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CIE 物理备考指南--波

2016-10-20 14:25

来源:新东方英联邦中学

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  波的考察形式:AS物理考试中会有一道大题考察“波”的相关知识点,通常位于试卷的第5题或者第6题。而“波”又有四种考察方式,分别是:波的种类和基本要素,双缝实验(double-slit experiment),衍射光栅(diffraction grating)及驻波(stationary waves)。

  波的种类和基本要素

  1. 这类题型要求考生掌握波的种类与基本要素的英文定义,如:progressive wave, transverse wave, longitudinal wave, frequency, amplitude等。(定义总结见下图,打开见大图)

  CIE 物理备考指南--波

  2. 考察考生对波基本要素的分析与计算能力,如计算CIE 物理备考指南--波等。还要明确  ,在计算intensity的比值时可以通过计算波幅的平方的比值来得出结果。另外,在看图时要注意Y轴是表示displacement, 但是X轴可能是Distance,也可能是time,还要特别注意单位,图像上不一定是米(m)喔!

  3. 考察考生对phase difference 和path difference 的掌握。Phase difference 指的是相位差,用角度(degree)或者弧度(radian)来表示。波上两个相同点之间(P和T)的phase difference为360°或2 π rad。P和R点间的相位差为180°或π rad。Path difference指得是路程差,算法和相位差类似,但是用的是wavelength λ来表示,如P和T点的path difference为λ,P和R为CIE 物理备考指南--波

CIE 物理备考指南--波

  (图片来源于CIE历年考试真题)

  4. 考察学生对电磁光谱的掌握,考生需要掌握电磁光谱的排列顺序(见下图),无线电波(radio wave)波长最大,伽马射线(γ-ray )波长最小。另外要熟悉可见光的波长范围大约在400 – 700 nm。电磁波属于横波,并且在真空中的速度为3×108 m/s。

CIE 物理备考指南--波

  (图片来源于Cambridge International AS & A Level Coursebook)

  双缝实验(Double-slit Experiment)

  双缝实验现象为当单色光(monochromatic wave)透过double-slit之后发生衍射(diffraction)形成两条相干的波(coherent wave: waves that have a constant phase difference),这两条波发生干涉(interference)并在光屏上显现出亮暗纹交替的图像,亮点发生相长干涉(constructive interference),暗点发生相消干涉(destructive interference)。

CIE 物理备考指南--波

  (图片来源于Cambridge International AS & A Level Coursebook)

  双缝实验要求考生掌握衍射(diffraction)、波的叠加(principle of superposition)及相干波(coherent waves)的定义。能够判断两条波何时发生相长干涉constructive interference (path difference = nλ,n = 0,1,2……)和相消干涉destructive interference,n = 0,1,2……)。

CIE 物理备考指南--波


  (图片来源于Cambridge International AS & A Level Coursebook)

  双缝实验的计算部分需要考生熟练使用CIE 物理备考指南--波来进行相应的计算(λ为光的波长,a为双缝间的距离,x为相邻两个亮纹间的距离,D为双缝板到光屏的距离,详见上图),计算时一定要注意统一单位哦!

  另外,双缝实验还需要考生分析当wavelength, frequency或是amplitude等物理量改变的时候,亮暗纹的亮度和距离会如何变化。如14年冬季考试P22就考察了当频率增加时,亮暗纹间的距离会减小。当频率变大时,波长就变小,根据CIE 物理备考指南--波,可知x会减小。

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  (图片来源于CIE历年考试真题)

  衍射光栅(diffraction grating)

  在遇到diffraction grating相关的题目时,要注意光源为monochromatic light(产生对称的亮暗纹)还是white light(在n≠0处形成对称的可见光谱)。

CIE 物理备考指南--波CIE 物理备考指南--波


  (图片来源于Cambridge International AS & A Level Coursebook)

  Diffraction grating题型的计算部分都是使用dsinθ = nλ,其中d为为两狭缝之间的间距, θ为衍射角度,n为光栅级数,λ为波长。值得注意是,在题目告知λ与d,要求考生求出最大光栅级数n时,我们应用θ = 90°带入计算。并且,在n为小数时,不能够四舍五入,答案只取计算结果的个位数,如3.78取n=3。

  驻波(stationary wave)

  1. 要掌握驻波是如何形成的?驻波是由两条相同的行波(progressive waves)沿着相反的方向(opposite direction)运动,并且发生干涉(interference)而得到的。通常,是由一条波和它的反射波叠加所形成。

  2. Node是驻波上波幅永远为0的点,相邻的node间的距离为CIE 物理备考指南--波;Antinode是驻波上波幅最大的地方,antinode和node间的距离为CIE 物理备考指南--波 在驻波上node与antinode交替存在。

  3. 当遇到两端都是node(一般是string)的驻波时,CIE 物理备考指南--波,n = order of harmonic = 1,2,3……;fn = nf1 。frequency和wave speed还可以通过CIE 物理备考指南--波来得到。


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  (图片来源于Cambridge International AS & A Level Coursebook)

  4. 当驻波一端为node,另一端为antinode时(通常为air column),CIE 物理备考指南--波,n = order of harmonic = 1,3,5……;fn = nf1 。


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  (图片来源于Cambridge International AS & A Level Coursebook)

  教师简介

  王馨可,杭州新东方学校。香港大学环境工程硕士,加拿大多伦多大学理学学士,攻读环境化学并环境经济。具有扎实的数理化理论基础并丰富的实验经验,善于将课本上理论知识转化为生动活泼的例子,帮助学生快速的理解和掌握知识点。

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  (编辑:秦洁)

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