2026高考物理二轮复习专题07 热、光、原、振动与波（4大题型）（题型专练）（原卷版）

PAGE1PAGE专题07热、光、原、振动与波目录第一部分题型解码高屋建瓴，掌握全局目录第一部分题型解码高屋建瓴，掌握全局第二部分考向破译微观解剖，精细教学典例引领方法透视变式演练考向01热学 考向02光学 考向03近代物理 考向04振动与波 第三部分综合巩固整合应用，模拟实战题型解码热、光、原、振动与波是高考物理的必考点，考察方向多以选择题形式考察深度较浅多以识记与简单计算为主，属于学生必须得分的模块。从往年高考中可以看出在选择题中热学考察主要以热力学定律及图像分析为主，光学多以物理光学为主，原子物理多以光电效应、能级跃迁、原子核相关知识点为主、振动与波多以波的图像分析为主。本专题更多是基于以上分析的基础上精选具有代表性的习题作为例题与变式训练，旨在通过本专题的训练能帮助考生在这四个模块上取得满分。考向破译考向01热学【典例引领1】下图是一台热机的循环过程，工作物质为理想气体，它由两个等容过程和两个等温过程组成，温度为，温度为，关于该循环，下列判断正确的是（）A．温度小于温度B．放出的热量等于吸收的热量C．气体对外做功等于外界对气体做功D．气体分子在状态A时的平均动能大于在状态B时的平均动能【方法透视】1.分子动理论(1)分子大小①分子体积(或占有空间的体积)：V0＝eq\f(Vmol,NA)。②分子质量：m0＝eq\f(Mmol,NA)。③油膜法估测分子的直径：d＝eq\f(V,S)。④两种微观模型a．球体模型(适用于固体、液体)：一个分子的体积V0＝eq\f(4,3)π（eq\f(d,2)）3＝eq\f(1,6)πd3，d为分子的直径。b．立方体模型(适用于气体)：一个分子占据的平均空间体积V0＝d3，d为分子间的距离。(2)分子热运动的实验基础：扩散现象和布朗运动①扩散现象特点：温度越高，扩散越快。②布朗运动特点：液体内固体小颗粒永不停息、无规则地运动，颗粒越小、温度越高，运动越剧烈。(反映了液体分子的无规则运动，但并非液体分子的无规则运动)(3)分子势能、分子力与分子间距离的关系2．热力学第一定律的灵活应用(1)应用热力学第一定律时，要注意各符号正负的规定，并要充分考虑改变内能的两个因素：做功和热传递。不能认为物体吸热(或对物体做功)，物体的内能一定增加。(2)若研究物体为气体，对气体做功的正负由气体的体积决定，气体体积增大，气体对外做功，W为负值；气体的体积减小，外界对气体做功，W为正值。(3)三种特殊情况①若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体(物体对外界)做的功等于物体内能的增加量(减少量)。②若过程中不做功，即W＝0，Q＝ΔU，物体吸收(放出)的热量等于物体内能的增加量(减少量)。③若过程的始、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量(物体对外界做的功等于物体吸收的热量)。【变式演练】【变式1-1】一定质量的理想气体按图中箭头所示的顺序进行状态变化，图中段是以纵轴和横轴为渐近线的双曲线，则下列说法正确的是（

）A．过程，气体体积增大，温度降低B．过程，气体体积增大，温度不变，每个气体分子的动能都不变C．过程，气体体积减小，温度降低，气体分子的平均动能减小D．气体沿不同的途径从状态变化到状态的过程对外界做的功都相同【变式1-1】一定质量的理想气体由状态A经过状态B变为状态C，其图像如图所示。已知气体在状态C时的体积为。下列说法正确的是（

）A．气体在状态A时的温度为300K、体积为B．从状态A到状态B的过程中，单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数可能不变C．从状态B到状态C的过程中，分子数密度减小，单个分子对器壁的平均撞击力不变D．从状态A到状态C的过程中，气体从外界吸收的热量大于45000J【变式1-3】关于下列各图说法正确的是（）A．图甲中，实验现象说明薄板材料是非晶体B．图乙中液体和管壁表现为不浸润C．图丙中，T2对应曲线为同一气体温度较高时的速率分布图D．图丁中，微粒越大，单位时间内受到液体分子撞击次数越多，布朗运动越明显考向02光学【典例引领2】如图，一个圆柱形储油桶的底面直径为，高为。当桶内没有油时，从某点E恰能看到桶底边缘的某点A。当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿EA方向看去，恰好看到桶底上的点F，F、A两点相距，则油的折射率为（

