单色光的照射时， 只发射波长为1λ、2λ、3λ的三种单色光，且 1λ>2λ>3λ，则照射光的波长为 A ．1λ B ．1λ+2λ+3λ C ．3232λλλλ+ D ．2121λλλλ+ 3．K －介子衰变的方程为：K －→π－＋π0，其中K －介子和π－介子带负的基元电荷，π 0介子不带电。一个K －介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中， 其轨迹为圆弧AP ，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB ，两轨 迹在P 点相切，它们的半径R K -与R π-之比为2︰1。π0介子的轨 迹未画出。由此可知π－的动量大小与π0的动量大小之比为 A 1︰1 B 1︰2 C 1︰3 D 1︰6 4．如图，当电键K 断开时，用光子能量为2.5eV 的一束光照 射阴极P ，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑线变阻器， 发现当电压表读数小于0.60V 时，电流表读数仍不为零；当电压 表读数大于或等于0.60V 时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的 逸出功为 A 1.9eV B 0.6eV C 2.5eV D 3.1eV 5．下列说法中正确的是 A 质子与中子的质量不等，但质量数相等 B 两个质子间，不管距离如何，核力总是大于库仑力 C 同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同 D 除万有引力外，两个中子之间不存在其它相互作用力 6．用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应，现将该单色光的光强减弱，则 A 光电子的最大初动能不变 B 光电子的最大初动能减少 C 单位时间内产生的光电子数减少 D 可能不发生光电效应 7．铀裂变的产物之一氪90（9036Kr ）是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆 90（90 40Zr ），这些衰变是 A 1次α衰变，6次β衰变 B 4 次β衰变 C 2次α衰变 D 2次α衰变，2次β衰变 8．如图，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从空气 射向柱体的O 点（半圆的圆心），产生反射光束1和透射光束2，已 知玻璃折射率为3，入射解为45°（相应的折射角为24°），现保 持入射光不变，将半圆柱绕通过O 点垂直于图面的轴线顺时针转过 15°，如图中虚线所示，则 A 光束1转过15° B 光束1转过30° 大学物理热学总结 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 大学物理热学总结 (注：难免有疏漏和不足之处，仅供参考。 ) 教材版本：高等教育出版社《大学物理学》热力学基础 1、体积、压强和温度是描述气体宏观性质的三个状态参量。 ①温度：表征系统热平衡时宏观状态的物理量。摄氏温标，t表示，单位摄氏度（℃）。热力学温标，即开尔文温标，T表示，单位开尔文，简称开（K）。 热力学温标的刻度单位与摄氏温标相同，他们之间的换算关系： T/K=273.15℃+ t 温度没有上限，却有下限，即热力学温标的绝对零度。温度可以无限接近0K，但永远不能达到0K。 ②压强：气体作用在容器壁单位面积上指向器壁的垂直作用力。单位帕斯卡，简称帕（Pa）。其他：标准大气压（atm）、毫米汞高（mmHg）。 1 atm =1.01325×105 Pa = 760 mmHg ③体积：气体分子运动时所能到达的空间。单位立方米（m3）、升（L） 2、热力学第零定律：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，则这两个系统也必处于热平衡。 该定律表明：处于同一热平衡状态的所有热力学系统都具有一个共同的宏观特征，这一特征可以用一个状态参量来表示，这个状态参量既是温度。3、平衡态：对于一个孤立系统（与外界不发生任何物质和能量的交换）而言，如果宏观性质在经过充分长的时间后保持不变，也就是系统的状态参量不再岁时间改变，则此时系统所处的状态称平衡态。 通常用p—V图上的一个点表示一个平衡态。（理想概念） 4、热力学过程：系统状态发生变化的整个历程，简称过程。可分为： ①准静态过程：过程中的每个中间态都无限接近于平衡态，是实际过程进行的无限缓慢的极限情况，可用p—V图上一条曲线表示。 ②非准静态过程：中间状态为非平衡态的过程。 光学 一、光的折射 1．折射定律：2．光在介质中的光速： 3．光射向界面时，并不是全部光都发生折射，一定会有一部分光发生反射。 4．真空/空气的n等于1，其它介质的n都大于1。 5．真空/空气中光速恒定，为，不受光的颜色、参考系影响。光从真空/空气中进入介质中时速度一定变小。 6．光线比较时，偏折程度大（折射前后的两条光线方向偏差大）的光折射率n大。 二、光的全反射 1．全反射条件：光由光密（n大的）介质射向光疏（n小的）介质；入射角大于或等于临界角C，其求法为。 2．全反射产生原因：由光密（n大的）介质，以临界角C射向空气时，根据折射定律，空气中的sin角将等于1，即折射角为90°；若再增大入射角，“sin空气角”将大于1，即产生全反射。 3．全反射反映的是折射性质，折射倾向越强越容易全反射。即n越大，临界角C越小，越容易发生全反射。 4．