广东专用高考物理二轮复习 专题突破七 热学和原子物理

【步步高】(广东专用）高考物理二轮复习专题突破七热学和原子物理专题定位本专题主要解决的是分子动理论、气体性质、热力学定律和原子物理的基本内容，其要求都为Ⅰ级，高考对本部分内容的考查都为选择题．高考对本部分内容考查的重点和热点有以下几个方面：①分子大小的估算；②分子动理论内容的理解；③物态变化中的能量问题；④气体实验定律的理解和简单计算；⑤固、液、气三态的微观解释和理解；⑥热力学定律的理解和简单计算；⑦油膜法估测分子直径；⑧原子的能级跃迁和原子核的衰变规律；⑨核反应方程的书写、质量亏损和核能的计算；⑩原子物理部分的物理学史和α、β、γ三种射线的特点及应用等．应考策略由于本专题内容琐碎，考查点多，因此在复习中应注意抓好五大块知识：一是分子动理论；二是从微观角度分析固、液、气的性质；三是气体实验三定律；四是热力学定律；五是原子物理．以这五块知识为主干，梳理出知识点，进行理解性记忆．1．分子动理论(1)分子大小①阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1.②分子体积：V0＝eq\f(Vmol,NA)(占有空间的体积)．③分子质量：m0＝eq\f(Mmol,NA).④油膜法估测分子的直径：d＝eq\f(V,S).(2)分子热运动的实验基础：扩散现象和布朗运动．①扩散现象特点：温度越高，扩散越快．②布朗运动特点：液体内固体小颗粒永不停息、无规则的运动，颗粒越小、温度越高，运动越剧烈．(3)分子间的相互作用力和分子势能①分子力：分子间引力与斥力的合力．分子间距离增大，引力和斥力均减小；分子间距离减小，引力和斥力均增大，但斥力总比引力变化得快．②分子势能：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大；当分子间距为r0时，分子势能最小．2．固体和液体(1)晶体和非晶体的分子结构不同，表现出的物理性质不同．晶体具有确定的熔点．单晶体表现出各向异性，多晶体和非晶体表现出各向同性．晶体和非晶体在适当的条件下可以相互转化．(2)液晶是一种特殊的物质状态，所处的状态介于固态和液态之间．液晶具有流动性，在光学、电学物理性质上表现出各向异性．(3)液体的表面张力使液体表面具有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切．3．气体实验定律(1)等温变化：pV＝C或p1V1＝p2V2；(2)等容变化：eq\f(p,T)＝C或eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)；(3)等压变化：eq\f(V,T)＝C或eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)；(4)理想气体状态方程：eq\f(pV,T)＝C或eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2).4．热力学定律(1)物体内能变化的判定：温度变化引起分子平均动能的变化；体积变化，分子间的分子力做功，引起分子势能的变化．(2)热力学第一定律①公式：ΔU＝W＋Q；②符号规定：外界对系统做功，W>0，系统对外界做功，W<0；系统从外界吸收热量，Q>0，系统向外界放出热量，Q<0.系统内能增加，ΔU>0，系统内能减少，ΔU<0.(3)热力学第二定律热力学第二定律的表述：①热量不能自发地从低温物体传到高温物体(按热传递的方向性表述)．②不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响(按机械能和内能转化的方向性表述)．③第二类永动机是不可能制成的．5．能级和能级跃迁(1)轨道量子化核外电子只能在一些分立的轨道上运动rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)(2)能量量子化原子只能处于一系列不连续的能量状态En＝eq\f(E1,n2)(n＝1,2,3，…)(3)吸收或辐射能量量子化原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或发射一定频率的光子，该光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝Em－En.(4)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射的光谱条数N＝eq\f(nn－1,2).6．原子核的衰变衰变类型α衰变β衰变衰变方程eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e衰变实质2个质子和2个中子结合成一整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e衰变规律质量数守恒、电荷数守恒7.α射线、β射线、γ射线之间的区别名称α射线β射线γ射线实质氦核流电子流光子速度约为光速的eq\f(1,10)约为光速的99%光速电离作用很强较弱很弱贯穿能力很弱较强最强8.