）A． B． C． D．【方法透视】1．常用的三个公式：eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n，n＝eq\f(c,v)，sinC＝eq\f(1,n)。2．折射率的理解(1)折射率与介质和光的频率有关，与入射角的大小无关。(2)光密介质指折射率较大的介质，而不是指密度大的介质。(3)同一种介质中，频率越高的光折射率越大，传播速度越小。3．求解光的折射和全反射问题的思路(1)根据题意画出正确的光路图，特别注意全反射的临界光线。(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系。(3)利用折射定律等公式求解。(4)注意折射现象中光路的可逆性。4．光的干涉现象：双缝干涉、薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环)；光的衍射现象：单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射、泊松亮斑。5．光的双缝干涉和单缝衍射的比较双缝干涉单缝衍射发生条件两束光频率相同、相位差恒定障碍物或狭缝的尺寸足够小(明显衍射现象)图样不同点条纹宽度条纹宽度相等条纹宽度不等，中央最宽条纹间距各相邻条纹间距相等各相邻条纹间距不等亮度情况清晰条纹，亮度基本相等中央条纹最亮，两边变暗与光的偏振的区别干涉、衍射都是波特有的现象；光的偏振现象说明光是横波【变式演练】【变式2-1】如图所示，a、b两束相同的平行细光束以垂直底面的方向射到正三棱镜的两个侧面，且a、b两束光间的距离为d，两束光的入射点A、B到底面的距离相等，经折射后两束光射到三棱镜的底面上。已知三棱镜截面的边长为2d，三棱镜的折射率为，则底面上两光点间的距离为（）A．0 B． C． D．d【变式2-2】霓的形成原理与彩虹大致相同，是太阳光经过水珠的折射和反射形成的，简化示意图如图所示，其中a、b是两种不同频率的单色光，下列说法正确的是（）A．霓是经过2次折射和1次全反射形成的现象B．光束a、b通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻亮条纹间距大C．b光在玻璃中的传播速度比a光在玻璃中的传播速度大D．若a光能使某金属发生光电效应，则b光也一定能使该金属发生光电效应【变式2-3】如图所示，半圆柱形玻璃砖的截面如图所示，截面的半径为R，O点为截面的圆心，与水平直径AB垂直，玻璃砖的左侧紧靠与直径AB垂直的光屏。一细束与截面平行且与成θ=37°角的光线在O点反射、折射后，在光屏上形成两个光斑C、D，且反射光线与折射光线垂直。已知，则此玻璃砖对单色光的折射率为（）A． B． C． D．考向03近代物理【典例引领3】氢原子的能级图如图甲所示，一群处于n=4能级的氢原子，用其向低能级跃迁过程中发出的光照射图乙电路中的阴极K，其中只有a、b两种频率的光能使之发生光电效应。分别用这两种频率的光照射阴极K，测得图乙中电流表示数随电压表示数变化的图像如图丙所示。下列说法正确的是（）A．题中的氢原子跃迁共能发出6种不同频率的光B．a光是从n=4能级向n=1能级跃迁产生的C．a光的波长小于b光的波长D．b光照射阴极K时逸出的光电子的最大初动能比a光照射时的小【方法透视】一．光电效应问题的五个关系与四种图象(1)五个关系①逸出功W0一定时，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能。②入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。③爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0。④光电子的最大初动能Ek可以利用光电管用实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc为遏止电压。⑤光电效应方程中的W0为逸出功。它与极限频率νc的关系是W0＝hνc。(2)四种光电效应的图象图象名称图线形状由图线直接(或间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc(2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系(1)遏止电压Uc：图线与横轴交点的横坐标(2)饱和光电流Im：电流的最大值(3)最大初动能：Ek＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系(1)遏止电压Uc1、Uc2(2)饱和光电流(3)最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线(1)极限频率νc：图线与横轴的交点的横坐标值(2)遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大(3)普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke二．原子能级跃迁问题的解题技巧(1)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，即ΔE＝hν＝|E初－E末|。