2024年高考物理二轮专题复习讲义：第6专题 振动与波、光学、执掌、原子物理

2024年高考物理二轮专题复习精品讲义:第6专题振

动与波、光学、执掌、原子物理

（一）振动与波、光学

知识网络

机械振动

机械波

A、”/且v=Xf

介质中质点都做振动

筒谐运动受迫振动/撅歹把阻尼振动

受力特征F=-kx共振H

典型模型：

弹簧振子

波的登加、反射、折射、

单摆T=27r俨干涉、衍射、多普勒效应

简谐运动的图象：简谐波的图象：

表示某一个质点各个由一种图象可以推出袅示某一时刻各个质

时刻的位移情况另一种图象点的位移情况

正弦曲线正弦曲线

电磁振荡

发射、传播和接收电磁波谱

其

传

他

递

应

信

用

息

考点预测

振动与波是历年高考的必考内容，其中命题率最高的知识点为波的图象、波

长、频率、波速及其相互关系，特别是波的图象与振动图象的关系，如2009年

高考北京理综卷第17题、全国理综卷I第20题、福建理综卷第17题，一般以

选择题的形式出现，试题信息量大、综合性强，一道题往往考查多个概念和规

律.其中波的图象，兀以综合考查对波的理解能力、推理能力和空间想象能力.

高考对光学局部的考查主要有：①光的折射现象，全反射；②光的干预、衍

射和偏振现象；③平面镜成像的作图方法；④双缝干预实验测定光的波长；⑤光

电效应现象.

要点归纳

一、振动与波

单摆

(1)特点：①单摆是理想模型；②单摆的回复力由重力沿圆弧方向的分力提

供，当最大摆角。＜10°时，单摆的振动可看做简谐运动，其振动周期7=2兀

4JT2Z

(2)应用：①计时器；②测定重力加速度g,g="y.

二、振动图象与波动图象的区别与联系

振动图象波动图象

希

图象

研究对象•个质点所有质点

横轴上各点表示质点的

横轴上各点表示各个时

平衡位置,图象表示某一

物理意义亥IJ,图象表示一个质点各

时刻各个质点的位移情

个时刻的位移情况

况

图象形成的物理过相当于顺序“扫描〃的结

相当一次“拍照〃的结果

程果

直接得出振幅、周期直接得出振幅、波长

据波速、波长和频率(周

可以算出频率

所能提供的信息期)的关系求其中一个量

可以判断出位移、加速振动方向和传播方向的

度、回复力间的变化关系关系

三、机械波与电磁波

机械波电磁波

对象研究力学现象研究电磁现象

周期性变化的物理位移随时间和空间做电场〃和磁场〃随时间和空

量周期性变化间做周期性变化

传播不需要介质，在真空中

传播需要介质，波速

波速总是。，在介质中传播

与介质有关，与频率

传播时，波速与介质及频率都有

无关，分横波和纵波

关系.电磁波都是横波，传

两种，传播机械能

播电磁能

r=y,都会发生反射、折射、干预、衍射、多普勒

特性

效应

无线电波由振荡电路产生

由质点（波源）的振动

产生

产生光也是电磁波的一种，由原

子能级跃迁发出

四、平面镜成像

1.平面镜改变光的传播方向，而不改变光的性质.

2.平面镜成像的特点：等大、正立、虚像，物、像关于镜面对称.

3.成像作图要标准化.

射向平面镜的入射光线和反射光线要用实线，并且要用箭头标出光的传播方

向.反射光线的反向延长线只能用虚线，虚线上不能标箭头.

镜中的虚像是物体射到平面镜上所有光线的反射光线反向延长后相交形成

的.在成像作图中，可以只画两条光线来确定像点.

法线既与界面垂直，又是入射光线与反射光线夹角的平分线.

平面镜转过一个微小的角度叫法线也随之转过角度。，当入射光线的方向

不变时，反射光线则偏转2*

五、光的折射定律

1.折射率：光从真空射入某种介质发生折射时，入射向外的正弦与折射角

外的正弦之比为定值以叫做这种介质的折射率，表示为〃=皿一/.实验和

sin

研究证明，某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度。跟光在这种介质中的

传播速度之比，即n=~.

0v

2.折射现象中光路是可逆的.

六、全反射和临界角

1.全反射的条件：(1)光从光密介质射向光疏介质;(2)入射角大于或等于

临界角.

2.临界角：使折射角等于90。时的入射角，某种介质的临界角。用sinC

4十算•

七、用折射定律分析光的色散现象

在分析、计算光的色散时，要掌握好折射率〃的应用及有关数学知识，着重

理解两点：①光的频率(颜色)由光源决定，与介质无关；②在同一介质中，频率

越大的光的折射率越大，再应用〃=一=个等知识，就能准确而迅速地判断有关

V人

色光在介质中的传播速度、波长、入射光线与折射光线的偏折程度等问题.

八、光的波动性

1.光的干预

(1)干预条件：两束光的频率相同，并有稳定的相位差.

