2011高考物理 专题10热学、光学、原子物理热点分析与预测

用心 爱心 专心1 20112011 高考物理热点分析与预测专题高考物理热点分析与预测专题 10 10 热学 光学 原子物理热学 光学 原子物理 一 一 20112011 大纲解读大纲解读 本专题高考考查的知识点共 35 个 其中涉及 30 个 级要求知识点 5 个 级要求知识点 级要 求的知识点有 1 光的反射 反射定律 平面镜成像作图法 2 光的折射 折射击定律 折射率 3 光电效 应 光子 受因斯坦光电效应方程 全反射和临界角 4 氢原子的能级结构 光子的发射和吸收 5 核能 质量亏损 爱因斯坦的质能方程 从近三年的高考对本专题考查情况看 要求知识点出现的概率比 级 要求知识点大的多 特别是质能方程 氢原子的能级结构与光的折射三个知识点在最近三年的高考出现 的尤为频繁 在近三年各地高考中这三十个知识点多以与联系实际问题以及与科技前沿相关的问题作为 载体进行考察 在复习过程中不能忽视 现行高考对本专题知识点的考查趋于灵活往往在一道选择题中 渗透对多个知识点的考查 这种小范围综合性选择题为高考下一步对本专题考查的一个重要模式 二 重点剖析二 重点剖析 一 热学部分 1 分子动理论 物体是由大量分子组成的 分子直径的数量级为 10 10m 物体里的分子 永不停息地做无规则运动 分子间存在着相互作用力 友情提醒 阿伏伽德罗常数是联系微观与宏观数量的桥梁 2 两个基本模型 固体和液体分子间距离很小 可近似看作分子是紧密排列着的球体 球体模型 若分子直径为d 则 1 个分子的体积 33 0 63 4 dRv 正方体模型 若正立方体的边长L 则一个分子的体积就是 3 0 Lv 友情提醒 对气体来说 在一般情况下分子不是紧密排列 所以上述模型无法求分子的直径 但能 通过上述模型求一个分子所占的空间或分子间距 3 热力学三个定律 1 热力学第一定律的表达式 WQU 注意 注意 外界对系统做功 W取正 系统对外界做功 W取负 系统从外界吸热 Q取正 系统向 外界散热 Q 取负 系统内能增加 U 取正 系统内能减少 U 取负 2 热力学第二定律 两种表述 A 不可能使热量由低温物体传递到高温物体而不引起其他变化 这是按照热传导的方向性来表述的 两个温度不同的物体相互接触时 热量总是自发的从高温物 体传给低温物体 所谓 自发 就是不受外来干扰 在自发状态 热量不可能从低温物体传给高温物 体 受到外来干扰 引起其他变化 的情况下 热量可以从低温物体传递给高温物体的 例如正常工 作的电冰箱 自然界所有的自发过程都是有方向性的 单向 不可逆 例如河水的下流 山体的滑坡 生物的进化 个人从婴儿到成年到老年的一生 B 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功 而不引起其他变化 这是按照机械能与内能转化 过程的方向性来表述的 由于第二类永动机就是设想 能从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其 他变化的机械 所以 热力学第二定律也可表述为 第二类永动机不可能制成 C 两种表述是等效的 热力学第二定律的两种表述看上去似乎没有什么联系 但实际上它们是等效的 即由其中一个 可以推导出另一个 D 热力学第二定律的实质 热力学第二定律的每一种表述 揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性 用心 爱心 专心2 使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 3 热力学第三定律 热力学零度不可达到 说明 第三定律告诉我们 低温是有极限的 只能接近极限 不能到达这个极限 4 三个气体状态参量三个气体状态参量 1 温度温度 温度在宏观上表示物体的冷热程度 在微观上是分子平均动能的标志 热力学温度是国 际单位制中的基本量之一 符号T 单位 K 开尔文 摄氏温度是导出单位 符号t 单位 摄氏度 关系是t T T0 其中T0 273 15K 