2025 選考專(zhuān)題高考 物理 （川陜青寧蒙新晉豫）第二部分第11講　光學(xué)　波粒二象性 含答案

2025選考專(zhuān)題高考物理（川陜青寧蒙新晉豫）第二部分第11講光學(xué)波粒二象性【正文】聽(tīng)課第11講光學(xué)波粒二象性【網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】【關(guān)鍵能力】了解光本質(zhì)的認(rèn)知過(guò)程,高中物理光學(xué)內(nèi)容主要包括三部分:第一部分是幾何光學(xué),把光的傳播抽象成光線模型并遵循直線傳播原理、反射定律、折射定律;第二部分是波動(dòng)光學(xué),是在光的干涉、光的衍射、光的偏振等現(xiàn)象分析基礎(chǔ)上把光傳播本質(zhì)理解為電磁波模型;第三部分在光電效應(yīng)現(xiàn)象、康普頓效應(yīng)等現(xiàn)象基礎(chǔ)上理解光的波粒二象性.題型1幾何光學(xué)1.基本知識(shí):兩個(gè)公式與常見(jiàn)光學(xué)元件模型(1)公式:折射定律:sinθ1sinθ2(2)常見(jiàn)光學(xué)元件模型:平行玻璃磚、等腰三棱鏡、小水珠形成彩虹等.2.解題思路(1)根據(jù)題意畫(huà)出正確的光路圖,注意光路可逆和對(duì)稱(chēng)性,特別注意全反射的臨界光線.(2)利用幾何知識(shí)和正弦定理,確定光路中的邊、角關(guān)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玻璃磚,某束光線垂直于OP射入,恰好在PQ界面發(fā)生全反射,則玻璃磚對(duì)該光線的折射率為 ()A.2 B.3C.233 D【技法點(diǎn)撥】本題為玻璃磚全反射類(lèi)試題,解題關(guān)鍵在于根據(jù)折射率找到全反射的臨界光線.例2[2022·廣東卷]一個(gè)水平放置的圓柱形罐體內(nèi)裝了一半的透明液體,液體上方是空氣,其截面如圖所示.一激光器從罐體底部P點(diǎn)沿著罐體的內(nèi)壁向上移動(dòng),它所發(fā)出的光束始終指向圓心O點(diǎn).當(dāng)光束與豎直方向成45°角時(shí),恰好觀察不到從液體表面射向空氣的折射光束.已知光在空氣中的傳播速度為c,求液體的折射率n和激光在液體中的傳播速度v.【遷移拓展】1.[2024·江蘇卷]現(xiàn)有一光線以相同的入射角θ打在兩杯不同濃度的NaCl溶液中,折射光線如圖所示(β1<β2),已知折射率隨濃度增大而變大,則()A.該光線在甲溶液中的折射率較大B.甲溶液濃度較小C.該光線在甲溶液中的傳播速度較大D.該光線在甲溶液中的臨界角較大2.[2023·福建卷]如圖所示,一教師用側(cè)面開(kāi)孔的透明塑料瓶和綠光激光器演示“液流導(dǎo)光”實(shí)驗(yàn).瓶?jī)?nèi)裝有適量清水,水從小孔中流出后形成了彎曲的液流.讓激光水平射向小孔,使光束與液流保持在同一豎直平面內(nèi),觀察到光束沿著彎曲的液流傳播.下列操作中,有助于光束更好地沿液流傳播的是 ()A.減弱激光強(qiáng)度B.提升瓶?jī)?nèi)液面高度C.改用折射率更小的液體D.增大激光器與小孔之間的水平距離3.[2024·海南?？谀M]如圖所示,一束由兩種單色光混合的復(fù)色光沿SO方向射向一上、下表面平行的玻璃磚,下表面觀察到兩束出射光線A、B,光路圖如圖所示,下列說(shuō)法正確的是 ()A.玻璃對(duì)B光的折射率大于對(duì)A光的折射率B.B光在玻璃中的傳播速度小于A光在玻璃中的傳播速度C.A光、B光互相平行D.增大入射角θ,A光和B光在下表面可能發(fā)生全反射4.[2023·全國(guó)乙卷]如圖,一折射率為2的棱鏡的橫截面為等腰直角三角形ABC,AB=AC=l,BC邊所在底面上鍍有一層反射膜.一細(xì)光束沿垂直于BC方向經(jīng)AB邊上的M點(diǎn)射入棱鏡.若這束光被BC邊反射后恰好射向頂點(diǎn)A,求M點(diǎn)到A點(diǎn)的距離.題型2光的波動(dòng)性1.光的干涉(1)雙縫干涉中確定明暗條紋的方法是看單色光從該處到雙縫的路程差,滿足路程差是半波長(zhǎng)奇數(shù)倍的對(duì)應(yīng)暗條紋,滿足路程差是半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍的對(duì)應(yīng)亮條紋.(2)薄膜干涉的兩個(gè)考查點(diǎn):①利用薄膜干涉條紋間距來(lái)檢驗(yàn)“薄膜”的厚度變化,厚度變化越快,則干涉條紋間距越小,條紋越窄;②利用薄膜厚度是單色光的波長(zhǎng)的四分之一來(lái)制作干涉相消的增透膜.2.光的衍射(1)判斷衍射現(xiàn)象是否明顯的方法是比較障礙物或小孔(縫)的尺寸與光的波長(zhǎng)的大小關(guān)系,尺寸比波長(zhǎng)小得越多,衍射現(xiàn)象越明顯.(2)衍射條紋和干涉條紋的區(qū)分:條紋間距相等的是干涉條紋,條紋間距從中央往兩側(cè)變小的是衍射條紋.(3)衍射條紋和干涉條紋的共性:縫越小,光的波長(zhǎng)越小,則條紋間距越大.例3[2024·山東卷]檢測(cè)球形滾珠直徑是否合格的裝置如圖甲所示,將標(biāo)準(zhǔn)滾珠a與待測(cè)滾珠b、c放置在兩塊平板玻璃之間,用單色平行光垂直照射平板玻璃,形成如圖乙所示的干涉條紋.若待測(cè)滾珠與標(biāo)準(zhǔn)滾珠的直徑相等為合格,下列說(shuō)法正確的是 ()A.滾珠b、c均合格B.滾珠b、c均不合格C.滾珠b合格,滾珠c不合格D.滾珠b不合格,滾珠c合格例4[2024·遼寧卷]某同學(xué)自制雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置:在紙板上割出一條窄縫,于窄縫中央沿縫方向固定一根拉直的頭發(fā)絲形成雙縫,將該紙板與墻面平行放置,如圖所示.用綠色激光照射雙縫,能夠在墻面上觀察到干涉條紋.下列做法可以使相鄰兩條亮條紋中心間距變小的是 ()A.換用更粗的頭發(fā)絲B.換用紅色激光照雙縫C.增大紙板與墻面的距離D.減小光源與紙板的距離【遷移拓展】1.[2024·河北保定模擬]把酒精燈火焰放在鐵絲圈上的豎立的肥皂膜前.發(fā)現(xiàn)在肥皂膜上觀察到火焰的反射像上有彩色條紋,且上疏下密分布,如圖.由此推測(cè)肥皂膜豎直方向側(cè)向截面圖可能是()ABCD2.[2023·江蘇卷]用某種單色光進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn),在屏上觀察到的干涉條紋如圖甲所示,改變雙縫間的距離后,干涉條紋如圖乙所示,圖中虛線是亮紋中心的位置.則雙縫間的距離變?yōu)樵瓉?lái)的()A.13 B.1C.2倍 D.3倍3.[2024·湖北武漢模擬]太陽(yáng)光照射一塊遮光板,遮光板上有一個(gè)大的三角形孔,太陽(yáng)光透過(guò)這個(gè)孔,在光屏上形成一個(gè)三角形光斑.當(dāng)遮光板上三角形孔的尺寸不斷減小時(shí),光屏上會(huì)呈現(xiàn):①圓形光斑;②三角形光斑;③明暗相間的衍射條紋.則()A.光屏上先后呈現(xiàn)的圖樣順序是①②③B.光屏上先后呈現(xiàn)的圖樣順序是①③②C.由于光的直線傳播產(chǎn)生的圖樣有①②D.由于光的直線傳播產(chǎn)生的圖樣有②③4.[2024·山東青島模擬]某同學(xué)做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),用波長(zhǎng)為λ0的激光照射雙縫,墻上的P點(diǎn)出現(xiàn)第3級(jí)亮條紋(中央亮條紋為第0級(jí)亮條紋).當(dāng)他改用另一種激光照射雙縫時(shí),P點(diǎn)變?yōu)榈?級(jí)亮條紋,則該激光的波長(zhǎng)為 ()A.34λ0 B.λC.14λ0 D.43題型3波粒二象性1.