六、热学、光学和原子物理

6/6六、热学、光学和原子物理物理与生活科技类（2025·安徽安庆一模）某主题公园的湖里安装了一批圆形线状光源的彩灯，半径为R，如图甲所示。该光源水平放置到湖水下方，光源圆面与液面平行。当彩灯发出红光时，可在水面正上方观察到如图乙所示的红色亮环，亮环与中间暗圆的面积之比为3∶1，已知水对红光的折射率为43。下列说法正确的是（）A.此彩灯离水面的垂直距离为79B.彩灯变换发光颜色时，中间暗圆面积保持不变C.若将彩灯上移，则亮环面积与中间暗圆面积之比增大D.将光源再向湖底竖直向下移动76R，会使中间暗圆答案：A解析：设亮环最外圈的半径为r1，暗圆的半径为r2，由题意有πr12－π圆环边缘的光线发生全反射sinC＝1n，由几何关系得sinC＝R－r2h2＋R－r22，结合几何关系可知，有R－r2＝r1－R，解得h＝79R，故A项正确；当彩灯变换发光颜色时，则水对该光的折射率发生变化，由上述分析可知，当折射率发生改变时，则暗圆的半径发生变化所以中间暗圆的面积发生变化，故B项错误；由几何关系可知，有sinC＝R－r2h2＋R－r22，整理有R－r2＝sinC·h1－sin2C，若将彩灯上移，即彩灯到水面的高度减小，即h变小，由上述分析可知，即r2增加，又因为R－r2＝r1－R，所以r1减小，即两者的半径之比变小，则亮环面积与中间暗圆面积之比变小，故C〔多选〕在考古研究中，通常利用

614C的衰变来测定文物的大致年代。614C衰变方程为

614C714N＋X，614CA.

614C的比结合能小于

B.方程中的X是电子，它是碳原子电离时产生的，是原子的组成部分C.检测到某植物化石中

614C的含量是现在同类活体中的18，说明该植物化石的存在时间应该超过17D.半衰期是一个统计规律，会随原子核所处的环境不同而改变答案：AC解析：核反应方程式中，生成物比反应物稳定，可知

614C的比结合能小于

714N的比结合能，故A正确；614C衰变方程为

614C714N＋－10e，X是原子核中的中子转变成一个质子和一个电子后放出来的电子，故B错误；植物化石中

614C的含量是现在同类活体中的18，根据半衰期公式可知，其至少经历时间为t＝3×5730年＝17190跨模块融合类（2025·湖南长沙二模）2025年5月22日，神舟二十号航天员乘组完成了第一次出舱任务。如图所示，气闸舱有两个气闸门，内闸门A与核心舱连接，外闸门B与外太空连接。气闸舱容积V1＝20m3，核心舱容积V2＝100m3，开始气闸舱和核心舱的气压都为p0（标准大气压）。航天员要到舱外太空行走，需先进入气闸舱。为节省气体，用抽气机缓慢将气闸舱内的气体抽到核心舱内，当气闸舱气压降到和外太空气压相同时才能打开外闸门B，该过程中两舱温度不变，不考虑漏气、新气体产生、航天员进出舱对气体的影响。求：（1）内闸门A的表面积是S，每次抽气的体积为ΔV＝2m3，缓慢抽气过程中，抽气机内气体压强与气闸舱内剩余气体压强始终相等。第1次抽气到核心舱后，两舱气体对内闸门A的压力差ΔF大小；（2）每次抽气的体积还是ΔV＝2m3，抽气几次后气闸舱内压强小于0.7p0。答案：（1）655p0S（2）4解析：（1）第1次对气闸舱抽气后气闸舱气压变为p1，由玻意耳定律有p0V1＝p1（V1＋ΔV）解得p1＝1011p第1次对核心舱充气后，核心舱气压变为p2，则有p0V2＋p1ΔV＝p2V2解得p2＝5655p所以两舱气体对内闸门A的压力差为ΔF＝（p2－p1）S＝655p0S（2）根据题意，第1次对气闸舱抽气后气闸舱气压变为p1＝1011p第2次对气闸舱抽气，有p1V1＝p2（V1＋ΔV）所以p2＝1011p1＝（1011）2第n次对气闸舱抽气，有pn＝1011pn－1＝（1011）np0＜0.7解得n＞3.7由此可知，抽气4次后气闸舱内压强小于0.7p0。照相机、摄影机镜头上都涂有增透膜，以便减少光的反射损失，增强光的透射强度，从而提高成像质量。已知某光在空气中的波长为λ，增透膜对该光的折射率为n1，镜头对该光的折射率为n2，且n1＜n2。则增透膜的厚度可能为（）A.3λ4n1C.3λ2n1答案：A解析：该单色光在增透膜中的波长为λ'＝λn1，设增透膜的厚度为d，则膜的后表面上的反射光比前表面上的反射光多经历的路程为2d，两反射光发生相消干涉，有2d＝λ2n1×（2k－1）（k＝1，2，3，…），解得d＝λ4n1×（2k－1）（k＝1，2，3，…），当k＝1时d＝λ4n1，当k＝2时d＝3λ4n1，当k＝3时d＝5物理与生活科技类1.（2025·湖北黄冈一模）利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是（）A.A端流出的气体分子热运动平均速率一定大于B端B.A端流出的气体内能一定小于B端流出的C.该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律D.该装置气体进出的过程既满足能量守恒定律，也满足热力学第二定律解析：D根据题意，中心部位为热运动速率较低的气体，与挡板碰撞后反向，从A端流出，而边缘部分热运动速率较高的气体从B端流出；同种气体分子平均热运动速率较大、其对应的温度也就较高，所以A端为冷端、B端为热端，根据题意，A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，所以从A端流出的气体分子热运动平均速率小于从B端流出的，故A错误；A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，则从A端流出的气体分子平均动能小于从B端流出的气体分子平均动能，内能的多少还与分子数有关，不能得出从A端流出的气体内能一定小于从B端流出的气体内能，故B错误；该装置将冷热不均气体进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现的，并非是自发进行的，没有违背热力学第二定律；温度较低的从A端流出，较高的从B端流出，也符合能量守恒定律，故C错误，D正确。2.（2025·安徽芜湖模拟）EUV光刻机是利用波长为13.5nm的极紫外光进行曝光来制造芯片。如图为EUV光刻机的简化原理图，为提高光刻机的光刻精度，在投影物镜和光刻胶之间填充了折射率为1.5的浸没液体，则加上浸没液体后，该极紫外光波（）A.在浸没液体中的频率变为原来的1.5倍B.在浸没液体中的波长变为9nmC.光从真空区域进入浸没液体传播速度不变D.在浸没液体中比在空气中更容易发生衍射解析：B光的频率由光源决定，与介质无关，可知在加入液体和没有加液体前后，光的频率不变，故A错误；根据n＝cv＝λ0λ，可得λ＝9nm，故B正确；根据n＝cv，可知，光从真空区域进入浸没液体传播速度变小，故C错误；由于波长变短，在浸没液体中比在空气中更不容易发生衍射3.2023年6月7日，世界首台第四代核电技术钍基熔盐堆在我国甘肃并网发电。钍基熔盐堆用我国储量丰富的钍