两种温度间的关系可以表示为 T t 273 15K 0K 是低温的极限 它表示所有分子都停止了热运动 可以无限接近 但永远不能达到 2 体积体积 气体的体积总是等于盛装气体的容器的容积 3 压强压强 气体的压强是由于气体分子频繁碰撞器壁而产生的 一般情况下不考虑气体本身的重力 所以同一容器内气体的压强处处相等 但大气压在宏观上可以看成是大气受地球吸引而产生的重力而引 起的 二 光学 1 1 光的直线传播 光的直线传播 光的反射与平面镜成像光的反射与平面镜成像 光的直线传播 光在同一种均匀介质中是沿直线传播的 在真空中传播的速度最大 其速度大 小为 5 3 10 km s 在不均匀的介质传播时 光线会发生弯折 光的反射定律 反射光线 入射光线和法线在同一平面上 反射光线和入射光线分居在线的两 侧 反射角等于入射角 平面镜成像 平面镜所成的像和物是大小相等 关于镜面对称 与平面镜的大小无关 是正立 的虚像 平面镜只改变光束的传播方向 不改变光束的性质 2 2 光的折射与全反射光的折射与全反射 光的折射定律 光从一种介质进入另一种介质时传播方向发生改变的现象叫光的折射 光的折 射遵守光的折射定律 其内容是 折射光线跟入射光线和法线在同一平面内 并且分居在法线的两侧 入射角的正弦跟折射角的正弦成正比 用公式表示为 sin sin i n 全反射 光从光密介质入射到光疏介质 光全部反射返回光密介质的现象叫光的全反射 产生 全反射的条件是光由光密介质入射到光疏介质 且入射角大于临界角 三棱镜 光导纤维 光线通过三棱镜后向底面偏折是由于介质对不同色光的折射率不同 发生 色散的结果 三棱镜是控制光路的光学器件 我们通过三棱镜看到的是物体的虚像 光导纤维是利用全 反射原理传播光信号的介质 3 3 光的本性光的本性 了解光的本性学说的发展简史 17世纪牛顿支持的微粒说和惠更斯提出波动说 麦克斯韦的光 的电磁说 爱因斯坦的光量子假说 光的波动性 光的干涉和光的衍射是光具有波动性的实验证明 光的干涉 两束频率相同的 光才有可能是相干光 托马斯 杨巧妙地用双缝把一束光分解成两束相干光 成功完成了光的干涉实验 在用单色光做双缝干涉实验得到稳定的干涉图样 在光屏上距双缝的路程差是光波波长整数倍的地方出 现明条纹 在光屏上距双缝的路程差为光波半波长的奇数倍的地方出现暗条纹 光的衍射 光离开直 线路径而绕到障碍物阴影里的现象叫做光的衍射现象 只有在障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不 多的条件下 才能发生明显的衍射现象 光的偏振 光在某一方向上振动最强 说明光是横波 光的电磁说 麦克斯韦提出 赫兹用实验验证了光的电磁说是正确的 无线电波 红外线 可 见光 紫外线 伦琴射线 射线是频率从小到大排列的电磁波谱 频率不同的电磁波有不同的作用 波长长的电磁波波动性显著 不同频率的电磁波产生的机理不同 用心 爱心 专心3 光的粒子性 光电效应是光的粒子性 光量子说的实验基础 光是一份份地传播的 每一份 的能量是Eh 用光量子说可解释光电效应 光电效应的基本规律可用四个结论 任何一种金属 都有一个极限频率 入射光的频率必须大于这个极限频率 才能产生光电效应 光电子的最大初动能 只与入射光的频率有关 随入射光的频率的增大而增大 用公式表示为 K EhW 光电子的发射 具有瞬时性 当入射光的频率大于极限频率时 光电流的强度与入射光的强度成正比 表述 光的波粒二象性 光具有波动性 又具有粒子性 大量光子产生的效果显示出波动性 少数光子产 生的效果显示出粒子性 既不能理解为宏观概念中的波 也不能把光子看作宏观概念中的粒子 三 近代物理初步 1 1 原子的核式结构原子的核式结构 粒子散射实验观察到的实验现象 绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向运动 极少数 粒子则发生了较大的偏转甚至返回 从而推断了原子的核式结构 说明 说明 核式结构并没有指出原子核的组成 2 2 原子核的衰变及三种射线原子核的衰变及三种射线 原子核的衰变 