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(共55张PPT)
专题五 热学、光学、原子物理
第13讲　热学
知识归纳素养奠基
第13讲　热学
知识归纳素养奠基
第13讲　热学
知识归纳素养奠基
(2)分子热运动的实验基础：扩散现象和布朗运动．
①扩散现象特点：温度越高，扩散越快．
②布朗运动特点：液体内固体小颗粒永不停息、无规则的运动，颗粒越小、温度越高，运动越剧烈．(反映了液体分子的无规则运动，但并非液体分子的无规则运动)
(3)分子间的相互作用力和分子势能．
①分子力：分子间引力与斥力的合力．分子间距离增大，引力和斥力均减小；分子间距离减小，引力和斥力均增大，但斥力总比引力变化得快．
②分子势能：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大；当分子间距为r0时，分子势能最小．
第13讲　热学
知识归纳素养奠基
2．固体和液体．
(1)晶体和非晶体的分子结构不同，表现出的物理性质不同．晶体具有确定的熔点．单晶体表现出各向异性，多晶体和非晶体表现出各向同性．晶体和非晶体在适当的条件下可以相互转化．
(2)液晶是一种特殊的物质状态，所处的状态介于固态和液态之间．液晶具有流动性，在光学、电学物理性质上表现出各向异性．
(3)液体的表面张力使液体表面具有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切．
第13讲　热学
知识归纳素养奠基
4．热力学定律．
(1)物体内能变化的判定：温度变化引起分子平均动能的变化；体积变化，分子间的分子力做功，引起分子势能的变化．
第13讲　热学
知识归纳素养奠基
(2)热力学第一定律．
①公式：ΔU＝W＋Q；
②符号规定：外界对系统做功，W>0，系统对外界做功，W<0；系统从外界吸收热量，Q>0，系统向外界放出热量，Q<0.系统内能增加，ΔU>0，系统内能减少，ΔU<0.
(3)热力学第二定律．
①热量不能自发地从低温物体传到高温物体(按热传递的方向性表述)．
②不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响(按机械能和内能转化的方向性表述)．
(4)第一类永动机违背了能量守恒，不可能实现；第二类永动机不违背能量守恒，但违背热力学第二定律，也不可能实现．
第13讲　热学
命题点一　分子动理论　内能
一、分子动理论的三条基本内容
1．物体是由大量分子组成的．
(1)分子的大小．
①分子的直径(视为球模型)：数量级为10－10 m.
②分子的质量：数量级为10－26 kg.
(2)阿伏加德罗常数．
1 mol的任何物质都含有相同的粒子数．通常可取NA＝6.02×1023 mol－1.
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第13讲　热学
2．分子永不停息地做无规则热运动的相关现象．
(1)扩散现象：不同物质能够彼此进入对方的现象．温度越高，扩散越快．直接说明了组成物质的分子总是不停地无规则运动．
(2)布朗运动：悬浮在液体或气体中的固体颗粒的无规则运动．发生原因是固体颗粒受到液体分子无规则撞击的不平衡性造成的．间接说明了液体或气体分子在永不停息地无规则运动．
3．分子间存在着相互作用力．
(1)分子间同时存在引力和斥力，实际表现的分子力是他们的合力．引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，斥力比引力变化得更快．
(2)由于分子间存在着引力和斥力，所以分子具有由它们的相对位置决定的能，即分子势能．
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第13讲　热学
(3)分子力和分子势能随分子间距变化的规律如下：
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项目 分子力F 分子势能Ep
变化图像
随分子间距的变化情况 r第13讲　热学
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续上表
随分子间距的变化情况 r>r0 F引和F斥都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大，F引>F斥，F表现为引力 r增大，分子力做负功，分子势能增加；r减小，分子力做正功，分子势能减小
r＝r0 F引＝F斥，F＝0 分子势能最小，但不为零
r>10r0
(10－9 m) F引和F斥都已十分微弱，可以认为F＝0 分子势能为零
在图线表示F、Ep随r变化规律中，要注意它们的区别：r＝r0处，F＝0，Ep最小．在读Ep-r图像时还应注意分子势能的“＋”、“－”值是参与比较大小的．
第13讲　热学
二、物体的内能
1．物体的内能．
(1)等于物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，是状态量．
(2)对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定．
(3)物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关．
2．热力学第一定律：
(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和．
(2)数学表达式：ΔU＝Q＋W.
(3)对公式ΔU＝Q＋W中ΔU、Q、W符号的规定：
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第13讲　热学
(4)几种特殊情况：
①若过程是绝热的，即Q＝0，则ΔU＝W，物体内能的增加量等于外界对物体做的功．
②若过程中不做功，即W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量．
③若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)．
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符号 Q W ΔU
＋ 物体吸收热量 外界对物体做功 内能增加
－ 物体放出热量 物体对外界做功 内能减少
第13讲　热学
(5)判断是否做功的方法：一般情况下外界对物体做功与否，需看物体的体积是否变化．
①若物体体积增大，表明物体对外界做功，W<0.
