高中物理常犯知识性错误及辨析

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高中物理常犯知识性错误及辨析
发布:admin  物理知识  2018-3-13  点击:7  回复:0  

高中物理常犯知识性错误及辨析

 

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1、以为运动的分解与合成的理论基础为:运动的独立性原理,或者相对运动
[辨析]运动的描述,用位移、速度、加速度等矢量来描述是方便的,矢量即可按平行四边形定则分解,即有分位移、分速度、分加速度等概念,这不需要所谓运动的独立性原理作为基础;而运动的独立性原理实际上算不得什么原理,而是一个适用范围极窄的结论而已;相对运动涉及参考系变换问题,有伽利略变换和洛伦兹变换等,伽利略变换与矢量合成的平行四边形定则有一定的关系,而洛伦兹变换则与矢量合成的平行四边形定则就差得很远。
2、以为交变电流的电流有效值与电压有效值乘积,就是交变电流的功率
[辨析]交变电流有效值,是让交变电流通过定值电阻后,由定值电阻的热效应来定义的,因此,对纯电阻电路而言,电流有效值与电压有效值乘积就是该电路的平均功率;然而,对理想电感、理想电容或理想二极管而言,电流电压相位差为π/2,平均功率P=IUcosπ/2=0,因此电流电压有效值的乘积并不是交变电流的功率;对于包含了各种元件的电路,电流电压相位差φ取一般值,则交变电流的平均功率为P=IUcosφ。
3、以为引力(重力)、静电力对某个物体做的功,就等于这个物体重力势能、电势能的变化
[辨析]一对相互作用力(场力)的总功,才等于相互作用体系势能的变化量,而不是其中一个力的功对应势能的变化;比如,平行板电容器中固定有一点电荷,移动其中一个极板时,尽管电场力对点电荷未做功,但是,点电荷与电容器极板共有的电势能还是发生了变化,因为点电荷的电场对极板做了功,相互作用力总功不等于零。
4、以为动力必定做正功,阻力必定做负功
[辨析]立定起跳,地面支持力是人起跳速度增量的动力,但是,地面支持力直接作用在脚上,脚离地之前没有位移,离地之后又没有了支持力,故地面支持力对人并不做功;再比如,光滑水平地面上,用手将球水平推出,人必将水平后退,球给人手的反作用力是人体后退的动力,但实际上球对人是做负功的,因为手随球在向前移动。实际上,功的正负并不是反映力是整个物体运动的动力还是阻力,而是反映能量转化转移方向,推球模型里,球对人做负功,将能量“拿来”(离开人体),手对球做正功,将能量“送走”(着落于球)。
5、以为绳连接的两个物体沿绳方向加速度相等
[辨析]只有当把绳连接的两个物体速度垂直绳、沿绳正交分解时,两物体沿绳方向分速度才相等;斜交分解时,就不相等。而即便是垂直绳、沿绳正交分解,两物体的加速度也不一定相等,最简单的例子是固定悬点下的单摆物体与悬点(天花板),悬点静止,无加速度,但是单摆物体既有径向加速度,即两者沿绳方向加速度不相等。
6、以为内能不可以为零,弹性势能不可能为负值
[辨析]能量的具体数值,取决于能量零点的规定;通常规定相互作用力为零时为系统势能零点,然而,也可以规定任意其他状态势能为零,则大于零值的能量为正,小于零值的能量为负,这对势能是显而易见的,对原子分子的能量也是显而易见的;内能的具体数值,一样取决于能量零点的规定…功能关系,实际上只能确定能量的变化量,能量的数值,只有规定了零点后,才有具体的数值。
7、以为打击碰撞爆炸问题中,系统动量近似守恒