全反射有关的现象与应用：水、玻璃中明亮的气泡；水中光源照亮水面某一范围；光导纤维（n大的内芯，n小的外套，光在内外层界面上全反射） 三、光的本质与色散 1．光的本质是电磁波，其真空中的波长、频率、光速满足（频率也可能用表示），来源于机械波中的公式。 2．光从一种介质进入另一种介质时，其频率不变，光速与波长同时变大或变小。 3．将混色光分为单色光的现象成为光的色散。不同颜色的光，其本质是频率不同，或真空中的波长不同。同时，不同颜色的光，其在同一介质中的折射率也不同。 4．色散的现象有：棱镜色散、彩虹。 5．红光和紫光的不同属性汇总如下： 频率f(或ν) 真空中里的 波长λ 折射率n 同一介质中 的光速 偏折程度临界角C 红光大大大紫光大大大 原因 n越大偏折 越厉害 发生全反射光子能量发生光电效应 双缝干涉时的 条纹间距Δx 发生明显衍 射 红光大容易紫光容易大容易 原因临界角越小 越容易发生 全反射 波长越大越 有可能发生 明显衍射 四、光的干涉 1．只有频率相同的两个光源才能发生干涉。 2．光的干涉原理（同波的干涉原理）： 真空中某点到两相干光源的距离差即光程差Δs。 当时，即光程差等于半波长的奇数倍时，由于两光源对此点的作用总是步调相反，叠加后使此点振动减弱； 当时，即光程差等于波长的整数倍，半波长的偶数倍时，由于两光源对此点的作用总是步调一致，叠加后使此点振动加强。 3．杨氏双缝干涉：单色光源经过双缝形成相干光，在屏上形成明暗相间的等间距条纹。双缝间距离d、双缝到屏的距离L、光的波长λ、条纹间距Δx的关系为。 4．双缝干涉的条纹间距指的是两条相邻的明条纹中心的距离。其它条件相同时，光的波长越大，条纹间距越大，明、暗条纹本身也越粗。 5．若使用白光做双缝干涉实验，会得到彩色的条纹，中央明纹为白色。 6．薄膜干涉：光射向薄膜时，在膜的外、内表面各反射一次，两束反射光在外表面相遇发生干涉。若叠加后振动加强，则会使反射光增强，透射光减弱；若叠加后振动减弱，则会使反射光减弱，透射光增强。 7．薄膜干涉的现象与应用：彩色肥皂泡、彩色油膜；增透膜、增反膜、检查工件平整度。 五、光的衍射 光学原子物理 一、基本概念 （一）光的干涉 条件：频率相同, 振动方向相同，相位差恒定。 现象：两个相干光源发出的光在相遇的空间相互叠加时，形成明暗相间的条纹。1．双缝干涉相干光源的获取：采用“分光”的透射法。 当这两列光源到达某点的路程差： Δγ＝kλ(k=0,1,2……)出现亮条纹 Δγ＝（2k＋１）λ／2 (k=0,1,2……)暗条纹 条纹间距Δx=(L/d) λ（明纹和暗纹间距） ·用单色光作光源，产生的干涉条纹是等间距； ·用白光作光源，产生彩色干涉条纹，中央为白色条纹； 2．薄膜干涉：相干光源的获取，采用“分光”的反射法 由薄膜的前后两个表面反射后产生的两列相干光波叠加形成的干涉现象： ·入射光为单色光，可形成明暗相间的干涉条纹 ·入射光是白光，可形成彩色干涉条纹。 3．光的干涉在技术上的应用 （1）用干涉法检查平面（等间距的平行线） （2）透镜和棱镜表面的增透膜，增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的1/4 （二）光的衍射 光离开直线路径绕到障碍物阴影里的现象为称光的衍射现象。 *产生明显衍射条件：障碍物或孔的尺寸小于光波波长或和光波波长差不多。 *现象：（１）泊松亮斑（２）单缝衍射 ·单色光通过单缝时，形成中间宽且亮的条纹，两侧是明暗相间的条纹，且条纹宽度比中间窄； ·白光通过单缝时，形成中间宽的白色条纹，两侧是窄且暗的彩色条纹。 （三）光的电磁说 １．电磁波谱 a．将无线电波，红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线按频率由小到大（或波长从长到短）的顺序排列起来，组成电磁波谱； b．·无线电波是LC振荡电路中自由电子周期性运动产生 ·红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受激发后产生； ·伦琴射线是原子的内层电子受到激发后产生； ·γ射线是原子核受到激发后产生。 ２．光谱与光谱分析 光 谱 *由于每种元素都有自己的特征谱线，明线光谱或吸收光谱都含有这些特征谱线，故可根据明线光谱或吸收光谱分析，鉴别物质或确定它的化学组成。 《大学物理》课程论文 热力学基础 摘要： 热力学第一定律其实是包括热现象在内的能量转换与守恒定律。热力学第二定律则是指明过程进行的方向与条件的另一基本定律。热力学所研究的物质宏观性质，特别是气体的性质，经过气体动理论的分析，才能了解其基本性质。气体动理论，经过热力学的研究而得到验证。两者相互补充，不可偏废。人们同时发现，热力学过程包括自发过程和非自发过程，都有明显的单方向性，都是不可逆过程。但从理想的可逆过程入手，引进熵的概念后，就可以从熵的变化来说明实际过程的不可逆性。因此，在热力学中，熵是一个十分重要的概念。关键词： （1）热力学第一定律（2）卡诺循环（3）热力学第二定律（4）熵 正文： 在一般情况下，当系统状态变化时，作功与传递热量往往是同时存在的。如果有一个系统，外界对它传递的热量为Q，系统从内能为E1 的初始平衡状态改变到内能为E2的终末平衡状态，同时系统对外做功为A,那么，不论过程如何，总有： Q= E2—E1+A 上式就是热力学第一定律。意义是：外界对系统传递的热量，一部分 是系统的内能增加，另一部分是用于系统对外做功。不难看出，热力学第一定律气其实是包括热量在内的能量守恒定律。它还指出，作功必须有能量转换而来，很显然第一类永动机违反了热力学第一定律，所以它根本不可能造成的。 