专题六光、热学和近代物理（培优教师版）

专题六光、热学和近代物理（培优）学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．处于n=4能级的大量氢原子向低能级跃迁时，辐射光的频率最多有（）A．5种 B．6种 C．7种 D．8种【答案】B【详解】大量的氢原子处于n=4的激发态，当这些氢原子向低能级跃迁时，辐射光子的频率为种，故B符合题意，ACD不符合题意。2．2019年5月20日是第20个“世界计量日”，当日，第26届国际计量大会通过的关于国际单位制（SI）基本单位变革的决议生效实施．第26届国际度量衡大会上，重新定义了千克．新定义以普朗克常数为基准，从而使1千克脱离了实际物体．其中h是普朗克常量，关于h的单位，用国际单位制的基本单位表示，正确的是A．J•s B．J/sC．kg·m2/s D．Kg·m2·s3【答案】C【详解】AB．J不是国际单位制的基本单位，故AB错误；CD．根据E=hv解得：则h的单位是故C正确，D错误．3．利用核聚变能发电是人类开发和利用新能源的不懈追求，目前中、美、俄等多国通力合作联合研制可控核聚变反应堆来解决人类能源危机。关于核聚变下列说法正确的是（）A．表示的核反应是核聚变B．表示的核反应不是核聚变C．原子弹是利用核聚变反应制成的D．太阳能是核聚变产生的【答案】D【详解】A．A项中的核反应为发现质子的人工控制，故A错误；B．B项中表示的核反应是典型的核聚变，故B错误；C．原子弹是利用核裂变反应制成的，故C错误；D．太阳能是核聚变产生的，也称为热核反应，故D正确。故选D。4．微光夜视仪主要由物镜、光电阴极、微通道板和荧光屏等组成。微弱光线通过物镜照射到光电阴极上，光电阴极产生光电子，光电子经电场加速进入微通道板，微通道板上存在很多小通道，当电子穿过这些通道时与通道壁碰撞，每次碰撞都会产生更多的电子，从而实现了电子倍增，最后电子投射到荧光屏上成像。在整个成像过程中，下列说法正确的是（）A．物镜收集到的光线无论频率多大，都能使光电阴极产生光电子B．物镜收集到的光线的频率越大，则产生光电子的最大初动能越大C．增大加速电场的电压，到达微通道板的光电子数量一定变大D．电子与通道壁碰撞产生更多的电子，说明通道壁上发生了光电效应【答案】B【详解】A．原始光信号频率必须大于极限频率，才能发生光电效应，故A错误；B．根据光电效应方程可知原始光信号频率越大，则经过光阴极发生光电效应后光电子的最大初动能越大，故B正确；C．到达微通道板的光电子数量与光照强度有关，增大加速电场的电压，不能增大光电子数量，故C错误；D．光电子经电场加速聚焦后，带着更高的能量撞击通道壁，会发射更多的低能量的电子，这些电子依次被加速向下级倍增极撞击，导致一系列的几何级倍增，并非光电效应，故D错误。故选B。5．如图所示，一导热性能良好的金属汽缸内封闭一定质量的理想气体。现缓慢地向活塞上倒一定质量的沙土，忽略环境温度的变化，在此过程中（）A．单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多B．汽缸内大量分子撞击汽缸壁的平均作用力增大C．汽缸内大量分子的平均动能增大D．气体的内能增大【答案】A【详解】A．温度不变，气体分子的平均动能不变，平均速率不变，等温压缩时，根据玻意耳定律得知，压强增大，则单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多，故A正确；B．汽缸内封闭气体被压缩，体积减小，压强增大，大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力增大，大量分子撞击汽缸壁的平均作用力却不一定增大，故B错误；C．温度不变，则汽缸内分子平均动能保持不变，故C错误；D．金属汽缸导热性能良好，由于热交换，汽缸内封闭气体温度与环境温度相同，向活塞上倒一定质量的沙土时气体等温压缩，温度不变，气体的内能不变，故D错误。故选A。6．如图所示，在空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。在筒内封闭的气体被活塞迅速压缩的过程中，下列说法正确的是（）

