学案34 闭合电路欧姆定律
一、概念规律题组
1．（双选）关于电动势的说法错误的是( ) A ．电动势就是电压，它是内外电压之和
B ．电动势不是电压，但它数值上等于内外电压之和
C ．电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量
D ．电动势的大小与外电路的结构有关 2．有关电压与电动势的说法中正确的是( )
A ．电压与电动势的单位都是伏特，所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法
B ．电动势是电源两极间的电压
C ．电动势公式E ＝W q 中W 与电压U ＝W
q 中的W 是一样的，都是电场力做的功
D ．电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量
3.如图所示，当开关S 断开时，电压表示数为3 V ，当开关S 闭合时，电压表示数为1.8 V ，则外电阻R 与电源内阻r 之比为( )
A ．5∶3
B ．3∶5
C ．2∶3
D ．3∶2
二、思想方法题组
4.如图所示为两个独立电路A 和B 的路端电压与其总电流I 的关系图线，则错误的是( ) A ．路端电压都为U 1时，它们的外电阻相等
B ．电流都是I 1时，两电源内电压相等
C ．电路A 的电动势大于电路B 的电动势
D ．A 中电源的内阻大于B 中电源的内阻
5．如图所示的电路中，在滑动变阻器的滑片P 向上端a 滑动过程中，两表的示数情况为( A ．电压表示数增大，电流表示数减小
B ．电压表示数减小，电流表示数增大
C ．两电表示数都增大
D ．两电表示数都减小
核心考点突破
一、闭合电路的功率计算
1．电源的总功率：P 总＝EI ＝IU 外＋IU 内＝P 出＋P 内． 若外电路是纯电阻电路，则有P 总＝I 2
(R ＋r)＝E 2
R ＋r
.
2．电源内部消耗的功率：P 内＝I 2r ＝U 内I ＝P 总－P 出． 3．电源的输出功率：P 出＝UI ＝EI －I 2r ＝P 总－P 内． 若外电路是纯电阻电路，则有 P 出＝I 2
R ＝E 2R (R ＋r )2＝E 2
(R －r )2
R
＋4r .
由上式可以看出
(1)当R ＝r 时，电源的输出功率最大为Pm ＝E 2
4r .
(2)当R>r 时，随着R 的增大输出功率越来越小． (3)当R (4)当P 出 出与R 的关系如图所示． 4．电源的效率 η＝P 出P 总×100%＝U E ×100%＝R R ＋r ×100% ＝ 1 1＋r R ×100% 因此R 越大，η越大；当R ＝r ，电源有最大输出功率时，效率仅为50%. η－R 图象如图所示． 二、电路的动态分析 根据闭合电路的欧姆定律和串联、并联电路的特点来分析电路中某电阻变化引起整个电路中各部分电学量的变化情况，常见的方法有： 1．程序法 . (2)判定总电阻变化情况的规律 ①当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时，电路的总电阻一定增大(或减小)． ②若开关的通、断使串联的用电器增多时，电路的总电阻增大；若开关的通、断使并联的支路增多时，电路的总电阻减小． 2．直观法 任一电阻阻值增大，必引起该电阻中电流的减小和该电阻两端电压的增大． 3．“并同串反”规律 所谓“并同”，即某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大，反之则减小．所谓“串反”，即某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻 U串↓串↓串↓中的电流、两端的电压、电功率都将减小，反之则增大．即}←R↑→{U并↑并↑并↑ 4．极限法 即因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论．【例2】如图所示电路，电源内阻不可忽略．开关S闭合后，在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中() A．电压表与电流表的示数都减小 B．电压表与电流表的示数都增大 C．电压表的示数增大，电流表的示数减小 D．电压表的示数减小，电流表的示数增大 三、电路故障的分析方法 电路故障一般是短路或断路，常见的情况有：导线断芯，灯泡断丝、灯座短路、变阻器内部断路、接触不良等现象．检查故障的基本方法有两种： 1．电压表检测方法：如果电压表示数为0，说明电压表上无电流通过，则可能在并联路段之外有断路，或并联路段内有短路． 如果电压表有示数，说明电压表上有电流通过，则在并联路段之外无断路，或并联路段内无短路． 2．用多用电表的欧姆挡检测 要对检测的电路切断电源，逐一使元件脱离原电路(或对某段电路检测)后测量是通路还是断路便可找到故障所在． 【例3】(广东理科基础高考)用电压表检查如图8所示电路中的故障，测得U ad＝5.0 V， U cd＝0 V，U bc＝0 V，U ab＝5.0 V，则此故障可能是() A．L断路B．R断路 C．R′断路D．S断路 四、含容电路分析 分析和计算含有电容器的直流电流时，要注意以下几点： (1)电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻上无电压降，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端电压．电容器稳定时，相当于此处电路断路． (2)当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等． (3)电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充(放)电．如果电容器两端电压升高，电容将充电；反之，电容器将对与它并联的电路放电． 【基础演练】 1．(2011·广州模拟)如图10所示为“热得快”热水器的电路图和示意图．现接通电源，发现该热水器没有发热，并且热水器上的指示灯也不亮，现用交流电压表测得热水器A、B两端的电压为220 V，指示灯两端的电压为220 V．那么该热水器的故障在于() A．连接热水器和电源之间的导线断开 B．连接电阻丝与指示灯的导线发生了短路 C．电阻丝熔断，同时指示灯烧毁 D．同时发生了以上各种情况 2．如图所示，E为内阻不能忽略的电池，R 1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，与 分别为电压表和电流表．初始时，S0与S均闭合，现将S断开，则() A.的读数变大，的读数变小 B.的读数变大，的读数变大 C.的读数变小，的读数变小 D.的读数变小，的读数变大 3．（双选）如图所示的电路中，电源电动势E＝6 V，内阻r＝1 Ω，电阻R1＝6 Ω，R2＝5 Ω，R3＝3 Ω，电容器的电容C＝2×10－5 F．若将开关S闭合，电路稳定时通过R2的电流为I； 断开 开关S后，通过R1的电荷量为q.则() A．I＝0.75 A B．I＝0.5 A C．q＝2×10－5 C D．q＝1×10－5 C 4．如图所示，直线A是电源的路端电压和电流的关系图线，直线B、C分别是电阻R1、R2的两端电压与电流的关系图线，若将这两个电阻分别接到该电源上，则() 接在电源上时，电源的效率高 A．R B．R2接在电源上时，电源的效率高 C．R1接在电源上时，电源的输出功率大 D．电源的输出功率一样大 5．如图为测量某电源电动势和内阻时得到的U－I图线，用此电源与三个阻值均为3 Ω的电阻连接成电路，测得路端电压为4.8 V．则该电路可能是下图中的() 6．某同学将一直流电源的总功率P E、输出功率P R和电源内部的发热功率P r随电流I变化的图线画在了同一坐标系中，如图中的a、b、c所示．以下判断错误的是() A．直线a表示电源的总功率 B．曲线c表示电源的输出功率 C．电源的电动势E＝3 V，内电阻r＝1 Ω D．电源的最大输出功率Pm＝9 W 【能力提升】 7.