②若物体体积减小，表明外界对物体做功，W>0.
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第13讲　热学
两只相同的篮球甲、乙内空气压强相等，温度相同．用气筒给甲球快速充气、给乙球缓慢充气，两球充入空气的质量相同．
设充气过程篮球体积不变，则(　　)
A．刚充完气，两球中气体分子的平均动能相等
B．刚充完气，甲中分子的数密度较大
C．刚充完气，两球内气体压强相等
D．对甲充气过程人做的功比对乙的多
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第13讲　热学
解析：气筒给甲球快速充气，外界对气体做功，内能增加，温度升高；气筒给乙球缓慢充气，则乙气体温度不变，内能不变；所以刚充完气，甲球中气体分子的平均动能比乙球大，故A项错误；由题知冲完气后，两球中气体质量相等，两球体积相同，则两球中分子的数密度相等，故B项错误；由以上分析可知，刚充完气，两球中分子的数密度相等，而甲球中气体温度比乙球高，则甲球的气体压强比乙球大，故C项错误；两球充入空气的质量相同，由于充气过程，甲球的气体压强大于乙球的气体压强，则对甲充气过程人需要克服气体做的功更多，即对甲充气过程人做的功比对乙的多，故D项正确．故选D.
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答案：D
第13讲　热学
1．如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动90°过程中，缸内气体(　　)
A．内能增加，外界对气体做正功
B．内能减小，所有分子热运动速率都减小
C．温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少
D．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加
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第13讲　热学
解析：初始时汽缸开口向上，活塞处于平衡状态，汽缸内外气体对活塞的压力差与活塞的重力平衡，则有(p1－p0)S＝mg汽缸在缓慢转动的过程中，汽缸内外气体对活塞的压力差大于重力沿汽缸壁的分力，故汽缸内气体缓慢的将活塞往外推，最后汽缸水平，缸内气压等于大气压．汽缸、活塞都是绝热的，故缸内气体与外界没有发生热传递，汽缸内气体压强作用将活塞往外推，气体对外做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W得：气体内能减小，故缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，并不是所有分子热运动的速率都减小，AB错误；气体内能减小，缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，故速率大的分子数占总分子数的比例减小，C项正确，D项错误．故选C.
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答案：C
第13讲　热学
2．如图，固定在铁架台上的烧瓶，通过橡胶塞连接一根水平玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱．用手捂住烧瓶，会观察到水柱缓慢向外移动，关于烧瓶内的气体，下列说法正确的是(　　)
A．气体的压强变小
B．气体的体积变小
C．气体对外界做功
D．气体的内能减小
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第13讲　热学
解析：由于水柱处于水平玻璃管中，对水柱分析可知，烧瓶内气体的压强始终等于大气压强，即气体的压强不变，A错误；根据上述可知，该过程是等压变化，手捂住烧瓶，温度升高，则气体体积增大，B项错误；气体体积增大，气体对外界做功，C项正确；气体温度升高，气体内能增大，D项错误．故选C项．
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答案：C
第13讲　热学
命题点二　固体、液体、气体的性质
1．晶体与非晶体．
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项目 晶体 非晶体
单晶体 多晶体
熔点 确定 不确定
粒子排列 有规则，但多晶体各个晶粒的排列无规则 无规则
形状 规则 不规则 不规则
物理性质 各向异性 各向同性 各向同性
形成与转化 有的物质在不同条件下能够形成不同的形态，同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体，在一定条件下也可以转化为晶体
第13讲　热学
2.液体．
(1)液体的表面张力：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势，方向跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直．
(2)液晶：既具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性．液晶在显示器方面具有广泛的应用．
3．饱和汽与饱和汽压．
(1)饱和汽：在密闭容器中的液体不断地蒸发，液面上的蒸汽也不断地凝结，蒸发和凝结达到动态平衡时，液面上的蒸汽叫饱和汽．
(2)未饱和汽：未达到饱和状态的蒸汽．
(3)饱和汽压：饱和汽所具有的压强．液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关．
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第13讲　热学
5．气体．
气体分子运动的特点．
(1)分子很小，间距很大，除碰撞外不受力．
(2)向各个方向运动的气体分子数目都相等．
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第13讲　热学
