2020高考物理 專題10熱學(xué)、光學(xué)、原子物理熱點(diǎn)分析與預(yù)測
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1、2020高考物理熱點(diǎn)分析與預(yù)測專題10·熱學(xué)、光學(xué)、原子物理 一、2020大綱解讀 本專題高考考查的知識(shí)點(diǎn)共35個(gè)。其中涉及30個(gè)Ⅰ級(jí)要求知識(shí)點(diǎn),5個(gè)Ⅱ級(jí)要求知識(shí)點(diǎn),Ⅱ級(jí)要求的知識(shí)點(diǎn)有:1.光的反射,反射定律,平面鏡成像作圖法2.光的折射,折射擊定律,折射率3.光電效應(yīng),光子,受因斯坦光電效應(yīng)方程,全反射和臨界角4.氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu),光子的發(fā)射和吸收5.核能、質(zhì)量虧損、愛因斯坦的質(zhì)能方程。從近三年的高考對(duì)本專題考查情況看,Ⅱ要求知識(shí)點(diǎn)出現(xiàn)的概率比Ⅰ級(jí)要求知識(shí)點(diǎn)大的多,特別是質(zhì)能方程、氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)與光的折射三個(gè)知識(shí)點(diǎn)在最近三年的高考出現(xiàn)的尤為頻繁。在近三年各地高考中這三十個(gè)知識(shí)點(diǎn)多以與
2、聯(lián)系實(shí)際問題以及與科技前沿相關(guān)的問題作為載體進(jìn)行考察,在復(fù)習(xí)過程中不能忽視,現(xiàn)行高考對(duì)本專題知識(shí)點(diǎn)的考查趨于靈活往往在一道選擇題中滲透對(duì)多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的考查。這種小范圍綜合性選擇題為高考下一步對(duì)本專題考查的一個(gè)重要模式。 二、重點(diǎn)剖析 (一)熱學(xué)部分 1.分子動(dòng)理論:⑴.物體是由大量分子組成的(分子直徑的數(shù)量級(jí)為10-10m),⑵.物體里的分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。⑶.分子間存在著相互作用力。 友情提醒:阿伏伽德羅常數(shù)是聯(lián)系微觀與宏觀數(shù)量的橋梁。 2.兩個(gè)基本模型:固體和液體分子間距離很小,可近似看作分子是緊密排列著的球體。 ⑴.球體模型:,若分子直徑為d,則1個(gè)分子的體積: ⑵.
3、正方體模型:若正立方體的邊長L,則一個(gè)分子的體積就是。 友情提醒:對(duì)氣體來說,在一般情況下分子不是緊密排列,所以上述模型無法求分子的直徑,但能通過上述模型求一個(gè)分子所占的空間或分子間距。 3.熱力學(xué)三個(gè)定律 (1)熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式: 注意:外界對(duì)系統(tǒng)做功,取正;系統(tǒng)對(duì)外界做功, 取負(fù).系統(tǒng)從外界吸熱,取正;系統(tǒng)向外界散熱, 取負(fù).系統(tǒng)內(nèi)能增加,取正;系統(tǒng)內(nèi)能減少,取負(fù). (2)熱力學(xué)第二定律 兩種表述: A.不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體而不引起其他變化. 這是按照熱傳導(dǎo)的方向性來表述的.①兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí),熱量總是自發(fā)的從高溫物體傳給低溫物體,所謂“自
4、發(fā)”就是不受外來干擾;②在自發(fā)狀態(tài),熱量不可能從低溫物體傳給高溫物體.③受到外來干擾(引起其他變化)的情況下,熱量可以從低溫物體傳遞給高溫物體的,例如正常工作的電冰箱;④自然界所有的自發(fā)過程都是有方向性的(單向、不可逆),例如河水的下流、山體的滑坡、生物的進(jìn)化、個(gè)人從嬰兒到成年到老年的一生. B.不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功,而不引起其他變化.這是按照機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來表述的.由于第二類永動(dòng)機(jī)就是設(shè)想,能從單一熱源吸收熱量全部用來做功而不引起其他變化的機(jī)械.所以,熱力學(xué)第二定律也可表述為:第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成. C.兩種表述是等效的 熱力學(xué)第二定律的兩種表述看上
