热学、光学和原子物理专题

热学、光学和原子物理专题

【高考展望】

热学模块高考命题的热点多集中在分子动理论、热力学定律，理想气体的状态方程。复习过程中，要重视对分子动理论的理解，会利用它估算分子的大小和数目；注意从能量转化和守恒的观点去理解热力学第一定律，还要重视理想气体状态方程的运算。

光学应重视光的折射定律及其应用，折射率、全反射，对光的干涉、光的衍射、包括测玻璃折射率和利用双缝干涉测光波波长的实验。

原子和原子核部分比较抽象，高考对这部分内容要求较低，大多为了解和认识层次。高考考查的重点应为氢原子能级、衰变规律、核反应方程及核能。

【知识网络】

1

气体定律

（1）一定质量的气体，在温度不变的情况下，体积与压强成反比，表达式为：

（2）一定质量的气体，在压强不变的情况下，体积与热力学温度成正比，表达式为：

（3）一定质量的气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比，表达式为：

（4）一定质量气体的状态方程：

光的折射定律 1．折射定律：

2

①折射光线和入射光线和法线在同一平面上， ②折射光线和入射光线分居在法线的两侧； ③入射角的正弦跟折射角的正弦值成正比

。

2．折射率：表示光从一种介质进入到另一种介质偏折性能的物理量。 绝对折射率：（空气入射介质）

( n>1)

折射光路也是可逆的。

3．各种色光性质比较

（空气中） 红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫 折射率： 小 频 率： 低 波 长： 长 介质中的波速： 大

大 高 短 小

以上各种色光的性质比较在定性分析时非常重要，一定要牢记。

4．全反射：

（1）条件：①光从光密介质进入光疏介质； ② 入射角大于临界角C；

（2）发生全反射时，光线遵守反射定律。

原子物理 1、

衰变：原子核放出

粒子或

粒子后，变成新的原子核。

原子核衰变满足的规律：核电荷数守恒；质量数（核子数）守恒（不是质量守恒，但也不否认质量守恒） ① ②

衰变方程衰变方程

衰变或者

（

由

而来）

③射线是伴随

衰变同时而产生的

3

2、核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。

3、核能：核反应过程释放出来的能量。 根据爱因斯坦质能方程子，反应前的总质量

，一个核反应要释放出核能，这个核反应要发生质量亏损，即参与反应的粒

，释放的能量

。

，

要大于反应所得到的所有粒子的总质量m，即

，即

当质量单位是kg时，E的单位是J，当质量单位是 故有

【典型例题】 例题1：

1.在《用油膜法估测分子的大小》的实验中：

释放的能量相当于931.5Mev=

（1）在用油膜法粗测分子直径的实验中，在哪些方面作了理想化的假设____________________________。

（2）关于油膜面积的测量方法，下列做法中正确的是_______（填序号） A．油酸酒精溶液滴入水中后，应立即用刻度尺去量油膜的面积

B．油酸酒精溶液滴入水中后，应让油膜尽可能地散开，再用刻度尺去量油膜的面积 C．油酸酒精溶液滴入水中后，应立即将油膜的轮廊画在玻璃板上，再利用坐标纸去计算油膜的面积

D．油酸酒精溶液滴入水中后，应让油膜尽可能散开，再把油膜的轮郭画在玻璃板上，然后用坐标纸去计算油膜的面积

（3）实验中，将1cm3的油酸溶于酒精，制成200cm3的油酸酒精溶液，测得1cm3油酸酒精溶液有50滴，现将1滴油酸酒精溶液滴到水面上，随着酒精溶于水中，油酸在水面上形成一单分子薄层，测得这一薄层的面积为0.2m2，由此可估算出酸分子直径为______m。

2．在做用油膜法估测分子大小的实验中，已知实验室中使用的酒精油酸溶液的体积浓度为n，又用滴管测得每N滴这种酒精油酸的总体积为V，将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上，在玻璃板上描出油膜的边界线，再把玻璃板放在画有边长为a的正方形小格的纸上，如图测得油膜占有的小正方形个数为m。 ⑴用以上字母表示油酸分子直径的大小d；

⑵从图中数得油膜占有的小正方形个数为m=______。

4

答案： 1．

（1）将油膜看成单分子膜；将油分子看作球形；认为油分子是一个紧挨一个的； （2）D （3）5×10-10

解：每滴溶液的体积等于，每滴溶液中含有的纯油酸的体积等于

，

设油酸分子的直径为d(m)则有： 可求得d＝5×10

2. （1）

；（2）58

－10

m

例题2：一定质量的气体从外界吸收了4.2×105J的热量，同时气体对外做了 6×105J的功，问： （1）物体的内能增加还是减少？变化量是多少？ （2）分子势能是增加还是减少？说明理由。 （3）分子动能是增加还是减少？说明理由。

