2010届高考物理专题复习精品学案――热学、光学、原子核

1、2010届高考物理专题复习精品学案热学、光学、原子核.doc 2010届高考物理专题复习精品学案热学、光学、原子核 【命题趋向】利用阿伏加德罗常数求分子的直径、分子的质量、估算分子个数以及布朗运动、分子间相互作用力随分子间距离变化的关系、内能、热力学第一、二定律是高考常考知识点，多以难度中等或中等偏下的选择题形式出现。 【考点透视】 1阿伏加德罗常数NA是联系微量与宏观量的桥梁。具体表现（摩尔质量M0，摩尔体积V0，分子质量m1分子体积V1）：分子的质量：m1?M0；分子的体积（对气体而言是单个分子可占领的空间）：NA V1?V0M06V1；分子直径的估算：把固、液体分子球模形d?；立方体模型

2、则d?1对于?NA?NA mVNA?NA。 M0V0气体：d?1表示分子的间距）分子数：N?nNA? 2扩散现象是分子的无规则运动；而布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，是液体分子的无规则运动 的反应。 3分子间存在相互作用力：分子间引力和斥力同时存在，都随间距离的变化而变化，但斥力随距离的变化快。 4物体的内能：物体内所有分子的动能和势能的总和叫物体的内能。温度是分子平均动能的标志，分子势能由分子间的相互作用和相对位置决定，分子势能变化与分子力做功有关。分子力做正功，分子势能减小。物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定。改变物体的内能有两种方式：做功和热传递，它们在改变物体的内能上是等效的，但

3、实质不同，前者属能量的转化，而后者是能量的转移。 5热力学第一定律的数学表达式为：?U?Q?W 6热力学第二定律的两种表述的实质是：与热有关的现象自发进行是有方向性的。 7能量守恒定律是自然界的普遍规律。 8气体的状态参量的关系：对一定质量的理想气体量），气体的压强与单位体积的分子数和分子的平均动能有关。 PV?c（恒T 【例题解析】 例1 对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是 （ ） A温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大 B理想气体在等温变化时，内能不改变，因而与外界不发生热交换 C布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动 D扩散现象说明分子间存在斥

4、力 解析：温度越高，分子平均动能越大，但内能不仅与动能有关，还和分子势能有关；对理想气体，温度不变，其内能不变，由热力学第一定律知，仍可以和外界发生热交换；布朗运动不是液体分子的运动，而是固体颗粒的运动，它液体分子的无规则的运动的反应；扩散现象说明分子是永不停息的运动，不能说明分子间是否存在斥力。正确答案是A。 点拨：分子动理论是高考常考的内容，对此要求也较低，只需要正确理解实验结论，并能准确的表述即可。 例2从下列哪一组物理量可以算出氧气的摩尔质量 ( ) A氧气的密度和阿伏加德罗常数 B氧气分子的体积和阿伏加德罗常数 C氧气分子的质量和阿伏加德罗常数 D氧气分子的体积和氧气分子的质量 解析

5、：由氧气分子的质量乘以阿伏加德罗常数可得氧气的摩尔质量故C选项正确其他选项都不正确 点拨：与阿伏加德罗常数有关问题分析中，只要注意微观量与宏观量之间的联系是很容易正确求解的。 例3 如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子 F>0表示斥力，F<0表示引力，间距离的关系如图中曲线所示， a、b、c、d为x轴 上四个特定的位置，现把乙分子从a处静止释放，则（ ） A乙分子从a到b做加速运动，由b到c做减速运动 B乙分子由a到c做加速运动，到达c时速度最大 C乙分子由a到b的过程中，两分子间的分子势能一直增加 D乙分子由b到d的过程中，两分子间的

6、分子势能一直增加 解析：乙分子从a到d一直做加速运动，分子力做正功，分子势能减小，c到d做减速运动，分子力做负功，分子势能增大，在c点时速度最大；所以正确选项是B。 点拨：对Fx图像中包含的信息不能完全理解是造成失误的主要原因，而“图像问题”是近年高考的一个热点，这在复习中要引起重视。分子势能的变化与分子力做功有关，这与重力势能的变化与重力做功有关完全类似。 例4 封闭在气缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是（ ） A气体的密度增大 B气体的压强增大 C气体分子的平均动能减小 D每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多 解析：由PV?c知，当气体体积不变，当温度

