2025 选考专题高考 物理 （川陕青宁蒙新晋豫）第二部分第11讲　光学　波粒二象性 含答案

2025选考专题高考物理（川陕青宁蒙新晋豫）第二部分第11讲光学波粒二象性【正文】听课第11讲光学波粒二象性【网络构建】【关键能力】了解光本质的认知过程,高中物理光学内容主要包括三部分:第一部分是几何光学,把光的传播抽象成光线模型并遵循直线传播原理、反射定律、折射定律;第二部分是波动光学,是在光的干涉、光的衍射、光的偏振等现象分析基础上把光传播本质理解为电磁波模型;第三部分在光电效应现象、康普顿效应等现象基础上理解光的波粒二象性.题型1几何光学1.基本知识:两个公式与常见光学元件模型(1)公式:折射定律:sinθ1sinθ2(2)常见光学元件模型:平行玻璃砖、等腰三棱镜、小水珠形成彩虹等.2.解题思路(1)根据题意画出正确的光路图,注意光路可逆和对称性,特别注意全反射的临界光线.(2)利用几何知识和正弦定理,确定光路中的边、角关系.(3)利用折射定律和全反射求解.例1[2024·海南卷]一正三角形OPQ玻璃砖,某束光线垂直于OP射入,恰好在PQ界面发生全反射,则玻璃砖对该光线的折射率为 ()A.2 B.3C.233 D【技法点拨】本题为玻璃砖全反射类试题,解题关键在于根据折射率找到全反射的临界光线.例2[2022·广东卷]一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体,液体上方是空气,其截面如图所示.一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动,它所发出的光束始终指向圆心O点.当光束与竖直方向成45°角时,恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束.已知光在空气中的传播速度为c,求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v.【迁移拓展】1.[2024·江苏卷]现有一光线以相同的入射角θ打在两杯不同浓度的NaCl溶液中,折射光线如图所示(β1<β2),已知折射率随浓度增大而变大,则()A.该光线在甲溶液中的折射率较大B.甲溶液浓度较小C.该光线在甲溶液中的传播速度较大D.该光线在甲溶液中的临界角较大2.[2023·福建卷]如图所示,一教师用侧面开孔的透明塑料瓶和绿光激光器演示“液流导光”实验.瓶内装有适量清水,水从小孔中流出后形成了弯曲的液流.让激光水平射向小孔,使光束与液流保持在同一竖直平面内,观察到光束沿着弯曲的液流传播.下列操作中,有助于光束更好地沿液流传播的是 ()A.减弱激光强度B.提升瓶内液面高度C.改用折射率更小的液体D.增大激光器与小孔之间的水平距离3.[2024·海南海口模拟]如图所示,一束由两种单色光混合的复色光沿SO方向射向一上、下表面平行的玻璃砖,下表面观察到两束出射光线A、B,光路图如图所示,下列说法正确的是 ()A.玻璃对B光的折射率大于对A光的折射率B.B光在玻璃中的传播速度小于A光在玻璃中的传播速度C.A光、B光互相平行D.增大入射角θ,A光和B光在下表面可能发生全反射4.[2023·全国乙卷]如图,一折射率为2的棱镜的横截面为等腰直角三角形ABC,AB=AC=l,BC边所在底面上镀有一层反射膜.一细光束沿垂直于BC方向经AB边上的M点射入棱镜.若这束光被BC边反射后恰好射向顶点A,求M点到A点的距离.题型2光的波动性1.光的干涉(1)双缝干涉中确定明暗条纹的方法是看单色光从该处到双缝的路程差,满足路程差是半波长奇数倍的对应暗条纹,满足路程差是半波长的偶数倍的对应亮条纹.(2)薄膜干涉的两个考查点:①利用薄膜干涉条纹间距来检验“薄膜”的厚度变化,厚度变化越快,则干涉条纹间距越小,条纹越窄;②利用薄膜厚度是单色光的波长的四分之一来制作干涉相消的增透膜.2.光的衍射(1)判断衍射现象是否明显的方法是比较障碍物或小孔(缝)的尺寸与光的波长的大小关系,尺寸比波长小得越多,衍射现象越明显.(2)衍射条纹和干涉条纹的区分:条纹间距相等的是干涉条纹,条纹间距从中央往两侧变小的是衍射条纹.(3)衍射条纹和干涉条纹的共性:缝越小,光的波长越小,则条纹间距越大.例3[2024·山东卷]检测球形滚珠直径是否合格的装置如图甲所示,将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间,用单色平行光垂直照射平板玻璃,形成如图乙所示的干涉条纹.若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格,下列说法正确的是 ()A.滚珠b、c均合格B.滚珠b、c均不合格C.滚珠b合格,滚珠c不合格D.滚珠b不合格,滚珠c合格例4[2024·辽宁卷]某同学自制双缝干涉实验装置:在纸板上割出一条窄缝,于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝,将该纸板与墙面平行放置,如图所示.用绿色激光照射双缝,能够在墙面上观察到干涉条纹.下列做法可以使相邻两条亮条纹中心间距变小的是 ()A.换用更粗的头发丝B.换用红色激光照双缝C.增大纸板与墙面的距离D.减小光源与纸板的距离【迁移拓展】1.[2024·河北保定模拟]把酒精灯火焰放在铁丝圈上的竖立的肥皂膜前.发现在肥皂膜上观察到火焰的反射像上有彩色条纹,且上疏下密分布,如图.由此推测肥皂膜竖直方向侧向截面图可能是()ABCD2.[2023·江苏卷]用某种单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示,改变双缝间的距离后,干涉条纹如图乙所示,图中虚线是亮纹中心的位置.