衰变和 衰变 衰变 44 22 MM ZZ XYHe 衰变 0 11 MM ZZ XYe 和 衰变次数的确定 先由质量数守恒确定 衰变的次数 再由核电荷数确定 衰变的次数 半衰期T 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间叫半衰期 衰变规律是 0 1 2 t T NN 说明 说明 原子核的衰变只由原子核本身的因素所决定 而与原子所处的物理状态或化学状态无关 3 3 玻尔理论玻尔理论主要内容 定态假设 原子只能处于一系列不连续的能量状态中 在这些状态中 电子虽然做变速运动 但并不向外辐射电磁波 这样相对稳定的状态称为定态 跃迁假设 电子绕核运动处于定态时不辐射电磁波 但电子在两个不同定态发生跃迁时 却 要辐射 吸收 电磁波 光子 其频率由两个定态的能量差决定 mn hEE 能量量子化假设 和 轨道量子化假设 由于能量状态的不连续 因此电子绕核运动的轨道 半径是不连续 只能取某些确定的值 4 4 核能核能 爱因斯坦技能方程 2 Emc 核能的计算 若m 以千克为单位 则 2 Emc 若m 以原子的质量单位u为单位 则 931 5EmMeV 用心 爱心 专心4 核能的获取途径 重核的裂变 如 2351136901 92054380 10UnXeSrn 轻核的聚变 如 2341 1120 HHHen 说明 说明 聚变反应是热核反应 物质的温度达到超高温状态 几百万摄氏度以上 才以发生 三 考点透视三 考点透视 例题 例题 2008 年全国卷 对一定量的气体 下列说法正确的是 A 气体的体积是所有气体分子的体积之和 B 气体分子的热运动越剧烈 气体温度就越高 C 气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的 D 当气体膨胀时 气体分子之间的势能减小 因而气体的内能减少 例例 1 1 下下列说法正确的是 A 用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象 B 在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象 C 用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象 D 电视机遥控器是利用发出紫外线脉冲信号来变换频道的 解析解析 用三棱镜观察太阳光谱是利用光的色散现象 在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现 象 用标准平面检查光学平面的平整程度是利用薄膜干涉原理 电视机遥控器是利用发出红外线脉冲信 号来变换频道的 答案 答案 B B 点拨 点拨 本专题知识点非常多 级要求达 30 个之多 应对这种多知识点综合问题只有全面复习 例例 2 2 下面的叙述中正确的是 A 物体的温度升高 物体中分子热运动加剧 所有分子的热运动动能都一定增大 B 对气体加热 气体的内能一定增大 C 物质内部分子间吸引力随着分子间距离增大而减小 排斥力随着分子间距离增大而增大 D 布朗运动是液体分子对换悬浮颗粒碰撞作用不平衡而造成的 解析 解析 温度升高是分子的平均动能增加 大量分子做的是无规则热运动 无法实现所有的分子动能 都一定增大 对气体加热 在没有谈及做功的情况下 无法判断气体内能的变化情况 在物质内部分子 间的吸引力和排斥力都随着分子间距离增大而减小 不过斥力变化的比引力快 布朗运动是液体分子对 换悬浮颗粒碰撞作用不平衡而造成的 答案 答案 D D 点拨点拨 热学的规律都是对大量分子的活动做观察之后的统计规律 单个分子的运动是杂乱无章无规 律可寻的 内能的改变取决与做功和热传递两种方式 分子间的作用力的特点是引力和斥力变化趋势相 同 而且斥力变化的快 用心 爱心 专心5 例例 3 3 已知某种单色光照射到某金属表面上时发生了光电效应 若将该入射光的强度减弱 下列说法 中正确的是 A 从入射光照至金属表面上到金属发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B 