高二物理期中复习人教实验版知识精讲docWord文档下载推荐.docx
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由图象可直接读出振幅、周期和任一时刻物体相对平衡位置的位移。
可判断任一时刻运动物体的速度方向和加速度方向。
可判断某时间段内运动物体的速度、加速度、动能及势能大小的变化情况。
4.单摆:
回复力为摆球重力沿圆弧切线方向的分力,单摆做简谐运动的条件是最大摆角小于5。
周期公式为T=
,单摆等时性是指周期与振幅和摆球质量无关。
5.简谐振动是一种理想化振动,没有能量损失,振幅越大,能量越大。
(三)受迫振动和共振
1.受迫振动:
物体在周期性驱动力作用下的振动叫受迫振动。
做受迫振动的物体,它的周期和频率等于驱动力的周期和频率,而与其固有周期和频率无关。
受迫振动的振幅随驱动力频率变化的规律如图所示。
其中
为受迫振动系统的固有频率。
2.共振:
在受迫振动中。
当驱动力的频率跟物体的固有频率相同时,振幅最大,这种现象称为共振。
例1.一弹簧振子做简谐运动,周期为T,下述正确的是
A.若t时刻和(t+△t)时刻振子运动位移的大小相等,方向相同,则△t一定等于T的整数倍
B.若t时刻和(t+△t)时刻振子运动速度的大小相等,方向相反,则△t一定等于
的整数倍
C.若△t=T,则在t时刻和(t+△t)时刻振子运动的加速度一定相等
D.若△t=
,则在t时刻和(t+△t)时刻弹簧的长度一定相等
解析:
对选项A,只能说明这两个时刻振子处于同一位置,设为P,如图所示。
并未说明这两个时刻振子的运动方向是否相同。
△t可以是振子由P向B再回到P的时间。
故认为△t一定等于T的整数倍是错误的。
对选项B,振子两次到P位置时速度大小相等,方向相反。
但并不肯定△t等于
的整数倍。
选项B也是错误的。
在相隔一个周期T的两个时刻,振子只能位于同一位置,其位移相同,合外力相同,加速度必相等,选项C是正确的。
相隔
的两个时刻,振子的位移大小相等,方向相反·
其位置可位于与P相对称的P’处,在P处弹簧处于伸长状态,在P’处弹簧处于压缩状态,弹簧长度并不相等,选项D是错误的。
答案:
C
点评:
做简谐运动的弹簧振子的运动具有往复性、对称性和周期性。
在同一位置P,振子的位置相同,位移相同。
回复力、加速度、动能、势能也相同。
速度是大小相等,但方向可相同,可相反。
P与其对称位置P’比较,两位置位移大小相等,方向相反。
回复力、加速度也是大小相等,方向相反。
动能、势能对应相等。
速度大小相等,方向可相同,可相反。
运动时间也对应相等,如振子由O到P的时间tOP与P到0的时间tPO相等,也与O到P’(或P’到O)的时间tOP‘(或tP‘O)相等。
类似地,
,
一个做简谐运动的质点,经过时间t=nT(n为正整数),则质点必回到出发点T。
而若经过
(n为正整数),则质点所处位置必与原位置关于平衡位置对称。
例2.如图所示是弹簧振子的振动图象,试回答下列问题:
(1)振子的振幅、周期、频率分别是多少?
(2)如果从0点算起,到图象上哪一点为止振子完成了一次全振动?
如果从A点算起,情况又怎样?
(3)从0~1.6s时间内,哪些点的动能最大?
哪些点的势能最大?
(1)由图象可得:
A=2cm
T=0.8s,
(2)振子完成一次全振动,图象刚好为一个周期,从0点算起到D,从A点算起到E。
(3)振子运动中,在平衡位置时速度最大,动能最大,在最大位移处,速度为零,势能最大。
从0~1.6s时间内,0、B、D、F、H点的动能最大,A、C、E、G点的势能最大。
给出振动图象,可直接读出振幅和周期,一个周期完成一次全振动,并能将振动过程与图象相联系。
例3.两个等长的单摆,第一个放在地面上,另一个放在高空,当第一个单摆振动n次的同时,第二个单摆振动n-1次。
如果地球半径为R。
那么第二个摆离地面的高度为多大?