则双缝间的距离变为原来的()A.13 B.1C.2倍 D.3倍3.[2024·湖北武汉模拟]太阳光照射一块遮光板,遮光板上有一个大的三角形孔,太阳光透过这个孔,在光屏上形成一个三角形光斑.当遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时,光屏上会呈现:①圆形光斑;②三角形光斑;③明暗相间的衍射条纹.则()A.光屏上先后呈现的图样顺序是①②③B.光屏上先后呈现的图样顺序是①③②C.由于光的直线传播产生的图样有①②D.由于光的直线传播产生的图样有②③4.[2024·山东青岛模拟]某同学做双缝干涉实验时,用波长为λ0的激光照射双缝,墙上的P点出现第3级亮条纹(中央亮条纹为第0级亮条纹).当他改用另一种激光照射双缝时,P点变为第4级亮条纹,则该激光的波长为 ()A.34λ0 B.λC.14λ0 D.43题型3波粒二象性1.光电效应两条对应关系(1)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大;(2)光照强度大(同种频率的光)→光子数目多→发射光电子多→光电流大.2.定量分析时应抓住三个关系式爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0最大初动能与遏止电压的关系Ek=eUc逸出功与截止频率的关系W0=hνc3.对光电效应的特别提醒(1)能否发生光电效应,不取决于光的强度而取决于光的频率.(2)光电效应中的“光”不是特指可见光,也包括不可见光.(3)逸出功的大小由金属本身决定,与入射光无关.(4)光电子不是光子,而是电子.4.对波粒二象性的理解(1)光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间相互作用产生的,光的波动性不同于宏观概念的波.(2)德布罗意提出物质波的观点被实验证实,表明电子、质子、原子等粒子不但具有粒子的性质,而且具有波的性质.例5(多选)[2024·湖南长沙模拟]波粒二象性是微观世界的基本特征.下列对波粒二象性的实验及说法正确的是 ()A.光的衍射(图甲)揭示了光具有粒子性B.光电效应(图乙)揭示了光的波动性,同时表明光子具有能量C.康普顿效应(图丙)揭示了光的粒子性,同时表明光子除了有能量还有动量D.电子束穿过铝箔后的衍射图样(图丁),证实了电子的波动性,质子、中子及原子、分子均具有波动性【技法点拨】本题考查波粒二象性,记住典型的粒子性现象和波动性现象:光电效应、康普顿效应揭示了粒子性,干涉、衍射、偏振揭示了波动性.例6(多选)[2024·云南昆明模拟]我们用如图所示的电路研究光电效应时,当开关闭合后,微安表有一定示数,以下说法正确的是 ()A.如图所示的电路连接可用于测量遏止电压B.更换电源的正负极,可以使微安表示数减小C.把滑动变阻器滑片向左滑动,微安表示数一定减小D.仅增大入射光强度时,微安表示数一定增大【技法点拨】本题关键是会分析光电效应实验规律、探究电路,开关闭合后,电压为正向电压,光电子会加速,加反向电压光电子减速,由此判断出微安表示数的变化;光电流的大小与光子数量相关,光强越大光子数量越多,光电流越大.【迁移拓展】1.(多选)[2024·辽宁卷]X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子,并对光电子进行分析的科研仪器.用某一频率的X光照射某种金属表面,逸出了光电子,若增加此X光的强度,则 ()A.该金属的逸出功增大B.X光的光子能量不变C.逸出的光电子最大初动能增大D.单位时间逸出的光电子数增多2.[2022·河北卷]如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线,该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程,并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h.由图像可知 ()A.钠的逸出功为hνcB.钠的截止频率为8.5×1014HzC.图中直线的斜率为普朗克常量hD.遏止电压Uc与入射光频率ν成正比3.[2024·陕西西安模拟]用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应,得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图.则这两种光()A.照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能更大B.从同种玻璃射入空气发生全反射时,a光的临界角大C.通过同一装置发生双缝干涉,a光的相邻条纹间距大D.通过同一玻璃三棱镜时,a光的偏折程度大第12讲热学题型1例1AC[解析]温度越高,分子热运动越激烈,对PM2.5微粒的撞击不平衡越明显,PM2.5的运动越激烈,故A、C正确;PM2.5的运动是布朗运动,不是分子热运动,故B错误;减少工业污染的排放可减少PM2.5的排放,进而减少“雾霾”天气的出现,故D错误.