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復(fù)合場是指重力場、電場、磁場并存,或其中兩場并存。分布方式或同一區(qū)域同時存在,或分區(qū)域存在。
復(fù)合場是高中物理中力學(xué)、電磁學(xué)綜合問題的高度集中。既體現(xiàn)了運(yùn)動情況反映受力情況、受力情況決定運(yùn)動情況的思想,又能考查電磁學(xué)中的重點(diǎn)知識,因此,近年來這類題備受青睞。
通過上表可以看出,由于復(fù)合場的綜合性強(qiáng),覆蓋考點(diǎn)較多,預(yù)計(jì)在2014年高考(微博)中仍是一個熱點(diǎn)。
復(fù)合場的出題方式:
復(fù)合場可以圖文形式直接出題,也可以與各種儀器(質(zhì)譜儀,回旋加速器,速度選擇器等)相結(jié)合考查。
一、重力場、電場、磁場分區(qū)域存在(例如質(zhì)譜儀,回旋加速器)
此種出題方式要求熟練掌握平拋運(yùn)動、類平拋運(yùn)動、圓周運(yùn)動的基本公式及解決方式。
重力場:平拋運(yùn)動
電 場:1.加速場: 動能定理2.偏轉(zhuǎn)場: 類平拋運(yùn)動或動能定理
磁 場: 圓周運(yùn)動
二、重力場、電場、磁場同區(qū)域存在(例如速度選擇器)
帶電粒子在復(fù)合場做什么運(yùn)動取決于帶電粒子所受合力及初速度,因此,把帶電粒子的運(yùn)動情況和受力情況結(jié)合起來分析是解決此類問題的關(guān)鍵。
(一)若帶電粒子在復(fù)合場中做勻速直線運(yùn)動時應(yīng)根據(jù)平衡條件解題,例如速度選擇器。則有Eq=qVB
(二)當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中做圓周運(yùn)動時,
則有Eq=mg qVB=mv2/R
(2009年天津10題)如圖所示,直角坐標(biāo)系xOy位于豎直平面內(nèi),在水平的x軸下方存在勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場,磁場的磁感應(yīng)為B,方向垂直xOy平面向里,電場線平行于y軸。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小球,從y軸上的A點(diǎn)水平向右拋出,經(jīng)x軸上的M點(diǎn)進(jìn)入電場和磁場,恰能做勻速圓周運(yùn)動,從x軸上的N點(diǎn)第一次離開電場和磁場,MN之間的距離為L,小球過M點(diǎn)時的速度方向與x軸的方向夾角為θ。不計(jì)空氣阻力,重力加速度為g,求
(1)電場強(qiáng)度E的大小和方向;
(2)小球從A點(diǎn)拋出時初速度v0的大小;
(3)A點(diǎn)到x軸的高度h。
解析:本題考查平拋運(yùn)動和帶電
小球在復(fù)合場中的運(yùn)動。小球先做平拋再做圓周運(yùn)動
(1)小球在電場、磁場中恰能做勻速圓周運(yùn)動,說明電場力和重力平衡(恒力不能充當(dāng)圓周運(yùn)動的向心力),有 Eq=mg 得 E=mg/q
重力的方向豎直向下,電場力方向只能向上,由于小球帶正電,所以電場強(qiáng)度方向豎直向上。
(2)小球做勻速圓周運(yùn)動,O′為圓心,MN為弦長,O′為M點(diǎn)速度垂線與MN中垂線的交點(diǎn)。設(shè)半徑為R,由幾何關(guān)系知 L/2R=sinθ
小球做勻速圓周運(yùn)動的向心力由洛侖茲力提供向心力,設(shè)小球做圓周運(yùn)動的速率為v,有qVB=mV2 /R 由速度的合成與分解知
V0 /V=cosθ
得V0 =qBL/2mtanθ
(3)設(shè)小球到M點(diǎn)時的豎直分速度為Vy,它與水平分速度的關(guān)系為
Vy = V0 ×tanθ