核反应、核能、裂变、轻核的聚变(1)在物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应．核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律．(2)质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2或ΔE＝Δmc2.(3)核物理中，把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变；把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变．(4)核能的计算：①ΔE＝Δmc2，其中Δm为核反应方程中的质量亏损；②ΔE＝Δm×931.5MeV，其中质量亏损Δm以原子质量单位u为单位．(5)铀核裂变典型核反应方程：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n轻核聚变方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV9．光电效应及其方程(1)光电效应的规律：入射光的频率大于金属的极限频率才能产生光电效应；光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，与入射光的强度无关；光电流的强度与入射光的强度成正比；光电子的发射几乎是瞬时的，一般不大于10－9s.(2)光电效应方程：Ek＝hν－W0.题型1对分子动理论的理解例1(单选)下列说法正确的是 ()A．已知某物质的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA，则该物质的分子体积为V0＝eq\f(M,ρNA)B．布朗运动是在显微镜下看到的液体分子的无规则运动C．分子质量不同的两种气体温度相同，它们分子的平均动能一定相同D．两个分子间距增大的过程中，分子间的作用力一定增大 解析若此物质为固体或液体，则摩尔体积为eq\f(M,ρ)，分子体积为eq\f(M,ρNA)，但若是气体，分子间距较大，不能用此方式来求分子体积，A错误；布朗运动是悬浮于液体中的固体小颗粒的无规则运动，它是液体分子无规则运动的反映，B错误；温度是气体分子平均动能的标志，温度相同，分子质量不同的两种气体分子平均动能一定相同，C正确；分子间距从r0逐渐增大的过程中，分子力先增大后减小，D错误．答案C以题说法解答分子动理论相关问题时应注意：(1)熟练掌握阿伏加德罗常数的有关计算；(2)了解扩散现象及布朗运动的实质；(3)掌握分子力特点及分子力做功与分子势能变化的关系；(4)知道物体内能变化的微观因素和宏观因素．(双选)(·潍坊市一模)下列说法中正确的是 ()A．温度越高，每个分子的速率一定越大B．雨水没有透过布雨伞是因为液体表面存在张力 C．布朗运动是指在显微镜下观察到的液体分子的无规则运动D．单晶体的某些物理性质是各向异性的，多晶体的物理性质是各向同性的答案BD解析温度越高，分子平均速率越大，并非每个分子的速率一定越大，选项A错误．雨水没有透过布雨伞是因为液体表面存在张力，选项B正确．布朗运动是指在显微镜下观察到的悬浮在液体中的微粒的无规则运动，选项C错误．单晶体的某些物理性质是各向异性的，多晶体的物理性质是各向同性的，选项D正确．题型2对热力学定律和气体性质的综合考查例2(双选)用密封性良好的活塞把一定质量的理想气体封闭在导热性能良好的气缸中，气缸的内壁光滑．现将气缸缓慢地由水平放置(如图1甲所示)变成竖直放置(如图乙所示)．在此过程中如果环境保持恒温，下列说法正确的是 ()图1A．气体分子的平均动能不变B．气缸内气体的分子数密度变大C．气缸内气体从外界吸热D．气缸内壁单位面积上受到气体分子撞击的平均作用力不变解析在此过程中如果环境保持恒温，气体分子的平均动能不变，A正确．将气缸缓慢 地由水平放置变成竖直放置，气体压强增大，体积减小，气缸内壁单位面积上受到气体分子撞击的平均作用力增大，气缸内气体分子数密度变大，选项B正确，D错误．此过程气体被压缩，外界对气体做功，因气体的内能不变，则气体向外界放热，C选项错误．答案AB以题说法解答热力学第一定律的问题要抓好以下两点：(1)注意符号正负的规定．若研究对象为气体，对气体做功的正负由气体体积的变化决定．气体体积增大，气体对外界做功，W<0；气体的体积减小，外界对气体做功，W>0.(2)注意改变内能的两种方式：做功和热传递．不能认为物体吸热(或对物体做功)，物体的内能就一定增加．题型3对玻尔原子理论的理解例3(双选)已知氢原子的能级为：E1＝－13.60eV，E2＝－3.40eV，E3＝－1.51eV，E4＝－0.85eV，现用光子能量介于10.00eV～12.70eV之间的某单色光去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是 ()A．该照射光的光子可能会被处于基态的氢原子吸收B．