(3)分子做无规则运动，大量分子的速率按“中间多，两头少”的规律分布．如图所示．
(4)温度一定时，某种气体分子的速率分布是确定的．温度升高时，速率小的分子数减少，速率大的分子数增多，分子的平均速率增大，但不是每个分子的速率都增大．
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第13讲　热学
如图所示，方解石形成的双折射现象实验的照片．
下列关于方解石的说法正确的是(　　)
A. 是非晶体 B. 具有固定的熔点
C. 所有的物理性质都是各向异性 D. 是由许多单晶体杂乱无章排列组成的
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解析：方解石是单晶体，在光的折射上表现出各向异性——沿不同方向的折射率不同，故A项错误；晶体都有固定的熔点，故B项正确；单晶体具有各向异性，并不是说在所有物理性质上表现出各向异性，故C项错误；组成单晶体的物质微粒(原子、分子、离子)在空间按一定规则排列——空间点阵，故D项错误．
答案：B
第13讲　热学
1．规范佩戴医用防护口罩是预防新冠肺炎的有效措施之一，合格医用口罩内侧使用对水不浸润的材料，图甲为一滴水滴在医用口罩内侧的照片，图乙为对应的示意图．以下说法正确的是(　　)
　
A．照片中水滴与空气接触的表面层的水分子比水滴的内部密集
B．该口罩为不合格产品，其内侧材料对所有的液体都浸润
C．该口罩为合格产品，其内侧材料并非对所有的液体都不浸润
D．照片中水滴附着层(即固液接触层)内水分子比水滴内部密集，因为附着层水分子受到的水滴内分子的作用力比受到的口罩内侧固体材料分子的作用力小
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第13讲　热学
解析：本题考查了浸润与不浸润．根据题意判断水没有浸润到口罩内侧，照片中附着层内分子比水的内部稀疏．水滴与空气接触的表面层的水分子比水滴的内部稀疏，故A项错误；由图可知，水珠并没有浸润口罩内侧，因此是合格产品，浸润与不浸润现象是相对的，各种液体的密度、分子大小、分子间隙、分子间作用力大小等都各不相同，因此口罩内侧材料并不一定对所有的液体都不浸润，只要对水不浸润，就是合格产品，故B项错误，C项正确；水滴附着层(即固液接触层)内水分子比水滴内部稀疏，附着层水分子受到的水滴内分子的作用力比受到的口罩内侧固体材料分子的作用力大，因而使水滴表面紧绷而减小与口罩内侧固体材料的作用，故D项错误．
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答案：C
第13讲　热学
2．关于图所示的四幅图中现象的分析，下列说法正确的是(　　)
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A．甲图中小昆虫在水面上行走而不下沉，是浮力作用的结果
B．乙图中将棉线圈中P、Q两部分的肥皂膜刺破后，扩成一个圆孔，是表面张力作用的结果
C．丙图中毛细管中液面高于管外液面的是毛细现象，低于管外液面的不是毛细现象
D．丁图中玻璃管的裂口在火焰上烧熔后，它的尖端会变钝，是一种浸润现象
第13讲　热学
解析：因为液体表面张力的存在，有些小昆虫才能无拘无束地在水面上行走自如，故A项错误；乙图中将棉线圈中肥皂膜刺破后，扩成一个圆孔，是表面张力作用的结果，故B项正确；浸润液体情况下容器壁对液体的吸引力较强，附着层内分子密度较大，分子间距较小，故液体分子间作用力表现为斥力，附着层内液面升高，故浸润液体呈凹液面，不浸润液体呈凸液面，低于管外液面，都属于毛细现象，故C项错误；丁图中玻璃管的裂口在火焰上烧熔后，它的尖端会变钝，是表面张力的原因，不是浸润现象．故D项错误．
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答案：B
第13讲　热学
命题点三　气体实验定律和理想气体状态方程的应用
1．必须理清的知识联系．
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第13讲　热学
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第13讲　热学
(2)找出参量——气体在始末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2.
(3)认识过程——认清变化过程是正确选用物理规律的前提．
(4)列出方程——选用某一实验定律或状态方程，代入具体数值求解，并讨论结果的合理性．
若为两部分气体，除对每部分气体作上述分析外，还要找出它们始末状态参量之间的关系，列式联立求解．
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第13讲　热学
(2023·全国甲卷) 一高压舱内气体的压强为1.2个大气压，温度为17 ℃，密度为1.46 kg/m3.
(i)升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气体温度升至27 ℃时舱内气体的密度；
(ii)保持温度27℃不变，再释放出舱内部分气体使舱内压强降至1.0个大气压，求舱内气体的密度．
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第13讲　热学
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第13讲　热学
(2023·海南卷)某饮料瓶内密封一定质量理想气体，t＝27 ℃时，压强p＝1.050×105 Pa.
(1)t′＝37 ℃时，气压是多大？
(2)保持温度不变，挤压气体，使之压强与(1)时相同时，气体体积为原
来的多少倍？
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第13讲　热学
(2)保持温度不变，挤压气体，等温变化过程，由玻意耳定律有pV＝p′V′，
解得V′≈0.97V.