(2)双缝干预：两列光波到达某点的路程差为波长的整数倍时，该处的光互

相加强，出现亮条纹；当到达某点的路程差为半波长的奇数倍时，该处的光互相

削弱，出现暗条纹.相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距△/=)6

(3)薄膜干预：从薄膜前后外表反射的两列波叠加产生的干预.应用：检查

平面的平整度、增透膜等.

2.光的衍射

发生明显衍射的条件：障碍物的尺寸跟光的波长相近或比光的波长还小.

光的衍射条纹和干预条纹不同.泊松亮斑是光的衍射引起的.

3.光的电磁说

麦克斯韦提出“光是一种电磁波〃的假设，赫兹用实验验证了电磁说的正确

性.

九、光的粒子性

1.光电效应

（1）现象：在光的照射下物体发射电子（光电子）的现象.

（2）规律: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时，

力会发生光电效应.在入射光的频率人于金属的极限频率的情况下，从光照射到

金属上到金属逸出光电子的过程，几乎是瞬时的.光电子的最大初动能随入射光

频率的增大而增大，与光的强度无关.单位时间内逸出的光电子数与入射光的强

度成正比.

2.光电效应方程：\mv：=hv-W.

3.光子说：即空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份的能量

等于hYp为光子的频率），每一份叫做一个光子.

4.光的波粒二象性：光的干预、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说

明光具有粒子性，因此光具有波粒二象性.

5.物质波:任何一个运动的物体（小到电子大到行星）都有一个波与它对应，

波长久=々0为物体的动量）.

P

热点、重点、难点

•、简谐运动的动力学问题

A0B

图6—1

•例1如图6-1所示，一个弹簧振子在光滑水平面上的4、夕两点之诃做

简谐运动.当振子经过最大位移处（8点）时，有块胶泥落在它的上面，并随其一

起振动，那么后来的振动与原来相比拟（）

A.振幅的大小不变B.加速度的最大

值不变

C.速度的最大值变小0.弹性势能的最大值不变

【解析】当振子经过最大位移处（8点）时，胶泥落在它的上面，在此过程中，

胶泥减少的重力势能全部转变为内能，振子（含胶泥）在3点的速度仍为零，则其

仍以。点为平衡位置做简谐运动，且振幅的大小不变.于是，最大回复力和最大

弹性势能不变.由于质量增大，则其最大加速度变小，在平衡位置的速度（却最

大速度）变小.综上可知，选项A、C、D正确.

［答案］ACD

【点评】解决此题的关键在于正确理解简谐运动的特征，了解简谐运动中各

个物理量的变化，找到“振幅的大小不变〃这一突破口，进而分析求解.简谐运

动具有以下规律.

①在平衡位置：速度最大、动能最大、动量最大，位移最小、回复力最小、

加速度最小、势能最小.

②在位移大小等于振幅处：速度最小、动能最小、动量最小，位移最大、回

复力最大、加速度最大、势能最大.

③振动中的位移x都是以平衡位置为起点的，方向从平衡位置指向末位置,

大小为这两位置间的直线距离.加速度与回复力的变化一致，在两个“端点”最

大，在平衡位置为零，方向总是指向平衡位置.

二二询遇运动的图象二波的图象

•例2一列简谐横波以1m/s的速度沿绳子由A向〃传播，质点儿〃间

的水平距离为3m,如图6-2甲所示.若1=0时质点力刚从平衡位置开始向上

振动，其振动图象如图6—2乙所示，则4点的振动图象为图6—2闪中的（）

图6—2

【解析】由题意知，A=v7=4m

33

故/始=彳A，经过「=彳7=3s时间8点开始振动.

又由波的传播特性可知，每点开始振动的方向与振源的起振方向相同，故知

8点的振动图象为B.

［答案］B

【点评】本例虽然只要求8的振动图象，但解析过程必须弄清楚波的传播过

程，可画出2=3s时刻以及，=3s+At时刻力6方向波的图象图6—2丁所

示.

图6—2丁

•例3两列振幅、波长均相同的简谐横波，以相同的速率沿相反方向在同

一介质中传播.图6—3所示为某一时刻两波的波形图，其中实线为向右传播的

波，虚线为向左传播的波，a、b、c、d、e为五个等距离的质点.则在两列波传

播的过程中，以下说法中正确的选项是（）

图6—3

A.质点a、b、c、d、e始终静止不动

B.质点Ad始终静止不动

C.质点a、c、e始终静止不动

D.质点〃、°、。以振幅2/做简谐运动

【解析】由波的叠加原理可知，图示时刻质点db、c、"、e的位移都为零.其

中两列波在不。、e上引起的振动方向相同，在从”两点引起的振动方向总是

相反，故氏"始终静止不动，a、c、e以振幅24做简谐运动.

［答案］BD

【点评】①两列波传播至某点时，两列波引起的振动“步调〃相同时，干预

加强；引起的振动“步调〃相反时，干预减弱，不应仅考虑波峰、波谷的相遇.

②振动加强的点与振动减弱的点有规律地相互间隔.

③注：干预图样不是固定不动的，加强的点在做更大振幅的振动.

