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滚动综合练(三)机械振动和机械波光学热学和近代物理1.下列说法正确的是(D)A.扩散现象和布朗运动都是分子的无规则热运动B.分子间的作用力总是随分子间距增大而增大C.一定质量的气体膨胀对外做功,气体的内能一定增加D.在绕地球运行的“天宫二号”中飘浮的水滴几乎呈球形,这是表面张力作用使其表面具有收缩趋势而引起的结果解析:扩散现象是分子的无规则热运动,布朗运动是固体微小颗粒的无规则运动,不是分子的无规则热运动,故A错误。分子间的作用力表现为斥力时,随分子间距增大而减小;分子间的作用力表现为引力时,随分子间距增大先增大后减小,故B错误。一定质量的气体膨胀对外做功,由于不清楚热传递情况,故无法判断气体的内能变化,故C错误。在绕地球运行的“天宫二号”中飘浮的水滴几乎呈球形,这是表面张力作用使其表面具有收缩趋势而引起的结果,故D正确。2.如图,用隔板将一绝热汽缸分成两部分,隔板左侧充有理想气体,隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开,气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后,缓慢推压活塞,将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法不正确的是(C)A.气体自发扩散前后内能相同B.气体在被压缩的过程中内能增大C.在自发扩散过程中,气体对外界做功D.气体在被压缩的过程中,外界对气体做功解析:气体自由膨胀,不对外做功,又是绝热汽缸,没有热传递,故内能不变,A正确,不符合题意,C错误,符合题意;气体被压缩的过程,外界对气体做功,又没有热传递,故气体内能增大,B、D正确,不符合题意。3.一定质量的理想气体由状态a变为状态c,其过程如p-V图中a→c直线段所示,状态b对应该线段的中点。下列说法正确的是(B)A.a→b是等温过程B.a→b过程中气体吸热C.a→c过程中状态b的温度最低D.a→c过程中外界对气体做正功解析:根据理想气体的状态方程eq\f(pV,T)=C可知,p-V图像的坐标值的乘积反映温度,a状态和c状态的坐标值的乘积相等,而中间状态的坐标值乘积更大,故a→c过程的温度先升高后降低,且状态b的温度最高,C错误;根据C选项分析可知a→b过程气体温度升高,内能增加,且体积增大,气体对外界做功,则W<0,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,a→b过程中气体吸热,A错误,B正确;a→c过程气体体积增大,外界对气体做负功,D错误。4.(多选)一定质量的理想气体从状态a开始,经历ab、bc、cd、da回到原状态,其p-T图像如图所示。下列判断正确的有(AD)A.气体在状态b的内能大于在状态c的内能B.气体从b到d的过程中,体积先增大后不变C.气体从c到d的过程中,吸收的热量大于内能的变化量D.气体从d到a的过程中气体对外界做的功,小于从b到c的过程中外界对气体做的功解析:理想气体忽略分子势能,所以理想气体的内能由温度决定,气体在状态b的温度大于在状态c的温度,所以气体在状态b的内能大于在状态c的内能,故A正确;由气体理想状态方程eq\f(pV,T)=C可知,b到c的过程中,p不变,T减小,V减小,又由题图知,cd的反向延长线过坐标原点,则从c到d的过程中,V不变,故B错误;由热力学第一定律ΔU=Q+W可知,从c到d的过程中,V不变,即W不变,T增大,即ΔU增大,故Q增大,则气体吸收的热量等于内能的变化量,故C错误;从d到a的过程中,气体做功W1=p1ΔV1,由盖-吕萨克定律可知eq\f(Vd,Td)=eq\f(Va,Ta),联立可得W1=p1Vdeq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Ta-Td)),Td),同理可得,从b到c过程W2=p2Vc·eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Tb-Tc)),Tc),从c到d的过程中,由查理定律可知eq\f(p1,Td)=eq\f(p2,Tc),联立可知W2>W1,故D正确。