通向金牌之路_高中物理竞赛辅导讲座(18).pdf

年第 期 总第 期 中学物理教学参考 竞赛辅导 通向金牌之路 高中物理竞赛辅导讲座 华东师大二附中 张大同 特级教师 6 7 这个公式同样适用于凹镜 使用球面镜的成像公 式时 要注意 2 凹镜焦距 取正 凸镜焦距 取负 实物 9 取 正 虚物 取负 实像 为 正 虚像 为负 4 球面镜多次成像 球面镜多次成像原则 2 只要多次运用球面镜成像 公式即可 但有 时前一个球面镜反 射的光 线 尚未成像 便又遇上了后一个球面镜 此时就要 引进虚物的概念 二 光的折射 折射定律 当光线 从媒质 0进入媒质 时 如果入射角是 折 射角是 那么 是一常数 这个常数叫做媒 质 0 对媒质 的相对折射率 0 如果 媒质 代之以真 空 则这个 常数叫做媒 质 0的绝对折射率 媒质 0 对媒质 的相对折射率 0 等于光在媒质 中的速度 与光在媒质 0 中的速度 2 之比 0 7 2 某种媒质的绝对折射率 等于光在真空 中的速度 与光 在该媒 质中的速度 之比 即 5 显然 相对折射率 5 由于光线的折射 大们看水 中的物体感觉到的深 度会比它的真实探度浅 我 们讨论一下 下面这个间题 如 一 有一只厚底玻璃缸 底 厚 5 内盛 5 深 的水 图 一 已知 玻璃和水 的折 射率 分 别 为 和 4 4 如果竖直 向下看 看到缸 底下 表面离水面的距离是 多少呢 所谓 的 竖直 向下看 可以理 解成小角度 的折射 这是一个重 要 目 图 一 图 所 示 半 径为认 的凸镜和 凹镜主轴相 互重合 放 图 一 尹 置 两镜顶点 0 相距 0 现于主轴上距凹镜顶 点 为 处放一点光源 设主光 源 的像只能 直 接射到凹镜上 问 经凹镜和凸镜各反射一次后所成 的像在何处 幻 刃 月 声 玻鸿 6 一 0 一4 一 二一 普 因为当角 很小时 有 夕 夕 而 夕 都很小 所 以在 中 有 八 在 中 有 一 八 月一 夕 1 由 1 式可得 3 贵 六 一六 一 忐 贵 一责 在 一 说明凸镜所成 的像 和 在同一位置上 4 月 刀角 都 很小 入射角 一夕一夕 折 射 角 一 口一口 气泡的视深 为 尸 8 0 光线传到 2 处 时 光线只传播到 处 因此整个光束就向 0 大的方 向 偏转了 图 一 光在不均匀媒 质中传播发 山 比 图 一 生偏转的例子在一些自然 现象 国 二 中常会反映出来 如海市届楼即是一个典型的例子 全反射 光从光密媒 质 射向光疏媒质 当入射角大于 临界 角夕一 8 0 0 时 光线发生全反射 全反射现象有重 要的实用意义 如 现代通讯 的重 0 0 夕二夕 一4 因为夕6 8 0 召 旦 卫 尸 夕一 8 0 夕6 2 尸 2 所 以 工 一2 尸 一2 2 尸 一2 几几 头头叮娜 7 8照射到 两 种媒质的界面 入了 上 图 一 在媒质 中多走 的 时间为 一 一 2 0 在媒质 中多走的时间为 2 九一 一 刀 因为 一 所以有 2 0 刀 0之刀 0犷刃 8 0 8 0 一 只要 0 即可 三 一0 一 4 组合透镜成像 因为 是近轴光线 所以 0 2 都很小 所以 0 0 一 一 犷0儿 由上述两式 可得 2 一 0十 由图 一 可知 0 2 一口 夕 2 夕 夕 将上述关系代入 式 2 夕 一 月 夕 对薄透镜 来说 分别 为 0两 个折射面的半径 将上述关 系代入 式可得 生 生一 一 冬 冬 9 八 透镜构成一个透镜组 共主轴 将一个 点光源 放在 主轴上距透 镜 9 处 在透镜另一侧距透镜 处成 一像 图 一 对这一成像结果 可以从以下两个不 同的角度来考虑 因为 通常让 成 在观 察者 的明视距 离 上 因 为都是近轴光 线 