逸出的光电子的最大初动能将减小 C 单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 D 有可能不发生光电效应 解析解析 入射光的强度减弱时 单位时间内照到单位面积上的光子数将减少 对应的吸收能量逸出的 光电子必将减少 但是光电效应的发生是瞬时的大约光照射后s10 9 之内就会发生光子数的减少不会在发 生时间上有影响 根据爱因斯坦光电效应方程 k EWhv 如何光频率不变则光电效应一定发生而且 逸出的光电子的出动能不变 答案 答案 C C 点拨 点拨 对光电效应的理解应把握好如下四点 任何金属都存在极限频率 只有用高于极限频率的光照射金属 才会发生光电效应现象 在入射光的频率大于金属极限频率的情况下 从光照射到逸出光电子 几乎是瞬时的 时间不超 过 10 9 s 光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 而与光强无关 单位时间内逸出的光电子数与入射光的强度成正比 例例 4 4 根据新华社报道 由我国自行设计 研制的世界上第一套全超导核聚变实验装置 又称 人造 太阳 已完成了首次工程调试 下列关于 人造太阳 的说法不正确的是 A 人造太阳 的核反应方程是 2 1H 3 1H 4 2He 1 0n B 人造太阳 的核反应方程是 235 92U 1 0n 141 56Ba 92 36Kr 3 1 0n C 人造太阳 释放的能量大小计算公式是 E mc2 D 人造太阳 核能大小计算公式是 2 1 2 Emc 解析 解析 人造太阳 是全超导核聚变实验装置 核反应是轻核聚变 而不是重核裂变 故选项 A 对 B 错 释放核能大小的计算依据是爱因斯坦质能方程 C 对 D 错 故选 BD 答案 答案 BDBD 点拨 点拨 人造太阳 是利用海水中的 2 1H 和 3 1H 轻核聚变而产生大量的能量 放出的能量是用质量亏损 计算的 四 热点分析四 热点分析 热点一 利用阿状加德罗常数估算分子质量和大小热点一 利用阿状加德罗常数估算分子质量和大小 例例 1 1 已知地球半径约为 6 4 106 m 空气的摩尔质量约为 29 10 3 kg mol 一个标准大气压约为 1 0 105 Pa 利用以上数据 估算出地球表面大气在标准状况下的体积为 A 4 1016 m3 B 4 1018 m3 C 4 1030 m3 D 4 1022 m3 解析 解析 大气压是由大气重量产生的 大气压强p 代入数据可得地球表面大气质量 mg S mg 4 R2 m 5 2 1018 kg 标准状态下 1mol 气体的体积为v 22 4 10 3 m3 故地球表面大气体积为V v m m0 用心 爱心 专心6 22 4 10 3 m3 4 1018 m3 选项 B 正确 5 2 1018 29 10 3 答案 答案 B B 反思 反思 本题是通过阿伏伽德罗常数把宏观量和微观量的联系起来 这种题型是高考常考的内容 复 习时要重视 热点二 波尔理论中的能级跃迁问题热点二 波尔理论中的能级跃迁问题 例例 2 2 用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态 的氢原子 观测到了一定数目的光谱线 调高电子的能量再次进行观测 发现光谱线的数目原来增加了 5 条 用 n表示两次观测中最高激发态 的量子数n之差 E表示调高后电子的能量 根据氢原子的能级图可以 判断 n和E的可能值为 A n 1 13 22 eV E 13 32 eV B n 2 13 22 eV E 13 32 eV C n 1 12 75 eV E 13 06 eV D n 2 12 75 eV E 13 06 eV 本题简介 本题为典型的跃迁问题综合题 出题角度新颖 本题简介 本题为典型的跃迁问题综合题 出题角度新颖 解析 解析 大量光子跃迁时各种跃迁随机出现 如果一群处于高能级的氢原子向低能级跃迁时 所辐射 的光谱线数 2 1 2 nn CN n 增加了 5 