5.(多选)一列简谐横波沿x轴传播,图甲是t=0时刻的波形图,图乙为介质中某一质点的振动图像,则(AC)A.平衡位置位于x=4m的质点经过3s,通过的路程为0.6mB.平衡位置位于x=2m的质点经过3s,沿x轴移动了3mC.若该质点的平衡位置位于x=1m处,则波沿x轴正方向传播D.若该质点的平衡位置位于x=3m处,则波沿x轴正方向传播解析:波的周期T=4s,则3s=eq\f(3,4)T,则平衡位置位于x=4m的质点经过3s通过的路程为3A=0.6m,A正确;质点只能在自己平衡位置附近振动,而不随波迁移,B错误;因t=0时刻质点在平衡位置向上振动,则若该质点的平衡位置位于x=1m处,则由“同侧法”可知,波沿x轴正方向传播,C正确;因t=0时刻质点在平衡位置向上振动,则若该质点的平衡位置位于x=3m处,则波沿x轴负方向传播,D错误。6.(多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播,在x=5m处的质点的振动图像如图甲所示,在x=11m处的质点的振动图像如图乙所示,则以下说法正确的有(AB)A.该波的周期为12sB.该波的传播速度可能为2m/sC.该波的波长可能为8mD.在前3s内x=5m处的质点通过的路程小于x=11m处的质点通过的路程解析:波的周期与质点振动周期相等,根据振动图像可知,该波的周期为12s,A正确;由于波沿x轴正方向传播,根据振动图像可知,在t=0时刻,x=5m处的质点处于平衡位置向上振动,x=11m处的质点恰好位于波谷,根据同侧法可知,此时刻这两个质点间最简单的波形为四分之一个波长,则有nλ+eq\f(1,4)λ=11m-5m(n=0,1,2,3,…),解得λ=eq\f(24,4n+1)m(n=0,1,2,3,…),若波长等于8m,可解得n=eq\f(1,2),不符合要求,C错误;根据上述可知v=eq\f(λ,T)=eq\f(2,4n+1)m/s(n=0,1,2,3,…),当n=0时,解得波速为2m/s,B正确;由于eq\f(T,4)=3s,而t=0时刻,x=5m处的质点处于平衡位置,x=11m处的质点恰好位于波谷,可知,在前3s内,这两个质点通过的路程均为4cm,即在前3s内x=5m处的质点通过的路程等于x=11m处的质点通过的路程,D错误。7.如图,x轴上M、N为波源,先后起振分别沿x轴正向和负向激发甲、乙两列简谐横波,经过一段时间后甲、乙两列简谐波各自传播了1.5个波长,此时的波形线曲线如图所示,两波在该介质中的传播速度均为v=25cm/s。下列说法正确的是(D)A.甲波的周期为2.4sB.平衡位置在x=50cm处的质点振动始终加强C.若乙波单独传播,则遇到尺寸为10cm的障碍物不能发生明显的衍射现象D.从图示时刻起(不包含该时刻),再经过1s时间可出现质点在y轴的位移为24cm解析:根据题图可知甲的波长为50cm,结合波长、周期和波速的关系,知甲波的周期T甲=eq\f(λ甲,v)=eq\f(50,25)s=2s,A错误;根据题图可知乙的波长为60cm,则乙波的周期T乙=eq\f(λ乙,v)=eq\f(60,25)s=2.4s,两列波的周期不同,频率不同,所以不会产生干涉现象,所以没有始终处于振动加强的质点,B错误;乙的波长为60cm,根据发生明显衍射的条件可知,若乙波单独传播,则遇到尺寸为10cm的障碍物能发生明显的衍射现象,C错误;画出1s后的波形图如图所示,由图可知此刻可出现质点在y轴的位移为24cm,即为图中两个波峰相遇的质点,D正确。8.如图所示,在水平桌面上,固定激光器、双缝、光屏,双缝所在平面与光屏平行,一束激光打在双缝上,在光屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹。若其他装置固定不动,光屏匀速远离双缝,在远离过程中,光屏与双缝所在平面始终保持平行,则会观察到(B)A.条纹间距不变B.条纹间距随时间均匀增加C.条纹间距随时间均匀减小D.条纹间距先变大后变小解析:干涉条纹中相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距Δx=eq\f(l,d)λ,增大双缝到光屏的距离,即增大l,条纹间距变大。