[辨析]系统动量与内力没有任何关系,即便内力远大于外力,系统动量也只与外力冲量有关,只要系统外力的冲量对系统总动量来说不可忽略,系统动量就不可以说近似守恒;实际上,在内力远大于外力时,对相互作用系统中任意一个物体而言,内力的冲量都远大于外力的冲量,因此,如果我们不在意系统外力对各个物体的冲量,也不在意系统总动量时,我们就可以将各个物体的动量定理方程(忽略了外力的冲量)相加,得到一个与动量守恒相似的方程,不过,这个方程中的各个物体的动量之和,并不是系统总动量,系统总动量的变化只与外力有关
8、以为牛顿第一定律不过是牛顿第二定律的特例——物体所受合力为零的特例
[辨析]牛顿第一定律定义了惯性运动(匀速直线运动)和力(改变速度的原因),才有牛顿第二定律进一步定量定义力和惯性的大小,并进而定量研究力和惯性大小对运动的影响;没有牛顿第一定律,就无所谓力与惯性,就没有整个动力学(牛顿第二定律为核心)。
9、以为液体的压强是由液体的重力产生的
[辨析]压强是压力产生的,压力是电磁力(弹力),不是万有引力(重力);比如,用活塞将一定量的水封闭于水平针管内,用力挤压活塞,水的压强增大,但是,水的重力并不变,这就排除了压强与重力的直接关系。水的压强是分子力、分子撞击力的表现,是弹力(电磁力);在静水中,水的压力与重力可以达到平衡,因此,可以用重力间接计算水的压力,进而计算水的压强。
10、以为光电效应发生的条件是入射光频率超过截止频率
[辨析]对于普通光源而言,入射光频率高于截止频率,才可能发生光电效应,因为光子数密度太小,原子同时吸收多个光子概率极低;然而,对于强激光来说,光子数密度就会很大,原子同时吸收多个光子的概率大大增加,就会出现多光子光电效应,这时,即便光子频率低于截止频率,也可以发生光电效应。
11、以为物体受力做变速运动时,物体的惯性不起作用
[解析]物体不受力时,惯性使物体速度保持不变;物体受力时,惯性使物体的速度只能渐变不能突变。即:惯性是物体抵抗运动状态改变的性质。牛顿第二定律定量的表达了力的大小、惯性的大小对物体速度变化的影响。
12、以为重心和质心是同一个概念
[辨析]质心——质量分布均匀的物体,质心在几何中心,但是,重心一般却不是——重心的位置还与重力场强的分布有关,对于匀强重力场(小范围内的引力场),重心与质心重合,非匀强重力场中,重心与质心分离——例如,两个质量相等的球体竖直排列在一条地球半径线上,两球间距与地球半径可比拟,则重心在质心(中点)下方,因为下方引力场强一些。
13、以为“串反并同”“增缩减扩”、“来拒去留”等二级结论无条件成立
[辨析]动态电路问题中,串反并同对路端电压有适用条件——当电源内阻不计时,路端电压(与电源并联电压表示数)不随外电阻变化;对于电磁感应现象中的“增缩减扩”“来拒去留”等结论,也只适用于单向磁场情况,对双向磁场,恰恰是“增扩减缩”“来迎去分”;再就是自由通电导线转动问题,如果自由导线垂直固定导线,在固定导线一侧且同平面,则自由导线将转到两导线中电流方向相反的方向,而不是相同方向。
14、以为“验证力的平行四边形定则”、“探究加速度与力、质量的关系”、“探究合力的功与物体速度变化的关系”、“验证机械能守恒定律”等实验真的是在验证或者探究
[辨析]力的数值定义——质量和加速度的乘积,加速度是矢量,满足平行四边形定则,因此,力自然而然满足平行四边形定则,这并不需要实验验证;按力的定义可知,在物体质量可视为不变时,加速度当然与力成正比,另一方面,质量的操作定义实际上是基于牛顿第三定律和第二定律,因此,加速度与质量成反比,也是质量定义的自然而然的结果,所谓探究,毫无理论意义,而且,重力由质量与自由落体加速度乘积计算,这本身就是在用牛顿第二定律,所谓探究实验,是循环论证;牛顿运动定律加运动学,就可以推导出机械能守恒定律,那么,验证机械能守恒定律的实验中,需要用到重力——质量与自由落体加速度的乘积,也就是用到了牛顿定律,另一方面,动能、重力势能的表达式就是根据功能关系而定义出来的,而功能关系本身其实就是能量守恒定律,那么,验证机械能守恒定律的实验,从头到尾都不过是忽悠而已。