7、升高时，气体压强必然变大而密度保持不变；气体的T 压强与单位体积的分子数和分子的平均动能有关。气体体积不变而压强增大时，单位体积的分子数不变，但温度升高，分子平均动能变大，气体分子与器壁碰撞更加频繁。所以正确选项是B D。 点拨：对于一定质量的气体，状态参量满足PV?c（恒量）。从微观来看，气体的压强由单位体积T 的分子数和分子的平均动能决定。 例5 固定的水平气缸内由活塞B封闭着一定量的气体，气体分子之间的相互作用可以忽略。假设气缸壁的导热性能很好，环境的温度保持不变，若用外力F将活塞B缓慢地向右拉动，如图所示，则在拉动活塞的过程中，关于气缸内气体的下列结论，其中正确的是( ) A气体对外做

8、功，气体内能不变 B气体对外做功，气体内能减小 C外界对气体做功，气体内能不变 D气体从外界吸热，气体压强减小 解析：气体分子之间的相互作用可以忽略表明不计分子势能， 但气体膨胀对外做功，由?U?Q?W知，气体一定吸收热量；由 压强必然变小。所以正确选项是A D。 点拨：对气体内能的变化分析时应当注意题干中的描述，“缓慢”往往表明温度不变，“体积不变（或气体自由鼓胀）”说明气体不对外做功，外界也不对气体做功，“绝热”指不发生热传递，“理想气体（或不考虑分子作用力）”意味着忽略分子势能。 例6 如图所示，质量为m的活塞将一定质量的气体封闭在气缸内，活塞与气缸壁之间无摩擦a态是气缸放在冰水混合物中

9、气体达到的平衡状态，b态是气缸从容器中移出后，在室温(27)中达到的平衡状态气体从a态变化到b态的过程中大气压强保持不变若忽略气体分子之间的势能，下列说法中正确的是 ( ) A与b态相比，a态的气体分子在单位时间内撞击活塞的个数较多 B，与a态相比，b态的气体分子在单位时间内对活塞的冲量较大 C在相同时间内，a、b两态的气体分子对活塞的冲量相等 D，从a态到态，b气体的内能增加，外界对气 向 外界释放了热量 解析：设单位时间内撞击活塞的分子个数为N， 动速率为v0，活塞面积为S，气体压强为p，在时间t 活塞的冲量为I?pSt，在单位时间内冲量I0?pS分子的平均运内气体分子对不变，故C正体做功

10、，气体气缸壁的导热性能很好，环境的温度保持不变，若用外力F将活塞B缓慢地向右拉动气体温度不变，气体的内能不变，PV?c知，气体温度不变，体积变大，T确，设t时间内动量变化量?p?kNmv0t (k为等效正碰系数)，由动量定理：pSt?kNmv0t则p?kNmv0，气体由a到b的过程中，温度升高，v0增大，在p、m、S、k一定的情况下N减小，S 故A正确。 点拨：是属于综合性较强的试题，本题巧妙设置情景，考查了气体压强的概念、热力学第一定律和冲量的概念，在注意知识之间的联系的同时必须具有一定综合分析问题的能力。 【专题训练与高考预测】 1阿伏加德罗数为NA，铁的摩尔质量为MA，铁的密度为?，下列

11、说法中不正确的是（ ） A1m铁所含的原子数目是3?NAM B1个铁原子的质量是A MANA C1个铁原子占有的体积是MA D1kg铁所含有的原子数目是?NA ?NA 2如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞。用打气筒慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数。打开卡子，胶塞冲出容器口后 A温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少 B温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加 C温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少 D温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加 3对一定量的气体，下列

12、说法正确的是 A 在体积缓慢地不断增大的过程中，气体一定对外界做功 B 在压强不断增大的过程中，外界对气体一定做功 C 在体积不断被压缩的过程中，内能一定增加 D 在与外界没有发生热量交换的过程中，内能一定不变 4下列说法中正确的是（ ） A气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大 B气体的体积变小时，单位体积的分子数增多，单位时间内打到器壁单位面积上的分子数增多，从而气体的压强一定增大 C压缩一定量的气体，气体的内能一定增加 D分子a从远处趋近固定不动的分子b，当a到达受b的作用力为零处时，a的动能一定最大 5下列说法正

