2024年高考物理二轮复习讲义：第6 振动与波、光学、执掌、原子物理

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

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，可以综

合考查对波的理解能力、推理能力和空间想象能力.

高考对光学部分的考查主要有：①光的折射现象，全反射；②光

的干涉、衍射和偏振现象；③平面镜成像的作图方法；④双缝干涉实

验测定光的波长；⑤光电效应现象.

要点归纳

—\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aVIO。时，单摆的振动可看做简谐运动，

其振动周期

(2)应用：①计时器；②测定重力加速度g,8=券.

二、振动图象与波动图象的区别与联系

振动图象波动图象

当

图象

研究对象一个质点所有质点

横轴上各点表示各个横轴上各点表示质点

时刻，图象表示一个的平衡位置，图象表

物理意义

质点各个时刻的位移示某一时刻各个质点

情况的位移情况

图象形成的物理相当于顺序“扫描”相当一次“拍照”的

过程的结果结果

直接得出振幅、周期直接得出振幅、波长

据波速、波长和频率

可以算出频率(周期)的关系求其中

所能提供的信息一个量

可以判断出位移、加

振动方向和传播方向

速度、回复力间的变

的关系

化关系

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

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sin计算.

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〃=已=与等知

识，就能准确而迅速地判断有关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.光的干涉

(1)干涉条件：两束光的频率相同，并有稳定的相位差.

(2)双缝干涉：两列光波到达某点的路程差为波K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)的间距以=，.

(3)薄膜干涉：从薄膜前后表面反射的两列波叠加产生的干涉.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.

光的衍射条纹和干涉条纹不同.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，才会发生光电效应.在入射光的频率大于金属的极限频

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：2=6一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Av（v为光子的频率），每一份叫做一个光子.

4.光的波粒二象性：光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，

光电效应表明光具有粒子性，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，波长为物体的动量）.

热点、重点、难点

一、简谐运动的动力学问题

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A、B

两点之间做简谐运动.当振子经过最大位移处（5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较（）

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D.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

5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（即最大速度）变小.综上可

知，选项A、C、D正确.

［答案］ACD

【点评】解决本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振动中的位移工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、简谐运动的图象、波的图象

•初2一歹崎谪播菠以1m/s-的速度沿绳子由A向8传播，质

点A、B间的水平距离为3m,如图6—2甲所示.若，=0时质点A

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3点

的振动图象为图6-2丙中的()

图6—2

【解析】由题意知，2=o・T=4m

33

故/AB=/,经过，=/=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B点的振动图象为B.

［答案］B

【点评】本例虽然只要求6的振动图象，但解析过程必须弄清楚

波的传播过程，可画出f=3s时刻以及，=3s+Af时刻AB方向波

的图象图6—2丁所示.

图6—2T

・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，下列说法中正确的是

()

图6—3

A.质点b、c、d、。始终静止不动

B.质点协d始终静止不动

C.质点。、c、e始终静止不动

D.质点a、c、e以振幅2A做简谐运动

【解析】由波的叠加原理可知，图示时刻质点。、。、c、d、e的

位移都为零,其中两列波在a、c、e上引起的振动方向相同，在从d

两点引起的振动方向总是相反，故从d始终静止不动，〃、c、e以振

幅2A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，干涉加强；引起的振动“步调”相反时，干涉减弱，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：干涉图样不是固定不动的，加强的点在做更大振幅的振动.

H.…平面镜成像问题

•例4某物体左右两侧各有一竖直放置的平面镜，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1］()

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.

Si"S2SimvS25/

_______；▲72；」>1个个_________

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.

四、光的折射与全反射

尼学落拓是由•送加介庙制成的，当光线从空气照射到这些透明体

的表面时，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人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〃)

【解析】如图所示，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△AS'。中，tana=

hr

A0

在△ASO中，tany=~^~

tany

因为a、y很小，所以sina~tana,sin尸tany

zI,Sinyh

得S：h=-h=~.

sinan

［答案］三

【点评】本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——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A点恰能看到桶底边缘上

的5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A8方向看去，恰能看到桶底上的C点，且8C的距离是桶底

直径的四分之一(A、B、。三点在同一竖直平面内，且在同一条

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v分别为(已知真空中的光速C=3X1O8m/s)()

图6—5甲

A.1,6、1.9X108m/sB.2.0>1.6X108

C.2.2、2.2X108m/sD.1.6>1.6X108

【解析】当油的深度为桶高的一半时，眼睛看见C点的光路图

如图6-5乙所示，可得：

图6—5乙

又因为n=^

可得v=1.9XIO8m/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个表面上，经两次折

射后从玻璃板另一个表面射出，出射光线相对于入射光线侧移了一段

距离.在下列情况下，出射光线侧移距离最大的是［2008年高考•全国

理综卷H］()

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】如图所示，由题意可知，ON为偏移距离Ar,有：

Ax=-sin(i—r)

cosrv7

sini

n=~

sinr

若为同一单色光，即〃值相同.当i增大时，〃也增大，但，•比r

增大得快，sin(/-r)>0且增大，-^->0且增大，故A、C选项错误.