物质系统经历一系列的变化过程又回到初始状态，这样的周而复始的变化过程称为循环过程，或简称循环。经历一个循环，回到初始状态时，内能没有改变，这是循环过程的重要特征。卡诺循环就是在两个温度恒定的热源（一个高温热源，一个低温热源）之间工作的循环过程。在完成一个循环后，气体的内能回到原值不变。卡诺循环还有以下特征： ①要完成一次卡诺循环必须有高温和低温两个热源： ②卡诺循环的效率只与两个热源的温度有关，高温热源的温 度越高，低温热源的温度越低，卡诺循环效率越大，也就 是说当两热源的温度差越大，从高温热源所吸取的热量Q1 的利用价值越大。 ③卡诺循环的效率总是小于1的（除非T2 =0K）。 那么热机的效率能不能达到100％呢？如果不可能到达100％，最大可能效率又是多少呢？有关这些问题的研究就促进了热力学第二定律的建立。 第一类永动机失败后，人们就设想有没有这种热机：它只从一个热源吸取热量，并使之全部转变为功，它不需要冷源，也没有释放热量。这种热机叫做第二类永动机。经过无数的尝试证明，第二类永动 光学、热学、原子物理实验大全 几何光学 1 光的直线传播 光的反射和平面镜成像 1、镜面反射、漫反射 实验仪器：光具盘(J2501)、电源 教师操作：将圆形光盘卡紧在矩形光盘上，分别将平面镜、漫反射镜片用指旋螺钉紧固在圆形光盘上，旋转圆形光盘，使镜面与入射光线成一定角度，观察反射光线。 2、平面镜成像 实验仪器：平面玻璃、蜡烛两只(完全相同)、火柴、大白纸一张(8开或更大一些)、直角三角板、铅笔 教师操作：在白纸中央用直尺画一条直线，然后平放在水平桌面上，在直线的一侧点一个点A ，将平面玻璃垂直于纸面且与纸上直线重合放置，将一支蜡烛点燃竖直放在A 处，在A 点这侧看点燃蜡烛的像.将另一支未点燃的蜡烛放在直线(平面玻璃)的另一侧，缓慢移动直至未点燃的蜡烛与点燃的蜡烛的像重合，好像未点燃蜡烛也燃烧起来一样.在纸上记下未点燃蜡烛的位置.在同学们都看清楚的前提下，将点燃的蜡烛熄灭.让同学讨论看到的现象。 实验结论——平面镜成像的特点： (1)像：由物发出(或反射)的光线经光具作用为会聚的光线(或发散的光线)所形成的跟原物“相似”的图景。这里的“相似”一词与数学的相似含义不完全相同，数学中的相似是指对应处成相同的比例，而这里的“相似”有时不同对应处比例不同。例如哈哈镜中人的像与人相比相差很大，但仍认为是人的像。 (2)实像：是由实际光线会聚而形成.可用眼直接观察，可在光屏上显示，具有能量到达的地方。 (3)虚像：是实际光线的反向延长线汇聚而形成，不可在光屏上显示，只能用眼睛直接观察。 2 光的折射、全反射、色散 1、插针法测定玻璃砖的折射率(学生实验) 实验仪器：方木板、白纸、直别针、玻璃砖、刻度尺、铅笔、量角器、图钉 实验目的：应用折射定律测定玻璃的折射率，加深对折射定律的理解。 实验原理：光线射向底面平行的玻璃砖后将在玻璃砖内发生偏转，而出射光线与入射光线平行。由插针法可以确定入射光线与出射光线的路径，而由光线在玻璃砖底面上的入射点和出射点可以确定光线在玻璃砖内的传播路径，从而能测出光线射向玻璃砖的入射角i 和在玻璃砖内的折射角i ′，由n ＝sini sini ′ 即 能求出玻璃的折射率。 学生操作： (1)将一张八开的白纸，平铺在绘图板上，用图钉固定，玻璃砖平放在纸中央。取一枚直别针，紧贴玻璃砖上底面AE 的中点附近，垂直插牢在图板上。插针点为O 点，取第二枚直别针，垂直插在O 点左上方的O 1点。实验者的眼睛在玻璃砖下底面CD 的下方，沿水平方向透过玻璃砖观察插在O 、O 1点处的直别针，移动观察位置，使两枚直别针位于一直线上。然后在玻 璃砖下底面CD 的下方，沿着O 1O 的方向再在点O 2、O 3处插两枚直别针，观察者应看到插在O 1、O 、O 2、O 3的四枚直别针在一直线上。 光学、原子物理知识总结 光学 一、光的折射： 1、折射定律：折射光线与入射光线、发现处在同一平面内，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。 表达式：r i n sin sin = 2、折射现象中，光路可逆。 3、折射率： 物理意义：反应介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时，偏折大。 （1）r i n sin sin = 为比值定义。由介质本身的光学性质和光的频率决定。 （2）v c n =，任何介质的折射率总大于1。 （3）r i n sin sin =中i 总是真空中光线与法线的夹角。 4、几个典型的折射光路 （1）平行玻璃砖的光路 两面平行的玻璃砖，出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移。 （2）球形玻璃砖的光路 （3）平行玻璃砖的光的侧移距离 如图所示，由题意可知，O 2A 为偏移距离Δx ，有：Δx ＝d cos r ·sin(i －r ) n ＝sin i sin r 若为同一单色光，即n 值相同．当i 增大时，r 也增大，但i 比r 增大得快， sin(i －r )＞0且增大，d cos r ＞0且增大。 若入射角相同，则：Δx ＝d sin i (1－cos i n 2－sin 2i )即当n 增大，Δx 也增大 结论： （1）同种单色光的侧移距离随入射角的增大而增大 （2）不同种单色光的折射率大的侧移距离大 二、全反射 1、条件：① 光从光密介质射入光疏介质。 ② 入射角大于等于临界角。 2、临界角：n C 1 sin = ，C 为折射角为900时的入射角。 B A i 30° 120° r ′ O A E B C D O ′ 60° M 一、光学全息照相 1.