1天面镜成像.问题

•例4某物体左右两侧各有一竖直放置的立面镜，两平面镜相互平行，物

体距离左镜4m,右镜8m,如图6—4甲所示.物体在左镜所成的像中从右向左

数的第三个像与物体的距离是［2009年高考・全国理综卷I］（）

图6—4甲

A.24mB.32mC.40mD.48m

【解析】物体在左镜中所成的各像如图6-4乙所示，可知左镜中从右向左

的第三个像是第一个像在右镜中的像再在左镜中成的像，即看见像时为光线在左

镜反射一次后在右镜反射一次再在左镜反射一次进入眼睛，由平面镜成像的对称

性可得：d=32m.

图6—4乙

［答案］B

【点评】光线经过平面镜反射进入眼睛，眼睛逆着光线确定光源，感觉光是

从“虚像〃发出.

国•一光的折射与全反射

光学器材是由透明介质制成的，当光线从空气照射到这些透明体的外表时，

折射进入透明体，然后再发生其他的光学现象.解这类问题用到的光学知识主要

是反射定律、折射定律、全反射知识和数学中的几何知识.

1.视深问题

•例5某水池的实际深度为力，若某人垂直水面往下看时，水池的视深为

多少？（设水的折射率为力

【解析】如下图，作两条从水底S发出的折射光线，一条垂直射出水面，另

一条入射角很小（眼睛对光点的张角很小），这两条折射光线反向延长线的交点S'

就是看到的S的像.

AO

在△力£。中，tana=~

AO

在△力SO中，tan丫=%

tanQh

则

tany

因为°、产很小,所以sina^tana,sin/^tany

得“=fH

n

［答案］-

n

【点评】此题考查光的折射定律在实际中的应用.正确画出光路图，并运用

近似理论是求解此类问题的关键.

2.巧妙运用光路图解题和光学作图问题

(1)解决几何光学的基本方法是：画出光路图，理解有关概念，灵活运用数

学知识求解.在反射和折射现象中，“光路可逆〃是解决较复杂问题常用的思想

方法.注意：光路图的作法必须遵循反射和折射定律.

(2)由于同一介质对不同色光的折射率不同，导致光的色散现象.利用光的

折射定律解决的问题主要有“视深〃和棱镜等.正确画出光路图是求解此类问题

的关键.

(3)作图法是解决几何光学问题的主要方法之一.完成光路图的依据是光的

传播规律，作图时常常要运用逆向思维一一先由像确定反射光线，再确定入射光

线.解题中常常要巧用光路可逆规律分析问题，在实像的位置换上物点，必定在

原来物点处成像，即像、物互换.另外，涉及有关范围的问题，确定有关边界光

线是解决问题的关键.

•例6图6-5甲所示为一个储油圆柱桶，其底面直径与桶高相等.当桶

中无油时，贴着桶的上边缘上的月点恰能看到桶底边缘上的2/处；当桶内油的深

度等于桶高的一半时，眼所处的位置不变，在桶外沿月8方向看去，恰能看到桶

底上的。点，且比'的距离是桶底直径的四分之一（从B、。三点在同一竖直平面

内，且勿在同一条直径线上）.据此可估算出该油的折射率〃和光在这种油中的

传播速度『分别为（已知真空中的光速c=3XIO,m/s）（）

图6—5甲

A.1.6、1.9X10'm/sB.2.0、1.6X108

m/s

C.2.2、2.2X10*m/sD.1.6、1.6X10'

m/s

【解析】当油的深度为桶高的一半时，眼睛看见。点的光路图如图6—5乙

所示，可得：

图6—5乙

sinr'

又因为/?=-

v

可得r=1.9X10sm/s.

［答案］A

【点评】准确地画出光路图是解决几何光学问题的关键.

•例7一束单色光斜射到厚平板玻璃的一人外表上，经两次折射后从玻璃

板另一个外表射出，出射光线相对于入射光线侧移了一段距离.在以下情况下，

出射光线侧移距离最大的是［2008年高考・全国理综卷11］()

A.红光以30°的入射角入射

B.红光以45°的入射角入射

C.紫光以30°的入射角入射

D.紫光以45°的入射角入射

【解析】如下图，由题意可知，为偏移距离AM有:

△x=-----•sin；r)

cosr

sini

n-—:

sinr

若为同一单色光，即〃值相同.当，增大时，厂也增大，但I.比T增大得快，

sin(j—r)>0且增大，」一>0且增大，故A、C选项错误.

cosr

若入射角相同,则：

,./cosi、

1(1—I,.=)

—sin-7

即当〃增大，Ax也增大，应选项B错误、D正确.

［答案］D

【点评】①某束单色光照到介质外表，当入射角增大时，折射角也增大，但

入射角比折射角增大得快.

②一束复色光经过平板玻璃也会发生色散现象，即射出光的边缘出现彩色,

只是当玻璃较薄时这个现象不太明显.