90232Th作为燃料，并使用熔盐冷却剂，避免了核污水排放，减少了核污染。如图所示是不易裂变的

90232Th转化为易发生裂变的

92A.中子轰击

90232Th生成

B.90233C.91233Pa的比结合能大于

D.可以通过升温、加压的方式减小核废料的半衰期，从而减少核污染解析：B中子轰击

90232Th生成

90233Th的核反应不是核聚变，故A错误；90233Th释放电子的过程是β衰变，实质是原子核中一个中子转变成一个质子和一个电子，故B正确；整个过程中释放能量，91233Pa的比结合能小于

92233U的比结合能，故跨模块融合类4.如图甲所示，我国航天员王亚平在天宫课堂上演示了微重力环境下的神奇现象。液体呈球状，往其中央注入空气，可以在液体球内部形成一个同心球形气泡。假设此液体球其内外半径之比为1∶3，由a、b、c三种颜色的光组成的细复色光束在过球心的平面内，从A点以i＝45°的入射角射入球中，a、b、c三条折射光线如图乙所示，其中b光的折射光线刚好与液体球内壁相切。下列说法正确的是（）A.该液体材料对a光的折射率小于对c光的折射率B.a光在液体球中的传播速度最大C.该液体材料对b光的折射率为3D.若继续增大入射角i，b光可能因发生全反射而无法射出液体球解析：C根据折射率的公式n＝sinisinr，可知，以相同的入射角射入球中时，a光的折射角较小，故其折射率较大，A错误；以相同的入射角射入球中时，c光的折射角最大，折射率最小，故在液体球中传播的速度最大，B错误；如图所示，可知b光线的折射角sinr＝13，故该液体对b光的折射率n＝sinisinr＝2213＝322，C正确；若继续增大入射角i，b光的折射角增大，5.（2025·山东潍坊模拟）图甲为我国某电动轿车的空气减震器（由活塞、汽缸组成，活塞底部固定在车轴上）。该电动轿车共有4个完全相同的空气减震器，图乙是空气减震器的简化模型结构图，导热良好的直立圆筒形汽缸内用横截面积S＝20cm2的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动，并通过连杆与车轮轴连接。封闭气体初始温度T1＝300K、长度L1＝17cm、压强p1＝3.0×106Pa，重力加速度g取10m/s2。（1）为升高汽车底盘离地间隙，通过气泵向汽缸内充气，让汽缸缓慢上升ΔL＝10cm，此过程中气体温度保持不变，求需向汽缸内充入与缸内气体温度相同、压强p0＝1.0×105Pa的气体的体积V；（2）在（1）问情况下，当车辆载重时，相当于在汽缸顶部加一物体A，汽缸下降，稳定时汽缸内气体长度变为L2＝24cm，气体温度变为T2＝320K。①求物体A的质量m；②若该过程中气体放出热量Q＝18J，气体压强随气体长度变化的关系如图丙所示，求该过程