该照射光的光子一定会被吸收C．若可以吸收该光子，则可判断激发后的氢原子发射不同能量的光子最多有3种D．若可以吸收该光子，则可判断激发后的氢原子发射不同能量的光子最多有6种解析E2－E1＝10.20eV，E3－E1＝12.09eV，由于光子能量介于10.00eV～12.70eV，所以可能会被处于基态的氢原子吸收从而跃迁到能级2或能级3上，A正确；若此光子不符合能级差值，则不会被氢原子吸收，B错误；若吸收该光子，激发后的氢原子处于能级2或能级3上，则此时氢原子跃迁到基态发出的光子最多有三种，分别为3→2、3→1、2→1，C正确，D错误．答案AC以题说法关于原子跃迁要注意以下三方面：(1)只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量(hν＝Em－En)时，光子才被吸收．(2)“直接跃迁”只能对应一个能级差，发射一种频率的光子．“间接跃迁”能对应多个能级差，发射多种频率的光子．(3)入射光子能量大于电离能(hν＝E∞－En)时，光子一定能被原子吸收并使之电离，剩余能量为自由电子的动能．(单选)如图2所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n＝3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为2.49eV的金属钠，下列说法正确的是 ()图2A．这群氢原子能发出三种频率不同的光，其中从n＝3跃迁到n＝2所发出的光波长最短B．这群氢原子能发出两种频率不同的光，其中从n＝3跃迁到n＝1所发出的光频率最大C．金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为11.11eVD．金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为9.60eV答案D解析有的氢原子可直接从n＝3跃迁到n＝1，释放出[－1.51－(－13.60)]eV＝12.09eV的能量，有些可从n＝3跃迁到n＝2，释放出[－1.51－(－3.40)]eV＝1.89eV的能量，再跃迁到n＝1，释放出[－3.40－(－13.60)]eV＝10.20eV的能量，所以，这群氢原子能发出三种频率不同的光，由能级图及跃迁方程hν＝Em－En可知，从n＝3跃迁到n＝2所发出的光的频率最小，波长最长，选项A、B错误；由光电效应方程可知，氢原子从n＝3跃迁到n＝1时发出的光使金属钠表面发出的光电子的初动能最大，为(12.09－2.49)eV＝9.60eV，选项C错误，D正确．题型4对原子和原子核知识的综合考查例4(双选)下列说法正确的有 ()A．普朗克曾经大胆假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子B．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波长变短C．由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要辐射一定频率的光子，同时电子的动能减小，电势能增大D．在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越小解析在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波长变长，所以B选项错误．由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要辐射一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小，所以C选项错误．答案AD(单选)(·重庆·2)铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生如下的裂变反应：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→a＋b＋2eq\o\al(1,0)n，则a＋b可能是 ()A.eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(93,36)Kr B.eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)KrC.eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(93,38)Sr D.eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr答案D解析由原子核反应的质量数守恒及电荷数守恒规律知D正确.(限时：30分钟)一、单项选择题1．下列物理现象及其原理的叙述正确的是 ()A．纤细小虫能停在平静的液面上，是由于受到浮力的作用B．墨水滴入水中出现扩散现象，这是分子无规则运动的结果C．“破镜不能重圆”，是因为再接触部位的分子间斥力大于引力D．