光電效應(yīng)兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系(1)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動(dòng)能大;(2)光照強(qiáng)度大(同種頻率的光)→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大.2.定量分析時(shí)應(yīng)抓住三個(gè)關(guān)系式愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系Ek=eUc逸出功與截止頻率的關(guān)系W0=hνc3.對(duì)光電效應(yīng)的特別提醒(1)能否發(fā)生光電效應(yīng),不取決于光的強(qiáng)度而取決于光的頻率.(2)光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見(jiàn)光,也包括不可見(jiàn)光.(3)逸出功的大小由金屬本身決定,與入射光無(wú)關(guān).(4)光電子不是光子,而是電子.4.對(duì)波粒二象性的理解(1)光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性,不是光子之間相互作用產(chǎn)生的,光的波動(dòng)性不同于宏觀概念的波.(2)德布羅意提出物質(zhì)波的觀點(diǎn)被實(shí)驗(yàn)證實(shí),表明電子、質(zhì)子、原子等粒子不但具有粒子的性質(zhì),而且具有波的性質(zhì).例5(多選)[2024·湖南長(zhǎng)沙模擬]波粒二象性是微觀世界的基本特征.下列對(duì)波粒二象性的實(shí)驗(yàn)及說(shuō)法正確的是 ()A.光的衍射(圖甲)揭示了光具有粒子性B.光電效應(yīng)(圖乙)揭示了光的波動(dòng)性,同時(shí)表明光子具有能量C.康普頓效應(yīng)(圖丙)揭示了光的粒子性,同時(shí)表明光子除了有能量還有動(dòng)量D.電子束穿過(guò)鋁箔后的衍射圖樣(圖丁),證實(shí)了電子的波動(dòng)性,質(zhì)子、中子及原子、分子均具有波動(dòng)性【技法點(diǎn)撥】本題考查波粒二象性,記住典型的粒子性現(xiàn)象和波動(dòng)性現(xiàn)象:光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)揭示了粒子性,干涉、衍射、偏振揭示了波動(dòng)性.例6(多選)[2024·云南昆明模擬]我們用如圖所示的電路研究光電效應(yīng)時(shí),當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合后,微安表有一定示數(shù),以下說(shuō)法正確的是 ()A.如圖所示的電路連接可用于測(cè)量遏止電壓B.更換電源的正負(fù)極,可以使微安表示數(shù)減小C.把滑動(dòng)變阻器滑片向左滑動(dòng),微安表示數(shù)一定減小D.僅增大入射光強(qiáng)度時(shí),微安表示數(shù)一定增大【技法點(diǎn)撥】本題關(guān)鍵是會(huì)分析光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律、探究電路,開(kāi)關(guān)閉合后,電壓為正向電壓,光電子會(huì)加速,加反向電壓光電子減速,由此判斷出微安表示數(shù)的變化;光電流的大小與光子數(shù)量相關(guān),光強(qiáng)越大光子數(shù)量越多,光電流越大.【遷移拓展】1.(多選)[2024·遼寧卷]X射線光電子能譜儀是利用X光照射材料表面激發(fā)出光電子,并對(duì)光電子進(jìn)行分析的科研儀器.用某一頻率的X光照射某種金屬表面,逸出了光電子,若增加此X光的強(qiáng)度,則 ()A.該金屬的逸出功增大B.X光的光子能量不變C.逸出的光電子最大初動(dòng)能增大D.單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)增多2.[2022·河北卷]如圖是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應(yīng)的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的實(shí)驗(yàn)曲線,該實(shí)驗(yàn)直接證明了愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程,并且第一次利用光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定了普朗克常量h.由圖像可知 ()A.鈉的逸出功為hνcB.鈉的截止頻率為8.5×1014HzC.圖中直線的斜率為普朗克常量hD.遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比3.[2024·陜西西安模擬]用同一光電管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng),得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖.則這兩種光()A.照射該光電管時(shí)a光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能更大B.從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時(shí),a光的臨界角大C.通過(guò)同一裝置發(fā)生雙縫干涉,a光的相鄰條紋間距大D.通過(guò)同一玻璃三棱鏡時(shí),a光的偏折程度大第12講熱學(xué)題型1例1AC[解析]溫度越高,分子熱運(yùn)動(dòng)越激烈,對(duì)PM2.5微粒的撞擊不平衡越明顯,PM2.5的運(yùn)動(dòng)越激烈,故A、C正確;PM2.5的運(yùn)動(dòng)是布朗運(yùn)動(dòng),不是分子熱運(yùn)動(dòng),故B錯(cuò)誤;減少工業(yè)污染的排放可減少PM2.5的排放,進(jìn)而減少“霧霾”天氣的出現(xiàn),故D錯(cuò)誤.例2D[解析]密閉容器中的氫氣質(zhì)量不變,分子個(gè)數(shù)不變,根據(jù)n=N0V,可知當(dāng)體積增大時(shí),單位體積內(nèi)分子個(gè)數(shù)變少,分子的密集程度變小,故A錯(cuò)誤;氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是大量氣體分子對(duì)容器壁持續(xù)的、無(wú)規(guī)則的撞擊,壓強(qiáng)增大并不是因?yàn)榉肿娱g斥力增大,故B錯(cuò)誤;普通氣體在溫度不太低,壓強(qiáng)不太大的情況下才能看作理想氣體,故C錯(cuò)誤;溫度是氣體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,大量氣體分子的速率呈現(xiàn)“中間多,兩邊少”的規(guī)律,溫度變化時(shí),大量分子的平均速率會(huì)變化,即分子速率分布中各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比會(huì)變化,故D【遷移拓展】1.ACD[解析]液體在玻璃管中上升,說(shuō)明該液體能夠浸潤(rùn)玻璃,故A正確;玻璃為非晶體,熔化再凝固仍為非晶體,熔化后液體的表面張力使玻璃管斷口變鈍,故B錯(cuò)誤;液體表面張力形成的原因是液體表面層的分子間距離大于液體內(nèi)部分子間的距離,故C正確;圖丁中溫度越高,各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比的最大值向速度大的方向遷移,可知T1<T2,D正確.2.C[解析]分子間距離大于r0,分子間表現(xiàn)為引力,分子從無(wú)限遠(yuǎn)靠近到距離r0處過(guò)程中,分子間作用力做正功,分子勢(shì)能減小,且在r0處分子勢(