高中物理竞赛辅导练习(21)(光学和原子物理2)
高中物理竞赛辅导练习(20)(光学和原子物理1)
高中物理竞赛辅导练习二十（光学、原子物理1）1．正午时，高h m的电杆的影长为零。
此时杆顶的影在水平地面的速度多大？经一段时间后，阳光与水平地面夹θ角，此时杆顶的影点的速度多大？这段时间杆顶影点的平均速度多大？2．如图所示，两平面镜夹角为α=15°，OA=10cm，A点发出的垂直于L2的光线射向L1后在两镜间反复反射，直到光线平行于某一镜面射出，则从A点开始到最后一次反射点，光线所走的路程为多少？3．如图所示，半径为R的凸镜和凹镜主轴相互重合放置，两镜顶点O1、O2相距2.6R，现于主轴上距凹镜顶点O1为0.6R处放一点光源S。
设点光源的像只能直接射到凹镜上，问S经凹镜和凸镜各反射一次后所成的像在何处？4．体温计横截面如图所示，已知细水银柱A离圆柱面顶点O的距离为2R，R为该圆柱面的半径，C为圆柱面中心轴的位置。
玻璃的折射率n=3/2，E代表人眼，求图示横截面上人眼所见水银柱像的位置、虚实、正倒和放大倍数。
5．声音沿空气中传播，由于空气温度不同，结果沿着半径为25km的圆弧，从A地传到相距14km的B地，如图所示。
若已知水平线AB的气温为18℃，声速为342m/s，声速随温度的变化为v=v A+0.6Δt。
已知这一地区的空气温度在同一高度是相同的。
试求出“声道”最高点的气温及气温随高度变化的规律（声波的折射规律与光波相同）。
6．某同学用一块直径12.5cm，焦距1m的凸透镜L1和一块直径1cm，焦距10cm的凸透镜L2自制一个开普勒望远镜。
（1）当用它沿水平方向观察50m远处的旗杆并使其最终成像于10m远处时，镜筒的长度应为多大？这时旗杆如果位于望远镜的轴线所在的竖直面上，它上面应有多长的一段被观察到？（2）如果要使被观察到的旗杆长度增加一倍，且尽可能增加像的亮度，不改变镜筒的长度而在物镜和目镜之间放上一块适当的凸透镜就可以。
则这个透镜应放在什么位置？直径及焦距应多大？。
2022全国物理竞赛试题
2022全国物理竞赛试题
2022 年全国物理竞赛试题
【一、光学和原子物理】
1. 将拉曼散射用于原子光谱学，以及制造有关材料和设备的说明。
2. 关于费米亲和力的讨论，并说明它是如何影响空间结构的。
3. 将等离子体相互作用的概念运用到工作原理的低温芯片上的说明。
4. 将纳米技术的发展用于光电转换的诠释。
【二、物理力学和能量】
1. 关于能量和动力学定律的论述，强调能量的守恒性质和物理过程的相对性。
2. 对基本的共振原理的描述，以及它如何影响形状和共振频率的。
3. 说明质量加速仪如何产生重复性测量数据以及能量转换过程。
4. 将热工学原理应用于工程设计热风机的说明。
【三、电磁学和电子物理】
1. 电路中的电磁学概念的讨论，特别强调磁效应对电路功能的影响。
2. 如何将量子物理学原理和量子力学原理应用于半导体器件设计的说明。
3. 介绍无线电原理，并说明信号通信，以及接收天线的作用。
4. 如何使用量子力学控制粒子光束的描述。
【四、计算物理】
1. 描述计算物理如何帮助加快物理过程和物理解决方案的研究。
2. 研究高温超导体及其在低温条件下的潜在可用性。
3. 说明质子化研究及其在改进分子结构的量子化水平的可能性。
4. 将分子动力学和生物物理原理应用到分子计算机中的说明。
高中物理竞赛辅导
高中物理竞赛辅导阶梯教程三水中学物理组全国中学生物理竞赛提要编者按：按照中国物理学会全国中学生物理竞赛委员会第九次全体会议的建议，由中国物理学会全国中学生物理竞赛委员会常务委员会根据《全国中学生物理竞赛章程》中关于命题原则的规定，结合我国目前中学生的实际情况，制定了《全国中学生物理竞赛内容提要》，作为今后物理竞赛预赛和决赛命题的依据，它包括理论基础、实验基础、其他方面等部分。
其中理论基础的绝大部分内容和国家教委制订的（全日制中学物理教学大纲》中的附录，即 1983年教育部发布的《高中物理教学纲要（草案）》的内容相同。
主要差别有两点：一是少数地方做了几点增补，二是去掉了教学纲要中的说明部分。
此外，在编排的次序上做了一些变动，内容表述上做了一些简化。
1991年2月20日经全国中学生物理竞赛委员会常务委员会扩大会议讨论通过并开始试行。
1991年9月11日在南宁由全国中学生物理竞赛委员会第10次全体会议正式通过，开始实施。