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答案：(1)1.085×105 Pa　(2)0.97
第13讲　热学
1．水银气压计在超失重情况下不能显示准确的气压，但太空无液气压计却能显示超失重情况下的准确气压．若某次火箭发射中携带了一只太空无液气压计和一只水银气压计．发射的火箭舱密封，起飞前舱内温度T0＝300 K，水银气压计显示舱内气体压强p0为1个大气压．太空气压计读数也是p0，当火箭以加速度g竖直向上运动时，舱内水银气压计示数为p1＝0.6p0，则太空无液气压计读数是多少？舱内气体的温度是多少开尔文？(运动过程中重力加速度g不变)
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第13讲　热学
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2.某山地车气压避震器主要部件为活塞杆和圆柱形汽缸(出厂时
已充入一定量气体)．汽缸内气柱长度变化范围为40 mm～100 mm，
汽缸导热性良好，不计活塞杆与汽缸间摩擦：
(1)将其竖直放置于足够大的加热箱中(加热箱中气压恒定)，当温
度T1＝300 K时空气柱长度为60 mm，当温度缓慢升至T2＝360 K时
空气柱长度为72 mm，通过计算判断该避震器的气密性是否良好．
(2)在室外将避震器安装在山地车上，此时空气柱长度为100 mm，汽缸内的压强为5p0，骑行过程中由于颠簸导致气柱长度在最大范围内变化(假定过程中气体温度恒定)，求汽缸内的最大压强．(结果用p0表示)
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第13讲　热学
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第13讲　热学
4.某兴趣小组发射自制的水火箭．发射前瓶内空气的体积为1.4 L，
水的体积为0.6 L，瓶内气压为3p0.打开喷嘴后水火箭发射升空．忽略
瓶内空气温度的变化，设外界大气压强一直保持p0不变，求：
(1)当瓶内的水完全喷完瞬间，瓶内空气的压强p；
(2)当瓶内空气压强与外界大气压强相等时，瓶内所剩空气质量与发射
前瓶内空气质量之比．
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解析：(1)水喷完前，瓶内空气发生等温变化，由玻意耳定律可得3p0V1＝pV2，其中V1＝1.4 L，V2＝1.4 L＋0.6 L＝2 L，
解得p＝2.1p0.
(2)当瓶内空气压强降到与外界大气压强相等时，
有3p0V1＝p0V3，
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命题点四　气体状态变化的图像分析方法
一定质量的气体不同图像的比较．
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第13讲　热学
注意：上表中各个常量“C”意义有所不同．(可以根据克拉伯龙方程pV＝nRT确定各个常量“C”意义)
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第13讲　热学
(2023·广东卷)在驻波声场作用下，水中小气泡周围液
体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，
气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过
程可简化为如图所示的p V图像，气泡内气体先从压强为p0、
体积为V0、温度为T0的状态A等温膨胀到体积为5V0、压强为
pB的状态B，然后从状态B绝热收缩到体积为V0、压强为1.9p0、温度为TC的状态C，B到C过程中外界对气体做功为W.已知p0、V0、T0和W.求：
(1)pB的表达式；
(2)TC的表达式；
(3)B到C过程，气泡内气体的内能变化了多少？
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第13讲　热学
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第13讲　热学
1.(2023·辽宁卷)“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能
的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量．
“空气充电宝”某个工作过程中，一定质量理想气体的p-T图
像如图所示．该过程对应的p-V图像可能是(　　)
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第13讲　热学
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第13讲　热学
2.如图，一定质量的理想气体从状态A沿直线变化到状态B的
过程中，其体积(　　)
A．保持不变 B．逐渐变大
C．逐渐变小 D．先变小后变大
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解析：将t轴上绝对零度(即－273 ℃)点D与点A、点B连接起来，AD与BD均表示气体的等容变化，由数学知识得知：
第13讲　热学
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第13讲　热学
3.如图所示，某理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回
到状态A.其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过
程(气体与外界无热量交换)．这就是“卡诺循环”，则(　　)
A．A到B过程，气体从外界吸收热量
B．B到C过程，气体分子的平均动能增加
C．C到D过程，气体对外界做正功
D．D到A过程，气体分子撞击器壁单位面积上的作用力减小
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第13讲　热学
解析：A到B过程，V增大，气体对外做功，温度不变，所以气体从外界吸收热量，A项正确；B到C过程，绝热膨胀，气体对外做功，即Q＝0，W<0，根据ΔU＝W＋Q可知ΔU<0，即内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，B项错误；C到D过程，等温压缩，气体对外界做负功，C项错误；D到A过程，绝热压缩，p增大，V减小，气体分子撞击器壁单位面积上的作用力增大，D项错误．
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答案：A(共50张PPT)
专题五 热学、光学、原子物理
第14讲　几何光学与物理光学
知识归纳素养奠基
第14讲　几何光学与物理光学
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第14讲　几何光学与物理光学
知识归纳素养奠基
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知识归纳素养奠基
第14讲　几何光学与物理光学
知识归纳素养奠基
3．光的色散．
(1)光的色散现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带．
(2)成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象．
第14讲　几何光学与物理光学
知识归纳素养奠基
第14讲　几何光学与物理光学
知识归纳素养奠基
(2)亮暗条纹的判断方法．
①如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差r2－r1＝kλ(k＝0，1，2，…)时，光屏上出现亮条纹．
第14讲　几何光学与物理光学
命题点一　光的折射　全反射
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第14讲　几何光学与物理光学
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第14讲　几何光学与物理光学
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第14讲　几何光学与物理光学
解析：由题意可做出光路图如图所示
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第14讲　几何光学与物理光学
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第14讲　几何光学与物理光学
1.庄子与惠子游于濠梁之上．庄子曰：“鯈鱼出游从容，
是鱼之乐也．”人在桥上观鱼(　　)
A．人能看到鱼，鱼不能看到人
B．人看到的鱼是经反射所成的像
C．鱼看到的人的位置比人的实际位置低
D．人看到的鱼的位置比鱼的实际位置高
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第14讲　几何光学与物理光学
解析：鱼在水中，鱼作为等效光源，是从光密介质进入光疏介质，能够发生全反射，因此，人可能看不到鱼，而人在空气中，人作为等效光源，是从光疏介质进入光密介质，不能够发生全反射，因此，鱼能看到人，人不能看到鱼，A项错误；人看到的鱼是经光的折射所成的像，B项错误；人在空气中，人作为等效光源，入射角大于折射角，鱼沿折射光线的反向延长线看人，鱼看到的人的位置比人的实际位置高，C项错误，D项正确．故选D.