例2D[解析]密闭容器中的氢气质量不变,分子个数不变,根据n=N0V,可知当体积增大时,单位体积内分子个数变少,分子的密集程度变小,故A错误;气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁持续的、无规则的撞击,压强增大并不是因为分子间斥力增大,故B错误;普通气体在温度不太低,压强不太大的情况下才能看作理想气体,故C错误;温度是气体分子平均动能的标志,大量气体分子的速率呈现“中间多,两边少”的规律,温度变化时,大量分子的平均速率会变化,即分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化,故D【迁移拓展】1.ACD[解析]液体在玻璃管中上升,说明该液体能够浸润玻璃,故A正确;玻璃为非晶体,熔化再凝固仍为非晶体,熔化后液体的表面张力使玻璃管断口变钝,故B错误;液体表面张力形成的原因是液体表面层的分子间距离大于液体内部分子间的距离,故C正确;图丁中温度越高,各速率区间的分子数占总分子数的百分比的最大值向速度大的方向迁移,可知T1<T2,D正确.2.C[解析]分子间距离大于r0,分子间表现为引力,分子从无限远靠近到距离r0处过程中,分子间作用力做正功,分子势能减小,且在r0处分子势能最小,继续减小距离,分子间表现为斥力,分子间作用力做负功,分子势能增大,故选C.3.B[解析]设空气的摩尔质量为M,在海底和岸上的密度分别为ρ海和ρ岸,一次吸入空气的体积为V,在海底和在岸上分别吸入的空气分子个数为n海和n岸,则有n海=ρ海VNAM,n岸=ρ岸VNAM,多吸入的空气分子个数为Δn=n海-n岸,代入数据得题型2例3ACD[解析]罐内气体做等压变化,由盖-吕萨克定律得V1T1=V2T2,当罐内气体温度升高时,气体体积增大,吸管内液滴向右移动,则吸管上温度刻度值左小右大,由V=Sl,当易拉罐不变,温度变化相同时,体积变化相同,吸管越细,液滴移动距离越大,装置越灵敏,故A正确;当液滴向右移动时,气体的体积增大,环境温度升高,故B错误;当液滴向左移动时,气体的体积减小,环境温度降低,则易拉罐内气体内能减少,故C正确;液滴向右移动过程中,气体的体积增大,环境温度升高,例4B[解析]根据pVT=C,可得p=CVT,从a到b,气体压强不变,温度升高,则体积变大,C、D错误;从b到c,气体压强减小,A错误,B例5C[解析]由V-T图像可知,理想气体在ab过程做等压变化,在bc过程做等温变化,在cd过程做等容变化.根据理想气体状态方程,有pVT=C,可知bc过程理想气体的体积增大,则压强减小,故选C【迁移拓展】1.B[解析]设玻璃管两侧水银面的高度差是h,大气压强为p0,则封闭气体压强为p=ph+p0,在管子的D处钻一小孔,h变小,封闭气体的压强变小,气体温度不变,由玻意耳定律可知,封闭气体体积变大.故选B.2.A[解析]设物体与水平面之间的弹力恰好为零时,绳的拉力为F,由力的平衡条件得p0S=p2S+F,对物体有F=mg,解得p2=1×105Pa,缸内气体做等容变化,根据查理定律有p1T1=p2T2,其中p1=p0,T1=T0=303K,解得T2=3003.(1)2.0×105Pa(2)2.0m3[解析](1)气体从状态D到状态A的过程发生等容变化,根据查理定律有pDT解得pD=2.0×105Pa(2)气体从状态C到状态D的过程发生等温变化,根据玻意耳定律有pCV2=pDV1解得V2=2.0m3气体从状态B到状态C发生等容变化,因此气体在状态B的体积也为V2=2.0m34.(1)100N(2)327K[解析](1)活塞从a到b过程中,气体做等温变化,初态p1=1.0×105Pa,V1=S·11ab末态压强为p2,V2=S·10ab根据玻意耳定律得p1V1=p2V2解得p2=1.1×105Pa外力增加到F=200N时,对活塞根据平衡条件有F+p1S=p2S+FN解得卡销b对活塞支持力的大小FN=100N(2)将汽缸内气体加热使气体温度缓慢升高,到活塞刚好能离开卡销b时,气体做等容变化,初态:p2=1.1×105Pa,T2=300K末态:设压强为p3,温度为T3对活塞根据平衡条件有p3S=F+p1S解得p3=1.2×105Pa根据查理定律得p2T解得T3≈327K题型3例6BD[解析]选择窑炉中的封闭气体为研究对象,且视为理想气体,在排气阀开启前,体积不变,气体压强随温度升高而增大,根据查理定理有p0T0=p1T1,解得p1=p0T0T1=447+27327+273p0=2.4p0<2.5p0,判断出阀门还未开启,C选项错误,D选项正确;温度升高时,气体分子热运动的平均动能增大,但不是每个气体分子动能都变大,A选项错误;例7AD[解析]1→2为绝热过程,则Q=0,由于气体体积减小,则外界对气体做功,即W>0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知ΔU>0,即气体内能增加,故A正确;2→3为等压过程,气体体积增大,根据盖-吕萨克定律可知,气体温度升高,则气体内能增大,即ΔU>0,由于气体体积增大,则气体对外界做功,即W<0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知Q>0,即气体从外界吸热,故B错误;3→4为绝热过程,则Q=0,由于气体体积增大,则气体对外界做功,即W<0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知ΔU<0,即气体内能减小,故C错误;4→1为等容过程,压强减小,根据查理定律可知,气体温度降低,则气体内能减小,即ΔU<0,由于体积不变,则W=0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知Q<0,即气体向外放热,故D正确.