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光学知识和其他知识点的综合应用 河北省鸡泽县第一中学 吴社英 此类问题要正确分析物理情景，寻找光学知识和其他知识的结合点，充分利用已知条件和题中信息，结合物理情景进行解题。 例1、一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动。在圆盘上沿半径开有一条宽度为2mm的均匀狭缝。将激光器与传感器上下对准，使二者间连线与转轴平行，分别置于圆盘的上下两侧，且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动，激光器连续向下发射激光束。在圆盘转动过程中，当狭缝经过激光器与传感器之间时，传感器接收到一个激光信号，并将其输入计算机，经处理后画出相应图线。图（a）为该装置示意图，图（b）为所接收的光信号随时间变化的图线。横坐标表示时间，纵坐标表示接收到的激光信号强度，图中Δt1=1.0×10-3s，Δt2=0.8×10-3s。  ⑴利用图（b）中的数据求1s时圆盘转动的角速度； ⑵说明激光器和传感器沿半径移动的方向； ⑶求图（b）中第三个激光信号的宽度Δt3。 解题思路：由图(b)可以看出圆盘匀速转动，因狭缝宽度一定，  ，可分析出激光器和传感器沿半径移动的方向。因 很小，在激光穿过狭缝期间，激光器和传感器位置不变，根据相邻两次接收激光时，激光器和传感器与转轴距离差一定即可求出 。解答：（1）由图线读得，转盘的转动周期T=0．8 s 角速度  rad／s(2)激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动(理由为：由于脉冲宽度在逐渐变窄，表明光信号能通过狭缝的时间逐渐减少，即圆盘上对应探测器所在位置的线速度逐渐增加，因此激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动)。 (3)设狭缝宽度为d，探测器接收到第i个脉冲时距转轴的距离为  ，第i个脉冲的宽度为 ，激光器和探测器沿半径的运动速度为 ，    由上式解得  小结：本题是圆盘的匀速圆周运动和激光器和传感器沿半径方向的匀速直线运动两个运动的综合。解决问题的关键是抓住两种运动的特点即相邻两次接收激光时，激光器和传感器与转轴距离差一定来求出 。例2、如图所示，相距d的A、B两平行金属板足够大，板间电压为U，一束波长为  的激光照射到B板中央，光斑的半径为r。B板发生光电效应，其逸出功为W，已知电子质量为m，电量e，求： (1)B板中射出的光电子的最大初速度的大小。 (2)光电子所能到达A板区域的面积。 解题思路：先根据光电效应方程求出光电子的最大初速度的大小，在B板中央，半径为r的范围内都有沿不同方向速度大小的电子射入匀强电场，只有沿与B板平行方向以最大速度出来的电子才打得更远。 解答：(1)根据爱因斯坦光电效应方程  mv2= +W 解得  (2)由对称性可知，光电子到达A板上的区域是一个圆。该圆的半径由从B板上光斑边缘，以最大初速度沿平行于极板方向飞出的光电子到达A板上的位置决定。设光电子在电场中运动时间为t沿板方向的运动距离为L，则其加速度为：  。垂直于极板方向：  平行于极板方向：L=vt 光电子到达A板上区域最大面积S=  (L+r)2。解  小结：光电效应现象中发出的光电子可以在电场或磁场中运动，这就是物理光学和电场、磁场的结合点。这类问题实质上还是带电粒子在电场、磁场中的运动问题，多为在电场中的类平抛，在磁场中的匀速圆周运动。解决问题的关键是抓住两种运动的特点及处理方法。 (责任编辑：admin) |