5、去似乎沒有什么聯(lián)系,但實(shí)際上它們是等效的,即由其中一個(gè),可以推導(dǎo)出另一個(gè). D.熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì) 熱力學(xué)第二定律的每一種表述,揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性,使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性. (3)熱力學(xué)第三定律:熱力學(xué)零度不可達(dá)到. 說明:第三定律告訴我們,低溫是有極限的,只能接近極限,不能到達(dá)這個(gè)極限. 4.三個(gè)氣體狀態(tài)參量 (1)溫度:溫度在宏觀上表示物體的冷熱程度;在微觀上是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。熱力學(xué)溫度是國際單位制中的基本量之一,符號(hào)T,單位K(開爾文);攝氏溫度是導(dǎo)出單位,符號(hào)t,單位℃(攝氏度),關(guān)系是t=T-T0,其中T0=273
6、.15K。兩種溫度間的關(guān)系可以表示為:T = t+273.15K,0K是低溫的極限,它表示所有分子都停止了熱運(yùn)動(dòng)??梢詿o限接近,但永遠(yuǎn)不能達(dá)到。 (2)體積:氣體的體積總是等于盛裝氣體的容器的容積。 (3)壓強(qiáng):氣體的壓強(qiáng)是由于氣體分子頻繁碰撞器壁而產(chǎn)生的。一般情況下不考慮氣體本身的重力,所以同一容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)處處相等。但大氣壓在宏觀上可以看成是大氣受地球吸引而產(chǎn)生的重力而引起的。 (二)光學(xué) 1. 光的直線傳播、光的反射與平面鏡成像 ⑴光的直線傳播:光在同一種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的,在真空中傳播的速度最大,其速度大小為。在不均勻的介質(zhì)傳播時(shí),光線會(huì)發(fā)生彎折。 ⑵光的反射定律:
7、反射光線、入射光線和法線在同一平面上,反射光線和入射光線分居在線的兩側(cè),反射角等于入射角。 ⑶平面鏡成像:平面鏡所成的像和物是大小相等、關(guān)于鏡面對(duì)稱,與平面鏡的大小無關(guān),是正立的虛像。平面鏡只改變光束的傳播方向,不改變光束的性質(zhì)。 2.光的折射與全反射 ⑴光的折射定律:光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫光的折射。光的折射遵守光的折射定律,其內(nèi)容是:折射光線跟入射光線和法線在同一平面內(nèi),并且分居在法線的兩側(cè),入射角的正弦跟折射角的正弦成正比,用公式表示為: ⑵全反射:光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì),光全部反射返回光密介質(zhì)的現(xiàn)象叫光的全反射。產(chǎn)生全反射的條件是光由光密介質(zhì)入射
8、到光疏介質(zhì),且入射角大于臨界角。 ⑶三棱鏡、光導(dǎo)纖維:光線通過三棱鏡后向底面偏折是由于介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同,發(fā)生色散的結(jié)果。三棱鏡是控制光路的光學(xué)器件,我們通過三棱鏡看到的是物體的虛像。光導(dǎo)纖維是利用全反射原理傳播光信號(hào)的介質(zhì)。 3.光的本性 ⑴了解光的本性學(xué)說的發(fā)展簡史: 17世紀(jì)牛頓支持的微粒說和惠更斯提出波動(dòng)說,麥克斯韋的光的電磁說,愛因斯坦的光量子假說。 ⑵光的波動(dòng)性:光的干涉和光的衍射是光具有波動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)證明。①光的干涉:兩束頻率相同的光才有可能是相干光,托馬斯·楊巧妙地用雙縫把一束光分解成兩束相干光,成功完成了光的干涉實(shí)驗(yàn)。在用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)得到穩(wěn)定的干涉圖樣,
9、在光屏上距雙縫的路程差是光波波長整數(shù)倍的地方出現(xiàn)明條紋,在光屏上距雙縫的路程差為光波半波長的奇數(shù)倍的地方出現(xiàn)暗條紋;②光的衍射:光離開直線路徑而繞到障礙物陰影里的現(xiàn)象叫做光的衍射現(xiàn)象;只有在障礙物或孔的尺寸比波長小或跟波長差不多的條件下,才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象;③光的偏振:光在某一方向上振動(dòng)最強(qiáng),說明光是橫波。 ⑶光的電磁說:麥克斯韋提出,赫茲用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了光的電磁說是正確的。無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、射線是頻率從小到大排列的電磁波譜,頻率不同的電磁波有不同的作用,波長長的電磁波波動(dòng)性顯著,不同頻率的電磁波產(chǎn)生的機(jī)理不同。 ⑷光的粒子性:光電效應(yīng)是光的粒子性——光量子說的實(shí)
