课时13.3光的干涉
1.通过实验观察,认识光的干涉现象。理解光是一种波,干涉是波特有的性质。
2.明确光产生干涉的条件以及相干光源的概念。
3.理解干涉的原理、干涉条纹形成的原因及特点,能够利用明暗条纹产生的条件解决相应的问题。
重点难点:光的干涉产生的条件,形成明暗条纹的条件,以及双缝干涉中明暗条纹的有关计算。
教学建议:本节主要讲杨氏双缝干涉实验和决定条纹间距的条件。教学中要注意回顾和应用机械波干涉的相关知识,分析光屏上明暗条纹的分布规律,这可以进一步加深学生对光的波动性的认识。本节做好光的干涉的演示实验是使学生正确理解本节知识的关键。
导入新课:在托马斯·杨之前,不少人都曾进行过光学实验,试图找到证明光的波动性的有力证据:光的干涉和衍射现象。但这些实验都失败了,原因是他们不能找到相干光源。直到1801年托马斯·杨做了著名的干涉实验,为光的波动说奠定了基础。杨氏干涉实验巧妙地解决了相干光源问题,它的巧妙之处在哪?
1.杨氏干涉实验
(1)1801年,英国物理学家①托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。证明光的确是一种②波。
(2)双缝干涉实验:让一束③单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上,狭缝相距很近,就形成了两个波源,它们的④频率、⑤相位和⑥振动方向总是相同。这两
个波源发出的光在挡板后互相叠加,挡板后面的屏上就可以得到⑦明暗相间的条纹。
2.决定条纹间距的条件
(1)出现亮条纹的条件:当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的⑧偶数倍时(即恰好等于波长的⑨整数倍时),两列光在这点相互⑩加强,这里出现亮条纹。
(2)出现暗条纹的条件:当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的
奇数倍时,两列光在这点相互削弱,这里出现暗条纹。
1.杨氏实验观察到的是什么现象?为什么说它证明了光是一种波?
解答:干涉现象,干涉现象是波特有的现象。
2.双缝干涉实验中为什么用激光做光源?
解答:激光亮度高、相干性好。
3.光的干涉能用叠加原理解释吗?
解答:能。
主题1:光的干涉
问题:(1)光是一种波,跟波有相似的特性。上一章我们学了波的干涉,什么是光的干涉呢?
(2)光的干涉条件是什么?
(3)如何获得相干光源?
(4)思考后讨论,为什么生活中很少见到光的干涉现象呢?
解答:(1)在两列光波的叠加区域,某些区域相互加强,出现亮纹,某些区域相互减弱,出现暗纹,且加强区域和减弱区域相互间隔,即亮纹和暗纹相互间隔,这种现象称为光的干涉。
(2)两列光的频率相同、相位差恒定或两列光振动情况总是相同。
(3)采用将一束光一分为二的方法可获得相干光源,称为分光法。
(4)不同光源发出的光频率一般不同,即使是同一光源,它的不同部位发出的光也不一定有相同的频率和恒定的相位差。故一般情况下不易观察到光的干涉现象。
知识链接:用波的干涉的有关知识来类比光的干涉,是一种有效的学习方法。
主题2:双缝干涉条件
问题:有同学认为两列相干光叠加时,只有波峰、波峰相遇或波谷、波谷相遇才出现明条纹;只有波峰、波谷相遇才出现暗条纹。请问,这种说法对吗?为什么?
解答:不对。只要相遇处两列光振动方向始终相同,就出现亮条纹;只要相遇处两列光振动方向始终相反,就出现暗条纹。
知识链接:两列相干光叠加,加强区出现明条纹,减弱区出现暗条纹。
主题3:双缝干涉中明、暗条纹的形成与路程差的关系
问题:光屏上某点到缝S1、S2的路程差为波长整数倍时振动加强,出现明条纹;路程差为半波长的奇数倍时振动减弱,出现暗条纹,如图所示。
(1)如果光屏上某点到光源S1、S2的路程差为0时出现哪种条纹?
(2)以上规律能用数学形式表达出来吗?如果能,请写出来。
解答:(1)光屏上某点到光源S1、S2的路程差为0的点是干涉条纹的中央,也就是光屏上的P0点,该点出现明条纹,也叫中央亮条纹。
(2)光屏上某点到光源S1、S2的路程差为Δr(也叫光程差),Δr为光波波长的整数倍时,该处振动加强(明条纹),Δr为光波半波长的奇数倍时,该处振动减弱(暗条纹),即
Δr=r2-r1=±kλ(k=0,1,2,3,…),亮条纹
Δr=r2-r1=±(2k-1)λ(k=1,2,3,…),暗条纹。
知识链接:光的干涉现象也是波的干涉现象。
1.(考查干涉现象的条件)能产生干涉现象的两束光是()。
A.振幅相同的两束光
B.频率相同、相位差恒定的两束光
C.两只完全相同的灯泡发出的红光
D.同一光源的两个发光部分发出的光
【解析】只有频率相同、相位差恒定的两束光波,在它们相遇的空间里才能够产生稳定的干涉,观察到稳定的干涉图样。为了得到相干光,通常是把同一光源发出的一束光分成两束。杨氏双缝干涉实验中,在光源和双缝间设置一个狭缝就是让点光源发出的一束光经过双缝后得到的两束光成为相干光。
【答案】B
【点评】两束光能产生干涉,必须频率相同,相位差恒定。
2.(考查产生亮条纹的条件)双缝干涉的实验中,如果在光屏上的P点出现亮条纹,则光波从双缝S1、S2到P点的距离差应是 ()。
A.波长的整数倍
B.半波长的整数倍
C.波长的奇数倍
D.半波长的偶数倍
【解析】当屏上某点到双缝距离之差等于单色光波长的整数倍或半波长的偶数倍时,该处出现亮条纹,选项A、D正确;当屏上某点到双缝距离之差等于单色光波长的奇数倍时,该处出现亮条纹,但出现亮条纹并不能说明双缝距离之差是单色光波长的奇数倍,选项C错误;当屏上某点到双缝距离之差为半波长的整数倍时,既可能是波长的整数倍,也可能是半波长的奇数倍,因此不一定出现亮条纹,选项B不正确。
【答案】AD
【点评】产生亮条纹的位置,光程差应是半个波长的偶数倍或波长的整数倍。
3.(考查干涉现象中明、暗条纹的条件)如图所示的杨氏双缝干涉的实验中,如果光屏上的P点是亮条纹,那么光波从缝S1、S2到P的光程差Δs应是( )。
A.波长的整数倍
B.半波长的整数倍
C.只是波长的奇数倍
D.只是半波长的奇数倍
【解析】在杨氏双缝干涉的实验中,S1、S2两缝发出的光具备干涉条件,P点是亮条纹,则两列光在P点叠加过程中相互加强,光程差Δs应为半波长的偶数倍,即波长的整数倍。
【答案】A
【点评】半波长的偶数倍就是波长的整数倍。
4.(考查对明暗条纹的判断)如图所示,在杨氏双缝干涉实验中,激光的波长为
5.30×10-7 m,屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10-7 m,则在这里出现的应是(选填“亮条纹”或“暗条纹”)。
【解析】=1.5,即Δs=1.5λ,故P点应出现暗条纹。
【答案】暗条纹
【点评】光程差是半个波长的奇数倍的位置产生暗条纹。
拓展一:双缝干涉的必要条件
1.两盏普通白炽灯发出的光相遇时,我们观察不到干涉条纹,这是因为()。
A.两盏灯亮度不同
B.灯光的波长太短
C.两灯光的频率不同
D.电灯发出的光不稳定
【分析】只有频率相同,相位差恒定的两束光相遇才可以产生干涉现象。其中,频率相同是首要条件。
【解析】双缝干涉的必要条件之一是频率相同,即使两盏一样的普通白炽灯发出的光的频率也是不一样的,因此选项C正确。
【答案】C
【点拨】①干涉的必要条件是两列波的频率相同,即两束光一定要为相干光,在解答这类问题时一定要牢牢地抓住这个条件。
②一般情况下,两个不同的光源发出的光或同一个光源的不同部分发出的光的振动情况往往是不同的,不能满足干涉的条件,所以观察不到干涉条纹。由光源上同一点发出的光或同一列光分出的两列光其振动情况是相同的。
③激光是相干性很强的光,所以做双缝干涉实验时我们用的是氦氖激光器发出的红色激光。
拓展二:对双缝干涉条纹明暗的判断