全息照相原理：全息照相是以物理光学理论为基础的，借助参考光与物光的相互作用，在感光板上以干涉条纹的形式记录下物体的振幅和位相的全部信息。 2.全息照相的过程分两步： （1）造像，设法把物体光波的全部信息记录在感光材料上； （2）建像，照明已被记录下的全部信息的感光材料，使其再现原物的光波。 3.全息照相的主要特点： ①立体感强②具有可分割性③同一张全息片上可重叠拍摄多个全息图④全息照片再现时，像可放大缩小⑤全息照片再现时，像的亮度可变化。 4.拍摄系统的技术要求： ①对光源的要求：拍摄全息图必须用具有高度空间和时间相干性的光源； ②对系统稳定性的要求：需要一个刚性和防震性都良好的工作台； ③对光路的要求：参考光和物光两者的光程差要尽量小；两者之间的夹角应小于45°； ④对全息干板的要求：需要制作优良的全息图，一定要有合适的记录介质。 二．光电效应法测普朗克常数 1.截止电压：光电流随加速电压的增加而增加，加速电压增加到一定值后，当光电流达到饱和值I M，I M，与入射光强成正比。当U变成负值时，光电流迅速减小，当U<=U0时，光电流为0，这个相对于阴极是负值的阳极电压U0被称为截止电压。（对于不同频率的光，其截止电压不同） 2.为了获得准确的截止电位，实验所用光电管需要满足的条件： ①对所有可见光谱都比较灵敏； ②阳极包围阴极，当阳极为负电压时，大部分光子仍能射到阳极； ③阳极没有光电效应，不会产生反向电流； ④暗电流很小。 3. 红限：所谓红限是指极限频率。以为光从红到紫频率逐渐升高。发生光电效应的条件是：光的频率大于等于某一极限频率。也就是比这个频率高的光（比这种光更靠近紫色那一端）能发生光电效应。而频率比它更低（也就是更靠近红色那一端）的光不能发生光电效应。所以就把这个极限频率叫做靠近红端的极限。简称红限！ 4.反向电流：入射光照射阳极或从阴极反射到阳极之后都会造成阳极光电子发射。加速电压U为负值时，阳极发射的电子向阴极迁移形成阳极反向电流。 5.暗电流：在无光照射时，外加反向电压下光电管流过的微弱电流。 6.为了准确测定截止电位，常用方法：（1）交点法（2）拐点法。 7.光电效应法测普朗克常量的关键是：获得单色光、确定截止电压、测出光电管的伏安特性曲线 8.光电效应：当光照射金属时，光的能量仅部分的以热的形式被物体吸收，而另一部分则转化为金属中某些电子的能量，会使电子逸出金属表面，这种现象称为光电效应。 9. 光电效应的基本实验事实有哪些？ 答：①光电流随加速电压的增加而增加，加速电压增加到一定值后，当光电流达到饱和值 I M，I M，与入射光强成正比。 ②光电子的初动能与入射光频率成线性关系，而与入射光的强度无关 ③光电效应有阈频率存在，该频率称为红限 10.爱因斯坦光电效应方程推导求出h 重要概念和规律 1．原子核式结构学说（卢瑟福） 实验基础α粒子散射实验——用放射源发出的α粒子穿过金箔，发现绝大多数α粒子按原方向前进，少数α粒子发生较大的偏转。极少数发失大角度偏转。个别被弹回．基本内容在原子中心有一个带正电的核（半径约10-15～10-14m），集中了几乎全部原子质量、带负电的电子在核外绕核旋转（原子半径约10-10m）。困难问题按经典理论，电子绕核旋转将辐射电磁波，能量会逐渐减小，电子运行的轨道半径不断变小，大量原子发出的光谱应该是连续光谱。 2．玻尔理论（玻尔）实验基础氢光谱规律的研究。基本内容（三点假设）（1）原子只能处于一系列不连续的、稳定的能量状态（定态），其总能量En（包括动能和电势能）与基态总能量量的关系为En=E1/n2（n＝1、2、3……）。（2）原子在两个定态之间跃迁时，将辐射（或吸收）一定频率时光子；光子的能量为hν=E初-E终。（3）电子绕核运行的可能轨道是不连续的。各可能轨道的半径rn=n2r1基态轨道半径r1。（n=1、2、3……）。困难问题无法解释复杂原子的光谱． 3. 放射现象（贝克勒尔） 三种射线（1）α射线氦原子核流。v≈c/10。贯穿本领很小。电离作用很强。 （2）β射线高速电子流。v≈c。贯穿本领强，电离作用弱。 （3）γ射线波长很短的电磁波。v=c。贯穿本领很强，电离作用很弱。 衰变规律遵循电量、质量（和能量）守恒。 α衰变、β衰变、γ衰变（γ衰变是伴随着α衰变或β衰变同时发生的）。 半衰期放射性元素的原子读有半数发生衰变所需要的时间。由核内部本身因素决定．跟原子所处的物理状态或化学状态无关．公式 4．原子核的组成 实验基础 （1）质子发现（1919年，卢瑟福） 147N + 24He → 817O + 11H （2）中子发现（1932年，查德威克） 49Be + He → 612C + 01n 基本内容原子核由质子和中子（统称核子）组成．原子核的质量数等于质子数与中子数之和．原子核的电荷数等于质子数。各核子间依靠强大的核力来集在核内。 5．放射性同位素质子数相同、中子数不同，具有放射性的原子。 实验基础用α粒子盖击铝核首先实现用人工方法得到放出性同位素磷（1934年，约里奥? 光学和近代物理 第1大题： 选择题(69分) 1.1 (3分) 自然光以60°的入射角照射到某两介质交界面时，反射光为完全偏振光，则知折射光为 ( ) （Ａ）完全偏振光且折射角是30° （Ｂ）部分偏振光且只是在该光由真空入射到折射率为3的介质时，折射角是30° （Ｃ）部分偏振光，但须知两种介质的折射率才能确定折射角 （Ｄ）部分偏振光且折射角是30° 1.2 (3分) 在如图所示的单缝夫琅和费衍射实验装置中，S 为单缝，L 为透镜，C 为放在L 的焦面处的屏幕．