专题七 热学、光学和原子物理.doc

专题七 热学、光学和原子物理命题趋势热学是物理学的一个组成部分，它研究的是热现象的规律。新的考试大纲删掉了对气体性质的考查，对分子动理论的考查成为高考考查的重点。但对该部分的考查，将会以定性为主，难度不会太大，灵活性会有所加强，会更注重对物理规律的理解和对物理现象、物理情景的分析能力的考查。几何光学历来是高考的重点，但近几年考试要求有所调整，不要求应用公式计算全反射的临界角，透镜成像也不再考查。因此对该部分的考查，将会以定性为主，难度不会太大，灵活性会有所加强，会更注重对物理规律的理解和对物理现象、物理情景的分析能力的考查。有两点应引起重视：一是对实际生活中常见光现象的认识，二是光路图问题。光的本性、原子和原子核是高考的必考内容，一般难度不大，以识记、理解为主，常见的题型是选择题。但随着高考改革的进行，试题较多的以与现代科学技术有着密切联系的近代物理为背景，这样在一些计算题，甚至压轴题中（如2001年理科综合试卷）也出现了这方面的知识点。但就是在这类题中，对这些知识点本身的考查，难度也是不大的。需要适应的是这些知识和其他知识的综合。“获取知识的能力”是考试说明对考生提出的五个要求中的一个。随着命题向能力立意方向的转化，要注意近代物理知识的考查以信息题的形式出现。如2001年理科综合试卷的压轴题，试题本身知识对大多数考生讲并不难，但较大阅读量和一些全新的名词给考生正确获取解题信息设置了障碍，估计这类题在以后的综合试卷中还会出现。教学目标：1.通过专题复习，掌握热学、光学和原子物理有关问题的分析方法和思维过程，提高解决学科内综合问题的能力。2.能够从实际问题中获取并处理信息，把实际问题转化成物理问题，提高分析解决实际问题的能力。教学重点：掌握热学、光学和原子物理有关问题的分析方法和思维过程，提高解决学科内综合问题的能力。教学难点：从实际问题中获取并处理信息，把实际问题转化成物理问题，提高分析解决实际问题的能力。教学方法：讲练结合，计算机辅助教学教学过程：一、知识概要热学研究的是热现象的规律。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微观结构的观点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；分子永不停息地做无规则运动；分子间存在着相互作用力。主要知识如下表：光学分几何光学和光的本性两部分。前者讨论光传播的规律及其应用，主要运用几何作图的方法。后者重在探究“光是什么？”。主要知识如下表：原子物理的知识难度不太大，但“点多面宽”，复习中应从原子结构三模型的发展过程、原子核反应的两类反应形式去把握知识体系，具体见下表：二、考题回顾1. （03全国理综卷）如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一个导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动P的过程中A.外力对乙做功；甲的内能不变 B.外力对乙做功；乙的内能不变C.乙传递热量给甲；乙的内能增加 D.乙的内能增加；甲的内能不变解析：本题考查的目标是理解能力和推理能力，要求考生正确理解热力学第一定律，并会正确推理，得出正确结论。活塞P向B移动，将气体乙压缩，外力对气体做功，其体内能增加，温度升高，由于活塞B是导热的，乙传递热量给甲，使甲的内能增加，温度也升高，直到甲和乙的温度相同，此时甲和乙的温度一定都比初始温度高，内能都增加了。故选项C正确。2.（04全国理综卷）本题中用大写字母代表原子核。E经衰变成为F，再经衰变成为G，再经衰变成为H。上述系列衰变可记为下式：另一系列衰变可记为下式：已知P是F的同位素，则 （ B ）A.Q是G的同位素，R是H的同位素B.R是E的同位素，S是F的同位素C.R是G的同位素，S是H的同位素D.Q是E的同位素，R是F的同位素3.（04全国理综卷）若以表示水的摩尔质量，表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积， 为在标准状态下水蒸气的密度，NA为阿佛加德罗常数，m、分别表示每个水分子的质量和体积，下面是四个关系式： 其中 （ B ）A.和都是正确的 B.和都是正确的C.和都是正确的 D.和都是正确的4.（04全国理综卷）下表给出了一些金属材料的逸出功。材料铯钙镁铍钛逸出功（J）3.04.35.96.26.6现用波长为400nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种？（普朗克常量h6.61034 Js，光速c3.0108m/s） （ A ）A.2种 B.3种 C.4种 D.5种5.（04全国理综卷）发出白光的细线光源ab，长度为l0，竖直放置，上端a恰好在水面以下，如图。现考虑线光源a b发出的靠近水面法线（图中的虚线）的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以l1表示红光成的像的长度，l2表示蓝光成的像的长度，则 （ D ）A. l1 l2 l2l0 C.l2 l1l0 D.l2 l1l06.（04上海卷）下列说法正确的是（ AB ）A.光的干涉和衍射现象说明光具有波动性。B.光的频率越大，波长越长。C.光的波长越大，光子的能量越大。D.光在真空中的传播速度为3.00108m/s7.（04上海卷）下列说法中正确的是 （ CD ）A.玛丽居里首先提出原子的核式结构学说。B.卢瑟福在粒子散射实验中发现了电子。C.查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子。D.爱因斯坦为解释光电效应的实验规律提出了光子说。8.（04上海卷）在光电效应实验中，如果实验仪器及线路完好，当光照射到光电管上时，灵敏电流计中没有电流通过，可能的原因是： 入射光波长太大（或反向电压太大）.9.（04上海卷）利用扫描隧道显微镜（STM）可以得到物质表面原子排列的图象，从而可以研究物质的构成规律，下面的照片是一些晶体材料表面的STM图象，通过观察、比较，可以看到这些材料都是由原子在空间排列而构成的，具有一定的结构特征，则构成这些材料的原子在物质表面排列的共同特点是（1） ；（2） ；.