2.线光源a发出的光波长为480 nm,线光源b发出的光波长为672 nm,则()。
A.用a做双缝干涉实验,屏上与双缝路程差为s1=1.68 μm的P处将出现暗条纹
B.用b做双缝干涉实验,屏上与双缝路程差为s1=1.68 μm的P处将出现亮条纹
C.用a做双缝干涉实验,屏上与双缝路程差为s2=1.44 μm的Q处将出现亮条纹
D.用b做双缝干涉实验,屏上与双缝路程差为s3=1.008 μm的M处将出现亮条纹
【分析】某点是亮条纹还是暗条纹取决于该点到两光源的路程差,只要分析出路程差即可判断是亮条纹还是暗条纹。
【解析】题中两光源发出的光的半波长分别为λ1=×480×10-9m=2.40×10-7 m,λ2=×672×10-9 m=3.36×10-7 m
P、Q、M三处到双缝的路程差可表示为
s 1=1.68×10-6 m=7·λ
1
=5·λ
2
s 2=1.44×10-6 m=6·λ
1
s 3=1.008×10-6 m=3·λ
2
可见,用a、b两光源做双缝干涉实验时,屏上P处到双缝的路程差都等于半波长的奇数倍,P处均出现暗条纹,A正确,B错误;用a做双缝干涉实验时,屏上Q 处到双缝的路程差恰等于线光源a半波长的偶数倍,Q处应为亮条纹,C正确;用b 做双缝干涉实验时,屏上M处到双缝的路程差恰等于线光源b半波长的奇数倍,M 处应为暗条纹,D错误。
【答案】AC
【点拨】根据明暗条纹形成的条件判断屏上某点是出现亮条纹还是暗条纹的方法是①当屏上某点到双缝S1、S2的路程差为波长整数倍时振动加强,出现亮条纹;②当屏上某点到双缝S1、S2的路程差为半波长的奇数倍时振动减弱,出现暗条纹。
一、物理百科
麦克耳孙干涉仪的结构和工作原理
麦克耳孙干涉仪是利用干涉条纹精确测定长度和长度改变的仪器。它是麦克耳孙在1881年设计成功的。麦克耳孙和莫雷应用该仪器进行了测定以太风的著名实验。后人根据此种干涉仪研制出各种具有实用价值的干涉仪。
如图所示,G2的一面镀上半透半反膜,M1、M2为平面反射镜,M1是固定的,M2和精密丝相连,使其可前后移动,最小读数为10-4 mm,可读到10-5 mm,M1和M2后各有几个小螺丝可调节其方位。当M2和M1'严格平行时,M2移动,表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中心“吐出”或向中心“消失”。两平面镜之间的“空气间隙”距离增大时,中心就会“吐出”一个个条纹;反之则“吞进”一个个条纹。M2和
M 1'不严格平行时,则表现为等厚干涉条纹,M
1
移动时,条纹不断移过视场中某一标
记位置。
光束2三次穿过分光板,而光束1只通过分光板一次。补偿板就是为了消除这种不对称而设置的。在使用单色光源时,补偿板并非必要,可以利用空气光程来补偿;但在使用复色光源时,因玻璃和空气的色散不同,补偿板则是不可缺少的。
若要观察白光的干涉条纹,而相干光的光程差要非常小,即两臂基本上完全对称,此时可以看到彩色条纹;若M1或M2稍作倾斜,则可以得到等厚的交线处(d=0)的干涉条纹为中心对称彩色直条纹,中央条纹由于半波损失变为暗条纹。
二、备用试题
1.杨氏双缝干涉实验中,下列说法正确的是(n为自然数,λ为光波波长) ()。
A.在距双缝的距离相等的地方形成暗条纹
B.在距双缝的距离差为nλ的地方形成亮条纹
C.在距双缝距离差为λ的地方形成亮条纹
D.在距双缝距离差为的地方形成暗条纹
【解析】在距双缝的距离相等的地方和在距双缝的距离差为nλ的地方,两列光波叠加的结果是相互加强,将会形成亮条纹。由于n为自然数,当n为偶数时, n为整数,当n为奇数时,n为的整数倍,因此在距双缝距离差为λ处,可能是振动加强的点,也可能是振动减弱的点,即有可能出现亮条纹,也有可能出现暗条
纹;(2n+1)一定为奇数,则λ一定为半个波长的奇数倍,故在距双缝距离
差为λ处,振动减弱,一定出现暗条纹。
【答案】BD
2.S1、S2为两个相干光源,发出的光的频率为7.5×1014 Hz,光屏上A点与S1、S2的光程差为1.8×10-6 m。
(1)若S1、S2的振动步调完全一致,则A点出现什么条纹?
(2)若S1、S2的振动步调完全相反,则A点出现什么条纹?
【解析】 (1)由c=λf,得λ===4×10-7 m。
光程差s=1.8×10-6 m,则==
若S1、S2振动步调一致,则在A点产生暗条纹。
(2)若S1、S2两光源振动步调完全相反,光程差是半波长的奇数倍,则在A点两列波刚好相互加强,出现亮条纹。
【答案】 (1)暗条纹(2)亮条纹
3.用单色光做双缝干涉实验时,已知屏上一点P到双缝的路程差δ=1.5×10-6m,当单色光波长λ1=0.5 μm时,P点将形成亮条纹还是暗条纹?若单色光波长
λ
2
=0.6 μm呢?此时在中央亮条纹与P之间有几条暗条纹?
【解析】由题意知,当单色光波长λ1=0.5 μm时,P到双缝的路程差
δ=λ
1=3λ
1
,满足波长的整数倍,在P点形成亮条纹;当单色光波长
λ
2=0.6 μm时,δ=λ
2
=λ
2
,满足半波长的奇数倍,在P点形成暗条纹,
在0~λ2范围内λ2和λ2满足半波长的奇数倍,出现暗条纹。此时在中央亮条纹和P点之间有两条暗条纹。
【答案】亮条纹暗条纹两条
1.由两个相同的单色光源发出的光叠加后,并没有出现明暗相间的条纹,这是由于()。
A.两光源的发光强度不同
B.两光源到相遇处的距离不同
C.两光源不是相干光源
D.没有使两光源同时通电发光
【解析】两个独立的光源即使发出同一颜色的光也不能保证“频率”相同、相位差恒定,所以不能形成干涉图样。
【答案】C
2.英国物理学家托马斯·杨巧妙地解决了相干光源问题,第一次在实验室观察到了光的干涉现象。图甲为双缝干涉实验装置简图,M为竖直线光源(长直灯丝钠灯)、N和O均为有狭缝的遮光屏、P为像屏。现图乙有四种不同的带有狭缝的遮光屏,实验时的正确选择是 ()。
A.N应选1,O应选2
B.N应选3,O应选4
C.N应选1,O应选4
D.N应选3,O应选2
【解析】实验中所用双缝要跟竖直线光源平行,而且单缝要靠近线光源。
【答案】A
3.以下光源可作为相干光源的是()。
A.两个亮度相同的烛焰
B.两个规格相同的灯泡
C.双丝灯泡
D.出自一个单色光源的一束光所分成的两列光
【解析】不同的发光物体产生的光,不具备相干条件,它们的频率不同;出自一个单色光源的一束光所分成的两束光频率相同、振动稳定,是相干光源。
【答案】D
4.图示为双缝干涉实验装置,当使用波长为6×10-7 m的橙色光做实验时,在光屏中心P点及其上方的P1点形成两条相邻的亮纹,若使用波长为4×10-7 m的紫光重复上述实验,在P和P1点形成的亮、暗纹的情况是( )。
A.P和P1都是亮纹
B.P是亮纹,P1是暗纹
C.P是暗纹,P1是亮纹
D.P和P1都是暗纹
【解析】在P点均是亮条纹,P1点对橙光是亮条纹,则光程差s=1×λ橙
=6×10-7 m。对于紫光,s=1.5λ
,故P1点对紫光为暗条纹,故B选项正确。
紫
【答案】 B
5.关于光的干涉,下列说法中正确的是()。
A.在双缝干涉现象里,相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的
B.只有频率相同的两列光才能产生干涉
C.频率不同的两列光也能产生干涉,只是不稳定
D.在屏上到两缝距离相等的点产生亮条纹
【解析】在干涉现象中,相邻的亮条纹和相邻的暗条纹的间距是相等的,故A 选项错误;能发生干涉的两列光频率必须相同,故B选项正确,C选项错误;到两狭缝距离相等的点,光程差为零,出现亮条纹,故D选项正确。
【答案】BD
6.如图所示,在双缝干涉中,若用λ1=5.0×10-7m的光照射,屏上O为中央亮条纹,屏上A为第二级亮条纹所在处。若换用λ2=4.0×10-7m的光照射时,屏上O处是什么情况?屏上A处又是什么情况?