10、驗(yàn)基礎(chǔ),光是一份份地傳播的,每一份的能量是,用光量子說可解釋光電效應(yīng),光電效應(yīng)的基本規(guī)律可用四個(gè)結(jié)論(①任何一種金屬,都有一個(gè)極限頻率 ,入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率,才能產(chǎn)生光電效應(yīng);②光電子的最大初動(dòng)能只與入射光的頻率有關(guān),隨入射光的頻率的增大而增大,用公式表示為;③光電子的發(fā)射具有瞬時(shí)性;④當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí),光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比)表述。 ⑸光的波粒二象性:光具有波動(dòng)性,又具有粒子性,大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動(dòng)性,少數(shù)光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性,既不能理解為宏觀概念中的波,也不能把光子看作宏觀概念中的粒子。 (三)近代物理初步 1.原子的核式結(jié)構(gòu) 粒子
11、散射實(shí)驗(yàn)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:⑴絕大多數(shù)粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向運(yùn)動(dòng);⑵極少數(shù)粒子則發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)甚至返回。從而推斷了原子的核式結(jié)構(gòu)。 說明:核式結(jié)構(gòu)并沒有指出原子核的組成。 2. 原子核的衰變及三種射線 ⑴原子核的衰變 :衰變和衰變。 ①衰變: ②衰變: ⑵和衰變次數(shù)的確定:先由質(zhì)量數(shù)守恒確定衰變的次數(shù),再由核電荷數(shù)確定衰變的次數(shù)。 ⑶半衰期T:放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間叫半衰期,衰變規(guī)律是。 說明:原子核的衰變只由原子核本身的因素所決定,而與原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。 3. 玻爾理論主要內(nèi)容: ⑴“定態(tài)假設(shè)”:原子只能處于一系列不連續(xù)的
12、能量狀態(tài)中,在這些狀態(tài)中,電子雖然做變速運(yùn)動(dòng),但并不向外輻射電磁波,這樣相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)稱為定態(tài)。 ⑵“躍遷假設(shè)”:電子繞核運(yùn)動(dòng)處于定態(tài)時(shí)不輻射電磁波,但電子在兩個(gè)不同定態(tài)發(fā)生躍遷時(shí),卻要輻射(吸收)電磁波(光子),其頻率由兩個(gè)定態(tài)的能量差決定。 ⑶“能量量子化假設(shè)”和“軌道量子化假設(shè)”:由于能量狀態(tài)的不連續(xù),因此電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑是不連續(xù),只能取某些確定的值。 4.核能 ⑴愛因斯坦技能方程:; ⑵核能的計(jì)算:①若以千克為單位,則;②若以原子的質(zhì)量單位u為單位,則; ⑶核能的獲取途徑:①重核的裂變,如:;②輕核的聚變,如: 。 說明:聚變反應(yīng)是熱核反應(yīng),物質(zhì)的溫度達(dá)到超高溫狀
13、態(tài)(幾百萬攝氏度以上)才以發(fā)生。 三、考點(diǎn)透視 例題:(2020年全國卷Ⅱ)對(duì)一定量的氣體, 下列說法正確的是( ) A.氣體的體積是所有氣體分子的體積之和 B.氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈, 氣體溫度就越高 C.氣體對(duì)器壁的壓強(qiáng)是由大量氣體分子對(duì)器壁不斷碰撞而產(chǎn)生的 D.當(dāng)氣體膨脹時(shí),氣體分子之間的勢能減小,因而氣體的內(nèi)能減少 例1.下列說法正確的是( ) A.用三棱鏡觀察太陽光譜是利用光的干涉現(xiàn)象 B.在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖象是利用光的全反射現(xiàn)象 C.用標(biāo)準(zhǔn)平面檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象 D.電視機(jī)遙控器是利用發(fā)出紫外線脈沖信號(hào)來變換頻道的 解析:
14、用三棱鏡觀察太陽光譜是利用光的色散現(xiàn)象,在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖象是利用光的全反射現(xiàn)象,用標(biāo)準(zhǔn)平面檢查光學(xué)平面的平整程度是利用薄膜干涉原理,電視機(jī)遙控器是利用發(fā)出紅外線脈沖信號(hào)來變換頻道的。 答案:B 點(diǎn)撥:本專題知識(shí)點(diǎn)非常多,Ⅰ級(jí)要求達(dá)30個(gè)之多,應(yīng)對(duì)這種多知識(shí)點(diǎn)綜合問題只有全面復(fù)習(xí)。 例2.下面的敘述中正確的是 ( ) A.物體的溫度升高,物體中分子熱運(yùn)動(dòng)加劇,所有分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能都一定增大 B.對(duì)氣體加熱,氣體的內(nèi)能一定增大 C.物質(zhì)內(nèi)部分子間吸引力隨著分子間距離增大而減小,排斥力隨著分子間距離增大而增大 D.布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子對(duì)換懸浮顆粒碰撞作用不平衡而造成的 解