在某控制电路中，需要连成如图所示的电路，主要由电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及电位器(滑动变阻器)R连接而成，L1、L2是红绿两个指示灯，当电位器的触头由弧形碳膜的中点逆时针滑向a端时，下列说法中正确的是() A．L1、L2两个指示灯都变亮 B．L1、L2两个指示灯都变暗 C．L1变亮，L2变暗 D．L1变暗，L2变亮 8．（双选）如图所示电路中，电源电动势E恒定，内阻r＝1 Ω，定值电阻R3＝5 Ω.当开关K断开与闭合时，ab段电路消耗的电功率相等．则以下说法中正确的是() A．电阻R1、R2可能分别为4 Ω、5 Ω B．电阻R1、R2可能分别为3 Ω、6 Ω C．开关K断开时电压表的示数一定小于K闭合时的示数 D．开关K断开与闭合时，电压表的示数变化量大小与电流表的示数变化量大小之比一定等于6 Ω 9．如图甲所示为某一小灯泡的U－I图线，现将两个这样的小灯泡并联后再与一个4 Ω的定值电阻R串联，接在内阻为1 Ω、电动势为5 V的电源两端，如图乙所示，则() A．若通过每盏小灯泡的电流强度为0.2 A，此时每盏小灯泡的电功率为0.6 W B．若通过每盏小灯泡的电流强度为0.3 A，此时每盏小灯泡的电功率为0.6 W C．若通过每盏小灯泡的电流强度为0.2 A，此时每盏小灯泡的电功率为0.26 W D．若通过每盏小灯泡的电流强度为0.3 A，此时每盏小灯泡的电功率为0.4 W 10．(2011·广东中山模拟)在如图所示的电路中，R1＝2 Ω，R2＝R3＝4 Ω，当开关K接a 时，R2上消耗的电功率为4 W，当开关K接b时，电压表示数为4.5 V，试求： (1)开关K接a时，通过电源的电流和电源两端的电压； (2)开关K接b时，电源的电动势和内电阻； (3)开关K接c时，通过R2的电流． 学案34 闭合电路欧姆定律 【课前双基回扣】 1．AD [电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，而电压是表示把电能转化为其他形式能的本领大小的物理量；电压与电源、导体及电路结构有关，而电动势与外电路的结构无关，故选为A 、D.] 2．D [电压与电动势是两个不同的概念，其中电动势公式E ＝W q 中W 是非静电力做的功， 而电压U ＝W q 中W 则是电场力做的功，电动势的大小等于电路内、外电压之和．] 3．D [S 断开时，电压表的示数等于电源的电动势，即： E ＝3 V ．S 闭合时，U 外＝1.8 V ，所以U 内＝E －U 外＝1.2 V ．因U 外＝IR ，U 内＝Ir ，所以R ∶r ＝U 外∶U 内＝1.8∶1.2＝3∶2.] 4．ACD [在路端电压与总电流的关系图线(U —I)中，图线在U 轴上的截距表示电动势E ，图线斜率的绝对值表示电源的内阻，可见E A >E B ，r A >r B .图中两直线的交点坐标为(I 1、U 1)，由R ＝U I 可知，路端电压都为U 1时，它们的外电阻相等．由U ′＝Ir 可知，电流都是I 1时，因r 不相等，故两电源内电压不相等．所以选项A 、C 、D 正确．] 5．A 思维提升 1．电源没有接入电路时，两极间的电压在数值上与电动势相等，但意义绝对不同． 2．I ＝ E R ＋r 只适用于纯电阻电路，而E ＝U ＋I·r 适用于所有电路． 3．在U －I 图象中，电源的内阻等于图象斜率的大小，但不等于图象倾角的正切值． 【核心考点突破】 例1 (1)0 0.56 W (2)4 Ω 0.56 W (3)2 Ω 0．75 W (4)25% 62.5% 50% 解析 (1)R 1为定值电阻，当R 2＝0时，流经R 1的电流最大，电阻R 1消耗的功率最大；此时I 1＝ E r ＋R 1 ＝0.75 A ，电阻R 1消耗的最大功率为： P R1＝I 2 1·R 1≈0.56 W (2)电源与定值电阻R 1可看做一个电动势为E ＝3 V ，内阻为r ′＝r ＋R 1＝4 Ω的“电源”，由前面的分析可知，当滑动变阻器阻值R 2＝r ′＝4 Ω，变阻器消耗的功率最大，此时P R2＝ E 2 4r ′≈0.56 W. (3)同理，由前面分析可知，当R 外＝r 时，即R 2′＝2 Ω时，电源输出的功率最大，此时P 出＝E 2 4r ＝0.75 W. (4)电阻R 1消耗功率最大时，电源的效率η1＝ R 1 R 1＋r ×100%＝25%； 变阻器消耗的功率最大时，电源的效率：η2＝R 1＋R 2 r ＋R 1＋R 2×100%＝62.5%； 当电源输出功率最大时，电源的效率：η3＝R 1＋R 2′ r ＋R 1＋R 2′ ×100%＝50%. [规范思维] (1)在求最大功率时要分清是求电阻的最大输出功率还是电源的最大输出功率；(2)若求变阻器R 2上的最大功率可以将R 1等效为电源的内阻，等效内阻r ′＝r ＋R. 例2 A [在电路中，变阻器R 0的滑动端向下滑动的过程中，变阻器R 0接入电路中的电阻变小，从而使整个电路中的外电阻变小，干路电流变大，内阻r 分得的电压U 内＝Ir 变大，U 外 变小，电压表示数变小，由U 1＝IR 1知U 1变大，因U 外＝U 1＋U 2，故U 2变小，由于I 2＝U 2 R 2 ， 所以流过R 2的电流变小，电流表示数变小，选项A 正确．] [规范思维] 闭合电路的动态分析的关键是搞清电路的串并联关系，及各电表的测量对象．利用程序法判断是最基本的分析方法． 例3 B [U ad ＝5.0 V 说明a 到电源正极，d 到电源负极均通路．U ab ＝5.0 V ，说明a 到电源正极，b 到电源负极均通路，故R 一定断路．] [规范思维] 用电压表检查电路故障是最常用的方法，检查时注意所用电压表的量程应大于或等于电源电动势． 例4 1.92×10－ 5 C 解析 S 断开，C 相当于断路，R 3中无电流，C 两端电压即R 2两端电压U 2＝E R 1＋R 2＋r ·R 2 ＝3 V . Q ＝CU 2＝12×10－ 6 C ，且a 板带正电，b 板带负电． S 闭合，C 两端电压即R 1两端电压，由电路分析：U 1＝R 1R 1＋R 2·E r ＋R 外·R 外＝1.8 V. Q ′＝CU 1＝7.2×10－ 6 C ．且a 板带负电，b 板带正电． 据此通过电流表的电量ΔQ ＝Q ＋Q ′＝1.92×10－ 5 C. [规范思维] (1)电容器两极板间的电压等于该支路两端的电压． (2)当电容器和用电器并联后接入电路时，电容器两极板间的电压与其并联用电器两端的电压相等． (3)电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充(放)电． 思想方法总结 1．电源的输出功率P 与外电阻R 的关系P ＝UI ＝I 2 R ＝(E R ＋r )2R ＝E 2R (R －r )2＋4Rr ＝ E 2 (R －r )2 R ＋4r 由上式可知：当R ＝r 时，P 有最大值，且最大值Pm ＝E 2 4r . 根据电源的输出功率与外电阻的关系可知，二者关系如图所示． 2．闭合电路的动态分析是一类非常典型的题目类型，解决这类问题的关键是抓住电源的E 、r 不变，思路是外电路电阻变化，引起全电路中电流的变化，根据闭合电路欧姆定律公式I ＝ E R ＋r ，以及E ＝U 外＋U 内＝IR ＋Ir 进行正确推理，从而判定路端电压U 外和内电压U 内的变化．然后再应用串、并联电路的特点判断外电路的电流或某个电阻的变化情况，即应用“部分——整体——部分”这样的顺序分析． 3．分析闭合电路中的功率问题时应注意以下三个问题： (1)电流发生变化时，路端电压发生变化，功率比较与计算时不要忘记这一点． (2)利用当外电阻等于内阻时输出功率最大这一结论，必要时要将某一电阻看作内阻，作等效电源处理． (3)注意所求功率是电路中哪部分电路的功率，不同部分电路分析思路不同． 4．