解析：

（1）气体从外界吸热：Q=4.2×105J，气体对外做功：W=－6×105J，由热力学第一定律： ⊿U=W+Q=－1.8×105J，⊿U为负，说明气体的内能减少了1.8×105J。

（2）因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加。

（3）因为气体的内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的动能一定减少，且分子动能的减少量一定大于气体内能的减少量。

例题3：如图所示，管内水银柱上方封闭一部分空气，当大气压强p0为75厘米汞柱，环境温度为270C时，管内外水银面高度差为60厘米，管内被封闭的空气柱长度是30厘米。试问： （1）此时管内空气的压强为多大？

（2）将此装置移到高山上，环境温度为-30C时发现管内外水银面高度差为54厘米，山上的大气压强多大？（设试管顶到槽内水银面的高度不变）

5

解：

（1）p=p0-ph=75-60=15(cmHg)

（2） 例题

p0’= p’+54=65.25(cmHg) 4：如图所示，粗细均匀的

型

p’=11.25(cmHg)

玻璃管一端封闭，另一端开口，两支管竖直长均为45cm，管水平段AB长为15cm。当温度为27℃时，长为5cm的水银柱恰好停留在水平管中央且封住一定质量的空气柱。外界大气压强保持p0=75cmHg。现缓缓改变管内气柱的温度：

（1）降温使汞柱恰好全部进入A管时，A管内气体柱的温度为多少0C？

（2）当汞柱恰好全部进入A管时封闭B管管口，如果升高A管气体温度而保持B管内气体温度不变，使汞柱回到水平管中央且静止，求这时A管内气体的压强和温度。 解：

（1）温度降低：汞柱全部进入A管，，

T2=256K ，t2= -170C

（2）封闭B管管口后， 对气体B：

对气体A： 所以

，

例题5：一圆柱形气缸直立在地面上，内有一个具有质量、无摩擦的绝热活塞（A、B两部分气体之间没有热传递），把气缸分成容积相同的A、B两部分，如图所示，两部分气体的温度相同，均为t0=27℃，A部分气体的压强pA0=1.0×105Pa，B部分气体的压强pB0=2.0×105pa。现对B部分气体加热，使活塞上升，保持A部分气体的温度不变，使A部分气体的体积减小为原来的2/3。求此时： （1）A部分气体的压强； （2）B部分气体的温度。

6

解：A部分气体： p1=105Pa V1=V0 p2=? V2=2V0/3

因为部分气体保持温度不变，所以有p1V1=p2V2 解得：p2=1.5×105Pa

（2）

B部分气体：

p3=2×105Pa V3=V0 T3=300K p4=p2+Δp=2.5×105Pa V3=4V0/3 T4=? p3V3/T3=p4V4/T4 解得：T4=500k

例6：两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（α>β）。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

（活塞所产生的压强）

答案：C

解析：由于单色光a折的比较轻，所以单色光a的折射率小，因此该单色光的频率小。根据以临界角大。

，所

例7： 水的折射率为n，距水面深h处有一个点光源，岸上的人看到水面被该光源照亮的圆形区域的直径为： （ ）

7

A.2 h tan(arcsin 答案：A

) B.2 h tan(arcsinn) C.2 h tan(arccos) D.2 h cot(arccosn)

解析：根据

d=2r，所以d=2 h tan(arcsin)

例8：如图所示，半球形玻璃砖的平面部分水平，底部中点有一小电珠。利用游标卡尺(或直尺)测量出有关数据后，可计算玻璃的折射率。试完成以下实验步骤：

①若S发光，则在玻璃砖平面上方看到平面中有一圆形亮斑．用游标卡尺测出_________和________(写出对应字母和其表示的意义)。

②推导出玻璃折射率的表达式(用上述测量的物理量的字母表示)。

解析：

①圆形亮斑的直径d1(或算出半径r1)；半圆形玻璃砖的直径d2 (或算出其半径r2)

②由几何关系，或

由全反射知识，

解得

或

例9：如图所示为用某种透明材料制成的一块长方体棱镜的截面图，O为BC的中心，光线从AB面入射，入射角为60°，光线进入棱镜后射在O点并恰好不从BC面射出。已知真空中的光速c=3.0×108m/s。 （1）画出光线从开始射入棱镜到射出棱镜后的完整光路图。