A．气体的温度升高，压强不变 B．气体的体积减小，压强不变C．气体对外界做功，气体内能增加 D．外界对气体做功，气体内能增加【答案】D【详解】压缩玻璃筒内的空气，气体的压强变大，机械能转化为筒内空气的内能，空气的内能增加，温度升高，当达到棉花的燃点后，棉花会燃烧，即外界对气体做正功，气体内能增加。故选D。7．经过不断的实验探索，我们已经对原子结构有了一定的认识。对于这个探索的过程，下列说法正确的是（）A．汤姆孙对阴极射线的研究，证实了阴极射线的本质是带电的质子流B．卢瑟福通过对粒子散射实验现象的分析，完全否定了汤姆孙的枣糕模型C．核式结构模型很好地解释了原子光谱的分立特征D．玻尔将量子观念引入原子领域，指出原子中的电子实际上没有确定的轨道提出了“电子云”的概念【答案】B【详解】A．汤姆孙对阴极射线的研究，证实了阴极射线的本质是带电的电子流，选项A错误；B．汤姆逊的枣糕模型被卢瑟福和他的同事们所做的α粒子散射实验所否定，他提出了原子的核式结构模型，选项B正确；C．核式结构模型无法解释原子光谱的分立特征，选项C错误；D．玻尔假设依然保留了轨道这一经典概念，没有提出“电子云”的概念，选项D错误。故选B。8．图甲为张老师设计的测液体折射率装置，示意图如图乙，装有液体的厚长方体透明容器放在支架上可绕水平轴转动。激光笔固定在量角器上且与边重合。过中心O悬挂一重锤，其所指位置为B。现让激光垂直容器壁射入液体并在液面处出现光线1和2，支架转动到光线1恰好消失时，读出并记为，即可求出液体的折射率并标在量角器上。已知容器的折射率为n，下列说法正确的是（）A．该液体的折射率为B．该液体的折射率为C．越靠近A端标注的折射率值越大且刻度均匀D．若为薄壁容器，激光也必须垂直容器壁入射【答案】D【详解】AB．题意知光线1恰好消失时，光恰好发生全发射，几何关系可知，光在液体内部的入射角为（临界角），则有整理得故AB错误；C．由可知越靠近A端越小，越大，但与不成正比，即刻度不均匀，故C错误；D．若为薄壁容器，激光不垂直容器壁入射时，在容器壁处会发生折射，此时不再等于光在液体内部的入射角，会对测量液体折射率产生干扰，所以激光也必须垂直容器壁入射，故D正确。故选D。9．如图所示为一等腰梯形的特殊玻璃，其上表面长2m，下表面长6m，高2m，现用两束对称光分别从A、B点射入，并于C点聚焦。若C到玻璃下表面的距离D点为2.5m，AB的距离为3m，则该玻璃的折射率取值范围是（）A．（1，） B．（1，） C．（1，2） D．（1，）【答案】A【详解】依题意，作出如图所示光路图由折射定律可得由几何知识可得由题中提供数据可得，，，为了便于计算，设，则可得由于，当时，代入上式，求得故该玻璃的折射率取值范围是（1，），故选A。10．一半径为的球形薄壁玻璃鱼缸内充满水，水中有一条可视为质点的小鱼。玻璃和水的折射率都是。观察者在不同位置和不同角度对缸内的鱼进行观察。当鱼位于“某些位置”时，观察者在合适的位置能观察到缸里的鱼“消失”，求满足上述条件的“某些位置”所占鱼缸的体积（）A． B． C． D．【答案】A【详解】如图所示设与鱼缸球心O距离为a处有一小鱼M。从M点发出任一光线MB与的延长线的夹角为，从M点发出的另一光线MA与垂直，光线MA、MB在玻璃球壳上的入射点分别为A、B，入射角分别为、。在三角形OBM中，由正弦定理有在直角三角形OAM中有又联立，解得为了保证从M点发出的光线有发生全反射的可能，至少要求式中C是水的全反射临界角联立，解得则根据对称关系可知，满足“某些位置”鱼的位置如图所示所以，所占鱼缸的体积为故选A。二、多选题11．关于热学现象和热学规律，下列说法中正确的是（

）A．布朗运动就是液体分子的热运动B．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105J，同时空气的内能增加1.5×105J，则空气从外界吸热0.5×105JC．第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律D．一定质量的气体，如果保持温度不变，体积越小，则压强越大【答案】CD【详解】A．布朗运动就是悬浮在液体表面的固体颗粒的无规则运动，是液体分子热运动的表现，故A错误；B．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105J，同时空气的内能增加1.5×105J，则空气向外界放热0.5×105J，故B错误；C．