(2)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。(3)一群氢原子和一个氢原子不同，氢原子核外只有一个电子，这个电子在某时刻只能处在某一个确定的轨道上，在某段时间内，由这一轨道跃迁到另一较低能级轨道时，可能的情况只有一种，所以一个氢原子从n能级跃迁发射出光子的最多可能种类N＝n－1。但是如果有大量n能级的氢原子，它们的核外电子向低能级跃迁时就会有各种情况出现了，发射光子的种类N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(nn－1,2)。(4)计算氢原子能级跃迁放出或吸收光子的频率和波长时，要注意各能级的能量值均为负值，且单位为电子伏，计算时需换算单位，1eV＝1.6×10－19J。(5)氢原子能量为电势能与动能的总和，能量越大，轨道半径越大，势能越大，动能越小。三．核反应核能1.原子核的衰变问题(1)衰变实质：α衰变是原子核中的2个质子和2个中子结合成一个氦核并射出；β衰变是原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，再将电子射出；γ衰变伴随着α衰变或β衰变同时发生，不改变原子核的质量数与电荷数，以光子形式释放出衰变过程中的多余能量。(2)核衰变规律：，其中t为衰变的时长，τ为原子核的半衰期。衰变的快慢由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关；半衰期是统计规律，对个别、少数原子核无意义。(3)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，根据质量数和电荷数守恒列方程组求解。2．三种射线(1)α射线：穿透能力最弱，电离作用最强。(2)β射线：穿透能力较强，电离作用较弱。(3)γ射线：穿透能力更强，电离作用更弱。3．核反应方程(1)核反应方程遵循的规律核反应方程遵循质量数、电荷数守恒，但核反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能。核反应过程一般不可逆，所以核反应方程中用“→”表示方向而不能用等号代替。(2)核反应类型①衰变α衰变：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heβ衰变：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e②原子核的人工转变质子的发现：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H中子的发现：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n人工放射性同位素的发现：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)neq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e③重核裂变例如：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n。④轻核聚变例如：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n。4．核能的计算方法(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2(J)。(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)的能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5(MeV)。(3)如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。【变式演练】【变式3-1】一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为。下列说法正确的是（）A．射线的穿透能力比射线强 B．高温下的半衰期变短C．铀核的质量大于粒子与钍核的质量之和 D．比的比结合能大【变式3-2】碳14能够自发地进行衰变：。碳14的半衰期为5730年。在考古和经济建设中可用碳14测定年代。以下说法正确的是（）A．衰变放出的X是一种穿透能力极强的高频电磁波B．碳14的衰变方程为C．温度升高，碳14的半衰期会变长D．衰变后X与氮核的质量之和等于衰变前碳核的质量【变式3-3】2023年4月12日，我国全超导托卡马克核聚变实验装置（人造太阳）成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒，对提升核聚变能源经济性、可行性，加快实现聚变发电具有重要意义。实验装置内核反应方程为。已知质子的质量为，中子的质量为，、、原子核的质量分别为、、，光在真空中的速度为。