若入射角相同，贝I」：

.,.COSi、

Ar=dsinzV(1I—/..)

yjn9—sim9

即当〃增大，■也增大，故选项B错误、D正确.

［答案］D

【点评】①某束单色光照到介质表面，当入射像增大时，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H,

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.液体的折射率为观

B.液体的折射率为早

C.整个水池表面都有光射出

D.液体表面亮斑的面积为兀H2

【解析】由题意知，+r=180。-105。=75。

r=75°-30°=45°

故折射率〃=需=也

I

该液体的临界角C=arcsin：=45。

可得液体表面亮斑的半径如图6—6乙所示，r=H

故亮斑面积为：

S=TtI-l2.

［答案］AD

逢评】利用反射定律、折射定律和几何知识，解出折射角是解

本题的关键.

•五、…壬涉工…衍射与偏振

1.羊田片衍翦宿山食

光的干涉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：光的干涉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.

光的干涉现象和衍射现象在屏上出现的都是明暗相间的条纹，但

双缝干涉时条纹间隔均匀，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，下列说法正确的是（）

A.薄膜上的干涉条纹是竖直的

B.薄膜上的干涉条纹是水平的

C.用蓝光照射薄膜所产生的干涉条纹的间距比用红光照射时的

小

D.干涉条纹是由于光线在薄膜前后两表面反射形成的两列光波

叠加的结果

【解析】光从肥皂膜的前后表面反射形成相干光，其路程差与薄

膜厚度有关；在重力作用下，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，干涉条纹应是水平的.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涉条

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】本题主要考查的是薄膜干涉形成的原因，以及干涉条纹

与入射光波长之间的关系.

六、光电效应的规律与应用

•15010如囱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］

【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，热学部分多以选择题的形式出现，试题难

度属于容易或中等.命题热点集中在下列两个方面.

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.凡是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，布朗运动越激烈;

(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.由分子间相对位置决定的势能叫分壬势能.分子力做正功时

分子势能减小;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：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『=为（即分子处于平衡位置）时，分子

势能最小二不论〃从厂0开始增大还是减小，分子势能都将增大一固体

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W加上物体从外界吸收的热量。等于物体

内能的增加量AU,即AU=Q+W,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（气体被压缩州寸W取正，物体克服外力

做功（气体膨胀）时W取负；当物体从外界吸热时。取正，物体向外

界放热时。取负；AU为正表示物体的内能增加，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，全部用来做功，而不引起其他变化的热机

称为第二类永动机.这表明机械能和内能的转化过程具有方向性一

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

的宏观过程都具有方向性.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T,单位：K（开

尔文）；摄氏温度是导出量，符号是3单位：℃（摄氏度）.

两种温度间的关系可以表示为：T=（z+273.15）K和AT=2,

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，但永远不能达到.

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：首先要熟练掌握微观量与宏

观量之间的联系，如：分子的质量饷=#、摩尔体积丫=鸟、分子占

/VAP

的体积丫0=察、分子的个数汽=等，式中NA、m、八M、卷分

0VA/WrM

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假如全世界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NA取6X1023mol）［2008年高考・北京理综卷］（）

A.10年B.1千年C.1（）万年D.1千万年

【解析】1g水的分子数N=±XNA=3.3X1022,则完成任务所

1O

N

需时间'=60X108X5000X365X24年=I*I8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,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

守恒定雇、…热另学•定雇

•例3・居一良基的气体，下列说法正确的是［2008年高考.全国

理综卷H］()

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

女檄加席族君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，气体的压强就越大.从宏观角度看，气体的压强跟温度和体

积有关.

・例4下列说法正确的是［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

＞卢瑟福原子核式结构模型——＞核式结构＜——a粒子散射实验

原

子

结玻尔原了•理论能级结构跃迁:hv=AE

构

》氯原子的电子云

近「Ha衰变，B衰变修

代a射线，B射线♦射线

物―＞天然放射现象一衰变一

理口规律:半衰期

初

步

卢瑟福发现质子：I；N+；HC8+；H

»原子核的人工转变一

查德威克发现中子::Be+lHeT►乳+/

原

」子

核

原子核的组成:质子（旧）和中子伽）一同位索:利用射线、示踪原子

》核能一＞质量亏损质能方程:E=mc2,A£=A/TIC2

核能的释放

考点预测

近代物理部分相对独立，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”、“双电荷交换反应”、俄歇效应、原子内层空位产生

的内转换机制、口氢原子等.在训练学生读题时，要引导他们尽力将

新情境中的问题与己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I日

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,

考查内容体现时代气息，用新名词包装的试题增加.试题越来越重视

知识的联系，体现学科的综合性.

