ALEVEL物理-天體物理與宇宙學之得分解析
發布時間:2021-08-01 11:24:55 已幫助:167人 來源:成都翰林教育
考點整合,模塊劃分
首先愛德思物理Paper 5主要涉及四塊核心內容:熱力學、原子核衰變、振蕩以及天體物理學與宇宙學。前兩塊內容多以計算形式出現,間或涉及“半衰期”、“結合能”等定義考核。
而振蕩概念,尤其簡諧運動題型中小題必考“簡諧運動”定義,因此定義背誦至關重要,接著會結合現象考察學員對“共振”或“阻尼”性質的掌握。
物理教研園區與機械工業實踐
天體物理學與宇宙學是重中之重,考察內容也較雜,全卷以此為核心一般會有2~3道大題,基礎部分會涉及萬有引力公式和圓周運動公式的綜合運用,另外考察宇宙天體到地球的三種測距方法或是多普勒效應、赫羅圖和天體的演變過程。
規范表述,題型歸納
相對容易掌握的應是熱力學,僅計算占比較重,而文字表述相對“死板”。其中計算題根據新考綱發布以來,歷年真題中90%會涉及圖片和圖片的聯合應用或考察圖片和圖片兩個公式。
對于公式與原理引起重視,難度并不高,需要注意的是文字表述題型,切記仔細審題,以下題為例:
解析:(c)小問要求從分子動量角度闡述球內壓強隨溫度升高而增大,部分學員會想當然用圖片公式去說明,實則與題意不符。
針對此類題型,凡出現“motion”、“momentum”等字眼要求從分子運動或動量角度解釋壓強變化,UIA物理教研室沈老師歸納整合以下模版:
步驟標化,細節把控
原子核衰變計算一般會把圖片與圖片做綜合考核,求特定時間后放射性元素的活性或未衰變的原子核數目時,通常不會直接給到圖片(衰變常數),而是給出具體半衰期,因此需用半衰期求出衰變常數,接著搭配第二個公式求得剩余活性或未衰變原子核數目。
以上是衰變考點的高頻題型,大多以衰變方程式類型出題,首先需補充完整衰變方程式,確保方程式兩邊與上下數值之和均一致即可。主要涉及圖片公式運用。
按照圖片的步驟進行求解,求解圖片時需以反應物質量之和減去產物質量之和,從而求得缺少的質量,根據質量—能量守恒原理,缺失的質量則是以能量形式被釋放而出。
下面結合真題剖析具體解題步驟:
以上為衰變方程式的經典題型,結合上述解題步驟,僅需注意求圖片時需將單位u轉化成kg。
躲雷避坑,定理辨析
振蕩這塊內容對于簡諧運動的定義和作圖是必考的,計算題多以求解速度或加速度的題型出現,運用公式圖片和圖片即可。但此類題型通常設有“陷阱”,以下題為例:
簡諧運動的定義這塊不再贅述,小題必考足以見其重要性;計算加速度時,需注意此處3mm是兩個極限位置的距離,即振幅的2倍,故解題代入A值時應代1.5mm。屬于高頻易錯點,本身難度不大,多為粗心失分,需引起重視。
文字表述題中常考“共振”以及“阻尼”的定義,需著重落實默背。其中“阻尼”運動相對容易識別,物體振幅越來越小,能量相應損耗。而對于“共振”的理解,學員們容易與受迫振動混淆。
舉例說明:當把正播放鈴聲的手機放在桌上時為什么聲音會變大?大多數學員反應的“共振”其實不對,這種現象屬于受迫振動。當手機放在桌面上振動時,手機帶動桌面振動進而引起桌面附近更多的空氣粒子振動,直觀表現出來的就是聲音變大。
那么何為“共振”?同樣以手機振動為例,當達到某一個特定頻率播放時,其在桌面上聲音達到,此時才是共振。
簡而言之,共振就是能量轉化率的體現,是由于聲音的頻率剛好和桌子的固有頻率一致或接近時才會發生的。解題時一定注意以下特定字眼:“certain frequency”、“loudest”等詞匯,基本與共振相關。
順序差異,原理解析
作為壓軸的天體物理學和宇宙學,首先,相對基礎的應用萬有引力和向心加速度題型,通常考察學員對圓周運動的理解程度。主要在解題細節方面需重視:以求周期為例,先求角速度,再根據圖片則可求得周期。
另外屬于高頻題型的“天體距離測算”常以文字表述題出現,UIA物理教研室將其以表格形式直觀歸納,輔助清晰思路。
天體距離測算一般以前兩種方法考核,第三種方法則對應難度會有所提升。UIA物理教研室沈老師為大家歸納方法選擇技巧:當題中出現“nearby star”,對應種;出現“distant star”,則為第二種;而出現“very distant star”,選擇第三種。
掌握解題方法后,表述環節則至關重要。UIA物理教研室內部研發專題講義,標化各題型對應規范表述
首先需要清晰明確的是,赫羅圖溫度軸的數值標注與普通坐標系是不同的,數值由右往左升高,而且以2倍關系遞增。另外,縱軸代表的不是天體的亮度,而是天體與太陽亮度的比值,亦是學員們容易混淆不清的,需引起重視。
而天體生成初始相對穩定,作為主序星存在(圖中已注明),隨著天體內部核聚變的發生導致氫燃料消耗殆盡,進而成為紅巨星。紅巨星仍舊會發生核聚變,只是此時燃料變成了氦。
而氦被消耗完后則成為白矮星,此時天體已處于生命末期,不再發生核聚變。所謂的白矮星其實是紅巨星剩下的殘骸。那么,這三種星各有什么特點呢?
對于以上整合內容,部分學員會陷入誤區,例如:主序星一定比紅巨星亮度暗。其實不然,上述特性是同一個天體在不同生命階段的體現,不可將不同天體作為比較對象,其實無法得到所謂“絕對性”的結論。
此外,對于“高質量天體作為主序星生命周期短”的原因表述也是高頻考點之一。其實是因為質量大的天體對應更大的萬有引力,內部更容易發生核聚變,氫燃料消耗相對也較快,因而作為主序星的生命周期反而更短