所以此时观察者从目镜中看到儿热 的视角月为 月 口 2 一 九 所以有 一 2 下 面再看天 文望远镜的放 大率 如果天文望远镜 的物镜焦距为 目镜焦距为九 试证明天 文望远镜 的放大率 一人 几 一 92 9 一 碗叭 可解得 9 4 比较 9工 和 0 可知镜头应缩回 比较 和 可知银幕应 移远 0 皮像光学仅器的放大率 望远镜和 显微镜是常见的虚像光学仪器 由于此 类仪器 得到的是物体的虚像 目的是扩大观察的视角 因此 放大率 7般是指视角放 大率 如果直接 观察物 体的视角为 用仪器观察物体的视角 为月 那么 一月 先看显微镜的放大率 如 果有一 台显微镜 物镜焦 距为 目镜焦距为九 镜筒长 若最后 的像成在离 目镜 己处 试证明显微镜的放大率 一黑 目 肠 凡 脚7 刀 7队 呱川从 八十 五九 显微镜的光路 如图 一 所示 2 一 2 因此望远镜的放大率5为 2 户 一 几夕一 入下 笼厂 万犷 9 一 9 五为刀 的奇数倍 时 两 束光互相抵 消 即干 涉相消 双缝干涉 由两条靠近的窄缝 中射出的光作为相干 光源的干 涉 叫双缝干涉 如果两 窄缝到某 处的光程差为占 那么 有 常见 如下雨 天柏油路面上的彩色油膜即是一例 牛顿环是薄膜干涉的典型例子 在一块光平的玻 璃片 2 上 放一曲率半径为 的平凸透镜 图 一 如果用波长为 又的单色 光照 射 下表面某处离 2 上表面之间的距离为 那么有 比冲 几 一 1 万一 走人 一 水淤 兄刘 几 几 一 971 二万 6 艺 1 下 6 艺 哈士 乙乙 土 下 士 人 6 明纹 又 士 走一 万 左 艺 睛双 丁 8 7 一一 在 图 一 中 和凡 尸点的 光程 占6 8 08 因 召 渝叹 刀 户五二户尸 很 小 所以 洲 厂 式中加 一项 又 是由于光 在 2 上表面反射 时的半波 损失 从图 一 中的 三 角形可得 9 一 9 一 一 7 6 9 7 一 79 因为 7 因此 略 去 项 7 一 9 9 式代入 式 图 一 一 0 4 亮环 0 暗环 到差为 占一 一 贵 因此 当 会一士 工一士 令 图 一 7 时 光屏上 呈现亮纹 各亮纹 暗纹亦同 之间的距离 凸 不 一 几 一子 在一次双缝干涉实验 中 如果用折 射率为 的 云母片复盖双缝中的一条 窄缝 此时屏 上的第七条 亮 纹移到了原来零级亮 纹 的位 置上 若入射光的波 长为 入 问云母片的厚度是多少 设云母片厚度为 光进入云母片后 的光程为 一 比不覆盖 云母片时增加了 一 屏上的第七 条亮纹 移到 了原 来零级亮纹的地 方 说明两 缝 的光程 差 占由原来的 凡变成了零 因此有 一 又 牛顿环中心 处的空气层厚度 一 而实验 观察到 的是一 暗斑 这就是因为光从光疏媒质到光密媒 质界 面反 射时有半波损失 除了双缝干涉和薄膜干 涉以外 还 有许多能形 成 相干光源 的方法 都可以用类似于双缝干涉 的方法 来 研究 六 光电效应 光 电效应显示了光的粒 子性 是建立 光量 子理论 的重要实验基础 图 一0 几 刀一甲 一百 一 一 光 电 效应 实验 实 验装置如 图 一0 所示 图中伏特表 可测量 加在光电管上的 电压 当 尸点偏 时加 的是正向电压 尸 点偏 时加的 是反向 电压 电流计测的是流过光电 管 的电流 正 同时测量光 电流 可看到 如图 一0 所示规律 叫做 此时的饱和光 电流 如果增大 入射光的强度 的值也会增图 一0 为了解释光 电效 应 爱因斯 坦提出了光子理论 认 为光的发 射和 吸收是不 连续的 光的传播也是不连续 的 光 是一束光子流 每个光子 具有 的能 量 与光的 频率 成正比 即 6 电子理论能成 功地解 释光电效应 当光照射 金属 时 金属中的某个电子吸收 