9.(多选)一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光,光路如图所示,比较内芯中的a、b两束光,下列说法正确的有(AB)A.用a照射某一金属能发生光电效应,则b也一定能B.垂直入射到同一单缝衍射装置,a光的衍射中央亮条纹宽度大于b光的C.在同一介质中的传播速度va<vbD.增加入射光的入射角,b光先消失解析:b光偏折程度较大,则b光频率较大,a光频率较小,用a照射某一金属能发生光电效应,则b也一定能,故A正确;a光频率较小,波长较长,垂直入射到同一单缝衍射装置,a光的衍射中央亮条纹宽度大于b光的,故B正确;在同一介质中,b光偏折程度较大,则b光的折射率较大,根据v=eq\f(c,n)得va>vb,故C错误;光从光疏介质入射到光密介质,增加入射光的入射角,不会发生全反射,b光不会消失,故D错误。10.对于以下的光学现象说法正确的是(C)A.图甲是双缝干涉示意图,若只增大两个狭缝S1、S2间的距离d,则相邻亮条纹间距离Δx将增大B.图乙是单色光单缝衍射实验现象,若在狭缝宽度相同情况下,上图对应光的波长较短C.图丙是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样,弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的D.图丁中的P、Q是偏振片,当P固定不动,缓慢转动Q时,光屏上的光亮度将一明一暗交替变化,此现象表明光波是纵波解析:根据Δx=eq\f(l,d)λ可知,只增大两缝距离d,相邻亮条纹间距离Δx将减小,A错误;由题图乙可知,上图的衍射现象比下图更明显,可知在狭缝宽度相同情况下,下图对应的光波长较短,B错误;由题图丙可知,条纹向空气薄膜较厚处发生弯曲,说明弯曲处的光程差变短,空气薄膜间距变小,则被检测的平面在此处是凸起的,C正确;缓慢转动Q时,光屏上的光亮度将一明一暗交替变化,表明光波是横波,D错误。11.如图为氢原子能级图。现有一群处于n=4激发态的氢原子,用这些氢原子辐射出的光照射逸出功为2.13eV的某金属,已知电子的电荷量为1.6×10-19C,则(D)A.这些氢原子能辐射出三种不同频率的光子B.这些氢原子辐射出光子后,电子的总能量保持不变C.这些氢原子辐射出的所有光都能使该金属发生光电效应D.该金属逸出的所有光电子中,初动能的最大值为1.7×10-18J解析:根据Ceq\o\al(2,4)=6知,这些氢原子能辐射出6种不同频率的光子,故A错误;这些氢原子辐射出光子后,电子的动能增大,电势能减小,总能量会减小,故B错误;氢原子由n=4跃迁到n=3产生的光的能量E43=E4-E3=-0.85eV-(-1.51eV)=0.66eV<2.13eV,所以不能使逸出功为2.13eV的金属发生光电效应,故C错误;氢原子由n=4向n=1能级跃迁时辐射的光子能量最大,频率最高,最大能量为13.6eV-0.85eV=12.75eV,根据光电效应方程可知,入射光的能量越高,则电子的动能越大,初动能的最大值Ekm=(12.75-2.13)eV≈1.7×10-18J,故D正确。12.某研究光电效应的实验装置如图所示,开始时滑动变阻器的滑片P与固定点O正对。用频率为ν的光照射光电管的阴极K,观察到微安表指针偏转,不计光电子间的相互作用。下列说法正确的是(D)A.仅减小照射光频率,微安表指针一定不偏转B.仅减小照射光强度,微安表指针一定不偏转C.仅将滑片P向a端移动,微安表示数变大D.仅将滑片P向b端移动,光电子向A板运动的过程中动能变大解析:仅减小照射光频率,仍可能发生光电效应,微安表指针可能偏转,故A错误;能否发生光电效应是由入射光的频率决定,与入射光的强度无关,故B错误;将滑片P向a端移动,光电管所加的电压为反向电压,所以光电流会一直减小,故C错误;仅将滑片P向b端移动,光电管所加的电压为正向电压,管中电场向左,电子从K极向右逸出所受电场力向右,光电子向A板运动的过程中动能变大,故D正确。13.下列说法正确的是(B)A.