•例8一足够大的水池内盛有某种透明液体，液体的深度为〃，在水池的

底部中央放一点光源，其中一条光线以30°的入射角射到液体与空气的界面上,

它的反射光线与折射光线的夹角为105°,如图6—6甲所示，则可知()

图6—6甲

A.液体的折射率为位

B.液体的折射率为手

C.整个水池外表都有光射出

D.液体外表亮斑的面积为兀〃

【解析】由题意知，+r=180°-105°=75°

歹=75°-30°=45°

上sinrr-

故折射率n=~~:=72

sin1Y

该液体的临界角6^arcsin-=45°

n

可得液体外表亮斑的半径如图6—6乙所示，r=H

图6—6乙

故亮斑面积为：

S=

［答案］AD

【点评】利用反射定律、折射定律和几何知识，解出折射角是解此题的关键.

五，王预「衍射与偏振

1.干预与衍射的比拟

光的干预与衍射现象是光的波动性的表现，也是光具有波动性的证据.两者

的区别是：光的干预现象只有在符合一定条件下才发生；而光的衍射现象却总是

存在的，只有明显与不明显之分.

光的干预现象和衍射现象在屏上出现的都是明暗相间的条纹，但双缝干预时

条纹间隔均匀，从中央到两侧的明纹亮度不变化;而单缝衍射的条纹间隔不均匀,

中央明纹又宽又亮，从中央向两侧，条纹宽度减小，明纹亮度显著减弱.

2.光的偏振

横波的振动矢量垂直于波的传播方向振动时，偏于某个特定方向的现象叫偏

振.纵波只能沿着波的传播方向振动，所以不可能有偏振，光的偏振现象证明光

是横波.光的偏振现象在科技、生活中的应用有：照相机镜头上的偏振片、立体

电影等.

•例9图6-7所示为一竖直的肥皂膜的横截面，用单色光照射薄膜，在

薄膜上产生明暗相间的条纹，以下说法正确的选顶是（）

A.薄膜上的干预条纹是竖直的

B.薄膜上的干预条纹是水平的

C.用蓝光照射薄膜所产生的干预条纹的间距比用红光照射时的小

D.干预条纹是由于光线在薄膜前后两外表反射形成的两列光波叠加的结果

【解析】光从肥皂膜的前后外表反射形成相干光,其路程差与薄膜厚度有关;

在重力作用卜.，肥皂膜形成上薄下厚的楔形，在同一水平面上厚度相等，形成亮

纹（或暗纹）.因此，干预条纹应是水平的,又因蓝光的波长小于红光的波长，所

以用蓝光照射薄膜所产生的干预条纹的间距较红光的小.综上所述，选项B、C、

D正确.

［答案］BCD

【点评】此题主要考查的是薄膜干预形成的原因，以及干预条纹与入射光波

长之间的关系.

.六二.•光电效应的.规律与应用

•例10如图6—8所示，用导线将验电器与洁净锌板连接，触摸锌板使验

电器指示归零.用紫外线照射锌板，验电器指针发生明显偏转，接着用毛皮摩擦

过的橡胶棒接触锌板，发现验电器的指针张角减小，此现象说明锌板带

（填“正〃或“负〃）电；若改用红外线重复以上实验，结果发现验电器

指针根本不会发生偏转，说明金属锌的极限频率（填”大于〃或“小于”）

红外线的频率.［2008年高考・上海物理卷］

图6-8

【解析】因锌板被紫外线照射后发生光电效应，验电器指针带正电荷而偏转;

毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，与锌板接触时.，电子与验电器指针上的正电荷中和,

而使张角减小；用红外线照射锌板时，验电器指针的偏角不变，锌板未发生光电

效应，说明锌板的极限频率大于红外线的频率.

［答案］正大于

【点评】光电效应在物理学史上具有较重要的意义，需要熟记其现象、清楚

地理解其产生的机制.

（二）热学

知识网络

考点预测

从近几年的高考来看，热学局部多以选择题的形式出现，试题难度属于容易

或中等.命题热点集中在以下两个方面.

1.分子动理论、估算分子的大小和数目、物体内能的改变和热力学第二定

律，题型多为选择题，且绝大多数选择题只要求定性分析.

2.能源的开发和利用，这是当今的热门话题，应给予关注.

要点归纳

一、理解并识记分子动理论的三个观点

描述热现象的一个基本概念是温度.但凡跟温度有关的现象都叫做热现

象.分子动理论是从物质的微观状态来研究热现象的理论.它的基本内容是：物

体是由大量分子组成的；构成物体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.

二、了解分子永不停息地做无规则运动的实验事实

组成物体的分子永不停息地做无规则运动，这种运动跟温度有关,所以通常

把分子的这种运动叫做热运动.

1.扩散现象和布朗运动都可以很好地证明分子的热运动.

2.布朗运动是指悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动.关于布朗运动，

要注意以下几点：

(1)形成条件是固体微粒足够小;

(2)温度越高，布朗运动越剧烈;

(3)观察到的是固体微粒(不是液体分子，也不是固体分子)的无规则运动，

反映的是液体分子运动的无规则性：

(4)课本中描绘出的图象是某固体微粒每隔30秒的位置的连线，并不是该微

粒的运动轨迹.

三、了解分子力的特点

分子力有如下三个特点：

①分子间同时存在引力和斥力；

②引力和斥力都随着距离的增大而减小;

③斥力比引力随距离变化得快.