【解析】当用λ1=5.0×10-7m的光照射时,A点为第二级亮条纹,则光程差
Δs=AS2-AS1应为波长的2倍,即Δs=2λ1,即===,所以若用λ
=4.0×10-7m的光照射A处应为第三级暗条纹。O点光程差为零,仍为亮条纹。
2
【答案】O处是亮条纹,A处是第三级暗条纹
7.关于两列光波在空中叠加,以下说法中正确的是()。
A.不同的色光有可能产生干涉现象
B.不同的色光不可能产生干涉现象
C.强度不同的光有可能产生干涉现象
D.强度不同的光不可能产生干涉现象
【解析】两列光波叠加是否发生干涉现象关键是看两列光是否是相干光,这与光的频率、相位、振动方向有关,不同的色光频率一定不相同,所以不可能产生干涉现象,B项正确。光的强度不同但有可能满足相干条件,故可能产生干涉现象,C项正确。
【答案】BC
8.如图所示,用频率为f的单色光垂直照射双缝,在光屏上P点出现第三条暗条纹(从中央亮条纹往上数),已知光速为c,则P点到双缝的距离之差r2-r1应为()。
A.B.
C.D.
【解析】由题中条件可知,r2-r1=λ,又因为λ=,则可得D正确。
【答案】D
9.在双缝干涉实验中,光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差Δs1=0.75 μm,光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差Δs2=1.5 μm,如果用频率为6.0×1014 Hz的黄光照射双缝,则()。
A.P点出现亮条纹,Q点出现暗条纹
B.Q点出现亮条纹,P点出现暗条纹
C.两点均出现亮条纹
D.两点均出现暗条纹
【解析】由波长与波速的关系式可知λ黄==0.5 μm。而P点的光程差
Δs1=1.5λ黄,即半波长的奇数倍,所以P点出现暗条纹。而Q点的光程差Δs2=3λ,即波长的整数倍,所以Q点出现亮条纹。
黄
【答案】B
10.在双缝干涉实验中,双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 μm,若分别用频率为f1=5.0×1014 Hz和f2=7.5×1014 Hz 的单色光垂直照射双缝,则P点出现明暗条纹的情况是()。
A.单色光f1和f2分别照射时,均出现亮条纹
B.单色光f1和f2分别照射时,均出现暗条纹
C.单色光f1照射时出现亮条纹,单色光f2照射时出现暗条纹
D.单色光f1照射时出现暗条纹,单色光f2照射时出现亮条纹
【解析】如图所示,双缝S1、S2到光屏上P点的路程之差d=S2S2',当d等于单色光波长的整数倍时,两列光同时到达波峰或波谷,由S1和S2发出的光在P点互相加强,P点出现亮条纹;当d等于单色光半个波长的奇数倍时,S2(S1)发出的光到达波峰,S1(S2)发出的光到达波谷,这样由S1和S2发出的光在P点互相抵消,出现暗条纹。
单色光f1的波长λ1== m=0.6×10-6 m=0.6 μm
单色光f2的波长λ2==m=0.4×10-6m=0.4 μm
可见d=λ1=λ2,故正确的选项应为C。
【答案】C
11.如图所示,在某次双缝干涉实验中,Q处是中央亮条纹P往上数的第一条亮条纹。已知从S1和S2发出的两束相干光到Q处的路程差是9×10-7m,则实验所用的单色光的频率是多少?第二条暗条纹到双缝的路程差为多少?
【解析】因为Q是除中央亮条纹外的第一条亮条纹,所以QS2-QS1=λ=9×10-7 m
由c=fλ得:f== Hz=×1015 Hz
第二条暗条纹到S1、S2的路程差:
Δs=λ=1.35×10-6 m。
【答案】×1015 Hz1.35×10-6 m
12.如图所示,在双缝干涉实验中,S1和S2为双缝,P是光屏上的一点,已知P点与S
、S2距离之差为2.1 ×10-6m。已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为4×10-7 1
m,B光在某种介质中波长为3.15×10-7 m,且当B光从这种介质射向空气时,临界角为37°。分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验,则P点是亮条纹还是暗条纹?(sin 37°=)
【解析】①用A光做光源时,设A光在空气中波长为λ1,在介质中波长为λ2,由n=,v=λf得:n=,则λ1=nλ2=6×10-7 m
光的路程差δ=2.1×10-6 m,所以N1==3.5
P点到S
、S2的光的路程差δ是波长λ1的3.5倍,所以P点为暗条纹。
1
②用B光做光源时,根据临界角与折射率的关系
sin C=
得n==
由此可知,B光在空气中波长λ2=nλ介=5.25×10-7 m,N2==4
可见,用B光做光源,P点为亮条纹。
【答案】用A光做光源P点为暗条纹,用B光做光源P点为亮条纹
选修3—3考点汇编 1、物质是由大量分子组成的 （1）单分子油膜法测量分子直径 （2）1mol 任何物质含有的微粒数相同2316.0210A N mol -=? （3）对微观量的估算 ①分子的两种模型：球形和立方体（固体液体通常看成球形，空气分子占据的空间看成立方体） ②利用阿伏伽德罗常数联系宏观量与微观量 a.分子质量：mol A M m N = b.分子体积：mol A V v N = c.分子数量：A A A A mol mol mol mol M v M v n N N N N M M V V ρρ= === 2、分子永不停息的做无规则的热运动（布朗运动 扩散现象） （1）扩散现象：不同物质能够彼此进入对方的现象，说明了物质分子在不停地运动，同时还说明分子 间有间隙，温度越高扩散越快 （2）布朗运动：它是悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动，是在显微镜下观察到的。 ①布朗运动的三个主要特点： 永不停息地无规则运动；颗粒越小，布朗运动越明显；温度越高，布朗运动越明显。 ②产生布朗运动的原因：它是由于液体分子无规则运动对 固体微小颗粒各个方向撞击的不均匀性造成的。 ③布朗运动间接地反映了液体分子的无规则运动，布朗运 动、扩散现象都有力地说明物体内大量的分子都在永不停息地
做无规则运动。 （3）热运动：分子的无规则运动与温度有关，简称热运动，温度越高，运动越剧烈 3、分子间的相互作用力 分子之间的引力和斥力都随分子间距离增大而减小。但是分子间斥力随分子间距离加大而减小得更快些，如图1中两条虚线所示。分子间同时存在引力和斥力，两种力的合力又叫做分子力。在图1图象中实线曲线表示引力和斥力的合力(即分子力)随距离变化的情况。当两个分子间距在图象横坐标0r 距离时，分子间的引力与斥力平衡，分子间作用力为零，0r 的数量级为1010 -m ，相当于0r 位置叫做平衡位置。当分子距离的数量级大于 m 时，分子间的作用力变得十分微弱，可以忽略不 计了 4、温度 宏观上的温度表示物体的冷热程度，微观上的温度是物体大量分子热运动平均动能的标志。热力学温度与摄氏温度的关系：273.15T t K =+ 5、内能 ①分子势能 分子间存在着相互作用力，因此分子间具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能。分子势能的大小与分子间距离有关，分子势能的大小变化可通过宏观量体积来反映。（0r r =时分子势能最小） 当0r r >时，分子力为引力，当r 增大时，分子力做负功，分子势能增加 当0r r <时，分子力为斥力，当r 减少时，分子力做负功，分子是能增加 ②物体的内能 物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互作用着的分子组成，因此任何物体都是有内能的。（理想气体的内能只取决于温度） ③改变内能的方式