设第二个摆离地面的高度为h,则距地心的距离为(R+h),设此处重力加速度为g’,地球表面的重力加速度为g,则:
①
又
得:
即
②
由①②解得
处理该类问题一般可采用比例法,找准参量间的比例关系是解题关键。
例4.一平台沿竖直方向做简谐运动。
一物体置于振动平台上随台一起运动。
当振动平台处于什么位置时,物体对台面的正压力最大
A.当振动平台运动到最高点时
B.当振动平台向下运动过振动中心点时
C.当振动平台运动到最低点时
D.当振动平台向上运动过振动中心点时
物体随平台在竖直方向振动过程中,仅受两个力作用:
重力、台面支持力。
由这两个力的合力作为振动的回复力,并产生始终指向平衡位置的加速度。
物体在最高点a和最低点b时,所受回复力和加速度的大小相等,方向均指向O点,如图所示。
根据牛顿第二定律得
最高点mg-Fa=ma
最低点Fb-mg=ma
平衡位置Fc-mg=0。
所以:
Fb>Fc>Fa
即振动平台运动到最低点时,平台对物体的支持力最大。
根据牛顿第三定律,物体对平台的压力也最大。
正确答案为C。
弄清物理过程及对称点的特征,将物理过程模型化,是解答该题的关键。
二、热学
(一)分子动理论
1.物质是由大量分子组成的
(1)分子是具有各种物质的化学性质的最小微粒,其大小可用油膜法粗略测出,它的直径的数量级是
m。
(2)1mol的任何物质都含有相同的粒子数。
这个数用阿伏伽德罗常数NA来表示。
2.分子永不停息地做无规则热运动
(1)扩散现象:
相互接触的物质彼此进入对方的现象。
温度越高,扩散越快。
(2)布朗运动:
在显微镜下看到的悬浮在液体中的固体颗粒的永不停息的无规则运动。
颗粒越小,运动越明显;
温度越高,运动越激烈。
布朗运动不是液体分子的运动。
3.分子间存在着相互作用力
(1)分子间同时存在相互作用的引力和斥力,合力叫分子力。
(2)特点:
分子间的引力和斥力都随分子间的距离增大而减小,随分子间距离的减小而增大,但斥力比引力变化得更快。
①r=
时,
,分子力F=O。
②r<
,分子力F表现为斥力。
③r>
,分子力F表现为引力。
④r>10
都迅速减小。
分子力可忽略不计。
(二)物体的内能
1.分子的平均动能:
物体内所有分子动能的平均值叫分子平均动能。
温度是分子平均动能的标志。
温度越高,分子平均动能越大。
2.分子势能:
由分子间的相互作用和相对位置决定的能量叫分子势能。
分子势能的大小与物体的体积有关。
当分子间的距离r>
时,分子势能随分子间的距离的增大而增大;
当r<
时,分子势能随分子间的距离的减小而增大;
当r=
时,分子势能最小。
3.物体的内能:
物体内所有分子的动能和势能的总和叫物体的内能。
4.改变物体的内能有两种方式:
是做功和热传递。
做功和热传递在改变物体的内能上是等效的,但本质有区别。
前者是能量的转化,后者是能量的转移。
(三)能的转化和守恒定律
1.热力学第一定律:
功、热量跟内能改变之间的定量关系是
符号定则为:
外界对研究对象做功时,W>0;
研究对象从外界吸热时,Q>0;
研究对象的内能增加时,△E>0,反之则为负值。
2.能量既不能凭空产生,也不能凭空消失,它只能从一种形式转化为别的形式,或从一个物体转移到别的物体。
3.不消耗任何能量,却源源不断地对外做功的机器叫第一类永动机,它违背了能的转化和守恒定律,因此这种机器不可能制造出来。
4.热力学第二定律
表述一:
不可能使热量由低温物体传递到高温物体而不引起其他变化——热传导的方向性。