由勻變速直線運(yùn)動規(guī)律
V2 =2gh
得 h=q2 B2L2 /8gm2
(三)當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中做非勻變速曲線運(yùn)動時,應(yīng)用動能定理或能量守恒解決。
075.機(jī)械波的形成:使振動以一定的速度在彈性介質(zhì)中由近及遠(yuǎn)的傳播出去。
76.波源和彈性介質(zhì)是產(chǎn)生機(jī)械波的兩個必須具備的條件。
77.橫波:介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動的方向和波的傳播方向相互垂直。
78.縱波:介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動方向和波的傳播方向相互平行。
79.波面(同向面):在波傳播過程中,任一時刻介質(zhì)中各振動相位相同的點(diǎn)連成的面
80.波前(波陣面):在某一時刻波傳播到最前面的波面。
81.波面為球面的波叫做球面波。波面為平面的波叫平面波。波面為柱面的波稱為柱面波。
82.沿波的方向作一些帶箭頭的線,叫做波線。波線的指向表示波的傳播方向。在各向同性均勻介質(zhì)中,波線恒與波面垂直。
83.簡諧波:如過振動在介質(zhì)中傳播的是諧振動,且波所到之處,介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)均作同頻率、同振幅的諧振動,這樣的波稱為簡諧波。如果簡諧波的波面為平面,則這樣的簡諧波稱為平面簡諧波。
84.質(zhì)點(diǎn)的振動方程: (A為振幅,ω為角頻率, 初相)
85.平面簡諧波的波函數(shù)(波動方程): (表示任意時刻位于波線上的任意點(diǎn)P的質(zhì)點(diǎn)做諧振動的位移。
86.波長( ):在同一波線上兩個相鄰的、相位差為2π的質(zhì)點(diǎn)之間的距離叫做波長。
87.波的周期(T):波前進(jìn)一個波長距離所需要的時間叫做波的周期。
88.波的頻率(ν):周期的倒數(shù)叫作頻率,也就是在單位時間內(nèi),波前進(jìn)距離中完整波的數(shù)目。
89.具有一定振動周期和頻率的波源,在不同介質(zhì)中激起的波的周期和頻率是相同的,與介質(zhì)的性質(zhì)的無關(guān)。
90.振動狀態(tài)在介質(zhì)中的傳播速度,叫做波速。
91.(1)波速只與波傳播的介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān),與波的頻率無關(guān)。(2)波的頻率與振源的頻率相同,與波傳播的介質(zhì)無關(guān)。(3)波長既與波速有關(guān),又與波的頻率有關(guān)。
92.波動過程的重要特征:隨波的傳播有機(jī)械能的傳播。
93.能量與速度u在介質(zhì)中隨波一起傳播,在均勻、各向同性介質(zhì)中。能量傳播的速度和傳播的方向與波的傳播速度和傳播方向總是相同的,綜合上面的分析,可以說波的傳播過程,也就是能量的傳播過程。
94.波的能量密度:把單位體積中波的能量稱為波的能量密度。 (其中ρ為介質(zhì)的密度,A為振幅,ω為角頻率。)
95.能流密度:單位時間內(nèi),沿波速方向垂直通過單位面積的平均能量,叫做波的能流密度。能流密度稱為波的強(qiáng)度,簡稱波強(qiáng) 。波強(qiáng)的大小與波的振幅平方 成正比。即 。
96.波的吸收:波在介質(zhì)中傳播時,介質(zhì)總要吸收一部分波的能量,因而波的強(qiáng)度將逐漸減弱,這現(xiàn)象就是波的吸收。
97.惠更斯原理:行進(jìn)中的波面上任意一點(diǎn)都可看作是新的次波源,而從波面上各點(diǎn)發(fā)出的許多次波形成的包絡(luò)面,就是原表面在一定時間內(nèi)所傳播到的新波面。