15、析:溫度升高是分子的平均動(dòng)能增加,大量分子做的是無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng),無法實(shí)現(xiàn)所有的分子動(dòng)能都一定增大。對(duì)氣體加熱,在沒有談及做功的情況下,無法判斷氣體內(nèi)能的變化情況。在物質(zhì)內(nèi)部分子間的吸引力和排斥力都隨著分子間距離增大而減小,不過斥力變化的比引力快。布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子對(duì)換懸浮顆粒碰撞作用不平衡而造成的 答案:D 點(diǎn)撥:熱學(xué)的規(guī)律都是對(duì)大量分子的活動(dòng)做觀察之后的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)是雜亂無章無規(guī)律可尋的。內(nèi)能的改變?nèi)Q與做功和熱傳遞兩種方式。分子間的作用力的特點(diǎn)是引力和斥力變化趨勢相同,而且斥力變化的快。 例3.已知某種單色光照射到某金屬表面上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)。若將該入射光的強(qiáng)度減弱,下列說
16、法中正確的是( ) A.從入射光照至金屬表面上到金屬發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將明顯增加 B.逸出的光電子的最大初動(dòng)能將減小 C.單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少 D.有可能不發(fā)生光電效應(yīng) 解析:入射光的強(qiáng)度減弱時(shí),單位時(shí)間內(nèi)照到單位面積上的光子數(shù)將減少,對(duì)應(yīng)的吸收能量逸出的光電子必將減少,但是光電效應(yīng)的發(fā)生是瞬時(shí)的大約光照射后之內(nèi)就會(huì)發(fā)生光子數(shù)的減少不會(huì)在發(fā)生時(shí)間上有影響。根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程,如何光頻率不變則光電效應(yīng)一定發(fā)生而且逸出的光電子的出動(dòng)能不變。 答案:C 點(diǎn)撥:對(duì)光電效應(yīng)的理解應(yīng)把握好如下四點(diǎn) ①任何金屬都存在極限頻率,只有用高于極限頻率的光照
17、射金屬,才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象. ②在入射光的頻率大于金屬極限頻率的情況下,從光照射到逸出光電子,幾乎是瞬時(shí)的,時(shí)間不超過10-9 s. ③光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大,而與光強(qiáng)無關(guān). ④單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)與入射光的強(qiáng)度成正比. 例4:根據(jù)新華社報(bào)道,由我國自行設(shè)計(jì)、研制的世界上第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置,又稱“人造太陽”,已完成了首次工程調(diào)試,下列關(guān)于“人造太陽”的說法不正確的是( ) A.“人造太陽”的核反應(yīng)方程是H+HHe +n B.“人造太陽”的核反應(yīng)方程是U+nBa+Kr+3n C.“人造太陽”釋放的能量大小計(jì)算公式是ΔE=Δmc2 D.“人
18、造太陽”核能大小計(jì)算公式是 解析:“人造太陽”是全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置,核反應(yīng)是輕核聚變,而不是重核裂變,故選項(xiàng)A對(duì)B錯(cuò);釋放核能大小的計(jì)算依據(jù)是愛因斯坦質(zhì)能方程,C對(duì)D錯(cuò),故選BD。 答案:BD 點(diǎn)撥:“人造太陽”是利用海水中的H和H輕核聚變而產(chǎn)生大量的能量,放出的能量是用質(zhì)量虧損計(jì)算的。 四、熱點(diǎn)分析 熱點(diǎn)一、利用阿狀加德羅常數(shù)估算分子質(zhì)量和大小 例1、已知地球半徑約為6.4×106 m,空氣的摩爾質(zhì)量約為29×10-3 kg/mol, 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓約為1.0×105 Pa, 利用以上數(shù)據(jù), 估算出地球表面大氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為 A. 4×1016 m3 B.