条谱线有可能是 5 6 能级转换增加的 也有可能是 2 4 能级 转换增加的 电子与原子作用导致原子跃迁时 电子的动能必大于所跃迁的两能级之差才可行 但又不 能大与下一个能级与基态的能级差 答案 答案 ADAD 反思 对原子跃迁问题应把握以下几点反思 对原子跃迁问题应把握以下几点 原子跃迁条件 nm EEhv 只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间的跃迁的情况 对于 光子和原子作用而使原子电离和实物离子与原子作用使原子激发的情况 则不受此条件限制 原子能跃迁时 处于激发代态的原子可能经过一次跃迁回到激发态 最后回到基态 物质中含有 大量原子时 各个原子的跃迁方式也是不统一的 有的原子可能经过一次跃迁就回到基态 而有的可能 要经过向次跃迁才回到基态 原子的能级跃迁和电离 跃迁是原子的电子从一个轨道跃迁到另一个轨道 即不能脱离原子核的束缚 所以在跃迁的过程中 原子放出或吸收的能量必须是量子化的 如当电子从 n 轨道跃迁到 m 轨道时 其能量变化必须是 2 1 2 1 m E n E E 当 m n 时 0 E 原子要吸收能量 当 m0 表示斥力 F 0 表示引力 a b c d为x轴上四个特定的位 置 现把乙分子从a处静止释放 则 A 乙分子从a到b做加速运动 由b到c做减速运动 B 乙分子由a到c做加速运动 到达c时速度最大 用心 爱心 专心9 C 乙分子由a到b的过程中 两分子间的分子势能一直增加 D 乙分子由b到d的过程中 两分子间的分子势能一直增加 解析解析 乙分子从a到d一直做加速运动 分子力做正功 分子势能减小 c到d做减速运动 分子力 做负功 分子势能增大 在c点时速度最大 所以正确选项是 B 答案 答案 B B 反思 对反思 对 F F x x 图像中包含的信息不能完全理解是造成失误的主要原因 而图像中包含的信息不能完全理解是造成失误的主要原因 而 图像问题图像问题 是近年高考是近年高考 的一个热点 这在复习中要引起重视 分子势能的变化与分子力做功有关 这与重力势能的变化与重力的一个热点 这在复习中要引起重视 分子势能的变化与分子力做功有关 这与重力势能的变化与重力 做功有关完全类似 做功有关完全类似 例例 4 4 如图所示 某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中 设水温均匀且恒定 筒内空气无泄漏 不计气体分了间相互作用 则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中 筒 内空气体积减小 A 从外界吸热 B 内能增大 C 向外界放热 D 内能减小 解析 解析 在筒缓慢下降的过程水温恒定 空气温度不变 当不计气体分了间相互作用 时 气体的内能不变 但筒内空气被压缩 外界对它做功 气体必然放出热量 所以正确选项是 C 答案 答案 C C 点拨点拨 对气体内能的变化分析时应当注意题干中的描述 缓慢 往往表明温度不变 体积不变 或气体自由鼓胀 说明气体不对外做功 外界也不对气体做功 绝热 指不发生热传递 理想气体 或不考虑分子作用力 意味着忽略分子势能 例例 5 5 一束由红 蓝两单色光组成的光线从一平板玻璃砖的上表面以入射角 射入 穿过玻璃砖自 下表射出 已知该玻璃对红光的折射率为 1 5 设红光与蓝光穿过玻璃砖所用的时间分别为t1和t2 则 在 从 0 逐渐增大至 90 的过程中 A t1始终大于t2 B t1始终小于t2 C t1先大于后小于t2 D t1先小于后大于t2 解析 解析 设折射角为 玻璃砖的厚度为h 由折射定律n 且n 在玻璃砖中的时间为t sin sin c v 联立解得t2 红光频率较小 为零时 t1 t2 为 90 时 趋近渐近线 h vcos n4 n2 sin2 初步判定该函数为单调函数 通过带入 为其它特殊值 仍然有t1 t2 所以 B 选项正确 答案答案 B 反思反思 本题考查折射定律与光的传播 知道光在玻璃的传播速度 写出光穿过玻璃所用时间表达式 是解决本题的关键 例例 6 