shì)能最小,繼續(xù)減小距離,分子間表現(xiàn)為斥力,分子間作用力做負(fù)功,分子勢(shì)能增大,故選C.3.B[解析]設(shè)空氣的摩爾質(zhì)量為M,在海底和岸上的密度分別為ρ海和ρ岸,一次吸入空氣的體積為V,在海底和在岸上分別吸入的空氣分子個(gè)數(shù)為n海和n岸,則有n海=ρ海VNAM,n岸=ρ岸VNAM,多吸入的空氣分子個(gè)數(shù)為Δn=n海-n岸,代入數(shù)據(jù)得題型2例3ACD[解析]罐內(nèi)氣體做等壓變化,由蓋-呂薩克定律得V1T1=V2T2,當(dāng)罐內(nèi)氣體溫度升高時(shí),氣體體積增大,吸管內(nèi)液滴向右移動(dòng),則吸管上溫度刻度值左小右大,由V=Sl,當(dāng)易拉罐不變,溫度變化相同時(shí),體積變化相同,吸管越細(xì),液滴移動(dòng)距離越大,裝置越靈敏,故A正確;當(dāng)液滴向右移動(dòng)時(shí),氣體的體積增大,環(huán)境溫度升高,故B錯(cuò)誤;當(dāng)液滴向左移動(dòng)時(shí),氣體的體積減小,環(huán)境溫度降低,則易拉罐內(nèi)氣體內(nèi)能減少,故C正確;液滴向右移動(dòng)過(guò)程中,氣體的體積增大,環(huán)境溫度升高,例4B[解析]根據(jù)pVT=C,可得p=CVT,從a到b,氣體壓強(qiáng)不變,溫度升高,則體積變大,C、D錯(cuò)誤;從b到c,氣體壓強(qiáng)減小,A錯(cuò)誤,B例5C[解析]由V-T圖像可知,理想氣體在ab過(guò)程做等壓變化,在bc過(guò)程做等溫變化,在cd過(guò)程做等容變化.根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,有pVT=C,可知bc過(guò)程理想氣體的體積增大,則壓強(qiáng)減小,故選C【遷移拓展】1.B[解析]設(shè)玻璃管兩側(cè)水銀面的高度差是h,大氣壓強(qiáng)為p0,則封閉氣體壓強(qiáng)為p=ph+p0,在管子的D處鉆一小孔,h變小,封閉氣體的壓強(qiáng)變小,氣體溫度不變,由玻意耳定律可知,封閉氣體體積變大.故選B.2.A[解析]設(shè)物體與水平面之間的彈力恰好為零時(shí),繩的拉力為F,由力的平衡條件得p0S=p2S+F,對(duì)物體有F=mg,解得p2=1×105Pa,缸內(nèi)氣體做等容變化,根據(jù)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)氣體從狀態(tài)D到狀態(tài)A的過(guò)程發(fā)生等容變化,根據(jù)查理定律有pDT解得pD=2.0×105Pa(2)氣體從狀態(tài)C到狀態(tài)D的過(guò)程發(fā)生等溫變化,根據(jù)玻意耳定律有pCV2=pDV1解得V2=2.0m3氣體從狀態(tài)B到狀態(tài)C發(fā)生等容變化,因此氣體在狀態(tài)B的體積也為V2=2.0m34.(1)100N(2)327K[解析](1)活塞從a到b過(guò)程中,氣體做等溫變化,初態(tài)p1=1.0×105Pa,V1=S·11ab末態(tài)壓強(qiáng)為p2,V2=S·10ab根據(jù)玻意耳定律得p1V1=p2V2解得p2=1.1×105Pa外力增加到F=200N時(shí),對(duì)活塞根據(jù)平衡條件有F+p1S=p2S+FN解得卡銷(xiāo)b對(duì)活塞支持力的大小FN=100N(2)將汽缸內(nèi)氣體加熱使氣體溫度緩慢升高,到活塞剛好能離開(kāi)卡銷(xiāo)b時(shí),氣體做等容變化,初態(tài):p2=1.1×105Pa,T2=300K末態(tài):設(shè)壓強(qiáng)為p3,溫度為T(mén)3對(duì)活塞根據(jù)平衡條件有p3S=F+p1S解得p3=1.2×105Pa根據(jù)查理定律得p2T解得T3≈327K題型3例6BD[解析]選擇窯爐中的封閉氣體為研究對(duì)象,且視為理想氣體,在排氣閥開(kāi)啟前,體積不變,氣體壓強(qiáng)隨溫度升高而增大,根據(jù)查理定理有p0T0=p1T1,解得p1=p0T0T1=447+27327+273p0=2.4p0<2.5p0,判斷出閥門(mén)還未開(kāi)啟,C選項(xiàng)錯(cuò)誤,D選項(xiàng)正確;溫度升高時(shí),氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大,但不是每個(gè)氣體分子動(dòng)能都變大,A選項(xiàng)錯(cuò)誤;例7AD[解析]1→2為絕熱過(guò)程,則Q=0,由于氣體體積減小,則外界對(duì)氣體做功,即W>0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知ΔU>0,即氣體內(nèi)能增加,故A正確;2→3為等壓過(guò)程,氣體體積增大,根據(jù)蓋-呂薩克定律可知,氣體溫度升高,則氣體內(nèi)能增大,即ΔU>0,由于氣體體積增大,則氣體對(duì)外界做功,即W<0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知Q>0,即氣體從外界吸熱,故B錯(cuò)誤;3→4為絕熱過(guò)程,則Q=0,由于氣體體積增大,則氣體對(duì)外界做功,即W<0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知ΔU<0,即氣體內(nèi)能減小,故C錯(cuò)誤;4→1為等容過(guò)程,壓強(qiáng)減小,根據(jù)查理定律可知,氣體溫度降低,則氣體內(nèi)能減小,即ΔU<0,由于體積不變,則W=0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知Q<0,即氣體向外放熱,故D正確.例8(1)21.5m(2)從外界吸熱[解析](1)設(shè)水面下某深度處的魚(yú)泡內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p1,魚(yú)泡半徑為r1,熱力學(xué)溫度為T(mén)1,水面處魚(yú)泡內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p2,魚(yú)泡半徑為r2,熱力學(xué)溫度為T(mén)2魚(yú)泡內(nèi)氣體的體積V=43πr根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,有p1V其中p2=p0,p1=p0+ρgh聯(lián)立解得h=21.5m(2)根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得ΔU=W+Q由于魚(yú)泡內(nèi)氣體溫度升高,故ΔU>0魚(yú)泡內(nèi)氣體對(duì)外做功,W<0所以,Q>0,故魚(yú)泡在上升的過(guò)程中,是從外界吸熱【遷移拓展】1.D[解析]從a到b,氣體溫度升高,壓強(qiáng)增大,但是氣體的體積也變化,所以壓強(qiáng)的增大不只是由溫度的升高引起的,故A錯(cuò)誤;從b到c,氣體壓強(qiáng)不變,溫度升高,氣體內(nèi)能增大,體積增大,氣體對(duì)外做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,氣體吸收熱量,故B錯(cuò)誤;從c到d,氣體溫度不變,壓強(qiáng)減小,體積增大,內(nèi)能不變,氣體對(duì)外做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,氣體吸收熱量,故C錯(cuò)誤;從d到a,氣體體積不變,壓強(qiáng)減小,溫度降低,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,氣體減少的內(nèi)能等于氣體對(duì)外界放出的熱量,故D正確.2.AC[解析]由理想氣體狀態(tài)方程pVT=C,化簡(jiǎn)可得V=Cp·T,V-T圖線中,各點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率的倒數(shù)表示氣體的壓強(qiáng),則圖線的斜率越大,壓強(qiáng)越小,故pa<pb=pc,bc過(guò)程為等壓變化,氣體體積減小,外界對(duì)氣體做功,故A正確;由A選項(xiàng)可知,ca過(guò)程氣體壓強(qiáng)減小,故B錯(cuò)誤;ab過(guò)程為等溫變化,故氣體內(nèi)能不變,即ΔU=0,氣體體積減小,外界對(duì)氣體做功,故W>0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W,解得Q<0,故ab過(guò)程氣體放出熱量,故C正確;ca過(guò)程,氣體溫度升高,內(nèi)能增大,故D3.