16．1 实验：探究碰撞中的不变量 ★新课标要求 （一）知识与技能 1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路． 2、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法． 3、掌握实验数据处理的方法． （二）过程与方法 1、学习根据实验要求，设计实验，完成某种规律的探究方法。 2、学习根据实验数据进行猜测、探究、发现规律的探究方法。 （三）情感、态度与价值观 1、通过对实验方案的设计，培养学生积极主动思考问题的习惯，并锻炼其思考的全面性、准确性与逻辑性。 2、通过对实验数据的记录与处理，培养学生实事求是的科学态度，能使学生灵活地运用科学方法来研究问题，解决问题，提高创新意识。 3、在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作探究能力。 4、在对现象规律的语言阐述中，提高了学生的语言表达能力，还体现了各学科之间的联系，可引伸到各事物间的关联性，使自己溶入社会。 ★教学重点 碰撞中的不变量的探究 ★教学难点 实验数据的处理． ★教学方法 教师启发、引导，学生自主实验，讨论、交流学习成果。 ★教学用具： 投影片，多媒体辅助教学设备；完成该实验实验室提供的实验器材，如气垫导轨、滑块等 ★课时安排 1 课时 ★教学过程 （一）引入新课 课件演示：
（1）台球由于两球碰撞而改变运动状态。 （2）微观粒子之间由于相互碰撞而改变状态，甚至使得一种粒子转化为其他粒子． 师：碰撞是日常生活、生产活动中常见的一种现象，两个物体发生碰撞后，速度都发生变化． 师：两个物体的质量比例不同时，它们的速度变化也不一样． 师：物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要的意义，本节通过实验探究碰撞过程中的什么物理量保持不变（守恒）． （二）进行新课 1．实验探究的基本思路 1．1 一维碰撞 师：我们只研究最简单的情况——两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动． 这种碰撞叫做一维碰撞． 课件：碰撞演示 如图所示，A 、B 是悬挂起来的钢球，把小球A 拉起使其悬线与竖直线夹一角度a ，放开后A 球运动到最低点与B 球发生碰撞，碰后B 球摆幅为β角．如两球的质量m A =m B ，碰后A 球静止，B 球摆角β=α，这说明A 、B 两球碰后交换了速度； 如果m A >m B ，碰后A 、B 两球一起向右摆动； 如果m A 第一章静电场 第1节电荷及其守恒定律 三种起电方式的区别和联系 摩擦起电感应起电接触起电 产生及条件两不同绝缘体摩擦时导体靠近带电体时带电导体和导体接触时现象 两物体带上等量异种电 荷 导体两端出现等量异种 电荷，且电性与原带电体 “近异远同” 导体上带上与带电体相 同电性的电荷原因 不同物质的原子核对核 外电子的束缚力不同而 发生电子转移 导体中的自由电子受到 带正(负)电物体吸引(排 斥)而靠近(远离) 电荷之间的相互排斥实质 电荷在物体之间和物体 内部的转移 接触起电的电荷分配原则 两个完全相同的金属球接触后电荷会重新进行分配，如图1－1－2所示． 电荷分配的原则是：两个完全相同的金属球带同种电荷接触后平分原来所带电荷量的总和；带异种电荷接触后先中和再平分． 图1－1－2 1.“中性”与“中和”之间有联系吗？ “中性”和“中和”是两个完全不同的概念，“中性”是指原子或者物体所带的正电荷和负电荷在数量上相等，对外不显电性，表现为不带电的状态．可见，任何不带电的物体，实际上其中都带有等量的异种电荷；“中和”是指两个带等量异种电荷的物体，相互接触时，由于正负电荷间的吸引作用，电荷发生转移，最后都达到中性状态的一个过程． 2．电荷守恒定律的两种表述方式的区别是什么？ (1)两种表述：①电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移的过程中，电荷的总量保持不变．②一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变的． (2)区别：第一种表述是对物体带电现象规律的总结，一个原来不带电的物体通过某种方法可以带电，原来带电的物体也可以使它失去电性(电的中和)，但其实质是电荷的转移，电荷的数量并没有减少．第二种表述则更具有广泛性，涵盖了包括近代物理实验发现的微观粒子在变化中 电磁感应现象愣次定律 一、电磁感应 1．电磁感应现象 只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就有电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应。 产生的电流叫做感应电流． 2．产生感应电流的条件：闭合回路中磁通量发生变化 3. 磁通量变化的常见情况(Φ改变的方式)： ①线圈所围面积发生变化，闭合电路中的部分导线做切割磁感线运动导致Φ变化;其实质也是B不变而S 增大或减小 ②线圈在磁场中转动导致Φ变化。线圈面积与磁感应强度二者之间夹角发生变化。如匀强磁场中转动的矩形线圈就是典型。 ③磁感应强度随时间(或位置)变化,磁感应强度是时间的函数；或闭合回路变化导致Φ变化 (Φ改变的结果):磁通量改变的最直接的结果是产生感应电动势,若线圈或线框是闭合的.则在线圈或线框中产生感应电流，因此产生感应电流的条件就是：穿过闭合回路的磁通量发生变化．4.产生感应电动势的条件: 无论回路是否闭合,只要穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中就有感应电动势产生,产生感应电动势的那部分导体相当于电源. 电磁感应现象的实质是产生感应电动势,如果回路闭合,则有感应电流,如果回路不闭合，则只能出现感应电动势， 而不会形成持续的电流．我们看变化是看回路中的磁通量变化，而不是看回路外面的磁通量变化 二、感应电流方向的判定 1.右手定则:伸开右手，使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，手 掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直，大拇指指向导线运动的方向, 四指所指的方向即 为感应电流方向(电源). 用右手定则时应注意： ①主要用于闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动时，产生的感应电动势与感应电流的方向判定， ②右手定则仅在导体切割磁感线时使用，应用时要注意磁场方向、运动方向、感应电流方向三者互相垂直． ③当导体的运动方向与磁场方向不垂直时，拇指应指向切割磁感线的分速度方向． ④若形成闭合回路，四指指向感应电流方向；若未形成闭合回路，四指指向高电势． ⑤“因电而动”用左手定则．“因动而电”用右手定则． ⑥应用时要特别注意：四指指向是电源内部电流的方向(负→正)．因而也是电势升高的方向；即：四指指向正极。 导体切割磁感线产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例，所以判定电流方向的右手定则也是楞次定律的一个特例．用右手定则能判定的，一定也能用楞次定律判定，只是对导体在磁场中切割磁感线而产生感应电流方向的判定用右手定则更为简便． 2.楞次定律 (1)楞次定律(判断感应电流方向)：感应电流具有这样的方向，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化． (感应电流的) 磁场 (总是) 阻碍 (引起感应电流的磁通量的)变化原因产生结果；结果阻碍原因。 (定语) 主语 (状语) 谓语 (补语) 宾语 (2)对“阻碍”的理解注意“阻碍”不是阻止，这里是阻而未止。阻碍磁通量变化指： 磁通量增加时，阻碍增加(感应电流的磁场和原磁场方向相反，起抵消作用)； 磁通量减少时，阻碍减少(感应电流的磁场和原磁场方向一致，起补偿作用)，简称“增反减同”． (3)楞次定律另一种表达：感应电流的效果总是要阻碍 ．．．)．产生感应电流的原因. (F安方向就起到阻 ．．(．