当把单缝S 垂直于透镜光轴稍微向上平移时，屏幕上的衍射图样 ( ) （Ａ）向上平移 （Ｂ）向下平移 （Ｃ）不动 （Ｄ）条纹间距变大 1.3 (3分) 若把牛顿环装置（都是用折射率为1.52的玻璃制成的）由空气搬入折射率为1.33的水中，则干涉条纹 ( ) (A) 中心暗斑变成亮斑 (B) 变疏 (C) 变密 (D) 间距不变 1.4 (3分) 用单色光垂直照射在观察牛顿环的装置上．如图，当平凸透镜垂直向上缓慢平移而远离平面玻璃时，可以观察到这些环状干涉条纹 ( ) （Ａ）向右平移 （Ｂ）向中心收缩 （Ｃ）向外扩张 （Ｄ）静止不动 （Ｅ）向左平移 S 1.5 (3分) 狭义相对性原理指的是（ ） （A ）一切惯性系中物理规律都有相同的表达形式 （B ）一切参照系中物理规律都是等价的 （C ）物理规律是相对的 （D ）物理规律是绝对的 （E ）以上均是 1.6 (3分) 光速不变原理指的是（ ） （A ）在任何媒质中光速都相同 （B ）任何物体的速度不能超过光速 （C ）任何参照系中光速不变 （D ）一切惯性系中，真空中光速为一相同定值 1.7 (3分) 伽利略相对性原理说的是（ ） （A ）一切参照系中力学规律等价 （B ）一切惯性系中牛顿力学规律都具有相同的形式 （C ）一切非惯性系力学规律不等价 （D ）任何参照系中物理规律等价 1.8 (3分) 频率为ν的单色光在媒质中的波速为v ，光在此媒质中传播距离l 后，位相改变量为( ) (A) v l νπ2 (B) 2l v νπ (C) 2νlv π (D) v l π2ν 19 (3分) 普朗克常数可以用下列单位中的哪一个表示？（ ） （A ）s W ? （B ）Hz J ? （C ）s J ? （D ）1s erg -? 1.10 (3分) （1）两种效应都属于光子和电子的弹性碰撞过程。 （2）光电效应是由于金属电子吸收光子而形成光电子，康普顿效应是由于光子和自由电子弹性碰撞而形成 散射光子和反冲电子 （3）两种效应都遵循动量守恒和能量守恒定律 （4）康普顿效应同时遵从动量守恒和能量守恒定律，而光电效应只遵从能量守恒定律 光电效应和康普顿效应都包含电子与光子的相互作用，仅就光子和电子相互作用而言，以上说法正确 的是（ ） (A) (1)(2) (B) (3)(4) (C) (1)(3) (D) (2)(4) 空气 单色光 第四节光学、原子物理 一、知识结构 (一)光学 1. 2. 3.掌握光的折射规律及其应用；了解全反射的条件及临界角的计算，理解棱镜的作用原 4.明确透镜的成像原理和成像规律，能熟练应用三条特殊光线的作用和物像的对应关系 5. 6.掌握光的电磁学说的内容；明确不同电磁波产生的机理和各种射线的特点和作用。理 7.掌握光电效应规律，理解光电效应四个实验的结论，了解光的波粒二象性的含义。 (二) 1. 2. 3.掌握α、β、γ 4. 例1 下列成像中，能满足物像位置互换(即在成像处换上物体，则在原物体处一定成像)的是( ) A.平面镜成像 B. C.置于空气中的玻璃凸透镜成实像 D.置于空气中的玻璃凸透镜成虚像 【解析】由光路可逆原理，本题的正确选项是C 例2 在“测定玻璃的折射率”实验中，已画好玻璃砖界面两直线aa′与bb′后，不小心误将玻璃砖向上稍平移了一点，如下图左所示，若其它操作正确，则测得的折射率将 ( ) A.变大 B.变小 C.不变 D. 【解析】要解决本题，一是需要对测折射率的原理有透彻的理解，二是要善于画光路图。 设P1、P2、P3、P4是正确操作所得到的四枚大头针的位置，画出光路图后可知，即使玻璃砖向上平移一些，如上图右所示，实际的入射角没有改变。实际的折射光线是O1O′1，而 现在误把O 2O ′2作为折射光线，由于O 1O ′1平行于O 2O ′2，所以折射角没有改变，因此折射率不变。 例3 如右图所示，折射率为n ＝2的液面上有一点光源S ， 发出一条光线，垂直地射到水平放置于液体中且距液面高度为h 的平面镜M 的O 点上，当平面镜绕垂直于纸面的轴O 以角速度ω 逆时针方向匀速转动时，液面上的观察者跟踪观察，发现液面上 有一光斑掠过，且光斑到P (1) (2)光斑在P 【解析】光线垂直于液面入射，平面镜水平放置时反射光线沿原路返回，平面镜绕O 逆时针方向转动时经平面镜的反射，光开始逆时针转动，液面上的观察者能得到由液面折射出去的光线，则看到液面上的光斑，从P 处向左再也看不到光斑，说明从平面镜反射P 点的光线在液面产生全反射，根据在P 处产生全反射条件得： ?90sin sin θ＝n 1＝2 1 sin θ＝2 2，θ＝45° (1)因为θ＝45°，PA ＝OA ＝h ，t ＝ω8π＝ω 8π -V ＝ω 8πh ＝π h ω8 (2)光斑转到P 位置的速度是由光线的伸长速度和光线的绕O 转动的线速度合成的，光 斑在P 位置的线速度为22ωh v ＝v 线/cos45°＝22ωh/cos45°＝4ωh 。 例4 如右图为查德威克发现中子的实验示意图，其中 ①为 ，② ，核反应方程 为 【解析】有关原子物理的题目每年高考都有题，但以选 择题和填空题为主，要求我们复习时注意有关的理论提出都是依据实验结果的，因此要注意 每个理论的实验依据 答案：中子流 质子流 94Be+ 42He 126C+ 10n (一) 物理学科第十三单元光学和原子物理 一、选择题 1.光由一种介质进入另一种不同介质（） A、传播速度发生变化 B、频率发生变化 C、波长保持不变 D、频率和波长都发生变化 2.在光电效应中，用一束强度相同的紫光代 替黄光照射时（） A、光电子的最大初动能不变 B、光电子的最大初动能增大 C、光电子的最大初动能减小 D、光电流增大 3.光从甲介质射入乙介质，由图可知（） A、甲介质是光疏介质，乙是光密介质 B、入射角大于折射角 C、光在甲介质中的传播速度较小 D、若甲为空气，则乙的折射率为6／2 4.