(1)65T0(2)15h(p0S+mg)+1[解析](1)容器內(nèi)氣體進(jìn)行等壓變化,則由蓋-呂薩克定律得V0T即hST0解得T1=65T(2)此過(guò)程中容器內(nèi)氣體內(nèi)能增加量ΔU=C(T1-T0)容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)p=p0+mg氣體體積增大,則氣體對(duì)外做功,W=-pS·15根據(jù)熱力學(xué)第一定律得ΔU=W+Q聯(lián)立解得Q=15h(p0S+mg)+15第12講熱學(xué)題型1例1AC[解析]溫度越高,分子熱運(yùn)動(dòng)越激烈,對(duì)PM2.5微粒的撞擊不平衡越明顯,PM2.5的運(yùn)動(dòng)越激烈,故A、C正確;PM2.5的運(yùn)動(dòng)是布朗運(yùn)動(dòng),不是分子熱運(yùn)動(dòng),故B錯(cuò)誤;減少工業(yè)污染的排放可減少PM2.5的排放,進(jìn)而減少“霧霾”天氣的出現(xiàn),故D錯(cuò)誤.例2D[解析]密閉容器中的氫氣質(zhì)量不變,分子個(gè)數(shù)不變,根據(jù)n=N0V,可知當(dāng)體積增大時(shí),單位體積內(nèi)分子個(gè)數(shù)變少,分子的密集程度變小,故A錯(cuò)誤;氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是大量氣體分子對(duì)容器壁持續(xù)的、無(wú)規(guī)則的撞擊,壓強(qiáng)增大并不是因?yàn)榉肿娱g斥力增大,故B錯(cuò)誤;普通氣體在溫度不太低,壓強(qiáng)不太大的情況下才能看作理想氣體,故C錯(cuò)誤;溫度是氣體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,大量氣體分子的速率呈現(xiàn)“中間多,兩邊少”的規(guī)律,溫度變化時(shí),大量分子的平均速率會(huì)變化,即分子速率分布中各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比會(huì)變化,故D【遷移拓展】1.ACD[解析]液體在玻璃管中上升,說(shuō)明該液體能夠浸潤(rùn)玻璃,故A正確;玻璃為非晶體,熔化再凝固仍為非晶體,熔化后液體的表面張力使玻璃管斷口變鈍,故B錯(cuò)誤;液體表面張力形成的原因是液體表面層的分子間距離大于液體內(nèi)部分子間的距離,故C正確;圖丁中溫度越高,各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比的最大值向速度大的方向遷移,可知T1<T2,D正確.2.C[解析]分子間距離大于r0,分子間表現(xiàn)為引力,分子從無(wú)限遠(yuǎn)靠近到距離r0處過(guò)程中,分子間作用力做正功,分子勢(shì)能減小,且在r0處分子勢(shì)能最小,繼續(xù)減小距離,分子間表現(xiàn)為斥力,分子間作用力做負(fù)功,分子勢(shì)能增大,故選C.3.B[解析]設(shè)空氣的摩爾質(zhì)量為M,在海底和岸上的密度分別為ρ海和ρ岸,一次吸入空氣的體積為V,在海底和在岸上分別吸入的空氣分子個(gè)數(shù)為n海和n岸,則有n海=ρ海VNAM,n岸=ρ岸VNAM,多吸入的空氣分子個(gè)數(shù)為Δn=n海-n岸,代入數(shù)據(jù)得題型2例3ACD[解析]罐內(nèi)氣體做等壓變化,由蓋-呂薩克定律得V1T1=V2T2,當(dāng)罐內(nèi)氣體溫度升高時(shí),氣體體積增大,吸管內(nèi)液滴向右移動(dòng),則吸管上溫度刻度值左小右大,由V=Sl,當(dāng)易拉罐不變,溫度變化相同時(shí),體積變化相同,吸管越細(xì),液滴移動(dòng)距離越大,裝置越靈敏,故A正確;當(dāng)液滴向右移動(dòng)時(shí),氣體的體積增大,環(huán)境溫度升高,故B錯(cuò)誤;當(dāng)液滴向左移動(dòng)時(shí),氣體的體積減小,環(huán)境溫度降低,則易拉罐內(nèi)氣體內(nèi)能減少,故C正確;液滴向右移動(dòng)過(guò)程中,氣體的體積增大,環(huán)境溫度升高,例4B[解析]根據(jù)pVT=C,可得p=CVT,從a到b,氣體壓強(qiáng)不變,溫度升高,則體積變大,C、D錯(cuò)誤;從b到c,氣體壓強(qiáng)減小,A錯(cuò)誤,B例5C[解析]由V-T圖像可知,理想氣體在ab過(guò)程做等壓變化,在bc過(guò)程做等溫變化,在cd過(guò)程做等容變化.根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,有pVT=C,可知bc過(guò)程理想氣體的體積增大,則壓強(qiáng)減小,故選C【遷移拓展】1.B[解析]設(shè)玻璃管兩側(cè)水銀面的高度差是h,大氣壓強(qiáng)為p0,則封閉氣體壓強(qiáng)為p=ph+p0,在管子的D處鉆一小孔,h變小,封閉氣體的壓強(qiáng)變小,氣體溫度不變,由玻意耳定律可知,封閉氣體體積變大.故選B.2.A[解析]設(shè)物體與水平面之間的彈力恰好為零時(shí),繩的拉力為F,由力的平衡條件得p0S=p2S+F,對(duì)物體有F=mg,解得p2=1×105Pa,缸內(nèi)氣體做等容變化,根據(jù)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)氣體從狀態(tài)D到狀態(tài)A的過(guò)程發(fā)生等容變化,根據(jù)查理定律有pDT解得pD=2.0×105Pa(2)氣體從狀態(tài)C到狀態(tài)D的過(guò)程發(fā)生等溫變化,根據(jù)玻意耳定律有pCV2=pDV1解得V2=2.0m3氣體從狀態(tài)B到狀態(tài)C發(fā)生等容變化,因此氣體在狀態(tài)B的體積也為V2=2.0m34.