表述二:
不可能从单一能源吸收热量并把它全部用来对外做功而不引起其他变化-一机械能和内能转化过程的方向性。
它也可以表述为:
第二类永动机是不可能制成的。
(四)气体的压强及气体的压强、体积、温度间的关系
1.气体的压强
(1)气体分子运动的特点:
分子间距离较大,分子间的作用力很小。
气体分子沿各个方向运动的数目(机会)相等。
(2)分子速率的分布规律:
在一定温度下,大多数分子的速率都在某个数值附近,离这个数值越远,分子的数目越少,呈现“中间多,两头少”的分布规律。
当温度升高时,速率小的分子数目减少,速率大的增加,但仍呈现“中间多,两头少”的分布规律。
(3)压强产生的原因:
由于气体分子频繁的碰撞器壁产生的。
气体分子的平均速率越大,碰撞的频繁程度越大,碰撞的作用力也越大;
气体分子的密度越大,碰撞的频繁程度越大,所以气体的压强与气体分子热运动的剧烈程度有关,也就是与气体的温度有关,同时还与单位体积的分子数目有关,对一定质量的气体而言,压强与气体的体积有关。
(4)压强的单位:
国际单位是Pa,常用单位有atm(标准大气压)、cmHg(厘米汞柱高)
2.气体的体积、压强、温度间的关系
一定质量的气体,温度保持不变时,体积减小压强增大,体积增大压强减小;
体积保持不变时,温度升高压强增大,温度降低压强减小;
压强保持不变时,温度升高体积增大,温度降低体积减小。
例5.已知水的密度
=1.0×
l03kg/m3。
水的摩尔质量
=1.8×
10-2kg/mol,
(1)求lcm3的水中有多少个水分子
(2)估算一个水分子的线度。
(1)水的摩尔体积
故lcm3的水中的分子数
个
(2)若建立水分子的球模型,有
水分子的球体模型的直径:
若建立水分子的立方体模型,有
水分子的立方体模型的边长
不论把分子看作球体,还是看作立方体,都只是一种简化的模型,是一种近似处理的方法,由于建立的模型不同,得出的结果稍有不同,但数量级都是10-10米,一般在估算固体或液体分子线度或分子间距离时采用球模型,在估算气体分子间的距离时采用立方体模型。
例6.下图是关于布朗运动的实验,下列说法正确的是
A.图中记录的是分子无规则运动的情况
B.图中记录的是微粒做布朗运动的轨迹
C.实验中可以看到,微粒越大,布朗运动越明显
D.实验中可以看到,温度越高,布朗运动越剧烈
图中记录的是每隔若干时间(如30s)微粒位置的连线,而这段时间内微粒的运动情况却不得而知。
虽然图示所反映的不是微粒的轨迹,但却可看出其运动的无规则性。
做布朗运动的微粒都很小,一般为lO-6m左右。
微粒做布朗运动的根本原因是:
各个方向的液体分子对它的碰撞不平衡。
因此,只有微粒越小、温度越高时布朗运动才越剧烈。
故选D。
D
例7.图中容器A、B各有一个可自由移动的轻活塞,活塞下面是水,上面是大气,大气压恒定,A、B的底部由带有阀门K的管道相连,整个装置与外界绝热。
原先,A中水面比B中高,打开阀门,使A中的水逐渐向B中流,最后达到平衡,在这个过程中
A.大气压力对水做功,水的内能增加
B.水克服大气压力做功,水的内能减少
C.大气压力对水不做功,水的内能不变
D.大气压力对水不做功,水的内能增加
取整个水为研究对象,打开阀门,由于水的重力作用,水从A流向B中,由于水与器壁间的摩擦作用,振动一段时间最后达到平衡状态,A中和B中水面静止在同一高度上。
水受到重力、器壁压力和两水面上大气压力的作用。