表面有油膜的透明玻璃片，当有阳光照射 时，可在玻璃片表面和边缘分别看到彩色 图样，这两种现象（） A、都是色散现象 B、前者是干涉现象，后者是色散现象 C、都是干涉现象 D、前者是色散现象，后者是干涉现象 5.光在玻璃和空气的界面上发生全反射的条 件是（） A、光从玻璃射到分界面上，入射角足够小 B、光从玻璃射到分界面上，入射角足够大 C、光从空气射到分界面上，入射角足够小 D、光从空气射到分界面上，入射角足够大6.一束光从空气射到折射率ｎ＝2的某种玻璃的表面，如图所示，i代表入射角，则下列说法中错误 ．．的是（） A、当ｉ＞π／4时会发生全反射现象 B、无论入射角ｉ是多大，折射角r都不会 超过π／4 C、欲使折射角ｒ＝π／6，应以ｉ＝π／4 的角度入射 D、当入射角ｉ＝arctg2时，反射光线跟 折射光线恰好垂直 7.用强度和频率都相同的两束紫外线分别照射 到两种不同金属的表面上，均可发生光电效应，则下列说法中错误的是（） A、两束紫外线光子总能量相同 B、从不同的金属表面逸出的光电子的最大初 动能相同 C、在单位时间内从不同的金属表面逸出的光 电子数相同 D、从不同的金属表面逸出的光电子的最大初 动能不同 8.在杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是 （） A、若将其中一缝挡住，则屏上条纹不变，只 是亮度减半 B、若将其中一缝挡住，则屏上无条纹出现 C、若将下方的缝挡住，则中央亮度的位置将 下移 D、分别用红蓝滤光片挡住，屏上观察不到条 纹 9.一束白光斜射水面而进入水中传播时，关于 红光和紫光的说法正确的是（） 1 K 3 K 2 P 1 V 1 C C ? P 0 V 0 F G I H K 1 p 0 热学 1.（第20届全国中学生物理竞赛复赛第二题）（15分）U 形管的两支管 A 、B 和水平管C 都是由内径均匀的细玻璃管做成的，它们的内径与管长相比都可忽略不计．己知三部分的截面积分别为 2A 1.010S -=?cm 2，2B 3.010S -=?cm 2，2C 2.010S -=?cm 2，在 C 管中有一段空气柱，两侧被水银封闭．当温度为127t =℃时，空气柱长为l ＝30 cm （如图所示）， C 中气柱两侧的水银柱长分别为 a ＝2.0cm ，b ＝3.0cm ，A 、B 两支管都很长，其中的水银柱高均为h ＝12 cm ．大气压强保持 为 0p ＝76 cmHg 不变．不考虑温度变化时管和水银的热膨胀．试 求气柱中空气温度缓慢升高到 t ＝97℃时空气的体积． 2.（第21届全国中学生物理竞赛复赛第一题）(20分)薄膜材料气密性能的优劣常用其透气系数来 加以评判．对于均匀薄膜材料，在一定温度下，某种气体通过薄膜渗透过的气体分子数d PSt k N ?=，其中t 为渗透持续时间，S 为薄膜的面积，d 为薄膜的厚度，P ?为薄膜两侧气体的压强差．k 称为该薄膜材料在该温度下对该气体的透气系数．透气系数愈小，材料的气密 性能愈好． 图为测定薄膜材料对空气的透气系数的一种实验装置示意图．EFGI 为 渗透室，U 形管左管上端与渗透室相通，右管上端封闭；U 形管内横截面积 A ＝0.150cm 2．实验中，首先测得薄膜的厚度d =0.66mm ，再将薄膜固定于图中C C '处，从而把渗透室分为上下两部分，上面部分的容积30cm 00.25=V ，下面部分连同U 形管左管水面以上部分的总容积为V 1，薄 膜能够透气的面积S =1.00cm 2．打开开关K 1、K 2与大气相通，大气的压强P 1＝1.00atm ，此时U 形管右管中气柱长度cm 00.20=H ，31cm 00.5=V ．关 闭K 1、K 2后，打开开关K 3，对渗透室上部分迅速充气至气体压强atm 00.20=P ， 关闭K 3并开始计时．两小时后， U 形管左管中的水面高度下降了 cm 00.2=?H ．实验过程中，始终保持温度为C 0ο．求该薄膜材料在C 0ο时对空气的透气系数．（本实验中由于薄膜两侧的压强差在实验过程中不能 保持恒定，在压强差变化不太大的情况下，可用计时开始时的压强差和计时结束时的压强差的平均 值P ?来代替公式中的P ?．普适气体常量R = 8.31Jmol -1K -1，1.00atm = 1.013×105Pa ）． 3.（第22届全国中学生物理竞赛复赛第三题）(22分) 如图 所示，水平放置的横截面积为S 的带有活塞的圆筒形绝热容器 中盛有1mol 的理想气体．其内能CT U =，C 为已知常量，T 为热力学温度．器壁和活塞之间不漏气且存在摩擦，最大静摩 光学习题答案 第一章：光的干涉 1、 在杨氏双缝实验中，设两缝之间的距离为0.2mm ,在距双缝1m 远的屏上观察干涉 条纹,若入射光是波长为400nm 至760nm 的白光,问屏上离零级明纹20mm 处,哪些波长的光最大限度地加强? 解:已知:0.2d mm =, 1D m =, 20l mm = 依公式: 五种波长的光在所给观察点最大限度地加强。 2、 在图示的双缝干涉实验中，若用薄玻璃片（折射率1 1.4n =）覆盖缝S 1 ，用同样厚 度的玻璃片（但折射率2 1.7n =）覆盖缝S 2 ，将使屏上原来未放玻璃时的中央明条纹所在处O 变为第五级明纹，设单色波长480nm λ=,求玻璃片的厚度d （可认为光线垂直穿过玻璃片） 34104000104009444.485007571.46666.7d l k D d k l mm nm D k nm k nm k nm k nm k nm δλ λλλλλλ-==∴==?