(1)100N(2)327K[解析](1)活塞從a到b過(guò)程中,氣體做等溫變化,初態(tài)p1=1.0×105Pa,V1=S·11ab末態(tài)壓強(qiáng)為p2,V2=S·10ab根據(jù)玻意耳定律得p1V1=p2V2解得p2=1.1×105Pa外力增加到F=200N時(shí),對(duì)活塞根據(jù)平衡條件有F+p1S=p2S+FN解得卡銷(xiāo)b對(duì)活塞支持力的大小FN=100N(2)將汽缸內(nèi)氣體加熱使氣體溫度緩慢升高,到活塞剛好能離開(kāi)卡銷(xiāo)b時(shí),氣體做等容變化,初態(tài):p2=1.1×105Pa,T2=300K末態(tài):設(shè)壓強(qiáng)為p3,溫度為T(mén)3對(duì)活塞根據(jù)平衡條件有p3S=F+p1S解得p3=1.2×105Pa根據(jù)查理定律得p2T解得T3≈327K題型3例6BD[解析]選擇窯爐中的封閉氣體為研究對(duì)象,且視為理想氣體,在排氣閥開(kāi)啟前,體積不變,氣體壓強(qiáng)隨溫度升高而增大,根據(jù)查理定理有p0T0=p1T1,解得p1=p0T0T1=447+27327+273p0=2.4p0<2.5p0,判斷出閥門(mén)還未開(kāi)啟,C選項(xiàng)錯(cuò)誤,D選項(xiàng)正確;溫度升高時(shí),氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大,但不是每個(gè)氣體分子動(dòng)能都變大,A選項(xiàng)錯(cuò)誤;例7AD[解析]1→2為絕熱過(guò)程,則Q=0,由于氣體體積減小,則外界對(duì)氣體做功,即W>0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知ΔU>0,即氣體內(nèi)能增加,故A正確;2→3為等壓過(guò)程,氣體體積增大,根據(jù)蓋-呂薩克定律可知,氣體溫度升高,則氣體內(nèi)能增大,即ΔU>0,由于氣體體積增大,則氣體對(duì)外界做功,即W<0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知Q>0,即氣體從外界吸熱,故B錯(cuò)誤;3→4為絕熱過(guò)程,則Q=0,由于氣體體積增大,則氣體對(duì)外界做功,即W<0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知ΔU<0,即氣體內(nèi)能減小,故C錯(cuò)誤;4→1為等容過(guò)程,壓強(qiáng)減小,根據(jù)查理定律可知,氣體溫度降低,則氣體內(nèi)能減小,即ΔU<0,由于體積不變,則W=0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知Q<0,即氣體向外放熱,故D正確.例8(1)21.5m(2)從外界吸熱[解析](1)設(shè)水面下某深度處的魚(yú)泡內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p1,魚(yú)泡半徑為r1,熱力學(xué)溫度為T(mén)1,水面處魚(yú)泡內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p2,魚(yú)泡半徑為r2,熱力學(xué)溫度為T(mén)2魚(yú)泡內(nèi)氣體的體積V=43πr根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,有p1V其中p2=p0,p1=p0+ρgh聯(lián)立解得h=21.5m(2)根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得ΔU=W+Q由于魚(yú)泡內(nèi)氣體溫度升高,故ΔU>0魚(yú)泡內(nèi)氣體對(duì)外做功,W<0所以,Q>0,故魚(yú)泡在上升的過(guò)程中,是從外界吸熱【遷移拓展】1.D[解析]從a到b,氣體溫度升高,壓強(qiáng)增大,但是氣體的體積也變化,所以壓強(qiáng)的增大不只是由溫度的升高引起的,故A錯(cuò)誤;從b到c,氣體壓強(qiáng)不變,溫度升高,氣體內(nèi)能增大,體積增大,氣體對(duì)外做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,氣體吸收熱量,故B錯(cuò)誤;從c到d,氣體溫度不變,壓強(qiáng)減小,體積增大,內(nèi)能不變,氣體對(duì)外做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,氣體吸收熱量,故C錯(cuò)誤;從d到a,氣體體積不變,壓強(qiáng)減小,溫度降低,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,氣體減少的內(nèi)能等于氣體對(duì)外界放出的熱量,故D正確.2.AC[解析]由理想氣體狀態(tài)方程pVT=C,化簡(jiǎn)可得V=Cp·T,V-T圖線中,各點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率的倒數(shù)表示氣體的壓強(qiáng),則圖線的斜率越大,壓強(qiáng)越小,故pa<pb=pc,bc過(guò)程為等壓變化,氣體體積減小,外界對(duì)氣體做功,故A正確;由A選項(xiàng)可知,ca過(guò)程氣體壓強(qiáng)減小,故B錯(cuò)誤;ab過(guò)程為等溫變化,故氣體內(nèi)能不變,即ΔU=0,氣體體積減小,外界對(duì)氣體做功,故W>0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W,解得Q<0,故ab過(guò)程氣體放出熱量,故C正確;ca過(guò)程,氣體溫度升高,內(nèi)能增大,故D3.(1)65T0(2)15h(p0S+mg)+1[解析](1)容器內(nèi)氣體進(jìn)行等壓變化,則由蓋-呂薩克定律得V0T即hST0解得T1=65T(2)此過(guò)程中容器內(nèi)氣體內(nèi)能增加量ΔU=C(T1-T0)容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)p=p0+mg氣體體積增大,則氣體對(duì)外做功,W=-pS·15根據(jù)熱力學(xué)第一定律得ΔU=W+Q聯(lián)立解得Q=15h(p0S+mg)+15第12講熱學(xué)題型1例1AC[解析]溫度越高,分子熱運(yùn)動(dòng)越激烈,對(duì)PM2.5微粒的撞擊不平衡越明顯,PM2.5的運(yùn)動(dòng)越激烈,故A、C正確;PM2.5的運(yùn)動(dòng)是布朗運(yùn)動(dòng),不是分子熱運(yùn)動(dòng),故B錯(cuò)誤;減少工業(yè)污染的排放可減少PM2.5的排放,進(jìn)而減少“霧霾”天氣的出現(xiàn),故D錯(cuò)誤.例2D[解析]密閉容器中的氫氣質(zhì)量不變,分子個(gè)數(shù)不變,根據(jù)n=N0V,可知當(dāng)體積增大時(shí),單位體積內(nèi)分子個(gè)數(shù)變少,分子的密集程度變小,故A錯(cuò)誤;氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是大量氣體分子對(duì)容器壁持續(xù)的、無(wú)規(guī)則的撞擊,壓強(qiáng)增大并不是因?yàn)榉肿娱g斥力增大,故B錯(cuò)誤;普通氣體在溫度不太低,壓強(qiáng)不太大的情況下才能看作理想氣體,故C錯(cuò)誤;溫度是氣體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,大量氣體分子的速率呈現(xiàn)“中間多,兩邊少”的規(guī)律,溫度變化時(shí),大量分子的平均速率會(huì)變化,即分子速率分布中各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比會(huì)變化,故D【遷移拓展】1.ACD[解析]液體在玻璃管中上升,說(shuō)明該液體能夠浸潤(rùn)玻璃,故A正確;玻璃為非晶體,熔化再凝固仍為非晶體,熔化后液體的表面張力使玻璃管斷口變鈍,故B錯(cuò)誤;液體表面張力形成的原因是液體表面層的分子間距離大于液體內(nèi)部分子間的距離,故C正確;圖丁中溫度越高,各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比的最大值向速度大的方向遷移,可知T1<T2,D正確.2.C[解析]分子間距離大于r0,分子間表現(xiàn)為引力,分子從無(wú)限遠(yuǎn)靠近到距離r0處過(guò)程中,分子間作用力做正功,分子勢(shì)能減小,且在r0處分子勢(shì)能最小,繼續(xù)減小距離,分子間表現(xiàn)為斥力,分子間作用力做負(fù)功,分子勢(shì)能增大,故選C.3.B[解析]設(shè)空氣的摩爾質(zhì)量為M,在海底和岸上的密度分別為ρ海和ρ岸,一次吸入空氣的體積為V,在海底和在岸上分別吸入的空氣分子個(gè)數(shù)為n海和n岸,則有n海=