19、 4×1018 m3 C. 4×1030 m3 D. 4×1022 m3 解析:大氣壓是由大氣重量產(chǎn)生的, 大氣壓強(qiáng)p = = ,代入數(shù)據(jù)可得地球表面大氣質(zhì)量m=5.2×1018 kg , 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1mol氣體的體積為v=22.4×10-3 m3,故地球表面大氣體積為V= v = ×22.4×10-3 m3 = 4×1018 m3,選項(xiàng)B正確. 答案:B 反思:本題是通過阿伏伽德羅常數(shù)把宏觀量和微觀量的聯(lián)系起來,這種題型是高考常考的內(nèi)容,復(fù)習(xí)時(shí)要重視。 -0.54 -13.60 -3.40 -1.50 -0.85 -0.38 -0.28 1 2
20、 3 4 5 6 7 n E/eV 熱點(diǎn)二、波爾理論中的能級(jí)躍遷問題 例2、用大量具有一定能量的電子轟擊大量處于基態(tài) 的氫原子,觀測到了一定數(shù)目的光譜線。調(diào)高電子的能量再次進(jìn)行觀測,發(fā)現(xiàn)光譜線的數(shù)目原來增加了5條。用△n表示兩次觀測中最高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)n之差,E表示調(diào)高后電子的能量。根據(jù)氫原子的能級(jí)圖可以判斷,△n和E的可能值為( ) A.△n=1,13.22 eV<E<13.32 eV B.△n=2,13.22 eV<E<13.32 eV C.△n=1,12.75 eV<E<13.06 eV D.△n=2,12.75 eV<E<13.06 eV 本
21、題簡介:本題為典型的躍遷問題綜合題,出題角度新穎。 解析:大量光子躍遷時(shí)各種躍遷隨機(jī)出現(xiàn),如果一群處于高能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),所輻射的光譜線數(shù),增加了5條譜線有可能是5、6能級(jí)轉(zhuǎn)換增加的,也有可能是2、4能級(jí)轉(zhuǎn)換增加的。電子與原子作用導(dǎo)致原子躍遷時(shí),電子的動(dòng)能必大于所躍遷的兩能級(jí)之差才可行,但又不能大與下一個(gè)能級(jí)與基態(tài)的能級(jí)差。 答案:AD 反思:對(duì)原子躍遷問題應(yīng)把握以下幾點(diǎn) ①原子躍遷條件只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間的躍遷的情況,對(duì)于光子和原子作用而使原子電離和實(shí)物離子與原子作用使原子激發(fā)的情況,則不受此條件限制。 ②原子能躍遷時(shí),處于激發(fā)代態(tài)的原子可能經(jīng)過一次
22、躍遷回到激發(fā)態(tài),最后回到基態(tài),物質(zhì)中含有大量原子時(shí),各個(gè)原子的躍遷方式也是不統(tǒng)一的,有的原子可能經(jīng)過一次躍遷就回到基態(tài),而有的可能要經(jīng)過向次躍遷才回到基態(tài)。
③原子的能級(jí)躍遷和電離
躍遷是原子的電子從一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道,即不能脫離原子核的束縛,所以在躍遷的過程中,原子放出或吸收的能量必須是量子化的。如當(dāng)電子從n軌道躍遷到m軌道時(shí),其能量變化必須是,當(dāng)m>n時(shí),,原子要吸收能量,當(dāng)m 23、以了。
熱點(diǎn)二、光的折射問題
例3.如圖所示,光從A點(diǎn)射入圓形玻璃,而從B點(diǎn)射出,若出射光線相對(duì)于入射光線的偏向角為30°,AB弧所對(duì)的圓心角為120°,下列說法正確的是
A.玻璃的折射率是
B.玻璃的折射率是
C.光線在A點(diǎn)的入射角為105°
D.玻璃的折射率是
解析:光路圖如圖所示.由幾何知識(shí)知,θ1=45°,θ2=30°,所以n=.
答案: A
反思:幾何光學(xué)問題的解決,明晰的光路圖是成功的前提,能把關(guān)鍵的幾何關(guān)系找對(duì)是問題解決的突破口。本類問題解決的步驟為:
① 規(guī)范畫圖,入射光線、折射光線、出射光線、法線、入射角、折射角缺一不可。
② 從題意出發(fā)找出圖 24、中暗含的關(guān)鍵幾何關(guān)系。
③ 帶入折射定律公式計(jì)算。
熱點(diǎn)四、核能、質(zhì)量虧損和愛因斯坦質(zhì)能方程
例4:在真空中,原來靜止的原子核在進(jìn)行衰變時(shí),放出粒子的動(dòng)能為E0。假設(shè)衰變后產(chǎn)生的新核用字母Y表示,衰變時(shí)產(chǎn)生的能量全部以動(dòng)能形式釋放出來,真空中的光速為c,原子核的質(zhì)量之比等于質(zhì)量數(shù)之比,原子核的重力不計(jì)。
(1)寫出衰變的核反應(yīng)方程;
(2)求衰變過程中總的質(zhì)量虧損。
解析:(1)衰變遵守電荷數(shù)守恒定律和質(zhì)量數(shù)守恒定律,注意不是質(zhì)量守恒定律,可得衰變的核反應(yīng)方程:
(2)根據(jù)動(dòng)量守恒定律,反沖核Y的動(dòng)量與α粒子的動(dòng)量大小相等。
根據(jù)公式 可知,反沖核Y的動(dòng)能為:
衰變 25、時(shí)釋放出的總能量為:
根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程:
此衰變過程中總的質(zhì)量虧損是:
答案:(1) (2)
反思:核能、質(zhì)量虧損和愛因斯坦質(zhì)能方程是高中物理的重點(diǎn)內(nèi)容之一,解答這類問題的關(guān)鍵是正確書寫核反應(yīng)方程,然后利用愛因斯坦質(zhì)能方程計(jì)算出反應(yīng)前后質(zhì)量虧損,再算出核能。
五、能力突破
例1、下列說法正確的是( )
A.布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中固體顆粒的分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映
B.沒有摩擦的理想熱機(jī)可以把吸收的能量全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
C.知道某物質(zhì)的摩爾質(zhì)量和密度可求出阿伏加德羅常數(shù)
D.內(nèi)能不同的物體,它們分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能可能相同
解析:布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液 26、體中固體小顆粒的運(yùn)動(dòng),它反映的是液體無規(guī)則的運(yùn)動(dòng),所以A不正確;機(jī)械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化具有方向性,機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化內(nèi)能,但內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其它變化,所以B不正確;摩爾質(zhì)量必須和分子的質(zhì)量結(jié)合才能求出阿伏加德羅常數(shù)C不正確;物體的內(nèi)能是所有分子勢能和動(dòng)能的總和,內(nèi)能不同的物體溫度可能相同,而溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,只要溫度相同分子的平均動(dòng)能就相同,所以D正確 。
答案:D
反思:本題屬于容易題,主要考查了布朗運(yùn)動(dòng)、第二類永動(dòng)機(jī)等熱學(xué)中的基本知識(shí),只要考生掌握基礎(chǔ)知識(shí),就能很容易解答本題。
例2、三個(gè)原子核X、Y、Z,X核放出一個(gè)正電子后變?yōu)閅核,Y核與質(zhì)子發(fā)生核反應(yīng)后生成Z核 27、并放出一個(gè)個(gè)氦(42He),則下面說法正確的是( )
A.X核比Z核多一個(gè)原子
B.X核比Z核少一個(gè)中子
C.X核的質(zhì)量數(shù)比Z核質(zhì)量數(shù)大3
D.X核與Z核的總電荷是Y核電荷的2倍
解析:(設(shè)原子核X的質(zhì)量數(shù)為x,電荷數(shù)為y,依題意寫出核反應(yīng)方程,根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,可得原子核Y的質(zhì)量數(shù)為x,電荷數(shù)為y-1,原子核Z的質(zhì)量數(shù)為x-3,電荷數(shù)為y-2。由此可得X核的質(zhì)子(y)比Z核的質(zhì)子(y-2)多2個(gè),A錯(cuò);由此可得X核的中子(x-y)比Z核的中子(x-y-1)多1個(gè),B錯(cuò);X核的質(zhì)量數(shù)(x)比Z核的質(zhì)量數(shù)(x-3)多3個(gè),C對(duì);X核與Z核的總電荷(2y-2)是Y核電荷 28、(y-1)的2倍,D對(duì)。
答案:CD
反思:正確寫出核反應(yīng)方程,靈活應(yīng)用學(xué)過的知識(shí)就能快速解答本題。
例3. 如圖所示,甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O,乙分子位于軸上,甲分子對(duì)乙分子的作用力與兩分子間距離的關(guān)系如圖中曲線所示,>0表示斥力,<0表示引力, a、b、c、d為軸上四個(gè)特定的位置,現(xiàn)把乙分子從處靜止釋放,則( )
A.乙分子從到做加速運(yùn)動(dòng),由到做減速運(yùn)動(dòng)
B.乙分子由到做加速運(yùn)動(dòng),到達(dá)時(shí)速度最大
C.乙分子由到的過程中,兩分子間的分子勢能一直增加
D.乙分子由到的過程中,兩分子間的分子勢能一直增加
解析:乙分子從a到d一直做加速運(yùn)動(dòng),分子力做正功,分子勢能減小,c到d 29、做減速運(yùn)動(dòng),分子力做負(fù)功,分子勢能增大,在c點(diǎn)時(shí)速度最大;所以正確選項(xiàng)是B。
答案:B
反思:對(duì)F—x圖像中包含的信息不能完全理解是造成失誤的主要原因,而“圖像問題”是近年高考的一個(gè)熱點(diǎn),這在復(fù)習(xí)中要引起重視。分子勢能的變化與分子力做功有關(guān),這與重力勢能的變化與重力做功有關(guān)完全類似。
例4、如圖所示,某同學(xué)將空的薄金屬筒開口向下壓入水中。設(shè)水溫均勻且恒定,筒內(nèi)空氣無泄漏,不計(jì)氣體分了間相互作用,則被淹沒的金屬筒在緩慢下降過程中,筒內(nèi)空氣體積減?。? )