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答案：D
第14讲　几何光学与物理光学
2.(2023·全国甲卷)(多选)等腰三角形△abc为一棱镜的横
截面，ab＝ac；一平行于bc边的细光束从ab边射入棱镜，
在bc边反射后从ac边射出，出射光分成了不同颜色的两
束，甲光的出射点在乙光的下方，如图所示．不考虑多次反射．下列说法正确的是(　　)
A．甲光的波长比乙光的长
B．甲光的频率比乙光的高
C．在棱镜中的传播速度，甲光比乙光的大
D．该棱镜对甲光的折射率大于对乙光的折射率
E．在棱镜内bc边反射时的入射角，甲光比乙光的大
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第14讲　几何光学与物理光学
解析：根据折射定律和反射定律作出光路图如图所示
细研命题点提升素养
答案：ACE
第14讲　几何光学与物理光学
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第14讲　几何光学与物理光学
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第14讲　几何光学与物理光学
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第14讲　几何光学与物理光学
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第14讲　几何光学与物理光学
命题点二　光的波动性
一、双缝干涉
1．光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同．
2．决定条纹明暗的条件．
(1)当两个光源与屏上某点的距离之差等于波长λ的整数倍时，两列光波在这点相互加强，出现明条纹．
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第14讲　几何光学与物理光学
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第14讲　几何光学与物理光学
三、单缝衍射与双缝干涉的比较
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项目 单缝衍射 双缝干涉
不同点 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等
条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距
亮度情况 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相等
相同点 干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹
第14讲　几何光学与物理光学
(2022·山东卷)(多选)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1，S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L.同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙，图丙所示图样．下列描述正确的是(　　)
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A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射
B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大
C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D．照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹
第14讲　几何光学与物理光学
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第14讲　几何光学与物理光学
如图甲是蓝色大闪蝶，在阳光下可以看到其翅膀灿烂闪烁．蓝色大闪蝶的翅膀表面有凸起的翅脊，这些翅脊有一串类似台阶的结构．光照射翅脊上“台阶结构”的典型光路如图乙所示，则(　　)
A．翅膀灿烂闪烁是光的干涉现象
B．翅膀灿烂闪烁是光的全反射现象
C．光经翅脊反射后的频率变大
D．光在翅脊中的波长大于在空气中波长
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第14讲　几何光学与物理光学
解析：蓝色大闪蝶的翅膀凸起的翅脊上的“台阶结构”都隔着空气层，自然光会不断地在空气层和“台阶结构”里发生反射和折射，蓝色大闪蝶无论是它的厚度，材质，还是它树状脊脉上“台阶结构”的位置，都适合蓝光发生相干干涉，鳞片绽放出的绚丽光彩，正是蓝光相干干涉的产物，故A项正确，B、C、D项错误．故选A.
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答案：A
第14讲　几何光学与物理光学
劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜．当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：
(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；
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第14讲　几何光学与物理光学
(2)任意相邻亮条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．
现若在图甲的装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹(　　)
A．变疏　　　　　　 B．变密
C．不变 D．消失
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解析：如图所示，若抽去一张纸片，则三角截面空气层的倾角变小，则干涉条纹变疏，A项正确．
答案：A
第14讲　几何光学与物理光学
1．(2023·重庆第七次联考)(多选)如图所示甲、乙、丙、丁四幅图均来自物理课本，下列说法正确的是(　　)
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第14讲　几何光学与物理光学
A．图甲为双缝干涉示意图，若换成频率更高的单色光照射双缝，则实验得到的条纹间距应该更大
B．图乙为光照到圆盘上得到的衍射图样
C．图丙为劈尖干涉的示意图，两玻璃片间垫有一些纸片，若从两玻璃片之间抽出部分纸片，则从上往下看可以观察到条纹间距变大
D．图丁所示为相机拍摄车前挡玻璃的照片，图中能明显减弱汽车玻璃表面反射光是利用了薄膜干涉原理
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第14讲　几何光学与物理光学
到的衍射图样，也叫泊松亮斑，故B项正确；抽去纸片后空气层的倾角变小，相当于减小了d，故相邻亮条纹(或暗条纹)之间的距离变大，干涉条纹间距变大，故C项正确；相机拍摄时减弱了玻璃表面的反射光，是在照相机镜头前增加偏振片过滤掉了反射的光，应用了偏振原理，故D项错误；故选BC.