15、以为洛伦兹力表达式为f=qvB,与电场无关,且不做功
[辨析]洛伦兹力表达式实际上是f=qvB+qE,电场和磁场本就是一体的,电场力磁场力也是同一个力——洛伦兹力的两个部分,参考系变换时,这两个部分就会相互关联的变化,实际上是无法将二者分开的;磁场力(合力)的确不做功,但是电场力是做功的,另一方面,磁场力的分力是可以做功的,不过是一正一负总功为零——电动机、发电机问题中,安培力就是磁场力一个分力,安培力是要做功的,磁场力的另一个分力就是电动势或反电动势,也是要做功的。
16、以为库仑测定了静电力常量
[辨析]库仑实验主要得出的是距离平方反比律,至于静电力与电荷量乘积成正比,则是类比推理的结果(即库仑所做的一个假设),库仑提出的表达式就是F=q1q2/r,即高斯单位制的形式,静电力常量的影子都没有——静电力常量实际上是国际单位制基础上,由另外几个常数推算出来的,那就是光速、真空磁导率等…其实,库仑那个时代,电荷量既没有单位,也无法定量测量,库仑就更不可能测定那个比例系数了。
17、以为非静电力真的是力
[辨析]非静电力有不同的来源:在化学电池(干电池、蓄电池)中,非静电力是一种与离子的溶解和沉积过程相联系的化学作用;在温差电源中,非静电力是一种与温度差和电子浓度差相联系的扩散作用;在一般发电机中,非静电力起源于磁场对运动电荷的作用,即洛伦兹力;变化磁场产生的有旋电场对处于该电场中的导体内的自由电荷的电场力也是一种非静电力。洛伦兹力、电场力叫做力,无可厚非,然而扩散作用呢?溶解沉积作用呢?光伏效应呢?力,其实只是一个方便的词而已,电动势,本质上讲,还得从能量角度来定义,而不是力,力的概念(产生加速度)实在是有很大的局限性啊
18、以为温度相同的两种物质,分子热运动的平均动能就相同
[辨析]分子动能包含分子平动动能、转动动能、振动动能;按能量均分定理,分子的每个自由度分得同样大小的能量kT/2;对于单原子分子,只有三个平动自由度,因此分子平均动能为3kT/2;但对双原子分子,还存在转动自由度和振动自由度,经典理论分析的结果是7kT/2,但实际上,量子力学分析结果是:温度较低时,有一些自由度被冻结,分子平均动能接近5kT/2,随着温度升高,冻结自由度解冻,Ek=ikT/2中i由5逐渐增大,最大值为7,这时温度已经很高了…那么,温度相同,不同物质的分子自由度数目若不相同,分子平均动能Ek=ikT/2中i的取值就会不同,因此,分子平均动能就会不同。
19、以为电能是沿导线从电源传输到用电器的
[辨析]按电磁学理论,电磁场中能量流动方向和快慢,可以用坡印廷矢量(能流密度)S=EH来描述,基于电路接通后导线内外的电场强度、磁场强度的分布,而容易得出,能量从电源传输到用电器,是从导线外的电磁场进行的,而且,用电器处能流密度直接垂直指向用电器,而导线附近,导线电阻可以忽略不计时,能流密度矢量几乎平行导线(能量不流入导线);之所以开关一闭合,用电器就立即工作,实际上就是能量是以光速通过导线外的电磁场传输到用电器的。
20、以为自感电动势的大小是由电流对时间的变化率和自感系数决定的
[辨析]由法拉第电磁感应定律,可得自感电动势的大小自感系数与电流对时间的变化率的乘积,自感电流等于含自感电动势的欧姆定律来确定;然而,实际情况是,比如说断电自感现象中,电路中原来的电流和电路总电阻已知确定的情况下,由于自感电动势要维持电流从原来的值逐渐变化,因此由闭合电路欧姆定律可知,E0=I(r+R),即自感电动势的大小实际上取决于原来电路中的电流和线圈回路总电阻,回路总电阻越大,由焦耳定律可知,能量耗散越快,线圈中的磁场能减小越快,即线圈中电流变化越快…若线圈回路直接断开,回路总电阻无穷大,则会导致自感电动势无穷大,极易出现开关处电弧放电现象(电压太大,空气击穿放电)。通电自感现象稍复杂一点儿,但情况类似,自感电动势的大小取决于原来的电流和电路中的总电阻及其他电动势。