===========11111故: o d 屏 O 解：原来，210r r δ=-= 覆盖玻璃后， 2211218 21 ()()5()558.010r n d d r n d d n n d d m n n δλ λ λ-=+--+-=∴-== =?- 3、在双缝干涉实验中，单色光源S 0到两缝S 1和S 2的距离分别为12l l 和，并且123l l λ=-，λ为入射光的波长，双缝之间的距离为d ，双缝到屏幕的距离为D ，如图，求： （1） 零级明纹到屏幕中央O 点的距离。 （2） 相邻明条纹的距离。 解：（1）如图，设0p 为零级明纹中心，则： 21022112112021()()03()/3/r r d p o D l r l r r r l l p o D r r d D d λ λ-≈+-+=∴-=-==-= (2)在屏上距0点为x 处， 光程差 /3dx D δλ≈- 明纹条件 (1,2,3)k k δλ=± = (3)/k x k D d λλ=±+ 在此处令K=0，即为（1）的结果， 相邻明条纹间距1/k k x x x D d λ+?=-= 4、白光垂直照射到空气中一厚度为43.810e nm =?的肥皂泡上，肥皂膜的折射率 1.33n =，在可见光范围内44(4.0107.610)?-?，那些波长的光在反射中增强？ 解：若光在反射中增强，则其波长应满足条件 1 2(1,2,)2 ne k k λλ+= = 光学原子物理 光的反射和折射 1. 光的直线传播，本影和半影。 ? 2.光的反射、反射定律、平面镜成像的作图法。* ? 3.光的折射、折射定律、折射率、全反射和临界角。* ? 4.光导纤维。 ? 5.棱镜、光的色散。 光的直线传播 ? 光的直线传播---同一种均匀介质中宏观上沿直线传播（不考虑光的衍射）。 ? 本影---光线完全照射不到的区域。 ? 半影---部分光线照射不到的区域。 光的反射 ? 光的反射---光照射到物体表面的时候，总有一部分光被反射回去的现象。 ? 反射定律---三线共面、法线居中、反射角等于入射角（传播方向一定变化，传播速度一定不变）。 ? 平面镜成像的作图法---利用光的反射定律，虚像和物体关于平面镜为对称。 光的折射 ? 光的折射---光从一种介质进入另一种介质中时，传播方向通常发生改变的现象（垂直入射除外） ? 折射定律---三线共面、法线居中； 垂直入射时，折射角等于入射角等于0度。 斜射时，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。 ? 折射率---光从真空中射入介质中时，入射角的正弦与折射角的正弦的比值，叫这种介质的折射率。 ? 计算：介质 真空 λλ= ==v c r i n sin sin 全反射 ? 全反射---光从光密质（n 大的）射入光疏质（n 小的）时，光全部反射（没有折射）的现象。 ? 条件---（1）光从密质进入疏质；（2）入射角 i 大于临界角C 。 ? 临界角---刚好发生全反射时的入射角，此时折射角等于90度。 ? 计算---真空 介质λλarcsin arcsin n 1arcsin C ===c v ? 应用---蜃景、光导纤维。 光的色散 ? 全反射棱镜---截面为等腰直角三角形的棱镜。 ? 光的色散---原因棱镜材料对不同色光的的折射率不同。对红光的折射率最小---偏折较少； 对紫光的折射率最大---偏折较多。 红橙黄绿蓝靛紫七色光的频率越来越大。 光的波动性和微粒性 目录 摘要： (1) 0 前言 (1) 1 普通物理学时期 (2) 1.1 经典力学 (2) 1.2 热学 (2) 1.3 电磁学 (2) 1.4 光学 (3) 2 近代物理学时期 (3) 2.1 近代物理的发展 (4) 2.2 量子力学 (4) 2.3 相对论 (5) 3 从普通物理到近代物理 (6) 4 普通物理与近代物理的区别 (6) 5 物理学发展的意义 (7) 6 结论 (8) 参考文献 (8) 近代物理与普通物理的关系 （河南大学民生学院，河南开封，475004） 摘要： 物理学是研究宇宙间物质存在的基本形式、性质、运动和转化、内部结构等方面，从而认识这些结构的组成元素及其相互作用、运动和转化的基本规律的科学。纵观物理发展史，物理学被分为两类。一类是经典物理学，另一类则是近代物理学。经典物理学解释了力与运动之间的关系。然而牛顿力学存在这一定的局限性，这种局限性就是只能够适用于那些低速宏观的物体，而研究对象是微观高速的物体时就不适用了，所以诞生了近代物理理论，它是以量子论学为中心的，有了以量子论为基础的近代物理学就可以研究微观高速世界了。 关键词： 物理学史；普通物理；近代物理；关系； The Relationship Between Modern physics And Ordinary physics LIU LEI (School of MinSheng, Henan University, Henan Kaifeng 475004, China) Abstract: Physics is the study of the basic form of material existence in the universe, nature, movement and transformation, internal structure, etc., so as to meet the structural elements and their interaction, movement and transformation of the basic laws of science. Throughout