13、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 A、B两装置，均由一支一端封闭，一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同。将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中（插入过程没有空气进入管内），水银柱上升至图示位置停止。假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法正确的是B AA中水银的内能增量大于B中水银的内能增量 BB中水银的内能增量大于A中水银的内能增量 CA和B中水银体积保持不变，

14、故内能增量相同 DA和B中水银温度始终相同，故内能增量相同 【参考答案】1 D 2 C 3 A 4 D 5 D 6 B 光学 【命题趋向】高考对光学的考查在折射率、全反射现象的分析、光的干涉和光电效应，光子能量等知识点命题频率较高，其次是波长、波速和频率的关系，常见的题型是选择题。2007年的高考可能侧重于几何光学和物理光学的综合应用。 【考点透视】 一 几何光学 1光的反射及平面镜成像：光的反射遵守反射定律，平面镜成成等大正立的虚像，像和物关于镜面对称。 2光的折射和全反射 （1）光的折射定律：n?sin?1（?1和?2分别为入射角和折射角）。 sin?2 （2）折射率：当光从真空射人介质发

15、生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦的比值，其值还等于光在真空中传播速度与介质中传播速度的比值，即n?sinic?。 sin?v （3）光的色散：把分解为的现象叫光的色散。复色光-白光通过棱镜后，被分解为各种单色光。 光的颜色由光的频率决定，各种单色光中，红光频率最小，紫光频率最大。在不同媒质中，光的频率不变。 同种介质对不同频率的光的折射率不同，频率越高，折射率越大。 8不同频率的色光在真空中传播速度相同为c?3?10m/s，但在其它媒质中速度各不相同，同一种 媒质中。 由于单色光在不同介质中传播时速度要变化，因此波长也要变化。 （4）全反射：当光从光密介质射向光疏介质时，折射光线消失，入射

16、光全部反射到原来的介质中，这种现象叫全反射。 全反射的条件：（1）光线从光密介质射向光疏介质，（2）入射角大于临界角。光从光密介质射向光疏介质时，折射角等于900时入射角叫临界角，C?arcsin 二 光的本性 1。 n 1光的波动性：光的干涉、衍射现象表明光具有波动性，光的偏振现象说明光波为横波，光的电磁说则揭示了光波的本质光是电磁波。 （1）光的干涉条件：频率相同的两光源发出的光在空间相遇。 双缝干涉：若用单色光，则在屏上形成明暗相间、等间距的干涉条纹，条纹间距与波长、屏到双缝的距离和双缝间距有关，满足?x?L?。若用白光，除中央亮条纹为白色外，两侧为彩色条纹，它是不d 同波长的光干涉条纹

17、的间距不同而形成的。 薄膜干涉：薄膜的前后两个表面反射的两列光叠加而成。同一条明条纹（或暗条纹）应出现在膜的厚度相同的地方。 （2）光的衍射：光偏离直线传播，绕到障碍物后继续传播的现象叫做光的衍射，发生明显的衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸比光波波长小或相差不多。 单缝衍射：若入射光为单色光，则中央为亮且宽的条纹，两侧为亮度逐渐衰减的明暗相间条纹；若入射光为白光，则除中央出现亮且宽的白色条纹外，两侧出现亮度逐渐衰减的彩色条纹。 （3）光的偏振 在与光波传播方向垂直的平面内，光振动沿各个方向均匀分布的光称为自然光，光振动沿着特定方向 的光即为偏振光。 （4）光的电磁本性 麦克斯韦的电磁理论预见了

18、电磁波的存在，赫兹用实验证明了电磁波理论的正确性。光波为电磁波。在电磁波谱中，各种电磁波产生机理不同，表现出来的性质也不同。 2光的粒子性 （1）光电效应：在光的照射下，从物体发射出电子（光电子）的现象。其规律是：任何金属都存在极限频率，只有用高于极限频率的光照射金属，才会发生光电效应现象。在入射光的频率大于金属极限频率的情况下，从光照射到逸出光电子，几乎是瞬时的。光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，与光强无关。单位时间内逸出的光电子数与入射光的强度成正比。 （2） 光子说：即空间传播的光是一份一份地进行的，每一份的能量等于h?（?为光子的频率），每一份叫做一个光子。光子说能解释光电效