器壁压力跟水流方向垂直,不做功,最后A和B中水面等高相当于A中部分水下移到B中,重力对水做功,设A和B的横截面积分别为
和
,两个活塞竖直位移分别为
,大气压力对容器A中的活塞做的功
,容器B中的活塞克服大气压力做的功
,由于
,所以
,因此大气压力通过活塞对整个水做的功为零,即大气压力对水不做功。
根据能的转化和守恒定律,重力势能的减少等于水的内能的增加,所以选项D正确。
例8.关于分子势能,下列说法中正确的是
A.分子间表现为斥力时,分子间距离越小,分子势能越大
B.分子间表现为引力时,分子间距离越小,分子势能越大
C.当r
时,分子势能最小
D.将物体以一定初速度竖直向上抛出,物体在上升阶段,其分子势能越来越大
分子间表现为斥力时,分子间距离减小,需克服分子间斥力做功,所以分子势能增大。
选项A正确;
分子力表现为引力时,分子间距离减小,分子力做正功,分子势能减小,选项B不对;
当r
时,分子势能最小,选项C不对;
物体上升增加的是重力势能,与分子势能无关,故D项错误。
A
例9.如图所示,P—V图中,一定质量的理想气体由状态A经过程I变至状态B时,从外界吸收热量100cal,同时膨胀对外做功300J。
当气体从状态B经过程Ⅱ回到状态A时外界压缩气体做功200J,求此过程中气体吸收或放出的热量是多少焦?
一定质量的理想气体由状态A经过程I变至状态B时,从外界吸收的热量Q1大于气体膨胀对外做的功W1,气体内能增加。
由热力学第一定律,气体内能的增加量为
气体由状态B经过程Ⅱ回到状态A时,气体内能将减少120J,而此过程中外界又压缩气体做W2=200J的功,因而气体必向外界放热,放出的热量为
例10.下列说法中正确的是
A.热量能自发地从高温物体传给低温物体
B.热量不能从低温物体传到高温物体
C.热传导是有方向的
D.能量耗散说明能量是不守恒的
热量能自发地从高温物体传给低温物体,这是符合热力学第二定律中有关热传导是有方向的规律的,所以选项A和C是正确的。
热量虽然不能自发地从低温物体传到高温物体,但在一定外加条件下,也能做到热量从低温物体传到高温物体,例如电冰箱等电器的工作过程,所以选项B是不正确的。
所谓能量耗散是指在能量的转化过程中没有办法把流散的能量重新收集起来,重新加以利用。
能量耗散过程中能的总量还是守恒的,只是能量的转化是有方向性的,而不是能量不守恒,因此选项D也是错误的。
AC
对于热传导是有方向的可以从各个不同角度来命题,要注意题意表面所掩盖的物理本质,注意能量守恒定律是无一例外地普遍适用的。
例11.下列说法中正确的是
A.一定质量的气体,保持温度不变,压强随体积减小而增大的微观原因是:
每个分子撞击器壁的作用力增大
B.一定质量的气体,保持温度不变,压强随体积增大而减小的微观原因是:
单位体积内的分子数减少
C.一定质量的气体,保持体积不变,压强随温度升高而增大的微观原因是:
分子的平均动能增大
D.一定质量的气体,保持体积不变,压强随温度升高而增大的微观原因是:
分子的密度增大
决定气体压强大小的因素:
宏观上是密度和温度,微观上是单位体积内的分子数和分子平均动能。
温度不变时,分子平均动能不变,当体积增大时,单位体积内分子数减少,压强减小,故B对A错;
体积不变时,温度升高、分子平均动能增大,压强增大,故C对D错。
故正确选项为B、C。
BC
【模拟试题】
1.弹簧振子在光滑水平面上做简谐运动,在振子向平衡位置运动的过程中()
A.振子所受的回复力逐渐增大
B.回复力对振子做负功