分析电路故障的基本方法是假设法：如果电路发生某种故障，寻求故障发生在何处时，可将整个电路划分为若干部分；然后逐一假设某部分电路发生故障，运用电路定律进行正向推理，推理结果若与题述物理现象不符合，则故障不是发生在这部分电路；若推理结果与题述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路，直到找出发生故障的全部可能为止，亦称排除法． 【课时效果检测】 1．C 2.B 3.AD 4.A 5.B 6．D [电源的总功率为P E ＝EI ，电源的输出功率为P R ＝EI －I 2r ，电源内部的发热功率P r ＝I 2r ，所以直线a 表示电源的总功率，选项A 正确；曲线b 表示电源内部的发热功率，曲线c 表示电源的输出功率，选项B 正确；直线a 的斜率表示电动势E ，解得E ＝3 V ，由曲线b 上某点坐标可得电源内阻为1 Ω，选项C 正确；当外电路电阻等于电源内阻时，电源输出功率最大，Pm ＝E 2 4r ＝2.25 W ，对应曲线c 的最高点，选项D 错误．] 7．B [当电位器的触头由弧形碳膜的中点逆时针滑向a 端时，电位器接入电路的电阻减小，根据串并联电路特点可知电路中总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可得干路电流增大，内阻分担电压增大，路端电压减小，L 1灯变暗，通过其电流减小；由U 1＝I 2R 1及I 2＝I －I 1可知R 1分担电压增大，L 2及R 2两端电压减小，L 2功率减小而变暗，选项B 正确．] 8．AD [将R 3和电源串联在一起看做等效电源，则该等效电源的电动势为E ，等效内阻为r ′＝r ＋R 3，K 闭合时，两电表的示数分别为：U ＝R 1E R 1＋r ′，I ＝E R 1＋r ′.当K 断开时，两 电表的示数分别为：U ′＝ (R 1＋R 2)E R 1＋R 2＋r ′，I ′＝E R 1＋R 2＋r ′.又U ′＝E 1＋r ′R 1＋R 2 >U ＝E 1＋ r ′ R 1， 故选项C 错．由以上各式可得：U ′－U I －I ′＝r ′，故D 选项正确．据题意，UI ＝U ′I ′，代入 解得：R 1(R 1＋R 2)＝r ′2，显然A 选项正确，B 选项错误．] 9．B [若通过每盏小灯泡的电流强度为0.2 A ，则电源输出电流为I ＝0.4 A ，由闭合电路欧姆定律计算得此时小灯泡两端电压为U ＝E －I(R ＋r)＝3 V ．由题图甲可知小灯泡的电流强度为0.2 A 时小灯泡两端电压仅为1.3 V ，显然通过每盏小灯泡的电流强度不可能为0.2 A ，A 、C 错误；若通过每盏小灯泡的电流强度为0.3 A ，由题图甲可知小灯泡两端电压为2.0 V ，电阻R 和内阻r 上的电压为3.0 V ，此时每盏小灯泡的电功率为P ＝UI ＝0.6 W ，B 正确、D 错误．] 10．(1)1 A 4 V (2)6 V 2 Ω (3)0.5 A 解析 (1)K 接a 时，R 1被短路，外电阻为R 2，根据电功率公式可得 通过电源的电流I 1＝ P R 2 ＝1 A ， 电源两端的电压U 1＝ PR 2＝4 V. (2)K 接a 时，有E ＝U 1＋I 1r ＝4＋r ，① K 接b 时，R 1和R 2串联，R 外′＝R 1＋R 2＝6 Ω， 通过电源的电流I 2＝U 2 R 1＋R 2＝0.75 A ， 这时有：E ＝U 2＋I 2r ＝4.5＋0.75r.② 联立①②式得：E ＝6 V ，r ＝2 Ω. (3)K 接c 时，R 总＝R 1＋r ＋R 23＝6 Ω， 总电流I 3＝E/R 总＝1 A ，通过R 2的电流I ′＝1 2I 3＝0.5 A. 易错点评 1．在第6题中，由于考生对各个功率的表达式不清晰，或不能把各功率的表达式与各个图象对应起来，不能理解图象的交点，最值的意义，导致无从下手解题． 2．对于第7题，有关闭合电路动态分析的问题，错误主要有两个方面：①不能按正常程序进行分析，凭想当然去做题． ②不根据闭合电路欧姆定律进行定量分析与计算，导致错误． 3．在10题中，清楚电键K 接a 、b 、c 时的等效电路，明确各电阻间的串并联关系是解题成功的关键． 2018年高考物理学史总结 物理学史这部分内容在高考卷上通常以选择题形式出现（实验题中也会小概率出现），分值在6分以下，一般情况下不会出偏难怪的，毕竟这不是考纲里的重点。复习建议：以现有的生活经验常识为主，稍加了解就可以。现总结如下：1、伽利略 （1）通过理想实验推翻了亚里士多德“力是维持运动的原因”的观点 （2）推翻了亚里士多德“重的物体比轻物体下落得快”的观点 2、开普勒：提出开普勒行星运动三定律； 3、牛顿 （1）提出了三条运动定律。 （2）发现表万有引力定律； 4、卡文迪许：利用扭秤装置比较准确地测出了引力常量G 5、爱因斯坦 （1）提出的狭义相对论（经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体） （2）提出光子说，成功地解释了光电效应规律，并因此获得诺贝尔物理学奖（3）提出质能方程2 E ，为核能利用提出理论基础 MC 6、库仑：利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律。 7、焦耳和楞次 先后独立发现电流通过导体时产生热效应的规律，称为焦耳——楞次定律（这个很冷门！以教材为主！） 8、奥斯特 发现南北放置的通电直导线可以使周围的磁针偏转，称为电流的磁效应。 9、安培：研究电流在磁场中受力的规律(安培定则)，分子电流假说，磁场能对电流产生作用 10、洛仑兹：提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力（洛仑兹力）的观点。 11、法拉第 （1）发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应现象（教材上是这样的，实际不是有一定历史原因，以教材为主！） （2）提出电荷周围有电场，提出可用电场描述电场，提出电磁场、磁感线、电场线的概念 12、楞次：确定感应电流方向的定律，愣次定律：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。 13、亨利：发现自感现象（这个也比较冷门）。 14、麦克斯韦：预言了电磁波的存在，指出光是一种电磁波，为光的电磁理论奠定了基础。 15、赫兹： （1）用实验证实了电磁波的存在并测定了电磁波的传播速度等于光速。 （2）证实了电磁理的存在。 16、普朗克 提出“能量量子假说”——解释物体热辐射（黑体辐射）规律电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份的，即量子理论 高中物理所有物理学史资料的汇总 1、胡克:英国物理学家;发现了胡克定律(F弹=kx 2、伽利略:意大利的著名物理学家;伽利略时代的仪器、设备十分简陋,技术也比较落后,但伽利略巧妙地运用科学的推理,给出了匀变速运动的定义,导出S正比于t2并给以实验检验;推断并检验得出,无论物体轻重如何,其自由下落的快慢是相同的;通过斜面实验,推断出物体如不受外力作用将维持匀速直线运动的结论。后由牛顿归纳成惯性定律。伽利略的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一。 3、牛顿:英国物理学家;动力学的奠基人,他总结和发展了前人的发现,得出牛顿定律及万有引力定律,奠定了以牛顿定律为基础的经典力学。 4、开普勒:丹麦天文学家;发现了行星运动规律的开普勒三定律,奠定了万有引力定律的基础。 5、卡文迪许:英国物理学家;巧妙的利用扭秤装置测出了万有引力常量。 6、布朗:英国植物学家;在用显微镜观察悬浮在水中的花粉时,发现了“布朗运动”。 7、焦耳:英国物理学家;测定了热功当量J=4.2焦/卡,为能的转化守恒定律的建立提供了坚实的基础。研究电流通过导体时的发热,得到了焦耳定律。 8、开尔文:英国科学家;创立了把-273℃作为零度的热力学温标。 9、库仑:法国科学家;巧妙的利用“库仑扭秤”研究电荷之间的作用,发现了“库仑定律”。 10、密立根:美国科学家;利用带电油滴在竖直电场中的平衡,得到了基本电荷e。 