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答案：BC
第14讲　几何光学与物理光学
2．(多选)“球鼻艏”是位于远洋轮船船头水面下方的装置，当轮船以设计的标准速度航行时，球鼻艏推起的波与船首推起的波如图所示，两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力．下列现象的物理原理与之相同的是(　　)
A．插入水中的筷子，看起来折断了
B．阳光下的肥皂膜，呈现彩色条纹
C．驶近站台的火车，汽笛音调变高
D．振动音叉的周围，声音忽高忽低
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第14讲　几何光学与物理光学
解析：该现象属于波的叠加原理；插入水中的筷子看起来折断了是光的折射造成的，与该问题的物理原理不相符；阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，是由于光从薄膜上下表面的反射光叠加造成的干涉现象，与该问题的物理原理相符；驶近站台的火车汽笛音调变高是多普勒现象造成的，与该问题的物理原理不相符；振动音叉的周围声音忽高忽低，是声音的叠加造成的干涉现象，与该问题的物理原理相符．故选BD.
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答案：BD
第14讲　几何光学与物理光学
命题点三　光电效应现象和光电效应方程的应用
1．对光电效应的四点提醒．
(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率．
(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光．
(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关．
(4)光电子不是光子，而是电子．
2．两条对应关系．
(1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大．
(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．
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第14讲　几何光学与物理光学
3．定量分析时应抓住三个关系式．
(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0.
(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc.
(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc.
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4．光电效应的图像问题．
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 ①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc
②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0＝|－E|＝E
③普朗克常量：图线的斜率k＝h
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续上表
颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 ①饱和光电流Im：电流的最大值
②最大初动能：Ekm＝eUc
颜色不同时，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc1、Uc2
②饱和光电流
③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
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续上表
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率νc：图线与横轴的交点
②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大
③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即h＝ke.(注：此时两极之间接反向电压)
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第14讲　几何光学与物理光学
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第14讲　几何光学与物理光学
利用图甲所示的实验装置测量遏止电压U与入射光频率ν的关系．若某次实验中得到如图乙所示的U-ν图像．已知普朗克常量h，则(　　)
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A．电源的左端为正极
B．K极金属的逸出功为hν1
C．增大入射光的强度，遏止电压增大
D．滑动变阻器滑片移至最左端，电流表示数为零
第14讲　几何光学与物理光学
解析：测量遏止电压U与入射光频率ν的关系时，A、K之间应加反向电压，使光电子受到的电场力指向阴极，则A应与电源负极相连，所以电源的左端为负极，故A项错误；由题图乙可知K极金属的截止频率为ν1，所以逸出功为W0＝hν1，故B项正确；根据爱因斯坦光电效应方程和动能定理综合可得eUc＝
Ekm＝hν－W0，由上式可知，遏止电压与入射光强度无关，与入射光频率有关，只有增大入射光频率时遏止电压才增大，故C项错误；滑动变阻器滑片移至最左端，反向电压为零，光电子可以到达阳极形成光电流，电流表示数不为零，故D项错误．故选B.