要点归纳

一、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丕辐射电磁波，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能量差值决定hv=En-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

l.jx衰变与。衰变方程

（X衰变：:Xf/Y+；He

。衰变：-f4Y+

2.a和P衰变次数的确定方法

先由质量数确定a衰变的次数，再由核电荷数守恒确定p衰变的

次数.

3.半衰期（7）：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：N=No（苛.

6.三种射线

射线a射线0射线Y射线

物质微氧核2He电子枭光子y

粒

带电情

带正电（2e）带负电（一6）不带电

况

约为上

速度接近CC

贯穿本小（空气中飞行几中（穿透几毫米厚大（穿透几厘米厚

领厘米）的铝板）的铅板）

电离作

强次弱

用

四、核能

1.爱因斯坦质能方程：E=mc1.

2.核能的计算

（1）若△加以千克为单位，贝！

A£=A/nc2.

（2）若△加以原子的质量单位u为单位，则：

AE=AmX931.5MeV.

3.核能的获取途径

（1）重核裂变：例如au+7f噜Xe+；；Sr+10：n

（2）轻核聚变：例如：H+：Hf；He+电

聚变的条件：物质应达到超高温（几舌万度以上）状态，故聚变反

应亦称热核反应.

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,下列说法错•误•的是（）

nE/eV

80

4------------------0.85

3------------------1.51

2------------------3.4

1--------------------13.6

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E23.lleV,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EW1.51eV,所以发出光子能量小于可见光的光子能

量.由七=如知，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),12.75

eV(4->l),1.89eV(3f2),12.09eV(3->l),10.2eV(2-1),所以只有3f2

和4-2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〃(〃22)向低能级跃迁时可能辐射的光子

频率的种类为里声.

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leV=1.6X10-19J.

二、考查衰变、裂变、聚变以及人工转变概念

・例2现有三个核反应：

①％Naf：；Mg+;②％U+：n'^Ba+募Kr+;③:H+

:Hf；He+.

完成上述核反应方程，并判断下列说法正确的是()

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0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)③)C

【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所有核反应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、核能和质量亏损

•椀3窠M孽家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的

两个核反应方程为

；H+［Cf号N+Q；H+*f乳+X+Q

方程中Q、Q表示释放的能量，相关的原子核质量见下表:

原子

：H2He:He黑"N

核

1.0073.0164.00212.00013.00515.000

质量/u

806071

下列判断正确的是［2009年高考•重庆理综卷］（）

A.X是：He,Q1>Q\

B.X是：He,Q2>Q\

C.X是;He,Q<Q

D.X是；He,Q1<Q\

【解析】‘核反应方程：：H+黑一*中的质量亏损为：

△阳=1.0078u+12.0000U-13.0057u=0.0021u

根据电荷数守恒、质量数守恒可知：

；H+*f］c+；He

其质量亏损为:Am2=1.0078u+15.0001u-12.0000u-4.0026u

=0.0053u

根据爱因斯坦质能方程得：2i=Awe2,Q=△侬/

故QVQ.

［答案］B

【点评】要注意u为质量单位，并不是能量单位，其中1u=

1.6606><10-27kg/uc2=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・社会涧题（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一介子的衰变方程为ICf兀一+兀。，其中IC介子和兀一

介子所带电荷量为元电荷e,兀。介子不带电.如图6—11所示，两匀

强磁场方向相同，以虚线MN为理想边界，磁感应强度分别为办、

外.今有一个K一介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场⑤中，其轨

迹为圆弧AP,P在MN上,KT在P点时的速度为c,方向与垂

直.在P点该介子发生了上述衰变，衰变后产生的兀一介子沿速度。

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

是（）

图6~11

A.冗一介子的运行轨迹为尸ENCMOP

B.兀一介子运行一周回到P用的时间丁二铛

C.81=4&

D.兀。介子做匀速直线运动

【解析】由题意可知，IC介子衰变为兀—介子和兀。介子后，兀一介

子沿速度。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P0MCNEP,则选项A错误；设兀一介子在

左右两侧磁场中做匀速圆周运动的半径分别为R和&,运动周期分

别为Ti和72,由图可知：宗=］,又Ri=笠~、区2=蒜~,则81=252,

A22et）\CD2

即选项C错误；而5=黑，/=贫，则九一介子运行一周回到P所

CD2

用的时间T=y+y+y=5+与=贽，即选项B正确；兀。介子由

zzzzet）2

于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】本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