21、以为液体分子排列是无规则的
[辨析]液体微观结构,与非晶体类似,所谓近程有序,远程无序。也就是说,小范围内,临近分子间还是规则排列的,不过是,其大范围内不像晶体那样被严格重复,甚至由于部分分子会在耦合振动中出现动能较大而离开原来的平衡位置转移到新的平衡位置振动(流动性的本质),但是,液体分子在平衡位置处振动时间远长于自由转移的时间。
22、以为温度趋于绝对零度时分子是静止的
[辨析]按量子力学中的不确定度原理可知,分子的位置和动量不可能同时为确定值,两者的不确定度乘积总大于一个常数;因此,按经典物理学预言,温度趋于绝对零度时分子不动,分子位置和动量都完全确定,这实际上是不可能的。实际情况是,分子能量会趋于一个确定的最小值,即零点能量,分子还在按波函数确定的方式运动,并不停下来。
23、以为角速度是没有方向的
[辨析]角速度是矢量,其方向由右手螺旋定则来确定,物体的转动惯量乘以角速度矢量,就是物体的角动量矢量。这类似于物体质量(平动惯量)与线速度的乘积为(线)动量一样。
24、以为磁场变化时,电动势只分布在磁场所在区域,并在此基础上还去计算路端电压
[辨析]实际上,磁场变化时,将在整个空间产生涡旋电场,因此,凡是有导体材料处就有电动势分布,也就是说,认为电动势只分布于磁场所在周边(或一侧)的导体中,是明显错误的。而这类感生现象中,计算恒定电场电势差实际上很麻烦,所以高考明确要求不得计算感应电源内电路上的电势差。
25、以为游标卡尺不需要估读
[辨析]游标卡尺读数的前提是有刻度线对齐,然而,这实际上是不可能的,我们不过是选择了最接近对齐的刻度线在读数;实际上会存在没有一条线接近对齐的情况,尤其是十分度,这就需要估读。游标尺的精度(主尺最小分度与游标尺最小分度的差值)越小,接近对齐的可能性越大,但是,我们仍然是依估计而确定的最佳“对齐”刻度线来读数的。也就是说,即便“没有估读”,也实际上是估读!
26、以为能量是物体对外做功的本领
[辨析]能量是物体的一个状态参量,因其守恒而重要的一个参量,与做功与否、能否做功之间没有关系,比如,氢原子基态能量为-13.6eV,然而这个值并不是氢原子对外做功能力的标志。另一方面,能量变化的量度,有多种方式,功不过是力学过程中能量变化的量度,热学过程中,能量变化的量度是热量,还有许多问题中,只谈能量变化,不谈功、热量这类量度物理量。另外,功能关系只是确定能量的变化量,无法确定能量的具体数值,能量的具体数值,还需要先选定能量零点,然后依据功能关系或能量守恒去确定确定状态下物体的能量数值。
另外,能量守恒,但做功的本领却并不守恒,这是热力学第二定律深刻揭示的自然界的基本规律——能量的可利用品质会下降,即整体而言物体做功的本领会降低。
27、以为真空是真的空的
[辨析]量子场论指出,每一种粒子对应于一种量子场,粒子就是对应的场量子化的场量子。当空间存在某种粒子时,表明那种量子场处于激发态;反之不存在粒子时,就意味着场处于基态。因此,真空是没有任何场量子被激发的状态,或者说真空是量子场系统的基态。氢原子能级的兰姆移位和电子的反常磁矩,实验上已经以非常高的精度证实了真空极化的效应;高能正负电子对撞湮没为高能光子,反之高能光子可使真空激发出大量的正负粒子。
28、以为共振条件是驱动力频率等于物体固有频率
[辨析]无阻尼受迫振动,在驱动力频率等于振动系统固有频率时,振幅趋于无穷大;实际振动都是阻尼振动,当驱动力频率略小于固有频率时,振动系统振幅可达最大值,这就是共振;阻尼越小,则共振频率越接近振动系统固有频率。