11、欧姆:德国物理学家;在实验研究的基础上,欧姆把电流与水流等比较,从而引入了电流强度、电动势、电阻等概念,并确定了它们的关系。 12、奥斯特:丹麦科学家;通过试验发现了电流能产生磁场。 13、安培:法国科学家;提出了著名的分子电流假说。 14、汤姆生:英国科学家;研究阴极射线,发现电子,测得了电子的比荷e/m;汤姆生还提出了“枣糕模型”,在当时能解释一些实验现象。 15、劳伦斯:美国科学家;发明了“回旋加速器”,使人类在获得高能粒子方面迈进了一步。 第7章 金属－半导体接触 本章讨论与pn 结特性有很多相似之处的金－半肖特基势垒接触。金－半肖特基势垒接触的整流效应是半导体物理效应的早期发现之一： §7.1金属半导体接触及其能级图 一、金属和半导体的功函数 1、金属的功函数 在绝对零度，金属中的电子填满了费米能级E F 以下的所有能级，而高于E F 的能级则全部是空着的。在一定温度下，只有E F 附近的少数电子受到热激发，由低于E F 的能级跃迁到高于E F 的能级上去，但仍不能脱离金属而逸出体外。要使电子从金属中逸出，必须由外界给它以足够的能量。所以，金属中的电子是在一个势阱中运动，如图7-1所示。若用E 0表示真空静 止电子的能量，金属的功函数定义为E 0与E F 能量之差，用W m 表示： FM M E E W -=0 它表示从金属向真空发射一个电子所需要的最小能量。W M 越大，电子越不容易离开金属。 金属的功函数一般为几个电子伏特，其中，铯的最低，为1.93eV ；铂的最高，为5.36 eV 。图7-2给出了表面清洁的金属的功函数。图中可见，功函数随着原子序数的递增而周期性变化。 2、半导体的功函数 和金属类似，也把E 0与费米能级之差称为半导体的功函数，用W S 表示，即 FS S E E W -=0 因为E FS 随杂质浓度变化，所以W S 是杂质浓度的函数。 与金属不同，半导体中费米能级一般并不是电子的最高能量状态。如图7-3所示，非简并半导体中电子的最高能级是导带底E C 。E C 与E 0之间的能量间隔 C E E -=0χ 被称为电子亲合能。它表示要使半导体导带底的电子逸出体外所需要的最小能量。 利用电子亲合能，半导体的功函数又可表示为 )(FS C S E E W -+=χ 式中，E n =E C －E FS 是费米能级与导带底的能量差。 图7-1 金属中的电子势阱 图7－2 一些元素的功函数及其原子序数 图7-3 半导体功函数和电子亲合能 生物物理学的发展史 从16世纪末开始，人们就开展了生物物理现象的研究，直到20世纪40年代薛定谔（Schr?dinger）在都柏林大学关于“生命是什么”的讲演之前，可以 算是生物物理学发展的早期。19世纪末叶，生理学家开始用物理概念如力学、流体力学、光学、电学及热力学的知识深入到生理学领域，这样就逐渐形成一个新的分支学科，许多人认为这就是最初的生物物理学。实际上物理学与生物学的结合很早以前就已经开始。例如克尔肖（Kircher）在17世纪描述过生物发光的现象；波莱利（Borrelli）在其所著《动物的运动》一书中利用力学原理分析了血液循环和鸟的飞行问题。18世纪伽伐尼（Galvani）通过青蛙神经由于接触两种金属引起肌肉收缩，从而发现了生物电现象。19世纪，梅那（Mayer）通过热、功和生理过程关系的研究建立了能量守恒定律。 20世纪40年代，《医学物理》介绍生物物理内容时,涉及面已相当广泛，包括听觉、色觉、肌肉、神经、皮肤等的结构与功能（电镜、荧光、X射线衍射、电、光电、电位、温度调节等技术），并报道了应用电子回旋加速器研究生物对象。著名的量子物理学家薛定谔专门作了“生命是什么”的报告中提出的几个观点，如负熵与生命现象的有序性、遗传物质的分子基础，生命现象与量子论的协调性等，以后陆续都被证明是极有预见性的观点，而且均得到证实。这有力地说明了近代物理学在推动生命科学发展中的作用。 20世纪50年代，物理学在各方面取得重大成就之后，物理学实验和理论的发展为生物物理学的诞生提供了实验技术和理论方法。例如，用X射线晶体衍射技术对核酸和蛋白质空间结构的研究开创了分子生物学的新纪元，将生命科学的许多分支都推进到分子水平，同时也把这些成就逐步扩大到细胞、组织、器官等， 新课标高考高中物理学史归纳总结 【新课标高考高中物理学史归纳总结(新人教版)】 必修部分：（必修 1、必修2） 一、力学： 1、1638年，意大利物理学家伽利略在《两种新科学的对话》中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快；并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验，证明了他的观点是正确的，推翻了古希腊学者亚里士多德的观点（即：质量大的小球下落快是错误的）； 2、1654年，德国的马德堡市做了一个轰动一时的实验马德堡半球实验； 3、1687年，英国科学家牛顿在《自然哲学的数学原理》著作中提出了三条运动定律（即牛顿三大运动定律）。 4、17世纪，伽利略通过构思的理想实验指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去；得出结论：力是改变物体运动的原因，推翻了亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因。同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。 5、英国物理学家胡克对物理学的贡献：胡克定律；经典题目：胡克认为只有在一定的条件下，弹簧的弹力才与弹簧的形变量成正比（对） 6、1638年，伽利略在《两种新科学的对话》一书中，运用观察－假设－数学推理的方法，详细研究了抛体运动。17世纪，伽利略通过理想实验法指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去；同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。 7、人们根据日常的观察和经验，提出“地心说”，古希腊科学家托勒密是代表；而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”，大胆反驳地心说。 8、17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律； 9、牛顿于1687年正式发表万有引力定律；1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量； 10、1846年，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈（勒维耶）应用万有引力定律，计算并观测到海王星，1930年，美国天文学家汤苞用同样的计算方法发现冥王星。 9、我国宋朝发明的火箭是现代火箭的鼻祖，与现代火箭原理相同；但现代火箭结构复杂，其所能达到的最大速度主要取决于喷气速度和质量比（火箭开始飞行的质量与燃料燃尽时的质量比）；俄国科学家齐奥尔科夫斯基被称为近代火箭之父，他首先 第一章习题 1.设晶格常数为a 的一维晶格,导带极小值附近能量E c (k)与价带极大值附近 能量E V (k)分别为: E c =0 2 20122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V -=-+ 0m 。试求： 为电子惯性质量，nm a a k 314.0,1==π (1)禁带宽度; （2） 导带底电子有效质量; （3）价带顶电子有效质量; (4)价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化 解:(1) eV m k E k E E E k m dk E d k m k dk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43(0,060064 30382324 30)(2320212102 2 20 202 02022210 1202==-==<-===-== >=+== =-+ηηηηηηηη因此：取极大值处，所以又因为得价带： 取极小值处，所以：在又因为：得：由导带： 04 3222* 83)2(1m dk E d m k k C nC ===η s N k k k p k p m dk E d m k k k k V nV /1095.704 3)()()4(6 )3(25104300222* 11-===?