6 先后用甲 乙两种不同的单色光 在相同的条件下用同一双缝干涉装置做实验 在屏幕上相邻 的两条亮纹间距不同 其中甲光间距较大 则甲光比乙光 A 在真空中的波长短 B 在玻璃中传播速度大 C 在玻璃中传播时 玻璃的折射率大 D 其光子能量小 解析 解析 甲的双缝干涉条纹间距比乙大 表明甲在真空中的波长比乙长 由 c知 甲的频率比乙 的低 光子的能量小 在玻璃中的折射率小 由 v c n 知在玻璃中甲的传播速度较大 所以正确选项是 BD 答案 答案 BDBD 点拨 点拨 对光的本性的考查一般知识跨度较大 这就要求考生除了记住重要结论之外 还要能抓住相 关物理量间的联系 用心 爱心 专心10 例例 7 7 一个 U 235 92 原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应 其裂变方程为 nSrXnU 1 0 94 38 1 0 235 92 2 则下列叙述正确的是 A X 原子核中含有 86 个中子 B X 原子核中含有 141 个核子 C 因为裂变时释放能量 根据E mc2 所以裂变后的总质量数增加 D 因为裂变时释放能量 出现质量亏损 所以生成物的总质量数减少 解析 解析 依据质量数守恒和电荷数守恒计算出未知粒子的电荷数为 54 质量数为 140 所以未知粒子 含有 140 个核子 其中子数为 86 由于核能的释放 要出现质量亏损 而不是质量数变化 答案 答案 A A 点拨 点拨 关于核反应方程的问题 首先是依据质量数守恒和电荷数守恒计算出未知粒子的电荷数和质 量数 再确定它是哪种粒子或进行其它的推断 例例 8 8 如图 3 所示 一束单色光射入一玻璃球体 入射角为 60 己知光线 在玻璃球内经一次反射后 再次折射回到空气中时与入射光线平行 此玻璃的折 射率为 A 2 B 1 5 C 3 D 2 解析 解析 如图 4 所示 是光线在玻璃球内的光路图 A C 为折射点 B 为反射点 作 OD 平行于入射光 线 由数学知识可得 60CODAOD 所以有 30OAB 由折射定律得玻璃的折射率 3 30sin 60sin n 答案答案 玻璃的折射率等于3 反思反思 本题考查光的全反射 根据发生全反射的临界条件 判断光在 传播时是否发生全反射 是不出错的原因所在 六 规律整合六 规律整合 规律一 微观量的运算方法规律一 微观量的运算方法 阿伏加德罗常数是联系微观量和宏观量的桥梁 1 微观量指 分子体积 V 分子直径 d 分子质量 m 2 宏观量指 物体体积 V 摩尔体积 Vmol 物体的质量 M 摩尔质量 Mmol 物体的密度 3 关系 分子的质量 molmol AA MV m NN 分子的体积 molmol AA VM V NN 用心 爱心 专心11 物体所含的分子数 A molmol VM nN VV 或 A molmol MV nNNA MM 注注 固 液体分子可以近似地认为紧密地靠在一起而气体分子间有一个很大的间隙 由上面 式求得 的V并非是一个分子自身的体积而是一个气体分子平均占据的空间 立方体 的体积 设该立方体的边 长为a 则气体分子的平均间距为 3 Va 规律二 衰变产生的三种射线的比较规律二 衰变产生的三种射线的比较 种类 射线 射线 射线 组成高速氦核流高速电子流光子流 高频电磁波 带电荷量 2e e0 质量 kgm m p p 27 1067 1 4 1840 p m 静止质量为零 速度 0 1c0 99cc 在电场或 磁场中 偏转与 射线反向偏转不偏转 贯穿本领最弱用纸能挡住较强穿透几毫米的铝板最强穿透几厘米的铅板 对空气的 电离作用 很强较弱很弱 在空气中 的径迹 粗 短 直细 较长 曲折最长 通过胶片感光感光感光 规律三 光的波动性与粒子性的比较规律三 光的波动性与粒子性的比较 光的粒子性 与物质发生作用时 表现出粒子的 性质 少量或个别光子容易显示出粒子性 频率较大时 易显示粒子性 粒子含义是 不连续 一份一份 的 不同于宏观的粒子 光的波动性 传播时 表现出波的性质 大量光子容易显示出波动性 频率较小时 易显示波动性 光的波动性是