29、以为滑动摩擦因数与物体间相对速度无关
[辨析]动摩擦因数是与物体间相对速度有关的,尤其是相对速度较大时,摩擦因数会随速度增加明显增加。不过,低速情况下,在速度变化范围不大时,动摩擦因数可近似当做一个定值。
30、以为方波形交变电场中,带电粒子仅受电场力作用不受磁场力作用;同理,以为磁感应强度随时间方波形规律变化的磁场中,带电粒子只受磁场力而不受电场力
[辨析]比如方波形变化的电场,在电场方向突变瞬间,电场强度变化率极大,会引起感应磁场并造成电磁辐射;同样的,磁场变化时也会产生涡旋电场…这个感应产生的新场必将对粒子运动产生影响。
31、以为温度真的只与分子有关,而与原子核、中子、质子等无关,以为原子核稳定性与温度无关
[辨析]绝对温度与物质粒子平均动能成正比,确定温度下,物质粒子平均动能等于ikT/2,其中i即物质粒子的自由度个数。在温度较低时,物质热性质粒子为分子,当温度升高到分子裂解成原子,或者温度进一步升高,电子和原子核就会剥离,即等离子体,成为热的载体的粒子就是电子和原子核;若温度进一步升高,原子核可能进一步拆解为中子质子,这时,热的载体即中子、质子…通常温度下,物质粒子(分子)吸收能量往往小于粒子发生能级跃迁所需要的能量,即有些自由度被冻结;温度越高,自由度解冻越来越厉害,更微观、粒子动能更大…因此,可以认为通常温度下,原子核衰变快慢(半衰期)与温度无关。
32、以为相互作用势能是储存于相互作用的物体上的
[辨析]相互作用势能,实际上时储存于相应的场中的,比如电容器储存的电势能,实际上是储存在两极板间的电场中的,线圈中的能量是储存在线圈中的磁场中的,场的能量(体积)密度与电场强度、磁感应强度的平方成正比。相互作用势能,只是场能的一部分——互能部分,另一部分叫做带电粒子或磁体的自能。
33、以为机车恒定功率启动、雨滴受与速度成正比空气阻力由静止下落、导体棒在导轨上由静止释放后在切割磁感线时,都可以在有限时间(或有限距离)内即可达到最大速度做匀速运动
[辨析]理论上讲,这些情况下速度随时间是增加越来越慢,图像上,v_t图线以最大速度水平线为渐近线,方程上,时间积分上限取做最大速度时,为发散积分,即要经历无穷长时间才能达到最大速度状态。当然,实际情况中,当速度很接近最大值,实验仪器已经无法区别两者时,可认为已经达到最大速度;或者可以认为,当速度很接近最大值时,原来居于次要位置的那些因素会处于决定性地位,其扰动很容易导致速度的进一步增大或者波动。
34、以为原子只能吸收等于两个能级之差的光子的能量,不满足能级差的光子能量无法被原子吸收
[辨析]原子分子可以吸收任意频率光子(电磁波)的能量,光子能量等于原子分子能级差时,发生共振吸收,原子分子即发生能级跃迁;不等于能级差时,吸收能量无法引起原子分子能级跃迁,但是会引起原子分子整体的振动,振动频率等于入射光的频率,吸收的能量又会被辐射出来,这就是物体反射、折射、散射光波的实质,物体的颜色,天空的颜色,都是基于这种吸收与发射。
35、以为光(电磁场)在介质中的传播速度小于真空中光速
[辨析]其实,电磁场在任何时候任何介质中传播速度都等于真空中光速,光速与介质是无关的!那么,折射率是怎么回事呢?需要明白的是,电磁波进入介质后,会被介质分子吸收,介质分子中的电荷就会因为同频率振动而辐射电磁波,原来的电磁波与感应电磁波(两者都是以真空中光速在介质中传播)叠加的结果,将表现的相位出现滞后,如同光速减小了一样,但实际上,叠加波仍然是以真空中光速在传播,不过是光的表观速度(相速)减小了而已。稍稍思考一下就明白:原子分子中,除了实物粒子外,就是“真空”,光子要么与实物粒子“相互作用”,要么就走过“真空”,其速度不就是真空中的光速么!