=-=-=?=-==ηηηηη所以：准动量的定义： 2、 晶格常数为0、25nm 的一维晶格,当外加102V/m,107 V/m 的电场时,试分别计 算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。 解:根据:t k h qE f ??== 得qE k t -?=?η s a t s a t 13719282 1911027.810106.1) 0(1027.810106.1) 0(----?=??--= ??=??-- =?π πηη 补充题1 分别计算Si(100),(110),(111)面每平方厘米内的原子个数,即原子面密度(提示:先 画出各晶面内原子的位置与分布图) Si 在(100),(110)与(111)面上的原子分布如图1所示: (a)(100)晶面 (b)(110)晶面 1、一级结构（Primary Structure):多聚体中组成单位的顺序排列。含义主要包括 1、链的数目； 2、每条链的起始和末端组分； 3、每条链中组分的数目、种类及其顺序； 4、链内或链间相互作用的性质、位置和数目。测定方法：1、生化方法：肽链的拆开、末段分析、氨基酸组成分析、多肽链降解、肽顺序分析 2、质谱技术（Mass Spectrometer)和色谱层析分析技术。 2、二级结构（Secondary Structure）是指多聚体分子主链（骨架）空间排布的规律性。测定方法：1、圆二色技术（Circular dichroism CD）、红外光谱（Infrared spectrum）和拉曼光谱（Raman spectrum ）技术。 3、水化作用 (Hydration)：离子或其他分子在水中将在其周围形成一个水层。 笼形结构(cage structure)：疏水物质进入水后水分子将其包围同时外围水分子之间较容易互相以氢键结合而形成笼形结构。 4、能量共振转移（energy resonance transfer): 将分子视为一个正负电荷分离的偶极子，受激发后将以一定的频率振动，如果其附近有一个振动频率相同的另一分子存在，则通过这两个分子间的偶极－偶极相互作用，能量以非辐射的方式从前者转移给后者，这一现象称为～。 5、脂多形性（lipid polymorphism):不同的磷脂分子可形成不同的聚集态或不同的结构，称为“相”，同一磷脂分子在不同的条件下也可以形成不同的聚集态，这一性质称为脂多形性。 6、相分离（phase separation）：由两种磷脂组成的脂质体，当温度在两种磷脂的相变温度之间时，一种磷脂已经发生相变处于液晶态，另一种磷脂仍处于凝胶态，这种两相共存的现象称为相分离。 7、相变：（phase transition）:是指加热到一定稳定时脂双层结构突然发生变化，而脂双层仍然保留的现象。这一温度成为相变温度，温度以上成为液晶相，相变温度以下称为凝胶相。 8、协同运输（cotransport）：细胞利用离子顺其跨膜浓度梯度运输时释放的能：量同时使另一分子逆其跨膜浓度梯度运输。 9、被动运输（passive transport）：是指溶质从高浓度区域移动到一低浓度区域，最后消除两区域的浓度差，是以熵增加驱动的放能过程。这种转运方式称为被动运输。 10、主动运输（active transport）：主动运输是指物质逆浓度梯度，在载体的协助下，在能量的作用下运进或运出细胞膜的过程。Na+、K+和Ca2+等离子，都不能自由地通过磷脂双分子层，它们从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。 11、易化扩散（facilitated diffusion）：在双层脂分子上存在一些特殊蛋白质能够大大增加融资的通透性，溶质也是从高浓度侧向低浓度侧运输，这种运输方式被称为易化扩散。这些蛋白质被称为运输蛋白。 12、离子通道（ion channel）：是细胞膜的脂双层中的一些特殊大分子蛋白质，其中央形成能通过离子的亲水性孔道，允许适当大小和适当电荷的离子通过。 13、长孔效应（longpore effect）：当一个离子从膜外进入孔道，要与孔道内的几个离子发生碰撞后才能通过孔道，这种现象称为长孔效应。 14、双电层（electrical double layer ）：细胞表面的固定电荷与吸附层电荷的净电荷总量与扩散层电荷的性质相反，数值相等，形成一个双电层。 15、自由基（ free radical FR ）：能独立存在的、具有不配对电子的原子、原子团、离子或分子。 16、基团频率（ group frequency ）：一些化学基团（官能团）的吸收总在一个较狭窄的特定频率范围内，是红外光谱的特征性。在红外光谱中该频率表现基团频率位移，即特征吸收峰。 17、infrared spectroscopy(红外光谱):以波长或波数为横坐标,以强度或其他随波长变化的性质为纵坐标所得到的反映红外射线与物质相互作用的谱图。 18、圆二色谱（circular dichroism spectrum, CD）：记录的是物质对紫外光与可见光波段左圆偏振光和右圆偏振光的吸收存在的差别与波长的关系，是分子中的吸收基团吸收电磁波能量引起物质电子能级跃迁，其波长范围包括近紫外区、远紫外区和真空紫外区。 19、圆二色性（activity of circular dichroism）：手性物质对左右圆偏振光的吸收度不同，导致出射时左右圆偏振光电场矢量的振幅不同，通过样品后的左右圆偏振光再次合成的光是椭圆偏振光，而不再是线性偏振光，这种现象称为~。 20、旋光性（activity of optical ratation）：左右圆偏振光在手性物中行进（旋转）速度不同，导致出射时的左右圆偏振光相对于入射光的偏振面旋转的角度不同，通过样品后的左右圆偏振光再次合成的光相对于入射光的偏振面旋转了一定的角度，称为~。 21、荧光(fluorescence)：受光激发的分子从第一激发单重态的最低振动能级回到基态所发出的辐射。寿命为10-8~ 10 -11s。由于是相同多重态之间的跃迁，几率较大，速度大，速率常数kf为106~109s-1。分子产生荧光必须具备的条件（1）具有合适的结构（2）具有一定的荧光量子产率。 高考物理专题物理学史知识点全集汇编 一、选择题 1．在物理学发展过程中，许多科学家做出了贡献，下列说法正确的是（） A．伽利略利用“理想斜面”得出“力是维持物体运动的原因”的观点 B．牛顿提出了行星运动的三大定律 C．英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了万有引力常量 D．开普勒从理论和实验两个角度，证明了轻、重物体下落一样快，从而推翻了古希腊学者亚里士多德的“小球质量越大下落越快”的错误观点 2．伽利略是实验物理学的奠基人，下列关于伽利略在实验方法及实验成果的说法中不正确的是 A．开创了运用逻辑推理和实验相结合进行科学研究的方法 B．通过实验发现斜面倾角一定时，不同质量的小球从不同高度开始滚动，加速度相同C．通过实验和理想实验，提出了惯性的概念，从而奠定了牛顿力学的基础 D．为了说明力是维持物体运动的原因用了理想实验法 3．下列选项不符合历史事实的是（） A．富兰克林命名了正、负电荷 B．库仑在前人工作的基础上通过库仑扭秤实验确定库仑定律 C．麦克斯韦提出电荷周围存在一种特殊的物质--电场 D．法拉第为了简洁形象描述电场，提出电场线这一辅助手段 4．2014年，我国在实验中发现量子反常霍尔效应，取得世界级成果。实验在物理学的研究中有着非常重要的作用，下列关于实验的说法中正确的是() A．在探究求合力的方法的实验中运用了控制变量法 B．