（1）在确定方向上原子有规律地排列；（2）在不同方向上原子的排列规律一般不同；（3）原子排列具有一定对称性等10（04年天津理综19）：激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理。用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度与二次曝光时间间隔的乘积等于双缝间距。实验中可测得二次曝光时间间隔、双缝到屏之距离以及相邻两条亮纹间距。若所用激光波长为，则该实验确定物体运动速度的表达式是（ ）A. B. C. D. 解析：设双缝的距离为d，则由题设有双缝到屏之距离以及相邻两条亮纹间距、双缝距离d、光波长为满足由、可解得，故选项B正确。11（2004江苏物理10）若原子的某内层电子被电离形成空位，其它层的电子跃迁到该空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来，此电磁辐射就是原子的特征X射线.内层空位的产生有多种机制，其中的一种称为内转换，即原子中处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时释放的能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形成空位(被电离的电子称为内转换电子).214Po的原子核从某一激发态回到基态时，可将能量E0=1.416MeV交给内层电子(如K、L、M层电子，K、L、M标记原子中最靠近核的三个电子层)使其电离.实验测得从214Po原子的K、L、M层电离出的电子的动能分别为EK=1.323MeV、EL=1.399MeV、EM=1.412MeV.则可能发射的特征X射线的能量为（ ）A. 0.013MeV B. 0.017MeV C. 0.076MeV D. 0.093MeV解析：214Po的原子核从某一激发态回到基态时，若将能量E0=1.416MeV交给K层电子时，使K层电子电离后形成空位，L层或M层电子跃迁到K层时发出X射线的能量分别为若将能量E0=1.416MeV交给L层电子时，使L层电子电离后形成空位，M电子层跃迁到L层时发出X射线的能量为故正确选项为A、C 。12.（2004江苏物理7）：雷蒙德戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(ve)而获得了2002年度诺贝尔物理学奖.他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶.电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为 已知核的质量为36.95658u，核的质量为36.95691u， 的质量为0.00055u，1u质量对应的能量为931.5 MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量 （ ）A. 0.82 MeV B. 0.31MeV C. 1.33 MeV D. 0.51 MeV解析：核反应是一个质量增加的反应，反应中增加的质量是由中微子的能量转化而来的，则上述反应中电子中微子的最小能量为，故A选项正确。13.（04年广西理综13）：已经证实，质子、中子都是由上夸克和下夸克的两种夸克组成的，上夸克带电为，下夸克带电为，e为电子所带电量的大小，如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离都为，1.510m，试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力（库仑力）。解析：质子带电为+e，所以它是由2个上夸克和1个下夸克组成的，按题意，三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处，如图6所示。上夸克与上夸克之间的静电力应为 代入数值，得=46N，为斥力。上夸克与下夸克之间的静电力为 代入数值，得=23N，为引力。三、典题例析【例题1】 钢瓶内装有高压氧气。打开阀门氧气迅速从瓶口喷出，当内外气压相等时立即关闭阀门。过一段时间后再打开阀门，会不会再有氧气逸出？解析：第一次打开阀门氧气“迅速”喷出，是一个绝热过程Q=0，同时氧气体积膨胀对外做功W0，由热力学第一定律U时，向上侧移；若n时，向下侧移），但至少可以确定方向没变，仍然与棱镜的AB面垂直。这样光线由右边三棱镜AB面射出棱镜时，不改变方向，应为4、5、6中的任意一条。选项B正确。【例题3】1896年法国物理学家贝克勒尔发现了天然放射现象，对天然放射现象的研究揭开了核物理发展的序幕。科学家发现，U232核放出一个粒子后衰变为Th228核。若U核发生衰变时，初速度可以忽略不计，已知U和Th、He的原子量分别为M0，M1，M2，求放出的粒子的初动能。解题方法与技巧：设U、Th、He的质量分别为m0、m1和m2，由质能关系可得在核反应中释放出来的核能转化为反应后Th和He核的总动能： Ek=（m0-m1-m2）c2一个U原子质量为： =m0+92me（N为阿伏加德罗常数）同理：=m1+90me，=m2+2me所以Ek=（M0-M1-M2）c2/N反应前后动量守恒，设反应后Th、He核的动量分别为p1、p2，则有：p1=p2由动量和动能之间的关系，则有： m1v12=；m2v22=则总动能：Ek=所以粒子的初动能： Eka =Ek若忽略电子质量me，则粒子的初动能：Eka=（M0-M1-M2）c2点评：本题以原子结构、质能方程、动量守恒定律、动能和动量关系为依托，考查考生理解能力和分析综合能力，级要求。学生常见的错误有（1）混淆原子量与原子核的质量导致错解；（2）不能根据动量和能量关系求解Th核与He核的核能分配。这是一道考查近代物理在学科知识间综合的好题。【例题4】氢原子处于基态时，原子能量E1= -13.6eV，已知电子电量e =1.610-19C，电子质量m=0.9110-30kg，氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1=0.5310-10m.（1）若要使处于n=2的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？