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答案：B
第14讲　几何光学与物理光学
1．某学校科技活动小组设计了一个光电烟雾探测器(如图甲)，当有烟雾进入探测器时(如图乙)，来自光源S的光会被烟雾散射进入光电管C，当光射到光电管中的钠表面时会产生光电流，当光电流大于10－8 A时，便会触发报警系统报警．已知钠的极限频率为6.0×1014 Hz，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速
c＝3.0×108 m/s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，则下列说法正确的是(　　)
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第14讲　几何光学与物理光学
A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能小于5.0×10－7 m
B．光电管发生光电效应，同时光源的光变强时，不能改变光电烟雾探测器的灵敏度
C．光电管C中能发生光电效应是因为光发生了全反射现象
D．报警器报警时，钠表面每秒释放出的光电子数最少为N＝6.25×1010个
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第14讲　几何光学与物理光学
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第14讲　几何光学与物理光学
2．光刻机是制造芯片的核心装备，利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片．为提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅片之间充有液体．紫外线进入液体后与其在真空中相比(　　)
A．波长变短　　　　　　 B．光子能量增加
C．频率降低 D．传播速度增大
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第14讲　几何光学与物理光学
3．(2023·江苏苏锡常镇四市一模)用如图电路研究光电管的特性，入射光频率为ν，U为光电管K、A两极的电势差，取A端电势高时为正值．若光电管K极材料的极限频率为νc，普朗克常量为h，电子电量为e，则在U－ν坐标系中，阴影部分表示能产生光电流的U和ν取值范围，下列阴影标识完全正确的是(　　)
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第14讲　几何光学与物理光学
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专题五 热学、光学、原子物理
第15讲　原子结构与原子核
知识归纳素养奠基
第15讲　原子结构与原子核
知识归纳素养奠基
一、原子的核式结构
1．α粒子散射实验的结果．
绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但
少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子的偏转超过了90°，
有的甚至被撞了回来，如图所示．
2．原子的核式结构．
在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．
第15讲　原子结构与原子核
知识归纳素养奠基
二、玻尔理论
1．定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量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．
2．跃迁：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，光子的能量由这两个定态的能量差决定．即hν＝Em－En.(h是普朗克常量，h＝6.626×10－34 J·s)
3．轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周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也是不连续的．
第15讲　原子结构与原子核
知识归纳素养奠基
4．氢原子的能级、能级公式．
(1)氢原子的能级图(如图所示)．
第15讲　原子结构与原子核
知识归纳素养奠基
第15讲　原子结构与原子核
知识归纳素养奠基
三、天然放射现象、原子核的组成
1．原子核的衰变．
第15讲　原子结构与原子核
知识归纳素养奠基
2.核能．
(1)原子核的结合能：克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量．
(2)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象．注意质量数与质量是两个不同的概念．
(3)质能方程：E＝mc2，即一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量与它的质量成正比.
第15讲　原子结构与原子核
命题点一　原子的核式结构　玻尔理论
1．α粒子散射实验．
(1)α粒子散射实验装置．
(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后
基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子穿过金箔后
发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”．
2．原子的核式结构模型．
(1)α粒子散射实验结果分析．
①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．
②汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射．
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第15讲　原子结构与原子核
③绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的；少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷；极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用．
(2)核式结构模型的局限性．
卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释α粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性．
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第15讲　原子结构与原子核
3．对氢原子能级图的理解．
(1)能级图如图所示．
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第15讲　原子结构与原子核
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第15讲　原子结构与原子核
(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．
①光照(吸收光子)：吸收光子的全部能量，光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE.
②碰撞、加热等：可以吸收实物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE.
③大于电离能的光子被吸收，将原子电离．
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第15讲　原子结构与原子核
(2023·新课标卷)铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率，铯原子钟利用的两能级的能量差量级为10－5eV，跃迁发射的光子的频率量级为(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，元电荷e＝1.60×10－19 C)
(　　)
A．103 Hz　 B．106 Hz　 C．109 Hz　 D．1012 Hz
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第15讲　原子结构与原子核
(多选)研究α粒子散射的实验装置如图所示，关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　)
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A．绝大多数α粒子沿直线穿过，偏转角很小，说明原子核内部大部分是中空的
B．少数α粒子穿过金箔后发生较大角度的偏转是由于其与电子发生了碰撞
C．极少数α粒子被弹回，说明原子中心是一个体积小、带正电且占有原子几乎全部质量的核
D．在α粒子散射实验中，当α粒子最接近原子核时，电势能最小
第15讲　原子结构与原子核
解析：绝大多数α粒子沿直线穿过，偏转角很小，说明原子核内部大部分是中空的，极少数α粒子被弹回，说明原子中心是一个体积小、带正电且占有原子几乎全部质量的核，A、C项正确；少数α粒子穿过金箔后发生较大角度的偏转是由于α粒子受到金属原子核的斥力作用较大，而非与电子发生了碰撞，B项错误；在α粒子散射实验中，当α粒子接近原子核时，电场力对α粒子做负功，电势能增加，因此α粒子最接近原子核时，电势能最大，D项错误．故选AC.
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答案：AC
第15讲　原子结构与原子核
1．(2023·广东深圳一模)有些金属原子受激后，从某激发态跃迁回基态时，会发出特定颜色的光．图甲所示为钠原子和锂原子分别从激发态跃迁回基态的能级差值，钠原子发出频率为5.09×1014 Hz的黄光，可见光谱如图乙所示．锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为(　　)
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A．红色　　　　　　 B．橙色
C．绿色 D．青色
第15讲　原子结构与原子核
解析：由玻尔理论结合普朗克的量子假说，即E＝hν，根据图甲可得ENa＝hνNa，ELi＝hνLi，代入数据可得νLi≈4.48×1014 Hz，对照图乙可知，锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为红光．故选A.
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答案：A
第15讲　原子结构与原子核
2．“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义．如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态．该原子钟产生的钟激光的频率ν2为(　　)

A．ν0＋ν1＋ν3 B．ν0＋ν1－ν3 C．ν0－ν1＋ν3 D．ν0－ν1－ν3
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第15讲　原子结构与原子核
解析：原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ时有EⅡ－EⅠ＝hν0，且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态Ⅰ的过程有EⅡ－E1＝hν1＋hν2＋hν3，联立解得ν2＝ν0－ν1－ν3.故选D.