例8(1)21.5m(2)从外界吸热[解析](1)设水面下某深度处的鱼泡内气体压强为p1,鱼泡半径为r1,热力学温度为T1,水面处鱼泡内气体压强为p2,鱼泡半径为r2,热力学温度为T2鱼泡内气体的体积V=43πr根据理想气体状态方程,有p1V其中p2=p0,p1=p0+ρgh联立解得h=21.5m(2)根据热力学第一定律可得ΔU=W+Q由于鱼泡内气体温度升高,故ΔU>0鱼泡内气体对外做功,W<0所以,Q>0,故鱼泡在上升的过程中,是从外界吸热【迁移拓展】1.D[解析]从a到b,气体温度升高,压强增大,但是气体的体积也变化,所以压强的增大不只是由温度的升高引起的,故A错误;从b到c,气体压强不变,温度升高,气体内能增大,体积增大,气体对外做功,根据热力学第一定律可知,气体吸收热量,故B错误;从c到d,气体温度不变,压强减小,体积增大,内能不变,气体对外做功,根据热力学第一定律可知,气体吸收热量,故C错误;从d到a,气体体积不变,压强减小,温度降低,根据热力学第一定律可知,气体减少的内能等于气体对外界放出的热量,故D正确.2.AC[解析]由理想气体状态方程pVT=C,化简可得V=Cp·T,V-T图线中,各点与原点连线的斜率的倒数表示气体的压强,则图线的斜率越大,压强越小,故pa<pb=pc,bc过程为等压变化,气体体积减小,外界对气体做功,故A正确;由A选项可知,ca过程气体压强减小,故B错误;ab过程为等温变化,故气体内能不变,即ΔU=0,气体体积减小,外界对气体做功,故W>0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,解得Q<0,故ab过程气体放出热量,故C正确;ca过程,气体温度升高,内能增大,故D3.(1)65T0(2)15h(p0S+mg)+1[解析](1)容器内气体进行等压变化,则由盖-吕萨克定律得V0T即hST0解得T1=65T(2)此过程中容器内气体内能增加量ΔU=C(T1-T0)容器内气体压强p=p0+mg气体体积增大,则气体对外做功,W=-pS·15根据热力学第一定律得ΔU=W+Q联立解得Q=15h(p0S+mg)+15第12讲热学题型1例1AC[解析]温度越高,分子热运动越激烈,对PM2.5微粒的撞击不平衡越明显,PM2.5的运动越激烈,故A、C正确;PM2.5的运动是布朗运动,不是分子热运动,故B错误;减少工业污染的排放可减少PM2.5的排放,进而减少“雾霾”天气的出现,故D错误.例2D[解析]密闭容器中的氢气质量不变,分子个数不变,根据n=N0V,可知当体积增大时,单位体积内分子个数变少,分子的密集程度变小,故A错误;气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁持续的、无规则的撞击,压强增大并不是因为分子间斥力增大,故B错误;普通气体在温度不太低,压强不太大的情况下才能看作理想气体,故C错误;温度是气体分子平均动能的标志,大量气体分子的速率呈现“中间多,两边少”的规律,温度变化时,大量分子的平均速率会变化,即分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化,故D【迁移拓展】1.ACD[解析]液体在玻璃管中上升,说明该液体能够浸润玻璃,故A正确;玻璃为非晶体,熔化再凝固仍为非晶体,熔化后液体的表面张力使玻璃管断口变钝,故B错误;液体表面张力形成的原因是液体表面层的分子间距离大于液体内部分子间的距离,故C正确;图丁中温度越高,各速率区间的分子数占总分子数的百分比的最大值向速度大的方向迁移,可知T1<T2,D正确.2.C[解析]分子间距离大于r0,分子间表现为引力,分子从无限远靠近到距离r0处过程中,分子间作用力做正功,分子势能减小,且在r0处分子势能最小,继续减小距离,分子间表现为斥力,分子间作用力做负功,分子势能增大,故选C.3.B[解析]设空气的摩尔质量为M,在海底和岸上的密度分别为ρ海和ρ岸,一次吸入空气的体积为V,在海底和在岸上分别吸入的空气分子个数为n海和n岸,则有n海=ρ海VNAM,n岸=ρ岸VNAM,多吸入的空气分子个数为Δn=n海-n岸,代入数据得题型2例3ACD[解析]罐内气体做等压变化,由盖-吕萨克定律得V1T1=V2T2,当罐内气体温度升高时,气体体积增大,吸管内液滴向右移动,则吸管上温度刻度值左小右大,由V=Sl,当易拉罐不变,温度变化相同时,体积变化相同,吸管越细,液滴移动距离越大,装置越灵敏,故A正确;当液滴向右移动时,气体的体积增大,环境温度升高,故B错误;当液滴向左移动时,气体的体积减小,环境温度降低,则易拉罐内气体内能减少,故C正确;液滴向右移动过程中,气体的体积增大,环境温度升高,例4B[解析]根据pVT=C,可得p=CVT,从a到b,气体压强不变,温度升高,则体积变大,C、D错误;从b到c,气体压强减小,A错误,B例5C[解析]由V-T图像可知,理想气体在ab过程做等压变化,在bc过程做等温变化,在cd过程做等容变化.根据理想气体状态方程,有pVT=C,可知bc过程理想气体的体积增大,则压强减小,故选C【迁移拓展】1.B[解析]设玻璃管两侧水银面的高度差是h,大气压强为p0,则封闭气体压强为p=ph+p0,在管子的D处钻一小孔,h变小,封闭气体的压强变小,气体温度不变,由玻意耳定律可知,封闭气体体积变大.故选B.2.A[解析]设物体与水平面之间的弹力恰好为零时,绳的拉力为F,由力的平衡条件得p0S=p2S+F,对物体有F=mg,解得p2=1×105Pa,缸内气体做等容变化,根据查理定律有p1T1=p2T2,其中p1=p0,T1=T0=303K,解得T2=3003.(1)2.0×105Pa(2)2.0m3[解析](1)气体从状态D到状态A的过程发生等容变化,根据查理定律有pDT解得pD=2.0×105Pa(2)气体从状态C到状态D的过程发生等温变化,根据玻意耳定律有pCV2=pDV1解得V2=2.0m3气体从状态B到状态C发生等容变化,因此气体在状态B的体积也为V2=2.0m34.