下列说法正确的是（）A．核聚变在常温下即可进行B．的结合能小于的结合能C．1个、个聚变释放的能量为D．的结合能为【变式3-5】光电效应实验，得到光电子最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示。普朗克常量、金属材料的逸出功分别为（）A．， B．， C．， D．，考向04振动与波【典例引领4】一列简谐机械横波沿x轴传播，其在时的波形图如图a所示，P、Q是介质中的两个质点，图b是质点Q的振动图像。则（）A．该列波沿x轴负方向传播B．该列波的波速是0.18m/sC．在时，质点Q的位移为D．质点P的平衡位置的坐标x=2cm【方法透视】一．机械振动1.简谐运动的五个特征受力特征回复力：F＝－kx，F(或a)的大小与x的大小成正比，方向相反运动特征(1)运动学表达式：x＝Asin(ωt＋φ0)。(2)靠近平衡位置时，a、F、x都减小，v增大；远离平衡位置时，a、F、x都增大，v减小能量特征(1)振幅越大，能量越大。(2)在运动过程中，系统的动能和势能相互转化，机械能守恒周期性特征质点的位移、回复力、加速度和速度随时间做周期性变化，变化周期就是简谐运动的周期T；动能和势能也随时间做周期性变化，其变化周期为eq\f(T,2)对称性特征关于平衡位置O对称的两点，速度的大小、动能、势能相等，相对平衡位置的位移大小相等2.单摆(1)单摆周期公式T＝2πeq\r(\f(l,g))①g为当地重力加速度，在地球上不同位置g的取值不同，不同星球表面g值也不相同。②单摆处于超重或失重状态时等效重力加速度g0＝g±a。在近地轨道上运动的卫星加速度a＝g，为完全失重，等效重力加速度g0＝0。(2)①当摆球在最高点时，F向＝eq\f(mv2,l)＝0，FT＝mgcosθ。②当摆球在最低点时，F向＝eq\f(mveq\o\al(2,max),l)，F向最大，FT＝mg＋meq\f(veq\o\al(2,max),l)。二．机械波的特点及性质形成条件(1)波源；(2)传播介质，如空气、水等传播特点(1)机械波传播的只是振动的形式和能量，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移(2)介质中各质点振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同(3)一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为4A，位移为零(4)一个周期内，波向前传播一个波长波的图像及各量关系v＝λf波的叠加(1)两个振动情况相同的波源形成的波，振动加强的条件为Δx＝nλ(n＝0，1，2，…)，振动减弱的条件为Δx＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0，1，2，…)(2)振动加强点的位移随时间而改变，振幅为两波振幅的和A1＋A2波的多解问题由于波的周期性、波传播方向的双向性，波的传播易出现多解问题【变式演练】【变式4-1】如图甲为某简谐机械横波在时刻波的图像，乙图为波的传播方向上某质点的振动图像。下列说法正确的是（）A．该波一定沿x轴正方向传播B．该波的波速是10C．若乙是质点Q的振动图像，则0~0.15s时间内，质点Q运动的路程为1.5mD．若乙是质点P的振动图像，则时刻，质点Q的坐标为【变式4-2】如图所示，一个质量为M的物块A放置在水平地面上，一个劲度系数为k的轻弹簧竖直放置，下端与物块A连接，上端与质量为m的物块B连接，将物块B从弹簧原长位置静止释放，不计阻力，下列说法正确的是（）A．物块A对地面的最大压力为 B．弹簧的压缩量为时，物块B的速度为0C．物块A对地面的最小压力为 D．弹簧的最大压缩量大于【变式4-3】如图所示，在x轴上有A、B、C、D四个点，其间距已在图中标注。现有一周期为T、波长为0.5m、沿x轴正方向传播的横波，当t=0时波恰好传到B点，则t=2T时，CD段的波形图为（）A． B． C． D．【变式4-4】．如图所示，握住软绳的一端周期性上下抖动，在绳上激发了一列简谐波。图是该简谐横波在传播方向上相距的两个质点的振动图像，则波的传播速度可能为（）A． B． C． D．【变式4-5】如图所示，介质中有两个相距6m的波源S1和S2，两波源的振动方向与纸面垂直，所形成的机械波在纸面内传播，传播速度均为0.25m/s。图2是S1的振动图像，图3是S2的振动图像。M点在S1和S2的连线上，与波源S1相距2.5m，N和S1的连线与S1和S2的连线垂直，N点到S1的距离为8m。下列说法正确的是（）A．M是振动加强点 B．N是振动加强点C．M和N的连线上必定有一振动加强点 D．S1和S2振动步调相反，不能形成稳定的干涉图样综合巩固一、单选题1．（2025·天津·高考真题）如图所示，一定质量的理想气体可经三个不同的过程从状态A变化到状态C，则（）A．和过程，外界对气体做功相同B．和过程，气体放出的热量相同C．在状态A时和在状态C时，气体的内能相同D．