密立根利用油滴实验发现电荷量都是某个最小值的整数倍 C．牛顿运用理想斜面实验归纳得出了牛顿第一定律 D．库仑做库仑扭秤实验时采用了归纳的方法 5．发明白炽灯的科学家是() A．伏打 B．法拉第 C．爱迪生 D．西门子 6．了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要。以下符合史实的是( ) A．焦耳发现了电流的磁效应 B．法拉第发现了电磁感应现象，并总结出了电磁感应定律 C．惠更斯总结出了折射定律 D．英国物理学家托马斯杨利用双缝干涉实验首先发现了光的干涉现象 7．下列描述中符合物理学史的是（） A．开普勒发现了行星运动三定律，从而提出了日心说 B．牛顿发现了万有引力定律并测定出引力常量G C．法拉第在实验中观察到，在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中，会出现感应电流 D．楞次在分析了许多实验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场 第七章 一、基本概念 1.半导体功函数: 半导体的费米能级E F 与真空中静止电子的能量E 0的能量之差。 金属功函数：金属的费米能级E F 与真空中静止电子的能量E 0的能量之差 2.电子亲和能: 要使半导体导带底的电子逸出体外所需的最小能量。 3. 金属-半导体功函数差o: (E F )s-(E F )m=Wm-Ws 4. 半导体与金属平衡接触平衡电势差: q W W V s m D -= 5.半导体表面空间电荷区 : 由于半导体中自由电荷密度的限制，正电荷分布在表面相当厚的一层表面层内，即空间电荷区。表面空间电荷区=阻挡层=势垒层 6.电子阻挡层：金属功函数大于N 型半导体功函数（Wm>Ws ）的MS 接触中，电子从半导体表面逸出到金属，分布在金属表层，金属表面带负电。半导体表面出现电离施主，分布在一定厚度表面层内，半导体表面带正电。电场从半导体指向金属。取半导体内电位为参考，从半导体内到表面，能带向上弯曲，即形成表面势垒，在势垒区，空间电荷主要有带正电的施主离子组成，电子浓度比体内小得多，因此是是一个高阻区域，称为阻挡层。 【电子从功函数小的地方流向功函数大的地方】 7.电子反阻挡层：金属功函数小于N 型半导体功函数（Wm 第8章 半导体表面与MIS 结构 许多半导体器件的特性都和半导体的表面性质有着密切关系，例如，晶体管和集成电路的工作参数及其稳定性在很大程度上受半导体表面状态的影响；而MOS 器件、电荷耦合器件和表面发光器件等，本就是利用半导体表面效应制成的。因此．研究半导体表面现象，发展相关理论，对于改善器件性能，提高器件稳定性，以及开发新型器件等都有着十分重要的意义。 §8.1 半导体表面与表面态 在第2章中曾指出，由于晶格不完整而使势场的周期性受到破坏时，禁带中将产生附加能级。达姆在1932年首先提出：晶体自由表面的存在使其周期场中断，也会在禁带中引入附加能级。实际晶体的表面原子排列往往与体内不同，而且还存在微氧化膜或附着有其他分子和原子，这使表面情况变得更加复杂。因此这里先就理想情形，即晶体表面无缺陷和附着物的情形进行讨论。 一、理想一维晶体表面模型及其解 达姆采用图8-l 所示的半无限克龙尼克—潘纳模型描述具有单一表面的一维晶体。图中x ＝0处为晶体表面；x ≥0的区域为晶体内部，其势场以a 为周期随x 变化；x ≤0的区域表示晶体之外，其中的势能V 0为一常数。在此半无限周期场中，电子波函数满足的薛定谔方程为 )0(20202≤=+-x E V dx d m φφφη (8-1) )0()(2202≥=+-x E x V dx d m φφφη (8-2) 式中V (x)为周期场势能函数，满足V (x +a )=V(x )。 对能量E ＜V 0的电子，求解方程(8-1)得出这些 电子在x ≤0区域的波函数为 ])(2ex p[)(001x E V m A x η -=φ (8-3) 求解方程(8-2)，得出这些电子在x ≥0区域中波函数的一般解为 kx i k kx i k e x u A e x u A x ππφ22212)()()(--+= (8-4) 当k 取实数时，式中A 1和A 2可以同时不为零，即方程(8-2)满足边界条件φ1(0)=φ2(0)和φ1'(0)=φ2'(0)的解也就是一维无限周期势场的解，这些解所描述的就是电子在导带和价带中的允许状态。 但是，当k 取复数k =k '+ik ''时（k '和k ''皆为实数），式(8-4)变成 x k x k i k x k x k i k e e x u A e e x u A x '''--''-'+=ππππφ2222212)()()( (8-5) 此解在x→∞或-∞时总有一项趋于无穷大，不符合波函数有限的原则，说明无限周期势场不能有复数解。但是，当A 1和A 2任有一个为零，即考虑半无限时，k 即可取复数。例如令A 2＝0，则 x k x k i k e e x u A x ''-'=ππφ2212)()( (8-6) 图8-l 一维半无限晶体的势能函数 高考物理物理学史知识点全集汇编含解析(5) 一、选择题 1．第一个准确测量出万有引力常量的科学家是（） A．B．C．D． 2．下面说法中正确的是（） A．库仑定律是通过实验总结出来的关于点电荷相互作用力跟它们间的距离和电荷量关系的一条物理规律 B．库仑定律适用于点电荷，点电荷就是很小的带电体 C．库仑定律和万有引力定律很相似，它们都不是平方反比规律 D．当两个点电荷距离趋近于零时，库仑力则趋向无穷 3．在物理学发展过程中，许多科学家做出了贡献，下列说法正确的是() A．自然界的电荷只有两种，美国科学家密立根将其命名为正电荷和负电荷，美国物理学家富兰克林通过油滴实验比较精确地测定了电荷量e的数值 B．卡文迪许用扭秤实验测定了引力常量G和静电力常量k的数值 C．奥斯特发现了电流间的相互作用规律，同时找到了带电粒子在磁场中的受力规律D．开普勒提出了三大行星运动定律后，牛顿发现了万有引力定律 4．物理学中最早使用理想实验方法、发现万有引力定律、最早引入了电场概念并提出用电场线表示电场和发现电流磁效应分别由不同的物理学家完成，他们依次是（） A．伽利略、牛顿、法拉第和奥斯特 B．牛顿、卡文迪许、洛伦兹和安培 C．伽利略、卡文迪许、库仑和奥斯特 D．伽利略、牛顿、库仑和洛伦兹. 5．以下说法符合历史事实的是（） A．伽利略总结了导师第谷留下的大量天文观测数据，发现了行星三大定律 B．库仑采用放大法，利用扭秤装置测出了万有引力常量．因此被誉为第一个称量地球质量的人 C．法拉第首先提出了电场的概念，而且为了形象地描述电场，他又引入了电场线的概念D．牛顿对自由落体运动进行了深入仔细的研究，将理想斜面实验的结论合理外推，得出自由落体运动是匀变速运动 6．在物理学建立、发展的过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步，关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是() A．古希腊学者亚里士多德认为物体下落的快慢由它们的重量决定，伽利略在他的《两种新科学的对话》中利用逻辑推断，使亚里士多德的理论陷入了困境 第6章 p-n 结 1、一个Ge 突变结的p 区和n 区掺杂浓度分别为N A =1017cm -3和N D =5?1015cm -3，求该pn 结室温下的自建电势。 解：pn 结的自建电势 2(ln )D A D i N N kT V q n = 已知室温下，0.026kT =eV ，Ge 的本征载流子密度1332.410 cm i n -=? 代入后算得：1517 132 510100.026ln 0.36(2.410)D V V ??=?=? 4.证明反向饱和电流公式（6-35）可改写为 202 11()(1)i s n n p p b k T J b q L L σσσ=++ 式中n p b μμ= ，n σ和p σ分别为n 型和p 型半导体电导率，i σ为本征半导体电导率。 