C.振子的速度逐渐减小
D.振子的加速度逐渐减小
2.做简谐运动的弹簧振子,其振子的质量为m,振动过程中的最大速度为v,从某一时刻算起,半个周期内()
A.弹力做功一定等于零
B.弹力做的功可能是
之间的某一值
C.弹力的冲量一定为零
D.弹簧和振子系统的机械能和动量都守恒
3.卡车在水平道路上行驶,货物随车厢底板上下振动而不脱离底板,设货物的振动为简谐运动,以向上的位移为正,其振动图象如图所示,在图象上取a、b、c、d四点,则货物对车厢底板的压力小于货物重力的是其中哪些点所在的时刻()
A.a点B.b点C.c点D.d点
4.一物体做简谐振动,其振动图象如图,由图象可知在
时刻,物体运动的()
A.位移相同B.加速度相同
C.动量相同D.动能相同
5.只要知道下列哪一组物理量,就可以估算出气体中分子间的平均距离()
A.阿伏加德罗常数、该气体的摩尔质量和质量
B.阿伏加德罗常数、该气体的摩尔质量和密度
C.阿伏加德罗常数、该气体的质量和体积
D.该气体的密度、体积和摩尔质量
6.甲、乙二分子相距大于平衡距离r0,甲固定,乙分子在向甲靠近直到不能再靠近为止的过程中,下面说法正确的是()
A.分子力总做正功
B.分子引力与斥力互为反作用力,其合力为零
C.分子力先做正功后克服分子力做功
D.分子引力总做正功
7.关于物体内能,有下列说法
①相同质量的两物体,升高相同的温度,内能增量一定相同②一定量0℃的水结成0℃的冰,内能一定减少③一定量气体体积增大,但既不吸热也不放热,内能一定减少④一定量气体吸收热量而保持体积不变,内能一定减少
以上说法中正确的是()
A.①②B.③④C.①④D.②③
8.关于温度的概念,下列说法中正确的是()
A.某物体的温度为0℃,则其中每个分子的温度都是0℃
B.温度是物体分子热运动平均速率的标志
C.温度是物体分子热运动平均动能的标志
D.温度可以从高温物体传递到低温物体,达到热平衡时两物体温度相同
9.下列关于气体压强说法中正确的是()
A.气体的压强是因为大量气体分子对器壁的频繁碰撞而产生的
B.气体压强的大小定义为单位面积器壁上受到气体分子的撞击力
C.体积不变的容器中,气体分子运动越激烈,气体的压强就越大
D.处于一定状态下的气体,深度越大处气体的压强越大
10.某人从电视屏幕上观察泊在某星球上的宇宙飞船,看到飞船上的摆长为0.5m的单摆在30s内往复摆动15次,该星球表面的重力加速度g’与地球表面上的重力加速度g相比,g’约等于g。
11.水平轨道AB。
在B点处与半径R=300m的光滑弧形轨道BC相切,一个质量为M=0.99kg的木块静止于B处,现有一颗质量为m=l0g的子弹以
=500m/s的水平速度从左边射入木块且未穿出,如图所示。
已知木块与该水平轨道AB的动摩擦因数
=0.5(cos5°
=0.996,g取l0m/s2。
)试求:
子弹射入木块后,木块需多长时间停止?
12.横截面积为3×
10-2m2的圆筒内装有0.6kg的水,太阳光垂直照射了2min,水温升高了1℃。
设大气顶层的太阳能只有45%到达地面,试估算出太阳全部的辐射功率为多大?
(保留一位有效数字,设太阳与地球的平均距离为R=1.5×
1011m,球面积公式为S=4
)
试题答案
1.D2.A3.AB4.CD5.B6.CD
7.D8.C9.ABC10.0.511.18.2s12.
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