36、以为库仑定律只适用于真空
[辨析]电荷处于介质中时,由于电荷的电场作用,介质会被电极化,产生极化电荷,原电荷与极化电荷共同作用于另一电荷,合力的确不能用真空中两原电荷间的库仑定律计算了。然而,无论是原电荷还是极化电荷,对另一个电荷的作用力都是由真空中的库仑定律来确定。也就是说,电荷间的静电力,无论真空中还是介质中,表达式是一样的,并不需要在介质中在分母上再乘以介质的相对介电常数。
37、以为布朗运动只能在液体中发生
[辨析]只要是做热运动的分子对固体小颗粒撞击引起的无规则运动,都叫做布朗运动。不过,气体太稀薄,同时撞上固体颗粒的分子数较少,固体分子运动自由度低,对其中的固体颗粒撞击力度不够大,因此,液体中布朗运动是最明显的,最容易观察到,而布朗本人就是最先在水中观察到布朗运动的。
38、以为向心加速度描述的是线速度方向变化的快慢
[辨析]线速度方向改变的快慢,用角速度描述,而不是向心加速度。比如,同一个转动圆盘上,两个离转轴距离不同的点,圆盘转一周,线速度方向都改变360,线速度方向改变一样快,然而,向心加速度却不同。a=vω,可见,向心加速度等于线速度大小与线速度方向改变快慢的乘积。
39、以为万有引力定律中的质量是引力质量
[辨析]牛顿运动定律中的质量是物体惯性的量度,即惯性质量。牛顿是利用自己的运动定律,结合开普勒定律而得到万有引力定律的,毫无疑问,这个推导过程中,牛顿恰恰是用的惯性质量,而非引力质量——也就是说,万有引力定律表面,物体间的相互吸引力,与物体的惯性(质量)成正比,这是很特殊的一件事情,因为其他的力——电场力、磁场力、弹力、摩擦力等等,都没有这个特点。顺便说明一下,引力质量不是用万有引力定律确定的,而是用杠杆平衡(秤)来确定的,我们通常用重量(不是重力)一词来称呼它。
40、以为弦乐器的“共鸣箱”真的是以弦和箱内的空气共鸣为基础工作的
[辨析]稍微思考一下就明白,箱内空气怎么可能与各种不同频率的弦振动都共鸣?共鸣箱的实际作用是增大能量发射的有效面积——仅仅是弦振动,其能激起的空气振动强度不会很大,因此其声音响度必然不够;共鸣箱实际上都做得很大,当其在弦的驱动下做受迫振动时,频率与弦振动频率相同,它以箱体那么大的面积振动,可以很好的将能量发射出去,引起空气的强烈振动,从而增强弦音的传输效率。
41、以为小磁针的N极所受磁场力方向即为该处磁场的方向
[辨析]按分子电流假说,磁体的磁性,都是磁体内的分子电流取向一致时的表现,那么,磁极处的分子电流平面自然也是平行磁极端面的,这样的分子电流,当其磁场与外磁场取向一致时,其所受的磁场力合力即为零,也就是磁极总体上不受力!当然就更谈不上受力与磁场方向相同了——实际上,若将磁极分子电流等效与一个大的环形电流,则该环形电流上各个微元所受的是磁场力,恰恰是平行磁极端面向外的,磁场力具有将这个“环流”扩张的作用。那么,在小磁针指向与外磁场不一致时,小磁针为什么会偏向与外磁场方向一致呢?这实际上是分子环流平面会磁场不垂直时,分子环流受到了磁场的扭转力矩所致,这个力矩总是使得分子环流的磁场与外磁场取向趋于一致。
42、以为理想气体没有分子势能或者分子势能不计
[辨析]根据分子势能与分子间距的关系可知,分子间距等于平衡距离时,分子势能是最小的,当分子间距超过平衡距离进一步增大时,分子势能会增大——气体分子间距都很大,甚至大于10倍的平衡距离,因此分子势能趋于极大值——零。理想气体就是分子间距很大,分子间的相互作用力可以忽略不计的情况,因此,理想气体是实际气体分子势能趋于极大值——零——的情况,也就是说,理想气体具有分子势能,且是取极大值的情况。那么,在理想气体状态发生变化时,为什么我们不考虑分子势能呢?这是因为分子势能始终取极大值——零,即分子势能基本不变,我们在用能量守恒处理问题时,并不需要将所有能量都考虑进来,而是只考虑变化了的能量,分子势能既然不变,自然就不必考虑。
有的老师或许说,理想气体分子势能为零,不就是不计么?若真的如此认为,那么分子间距为平衡距离时分子势能为负值是什么意思呢?温度为零摄氏度是没有温度的意思吗?其实,我们不过是把分子间距趋于无穷大时的那个分子势能的极大值规定为参考值——零而已,这如同规定原子的电离态能量为零,原子的能量就都只能取负值是一样的。
43、以为冰融化为水时,吸收的热量全部用来增加分子势能
[辨析]冰融化为水时,吸收的热量的确有很大一部分是用于拆开氢键,拆散冰的晶体结构,从而使水分子成为自由分子,但是,这也导致水分子的自由度增加,按照能量均分定理,分子自由度增加时,分子动能也就增加,尽管温度不变,但是分子动能还是增加了——分子平均动能和分子自由度的关系为:Ek=ikT/2.