决本题的关键在于：先利用左手定则判断兀一介子的运行轨迹，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，都是热核聚变反应，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加入少量

氢的同位素笊和晁，使其在一定条件下发生聚变反应，反应过程中会

产生巨大的能量.核聚变的主要原料是笊和筑，在海水中含量极其丰

富.则下列说法中错•误•的是（）

以超导托卡马克聚变堆为基础的未来聚变能电站

图6—12

A.“人造太阳”的核反应方程是;H+：Hf

B.“人造太阳”的核反应方程是2氯j+》f：：Ba+作r+3；n

C.“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是

D.与这种热核聚变比较，核裂变反应堆产生的废物具有放射性

【解析】“人造太阳”中的核反应为轻核的聚变，故A正确、B

错误.核反应释放的能量都遵循质能方程C正确.聚变

方程产生的;He不具有放射性，而裂变反应产生的废物会衰变放出a

或p射线，D正确.

［答案］B

经典考题

本专题中的四部分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，通过归类和比较，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，总结出下列内容,

其中不氐睡的是［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涉和衍射现象

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.干涉和衍射是波的特性，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

正确答案应为D.

［答案］D

2.科学家发现在月球上含有丰富的;He(氮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应的方程式为;He+

；He-2；H+；He.关于;He聚变，下列表述正确的是［2009年高考•广东

物理卷］()

A.聚变反应不会释放能量

B.聚变反应产生了新的原子核

C.聚变反应没有质量亏损

D.目前核电站都采用洱c聚变反应发电

【解析】聚变反应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

的裂变反应.因此B正确.

［答案］B

【点评】同质量的核燃料聚变反应放出的能量远远超过裂变反应,

而且聚变反应的产物往往无放射性.但由于聚变反应需要几百万摄氏

度以上的高温以及难以控制反应速度，故目前还没能用于发电.

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图所示，大量氢原子从〃=4的能级向

"=2的能级跃迁时辐射出可见光a,从〃=3的能级向〃=2的能级

跃迁时辐射出可见光乩则［2009年高考・四川理综卷］()

nE^/eV

2---------------------3.4

1-13.6

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〃=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，〃光较b光的速度小

D.氢原子在n=2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离

【解析】y射线的产生机理是原子核受激发，是原子核变化才产

生的，A错误；根据跃迁规律可知高能级向低能级跃迁时辐射光子的

能量等于这两个能级差，从〃=4的能级向〃=3的能级跃迁时会辐射

出的光子能量小于。光子的能量，不可能为紫外线，B错误；根据跃

迁规律可知从〃=4的能级向〃=2的能级跃迁时辐射光子的能量大于

从〃=3的能级向〃=2的能级跃迁时辐射光子的能量，则可见光a的

光子能量大于b的，又根据光子能量E=hv可得a光子的频率大于b

的，则。的折射率大于b的，又。=与可得在水中传播时，a光较b

光的速度小，C正确；欲使在〃=2的能级处的氢原子发生电离，则

吸收的能量一定不小于3.4eV,D错误.

［答案］C

5.一列简谐横波在某一时刻的波形图如图甲所示，图中P、Q

两质点的横坐标分别为x=1.5m和x=4.5m.P点的振动图象如图乙

所示.

在下列四幅图中，。点的振动图象可能是［2009年高考•全国理综

卷口()

【解析】本题考查波的传播.该波的波长为4m,P、Q两质点

间的距离为3m.若波沿x轴正方向传播，当P在平衡位置向上振动

时，Q点此时应处于波峰，B正确；若波沿工轴负方向传播，尸点处

于向上振动时，。点应处于波谷，C正确.

［答案］BC

【点评】高考对波的图象考查时要求较高，难度大，需要准确作

图以帮助分析各点的振动情况.

6.在桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆

锥的轴(图甲中虚线)与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图

甲所示.有一半径为〃的圆柱形的平行光束垂直入射到圆锥的底面上,

光束的中心轴与圆锥的轴重合.已知玻璃的折射率为1.5,则光束在

桌面上形成的光斑半径为［2007年高考•全国理综卷I］()

A.rB.1.5rC.2rD.2.5r

17

【解析】光从玻璃射向空气的临界角8=arcsin-=arcsiny而

入射角i>。，将发生全反射，光路图如图乙所示.日几何关系得03

=r-tan600<ot30°—r=2r.

［答案］C

能力演练

一、选择题（10X4分）

L目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，

这些岩石都不同程度地含有放射性元素.下列有关放射性知识的说法

中，正确的是（）

A.衰变成^Pb要经过6次p衰变和8次a衰变

B.氢的半衰期为3.8天，若有4个氯原子核，则经过3.8天后

就一定只剩下2个氢原子核

C.放射性元素发生。