用热针尖接触金属表面的石蜡，融解区域呈圆形，这是晶体各向异性的表现答案B解析纤细小虫能停在平静的液面上，是由于液体表面张力的作用，选项A错误．墨水滴入水中出现扩散现象，这是分子无规则运动的结果，选项B正确．“破镜不能重圆”，是因为再接触部位的分子间距离太大，选项C错误．用热针尖接触金属表面的石蜡，融解区域呈圆形，这是非晶体各向同性的表现，选项D错误．2．水压机是利用液体来传递压强的．水压机工作时，水分子间()A．只有斥力B．只有引力C．既有引力也有斥力，但分子力表现为引力D．既有引力也有斥力，但分子力表现为斥力答案D解析水压机工作时，水分子间距离小于平衡位置之间距离，水分子之间既有引力也有斥力，但分子力表现为斥力，选项D正确．3．如图1所示是理想气体经历的两个状态变化的p－T图象，对应的p－V图象应是()图1答案C解析在p－T图象中AB过原点，所以A→B为等容过程，体积不变，而从A到B气体的压强增大，温度升高，故C正确．4．如图2所示是一定质量的理想气体的过程变化图线，下列说法正确的是 ()图2A．由状态A变化到状态B，气体分子的平均动能增大B．由状态B变化到状态C，气体密度增大C．由状态A变化到状态C，气体内能不变D．由A经B到C的过程与由A经D到C的过程，气体对外做功相同答案A解析由状态A变化到状态B，由于B所在等温线温度高，所以气体分子的平均动能增大，内能增大，A正确；同理，C错误；由状态B变化到状态C，气体体积和质量都不变，所以密度不变，B错误；由A经B到C的过程中气体对外做的功比由A经D到C的过程中气体对外做的功少，所以D错误．5．如图3所示，纵坐标表示两个分子间引力、斥力的大小，横坐标表示两个分子的距离，图中两条曲线分别表示两分子间引力、斥力的大小随分子间距离的变化关系，e为两曲线的交点，则下列说法正确的是 ()图3A．ab为斥力曲线，cd为引力曲线，e点横坐标的数量级为10－10B．ab为引力曲线，cd为斥力曲线，e点横坐标数量级为10－10C．若两个分子间距离大于e点的横坐标表示的距离，则分子间作用力表现为斥力D．若两个分子间距离越来越大，则分子势能亦越来越大答案B解析当分子间距离为r0时，引力和斥力相等，随着分子间距离的增大，两力都要减小，但斥力比引力变化得快．分子间距离大于r0时，引力大于斥力，分子力表现为引力；分子间距离小于r0时，引力小于斥力，分子力表现为斥力，因此，cd是斥力曲线，ab是引力曲线，B正确，A、C错误；随着两个分子间距离的增大，分子力先做正功再做负功，分子势能先减小再增大，D错误．6．朝鲜在年2月12日进行了第三次核试验，此举引起国际社会的广泛关注．据称，此次核试验材料为铀235，则下列说法正确的是 ()A.eq\o\al(235,92)U原子核中有92个质子，143个核子B.eq\o\al(235,92)U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度后半衰期会缩短C．核爆炸的能量来自于原子核的质量亏损，遵循规律ΔE＝Δmc2D.eq\o\al(235,92)U的一种裂变可能为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(130,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋3eq\o\al(1,0)n答案C解析eq\o\al(235,92)U原子核中有92个质子，235个核子，143个中子，选项A错误.eq\o\al(235,92)U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度后半衰期不变，选项B错误．核爆炸的能量来自于原子核的质量亏损，遵循规律ΔE＝Δmc2，选项C正确．选项D中给出的eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(130,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋3eq\o\al(1,0)n，不满足质量数守恒，选项D错误．7．下列说法正确的是 ()A．研制核武器的钚239(eq\o\al(239,94)U)由铀239(eq\o\al(239,92)U)经过4次β衰变而产生B.eq\o\al(238,92)U在中子轰击下生成eq\o\al(94,38)Sr和eq\o\al(140,54)Xe的核反应前后核子总数减少C．20g的eq\o\al(238,92)U经过两个半衰期后未衰变的铀核质量变为15gD．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的危害答案D解析根据β衰变规律，研制核武器的钚239(eq\o\al(239,94)U)由铀239(eq\o\al(239,92)U)经过2次β衰变而产生，选项A错误.eq\o\al(238,92)U在中子轰击下生成eq\o\al(94,38)Sr和eq\o\al(140,54)Xe的核反应前后核子总数不变，选项B错误.20g的eq\o\al(238,92)U经过两个半衰期后未衰变的铀核质量变为5g，选项C错误．