证明：将爱因斯坦关系式p p kT D q μ= 和n n kT D q μ=代入式（6-35）得 0000( )p n p n S p n n p n p n p p n n p J kT n kT p kT L L L L μμμμμμ=+=+ 因为002i p p n n p =，0 2 i n n n p n =，上式可进一步改写为 221111( )( )S n p i n p i n p p p n n n p p n J kT n qkT n L p L n L L μμμμμμσσ=+ =+ 又因为 ()i i n p n q σμμ=+ 22222222()(1)i i n p i p n q n q b σμμμ=+=+ 即 22 2 2222 2 ()(1) i i i n p p n q q b σσμμμ==++ 将此结果代入原式即得证 第一章习题 1．设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c (k)和价带极大值附近能量 E V (k)分别为： E c =0 2 20122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V - =-+ 0m 。试求： 为电子惯性质量，nm a a k 314.0,1== π （1）禁带宽度; （2）导带底电子有效质量; （3）价带顶电子有效质量; （4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化 解：（1） eV m k E k E E E k m dk E d k m k dk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43 (0,060064 3 382324 3 0)(2320 212102220 202 02022210 1202==-==<-===-==>=+===-+ 因此：取极大值 处，所以又因为得价带： 取极小值处，所以：在又因为：得：由导带： 04 32 2 2*8 3)2(1 m dk E d m k k C nC === s N k k k p k p m dk E d m k k k k V nV /1095.704 3 )() ()4(6 )3(25104 3002 2 2*1 1 -===?=-=-=?=- == 所以：准动量的定义： 2. 晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107 V/m 的电场时，试分别计算 电子自能带底运动到能带顶所需的时间。 解：根据：t k h qE f ??== 得qE k t -?=? s a t s a t 137 19 282 1911027.810 10 6.1)0(102 7.810106.1) 0(----?=??-- =??=??-- = ?π π 补充题1 分别计算Si （100），（110），（111）面每平方厘米内的原子个数，即原子面密度（提 示：先画出各晶面内原子的位置和分布图） Si 在（100），（110）和（111）面上的原子分布如图1所示： （a ）(100)晶面 （b ）(110)晶面 高考必备——高考物理学史知识点 鉴于每年高考中都会考到物理学史的相关知识，为便于同学们更好地复习备战2016年高考，本资料从教科书及历次模拟考试试卷中把有关物理学史的内容按“力学”、“热学”、“电、磁学”、“光学、原子物理”、“量子力学”总结成文，供同学们复习参考。 一、力学中的物理学史 1、前384年—前322年，古希腊杰出思想家亚里士多德：在对待“力与运动的关系”问题上，错误的认为“维持物体运动需要力”。 2、1638年意大利物理学家伽利略：最早研究“匀加速直线运动”；论证“重物体不会比轻物体下落得快”的物理学家；利用著名的“斜面理想实验”得出“在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去即维持物体运动不需要力”的结论； 伽利略还发明了空气温度计；理论上验证了落体运动、抛体运动的规律；还制成了第一架观察天体的望远镜；第一次把“实验”引入对物理的研究，开阔了人们的眼界，打开了人们的新思路；发现了“摆的等时性”等。 3、1683年，英国科学家牛顿：总结三大运动定律、发现万有引力定律。另外牛顿还发现了光的色散原理；创立了微积分、发明了二项式定理；研究光的本性并发明了反射式望远镜。其最有影响的著作是《自然哲学的数学原理》。 4、1798年英国物理学家卡文迪许：利用扭秤装置比较准确地测出了万有引力常量 G=6.67×11-11N·m2/kg2（微小形变放大思想）。 5、1905年爱因斯坦：提出狭义相对论，经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。即“宏观”、“低速”是牛顿运动定律的适用范围。 二、热学中的物理学史 1、1827年英国植物学家布朗：发现悬浮在水中的花粉微粒不停地做无规则运动的现象——布朗运动。 2、1661年英国物理学家玻意耳发现：一定质量的气体在温度不变时，它的压强与体积成反比（即为玻意耳定律） 3、1787年法国物理学家查理发现：一定质量的气体在体积不变时，它的压强与热力学温度成正比（即为查理定律） 4、1802年法国物理学家盖·吕萨克发现：一定质量的气体在压强不变时，它的体积与热力学温度成正比（即为盖·吕萨克定律） 三、电、磁学中的物理学史 1、1785年法国物理学家库仑：类比万有引力定律，通过实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律。并测量（是否为库伦测得有争议）出了静电力常量k=9.0×10^9 N·m2/C2 2、1826年德国物理学家欧姆：通过实验得出导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比即欧姆定律。 3、1820年，丹麦物理学家奥斯特：电流可以使周围的磁针发生偏转，称为电流的磁效应。 4、1831年英国物理学家法拉第：发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应现象。 生物技术学院 课程论文 课程名称：大学物理 学号：222012********* 姓名：马平凡 专业班级：明珠班 成绩： 教师签名： 物理学在生物上的应用——生物物理学 摘要：生物物理学（ Biological Physics）是物理学与生物学相结合的一门交叉学科，是生命科学的重要分支学科和领域之一。生物物理学是应用物理学的概念和方法研究生物各层次结构与功能的关系、生命活动的物理、物理化学过程和物质在生命活动过程中表现的物理特性的生物学分支学科。生物物理学旨在阐明生物在一定的空间、时间内有关物质、能量与信息的运动规律。 关键词：物理学生物学交叉学科分支规律 物理学和生物学互相促进，共同发展。物理学和生物学在两方面有联系：一方面，生物为物理提供了具有物理性质的生物系统，另一方面，物理为生物提供了解决问题的工具。生命科学是系统地阐述与生命特性有关的重大课题的科学。支配着无生命世界的物理定律同样也适用于生命世界，无须赋予生活物质一种神秘的活力。 发展简史： 17世纪A.考伯提到发光生物萤火虫。 1786年L.伽伐尼研究了肌肉的静电性质。 1796年T.扬利用光的波动学说、色觉理论研究了眼的几何光学性质及心脏的液体动力学作用。 H.von亥姆霍兹将能量守恒定律应用于生物系统，认为物质世界包括生命在内都可以归结为运动。他研究了肌肉收缩时热量的产生和神经脉冲的传导速度E.H.杜布瓦－雷蒙德第一个制造出电流表并用以研究肌肉神经，1848年发现了休止电位及动作电位。 1895年W.C.伦琴发现了 X射线后，几乎立即应用到医学实践。 1899年K.皮尔逊在他写的《科学的文法》一书中首次提到：“作为物理定律的特异事例来研究生物现象的生物物理和生物物理学……”，并列举了当时研究的血液流体动力学、神经传导的电现象、表面张力和膜电位、发光与生物功能、以及机械应激、弹性、粘度、硬度与生物结构的关系等问题。 