(1)100N(2)327K[解析](1)活塞从a到b过程中,气体做等温变化,初态p1=1.0×105Pa,V1=S·11ab末态压强为p2,V2=S·10ab根据玻意耳定律得p1V1=p2V2解得p2=1.1×105Pa外力增加到F=200N时,对活塞根据平衡条件有F+p1S=p2S+FN解得卡销b对活塞支持力的大小FN=100N(2)将汽缸内气体加热使气体温度缓慢升高,到活塞刚好能离开卡销b时,气体做等容变化,初态:p2=1.1×105Pa,T2=300K末态:设压强为p3,温度为T3对活塞根据平衡条件有p3S=F+p1S解得p3=1.2×105Pa根据查理定律得p2T解得T3≈327K题型3例6BD[解析]选择窑炉中的封闭气体为研究对象,且视为理想气体,在排气阀开启前,体积不变,气体压强随温度升高而增大,根据查理定理有p0T0=p1T1,解得p1=p0T0T1=447+27327+273p0=2.4p0<2.5p0,判断出阀门还未开启,C选项错误,D选项正确;温度升高时,气体分子热运动的平均动能增大,但不是每个气体分子动能都变大,A选项错误;例7AD[解析]1→2为绝热过程,则Q=0,由于气体体积减小,则外界对气体做功,即W>0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知ΔU>0,即气体内能增加,故A正确;2→3为等压过程,气体体积增大,根据盖-吕萨克定律可知,气体温度升高,则气体内能增大,即ΔU>0,由于气体体积增大,则气体对外界做功,即W<0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知Q>0,即气体从外界吸热,故B错误;3→4为绝热过程,则Q=0,由于气体体积增大,则气体对外界做功,即W<0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知ΔU<0,即气体内能减小,故C错误;4→1为等容过程,压强减小,根据查理定律可知,气体温度降低,则气体内能减小,即ΔU<0,由于体积不变,则W=0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知Q<0,即气体向外放热,故D正确.例8(1)21.5m(2)从外界吸热[解析](1)设水面下某深度处的鱼泡内气体压强为p1,鱼泡半径为r1,热力学温度为T1,水面处鱼泡内气体压强为p2,鱼泡半径为r2,热力学温度为T2鱼泡内气体的体积V=43πr根据理想气体状态方程,有p1V其中p2=p0,p1=p0+ρgh联立解得h=21.5m(2)根据热力学第一定律可得ΔU=W+Q由于鱼泡内气体温度升高,故ΔU>0鱼泡内气体对外做功,W<0所以,Q>0,故鱼泡在上升的过程中,是从外界吸热【迁移拓展】1.D[解析]从a到b,气体温度升高,压强增大,但是气体的体积也变化,所以压强的增大不只是由温度的升高引起的,故A错误;从b到c,气体压强不变,温度升高,气体内能增大,体积增大,气体对外做功,根据热力学第一定律可知,气体吸收热量,故B错误;从c到d,气体温度不变,压强减小,体积增大,内能不变,气体对外做功,根据热力学第一定律可知,气体吸收热量,故C错误;从d到a,气体体积不变,压强减小,温度降低,根据热力学第一定律可知,气体减少的内能等于气体对外界放出的热量,故D正确.2.AC[解析]由理想气体状态方程pVT=C,化简可得V=Cp·T,V-T图线中,各点与原点连线的斜率的倒数表示气体的压强,则图线的斜率越大,压强越小,故pa<pb=pc,bc过程为等压变化,气体体积减小,外界对气体做功,故A正确;由A选项可知,ca过程气体压强减小,故B错误;ab过程为等温变化,故气体内能不变,即ΔU=0,气体体积减小,外界对气体做功,故W>0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,解得Q<0,故ab过程气体放出热量,故C正确;ca过程,气体温度升高,内能增大,故D3.(1)65T0(2)15h(p0S+mg)+1[解析](1)容器内气体进行等压变化,则由盖-吕萨克定律得V0T即hST0解得T1=65T(2)此过程中容器内气体内能增加量ΔU=C(T1-T0)容器内气体压强p=p0+mg气体体积增大,则气体对外做功,W=-pS·15根据热力学第一定律得ΔU=W+Q联立解得Q=15h(p0S+mg)+15第12讲热学题型1例1AC[解析]温度越高,分子热运动越激烈,对PM2.5微粒的撞击不平衡越明显,PM2.5的运动越激烈,故A、C正确;PM2.5的运动是布朗运动,不是分子热运动,故B错误;减少工业污染的排放可减少PM2.5的排放,进而减少“雾霾”天气的出现,故D错误.例2D[解析]密闭容器中的氢气质量不变,分子个数不变,根据n=N0V,可知当体积增大时,单位体积内分子个数变少,分子的密集程度变小,故A错误;气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁持续的、无规则的撞击,压强增大并不是因为分子间斥力增大,故B错误;普通气体在温度不太低,压强不太大的情况下才能看作理想气体,故C错误;温度是气体分子平均动能的标志,大量气体分子的速率呈现“中间多,两边少”的规律,温度变化时,大量分子的平均速率会变化,即分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化,故D【迁移拓展】1.ACD[解析]液体在玻璃管中上升,说明该液体能够浸润玻璃,故A正确;玻璃为非晶体,熔化再凝固仍为非晶体,熔化后液体的表面张力使玻璃管断口变钝,故B错误;液体表面张力形成的原因是液体表面层的分子间距离大于液体内部分子间的距离,故C正确;图丁中温度越高,各速率区间的分子数占总分子数的百分比的最大值向速度大的方向迁移,可知T1<T2,D正确.2.C[解析]分子间距离大于r0,分子间表现为引力,分子从无限