或反抗 学科：高中物理 课题：选修3-1 1.1《电荷及其守恒定律》教学设计教材版本：新课标人教版选修3-1 任教年级：高二年级 选修3-1 1.1《电荷及其守恒定律》教学设计 整体设计 【教材、学情分析】 本教时作为电学知识的引入和准备，在章节教学活动中有着一定的重要性。本节从物质微观结构的角度认识物体带电的本质，使物体带电的方法。给学生渗透看问题要透过现象看本质的思想。自然界存在两种电荷及其相互作用、电荷量的概念、摩擦起电的知识在初中都已经学过，结合摩擦起电和感应起电的具体情景，理解电荷守恒定律是本节的重点。作为章节的起始教学，重点安排在静电学基础复习和对感应起电的理解上，本节关键是做好实验，从微观分析产生这种现象的原因。发动学生尽可能多的参与讨论，教学中要通过对“摩擦起电”和“感应起电”这两个现象的分析，使学生分清一些初中不实或有误的观点，使学生的思考达到电荷可能守恒的合理推测，有了使物体带电的理解，电荷守恒定律便水到渠成，从而进一步深化对电荷的认识，为整个章节做好准备工作。 教学三维目标 （一）知识与技能 1．知道自然界存在两种电荷，并且只存在两种电荷，知道同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 2．经历摩擦起电和感应起电的实验过程，了解使物体带电的方法，能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质。 3．理解电荷守恒定律。 4．知道电荷量的概念及其国际单位。 5．关注存在元电荷的事实，知道元电荷的概念，知道电荷量不 能连续变化。 （二）过程与方法 1、通过对初中知识的复习使学生进一步认识自然界中的两种电荷。 2、通过对原子核式结构的学习使学生明确摩擦起电和感应起电不是创造了电荷，而是使物体中的电荷分开．但对一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和不变。 （三）情感态度与价值观 通过对本节的学习培养学生能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质。 重点：电荷守恒定律。 难点：利用电荷守恒定律分析解决相关问题摩擦起电和感应起电的相关问题。 在复习摩擦起电现象和讲述静电感应现象的基础上，说明起电的过程是使物体中正负电荷分开的过程，进而说明电荷守恒定律。 教学方法与手段 以演示实验为先导，引领学生在复习摩擦起电现象和讲述静电感应现象的基础上，说明起电的过程是使物理中正负电荷分开的过程，进而说明电荷守恒定律。 合作学习为主，发动学生对三种起电方式展开讨论，举例说明生活中的静电现象。 课前准备 （共15套145页）人教版高中物理选修3-3教学案全集（含全册练习） 第1节 气体的等温变化 1.一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化时的关系，叫做气体的等温变化. 2．玻意耳定律：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p 与体积V 成反比，即pV ＝C . 3．等温线：在p -V 图像中，用来表示温度不变时，压强和体积关系的图像，它们是一些双曲线. 在p -1V 图像中，等温线是倾斜直线. 一、探究气体等温变化的规律 1．状态参量 研究气体性质时，常用气体的温度、体积、压强来描述气体的状态. 2．实验探究 二、玻意耳定律 1．内容 一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比. 2．公式 pV＝C或p1V1＝p2V2. 3．条件 气体的质量一定，温度不变. 4．气体等温变化的p -V图像 气体的压强p随体积V的变化关系如图8-1-1所示，图线的形状为双曲线，它描述的是温度不变时的p -V关系，称为等温线. 一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的. 图8-1-1 1．自主思考——判一判 (1)一定质量的气体压强跟体积成反比. (×) (2)一定质量的气体压强跟体积成正比. (×) (3)一定质量的气体在温度不变时，压强跟体积成反比. (√) (4)在探究气体压强、体积、温度三个状态参量之间关系时采用控制变量法. (√) (5)玻意耳定律适用于质量不变、温度变化的气体. (×) (6)在公式pV ＝C 中，C 是一个与气体无关的参量. (×) 2．合作探究——议一议 (1)用注射器对封闭气体进行等温变化的实验时，在改变封闭气体的体积时为什么要缓慢进行？ 提示：该实验的条件是气体的质量一定，温度不变，体积变化时封闭气体自身的温度会发生变化，为保证温度不变，应给封闭气体以足够的时间进行热交换，以保证气体的温度不变. (2)玻意耳定律成立的条件是气体的温度不太低、压强不太大，那么为什么在压强很大、温度很低的情况下玻意耳定律就不成立了呢？ 提示：①在气体的温度不太低、压强不太大时，气体分子之间的距离很大，气体分子之间除碰撞外可以认为无作用力，并且气体分子本身的大小也可以忽略不计，这样由玻意耳定律计算得到的结果与实际的实验结果基本吻合，玻意耳定律成立. ②当压强很大、温度很低时，气体分子之间的距离很小，此时气体分子之间的分子力引起的效果就比较明显，同时气体分子本身占据的体积也不能忽略，并且压强越大，温度越低，由玻意耳定律计算得到的结果与实际的实验结果之间差别越大，因此在温度很低、压强很大的情况下玻意耳定律也就不成立了. (3)如图8-1-2所示，p -1 V 图像是一条过原点的直线，更能直观描述压强与体积的关系， 为什么直线在原点附近要画成虚线？ 选修3-3知识点归纳 2017-11-15 一、分子动理论 1、物体是由大量分子组成：阿伏伽德罗第一个认识到物体是由 分子组成的。 ①分子大小数量级10-10m ②A N M m 摩分子=(对固体液体气体) A N V V 摩分子=(对固体和液体) 摩摩物物V M V m ==ρ 2、油膜法估测分子的大小： ①S V d 纯油酸=，V 为纯油酸体积，而不能是油酸溶液体积。 ②实验的三个假设（或近似）：分子呈球形；一个一个整齐地紧密排列；形成单分子层油膜。 3、分子热运动： ①物体内部大量分子的无规则运动称为热运动，在电子显微镜才能观察得到。 ②扩散现象和布朗运动证实分子永不停息作无规则运动，扩散现象还说明了分子间存在间隙。 ③布朗运动是固体小颗粒在液体或气体中的运动，反映了液体分子或气体分子无规则运动。颗粒越小、 温度越高，现象越明显。从阳光中看到教室中尘埃的运动不是布朗运动。 4、分子力： ①分子间同时存在引力和斥力，都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大，斥力总比引力变化得快。 ②当r=r 0=10-10m 时，引力=斥力，分子力为零；当r>r 0，表现为引力；当r 高二物理选修3-4教案 11、1简谐运动 一、三维目标 知识与技能 1、了解什么是机械振动、简谐运动 2、正确理解简谐运动图象的物理含义，知道简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线过程与方法 通过观察演示实验，概括出机械振动的特征，培养学生的观察、概括能力 情感态度与价值观 让学生体验科学的神奇，实验的乐趣 二、教学重点 使学生掌握简谐运动的回复力特征及相关物理量的变化规律 三、教学难点 偏离平衡位置的位移与位移的概念容易混淆；在一次全振动中速度的变化 四、教学过程 引入：我们学习机械运动的规律，是从简单到复杂：匀速运动、匀变速直线运动、平抛运动、匀速圆周运动，今天学习一种更复杂的运动——简谐运动 1、机械振动 振动是自然界中普遍存在的一种运动形式，请举例说明什么样的运动就是振动 微风中树枝的颤动、心脏的跳动、钟摆的摆动、声带的振动……这些物体的运动都是振动。请同学们观察几个振动的实验，注意边看边想：物体振动时有什么特征 [演示实验] （1）一端固定的钢板尺[见图1（a）] （2）单摆[见图1（b）] （3）弹簧振子[见图1（c）（d）] （4）穿在橡皮绳上的塑料球[见图1（e）] 提问：这些物体的运动各不相同：运动轨迹是直线的、曲线的；运动方向水平的、竖直的；物体各部分运动情况相同的、不同的……它们的运动有什么共同特征 归纳：物体振动时有一中心位置，物体（或物体的一部分）在中心位置两侧做往复运动，振动是机械振动的简称。 