98.波的衍射現(xiàn)象:當(dāng)波在傳播過程中遇到障礙物時,其傳播方向發(fā)生改變。并能繞過障礙物的邊緣繼續(xù)向前傳播。
99.波的疊加原理:在相遇區(qū)內(nèi),任一點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)的振動,為各波單獨(dú)存在時所引起振動的合振動,即在任一時刻,該點(diǎn)出質(zhì)點(diǎn)的位移是各波單獨(dú)存在時在該點(diǎn)引起位移和矢量和。
100.相干波:兩列頻率相同、振動方向相同、相位相同或相位差恒定的波的疊加。滿足這三個條件的波稱為相干波,產(chǎn)生相干波的波源稱為相干波源。
101.駐波:兩列振幅、振動方向和頻率都相同,而傳播方向相反的同類波相干疊加起來就形成駐波。
102.多普勒效應(yīng):由于觀察者(接收器)或波源二者同時相對介質(zhì)運(yùn)動,而使觀察者接受到的頻率與波源發(fā)出的頻率不同的現(xiàn)象。
103.波靜觀動: 波動觀靜:
104.凡做加速運(yùn)動的電荷或電荷系都是發(fā)射電磁波的波源。
105.做加速運(yùn)動的電荷或電荷系在其周圍空間產(chǎn)生變化的電場,變化的電場有產(chǎn)生變化的磁場,變化的磁場又產(chǎn)生變化的電場,這樣相互激發(fā),隨著時間的推移,就在空間產(chǎn)生了電磁波的傳播,也叫電磁波。
106.電磁波是電場強(qiáng)度E與磁場強(qiáng)度H的矢量波。
107.平面簡諧電磁波的基本特性:(1)電磁波場矢量E和H,在同一地點(diǎn)同時存在,具有相同的相位,都以相同的速度傳播。(2)E和H相互垂直,且兩者都以波的傳播方向垂直,E、H、u三者滿足右螺旋關(guān)系,這表明電磁波是橫波。E和H各自與波的傳播方向構(gòu)成的平面稱為E的振動面和H的振動面,E和H分別在各自的振動面內(nèi)振動,這個特性稱為偏振性,只有橫波才具有偏振性。(3)在空間任何一點(diǎn)處,E和H之間在量值上有: 。(4)電磁波的傳播速度決定于介質(zhì)的介電常量ε和磁導(dǎo)率μ,且為 。(5)電磁波在兩種不同介質(zhì)的分界面發(fā)生反射和折射。電磁波在真空中的速率c和與在某種介質(zhì)中的速率之比稱為該介質(zhì)的絕度折射率n,簡稱為折射率。 。
108.電磁波所帶的能量稱為輻射能。
109.單位時間通過垂直電磁波傳播方向單位面積的輻射能稱為能流密度,也稱為波的強(qiáng)度。
110.電場和磁場的能量密度分別為: , 。所以電磁場的總能量密度為:
111.在光學(xué)中通常把平均能流密度I稱為光強(qiáng):
112.光程是一個折合量,在傳播時間相同或相應(yīng)改變相同的條件下,把光在介質(zhì)中傳播的路程折合為光在正空中傳播的相應(yīng)路程,在數(shù)值上,光程等于介質(zhì)折射率乘以光在介質(zhì)中傳播的相應(yīng)路程,在數(shù)值上,光程等于介質(zhì)折射率乘以光在介質(zhì)中傳播的路程。
113.發(fā)光的物體稱為光源。
114.常見發(fā)光過程:(1)熱輻射(2)電致發(fā)光(3)光致發(fā)光(5)化學(xué)發(fā)光。
115.光的干涉現(xiàn)象:頻率相同、振動方向平行,相位差恒定的兩束簡諧光波相遇時,在光波重疊區(qū),某些點(diǎn)合成光強(qiáng)大于分光強(qiáng)之和,在另一些區(qū)點(diǎn)合成光強(qiáng)小于分光強(qiáng)之和,合成光波的光強(qiáng)在空間形成強(qiáng)弱相間、穩(wěn)定分布的干涉條紋,稱為光的干涉現(xiàn)象。光波的這種疊加稱為相干疊加,能產(chǎn)生相干疊加的兩束光稱相干光。相干疊加滿足的條件稱為相干條件。如果兩束光不滿足相干疊加條件,則在光波的重疊區(qū),合成光強(qiáng)等于分光強(qiáng)之和,沒有干涉現(xiàn)象出現(xiàn),此時兩束光的疊加稱為非相干疊加。