ρ海VNAM,n岸=ρ岸VNAM,多吸入的空氣分子個(gè)數(shù)為Δn=n海-n岸,代入數(shù)據(jù)得題型2例3ACD[解析]罐內(nèi)氣體做等壓變化,由蓋-呂薩克定律得V1T1=V2T2,當(dāng)罐內(nèi)氣體溫度升高時(shí),氣體體積增大,吸管內(nèi)液滴向右移動(dòng),則吸管上溫度刻度值左小右大,由V=Sl,當(dāng)易拉罐不變,溫度變化相同時(shí),體積變化相同,吸管越細(xì),液滴移動(dòng)距離越大,裝置越靈敏,故A正確;當(dāng)液滴向右移動(dòng)時(shí),氣體的體積增大,環(huán)境溫度升高,故B錯(cuò)誤;當(dāng)液滴向左移動(dòng)時(shí),氣體的體積減小,環(huán)境溫度降低,則易拉罐內(nèi)氣體內(nèi)能減少,故C正確;液滴向右移動(dòng)過(guò)程中,氣體的體積增大,環(huán)境溫度升高,例4B[解析]根據(jù)pVT=C,可得p=CVT,從a到b,氣體壓強(qiáng)不變,溫度升高,則體積變大,C、D錯(cuò)誤;從b到c,氣體壓強(qiáng)減小,A錯(cuò)誤,B例5C[解析]由V-T圖像可知,理想氣體在ab過(guò)程做等壓變化,在bc過(guò)程做等溫變化,在cd過(guò)程做等容變化.根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,有pVT=C,可知bc過(guò)程理想氣體的體積增大,則壓強(qiáng)減小,故選C【遷移拓展】1.B[解析]設(shè)玻璃管兩側(cè)水銀面的高度差是h,大氣壓強(qiáng)為p0,則封閉氣體壓強(qiáng)為p=ph+p0,在管子的D處鉆一小孔,h變小,封閉氣體的壓強(qiáng)變小,氣體溫度不變,由玻意耳定律可知,封閉氣體體積變大.故選B.2.A[解析]設(shè)物體與水平面之間的彈力恰好為零時(shí),繩的拉力為F,由力的平衡條件得p0S=p2S+F,對(duì)物體有F=mg,解得p2=1×105Pa,缸內(nèi)氣體做等容變化,根據(jù)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)氣體從狀態(tài)D到狀態(tài)A的過(guò)程發(fā)生等容變化,根據(jù)查理定律有pDT解得pD=2.0×105Pa(2)氣體從狀態(tài)C到狀態(tài)D的過(guò)程發(fā)生等溫變化,根據(jù)玻意耳定律有pCV2=pDV1解得V2=2.0m3氣體從狀態(tài)B到狀態(tài)C發(fā)生等容變化,因此氣體在狀態(tài)B的體積也為V2=2.0m34.(1)100N(2)327K[解析](1)活塞從a到b過(guò)程中,氣體做等溫變化,初態(tài)p1=1.0×105Pa,V1=S·11ab末態(tài)壓強(qiáng)為p2,V2=S·10ab根據(jù)玻意耳定律得p1V1=p2V2解得p2=1.1×105Pa外力增加到F=200N時(shí),對(duì)活塞根據(jù)平衡條件有F+p1S=p2S+FN解得卡銷(xiāo)b對(duì)活塞支持力的大小FN=100N(2)將汽缸內(nèi)氣體加熱使氣體溫度緩慢升高,到活塞剛好能離開(kāi)卡銷(xiāo)b時(shí),氣體做等容變化,初態(tài):p2=1.1×105Pa,T2=300K末態(tài):設(shè)壓強(qiáng)為p3,溫度為T(mén)3對(duì)活塞根據(jù)平衡條件有p3S=F+p1S解得p3=1.2×105Pa根據(jù)查理定律得p2T解得T3≈327K題型3例6BD[解析]選擇窯爐中的封閉氣體為研究對(duì)象,且視為理想氣體,在排氣閥開(kāi)啟前,體積不變,氣體壓強(qiáng)隨溫度升高而增大,根據(jù)查理定理有p0T0=p1T1,解得p1=p0T0T1=447+27327+273p0=2.4p0<2.5p0,判斷出閥門(mén)還未開(kāi)啟,C選項(xiàng)錯(cuò)誤,D選項(xiàng)正確;溫度升高時(shí),氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大,但不是每個(gè)氣體分子動(dòng)能都變大,A選項(xiàng)錯(cuò)誤;例7AD[解析]1→2為絕熱過(guò)程,則Q=0,由于氣體體積減小,則外界對(duì)氣體做功,即W>0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知ΔU>0,即氣體內(nèi)能增加,故A正確;2→3為等壓過(guò)程,氣體體積增大,根據(jù)蓋-呂薩克定律可知,氣體溫度升高,則氣體內(nèi)能增大,即ΔU>0,由于氣體體積增大,則氣體對(duì)外界做功,即W<0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知Q>0,即氣體從外界吸熱,故B錯(cuò)誤;3→4為絕熱過(guò)程,則Q=0,由于氣體體積增大,則氣體對(duì)外界做功,即W<0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知ΔU<0,即氣體內(nèi)能減小,故C錯(cuò)誤;4→1為等容過(guò)程,壓強(qiáng)減小,根據(jù)查理定律可知,氣體溫度降低,則氣體內(nèi)能減小,即ΔU<0,由于體積不變,則W=0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知Q<0,即氣體向外放熱,故D正確.例8(1)21.5m(2)從外界吸熱[解析](1)設(shè)水面下某深度處的魚(yú)泡內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p1,魚(yú)泡半徑為r1,熱力學(xué)溫度為T(mén)1,水面處魚(yú)泡內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p2,魚(yú)泡半徑為r2,熱力學(xué)溫度為T(mén)2魚(yú)泡內(nèi)氣體的體積V=43πr根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,有p1V其中p2=p0,p1=p0+ρgh聯(lián)立解得h=21.5m(2)根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得ΔU=W+Q由于魚(yú)泡內(nèi)氣體溫度升高,故ΔU>0魚(yú)泡內(nèi)氣體對(duì)外做功,W<0所以,Q>0,故魚(yú)泡在上升的過(guò)程中,是從外界吸熱【遷移拓展】1.D[解析]從a到b,氣體溫度升高,壓強(qiáng)增大,但是氣體的體積也變化,所以壓強(qiáng)的增大不只是由溫度的升高引起的,故A錯(cuò)誤;從b到c,氣體壓強(qiáng)不變,溫度升高,氣體內(nèi)能增大,體積增大,氣體對(duì)外做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,氣體吸收熱量,故B錯(cuò)誤;從c到d,氣體溫度不變,壓強(qiáng)減小,體積增大,內(nèi)能不變,氣體對(duì)外做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,氣體吸收熱量,故C錯(cuò)誤;從d到a,氣體體積不變,壓強(qiáng)減小,溫度降低,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,氣體減少的內(nèi)能等于氣體對(duì)外界放出的熱量,故D正確.2.AC[解析]由理想氣體狀態(tài)方程pVT=C,化簡(jiǎn)可得V=Cp·T,V-T圖線中,各點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率的倒數(shù)表示氣體的壓強(qiáng),則圖線的斜率越大,壓強(qiáng)越小,故pa<pb=pc,bc過(guò)程為等壓變化,氣體體積減小,外界對(duì)氣體做功,故A正確;由A選項(xiàng)可知,ca過(guò)程氣體壓強(qiáng)減小,故B錯(cuò)誤;ab過(guò)程為等溫變化,故氣體內(nèi)能不變,即ΔU=0,氣體體積減小,外界對(duì)氣體做功,故W>0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W,解得Q<0,故ab過(guò)程氣體放出熱量,故C正確;ca過(guò)程,氣體溫度升高,內(nèi)能增大,故D3.