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?？嫉膬?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)能及其變化是高考常考知識(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)。