远靠近到距离r0处过程中,分子间作用力做正功,分子势能减小,且在r0处分子势能最小,继续减小距离,分子间表现为斥力,分子间作用力做负功,分子势能增大,故选C.3.B[解析]设空气的摩尔质量为M,在海底和岸上的密度分别为ρ海和ρ岸,一次吸入空气的体积为V,在海底和在岸上分别吸入的空气分子个数为n海和n岸,则有n海=ρ海VNAM,n岸=ρ岸VNAM,多吸入的空气分子个数为Δn=n海-n岸,代入数据得题型2例3ACD[解析]罐内气体做等压变化,由盖-吕萨克定律得V1T1=V2T2,当罐内气体温度升高时,气体体积增大,吸管内液滴向右移动,则吸管上温度刻度值左小右大,由V=Sl,当易拉罐不变,温度变化相同时,体积变化相同,吸管越细,液滴移动距离越大,装置越灵敏,故A正确;当液滴向右移动时,气体的体积增大,环境温度升高,故B错误;当液滴向左移动时,气体的体积减小,环境温度降低,则易拉罐内气体内能减少,故C正确;液滴向右移动过程中,气体的体积增大,环境温度升高,例4B[解析]根据pVT=C,可得p=CVT,从a到b,气体压强不变,温度升高,则体积变大,C、D错误;从b到c,气体压强减小,A错误,B例5C[解析]由V-T图像可知,理想气体在ab过程做等压变化,在bc过程做等温变化,在cd过程做等容变化.根据理想气体状态方程,有pVT=C,可知bc过程理想气体的体积增大,则压强减小,故选C【迁移拓展】1.B[解析]设玻璃管两侧水银面的高度差是h,大气压强为p0,则封闭气体压强为p=ph+p0,在管子的D处钻一小孔,h变小,封闭气体的压强变小,气体温度不变,由玻意耳定律可知,封闭气体体积变大.故选B.2.A[解析]设物体与水平面之间的弹力恰好为零时,绳的拉力为F,由力的平衡条件得p0S=p2S+F,对物体有F=mg,解得p2=1×105Pa,缸内气体做等容变化,根据查理定律有p1T1=p2T2,其中p1=p0,T1=T0=303K,解得T2=3003.(1)2.0×105Pa(2)2.0m3[解析](1)气体从状态D到状态A的过程发生等容变化,根据查理定律有pDT解得pD=2.0×105Pa(2)气体从状态C到状态D的过程发生等温变化,根据玻意耳定律有pCV2=pDV1解得V2=2.0m3气体从状态B到状态C发生等容变化,因此气体在状态B的体积也为V2=2.0m34.(1)100N(2)327K[解析](1)活塞从a到b过程中,气体做等温变化,初态p1=1.0×105Pa,V1=S·11ab末态压强为p2,V2=S·10ab根据玻意耳定律得p1V1=p2V2解得p2=1.1×105Pa外力增加到F=200N时,对活塞根据平衡条件有F+p1S=p2S+FN解得卡销b对活塞支持力的大小FN=100N(2)将汽缸内气体加热使气体温度缓慢升高,到活塞刚好能离开卡销b时,气体做等容变化,初态:p2=1.1×105Pa,T2=300K末态:设压强为p3,温度为T3对活塞根据平衡条件有p3S=F+p1S解得p3=1.2×105Pa根据查理定律得p2T解得T3≈327K题型3例6BD[解析]选择窑炉中的封闭气体为研究对象,且视为理想气体,在排气阀开启前,体积不变,气体压强随温度升高而增大,根据查理定理有p0T0=p1T1,解得p1=p0T0T1=447+27327+273p0=2.4p0<2.5p0,判断出阀门还未开启,C选项错误,D选项正确;温度升高时,气体分子热运动的平均动能增大,但不是每个气体分子动能都变大,A选项错误;例7AD[解析]1→2为绝热过程,则Q=0,由于气体体积减小,则外界对气体做功,即W>0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知ΔU>0,即气体内能增加,故A正确;2→3为等压过程,气体体积增大,根据盖-吕萨克定律可知,气体温度升高,则气体内能增大,即ΔU>0,由于气体体积增大,则气体对外界做功,即W<0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知Q>0,即气体从外界吸热,故B错误;3→4为绝热过程,则Q=0,由于气体体积增大,则气体对外界做功,即W<0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知ΔU<0,即气体内能减小,故C错误;4→1为等容过程,压强减小,根据查理定律可知,气体温度降低,则气体内能减小,即ΔU<0,由于体积不变,则W=0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知Q<0,即气体向外放热,故D正确.例8(1)21.5m(2)从外界吸热[解析](1)设水面下某深度处的鱼泡内气体压强为p1,鱼泡半径为r1,热力学温度为T1,水面处鱼泡内气体压强为p2,鱼泡半径为r2,热力学温度为T2鱼泡内气体的体积V=43πr根据理想气体状态方程,有p1V其中p2=p0,p1=p0+ρgh联立解得h=21.5m(2)根据热力学第一定律可得ΔU=W+Q由于鱼泡内气体温度升高,故ΔU>0鱼泡内气体对外做功,W<0所以,Q>0,故鱼泡在上升的过程中,是从外界吸热【迁移拓展】1.D[解析]从a到b,气体温度升高,压强增大,但是气体的体积也变化,所以压强的增大不只是由温度的升高引起的,故A错误;从b到c,气体压强不变,温度升高,气体内能增大,体积增大,气体对外做功,根据热力学第一定律可知,气体吸收热量,故B错误;从c到d,气体温度不变,压强减小,体积增大,内能不变,气体对外做功,根据热力学第一定律可知,气体吸收热量,故C错误;从d到a,气体体积不变,压强减小,温度降低,根据热力学第一定律可知,气体减少的内能等于气体对外界放出的热量,故D正确.2.AC[解析]由理想气体状态方程pVT=C,化简可得V=Cp·T,V-T图线中,各点与原点连线的斜率的倒数表示气体的压强,则图线的斜率越大,压强越小,故pa<pb=pc,bc过程为等压变化,气体体积减小,外界对气体做功,故A正确;由A选项可知,ca过程气体压强减小,故B错误;ab过程为等温变化,故气体内能不变,即ΔU=0,气体体积减小,外界对气体做功,故W>0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,解得Q<0,故ab过程气体放出热量,故C正确;ca过程,气体温度升高,内能增大,故D3.