(1)65T0(2)15h(p0S+mg)+1[解析](1)容器內(nèi)氣體進(jìn)行等壓變化,則由蓋-呂薩克定律得V0T即hST0解得T1=65T(2)此過(guò)程中容器內(nèi)氣體內(nèi)能增加量ΔU=C(T1-T0)容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)p=p0+mg氣體體積增大,則氣體對(duì)外做功,W=-pS·15根據(jù)熱力學(xué)第一定律得ΔU=W+Q聯(lián)立解得Q=15h(p0S+mg)+15第13講原子物理【網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】【關(guān)鍵能力】緊扣課本,加強(qiáng)對(duì)相關(guān)概念和規(guī)律的理解和記憶.重點(diǎn)掌握原子核式結(jié)構(gòu)的建立過(guò)程、原子能級(jí)躍遷、核反應(yīng)、半衰期與質(zhì)量虧損;也要加強(qiáng)原子物理涉及的物理學(xué)史和物理學(xué)方法.對(duì)結(jié)合能和比結(jié)合能的理解、半衰期、核能的相關(guān)計(jì)算是近些年的熱點(diǎn)問(wèn)題.題型1原子結(jié)構(gòu)能級(jí)躍遷1.湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子之后,提出的原子模型被稱(chēng)為“西瓜模型”或“棗糕模型”.2.盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果提出原子核式結(jié)構(gòu)模型.3.解決氫原子能級(jí)躍遷問(wèn)題的三點(diǎn)技巧(1)原子躍遷時(shí),所吸收或輻射的光子能量只能等于兩能級(jí)的能量差.(2)原子從某一能級(jí)電離時(shí),所吸收的能量可以大于或等于這一能級(jí)能量的絕對(duì)值,剩余能量為自由電子的動(dòng)能.(3)一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出的可能光譜線條數(shù)最多為(n-1),而一群氫原子躍遷發(fā)出的可能光譜線條數(shù)可用N=Cn2=n例1α粒子散射實(shí)驗(yàn)被評(píng)為世界十大經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)之一,此實(shí)驗(yàn)開(kāi)創(chuàng)了原子結(jié)構(gòu)研究的先河,為建立現(xiàn)代原子核理論打下了基礎(chǔ),關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn),下列說(shuō)法正確的是 ()A.湯姆孫的α粒子散射實(shí)驗(yàn),證明了原子核是可以再分的B.該實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)否定了盧瑟福的“西瓜模型”,并估算了原子的大小C.該實(shí)驗(yàn)表明原子中心有一個(gè)極大的核,它占有原子體積的極大部分D.在其他條件相同情況下,只改變金箔的厚度,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)有影響例2[2024·安徽卷]大連相干光源是我國(guó)第一臺(tái)高增益自由電子激光用戶裝置,其激光輻射所應(yīng)用的玻爾原子理論很好地解釋了氫原子的光譜特征.圖為氫原子的能級(jí)示意圖,已知紫外光的光子能量大于3.11eV,當(dāng)大量處于n=3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),輻射不同頻率的紫外光有 ()A.1種 B.2種C.3種 D.4種【遷移拓展】1.某研究小組在實(shí)驗(yàn)室做α粒子散射實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示.有關(guān)該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的相關(guān)認(rèn)識(shí)中正確的是 ()A.a處觀測(cè)到的α粒子穿過(guò)金箔后按原方向運(yùn)動(dòng),說(shuō)明這些α粒子更接近金原子核B.c處觀測(cè)到的α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)是因?yàn)槭艿浇鹪雍说某饬ψ饔肅.d處觀測(cè)到的α粒子是因?yàn)棣亮Ｗ痈娮酉嗯鯠.d處觀測(cè)到的α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)幾乎被彈回,說(shuō)明金原子內(nèi)部是實(shí)心的2.[2023·山東卷]“夢(mèng)天號(hào)”實(shí)驗(yàn)艙攜帶世界首套可相互對(duì)比的冷原子鐘組發(fā)射升空,對(duì)提升我國(guó)導(dǎo)航定位、深空探測(cè)等技術(shù)具有重要意義.如圖所示為某原子鐘工作的四能級(jí)體系,原子吸收頻率為ν0的光子從基態(tài)能級(jí)Ⅰ躍遷至激發(fā)態(tài)能級(jí)Ⅱ,然后自發(fā)輻射頻率為ν1的光子,躍遷到鐘躍遷的上能級(jí)2,并在一定條件下可躍遷到鐘躍遷的下能級(jí)1,實(shí)現(xiàn)受激輻射,發(fā)出鐘激光,最后輻射出頻率為ν3的光子回到基態(tài).該原子鐘產(chǎn)生的鐘激光的頻率ν2為 ()A.ν0+ν1+ν3 B.ν0+ν1-ν3C.ν0-ν1+ν3 D.ν0-ν1-ν33.氫原子能級(jí)示意圖如圖所示.現(xiàn)有大量氫原子處于n=3能級(jí)上,下列說(shuō)法正確的是 ()A.這些原子躍遷過(guò)程中最大可輻射出2種頻率的光子B.從n=3能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)比躍遷到n=2能級(jí)輻射的光子頻率低C.從n=3能級(jí)躍遷到n=4能級(jí)需要吸收0.66eV的能量D.n=3能級(jí)的氫原子電離至少需要吸收13.6eV的能量題型2原子核核反應(yīng)1.核衰變問(wèn)題(1)核衰變規(guī)律:m=12tTm0,N=1(2)α衰變和β衰變次數(shù)的確定方法①方法一:由于β衰變不改變質(zhì)量數(shù),故可以先由質(zhì)量數(shù)改變確定α衰變的次數(shù),再根據(jù)電荷數(shù)守恒確定β衰變的次數(shù).②方法二:設(shè)α衰變次數(shù)為x,β衰變次數(shù)為y,根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒列方程組求解.2.核能的計(jì)算方法(1)根據(jù)ΔE=Δmc2計(jì)算時(shí),Δm的單位是“kg”,c的單位是“m/s”,ΔE的單位是“J”.(2)根據(jù)ΔE=Δm×931.5MeV計(jì)算時(shí),Δm的單位是“u”,ΔE的單位是“MeV”.(3)根據(jù)核子比結(jié)合能來(lái)計(jì)算核能:原子核的結(jié)合能=核子比結(jié)合能×核子數(shù).例3[2024·山東卷]2024年是中國(guó)航天大年,神舟十八號(hào)、嫦娥六號(hào)等已陸續(xù)飛天,部分航天器裝載了具有抗干擾性強(qiáng)的核電池.已知