（2）氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流，则氢原子处于n=2的激发态时，核外电子运动的等效电流多大？（3）若已知钠的极限频率为6.001014Hz，今用一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光谱照射钠，试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应？解题方法与技巧：（1）要使处于n=2的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处，最小频率的电磁波的光子能量应为：得 Hz，（2）氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，库伦力作向心力，有 其中根据电流强度的定义 由得 将数据代入得 A（3）由于钠的极限频率为6.001014Hz，则使钠发生光电效应的光子的能量至少为eV=2.486 eV一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光子，要使钠发生光电效应，应使跃迁时两能级的差，所以在六条光谱线中有、四条谱线可使钠发生光电效应。点评：本题是一道考查近代物理在学科知识间综合的典型试题。涉及到原子结构、玻尔理论、能级、光谱、光电效应，光子能量公式、静电力学、牛顿定律、电流概念等知识。考查考生理解能力和分析综合能力，级要求。学生常常因把握不住知识点间的横向联系而出错。建立物理模型、找出学科知识间的链接点是分析求解问题的关键。四、能力训练1.（2003年全国理综卷）如图，当电键K断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为（A）A.1.9eV B.0.6eV C.2.5eV D.3.1eV 2.（2001年上海卷）卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有A.原子的中心有个核，叫做原子核B.原子的正电荷均匀分布在整个原子中C.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里D.带负电的电子在核外绕着核旋转3.（2001年上海卷）A、B两幅图是由单色光分别射到圆孔而形成的图象，其中图A是光的 （填干涉或衍射）图象。由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径 （填大于或小于）图B所对应的圆孔的孔径。 图A 图B4.（2001年上海卷）光电效应实验的装置如图所示，则下面说 法中正确的是A.用紫外光照射锌板，验电器指针会发生偏转B.用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C.锌板带的是负电荷 D.使验电器指针发生偏转的是正电荷5.（04理综）下列说法正确的是 （ ）A. 热量不能由低温物体传递到高温物体B. 外界对物体做功，物体的内能必定增加C. 第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律D. 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6.（04理综）人眼对绿光最为敏感。正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为Js，光速为m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是 （ ）A. WB. WC. WD. W7.（04理综）现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是多少？假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的。A.2200 B.2000 C.1200 D.24 008.（04理综）下面是四种与光有关的事实：用光导纤维传播信号用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度一束白光通过三棱镜形成彩色光带水面上的油膜呈现彩色其中，与光的干涉有关的是A. B. C. D.9.（04全国理综卷）一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比， （ ）A.气体内能一定增加 B.气体内能一定减小C.气体内能一定不变 D.气体内能是增是减不能确定10.（04理综）下列说法正确的是 （ ）A.外界对气体做功，气体的内能一定增大B.气体从外界只收热量，气体的内能一定增大C.气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均动能越大D.气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均动能越大11.（04理综）氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为E1=54.4eV，氦离子能级的示意图如图所示。在具有下列能量的光子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是 （ ）A.40.8eVB.43.2eVC.51.0eVD.54.4eV12.用双缝干涉测光的波长。实验装置如图（甲）所示，已知单缝与双缝间的距离L1=100mm，双缝与屏的距离L2=700mm，双缝间距d=0.25mm。用测量头来测量亮纹中心的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准亮纹的中心（如图（乙）所示），记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的读数。（1）分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时，手轮上的读数如图（丙）所示，则对准第1条时读数x1=_mm、对准第4条时读数x2=_mm（2）写出计算波长的表达式，=_（用符号表示），=_nm13.如图所示为氢原子能级示意