44、以为变压器线圈的匝数不重要,重要的是匝数比
[辨析]实际问题中,铁芯中的磁感应强度必须在适当的范围内,铁芯才能正常工作——比如,冷轧硅钢片的允许范围是0.7~1T之间。线圈匝数太少或太多,都会导致磁感应强度超出这个范围,破坏变压器,因此,必须根据实际情况,确定每伏电压应绕的匝数,当每伏电压应绕的匝数确定后,再乘以输入、输出的电压值,即可得到原副线圈的应绕匝数。
这样,用于特定功能的升压变压器,不能将输入、输出端对调后作为另一地方的降压变压器使用;自耦变压器的升压变压器和降压变压器不能混用。
45、以为光电效应中一个光子就必然打出一个电子
[辨析]逸出功是指电子从金属表面逸出时所需要消耗的最小能量,形象点儿想,可以认为是处于金属最表面最外层的电子逸出时需要的能量,其他电子从金属表面逸出时需要的能量比逸出功大;另外,获得足够能量的电子,也未必就会向外逸出金属表面,也可能向内运动到金属更深处,电子获得能量后的运动方向是任意的。因此,当光子照射到金属表面时,并非一个光子就能打出一个电子,而是逸出的光电子数与光子数成正比,比如100个光子,可能概率稳定的打出5个电子,如果入射光子的能量增加,100个光子将能打出更多的电子,比如8个——因为,单个光子具有更大的能量,具有将更深层电子打出金属表面的能力。
46、无法给学生解释清楚干涉现象中两列波相消叠加时两列波的能量去向
[辨析]其实,在干涉发生时,能量在波源处就已经按叠加原理的结果不均匀发出了,即从波源处就把能量更多的分配到振动加强的区域去了,从波源处就没有或只有极少能量分配到振动相消的区域…并不存在能量先各个方向均匀辐射,然后在相消处凭空消失那么回事。比如薄膜干涉,在空气薄膜两个表面反射时,光波能量即已经按干涉结果重新分配了…那么,叠加原理怎么理解?可以说,那不过是一个分析手段,而不是真的有两列波(包括能量)先各自独立的发射过来后再叠加。
47、无法解释光电效应方程中为什么没有电子热运动动能
[辨析]光电效应中所需光子能量必须超过物质的逸出功,而逸出功的数量级为几到十几电子伏特,然而,通常温度下,金属中自由电子的热运动动能只有零点零几电子伏特,远小于逸出功,因此完全不必考虑电子热运动动能;但是,当金属温度达到1000摄氏度以上时,电子热运动动能就会超过逸出功而逸出金属表面,这就是热电子枪的基础…
48、不知道牛顿第三定律实际上意味着超距作用
[辨析]牛顿第三定律是说两个物体之间的作用力与反作用力总是成对出现,且等大、反向、共线。这意味着物体之间的作用力与反作用力同时产生、同时变化、同时消失。然而,实际上,物体之间的相互作用是通过场(电场、磁场、引力场等等)或者说场量子(光子、引力子、胶子等等)传递的,场或场量子的传播速度都是光速,因此,两个物体相距较远时,两个物体的加速度并不能同步改变,即(不考虑中间传递过程的)相互作用力并不能同时变化,甚至也不是同时产生、消失。因此,牛顿第三定律实际上意味着超距作用!