物理学史 1.（2013四川成都高三第二次诊断性检测理科综合试题，1）下列说法正确的是（） A. 牛顿测出了引力常量 B. 爱因斯坦提出了系统的电磁理论 C. 理想实验不能用于科学研究 D. 公式与采取的定义方式相同 2.（2014山西忻州一中、康杰中学、临汾一中、长治二中四校高三第三次联考理科综合试题，14）在物理学的重大发现中科学家们总结出了许多物理学方法，如理想实验法、控制变量法、极限思想法、类比法、科学假设法和建立物理模型法等。以下关于物理学研究方法的叙述不正确的是（） A．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替物体的方法运用了假设法 B．根据速度的定义式，当趋近于零时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义运用了极限思想法C．在实验探究加速度与力、质量的关系时，运用了控制变量法 D．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程等分成很多小段，然后将各小段位移相加，运用了微元法 3.（2014山东潍坊高三3月模拟考试理科综合试题，14）许多科学家在物理学发展过程中做出了重要贡献，下列叙述中符合史实的是（） A．伽利略研究了天体的运动，并提出了行星运动的三定律 B．牛顿发现了万有引力定律，并通过扭秤实验测出了引力常量 C．库仑发现了点电荷间的作用规律，并提出了电场的概念 D．法拉第发现了电磁感应现象，并制造了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机 4.（2014山东青岛高三第一次模拟考试理综物理，14）下列说法中正确的是（） A. 用点电荷来代替实际带电体是采用了理想模型的方法 B. 牛顿在对自由落体运动的研究中，首次采用以实验检验猜想和假设的科学方法 C. 法拉第最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场 D. 哥白尼大胆反驳地心说，提出了日心说，并发现行星沿椭圆轨道运行的规律 5.（2014江西重点中学协作体高三年级第一次联考，14）下列有关电磁学的四幅图中，说法不正确的是（） 第七章 半导体表面层和MIS 结构 （1）p 型Si 的掺杂浓度分别为N =1015/cm 3，1017/cm 3。求表面刚刚达到强反型时的表面层电荷面密度，空间电荷层厚度和表面最大电场。 N =1015/cm 3时, 1710=N /cm 3时, 2/10)4(A F s M eN V d εε=2/10)4(A F s M B N eV Q εε-=kT eV i kT E E i F F Fi e n e n p ==-0i A i F n N e kT n p e kT V ln ln 0==00εεεεs BM s n BM M Q Q Q E -≈+-=]/[1076.8)4(2102/10cm e N eV Q A F s M B ?-=-=εε??==A eN V d A F s M 32/101076.8)4(εε]/[1032.140 0cm V Q Q Q E s BM s n BM M ?=-≈+-=εεεε)(41.0105.110ln 026.01017 V V F =?=]/[1004.1)4(2122/10cm e N eV Q A F s M B ?-=-=εε??==A eN V d A F s M 32/101004.1)4(εε （2）氧化层厚度为1μm 的Si MOS 结构的p 型衬底的掺杂浓度分别为N =1015/cm 3，1016/cm 3，比较这两种结构的氧化层电容和耗尽层电容在决定结构总电容中的作用。 N A 大d s 小, C D 大, C i 作用大。 （3）在MOS 结构C V -特性测量的应用中，平带电容有什么作用？ 可根据平带电容来确定平带电压 （4）从物理上说明C FB /C i 随氧化层厚度及掺杂浓度的变化趋势。由 图查N =1015/cm 3，d i =1000A 0的Si MOS 结构的C FB /C i 值，由此估算 德拜长度。与直接算得的值进行比较。 d i 大, C FB /C i 更接近1; p 0大, L D 小, C FB /C i 更接近1. 查图得C FB /C i =0.7, 估算L D =1.35?103 A ? 直接计算得L D =1.31?103 A ? （5）试讨论平带电压V FB 及阈值电压V T 中各个项的来源： i BM F FB T i ox i fc ms FB C Q V V V C Q C Q V V -+='--=2; V FB 各项的来源分别为：功函数之差、“附着”于半导体表面的电 荷、和氧化层中的电荷对半导体表面层内能带弯曲产生的影响。 V T 各项的来源分别为：平带电压、理想情况半导体内部的电压降 V s =2V F 、理想情况绝缘层上的电压降V i 。 ] /[1057.1500cm V Q Q Q E s BM s n BM M ?=-≈+-=εεεεD i s s i i C C d d C 11100+=+=εεεεi s D i i s D i i FB d L C L d C εεεεεε+=+=1100020p e kT L s D εε= 高考物理物理学史知识点知识点训练附答案(4) 一、选择题 1．下列说法正确的是（） A．牛顿提出万有引力定律，并利用扭秤实验，巧妙地测出来万有引力常量 B．牛顿第一定律、牛顿第二定律都可以通过实验来验证 C．单位m、kg、s是一组属于国际单位制的基本单位 D．牛顿第一定律是牛顿第二定律在加速度等于零下的一个特例 2．下列有关物理常识的说法中正确的是 A．牛顿的经典力学理论不仅适用于宏观、低速运动的物体，也适用于微观、高速运动的物体 B．力的单位“N”是基本单位，加速度的单位“m/s2”是导出单位 C．库仑在前人工作的基础上提出了库仑定律，并利用扭秤实验较准确地测出了静电力常量k D．沿着电场线方向电势降低，电场强度越大的地方电势越高 3．物理学中最早使用理想实验方法、发现万有引力定律、最早引入了电场概念并提出用电场线表示电场和发现电流磁效应分别由不同的物理学家完成，他们依次是（） A．伽利略、牛顿、法拉第和奥斯特 B．牛顿、卡文迪许、洛伦兹和安培 C．伽利略、卡文迪许、库仑和奥斯特 D．伽利略、牛顿、库仑和洛伦兹. 4．在物理学建立、发展的过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步，关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是() A．古希腊学者亚里士多德认为物体下落的快慢由它们的重量决定，伽利略在他的《两种新科学的对话》中利用逻辑推断，使亚里士多德的理论陷入了困境 B．德国天文学家开普勒对他导师第谷观测的行星数据进行了多年研究，得出了万有引力定律 C．英国物理学家卡文迪许利用“卡文迪许扭秤”首先较准确的测定了静电力常量 D．牛顿首次提出“提出假说，数学推理实验验证，合理外推”的科学推理方法 5．下列说法错误的是 A．安培发现了通电导线周围存在磁场 B．法拉第发现了电磁感应现象及其规律 C．库仑通过扭秤实验研究发现了库仑定律 D．洛伦兹研究发现了运动电荷在磁场中受到的磁场力的规律 6．下列说法中正确的是（） A．奥斯特发现了电磁感应现象 B．牛顿通过理想斜面实验得出了维持运动不需要力的结论 C．玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱现象，推动了量子理论的发展 D．光照在金属板上时，金属能否发生光电效应现象与入射光的强度有关． 7．下列说法正确的是( )2018高中物理学史(归纳整理版)
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