116.兩束光產(chǎn)生干涉的條件有:(1)頻率相同;(2)相位差恒定;(3)光矢量振動方向平行。
117.光程是一個折合量,在傳播時時間相同或相位改變相同的條件下,把光在介質(zhì)中傳播的路程折合為光在真空中傳播的相應(yīng)路程。在數(shù)值上,光程等于介質(zhì)折射率乘以光在介質(zhì)中傳播的路程。
118.等厚干涉條紋:干涉圖樣中同一干涉條紋對應(yīng)于薄膜上厚度相同點(diǎn)的連線。
119.牛頓環(huán):由環(huán)空氣劈尖上下表面反射的光發(fā)生干涉而形成的條紋。它是等候干涉條紋。
120.光的衍射通常分為兩類:菲涅耳衍射(近場衍射)和夫瑯禾費(fèi)衍射(遠(yuǎn)場衍射)。
121.惠更斯—菲涅耳原理:從同一波面上各點(diǎn)發(fā)出的次波是相干波,經(jīng)過傳播在空間某點(diǎn)相遇時的疊加是相干疊加。
122.利用多縫衍射原理使光發(fā)生色散的元件稱為衍射光柵。
123.光矢量只限于單一方向振動的光稱為偏振光。
124.馬呂斯定律:如果入射線偏振光的光強(qiáng)為 ,投射檢偏器后,投射光的光強(qiáng)為I。則 (其中a線偏振光的光矢量振動方向和檢偏器偏振化方向之間的夾角)。
125.一束自然光入射到各向異性介質(zhì)時,在界面折入晶體內(nèi)部的折射光常分為傳播方向不同的兩束折射光線。
126.兩束折射光具有下述特性:(1)兩束折射光是光矢量振動方向不同的線偏振光。(2)其中一束折射光始終在入射面內(nèi),并遵守折射定理,稱為尋常光,另一束折射光一般不在入射面內(nèi),且不遵守折射定律,叫做非常光。
127.俠義相對論的兩個基本假設(shè):(1)在所有的慣性系中,一切物理學(xué)定理都具有相同的形式,即具有相同的數(shù)學(xué)表達(dá)式,或者說,對于描述一切物理現(xiàn)象的規(guī)律來說,所有慣性系都是等價(jià)的。這也稱為俠義相對論的相對性原理。(2)在所有的慣性系中,真空中光沿各個方向傳播的速率都等于同一個恒量c,與光源和觀察者的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān),這也稱為光速不變原理。
128. 應(yīng)當(dāng)是質(zhì)點(diǎn)靜止是所具有的能量,稱為靜止能量(靜能)。 是質(zhì)點(diǎn)遠(yuǎn)動時所具有的總能量,二者之差即為質(zhì)點(diǎn)由于其運(yùn)動而增加的能量,也就是都能
129.熱輻射:物體的由其溫度所決定的電磁輻射。
130.平衡熱輻射:當(dāng)輻射和吸收達(dá)到平衡時,物體的溫度不再變化而處于熱平衡狀態(tài)。
131.物體的輻射本領(lǐng)越大,其吸收本領(lǐng)也越大,反之依然。
132.絕對黑體(簡稱黑體):能夠全部吸收各種波長輻射能而完全不發(fā)生反射和投射的物體絕對黑體。
133.愛因斯坦光子假說:一束光就是一束以光速遠(yuǎn)動的粒子流,這些粒子稱為光子;頻率為 的光的每一光子所具有的能量為 ,他不能再分割,而只能整個的被吸收或產(chǎn)生出來。
134.光電效應(yīng)方程:
135.遏制電壓與光電子最大初動能的關(guān)系
136.光子的紅限
137.光子的動量 電子伏與焦耳的關(guān)系1v=1
138.普朗克常量
139.光的波動性:光具有波動性,有具有粒子性。
140.光電效應(yīng):金屬及其化合物在光照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象。
141.德布羅意假設(shè):不僅光具有波粒二相性,一切實(shí)物粒子如電子、原子、分子等也都具有波粒二相性。
142.激光是基于受激輻射放大原理產(chǎn)生的一種相干光輻射。