19、应现象。爱因斯坦光电方程12mvm?h?W 2 3光的波粒二象性：光的干涉、衍射说明光具有波动性，光电效应现象表明光具有粒子性，因此光具有波粒二象性。 【例题解析】 例1 从桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触， （图中虚线）与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图所示， r的圆柱形平行光速垂直入射到圆锥的底面上，光束的中心轴与圆锥 已知玻璃的折射率为1.5，则光束在桌面上形成的光斑半径为（ ） Ar B1.5r C2r D2.5r 圆锥的轴有一半径为的轴重合。 解析：因为n?1.5，则临界角C有sinC?1?0.666。而入n射角为600，sin600?0.866，所以有C<

20、;600。此时光线在第一个界面上 后垂直射在相对一侧的界面上，直线射出，如图所示，由几何知识发生全反射可得，rtan600?(R?r)tan300故半径R?2r。 点评：对全反射现象分析时需要进行判断、推理、运用几何关系作图，熟练掌握平面境、平行玻璃砖、棱镜，全反射棱镜等光具对光路的改变规律有助于对此类问题的快速求解。 例2 已知能使某金属产生光电效应的极限频率为?0，则（ A B ） A当用频率为2?0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子 B当用频率为2?0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为h?0 C当照射光的频率?大于?0时，若?增大，则逸出功增大 D当照射光的频率?大于

21、?0时，若?增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍 解析：入射光的频率2?0?0，一定能发生光电效应；对于某种金属其逸出功W?h?0是不变的；由光电光电方程Ek?h?W知Ek?2h?0?h?0?h?0，本题正确选项是A B。 点评：记住并准确理解光电效应的规律是求解对此类问题前提。 例3 先后用甲、乙两种不同的单色光，在相同的条件下用同一双缝干涉装置做实验，在屏幕上相邻的两条亮纹间距不同，其中甲光间距较大。则甲光比乙光（ C ） 在真空中的波长短 在玻璃中传播速度大 在玻璃中传播时，玻璃的折射率大 其光子能量小 A B C D 解析：甲的双缝干涉条纹间距比乙大，表明甲在真空中的波长比乙长，由

22、c?知，甲的频率比乙的低，光子的能量小，在玻璃中的折射率小；由n?c知在玻璃中甲的传播速度较大，所以正确选项是C。 v 点拨：对光的本性的考查一般知识跨度较大，这就要求考生除了记住重要结论之外，还要能抓住相关物理量间的联系。 【专题训练与高考预测】 1两束不同频率的单色光a、b从空气射入水中，发生了如图所示的折射现 象（?>?）。下列结论中正确的是（ ） A光束b的频率比光束a低 B在水中的传播速度，光束a比光束b小 C水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小 D若光束从水中射向空气，则光束b的临界角比光束a的临界角大 2图示为一直角棱镜的横截面，?bac?90?,?abc?60?。一平

23、行细光束从O点沿垂直于bc面的方向射入棱镜。已知棱镜材料的折射率n=2，若不考虑原入射光在bc面上的 反射光，则有光线（ ） A从ab面射出 B从ac面射出 C从bc面射出，且与bc面斜交 D从bc面射出，且与bc面垂直 3现有a、b、c三束单色光，其波长关系为?a> ?b>?c，用b光束照射某种金属时，恰能发生光电效应。若分别用a光束和c光束照射该金属，则可以断定（ ） Aa光束照射时，不能发生光电效应 Bc光束照射时，不能发生光电效应 Ca光束照射时，释放出的光电子数目最多 Dc光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小 4以下关于光的说法正确的是 （ ） A光纤通信利用了全反

24、射的原理 B无色肥皂液吹出的肥皂泡呈彩色是由于光照时发生了薄膜干涉 C人们眯起眼睛看灯丝时看到的彩色条纹是光的衍射图样 D麦克斯韦提出光是一种电磁波并通过实验证实了电磁波的存在 5两种单色光 a 和 b , a 光照射某金属时有光电子逸出， b 光照射该金属时没有光电子逸出，则 A在真空中, a 光的传播速度较大 B在水中，a 光的波长较小 C在真空中，b 光光子的能量较大 D在水中，b 光的折射率较小 6 如图，P是一偏振片，P的振动方向（用带有箭头的实线表示）为竖直方向。下列四种入射光束中，哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光？ A 太阳光 B 沿竖直方向振动的光 C 沿水平方向振动的