四、深刻理解物体内能的概念

1.由于分子做热运动而具有的动能叫分子动能.温度是物体分子热运动的

平均动能的标志.温度越高，分子做热运动的平均动能就越大.

2.由分子间相对方置决定的势能叫分子势能.分子力做正功时分子势能减

±；分子力做负功时分子势能增大:（所有势能都有同样的结论.例如I：重力做

正功时重力势能减小，电场力做正功时电势能减小）

由上面的分析可以得出：当「=符（即分子处于平衡位置.）时，分子势能最

小.不管，从几开始增大还是减小，分子势能者3将增大.固体和液体的分子势

能与物体的体积有关，体积变化，分子势能也变化.注意：当物体的体积增大时，

其分子势能不一定增加.

3.物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能.

五、掌握热力学第一定律

外界对物体所做的功/加上物体从外界吸收的热量。等于物体内能的增加量

△即△〃=什队这叫做热力学第一定律.在这个表达式中，当外界对物体做

功（气体被压缩）时/取正，物体克服外力做功（气体膨胀）时『取负；当物体从外

界吸热时0取正，物体向外界放热时0取负；A〃为正表示物体的内能增加，A

〃为负表示物体的内能减少.

六、掌握热力学第二定律

1.热传导的方向性：热传导的过程是有方向性的.这个过程可以向一个方

向自发地进行（热量会自发地从高温物体传给低温物体），但是向相反的方向却不

能自发地进行.

2.第二类永动机不可能制成：我们把没有冷凝器，只有单一热源，从单一

热源吸收热量，仝部用来做功，而不引起其他变化的热机称为第二类永动机.这

说明机械能和内能的转化过程具有方向性一一机械能可以全部转化成内能，但内

能不能全部转化成机械能，而不引起其他变化.

3.热力学第二定律的表述：（1）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（按热传导的方向性表述）；（2〕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（按机械能和内能转化过程的方向性表述）;

（3）第二类永动机是不可能制成的.

热力学第二定律使人们认识到，自然界中各种进行的涉及热现象的宏观过程

都具守方向性.它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，使得它成为独立

于热力学第一定律的一个重要的自然规律.

七、掌握气体的状态参量

1.温度：温度在宏观上表示物体的冷热程度；在微观上是物体分子平均动

能的标志.

热力学温度是国际单位制中的基本量之一，符号是7,单位：K（开尔文）；

摄氏温度是导出量，符号是b单位：C（摄氏度）.

两种温度间的关系可以表示为：7=（£+273.15）K和要注意两

种单位制下每一度的间隔是相同的.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，但永远不能到达.

2.体积：气体总是充满它所在的容器，所以气体的体积总是等于盛装气体

的容器的容积.

3.压强：气体的压强是由于大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的.（绝不

能用气体分子间的斥力解释）

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引起的.

热点、重点、难点

一、与阿伏加德罗常数有关的估算问题

阿伏加德罗常数是一个重要的物理量,它是联系微观物理量（如：分子质量、

分子体积或直径等）与宏观物理量（如：摩尔质量、摩尔体积、密度、体积等）的

桥梁，常常被用来解答一些有关分子大小、分子间距和分子质量等方面的估算问

题.

解决这类问题的基本思路"和方法是：首先要M熟练掌握微观量与宏观"量之间的

联系，如：分子的质量俏=不、摩尔体积分子占的体积K=—、分子

的个数A-#,式中、加、。、跳海别为阿伏加德罗常数、物体的质量、密

度、摩尔质量、物质的量；其次是善于从问题中找出与所要估算的微观量有关的

宏观量.此外，还要合理构建体积模型，如：在估算固体和液体的分子大小时,

一般采用分子球体模型；而估算气体分子间距（不是分子的大小）时，一般采用立

方体模型.灵活运用上述关系式并合理构建体积模型是分析、解决与阿伏加德罗

常数相关问题的关键.

•例1假设全世界60亿人同时数1g水的分子个数，每人每小时可以数

5000个，不间断地数，则完成任务所需时间最接近(阿伏加德罗常数M取6X1023

mol-1)［2008年高考•北京理综卷］()

A.10年B.1千年C.10万年D.1千万年

【解析】18水的分子数A^^X^=3.3X1022,则完成任务所需时间1=

1O

60X1()8x5000X365X24年=1*1'年'选项C正确.

［答案］C

【点评】此题是估算题，关键是求出1g水的分子数，对数学运算能力的要

求较高.

二、扩散现象、布朗运动和分子的热运动

•例2做布朗运动实验，得到某个观测记录如图6-9所示.图中记录的

是［2009年高考•北京理综卷］()

图6—9

A.分子无规则运动的情况

B.某个微粒做布朗运动的轨迹

C.某个微粒做布朗运动的速度一时间图线

D.按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线

【解析】布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，非分子的运

动，故A错误；图中折线为每隔一定时间微粒位置的连线，并非轨迹，B错误、

D正确；对于某微粒而言，在不同的时刻速度的大小和方向都是不确定的，故无

法描绘其『一1图线，C错误.