了入射光中一个光子 的能 量 后 动能增至足以克服周 围原子的引力而从金属表 面逸出 成为光电子 这就是光 电效应 设入射光子 的 能量 为 电子从金属表面逸出所需的逸出功为 光电子的最大初 动能为合5 9 根据能量守恒有 粤5 09 一 一 乙 一 一 大 由此推知 单位 时间内 由阴极 释 放出的光 电子 数与入射光的强度成正比 在 间加上反向 电压 可测得 使光电流减 为零 的反向截止电压 实验表明 增大 入射 光的频率 测得的反 向截止电压也增大 而改变入 射光的强度 反 向截止 电压不变 由此推 知 由 释 放出来的光 电子 的最大初动能随入射光 频率 的增大而增大 与入射光 强度无关 改变 的材 料 用不 同频 率的单色光照射 可 从中发现 对 每种金属 入射光的频率必须大于某一极 限频率才能发生光电效应 低于这个频率的光 无论强 度多大 照射 时间多长 也不能发生光电效应 爱因斯坦的光子理论 光的波动理论对光电效应的实验现象无法解 释 这主要表现在 光的波动说认为光的能 量是由光振 动 的振幅 即光 的强 度 决定 的 而与光的频率 无关 依 此看 来 光电子的最大初动能似 应随入射光 的强 度增加 但 实 验 结果是 光电子的最大初动 能随入射光 的的频率增 加 而与入射光 的强度无关 依照光的波动说 只要入射 光 的强度足够 大 无论光的频率如何 都应发生光电效应 实验 结果却是 对每种金属都存在一个极 限频率 低于这个 频率的光 无论强度多大都不能发生光电效应 此方程称为爱因斯 坦光电效应 方程 根 据这 一方 程很 容易解 释光 电效应实验的现象 根据爱因斯坦光电效应方 程 光电子的最大初动能 5 5 和光 的频率 应 有 如 图 一 所示的关系 对于一 图 一 种金属来说 逸出功 是 个定值 因此光 电子的最 大 初动能将随着入射光频率的增 大而增大 而 与入射 光 的强度 即光子 的多少 无关 如果入射光的频率小于 极限频率 即无法产生光 电效应 光的强度再大也无 用 极限频率与逸出功的关系应 该是 一 欢迎邮购 中 学配套录像教材 中小学配 套录 像教材是我国唯一经国家教委审 定通过的第一套全 动画录像教材 该套教材与九年义务 教育教科书 人教版 严格配套 权威 科学 规范 生动 符合 中小学生的心理和生理特点 能帮助学生提高理解力 和记忆力 本套教材 由湖南东方文化投资有限公司制作 人民教育出版社出版 陕西师 范大学中教参 明星音像发行社 代 理发 行 内容包括中学英语 平面几何 立体几何 物理 化 学 地理 生物和小学英语 小学语文 小学数学 小学社 会等 门主要科目 目前已出 盒 其 中初中部分目录如 下 科科目目册 数数 盒数 数使用范围 围 之之立体几何 第一章 上 下 适用于高中一 二年级 级 炙炙立体几何沐沐 第二章 上 下 适用于高中一 二级 级 太太平面几何沐沐 第一册 上 下 适用于初中二年二期 期 发发平 面 几何沐沐 第二册 3 3 3 3 适用于初中三年级一期 期 长长平面几何沐沐第三册 上 中 下 适用于初中三年二期 期 地理 第一册 上 下 适用于初中一年一期期 地理 第二册 上 下 适用于初中一年二期 期 地理 第三册 上 下 适用于初中二年一期 期 地理 第四册 上 下 适用于初中二年二期 期 英语 第一册上 适用于初中一年级级 英语 第一册 下 8 3 适用于初中一年级级 英语 第二册上 适用于初中二年一期 期 英语 第二册下 3 适用于初 中二年二期 期 英语 第三册上 适用于初中三年一期期 英语 第三册下 3 适用于初 中三年二期 期 化学 全一册 适用于初 中三年级级 化学 全一册 3 适用于初中三年级级 物理 第一册 上 中 下 适用