一、理论基础力学1．运动学参照系质点运动的位移和路程、速度、加速度相对速度矢量和标量矢量的合成和分解匀速及匀变速直线运动及其图象运动的合成抛体运动园周运动刚体的平动和绕定轴的转动2．牛顿运动定律力学中常见的几种力牛顿第一、二、三运动定律惯性参照系的概念摩擦力弹性力胡克定律万有引力定律均匀球壳对壳内和壳外质点的引力公式不要求导出）开普勒定律行星和人造卫星运动3．物体的平衡共点力作用下物体的平衡力矩刚体的平衡条件重心物体平衡的种类4．动量冲量动量动量定量动量守恒定律反冲运动及火箭5。
机械能功和功率动能和动能定理重力势能引力势能质点及均匀球壳壳内和壳外的引力势能公式（不要求导出）弹簧的弹性势能功能原理机械能守恒定律、碰撞6。
流体静力学静止流体中的压强浮力7．振动简谐振动振幅频率和周期位相振动的图象参考圆振动的速度和加速度由动力学方程确定简谐振动的频率阻尼振动受迫振动和共振（定性了解）8。
波和声横波和纵波波长、频率和波速的关系波的图象波的干涉和衍射（定性）声波声音的响度、音调和音品声音的共鸣乐音和噪音热学1．分子动理论原子和分子的量级分子的热运动布朗运动温度的微观意义分子力分于的动能和分子问的势能物体的内能2．热力学第一定律热力学第一定律3．气体的性质热力学温标电场中的导体静电屏蔽电势和电势差等势面点电荷电场的电势公式（不要求导出）电势叠加原理均匀带电球壳壳内和壳外的电势公式（不要求导出）电容电容器的连接平行板电容器的电容公式（不要求导出）电容器充电后的电能电介质的极化介电常数2．稳恒电流欧姆定律电阻率和温度的关系电功和电功率电阻的串、并联电动势闭合电路的欧姆定律一段含源电路的欧姆定律电流表电压表欧姆表惠斯通电桥补偿电路3．物质的导电性金属中的电流欧姆定律的微观解释液体中的电流法拉第电解定律气体中的电流被激放电和自激放电（定性）真空中的电流示波器半导体的导电特性P型半导体和N型半导体晶体二极管的单向导电性三极管的放大作用（不要求机理）超导现象4．磁场电流的磁场磁感应强度磁感线匀强磁场安培力洛仑兹力电子荷质比的测定质谱仪回旋加速器5．电磁感应法拉第电磁感应定律楞次定律自感系数互感和变压器6．交流电交流发电机原理交流电的最大值和有效恒纯电阻、纯电感、纯电容电路整流、滤波和稳压三相交流电及其连接法感应电动机原理7．电磁振荡和电磁波电磁振荡振荡电路及振荡频率电磁场和电磁波电磁波的波速赫兹实验电磁波的发射和调制电磁波的接收、调谐、检波光学1．几何光学光的直进、反射、折射全反射光的色散折射率与光速的关系平面镜成像球面镜成像公式及作图法薄透镜成像公式及作图法眼睛放大镜显微镜望远镜2．波动光学：光的干涉和衍射（定性）光谱和光谱分析电磁波谱3．光的本性光的学说的历史发展光电效应爱因斯但方程波粒二象性原子和原子核1．原子结构卢瑟福实验原子的核式结构玻尔模型用玻尔模型解释氢光谱玻尔模型的局限性原子的受激辐射激光2．原子核原子核的量级天然放射现象放射线的探测质子的发现中子的发现原子核的组成核反应方程质能方程裂变和聚变基本粒子数学婪础1．中学阶段全部初等数学（包括解析几何）2．矢量的合成和分解极限、无限大和无限小的初步概念3．不要求用微积分进行推导或运算二、实验基础1．要求掌握国家教委制订的《全日制中学物理教学大纲》中的全部学生实验。
高中物理竞赛模拟试题集+物理竞赛预赛试卷及答案
高中物理竞赛模拟试题集+物理竞赛预赛试卷及答案第21届全国中学生物理竞赛预赛题试卷本卷共九题，满分140分。
一、（15分）填空1．a．原子大小的数量级为__________m。
b．原子核大小的数量级为_________m。
c．氦原子的质量约为_________kg。
d．一个可见光光子的能量的数量级为_________J。
e．在标准状态下，1cm3气体中的分子数约为____________。
（普朗克常量h＝6.63×10－34J·s 阿伏加德罗常量N A＝6.02×1023 mol－1）2．已知某个平面镜反射的光能量为入射光能量的80％。
试判断下列说法是否正确，并简述理由。
a．反射光子数为入射光子数的80％；b．每个反射光子的能量是入射光子能量的80％。
二、（15分）质量分别为m1和m2的两个小物块用轻绳连结，绳跨过位于倾角α＝30︒的光滑斜面顶端的轻滑轮，滑轮与转轴之间的磨擦不计，斜面固定在水平桌面上，如图所示。