3890Sr衰變?yōu)?/p>

3990Y的半衰期約為29年;94238Pu衰變?yōu)?/p>

92234U的半衰期約87年.現(xiàn)用相同數(shù)目的A.

3890Sr衰變?yōu)锽.

94238Pu衰變?yōu)镃.50年后,剩余的

3890Sr數(shù)目大于D.87年后,剩余的

3890Sr數(shù)目小于【技法點(diǎn)撥】本題考查原子核的衰變,衰變過(guò)程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,衰變后的原子核更穩(wěn)定、比結(jié)合能更大,放射性元素的半衰期與外部環(huán)境和化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān).例4[2024·河北卷]鋰是新能源汽車(chē)、儲(chǔ)能和信息通信等新興產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵材料.研究表明,鋰元素主要來(lái)自宇宙線高能粒子與星際物質(zhì)的原子核產(chǎn)生的散裂反應(yīng),其中一種核反應(yīng)方程為

612C+11H→

37Li+A.

01B.

-C.

10D.

2例5[2023·湖南卷]2023年4月13日,中國(guó)“人造太陽(yáng)”反應(yīng)堆中科院環(huán)流器裝置(EAST)創(chuàng)下新紀(jì)錄,實(shí)現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行,為可控核聚變的最終實(shí)現(xiàn)又向前邁出了重要的一步,下列關(guān)于核反應(yīng)的說(shuō)法正確的是 ()A.相同質(zhì)量的核燃料,輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多B.氘氚核聚變的核反應(yīng)方程為

12H+13H→C.核聚變的核反應(yīng)燃料主要是鈾235D.核聚變反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有質(zhì)量虧損【技法點(diǎn)撥】本題考查核聚變,參與聚變過(guò)程的原子核其核子數(shù)較少,但核能釋放較多,利用愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程計(jì)算核能或者質(zhì)量虧損時(shí)要注意質(zhì)量單位和能量單位的換算方法.【遷移拓展】1.[2024·全國(guó)甲卷]氘核可通過(guò)一系列聚變反應(yīng)釋放能量,總的反應(yīng)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]已知釷234的半衰期是24天.1g釷234經(jīng)過(guò)48天后,剩余釷234的質(zhì)量為 ()A.0g B.0.25gC.0.5g D.0.75g3.[2024·江西九江模擬]對(duì)于質(zhì)量為m0的放射性元素p,經(jīng)過(guò)時(shí)間t后剩余p的質(zhì)量為m,其圖線如圖所示,從圖