(1)65T0(2)15h(p0S+mg)+1[解析](1)容器内气体进行等压变化,则由盖-吕萨克定律得V0T即hST0解得T1=65T(2)此过程中容器内气体内能增加量ΔU=C(T1-T0)容器内气体压强p=p0+mg气体体积增大,则气体对外做功,W=-pS·15根据热力学第一定律得ΔU=W+Q联立解得Q=15h(p0S+mg)+15第13讲原子物理【网络构建】【关键能力】紧扣课本,加强对相关概念和规律的理解和记忆.重点掌握原子核式结构的建立过程、原子能级跃迁、核反应、半衰期与质量亏损;也要加强原子物理涉及的物理学史和物理学方法.对结合能和比结合能的理解、半衰期、核能的相关计算是近些年的热点问题.题型1原子结构能级跃迁1.汤姆孙发现电子之后,提出的原子模型被称为“西瓜模型”或“枣糕模型”.2.卢瑟福根据α粒子散射实验的结果提出原子核式结构模型.3.解决氢原子能级跃迁问题的三点技巧(1)原子跃迁时,所吸收或辐射的光子能量只能等于两能级的能量差.(2)原子从某一能级电离时,所吸收的能量可以大于或等于这一能级能量的绝对值,剩余能量为自由电子的动能.(3)一个氢原子跃迁发出的可能光谱线条数最多为(n-1),而一群氢原子跃迁发出的可能光谱线条数可用N=Cn2=n例1α粒子散射实验被评为世界十大经典物理实验之一,此实验开创了原子结构研究的先河,为建立现代原子核理论打下了基础,关于α粒子散射实验,下列说法正确的是 ()A.汤姆孙的α粒子散射实验,证明了原子核是可以再分的B.该实验的数据否定了卢瑟福的“西瓜模型”,并估算了原子的大小C.该实验表明原子中心有一个极大的核,它占有原子体积的极大部分D.在其他条件相同情况下,只改变金箔的厚度,对实验结果会有影响例2[2024·安徽卷]大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置,其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征.图为氢原子的能级示意图,已知紫外光的光子能量大于3.11eV,当大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,辐射不同频率的紫外光有 ()A.1种 B.2种C.3种 D.4种【迁移拓展】1.某研究小组在实验室做α粒子散射实验,实验装置如图所示.有关该实验现象的相关认识中正确的是 ()A.a处观测到的α粒子穿过金箔后按原方向运动,说明这些α粒子更接近金原子核B.c处观测到的α粒子发生大角度偏转是因为受到金原子核的斥力作用C.d处观测到的α粒子是因为α粒子跟电子相碰D.d处观测到的α粒子发生大角度偏转几乎被弹回,说明金原子内部是实心的2.[2023·山东卷]“梦天号”实验舱携带世界首套可相互对比的冷原子钟组发射升空,对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义.如图所示为某原子钟工作的四能级体系,原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ,然后自发辐射频率为ν1的光子,跃迁到钟跃迁的上能级2,并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1,实现受激辐射,发出钟激光,最后辐射出频率为ν3的光子回到基态.该原子钟产生的钟激光的频率ν2为 ()A.ν0+ν1+ν3 B.ν0+ν1-ν3C.ν0-ν1+ν3 D.ν0-ν1-ν33.氢原子能级示意图如图所示.现有大量氢原子处于n=3能级上,下列说法正确的是 ()A.这些原子跃迁过程中最大可辐射出2种频率的光子B.从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低C.从n=3能级跃迁到n=4能级需要吸收0.66eV的能量D.n=3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量题型2原子核核反应1.核衰变问题(1)核衰变规律:m=12tTm0,N=1(2)α衰变和β衰变次数的确定方法①方法一:由于β衰变不改变质量数,故可以先由质量数改变确定α衰变的次数,再根据电荷数守恒确定β衰变的次数.②方法二:设α衰变次数为x,β衰变次数为y,根据质量数守恒和电荷数守恒列方程组求解.2.核能的计算方法(1)根据ΔE=Δmc2计算时,Δm的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,ΔE的单位是“J”.(2)根据ΔE=Δm×931.5MeV计算时,Δm的单位是“u”,ΔE的单位是“MeV”.(3)根据核子比结合能来计算核能:原子核的结合能=核子比结合能×核子数.例3[2024·山东卷]2024年是中国航天大年,神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天,部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池.已知