第一次，m1悬空，m2放在斜面上，用t表示m2自斜面底端由静止开始运动至斜面顶端所需的时间。
第二次，将m1和m2位置互换，使m2悬空，m1放在斜面上，发现m1自斜面底端由静止开始运动至斜面顶端所需的时间为t/3。
求m l与m2之比。
三、（15分）测定电子荷质比（电荷q 与质量m 之比q ／m ）的实验装置如图所示。
真空玻璃管内，阴极K 发出的电子，经阳极A 与阴极K 之间的高电压加速后，形成一束很细的电子流，电子流以平行于平板电容器极板的速度进入两极板C 、D 间的区域。
若两极板C 、D 间无电压，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的O 点；若在两极板间加上电压U ，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P 点；若再在极板间加一方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B 的匀强磁场，则打到荧光屏上的电子产生的光点又回到O 点。
现已知极板的长度l ＝5.00cm ，C 、D 间的距离d ＝l.50cm ，极板区的中点M 到荧光屏中点O 的距离为L ＝12.50cm ，U ＝200V ，P 点到O 点的距离 3.0y OP ==cm ；B ＝6.3×10－4T 。
浙江专用2021高考物理二轮复习微专题突破练二十一波粒二象性和原子物理课件
级时辐射光子的能量等于入射光子的能量,故入射光子的能量E=hν1,所以照射 光光子的波长为λ1。故选A。
9.如图所示为氢原子的能级图。用光子能量为13.06 eV 的光照射一群处于基
7.光子能量为E的一束光照射容器中的氢(设氢原子处于n=3的能级),氢原子吸
收光子后,能发出频率为ν1,ν2,…,ν6的六种光谱线,且ν1<ν2<…<ν6,则E 等于 ( )
A.hν1 C.h(ν5-ν1)
B.hν6 D.h(ν1+ν2+…+ν6)
【解析】选A。对于量子数n=3的一群氢原子,当它们向较低的激发态或基态跃 迁时,可能产生的谱线条数为 n(n=13),由此可判定氢原子吸收光子后的能量
波长为656 nm。下列判断正确的是
()
A.氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射光的波长大于656 nm
B.用波长为325 nm的光照射,可使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级
C.一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
D.用波长为633 nm的光照射,不能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级
(λ1>λ2>λ3)。则照射光光子的波长为 ( )
A.λ1
B.λ3
C.λ1-λ2
D.λ2+λ3
【解析】选A。处于激发态的氢原子并不稳定,能够自发向低能级跃迁并发射光子,氢
原子只发出三种不同频率的色光,知氢原子处于n=3能级。所以某种单
色光照射容器中大量处于n=2能级的氢原子,跃迁到氢原子处于n=3能级。氢原
2020年高中物理竞赛(光学)光的干涉(含真题)光源 光的相干性(共11张PPT)
二、光的相干性
两频率相同，光矢量方向相同的 光源在p点相遇
E 2 E120 E220 2E10E20 cos
I I1 I2 2 I1I2 cos
1
I
0 ( I1 I2 2
I1I2 cos )dt
I1 I2 2
1
I1I2ห้องสมุดไป่ตู้
cos dt
0
I I1 I2 2
1
I1I2
I
2I1 ( 1
cos
)
4I 1cos2
2
2k I 4I1
干涉相长
( 2k 1 ) I 0 干涉相消
I 5 3 O 3 5
4I1 两相干光束
2I1 两非相干光束 I1 一个光源
普通光源获得相干光的途径（方法）
1 分波前的方法 2 分振幅的方法
杨氏干涉 等倾干涉、等厚干涉
2020高中物理学奥林匹克竞赛
光学篇[基础版] （含往年物理竞赛真题练习）
12-1 光源 光的相干性
一、光源
1、光源的发光机理 光源的最基本发光单元是分子、原子
能级跃迁辐射 E2