［答案］D

三…分子动能.。分子势能及其变化,…物体的内.能及其变化「能量支恒定箧、.

热力.学定律

•例3对一定量的气体，以下说法正确的选项是［2008年高考•全国理综

卷11］()

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，气体的温度就越高

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

【解析】气体分子间的距离远大于分子大小，所以气体的体积远大于所有气

体分子的体积之和，A选项错误；温度是物体分子平均动能的标志，是表示分子

热运动剧烈程度的物理量，B选项正确；气体压强的微观解释是大量气体分子频

繁撞击产生的，C选项正确；气体膨胀，说明气体对外做功，但不能确定吸、放

热情况，故不能确定内能变化情况，D选项错误.

［答案］BC

【点评】在每年各地的高考题中，一般都会出现一道关于热学的题目，而且

常综合考查本单元的较多的基本原理.

.四,…气体的压强

从微观用度看，气体的压强与气体分子的平均动能和气体分子的密集程度

(单位体积内的分子数;有关.气体分子的平均动能越大，分子撞击器壁时对器壁

产生的作用力越大，气体的压强就越大；气体分子越密集(单位体积内的分子数

越多)，每秒撞击器壁单位面积的分子数越多，勺体的压强就越大.从宏观角度

看，气体的压强跟温度和体积有关.

•例4以下说法正确的选项是［2009年高考・全国理综卷I］()

A.气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用

力

B.气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均冲量

C.气体分子热运动的平均动能减小，气体的压强一定减小

D.单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大

【解析】根据压强的定义，气体的压强等于气体分子作用在器壁单位面积上

的平均冲力，等于单位面积上单位时间受到的平均冲量，故A正确、B错误.气

体的压强与温度和体积有关，当分子热运动的平均动能增大时，若分子密度变大,

气体的压强也有可能增大；当分子密度增大时，若分子热运动的平均动能减小,

气体的压强也可能减小，故C、D错误.

［答案］A

（三）原子物理

知识网络

考点预测

近代物理局部相近独立，主干知识是原子的量子化结构和核能，复习时要围

绕玻尔理论、衰变规律和爱因斯坦质能方程等重点知识进行.模块内的综合主要

是近代物理知识与动量守恒定律的综合.利用碰撞探究微观粒子的规律是高能物

理常用的研究手段，如a粒子散射实验.a粒子与氮、镀、铝的碰撞分别发现了

质子、中子和放射性同位素，加速器、对撞机等都是研究核物理的常用工具.

近年近代物理试题中出现不少中学教材中没有的新知识背景，如“超重元

素〃、“双电荷交换反响〃、俄歇效应、原子内层空位产生的内转换机制、U氢

原子等.在训练学生读题时，要引导他们尽力将新情境中的问题与已学过的知识

联系起来，在学习心理学中，就是“图式〃的“同化〃与“顺应〃的过程，这类

问题其实是“新瓶装旧酒〃，还是考查课本上的知识点，只是对学生的能力要求

提高了，要真正理解才能变通.

“联系实际，联系生活，联系高科技〃已成为高考命题的趋势，考查内容表

达时代气息，用新名词包装的试题增加.试题越来越重视知识的联系，表达学科

的综合性.

要点归纳

・、原子的核式结构

卢瑟福根据a粒子散射实验观察到的实验现象推断出了原子的核式结构.a

粒子散射实验的现象是：①绝大多数a粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前

进；②极少数a粒子则发生了较大的偏转甚至返回.注意，核式结构并没有指出

原子核的组成.

二、波尔原子模型

玻尔理论的主要内容：

1.“定态假设〃：原子只能处于一系列丕连续的能量状态中，在这些状态中，

电子虽做变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态.

定态假设实际上只是给经典的电磁理论限制了适用范围：原子中的电子绕核

转动处于定态时不受该理论的制约.

2.“跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时入辐射电磁波,但电子在两个不

同定态间发生跃迁时，却要辐射（吸收）电磁波（光子），其频率由两个定态的鲤量

差值决定hv=E—En.

3.“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

此电子绕核转动的轨道半径也不能任意取值.

三、原子核的衰变及三种射线的性质

1.Q衰变与B衰变方程

a衰变：—f北丫+；He

B衰变：z7+上

2.a和B衰变次数确实定方法

先由质量数确定a衰变的次数，再由核电荷数守恒确定8衰变的次数.

3.半衰期（力：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.

4.特征：只由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.

5.规律：八三鹏（」广.

6.三种射线

射线a射线P射线Y射线

物质微粒氮核：He电子比光子丫

带电情况带正电（2e）带负电（-e）不带电

速度约的接近。C

小（空气中飞行几厘中（穿透几毫米厚的大（穿透儿厘米厚的

贯穿本领

米）铝板）铅板）

电离作用强次弱

四、核能

1.爱因斯坦质能方程：E=md.

2.核能的计算

（1）若△加以千克为单位，则：

△£=△me,

（2）若△/〃以原子的质量单位u为单位，贝IJ：

△£=△加X931.5MeV.