第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律，故C正确；D．一定质量的气体，如果保持温度不变，体积越小，根据，则压强越大，故D正确。故选CD。12．关于理想气体，液体和热力学定律，下列说法正确的是（）A．理想气体除了碰撞外，分子间没有作用力B．那些不容易液化的气体在常温常压下可以看成理想气体C．液体沸腾时候的温度被称为沸点，沸腾属于汽化现象D．理想气体对外做功同时吸热，理想气体内能一定减小E．不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功【答案】ABC【详解】AB．理想气体是物理学上为了简化问题而引入的一个理想化模型，在现实生活中不存在，理想气体分子间除碰撞外，不考虑分子间相互作用力，那些不容易液化的气体在常温常压下可以看成理想气体。故AB正确；C．液体沸腾时候的温度被称为沸点，沸腾属于汽化现象。故C正确；D．根据热力学第一定律气体对外做功，从外界吸收热量，，所以不一定小于零，即不一定减小。故D错误；E．根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸收热量使之完全转化为有用的功而不产生其他影响。故E错误。故选ABC。13．一定质量的理想气体从状态A开始，经A→B、B→C、C→A三个过程后回到初始状态A，其图像如图所示，已知状态A的气体温度为，下列说法正确的是（）A．状态B的气体温度为800KB．在A→B过程中，气体既不对外做功，外界也不对气体做功C．在B→C过程中，气体对外做功1200JD．在C→A过程中，气体内能一直在减小E．在A→B→C→A一个循环过程中，气体从外界吸收热量450J【答案】AB【详解】A．状态A→B变化为等容变化，有带入数据解得故A正确；B．在A→B过程中，气体体积没有发生变化，气体既不对外做功，外界也不对气体做功，故B正确；C．在B→C过程中，气体体积减小，外界随气体做功，根据得故C错误；D．根据得可知，的等温曲线是反比例函数图象根据数学知识可知，在C→A过程中，气体温度线增大后减小，内能先增大后减小，故D错误；E．在A→B→C→A一个循环过程中，温度不变，内能。A→B过程，气体体积不变，做功为零；B→C过程，外界对气体做功为；C→A过程，气体对外界做的功等于图线与横坐标围成的面积根据热力学第一定律：，表达式中的表示外界对气体做的功，故则气体向外界释放热量450J，故D错误。故选AB。三、实验题14．某学习小组进行“用油膜法估测分子大小”的实验。(1)该实验中，将油酸分子看成是球形的，所采用的方法是_______。A．等效替代法 B．理想模型法 C．控制变量法 D．比值定义法(2)如图是实验的部分操作步骤，操作步骤合理的顺序是；___________（填写字母即可）A．描绘油膜轮廓 B．撒粉C．记录滴油酸酒精溶液的滴数 D．往浅盘中滴油酸酒精溶液(3)某次实验中将1mL的纯油酸配制成5000mL的油酸酒精溶液，用注射器测得1mL溶液为80滴。如图甲所示，再滴入1滴这样的溶液到准备好的浅盘中，即滴入浅盘中的油酸体积为___________。当油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板轻放在浅盘上，如图乙所示，在玻璃板上描出油膜轮廓，每格边长是，根据以上信息，可估算出油酸分子的直径约为_______________m（保留2位有效数字）(4)在“用油膜法估测油酸分子直径”的实验中，下列操作会导致测得的分子直径偏大的是___________A．痱子粉撒得太厚，未完全覆盖水面B．计算油膜面积时，将不足半格的方格全部舍去C．油酸酒精溶液配制后久置，部分酒精挥发D．未等油膜形状稳定就开始描绘轮廓【答案】(1)B(2)CBDA(3)6.9×10−10/6.7×10−10/6.8×10−10/7.0×10−10/7.1×10−10(4)A【详解】（1）在这个实验中，将油酸分子看成球形，且认为它们紧密排布形成单分子油膜，把油酸分子简化成了一个理想的球形模型，用单分子油膜厚度来等效油酸分子直径，采用的就是理想模型法。故选B。