3890Sr衰变为

3990Y的半衰期约为29年;94238Pu衰变为

92234U的半衰期约87年.现用相同数目的A.

3890Sr衰变为B.

94238Pu衰变为C.50年后,剩余的

3890Sr数目大于D.87年后,剩余的

3890Sr数目小于【技法点拨】本题考查原子核的衰变,衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒,衰变后的原子核更稳定、比结合能更大,放射性元素的半衰期与外部环境和化学状态无关.例4[2024·河北卷]锂是新能源汽车、储能和信息通信等新兴产业的关键材料.研究表明,锂元素主要来自宇宙线高能粒子与星际物质的原子核产生的散裂反应,其中一种核反应方程为

612C+11H→

37Li+A.

01B.

-C.

10D.

2例5[2023·湖南卷]2023年4月13日,中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录,实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步,下列关于核反应的说法正确的是 ()A.相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能更多B.氘氚核聚变的核反应方程为

12H+13H→C.核聚变的核反应燃料主要是铀235D.核聚变反应过程中没有质量亏损【技法点拨】本题考查核聚变,参与聚变过程的原子核其核子数较少,但核能释放较多,利用爱因斯坦质能方程计算核能或者质量亏损时要注意质量单位和能量单位的换算方法.【迁移拓展】1.[2024·全国甲卷]氘核可通过一系列聚变反应释放能量,总的反应效果可用612H→224He+x01n+y11p+43.15MeV表示,式中A.x=1,y=2 B.x=1,y=3C.x=2,y=2 D.x=3,y=12.[2024·北京卷]已知钍234的半衰期是24天.1g钍234经过48天后,剩余钍234的质量为 ()A.0g B.0.25gC.0.5g D.0.75g3.[2024·江西九江模拟]对于质量为m0的放射性元素p,经过时间t后剩余p的质量为m,其图线如图所示,从图