在状态B时和在状态D时，气体分子热运动的平均动能相同2．（2025·江西·高考真题）如图所示，一泵水器通过细水管与桶装水相连。按压一次泵水器可将压强等于大气压强、体积为的空气压入水桶中。在设计泵水器时应计算出的临界值，当时，在液面最低的情况下仅按压一次泵水器恰能出水。设桶身的高度和横截面积分别为H、S，颈部高度为l，按压前桶中气体压强为。不考虑温度变化和漏气，忽略桶壁厚度及桶颈部、细水管和出水管的体积。已知水的密度为，重力加速度为g。该临界值等于（）A． B．C． D．3．（2024·天津·高考真题）压缩空气储能是一种新型储能技术，其中涉及了空气的绝热膨胀和等温压缩过程，对一定质量的理想气体，下列说法正确的是（

）A．绝热膨胀过程，气体的内能增大B．绝热膨胀过程，外界对气体做功C．等温压缩过程，气体的压强不变D．等温压缩过程，气体的内能不变4．（2025·河北·高考真题）某同学将一充气皮球遗忘在操场上，找到时发现因太阳曝晒皮球温度升高，体积变大。在此过程中若皮球未漏气，则皮球内封闭气体（）A．对外做功B．向外界传递热量C．分子的数密度增大D．每个分子的速率都增大5．（2025·天津·高考真题）在进行双缝干涉实验时，用光传感器测量干涉区域不同位置的光照强度，可以方便地展示干涉条纹分布。a、b两束单色光分别经过同一双缝干涉装置后，其光照强度与位置的关系如图所示，图中光照强度极大值位置对应亮条纹中心，极小值位置对应暗条纹中心，上下两图中相同横坐标代表相同位置，则（）A．a、b的光子动量大小相同 B．a的光子能量小于b的光子能量C．在真空中，a的波长大于b的波长 D．通过同一单缝衍射装置，a的中央亮条纹窄6．（2025·广东·高考真题）如图为测量某种玻璃折射率的光路图。某单色光从空气垂直射入顶角为的玻璃棱镜，出射光相对于入射光的偏转角为，该折射率为（

）A． B． C． D．7．（2025·湖南·高考真题）如图，ABC为半圆柱体透明介质的横截面，AC为直径，B为ABC的中点。真空中一束单色光从AC边射入介质，入射点为A点，折射光直接由B点出射。不考虑光的多次反射，下列说法正确的是（）A．入射角θ小于45°B．该介质折射率大于C．增大入射角，该单色光在BC上可能发生全反射D．减小入射角，该单色光在AB上可能发生全反射8．（2025·河南·高考真题）折射率为的玻璃圆柱水平放置，平行于其横截面的一束光线从顶点入射，光线与竖直方向的夹角为，如图所示。该光线从圆柱内射出时，与竖直方向的夹角为（不考虑光线在圆柱内的反射）（）A． B． C． D．9．（2025·重庆·高考真题）在科学实验中可利用激光使原子减速，若一个处于基态的原子朝某方向运动，吸收一个沿相反方向运动的能量为E的光子后跃迁到相邻激发态，原子速度减小，动量变为P。普朗克常量为h，光速为c，则（）A．光子的波长为B．该原子吸收光子后质量减少了C．该原子吸收光子后德布罗意波长为D．一个波长更长的光子也能使该基态原子跃迁到激发态10．（2025·甘肃·高考真题）利用电子与离子的碰撞可以研究离子的能级结构和辐射特性。离子相对基态的能级图（设基态能量为0）如图所示。用电子碰撞离子使其从基态激发到可能的激发态，若所用电子的能量为，则离子辐射的光谱中，波长最长的谱线对应的跃迁为（）A．能级 B．能级C．能级 D．能级11．（2025·北京·高考真题）自然界中物质是常见的，反物质并不常见。反物质由反粒子构成，它是科学研究的前沿领域之一。目前发现的反粒子有正电子、反质子等；反氢原子由正电子和反质子组成。粒子与其对应的反粒子质量相等，电荷等量异种。粒子和其反粒子碰撞会湮灭。反粒子参与的物理过程也遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒。下列说法正确的是（）A．已知氢原子的基态能量为，则反氢原子的基态能量也为B．一个中子可以转化为一个质子和一个正电子C．一对正负电子等速率对撞，湮灭为一个光子D．反氘核和反氚核的核聚变反应吸收能量12．（2025·广东·高考真题）有甲、乙两种金属，甲的逸出功小于乙的逸出功。使用某频率的光分别照射这两种金属，只有甲发射光电子，其最大初动能为，下列说法正确的是（

）A．使用频率更小的光，可能使乙也发射光电子B．使用频率更小的光，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于C．频率不变，减弱光强，可能使乙也发射光电子D．频率不变，减弱光强，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于13．（2025·山东·高考真题）在光电效应实验中，用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、3的金属，所得遏止电压如图所示，关于光电子最大初动能的大小关系正确的是（）A． B．C． D．二、多选题14．（2025·甘肃·高考真题）如图，一定量的理想气体从状态A经等容过程到达状态