A.從外界吸熱??? B.內(nèi)能增大?? C.向外界放熱 D.內(nèi)能減小
解析:在筒緩慢下降的過程水溫恒定,空氣溫度不變,當(dāng)不計(jì)氣 30、體分了間相互作用時(shí),氣體的內(nèi)能不變,但筒內(nèi)空氣被壓縮,外界對(duì)它做功,氣體必然放出熱量。所以正確選項(xiàng)是C。
答案:C
點(diǎn)撥:對(duì)氣體內(nèi)能的變化分析時(shí)應(yīng)當(dāng)注意題干中的描述,“緩慢”往往表明溫度不變,“體積不變(或氣體自由鼓脹)”說明氣體不對(duì)外做功,外界也不對(duì)氣體做功,“絕熱”指不發(fā)生熱傳遞,“理想氣體(或不考慮分子作用力)”意味著忽略分子勢能。
例5、一束由紅、藍(lán)兩單色光組成的光線從一平板玻璃磚的上表面以入射角θ射入,穿過玻璃磚自下表射出。已知該玻璃對(duì)紅光的折射率為1.5,設(shè)紅光與藍(lán)光穿過玻璃磚所用的時(shí)間分別為t1和t2,則在θ從0°逐漸增大至90°的過程中( )
A.t1始終大于t 31、2 B.t1始終小于t2
C.t1先大于后小于t2 D.t1先小于后大于t2
解析:設(shè)折射角為α,玻璃磚的厚度為h,由折射定律n= ,且n= ,在玻璃磚中的時(shí)間為t= ,聯(lián)立解得t2∝,紅光頻率較小,θ為零時(shí),t1<t2,θ為90°時(shí),趨近漸近線,初步判定該函數(shù)為單調(diào)函數(shù),通過帶入θ為其它特殊值,仍然有t1<t2,所以B選項(xiàng)正確。
答案:B
反思:本題考查折射定律與光的傳播,知道光在玻璃的傳播速度,寫出光穿過玻璃所用時(shí)間表達(dá)式,是解決本題的關(guān)鍵。
例6、先后用甲、乙兩種不同的單色光,在相同 32、的條件下用同一雙縫干涉裝置做實(shí)驗(yàn),在屏幕上相鄰的兩條亮紋間距不同,其中甲光間距較大。則甲光比乙光( )
A.在真空中的波長短 B。在玻璃中傳播速度大
C.在玻璃中傳播時(shí),玻璃的折射率大 D。其光子能量小
解析:甲的雙縫干涉條紋間距比乙大,表明甲在真空中的波長比乙長,由知,甲的頻率比乙的低,光子的能量小,在玻璃中的折射率??;由知在玻璃中甲的傳播速度較大,所以正確選項(xiàng)是BD。
答案:BD
點(diǎn)撥:對(duì)光的本性的考查一般知識(shí)跨度較大,這就要求考生除了記住重要結(jié)論之外,還要能抓住相關(guān)物理量間的聯(lián)系。
例7、一個(gè)原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可 33、能的裂變反應(yīng),其裂變方程為,則下列敘述正確的是( )
A X原子核中含有86個(gè)中子
B X原子核中含有141個(gè)核子
C 因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量,根據(jù)E=mc2,所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加
D 因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,所以生成物的總質(zhì)量數(shù)減少
解析:依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒計(jì)算出未知粒子的電荷數(shù)為54,質(zhì)量數(shù)為140,所以未知粒子含有140個(gè)核子,其中子數(shù)為86;由于核能的釋放,要出現(xiàn)質(zhì)量虧損,而不是質(zhì)量數(shù)變化。
答案:A
點(diǎn)撥:關(guān)于核反應(yīng)方程的問題,首先是依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒計(jì)算出未知粒子的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù),再確定它是哪種粒子或進(jìn)行其它的推斷。
例8、如圖3 34、所示,一束單色光射入一玻璃球體,入射角為60°。己知光線在玻璃球內(nèi)經(jīng)一次反射后,再次折射回到空氣中時(shí)與入射光線平行。此玻璃的折射率為( )
A. B.1.5
C. D.2
解析:如圖4所示,是光線在玻璃球內(nèi)的光路圖,A、C為折射點(diǎn),B為反射點(diǎn),作OD平行于入射光線,由數(shù)學(xué)知識(shí)可得:
所以有:
由折射定律得玻璃的折射率:
答案:玻璃的折射率等于
反思:本題考查光的全反射,根據(jù)發(fā)生全反射的臨界條件,判斷光在傳播時(shí)是否發(fā)生全反射,是不出錯(cuò)的原因所在。
六、規(guī)律整合
規(guī)律一、微觀量的運(yùn)算方法
阿伏加德羅 35、常數(shù)是聯(lián)系微觀量和宏觀量的橋梁
(1)微觀量指:分子體積V、分子直徑d、分子質(zhì)量m
(2)宏觀量指:物體體積V、摩爾體積Vmol、物體的質(zhì)量M、摩爾質(zhì)量Mmol、
物體的密度
(3)關(guān)系:
①分子的質(zhì)量:
②分子的體積:
③物體所含的分子數(shù):或
注 : 固、液體分子可以近似地認(rèn)為緊密地靠在一起而氣體分子間有一個(gè)很大的間隙,由上面②式求得的V并非是一個(gè)分子自身的體積而是一個(gè)氣體分子平均占據(jù)的空間(立方體)的體積。設(shè)該立方體的邊長為a,則氣體分子的平均間距為