2、简谐运动 简谐运动是一种最简单、最基本的振动，我们以弹簧振子为例学习简谐运动 （1）弹簧振子 演示实验：气垫弹簧振子的振动 讨论：a．滑块的运动是平动，可以看作质点 b．弹簧的质量远远小于滑动的质量，可以忽略不计,一个轻质弹簧联接一个质点，弹簧的另一端固定，就构成了一个弹簧振子 c．没有气垫时，阻力太大，振子不振动；有了气垫时，阻力很小，振子振动。我们研究在没有阻力的理想条件下弹簧振子的运动。 （2）弹簧振子为什么会振动 物体做机械振动时，一定受到指向中心位置的力，这个力的作用总能使物体回到中心位置，这个力叫回复力，回复力是根据力的效果命名的，对于弹簧振子，它是弹力。 回复力可以是弹力，或其它的力，或几个力的合力，或某个力的分力，在O点，回复力是零，叫振动的平衡位置。 （3）简谐运动的特征 弹簧振子在振动过程中，回复力的大小和方向与振子偏离平衡位置的位移有直接关系。在研究机械振动时，我们把偏离平衡位置的位移简称为位移。 3、简谐运动的位移图象——振动图象 简谐运动的振动图象是一条什么形状的图线呢简谐运动的位移指的是什么位移（相对平衡位置的位移） 演示：当弹簧振子振动时，沿垂置于振动方向匀速拉动纸带，毛笔P 就在纸带上画出一条振动曲线 说明：匀速拉动纸带时，纸带移动的距离与时间成正比，纸带 选修3-4全册教学学案 选修3-4_11.1简谐振动 【学习目标】 1.认识弹簧振子并能判断出振动的平衡位置。 2.理解简谐运动的位移-时间图像是一条正（余）弦曲线，知道简谐运动图 像的意义。 3.能够根据简谐运动图像弄清楚各时刻质点的位移、速度和加速度的方向 和大小规律。 【自主学习】 1.弹簧振子 (1).组成：由______和________组成的系统叫弹簧振子，它是一个理想化 的模型（为什么？）。 (2).平衡位置：振子__________时的位置。 (3).机械振动：振子在______位置附近的________运动，简称________。 2.简谐运动及其图像 (1).简谐运动：质点的位移与时间的关系遵从___________规律，即它的振 动图像（x-t 图像）是一条________曲线。简谐运动是最简单、最基本的振动， 弹簧振子的运动就是__________。 (2).简谐运动的图像 ①坐标系的建立：在简谐运动的图像中，以横坐标表示______,以纵坐标表 示振子离开平衡位置的_________。 ②物理意义：表示振动物体的_______随_______的变化规律。 重点知识或易混知识 问题1.根据对平衡位置的理解,判断正误并举例说明 ① 在弹簧振子中弹簧处于原长时的状态为平衡状态。 ② 在弹簧振子中物块速度为零时的状态为平衡状态。 ③在弹簧振子中合外力为零时的状态为平衡状态。 问题2.振动图像的理解,结合判断正误 ① 如右图所示正弦曲线为质点的运动轨迹。 ② 如右图，3s 内的位移为x 1大小为cm cm 10910322=+。 ③ 如右图，3s 内的位移为x 2 大小为10cm 。 ④ 如右图，1.5s 时的速度方向为曲线上该点的切线方向。 ⑤ 0.5s 和1.5s 时的位移相同，速度也相同。 ⑥ 0.5s 和3.5s 时的位移相反，速度相反。 X X 1 高中物理选修3-2知识点总结 第四章 电磁感应 1.两个人物：a.法拉第：磁生电 b.奥斯特：电生磁 2.感应电流的产生条件:a.闭合电路 b.磁通量发生变化 注意：①产生感应电动势的条件是只具备b ②产生感应电动势的那部分导体相当于电源 ③电源内部的电流从负极流向正极 3.感应电流方向的判定： （1）方法一：右手定则 （2）方法二：楞次定律：（理解四种阻碍） ①阻碍原磁通量的变化（增反减同） ②阻碍导体间的相对运动（来拒去留） ③阻碍原电流的变化（增反减同） ④面积有扩大与缩小的趋势（增缩减扩） 4.感应电动势大小的计算： （1）法拉第电磁感应定律： A 、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。 B 、表达式：t n E ??=φ （2）磁通量发生变化情况 ①B 不变，S 变，S B ?=?φ ②S 不变，B 变，BS ?=?φ ③B 和S 同时变，12φφφ-=? （3）计算感应电动势的公式 ①求平均值：t n E ??=φ ②求瞬时值：BLv E =(导线切割类） ③导体棒绕某端点旋转：ω22 1BL E = 5.感应电流的计算： 瞬时电流：总 总R BLv R E I = = （瞬时切割） 6.安培力的计算： 瞬时值：r R v L B BIL F +==22 7.通过截面的电荷量：r R n t I q +?= ?=φ 注意：求电荷量只能用平均值，而不能用瞬时值 8.自感： （1）定义：是指由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。 （2）决定因素：线圈越长，单位长度上的匝数越多，截面积越大，它的自感系数就越大。另外，有铁芯的线圈自感系数比没有铁芯时大得多。 （3）类型：通电自感和断电自感 （4）单位：亨利（H ）、毫亨（mH)、微亨（H μ） （5）涡流及其应用 ①定义：变压器在工作时，除了在原副线圈中产生感应电动势外，变化的磁通量也会在哎铁芯中产生感应电流。一般来说，只要空间里有变化的磁通量，其中的导体中就会产生感应电流，我们把这种感应电流叫做涡流 ②应用：a.电磁炉b.金属探测器，飞机场火车站安全检查、扫雷、探矿 接通电源的瞬间，灯泡A 1较慢地亮起来。 断开开关的瞬间，灯 泡A 逐渐变暗。 物理选修3-5教案 第十六章 动量和动量守恒定律 16.1 实验：探究碰撞中的不变量 目的要求 通过这节课的学习，让学生掌握科学探究的思维方法，从最简单的关系开始寻找，利用身边的资源及已学过的原理，来完成该实验的探究过程。 重难点分析 一、重点 本节课的重点在于如何让学生掌握科学探究的方法。如何真正实现探究的过程。 二、难点 本节课的难点在于，如何启发学生利用身边的一切可利用资源，来自行设计可行性较强的实验方案。 新课教学 一、新课引入 碰撞是自然界中常见的现象。比如，两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞相连，台球由于两球的碰撞而改变运动状态。两个迎面而来的人相撞后会相仰而倒，或者各自后退。在微观粒子之间，更是由于相互碰撞而改变能量，甚至由于撞击而使得一种粒子转化为其他粒子。 二、新课教学 由很多例子可知，两个物体碰撞前后的速度都会发生变化，物体的质量不同时速度变化也不一样。那么，碰撞前后会不会有什么物理量保持不变？这节课主要介绍研究这个问题的实验。 （一）实验的基本思路 研究最简单的情况——两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。这种碰撞叫做一维碰撞。 思考一下，在一维碰撞的情况下，与物体有关的物理量有哪些？ （学生答：质量m ，速度v ） 为什么与质量m 有关？ （学生答：相互作用力下，质量越大的物体速度改变越慢） 设两物体质量分别为m 1、m 2，碰撞前速度分别为v 1、v 2，碰撞后速度分别为1v '、2 v '。速度为矢量，因而需规定正方向。 问题是：物体的质量和速度在碰撞前后有什么不变的关系？ 质量必定是不变的，但质量只是惯性的量度，无法描述物体的运动状态。而速度却是在碰撞前后改变的，那么，可否有一个物理量为质量与速度的某种关系，却又恰好能在碰撞前后保持不变呢？ 可能关系： ①2222112 2 22112 1212121v m v m v m v m '+'=+ →这个关系不可能。碰撞前后能量必有损失，只是多少的问题。而我们要寻找的物 理量是在任何一种碰撞中都不变的量。 ②221 12211v m v m v m v m '+'=+ 新人教版高中物理选修全册导学案 目录 第四章第1节划时代的发现导 第四章第2节探究电磁感应的产生条件 第四章第3节楞次定律 第四章第4节《法拉第电磁感应定律》 第四章第5节《电磁感应规律的应用》 第四章第5节《电磁感应规律的应用》 第四章第6节《互感与自感》 第四章第6节《互感与自感》 第四章第7节《涡流电磁阻尼和电磁驱动》 第四章第《涡流电磁阻尼和电磁驱动》 第五章第1节交变电流 第五章第2节描述交变电流物理量 第五章第3节《电感和电容对交变电流的影响》第五章第4节变压器 第五章第5节《电能的输送》 第六章第1节传感器及其工作原理 第六章第2节传感器的应用（一） 第六章第3节传感器的应用（二） 第六章第4节传感器的应用实验 选修3-2第四章电磁感应 第1节《划时代的发现》 课前预习学案 一、预习目标 预习奥斯特梦圆“电生磁”；法拉第心系“磁生电”，初步了解物理学中奥斯特和法拉第的贡献。 二、预习内容 奥斯特梦圆“电生磁”标题和法拉第心系“磁生电”标题。 问题1：奥斯特在什么思想的启发下，发现了电流的磁效应的？ 问题2：奥斯特发现了电流的磁效应，能说明他是一个“幸运儿”吗？是偶然还是必然？ 问题3：1803年奥斯特总结了一句话内容是什么？ 问题4：法拉第在了奥斯特的电流磁效应的基础上，思考对称性原理，从而得出了什么样的结论？ 问题5：其他很多科学家例如安培，科拉顿等物理学家也做过磁生电的试验，可他们都没有成功，他们问题出现在那里？ 问题6：法拉第经过无数次试验，经历10年的时间，终于领悟到了什么？ 问题7：什么是电磁感应？什么是感应电流？ 问题8：通过学习你从奥斯特、法拉第等科学家身上学到了什么？ 问题9：通过查阅资料，了解法拉第的生平，详细写出法拉第一生中的伟大成就和伟大发现。 三、提出疑惑 第一章电磁感应知识点总结 一、电磁感应现象 1、电磁感应现象与感应电流 . （1）利用磁场产生电流的现象，叫做电磁感应现象。 （2）由电磁感应现象产生的电流，叫做感应电流。 二、产生感应电流的条件 1、产生感应电流的条件：闭合电路 ．．．．．．．。 ．．．．中磁通量发生变化 2、产生感应电流的方法 . （1）磁铁运动。 （2）闭合电路一部分运动。 （3）磁场强度B变化或有效面积S变化。 注：第（1）（2）种方法产生的电流叫“动生电流”，第（3）种方法产生的电流叫“感生电流”。不管是动生电流还是感生电流，我们都统称为“感应电流”。 3、对“磁通量变化”需注意的两点 . （1）磁通量有正负之分，求磁通量时要按代数和（标量计算法则）的方法求总的磁通量（穿过平面的磁感线的净条数）。 （2）“运动不一定切割，切割不一定生电”。导体切割磁感线，不是在导体中产生感应电流的充要条件，归根结底还要看穿过闭合电路的磁通量是否发生变化。 4、分析是否产生感应电流的思路方法 . （1）判断是否产生感应电流，关键是抓住两个条件： ①回路是闭合导体回路。 ②穿过闭合回路的磁通量发生变化。 注意：第②点强调的是磁通量“变化”，如果穿过闭合导体回路的磁通量很大但不变化，那么不论低通量有多大，也不会产生感应电流。 （2）分析磁通量是否变化时，既要弄清楚磁场的磁感线分布，又要注意引起磁通量变化的三种情况： ①穿过闭合回路的磁场的磁感应强度B发生变化。②闭合回路的面积S发生变化。 ③磁感应强度B和面积S的夹角发生变化。 三、感应电流的方向 1、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是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 ①凡是由磁通量的增加引起的感应电流，它所激发的磁场阻碍原来磁通量的增加。 ②凡是由磁通量的减少引起的感应电流，它所激发的磁场阻碍原来磁通量的减少。 （2）楞次定律的因果关系： 闭合导体电路中磁通量的变化是产生感应电流的原因，而感应电流的磁场的出现是感应电流存在的结果，简要地说，只有当闭合电路中的磁通量发生变化时，才会有感应电流的磁场出现。 （3）“阻碍”的含义 . ①“阻碍”可能是“反抗”，也可能是“补偿”. 当引起感应电流的磁通量（原磁通量）增加时，感应电流的磁场就与原磁场的方向相反，感应电流的磁场“反抗”原磁通量的增加；当原磁通量减少时，感应电流的磁场就与原磁场的方向相同，感应电流的磁场“补偿”原磁通量的减少。（“增反减同”） ②“阻碍”不等于“阻止”，而是“延缓”. 感应电流的磁场不能阻止原磁通量的变化，只是延缓了原磁通量的变化。当由于原磁通量的增加引 第四章电磁感应 划时代的发现 教学目标 （一）知识与技能 1．知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现相关的物理学史。 2．知道电磁感应、感应电流的定义。 （二）过程与方法 领悟科学探究中提出问题、观察实验、分析论证、归纳总结等要素在研究物理问题时的重要性。 （三）情感、态度与价值观 1．领会科学家对自然现象、自然规律的某些猜想在科学发现中的重要性。 2．以科学家不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志激励自己。 教学重点 知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现相关的物理学史。领悟科学探究的方法和艰难历程。培养不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志。 教学难点 领悟科学探究的方法和艰难历程。培养不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志。教学方法 教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。 教学手段 计算机、投影仪、录像片 教学过程 一、奥斯特梦圆“电生磁”------电流的磁效应 引导学生阅读教材有关奥斯特发现电流磁效应的内容。提出以下问题，引导学 生思考并回答： （1）是什么信念激励奥斯特寻找电与磁的联系的在这之前，科学研究领域存在怎样的历史背景 （2）奥斯特的研究是一帆风顺的吗奥斯特面对失败是怎样做的 （3）奥斯特发现电流磁效应的过程是怎样的用学过的知识如何解释 （4）电流磁效应的发现有何意义谈谈自己的感受。 学生活动：结合思考题，认真阅读教材，分成小组讨论，发表自己的见解。二、法拉第心系“磁生电”------电磁感应现象 教师活动：引导学生阅读教材有关法拉第发现电磁感应的内容。提出以下问题，引导学生思考并回答： （1）奥斯特发现电流磁效应引发了怎样的哲学思考法拉第持怎样的观点 （2）法拉第的研究是一帆风顺的吗法拉第面对失败是怎样做的 （3）法拉第做了大量实验都是以失败告终，失败的原因是什么 （4）法拉第经历了多次失败后，终于发现了电磁感应现象，他 发现电磁感应现象的具体的过程是怎样的之后他又做了大量的实 验都取得了成功，他认为成功的“秘诀”是什么 （5）从法拉第探索电磁感应现象的历程中，你学到了什么谈谈 自己的体会。 学生活动：结合思考题，认真阅读教材，分成小组讨论，发表自己的见解。 三、科学的足迹 1、科学家的启迪教材P3 2、伟大的科学家法拉第教材P4 四、实例探究 【例1】发电的基本原理是电磁感应。发现电磁感应现象的科学家是（C） 第一章电磁感应 1．磁通量 穿过某一面积的磁感线条数；标量，但有正负；Φ=BS·sinθ；单位Wb，1Wb=1T·m2。 2．电磁感应现象 利用磁场产生电流的现象；产生的电流叫感应电流，产生的电动势叫感应电动势；产生的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化。 3．感生电场 变化的磁场在周围激发的电场。 4．感应电动势 分为感生电动势和动生电动势；由感生电场产生的感应电动势称为感生电动势，由于导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势；产生感应电动势的导体相当于电源。 5．楞次定律 感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化；判定感应电流和感应电动势方向的一般方法；适用于各种情况的电磁感应现象。 