the history of physics, physics is divided into two categories. One kind is the classical physics, another kind is the modern physics. Classical physics explains the relationship between the force and movement. Newtonian mechanics, however, there exist some limitations, this limitation is only can be applied to the macroscopic objects at low speed, and the research object is the micro high-speed object is not applicable, so was born the modern physics theory, it was based on the quantum theory as the center, has based on the quantum theory of modern physics can research high-speed microscopic world. Key words: The history of physics;Modern physics;Ordinary physics;The Relationship 0 前言 物理学史是研究物理学发展历史的科学，它是伴随着人类的发展而形成并发展起来的，它是以人类和物理世界对话的历史为研究对象的，融合了与物理学有关的自然科学以及社会科学的知识，是一门与自然科学、人文科学、思维科学等多门学科紧密结合、相互渗透的综合科学。它集中体现了人类探索和逐步认识物理世界的现象、特性、规律和本质的历程。普通物理学是近代物理学的基础，近代物理学是 1 第9章热力学基础 一、选择题 1. 对于准静态过程和可逆过程, 有以下说法．其中正确的是 [] (A>准静态过程一定是可逆过程 (B>可逆过程一定是准静态过程 (C>二者都是理想化的过程 (D>二者实质上是热力学中的同一个概念 2. 对于物体的热力学过程, 下列说法中正确的是 [] (A>内能的改变只决定于初、末两个状态, 与所经历的过程无关 (B>摩尔热容量的大小与所经历的过程无关 (C>在物体内, 若单位体积内所含热量越多, 则其温度越高 (D>以上说法都不对 3. 有关热量, 下列说法中正确的是 [](A>热是一种物质 (B>热能是物质系统的状态参量 (C>热量是表征物质系统固有属性的物理量 (D>热传递是改变物质系统内能的一种形式 4. 关于功的下列各说法中, 错误的是 [](A>功是能量变化的一种量度 (B>功是描写系统与外界相互作用的物理量 (C>气体从一个状态到另一个状态, 经历的过程不同, 则对外作的功也不一样 (D>系统具有的能量等于系统对外作的功 5. 理想气体状态方程在不同的过程中有不同的微分表达式, 式表示 [](A>等温过程(B>等压过程 (C>等体过程(D>绝热过程 6. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 式表示 [](A>等温过程(B>等压过程 (C>等体过程(D>绝热过程 7. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 式表示 [](A>等温过程(B>等压过程 (C>等体过程(D>绝热过程 8. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 则式表示 [](A>等温过程(B>等压过程 (C>等体过程(D>任意过程 9. 热力学第一定律表明: [](A>系统对外作的功不可能大于系统从外界吸收的热量 (B>系统内能的增量等于系统从外界吸收的热量 (C>不可能存在这样的循环过程, 在此过程中, 外界对系统所作的功 不等于系统传给外界的热量 (D>热机的效率不可能等于1 10. 对于微小变化的过程, 热力学第一定律为d Q= d E d A．在以下过程中, 这三者同时为正的过程是 [](A>等温膨胀(B>等容膨胀 (C>等压膨胀(D>绝热膨胀 11. 对理想气体的等压压缩过程，下列表述正确的是 [](A> d A＞0, d E＞0, d Q＞0 (B> d A＜0, d E＜0, d Q＜0 (C> d A＜0, d E＞0, d Q＜0 (D> d A = 0, d E = 0, d Q = 0 12. 功的计算式适用于 [](A>理想气体(B>等压过程 (C>准静态过程(D>任何过程 13. 一定量的理想气体从状态出发, 到达另一状态．一次是等温压缩到, 外界作功A；另一次为绝热压缩到, 外界作功W．比较这两个功值的大小是 [](A>A＞W(B>A = W(C>A＜W (D>条件不够，不能比较 14. 1mol理想气体从初态(T1、p1、V1 >等温压缩到体积V2, 外界对气体所作的功为 [](A>(B> (C>(D> 15. 如果W表示气体等温压缩至给定体积所作的功, Q表示在此过程中气体吸收的热量, A表示气体绝热膨胀回到它原有体积所作的功, 则整个过程中气体内能的变化为 [](A>W＋Q－A(B>Q－W－A (C>A－W－Q(D>Q＋A－W近年高考光学近代物理试题
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