波列
= (E2-E1)/h
E1
波列长L = c
普通光源：自发辐射 • 发光的间隙性
108 秒
• 发光的随机性
· ·
cos dt
0
1、非相干叠加
独立光源的两束光或同一光源的不同部位所发出
的光的位相差“瞬息万变”
1
cos dt 0
0
I I1 I2
叠加后光强等与两光束单独照射时的光强之和，
无干涉现象
2、相干叠加 满足相干条件的两束光叠加后
I I1 I2 2 I1I2 cos
高三《光学、原子物理》测试题.doc
《光学、原子物理》检测题山东省沂源四中（256104）B ．逸出的电子数减少一、选择题C．逸出的电子数和最大初动能都减小1．一束光从空气射D ．逸出的电子最大初动能不变向折射率为 n 2 的某种玻璃的表面，如图1 所示， i 代表入射角，则 ( ) 图 1A ．当 i>45 °时，会发生全反射现象B ．无论入射角 i 是多大，折射角 r 都不能超过 45°C．欲使折射角r=30 ° ,应以 i=45 °角入射D ．若入射角 i=arctg 2时，反射光线与折射光线垂直2．如图 2 所示，一个点光源 A 沿过焦点F 的直线作远离光轴的运动，则经透镜成的像点将 ()A．作匀速运动B．远离光心运动C．平行于主轴，向透镜移动D．沿直线向另一个焦点运动4、透镜成虚像时，如下说法正确的是A ．凸透镜成放大的虚像，凹透镜成缩小的虚像B ．凸透镜成虚像的位置，可能在焦点以内，也可能在焦点以外C．凹透镜所成虚像的位置只能在焦点以内D．凸透镜所成虚像可以是放大的，也可以是缩小的。
5．太阳的连续光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于（）A．太阳表面大气层中缺少相应元素B．太阳内部缺少相应元素C．太阳表面大气层中存在着相应元素D．太阳内部存在着相应元素6、如图 3，光点 S 通过透镜，所成的实像在 S 点，已知 S 到透镜的距离是 S 到透镜距离的 2 倍，现保持 S 不动，将透镜沿垂直主轴方向上移 3cm ，则像从原位置向上移动的距离是（）图23.某种频率的光射到金属表面上时，金属表面有电子逸出，如光的频率不变而强度减弱，那么下述结论中正确的是( )A ．光的强度减弱到某一数值时，就没有电子逸出图3A ． 3cmB ． 6cm C． 9cm D． 12cm7、如图 4 红光和紫光以相同的入射角从水中射入空气时发生折射，由图可知图4A ．a 是红光， b 是紫光B ．b 是红光， a 是紫光C．a 光在水中传播速度大D ．b 光在水中传播速度大8、某激光器能发射波长为的激光，发射功率为P，C 表示光速， h 为普朗克恒量，则激光器每秒发射的光子数为p hpA ．B．hc ccpC．D．phc h9、关于光谱，下列说法中正确的是A．炽热的液体发射连续光谱B．太阳光谱中的暗线，说明太阳中缺少与这些暗线对应的元素C．明线光谱和暗线光谱都可用于对物质进行分析D．发射光谱一定是连续光谱10、某放射性原子核 A 经一次衰变而变成 B，B 经一次衰变变成C，则（）A ．核 A 的中子数比核 C 的中子数多 3B ．核 A 的质子数比核C 的质子数多 3C．核 C 的核子数比 A 的核子数多 4D ．核 A 的中性原子中的电子数比核 B的中性原子中的电子数多 111.如图 5 所示，是原子核人工转变实验装置示意图 . Ａ是α粒子源，Ｆ是铝箔，Ｓ为荧光屏，在容器中充入氮气后屏Ｓ上出现闪光，该闪光是由于（）图5.α粒子射到屏上产生的.α粒子从氮核里打出的粒子射到屏上产生的.α粒子从Ｆ上打出的某种粒子射到屏上产生的.粒子源中放出的γ射线射到屏上产生的12．一个中子和一个质子相结合生成一个氘核，若它们的质量分别是ｍ１、ｍ２、ｍ３，则（）ｍ１＋ｍ２＝ｍ３ｍ１＋ｍ２＞ｍ３而吸收能量，所以ｍ１＋ｍ２＜ｍ３１＋ｍ２－ｍ３）c2/h 的光子。
高中物理竞赛讲义：物理光学 原子物理
专题十六 物理光学 原子物理【扩展知识】一、光程光在介质中传播的路程L 与该介质的折射率n 的乘积nL 称为光程，即S =nL .光在传播过程中其位相变化ΔΦ与光程的关系是πλπλ22⋅=⋅=∆ΦSnL。
式中λ为光在真空中的波长。
在真空中或空气中n =1，光传播的路程就等于光程。
二、半波损失光由光疏介质射向光密介质在两介质分界面上发生反射时，光的相位要发生180°的变化，相当于有半个波长的光程差，称为半波损失。