3.核能的获取途泾

（D重核裂变：例如:U+Mf年Xe+」Sr+10；n

（2）轻核聚变：例如汨+：H-；He+m

聚变的条件：物质应到达超高温（几百万度以上）状态，故聚变反响亦称热核

反响.

热点、重点、难点

一、玻尔模型能级概念

•例1氢原子的能级如图6-10所示，已知可见光的光子能量范围约为

1.62eV〜3.11eV,以下说法错误的选项是()

图6-10

A.处于〃=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离

B.大量氢原子从高能级向〃=3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应

C.大量处于〃=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的

光

D.大量处于，=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的

可见光

【解析】处于〃=3能级的氢原子吸收光子而发生电离的最小能量是1.51eV,

又因紫外线的频率大于可见光的频率，所以紫外线的光子能量层3.11eV,故A

正确.

由能级跃迁理论知，氢原子由高能级向〃=3能级跃迁时，发出光子的能量

庆1.51eV,所以发出光子能量小于可见光的光子能量.由E=hv^\9发出光

子频率小于可见光的光子频率，发出光子为红外线，具有较强的热效应，故B

正确.

由能级跃迁理论知，〃=4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可发出6种

频率的光子，故C正确.

由能级跃迁理论知，大量处于〃=4能级的氢原子向低能级跃迁时，发出光

子的能量分别为:0.66eV(4-3),2.55eV(4-2),12.75eV(4-1),1.89eV(3

->2),12.09eV(3-*1),10.2eV(2->l),所以只有3f2和4f2跃迁时发出的2

种频率的光子属于可见光，故D错误.

［答案］D

【点评】①原子由定态〃(/722)向低能级跃迁时可能辐射的光子频率的种类

(/?—1)/7

为-o一•

②原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差.

③原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值.

④计算时应注意：因一般取8远处为零电势参考面，故各能级的能量值均

为负值;能量单位1eV=1.6XW,9J.

二、考查衰变、裂变、聚变以及人工转变概念

・例2现有三个核反响：

①;:Na-：；Mg+②2；；U+；n-；：Ba+；：Kr+;③;H+：Hf；He

+.

完成上述核反响方程，并判断以下说法正确的选项是()

A.①是裂变，②是B衰变，③是聚变

B.①是聚变，②是裂变，③是B衰变

C.①是B衰变，②是裂变，③是聚变

D.①是B衰变，②是聚变，③是裂变

［答案］①为②3：n③;nC

【点评】①原子核自发地放出某种粒子成为新的原子核，叫做衰变；原子序

数较大的重核分裂成原子序数较小的原子核，叫做重核裂变；原子序数很小的原

子核聚合成原子序数较大的原子核，叫做轻核聚变.

②所有核反响都遵循质量数和电荷数守恒的规律，情况复杂时可列方程组求

解.

•三二.核能和质量豆损

•例3某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反响

方程为

；H+旌-；H+»—［C+X+6

方程中Q、。表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：

原子核:H汨e:He1N!?N

质量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001

以下判断正确的选项是［2009年高考・重庆理综卷］()

A.X是;He,

B.X是:He,

C.X是;He,ft<6

D.X是:He,ft<6

【解析】核反响方程：：H+TC-中的质量亏损为：

△0=1.0078u+12.0000u-13.0057u=0.0021u

根据电荷数守恒、质量数守恒可知：

；H+*-*］C+；He

其质量亏损为：A股=1.0078u+15.0001u-12.0000u—4.0026u=0.0053

u

根据爱因斯坦质能方程得：Q尸皿,Q=△他/

故QVa

［答案］B

【点评】要注意u为质量单位，并不是能量单位，其中1u=l.6606X10—27

kg,1UC2=931.5MeV.

四、近代物理中的前沿科技问题

近几年来，高考试题中STS（科学•技术•社会）问题（如反物质、中微子、

介子、夸克、弗兰克―赫兹实验等）占有较大的比例，出现了以科技前沿为背景

的信息题.解决这类试题的关键在于：认真阅读题目、理解题意，捕获有效信息、

删除干扰信息；仔细分析问题所描述的物理状态或物理过程，并从中建立起相应

的物理模型；最后运用相关的物理规律求解.

•例4K介子的衰变方程为K一九一十五°,其中K介子和n介子所带电

荷量为元电荷e,/介子不带电.如图6—11所示，两匀强磁场方向相同，以

虚线加『为理想边界，祓感应强度分别为6、氏.今有一个K一介子沿垂直于磁场

的方向射入匀强磁场2中，其轨迹为圆弧力R尸在助V上，仁在尸点时的速度为

外方向与嗣V垂直.在〃点该介子发生了上述衰变，衰变后产生的元一介子沿速

度p的反方向射出，其运动轨迹如“心〃形图线所示.则以下说法正确的选项是

（）

图6-11

A.冗一介子的运行轨迹为陶。加，

B.冗一介子运行一周回到Q用的时间7=卡

B>e

C.5=4区

D.冗°介子做匀速直线运动

【解析】由题意可知，K一介子衰变为五一介子和n°介子后，n一介子沿速度

p的反方向射出，而兀一介子带负电，根据左手定则可以判断，兀一介子的运行轨

迹为PDMCNEP,则选项A错误；设又一介子在左右两侧磁场中做匀速圆周运动的

半径分别为用和足，运动周期分别为力和&由图可知：又8=多、尼

Ki乙et>

=今，则笈=2&即选项C错误；而石则n介子运行一周

eB>eB\eB>

回到〃所用的时间T=《+《+《=7］+J=号，即选项B正确；一介子由于

zzz2明

不带电而不受洛伦兹力作用，它将做匀速直线运动，即选项D正确.综上所述，

选项B、D正确.