25、光 D 沿与竖直方向成45角振动的光 【参考答案】1C 2 BD 3 A 4 A B C 5 A 6ABD 原子和原子核 【命题趋向】该部分知识涉及近代物理及其前沿科学动态，要求较低，因此，尽管每年的高考都涉及该专题知识，但难度都不太大，多以选择形式出现。所考查的内容主要集中在原子的核式结构、玻尔理论、半衰期的计算、质能方程及核反应方程等知识点。 【考点透视】 1原子的结构模型 （1）汤姆生的“枣糕”式模型。 （2）卢瑟福的原子核式结构模型：即认为原子的中心有一个很小的核原子核，原子核集中了原子中所有的正电荷及几乎全部的质量，电子则在核外绕核高速运转。原子的核式结构可成功地解释?粒子散射现象。

26、 （3）玻尔的原子结构模型： 玻尔理论的主要内容：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量，这种状态叫定态。原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即h?Em?En。原子的不同能 量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应，原子的定态是不连续的）因此电子的可能轨道半径也是 不连续的。 2原子核 （1）天然放射现象和元素的衰变 原子序数大于83的所有元素都具有放射性。放射线的有三种：带正电的?射线，其实质为高速运动的氦核流；带负电的?射线，其实质为高速电子流；不带电的?射线，其实

27、质为波长很短的电磁波。?射线电离本领最强，?射线贯穿本领最强。 某种元素的原子核放出?或?射线后会变成新的原子核，即发生衰变。不同元素衰变的快慢不同，原子核半数发生衰变经过的时间叫做半衰期，半衰期反映元素衰变的快慢程度。 （2）原子核的组成、同位素 原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称为同位素。 （3）核力与核能 质子和中子可结合为稳定的原子核，说明核子间存在核力的作用，将原子核分解为一个个孤立的核子，要提供相应的能量，反之则可释放相应的能量，该能量即称核能。原子核的质量小于组成它的核子质量之和叫做质量亏损。核反应中释放的核能可用爱因斯坦质能联

28、系方程?E?mc计算。 （4）核反应及核反应方程 元素的原子核变化的过程即为核反应，核反应有天然衰变、人工转变、重核裂变和轻核聚变四种类型，其中重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个重要途径，目前的核电站都是利用重核裂变释放的核能来发电的。 2 核反应可用核反应方程来表示，书写核反应方程应依据核反应的事实，利用质量数守恒和核电荷数守 恒进行配平。 提醒注意：关于原子核、核能的知识应该记住一些重要的史实。 【例题解析】 例1 现有三个核反应： 24023511419212341124 Na?Mg?eNa?n?Mg?Kr?3nH?H?He?1112?1920563601120n 下列说法正确的是（

29、 ） A是裂变，是?衰变，是聚变 B是聚变，是裂变，是?衰变 C是?衰变，是裂变，是聚变 D是?声衰变，是聚变，是裂变 0解析：中的?1e是?粒子，故发生的是?衰变，是重核分裂成质量较小的核是裂变，是典型的 聚变，所以正确选项是C。 点评：本题涉及到原子核的衰变、裂变和聚变，考查了考生对这些核反应方程的理解和区别，属较容易的考题，体现了高考对原子核部分内容的考查方向。 例2 235235941UUnX9292380一个原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为Sr21n0，则下列叙述正确的是（ ） A X原子核中含有86个中子 B X原子核中含有141个核子 C 因为裂变时释放能

30、量，根据Emc2，所以裂变后的总质量数增加 D 因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少 解析：依据质量数守恒和电荷数守恒计算出未知粒子的电荷数为54，质量数为140，所以未知粒子含有140个核子，其中子数为86；由于核能的释放，要出现质量亏损，而不是质量数变化。 答案：A 、点拨：关于核反应方程的问题，首先是依据质量数守恒和电荷数守恒计算出未知粒子的电荷数和质量数，再确定它是哪种粒子或进行其它的推断。 例3 氢原子的能级如图所示，已知可见的光的光子能量范围约为 1.62eV 3.11 eV。下列说法错误的是（ ） A处于 n = 3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发发电离 B大量氢原子从高能级向 n = 3 能级跃迁时，发出的光具有显著的热效 应 C大量处于 n = 4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频 率的光 13.6 1 D大量处于 n = 4是能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出 3种不同 频率的可见光 解析：大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，共可