（2）根据题意，由实验原理可知，用油膜法估测油酸分子的大小的实验步骤为：①为计算一滴油酸酒精溶液的体积，应记录滴油酸酒精溶液的滴数②待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上③往浅盘中滴油酸酒精溶液④描绘油膜轮廓。故实验步骤为CBDA。（3）一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为油膜的面积为分子直径（4）A．痱子粉过厚阻碍油膜展开，导致面积S偏小，偏大，故A正确；B．舍去半格会导致S偏小，偏大，但题目中选项是“将不足半格的方格全部舍去”，即正确的做法是“不足半格舍去”，所以B选项是正确的操作，不会导致误差，反而如果多算了半格才会导致误差，故B错误；C．酒精挥发使溶液浓度升高，则油膜的面积偏大，直径测量值偏小，故C错误；D．未等油膜稳定可能导致S测量不准确，若油膜未完全展开则S偏小，偏大；若油膜扩散过度，则S偏大，偏小。因此选项的影响不确定，故D错误。故选A。15．“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置示意图如图甲所示。(1)实验中若仅忘记放置双缝，则通过目镜看到的图样应为___（填“乙”“丙”或“丁”）图。(2)下列各图中能正确表示相邻亮条纹的中心间距的是（填选项标号）。A． B． C． D．(3)两位同学均利用红光做双缝干涉实验，得到的干涉图样分别如图1、2所示，则他们在实验中（填选项标号）。A．放置的单缝与双缝间的距离可能不同B．使用的光源的光照强度可能不同C．放置的光源到双缝的距离可能不同D．放置的双缝到毛玻璃屏的距离可能不同(4)已知双缝间的距离为，双缝到毛玻璃屏的距离为，当分划板中心刻线对齐如图3所示的第1条亮条纹的中心时，手轮上的读数为0.3mm，当分划板中心刻线对齐第5条亮条纹中心时，手轮上的示数如图4所示，则读数为________mm；由以上已知数据和测量数据可知，该红光的波长为________mm（结果保留两位有效数字）。【答案】(1)丙(2)C(3)D(4)9.6【详解】（1）未放置双缝时发生的是单色光的衍射现象，故为衍射图样，则通过目镜看到的图样应为图丙。（2）条纹间距是相邻暗条纹或相邻亮条纹间的中心间距。故选C。（3）由题图1、图2可知，两次的条纹间距不同，根据，双缝到毛玻璃屏的距离或双缝间距可能不同。故选D。（4）[1]选用的游标卡尺为10分度，整毫米数为9mm，游标尺上第6条刻度线与主尺上的刻度线对齐，故读数为；[2]第1条亮条纹与第5条亮条纹共有4个条纹间距，则相邻亮纹的中心距离为根据可知，可得波长为四、解答题16．1966年33岁的华裔科学家高锟首先提出光导纤维传输大量信息的理论，43年后高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖如图所示一长为L的直光导纤维，外套的折射率为，内芯的折射率为，一束单色光从图中点进入内芯斜射到内芯与外套的介质分界面M点上恰好发生全反射，为内芯的中轴线，真空中的光速为求：Ⅰ该单色光在内芯与外套的介质分界面上恰好发生全反射时临界角C的正弦值；Ⅱ该单色光在光导纤维中的传播时间．

【答案】Ⅰ；Ⅱ【详解】试题分析：根据光的折射定律，结合恰好发生全反射，折射角为90°，从而即可求解；根据传播速度c=nv，结合几何关系，即可求解传播时间．Ⅰ、由光的折射定律:当θ1=90°时，Ⅱ、根据几何关系：因传播速度：而传播时间：联立上式可解得：点睛：本题主要考查了光的折射定律与全反射条件的应用，并掌握几何关系的运用．注意入射角与折射角的确定．17．两个底面积均为S的圆柱形导热容器直立放置，下端由细管连通，细管体积忽略不计。左容器上端敞开，右容器上端封闭。容器内汽缸中各有一个质量不同，厚度可忽略的活塞，活塞A、B下方和B上方均封有同种理想气体。已知容器内气体温度始终不变，重力加速度大小为g，外界大气压强为p0，活塞A的质量为m，系统平衡时，各气体柱的高度如图所示（h已知），现发现活塞B发生缓慢漏气，致使B上下气体连通，最终B与容器底面接触，此时活塞A下降了0.4h。求：（1）未漏气时活塞B下方气体的压强；（2）活塞B的质量。【答案】（1）；（2）【详解】（1）设平衡时，在A与B之间的气体压强分别为p1，由力的平衡条件有解得（2）设平衡时，B上方的气体压强为p2，则漏气发生后，设整个封闭气体体积为Vʹ，压强为pʹ，由力的平衡条