規(guī)律二、衰變產(chǎn)生的三種射線的比較
種類
射線
射線
射線
組成
高速氦核流
高速電子流
光子流(高頻電磁波 36、)
帶電荷量
2e
-e
0
質(zhì)量
靜止質(zhì)量為零
速度
0. 1c
0.99c
c
在電場或磁場中
偏轉(zhuǎn)
與射線反向偏轉(zhuǎn)
不偏轉(zhuǎn)
貫穿本領(lǐng)
最弱用紙能擋住
較強(qiáng)穿透幾毫米的鋁板
最強(qiáng)穿透幾厘米的鉛板
對(duì)空氣的電離作用
很強(qiáng)
較弱
很弱
在空氣中的徑跡
粗、短、直
細(xì)、較長、曲折
最長
通過膠片
感光
感光
感光
規(guī)律三、光的波動(dòng)性與粒子性的比較
光的粒子性
①與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí),表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)
②少量或個(gè)別光子容易顯示出粒子性
③頻率較大時(shí),易顯示粒子性
粒子含義是“不連續(xù)”、“一份一份”的,不同于宏觀的粒子
光 37、的波動(dòng)性
①傳播時(shí),表現(xiàn)出波的性質(zhì)
②大量光子容易顯示出波動(dòng)性
③頻率較小時(shí),易顯示波動(dòng)性
光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性,不是光子之間相互作用產(chǎn)生的,不同于宏觀的機(jī)械波。
七、高考預(yù)測
高考中對(duì)熱、光、原部分的考查形式一般為三個(gè)選擇題。分值均為6分。熱學(xué)部分利用阿伏加德羅常數(shù)求分子的直徑、分子的質(zhì)量、估算分子個(gè)數(shù)以及布朗運(yùn)動(dòng)、分子間相互作用力隨分子間距離變化的關(guān)系、內(nèi)能及其變化是高考??贾R(shí)點(diǎn),多以難度中等或中等偏下的選擇題形式出現(xiàn)。幾何光學(xué)研究的是光線傳播的規(guī)律,主要包括原理有光的直線傳播規(guī)律、光的反射定律、光的折射定律、光路的可逆原理;物理光學(xué)主要包括光的干涉、光的衍射、光電 38、效應(yīng)現(xiàn)象等知識(shí)點(diǎn)規(guī)律。熱學(xué)部分可能分子動(dòng)理論、內(nèi)能、熱力學(xué)定律及壓強(qiáng)的產(chǎn)生固原因;中學(xué)所涉及的原子物理知識(shí)是大學(xué)《高能物理》的必備基礎(chǔ),盡管中學(xué)教材的要求較低,但歷屆高考命題均有涉及,從α粒子散射實(shí)驗(yàn)、原子結(jié)構(gòu)、能級(jí)、光譜到天然放射性、人工核反應(yīng)、核能、愛因斯坦的質(zhì)能方程、基本粒子、裂變、聚變,甚至學(xué)科內(nèi)綜合都出現(xiàn)過,題目的難度一般不大,以選擇題為主,偶爾也會(huì)有填空題和計(jì)算題,其中盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說、氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、光子的輻射與吸收、核反應(yīng)方程和核能、質(zhì)量虧損、愛因斯坦質(zhì)能方程等命題頻率較高,是高考命題的重點(diǎn)與熱點(diǎn),其特點(diǎn)是:“考課本”、不回避陳題。復(fù)習(xí)這部分內(nèi)容必須抓課本,理清思路,重點(diǎn) 39、記憶,記準(zhǔn)一些常用粒子的符號(hào),如:α粒子、氘核、氚核、質(zhì)子、中子、電子、正電子等,要以課本為主,理解和記憶基本概念和史實(shí)。從2020年和2020年高考中對(duì)光學(xué)知識(shí)的考查看,本專題與《考試大綱》要求相吻合,著重考查學(xué)生的理解及應(yīng)用能力, 并有一定的難度, 預(yù)測2020年高考中光學(xué)可能會(huì)以下列題型出現(xiàn):
1.選擇題:它可能考查光的反射與折射、全反射現(xiàn)象、光導(dǎo)纖維、折射率與頻率的關(guān)系、光的偏振現(xiàn)象、光的干涉和衍射現(xiàn)象、光電效應(yīng)、光的粒子性,也可考查α粒子散射實(shí)驗(yàn)、核反應(yīng)的規(guī)律、電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、玻爾原子模型、能級(jí)躍遷及波長、頻率和波速三者的關(guān)系、衰變規(guī)律等知識(shí),解題時(shí)要注意知識(shí)間的聯(lián)系也可能考查了考生的綜合應(yīng)用物理知識(shí)分析解決問題的能力和推理能力等,解題時(shí)要注意知識(shí)間的聯(lián)系。
2.實(shí)驗(yàn)題:可以考查“測定玻璃的折射率”、“用雙縫干涉測光的波長”、估算分子的直徑等。
3.計(jì)算題:在計(jì)算題中可能會(huì)考查考生應(yīng)用光的反射與折射、光電效應(yīng)等物理知識(shí),會(huì)分子動(dòng)理論,熱力學(xué)定律,會(huì)考查核能、愛因斯坦的質(zhì)能方程、原子核與力學(xué)的綜合等知識(shí)。
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