［答案］BD

【点评】此题涉及匀速圆周运动、线速度、角速度、周期、向心力、洛伦兹

力、左手定则、牛顿第二定律等知识点，考查学生对上述知识的理解和掌握程度，

以及分析、推理的能力和信息处理的能力.解决此题的关键在于：先利用左手定

则判断冗介子的运行轨迹，再运用洛伦兹力、牛顿第二定律等知识分析求解.

★同类拓展2006年3月24日，由中国自行研究、设计的世界上第一个全

超导非圆截面托卡马克EAST核聚变实验装置（又称“人造太阳〃）,如图6-12

所示，已成功完成首次工作调试.由于它和太阳产生能量的原理相同，都是热核

聚变反响，所以被外界称为“人造太阳〃.“人造太阳〃的原理就是在这台装置

的真空室内参加少量氢的同位素笊和晁，使其在一定条件下发生聚变反响，反响

过程中会产生巨大的能量.核聚变的主要原料是笊和瓶，在海水中含量极其丰

富.则以下说法中错误的选项是（）

图6-12

A.“人造太阳〃的核反响方程是;H+：H-；He+；n

B.“人造太阳”的核反响方程是Wu+；nf股万+/r+3；n

C.“人造太阳〃释放的能量大小的计算公式是A夕=△勿/

D.与这种热核聚变比拟，核裂变反响堆产生的废物具有放射性

【解析】“人造太阳〃中的核反响为轻核的聚变，故A正确、B错误.核反

响释放的能量都遵循质能方程△£=△勿占C正确.聚变方程产生的:He不具有

放射性，而裂变反响产生的废物会衰变放出a或B射线，D正确.

［答案］B

经典考题

本专题中的四局部内容在高考中一般都会以选择题出现，只是往往难度较低,

题型相对单调，复习备考时应重基础，重在近年考题中总结命题的规律.

1.类比是一种有效的学习方法，通过归类和比拟，有助于掌握新知识，提

高学习效率.在类比过程中，既要找出共同之处，又要抓住不同之处.某同学对

机械波和电磁波进行类比，总结出以下内容，其中不正确的选项是［2009年高

考•北京理综卷］()

A.机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用

B.机械波和电磁波都能产生干预和衍射现象

C.机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播

D.机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波

【解析】波长、波速、频率的关系对任何波都是成立的，对电磁波当然成立，

故A正确.干预和衍射是波的特性，机械波、电磁波都是波，这些特性都具有，

故B正确.机械波是机械振动在介质中传播形成的，所以机械波的传播需要介质；

电磁波是交替变化的电场和磁场由近及远地传播形成的，所以电磁波的传播不需

要介质，故C正确.机械波既有横波又有纵波，但是电磁波只能是横波，其证据

就是电磁波能够发生偏振现象，而偏振现象是横波才有的，D错误.故正瑞答

案应为D.

［答案］D

2.科学家发现在月球上含有丰富的加。(家3).它是一种高效、清洁、安全

的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反响的方程式为:He+：He-2：H+；He.关

于;He聚变，以下表述正确的选项是［2009年高考•广东物理卷］()

A.聚变反响不会释放能量

B.聚变反响产生了新的原子核

C.聚变反响没有质量亏损

D.目前核电站都采用；He聚变反响发电

【解析】聚变反响时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有

质量亏损，会放出大量的能量,但目前核电站都采用铀核的裂变反响.因此B

正确.

L答案」B

【点评】同质量的核燃料聚变反响放出的能量远远超过裂变反响，而且聚变

反响的产物往往无放射性.但由于聚变反响需要几百万摄氏度以上的高温以及难

以控制反响速度，故任前还没能用于发电.

3.密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势

能)［2009年高考・重庆理综卷］()

A.内能增大，放出热量

B.内能减小，吸收热量

C.内能增大，对外界做功

D.内能减小，外界对其做功

【解析】不计分子势能，空气的内能由温度决定，内能随温度降低而减小,

A、C均错误：薄塑料瓶因降温而变扁,此时瓶内空气的体积减小，外界压缩空

气做功，D正确；空气的内能减小、外界对空气做功，根据热力学第一定律可知

空气向外界放热，B错误.

［答案］D

【点评】本类题型在高考对热学的考查中最常见.

4.氢原子能级的示意图如下图，大量氢原子从〃=4的能级向〃=2的能级

跃迁时辐射出可见光石,从〃=3的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光b,

则［2009年高考•四川理综卷］()

A.氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出Y射线

B.氢原子从n=4的能级向〃=3的能级跃迁时会辐射出紫外线

C.在水中传播时，a光较。光的速