反之，当光由光密介质射向光疏介质在分界面上发生反射时，其相位不发生变化，因此，这时没有半波损失。
三、玻尔的原子理论定态理论（量子化能级）：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽做加速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫做定态。
跃迁假设：原子从一种定态（能量E m ）跃迁到另一种定态（能量E n ）时，要辐射（或吸收）一定频率的光子，光子能量（hv ）由这两个定态的能量差决定的。
即hv =E m -E n 。
轨道假设（量子化轨道）：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。
原子的定态（能量）是不连续的，与它相对应的电子轨道分布也是不连续的。
只有满足轨道半径跟电子动量乘积等于π2h 的整数倍，才是可能轨道，即：π2h n mvr = 其中n 是正整数叫做量子数。
玻尔模型中的氢和类氢原子半径和电子在每一个轨道上的总能量。
四、原子核的结合能和每个核子平均结合能 【典型例题】例题1：（第十三届全国物理竞赛初赛题）一台二氧化碳气体激光器发生的激光功率为N =1000W ，出射的光束截面积为A =1.00mm 2.试问:（1）当该光束垂直入射到一物体平面上时,可能产生的光压的最大值为多少?（2）这束光垂直射到温度T 为273K,厚度d 为2.00cm 的铁板上,如果有80%的光束能量被激光照射到的那一部分铁板所吸收,并使其熔化成为光束等截面积直圆柱形孔,这需多长时间?已知：对于波长为λ的光束,每一个光子的动量为k=h/λ,式中h为普朗克常量,铁的有关参数为:热容量C=26.6J/(mol·k),密度ρ=7.9×103kg/m3, 熔点T m=1797k, 熔解热L m=1.49×104J/mol,摩尔质量μ=56×10-3kg/mol。
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高中物理竞赛辅导练习二十一（光学、原子物理2）
1．一点光源以v=0.2m/s的速度沿着焦距f=20cm的凸透镜主轴朝向光心运动，当它经过距光心u1=30cm和u2=15cm的两点时，求像所在的位置及速度。
2．在双缝干涉装置中，双缝间距为0.2mm，单缝位于双缝的中垂线上，屏与双缝的距离为 1.0m。
如果用某单色光源照射，从光屏上测得第四级明条纹到中央明条纹的距离为1cm。
求（1）该单色光的波长；（2）如果把其中的一条缝用厚度为4.5μm的透明板挡住，结果发现第四级暗条纹移到中央明条纹的位置，则该透明板的折射率多大？
3．如图所示的洛埃镜长l=7.5cm，点光源S到镜
面的距离d=0.15mm，到镜面左端的距离b=4.5cm，光
屏M垂直于平面镜且与点光源S相距L=1.2m。
如果
光源发出波长λ=6.0×10-7m的单色光，讨论：（1）在
光屏上什么范围内有干涉条纹？（2）相邻的明条纹之
间距离多大？（3）在该范围内第一条暗条纹位于何
处？
4．将焦距f=50cm的凸透镜对切，再将每边切口磨去a (a＜＜f）后粘合，而后在粘合透镜中央对称轴线上放置波长为λ=6.0×10-7m的点光源，在透镜的另一侧放置垂直于对称轴线的光屏来观察干涉条纹。
已知观察到的条纹间距Δx=0.5mm，而且当沿对称轴线移动光屏时，条纹间距不变，那么点光源应当放置在何处？每边切口被磨去a为多少？
5．一个处于基态的氢原子与另一个处于基态的氢原子碰撞。
求可能发生完全非弹性碰撞的最小速度为多少？已知氢原子的质量是 1.67×10-27kg，氢原子基态的能量为E=－13.6eV。
6．将6×104kg铁放在很深的矿井中，以完全隔断宇宙射线的影响，在铁旁在很多探测器，只要铁核中有核子（质子和中子）发生衰变，这个事件总能被记录下来。
这个实验从1980年冬开始到1982年夏结束，历时1.5年，一共记录了3个核子衰变的事例。
已知
N0个平均寿命为τ的粒子经过t时间后的数目为τ
t
e
N
N
=，根据以上事实，试估算出核子的平均寿命和半衰期。
已知核子的质量为1.66×10-27kg，ln2=0.693，当0＜x＜＜1时，－x
e－x1
≈。