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答案：D
第15讲　原子结构与原子核
3．已知钠原子从b、c、d几个能级向a能级跃迁时辐射的光的波长分别为：589 nm(b→a)，330 nm(c→a)，285 nm(d→a)．设最高能级为0，下列关于钠原子在这几个能量范围的能级图，可能正确的是(　　)
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第15讲　原子结构与原子核
命题点二　原子核的衰变、半衰期
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第15讲　原子结构与原子核
2．三种射线的成分和性质．
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解析：根据核反应的质量数和电荷数守恒的特点得出Y的类型，结合射线的不同特点和题目选项即可完成分析．
核反应前后质量数守恒和电荷数守恒，由此可得：Y的质子数为：8－6＝2，Y的质量数为：16－12＝4，即Y是α粒子，而α射线的电离能力比γ射线强，故D项正确，A、B、C三项错误；故选D.
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答案：D
第15讲　原子结构与原子核
对于质量为m0的放射性元素p，经过时间t后剩余p
的质量为m，其图线如图所示，从图中可以得到p的半衰期
为(　　)
A．0.6 d　　　　　　　 B．2.2 d
C．3.0 d D．3.6 d
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命题点三　核反应类型与核反应方程
核反应的四种类型．
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续上表
第15讲　原子结构与原子核
解析：设Y电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程质量数和电荷数守恒可知第一个核反应方程的核电荷数和质量数满足A＋14＝n＋17，Z＋7＝m＋8，第二个核反应方程的核电荷数和质量数满足n＋7＝2A，m＋3＝2Z，联立解得Z＝2，A＝4.故选D.
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答案：D
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第15讲　原子结构与原子核
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解析：根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，该反应为轻核聚变反应，不属于α衰变，A、B项错误；该反应过程中有质量亏损，根据质能方程ΔE＝Δmc2，反应会放出能量，C项正确；目前核电站主要是利用重核裂变，则该反应不是目前核电站的工作原理，D项错误．故选C.
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答案：C
第15讲　原子结构与原子核
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第15讲　原子结构与原子核
命题点四　核能的计算
1．应用质能方程解题的流程图．
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(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．
(2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．
第15讲　原子结构与原子核
2．根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数．
3．核能释放的两种途径的理解．
(1)使较重的核分裂成中等大小的核．
(2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量．
4．核电站与热核反应．
(1)核电站反应堆主要部件：
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部件名称 慢化剂 控制棒 热循环介质 保护层
采用的
材料　 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 镉 水或液态钠　 很厚的水泥外壳
作用 降低中子速度，便于铀235吸收 吸收中子控制反应速度　　 把反应堆内的热量传输出去 屏蔽射线防止放射性污染
第15讲　原子结构与原子核
(2)核聚变．
定义：两个轻核结合成质量较大的原子核，这种核反应叫作聚变．
能量的变化：轻核聚变后，比结合能增加，反应中会释放能量．
发生聚变的条件：要使原子核间的距离达到10～15 m，核力才能大于电磁力．
实现的方法有：把原子核加热到很高的温度。所以聚变反应又叫热核反应。
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第15讲　原子结构与原子核
2020年11月27日00时41分，华龙一号全球首堆中核集
团福清核电5号机组首次并网成功．如图所示是原子核的比结
合能与质量数的关系图，下列说法正确的是(　　)
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A．核反应中，质量守恒
B．华龙一号的原理是热核反应
C．原子核比结合能越大，核子平均质量越小，原子核越稳定
D．核裂变反应过程中，反应物的结合能之和大于生成物的结合能之和
第15讲　原子结构与原子核
解析：核反应中，质量数守恒，但质量不守恒，释放核能时会产生质量亏损，故A项错误；华龙一号的原理是核裂变，不是热核反应(核聚变)，故B项错误；原子核比结合能越大，核子平均质量越小，原子核越稳定，故C项正确；核裂变反应过程中，释放的核能等于生成物的结合能之和减反应物的结合能之和，所以反应物的结合能之和小于生成物的结合能之和，故D项错误．故选C.
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答案：C
第15讲　原子结构与原子核
已知氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时(　　)
A．释放出4.9 MeV的能量
B．释放出6.0 MeV的能量
C．释放出24.0 MeV的能量
D．吸收4.9 MeV的能量
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解析：依据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为H＋H→He，因氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，故结合前氘核的能量为E1＝2×1.1 MeV，结合后氦核的能量E2＝4×7.1 MeV，于是吸收的能量为ΔE＝2E1－E2＝－24.0 MeV，式中负号表示释放核能，故选C.
答案：C
第15讲　原子结构与原子核
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3．如图所示，图甲为原子核的比结合能与质量数关系曲线，图乙为原子核的平均核子质量与原子序数的关系曲线，根据两曲线，下列说法正确的是(　　)
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