结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定B.eq\o\al(238,92)U衰变为eq\o\al(222,86)Rn经过4次α衰变,2次β衰变C.原子核发生β衰变过程中所放出的电子来自原子的外层电子D.根据玻尔理论可知,一个氢原子核外电子从n=4能级向低能级跃迁最多可辐射6种不同频率的光子解析:比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,故A错误;设eq\o\al(238,92)U衰变为eq\o\al(222,86)Rn经过m次α衰变,n次β衰变,根据电荷数和质量数守恒可得92=86+m×2+n×(-1),238=222+m×4+n×0,联立解得m=4,n=2,故B正确;原子核发生β衰变过程中所放出的电子由中子转化而来,故C错误;根据玻尔理论可知,一个氢原子核外电子从n=4能级向低能级跃迁最多可辐射3种不同频率的光子,故D错误。14.一导热汽缸内用活塞封闭着一定质量的理想气体。如图甲所示,汽缸水平横放时,缸内空气柱长为l0。已知大气压强为p0,环境温度为T0,活塞横截面积为S,汽缸的质量m=eq\f(p0S,20g),不计活塞与汽缸之间的摩擦。现将汽缸悬挂于空中,如图乙所示。(1)求稳定后,汽缸内空气柱长度;(2)求汽缸悬在空中时,大气压强不变,环境温度缓慢地降至多少时能让活塞回到初始位置;(3)第(2)小题过程中,若气体内能减少了ΔU,则此气体释放了多少热量?解析:(1)设汽缸竖直悬挂时,内部气体压强为p1,空气柱长度为l1,由玻意耳定律可知p0l0S=p1l1S对汽缸受力分析,由平衡条件p1S+mg=p0S联立可得,稳定后,汽缸内空气柱长度l1=eq\f(20,19)l0。(2)由盖-吕萨克定律可知eq\f(Sl1,T0)=eq\f(Sl0,T1),得T1=eq\f(19,20)T0。(3)由热力学第一定律可知-ΔU=Q+W其中W=p1Seq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(l1-l0)),得Q=-eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ΔU+\f(p0l0S,20)))则气体释放的热量为ΔU+eq\f(p0l0S,20)。答案:(1)eq\f(20,19)l0(2)eq\f(19,20)T0(3)ΔU+eq\f(p0l0S,20)15.如图所示,为了测量某刚性导热容器A的容积,用一体积不计的细管把它与水平固定的导热汽缸B相连,汽缸中活塞的横截面积S=100cm2。初始时,环境温度t=27℃,活塞静止在离缸底距离d1=40cm的位置处。现用水平向左的力F缓慢推活塞,当F=1.5×103N时,活塞离缸底距离d2=10cm。已知大气压强p0=1.0×105Pa,不计一切摩擦,整个装置气密性良好,环境温度不变,热力学温度T=(t+273)K。(1)求容器A的容积VA;(2)保持力F=1.5×103N不变,当外界温度缓慢变化时,活塞向缸底缓慢移动了Δd=3cm,此时环境温度为多少摄氏度?解析:(1)气体压缩前p1=p0,V1=VA+d1S压缩后p2=p0+eq\f(F,S)V2=VA+d2S根据题意可知,气体做等温变化,由玻意耳定律有p1V1=p2V2解得VA=1000cm3。(2)根据题意可知,气体接着做等压变化,有eq\f(V2,T2)=eq\f(V3,T3)其中变化前T2=300K变化后V3=V2-Δd·S,T3=eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(t3+273))K解得t3=-18℃。答案:(1)1000cm3(2)-18℃16.在河中用鱼叉捕鱼时,渔民们都知道不能直接朝看到鱼的方向掷出鱼叉。若图中渔民在(其眼睛)距河面1.8m处看到视线与水面成37°的方向有一条鱼,鱼在水深为1.6m的河底,水的折射率为eq\f(4,3),sin37°=0.6,cos37°=0.8。请帮该渔民估算:(1)鱼到他的实际水平

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