49、不知道液体的表面层分子间距为什么大于液体内部
[辨析]粗略的讲,液体内部的分子要向表面层或液体内其他方向运动,必然受到其前方分子的阻碍和后方分子的吸引,但是,表面层中的分子,其向内运动,只受到前方分子的阻碍作用,而没有后方分子的吸引,因此,表面层分子向液体内部运动,比液体内部分子向表面层运动更容易,这就导致表面层分子间距较大,分子力就会表现为引力。
50、解释不清楚冰的密度为什么小于水,以及0~4℃时,水的密度随温度升高而增大
[辨析]冰的微观结构是水分子组成的正四面体的冰晶的堆积,冰晶内分子间距较大;当冰融化为水时,大部分冰晶的正四面体结构被破坏,水分子成为相对自由的分子,这时分子间距就会减小,从而导致水的密度增大;在0~4℃时,随着温度的升高,冰晶越来越少,相对自由的分子越来越多,这也导致水的密度增大,4℃时,冰晶几乎全部被破坏,水内分子主要是相对自由的分子,密度达到最大,此后,随温度升高,相对自由的水分子振动更剧烈,分子平均间距增大,水的密度再次减小。
51、不清楚安培力和洛伦兹力的关系,进而无法理解洛伦兹力不做功而安培力却做功的问题
[辨析]静止通电导线中的自由电荷只能沿着导线运动,其所受的洛伦兹力均垂直导线,因此,其宏观表现即是安培力,此时安培力对导线也不做功;在电动机模型中,安培力会驱动导线运动起来,则运动起来的导线中的自由电荷既顺导线运动(v1,形成电流),又随导线运动(v2),顺着导线的速度(v1)产生垂直导线的洛伦兹力分量(f1),其宏观表现即为安培力,而随导线的速度产生(v2)顺着导线的洛伦兹力分量(f2),这个分量与导线两端电压形成的静电力方向相反,阻碍电荷在导线内顺着导线的运动(v1),其宏观表现即为反电动势;在发电机模型中,导线运动起来后,其内自由电荷随着导线运动(v2),产生顺着导线的洛伦兹力分量(f2),这个分量驱动自由电荷顺着导线运动(v1),形成电流,其宏观表现即电动势,而自由电荷一旦顺着导线运动起来,该速度(v1)就产生垂直导线的洛伦兹力分量(f1),这个分量与导线的速度(v2)方向相反,阻碍导线运动,即为安培力。
可见,安培力只是洛伦兹力垂直导线的分量的宏观表现,而平行导线的分量则是电动势或反电动势的微观本质;导线运动时,安培力(f1)做正功(电动机),则反电动势(f2)做负功,安培力(f1)做负功(发电机),则电动势(f2)做正功,洛伦兹力的总功总是为零。也就是说,磁场在这两类现象中充当了一个能量转化的中介,左手拿来,右手送走,使机械能和电能相互转化,而总起来磁场能量并没有变化。
52、不知道高压感应圈的原理
[辨析]高压感应圈实际上是一个直线铁芯上缠有原副线圈的升压变压器,原线圈与铁芯构成电磁铁,原线圈接在低压电源上,接通电路时,受到吸引的衔铁带动弹簧片断开电路,原线圈中电流中断,弹簧片带动衔铁弹回再次接通电路,再吸引断开电路,再弹回接通电路……这样原线圈中产生了一个脉冲电流,使得副线圈中感应出很高的电动势,副线圈的引出线就是其上的两个金属杆和球,两球之间就有高压。
53、不知道晴朗白天的天空为什么是蓝色,朝霞晚霞为什么是黄色、橙色或者红色
[辨析]空气及其中的尘埃等物,对各种不同的光都存在着散射作用,光被散射后就会向四面八方辐射;但是,这种散射作用却与光的频率成四次方关系,太阳光是白光,含有各种不同的色光,经过大气层时,频率较高的紫光、蓝光的散射就比红光黄光的散射要严重得多,这样,我们向上看天空时,进入人眼的就是散射的紫光蓝光为主要成分的光,所以天空成蔚蓝色;早晚时分,太阳光到达我们所在位置时,要比其他时间穿过厚得多的大气层,其中的大部分紫光蓝光就在穿越大气的过程中被散射掉了,到达我们附近的就主要是黄光红光,照在地面上就是暖暖的黄光,照在本来白色的云彩上,再反射进入人眼,人眼逆着看回去,变看到地平线附近的太阳和头顶的云彩呈现黄色、橙色、红色、暗红色……
月全食发生时,月亮仍然能看见,而且呈暗红色(俗称血月),其原理与彩霞类似——当阳光被地球挡住无法直达月球时,从地球边缘大气层掠过的阳光经大气的散射,紫光蓝光部分大多无法穿越太远即已衰减到可以忽略,但是红光黄光却衰减慢得多,散射光到达月球表面时,就主要是红光黄光了,其中红光是最多的,所以月全食是暗红色。而平时月亮因地球遮掩成半月状态时,尽管有阳光直射到月面上,但是掠过地球附近的阳光经过大气层散射,到达月面的含有更多的黄光红光,所以月亮在这些时候会偏黄,看起来是暖色调的黄色;只有在阴历十五前后,月球远离地球阴影区域时,月亮才看起来清冷白亮。

 

 

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