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的危害，选项D正确．二、双项选择题8．下列说法正确的是 ()A．晶体都具有确定的熔点B．布朗运动就是物质分子的无规则运动C．一定质量的理想气体压强增大，其分子的平均动能可能减小 D．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子间斥力大于引力的缘故答案AC解析晶体的明显特征是有确定的熔点，A正确；布朗运动是固体小颗粒的运动，B错误；根据理想气体状态方程，压强增大，但若压强和体积的乘积减小，温度将降低，其分子的平均动能将减小，C正确；气体分子间距很大，分子间的引力和斥力都很小，之所以散开是因为分子在不停地做无规则运动，D错误．9．下列说法正确的是 ()A．如果悬浮在液体中的微粒越大，则在某一瞬间撞击它的液体分子数就越多，布朗运动就越不明显B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的C．海绵和面包非常容易压缩，说明分子之间存在间隙D．当两分子之间分子力为零时，说明它们之间一定既没有分子引力，也没有分子斥力答案AB解析布朗运动中，悬浮在液体中的微粒越大，则在某一瞬间撞击它的液体分子数就越多，受力越平衡，布朗运动就越不明显，A正确；一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，都有特定的方向性(热量只能自发地从高温物体传递到低温物体；机械能与内能的转化具有方向性，机械能可以全部转化为内能，内能无法全部通过做功转化成机械能)，B正确；海绵与面包中的小孔不是分子间隙，C错误；当两分子之间分子力为零时，可能是分子斥力和分子引力大小相等，D错误．10．下列说法正确的是 ()A．外界对气体做功，气体的内能一定增大B．热量不可以自发地由低温物体传到高温物体C．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性D．单位面积的气体分子数增加，气体的压强一定增大答案BC解析由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，A错误；由热力学第二定律可知，热量不可以自发地由低温物体传到高温物体，B正确；能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，如机械能可自发地全部转化为热能，热能不能自发地全部转化为机械能，C正确；单位面积的气体分子数增加，若气体温度降低，气体分子对容器壁的平均撞击力减小，气体压强可能不变或减小，D错误．11．如图4所示是压力保温瓶的结构简图，活塞a与液面之间密闭了一定质量的气体．假设封闭气体为理想气体且与外界没有热交换，则向下压活塞a的过程中，瓶内气体()图4A．内能增大B．体积增大 C．压强增大D．温度不变答案AC解析向下压活塞的过程中，外界对气体做功，气体与外界没有热交换，根据热力学第一定律得气体内能增大，理想气体分子间距离很大，可忽略分子势能，气体的内能就是所有气体分子的平均动能，因此气体分子的平均动能增大，温度升高；由于瓶内气体体积减小，根据理想气体状态方程eq\f(pV,T)＝C可得，气体压强增大，故A、C正确，其他选项错误．12．下列说法正确的是 ()A．汤姆生发现了电子，表明原子具有核式结构B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应C．氢原子从基态向激发态跃迁时会放出光子D．将放射性元素掺杂到其它稳定元素中，并降低其温度，它的半衰期不变答案BD解析α粒子散射实验表明原子具有核式结构，选项A错误；氢原子从基态向激发态跃迁时要吸收光子，选项C错误．13．光电效应的实验规律及对应的理论分析过程，让人们体会到光电效应的神奇并认识到经典理论的局限性．实验电路如图5所示，已知光照条件不变，照射光频率大于光电管中阴极金属K的截止频率，下列选项中分析正确的是 ()图5A．将滑片P向右移动的过程中，灵敏电流计的示数一定持续增大B．将滑片P向右移动的过程中，灵敏电流计的示数可能出现先增大后不变的现象，说明逸出的光电子有最大初动能C．将滑片P向右移动的过程中，灵敏电流计的示数可能出现先增大后不变的现象，说明单位时间内逸出的光电子的数目是一定的D．如果将图中电源正负极对调，滑片P向右移动的过程中，灵敏电流计的示数将会减小，说明光电子逸出的初动能有大有小答案CD解析光电管两端加正向电压，目的是使从K极射出的光电子尽可能都打在A极上，滑片P向右移动的过程中，若光电子都已能打到A极，则再增加光电管两端电压时灵敏电流计示数也不会再增加，说明此时单位时间内逸出的光电子的数目是一定的，A、B错误，C正确；将电源正负极对调，滑片P向右移动的过程中，光电子克服反向电压打到A极，且电压越高，光电子要到达A极需要的初动能越大，灵敏电流计示数减小，说明光电子逸出的初动能有大有小，D正确．14．如图6所示，某学生用