6．右手定则 让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向导体做切割磁感线运动的方向，四指的指向就是导体内部产生的感应电流或感应电动势的方向；仅适用导体切割磁感线的情况。 7．法拉第电磁感应定律 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；E=n t? ?Φ。 8．动生电动势的计算 法拉第电磁感应定律特殊情况；E=Blv·sinθ。 9．互感 两个相互靠近的线圈中，有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生电动势，这种现象叫做互感，这种电动势叫做互感电动势；变压器的原理。10．自感 由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。11．自感电动势 由于自感而产生的感应电动势；自感电动势阻碍导体自身电流的变化；大小正比于电流的变化率；E=L t I ? ?；日光灯的应用。12．自感系数 上式中的比例系数L叫做自感系数；简称自感或电感；正比于线圈的长度、横截面积、匝数；有铁芯比没有时要大得多。13．涡流 线圈中的电流变化时，在附近导体中产生的感应电流，这种电流在导体内自成闭合回路，很像水的漩涡，因此称作涡电流，简称涡流。 第二章直流电路 1．电流 电荷的定向移动；单位是安，符号A；规定正电荷定向移动的 方向为正方向；宏观定义I= t q；微观解释I=neSv，n为单位体积 高二物理选修3-4教案 郑伟文 11．1简谐运动 教学目的 （1）了解什么是机械振动、简谐运动 （2）正确理解简谐运动图象的物理含义，知道简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线。 2．能力培养通过观察演示实验，概括出机械振动的特征，培养学生的观察、概括能力 教学重点：使学生掌握简谐运动的回复力特征及相关物理量的变化规律 教学难点：偏离平衡位置的位移与位移的概念容易混淆；在一次全振动中速度的变化 课型：启发式的讲授课 教具：钢板尺、铁架台、单摆、竖直弹簧振子、皮筋球、气垫弹簧振子、微型气源 教学过程（教学方法） 教学内容 [引入]我们学习机械运动的规律，是从简单到复杂：匀速运动、匀变速直线运动、平抛运动、匀速圆周运动，今天学习一种更复杂的运动——简谐运动。 1．机械振动 振动是自然界中普遍存在的一种运动形式，请举例说明什么样的运动就是振动？ [讲授]微风中树枝的颤动、心脏的跳动、钟摆的摆动、声带的振动……这些物体的运动都是振动。请同学们观察几个振动的实验，注意边看边想：物体振动时有什么特征？ [演示实验]（1）一端固定的钢板尺[见图1（a）]（2）单摆[见图1（b）] （3）弹簧振子[见图1（c）（d）] （4）穿在橡皮绳上的塑料球[见图1（e）] {提问}这些物体的运动各不相同：运动轨迹是直线的、曲线的；运动方向水平的、竖直的；物体各部分运动情况相同的、不同的……它们的运动有什么共同特征？ {归纳}物体振动时有一中心位置，物体（或物体的一部分）在中心位置两侧做往复运动，振动是机械振动的简称。 2．简谐运动 简谐运动是一种最简单、最基本的振动，我们以弹簧振子为例学习简谐运动。 第四章电磁感应 4.1划时代的发现 教学目标 （一）知识与技能 1．知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现相关的物理学史。 2．知道电磁感应、感应电流的定义。 （二）过程与方法 领悟科学探究中提出问题、观察实验、分析论证、归纳总结等要素在研究物理问题时的重要性。 （三）情感、态度与价值观 1．领会科学家对自然现象、自然规律的某些猜想在科学发现中的重要性。 2．以科学家不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志激励自己。 教学重点、难点 教学重点 知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现相关的物理学史。领悟科学探究的方法和艰难历程。培养不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志。 教学难点 领悟科学探究的方法和艰难历程。培养不怕失败、勇敢面对挫折的坚强意志。 教学方法 教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。 教学手段 计算机、投影仪、录像片 教学过程 一、奥斯特梦圆“电生磁”------电流的磁效应 引导学生阅读教材有关奥斯特发现电流磁效应的内容。提出以下问题，引导学生思考并回答： （1）是什么信念激励奥斯特寻找电与磁的联系的？在这之前，科学研究领域存在怎样的历史背景？ （2）奥斯特的研究是一帆风顺的吗？奥斯特面对失败是怎样做的？ （3）奥斯特发现电流磁效应的过程是怎样的？用学过的知识如何解释？ （4）电流磁效应的发现有何意义？谈谈自己的感受。 学生活动：结合思考题，认真阅读教材，分成小组讨论，发表自己的见解。 二、法拉第心系“磁生电”------电磁感应现象 教师活动：引导学生阅读教材有关法拉第发现电磁感应的内容。提出以下问题，引导学生思考并回答： （1）奥斯特发现电流磁效应引发了怎样的哲学思考？法拉第持怎样的 观点？ （2）法拉第的研究是一帆风顺的吗？法拉第面对失败是怎样做的？ （3）法拉第做了大量实验都是以失败告终，失败的原因是什么？ 第一章 静电场 第1节 电荷及其守恒定律 摩擦起电 感应起电 接触起电 产生及条件 两不同绝缘体摩擦时 导体靠近带电体时 带电导体和导体接触时 现象 两物体带上等量异种电 荷 导体两端出现等量异种电荷，且电性与原带电 体“近异远同” 导体上带上与带电体相 同电性的电荷 原因 不同物质的原子核对核外电子的束缚力不同而 发生电子转移 导体中的自由电子受到带正(负)电物体吸引(排 斥)而靠近(远离) 电荷之间的相互排斥 实质 电荷在物体之间和物体 内部的转移 接触起电的电荷分配原则 两个完全相同的金属球接触后电荷会重新进行分配，如图1－1－2所示． 电荷分配的原则是：两个完全相同的金属球带同种电荷接触后平分原来所带电荷量的总和；带异种电荷接触后先中和再平分． 图1－1－2 1.“中性”与“中和”之间有联系吗？ “中性”和“中和”是两个完全不同的概念，“中性”是指原子或者物体所带的正电荷和负电荷在数量上相等，对外不显电性，表现为不带电的状态．可见，任何不带电的物体，实际上其中都带有等量的异种电荷；“中和”是指两个带等量异种电荷的物体，相互接触时，由于正负电荷间的吸引作用，电荷发生转移，最后都达到中性状态的一个过程． 2．电荷守恒定律的两种表述方式的区别是什么？ (1)两种表述：①电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移的过程中，电荷的总量保持不变．②一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变的． (2)区别：第一种表述是对物体带电现象规律的总结，一个原来不带电的物体通过某种方法可以带电，原来带电的物体也可以使它失去电性(电的中和)，但其实质是电荷的转移，电荷的数量并没有减少．第二种表述则更具有广泛性，涵盖了包括近代物理实验发现的微观粒子在变化中遵守的规律，近代物理实验发现，由一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子，一对正负电子可同时湮灭，转化为光子．在这种情况下，带电粒子总是成对产生或湮灭，电荷的 代数和不变，即正负电子的产生和湮灭与电荷守恒定律并不矛盾. 一、电荷基本性质的理解 【例1】 绝缘细线上端固定，教科版高中物理选修3-1全册学案
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