（2）求该棱镜的折射率和光线在棱镜中传播速度的大小（结果可保留根号）

8

解析： （1）如图：

（2）在AB面上

在O点发生反射如图

解得

例10：如图为氢原子能级图，试回答下列问题：

⑴ 一群处于n＝4的氢原子跃迁后可能辐射出几种频率的光子？

⑵计算氢原子从n＝4的能级直接跃迁到n＝2的能级时辐射出的光子的频率（已知普朗克常数h=6.63×10-34J·s）

⑶ 设氢原子处于基态时电子的轨道半径为r1，动能为Ek1；处于第n能级时电子的轨道半径为rn，动能为已知

。试用库仑定律和牛顿运动定律证明：

，

解析：

⑴最多可能辐射出6种频率的光子；

9

⑵由氢原子能级图可知，从n＝4的能级直接跃迁到n＝2的能级时辐射出的光子的能量为

eV

由

=6.2×1014Hz

⑶电子在轨道上时受库仑力作用做匀速圆周运动，由库仑定律和牛顿第二定律：

电子的动能： 又已知：

得：

即

例11：两个氘核聚变产生一个中子和氦核（氦的同位素）。已知氘核的质量

，中子的质量

。

，氦核的质量

（1）写出聚变方程并计算释放的核能。

（2）若反应前两个氘核的动能为0.35Mev。它们正面对撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转化为动能，则产生的氦核和中子的动能各为多大？

解析：

（1）聚变的核反应方程： 核反应过程中的质量亏损为 释放的核能为

（2）对撞过程动量守恒，由于反应前两氘核动能相同，其动量等值反向，因此反应前后系统的动量为0。

MeV

10

是（暴晒过程中内胎容积几乎不变）

A．车胎爆裂，是车胎内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果 B．在爆裂前的过程中，气体温度升高，分子无规则热运动加剧，气体压强增大 C．在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能增加 D．在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能减少

27．如图所示，一定质量的气体封闭在导热性能良好的金属气缸中，缓慢地推动活塞压缩气体。若分子间的相互作用忽略不计，以下说法正确的是 A．气体的压强一定增大 B．气体分子的平均动能一定增大 C．气体一定从外界吸收热量 D．气体的内能一定增大

28．固定在水平面上的气缸内封闭一定质量的气体，气缸壁和活塞绝热性能良好，汽缸内气体分子间相互作用的势能忽略不计，则以下说法正确的是

A．使活塞向左移动，气缸内气体分子的平均动能增大

B．使活塞向左移动，气缸内气体的内能不变

学科网学科网左 右 C．使活塞向右移动，气缸内每个气体分子的动能都减小

学科网D．使活塞向右移动，气缸内所有气体分子撞击气缸壁冲力都减小

29．如图所示，一导热性能良好的金属气缸静放在水平面上，活塞与气缸壁间的摩擦不计。气缸内封闭一定质量的气体，气体分子间的相互作用不计。现缓慢地向活塞上倒一定质量的沙土，忽略环境温度的变化，在此过程中

A．气体的内能增大

B．气缸内分子的平均动能增大

C．单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多 D．气缸内每个分子撞击气缸壁的平均作用力增大

30. 如图所示，内壁光滑的绝热气缸竖直立于地面上，绝热活塞将一定质量的气体封闭在气缸中，活塞静止时处于A位置。现将一重物轻轻地放在活塞上，活塞最终静子之间相互碰撞以外的作用力可忽略不计，则活塞在B

A B 止在B位置。若除分位置时与活塞在A位

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图（甲）

图（乙）

置时相比较

A．气体的温度可能相同 B．气体的内能可能相同 C．单位体积内的气体分子数不变

D．单位时间内气体分子撞击单位面积气缸壁的次数一定增多

31. 如图所示，用一根与绝热活塞相连的细线将绝热气缸悬挂在天花板上，气缸开口向上，气缸内封闭一定质量的气体，气缸内活塞可以无摩擦移动且不漏气，现将细线剪断，让与原悬挂状态相比

A．气体压强减小，气体对外界做功

B．气体压强增大，外界对气体做功 C．气体体积减小，气体内能减小 D．气体体积增大，气体内能减小

32．如图所示,一气缸竖直倒放,气缸内有一质量不可忽略的活塞,将一定质量的理想气体封在气缸内,活塞与气缸壁无摩擦,气体处于平衡状态,现保持温度不变把气缸稍微倾斜一点,在达到平衡后与原来相比,则

A. 气体的压强变大 B. 气体的压强变小 C. 气体的体积变大 D. 气体的体积变小

33．如图所示，容器的左端通过胶塞插进一根气针，中间有一可移动活塞，由螺栓固定，整个装置是绝热的。用打气筒慢慢向容器内打气，当容器内压强增大到一定程度时，停止打气。在松开螺栓，活塞向右运动的过程中

A．气体内能减少，温度升高 B．气体内能减少，温度降低 C．气体内能增加，温度降低 D．气体内能增加，温度升高

气针 接打气筒

活塞

气缸自由下落，则下落过程中

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34.如图所示,某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中.设水温均匀且恒定,筒内空气无泄漏,不计气体分子间相互作用,则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中,筒内空气体积减小

A. 从外界吸热 B. 内能增大 C. 向外界放热 D. 内能减小

八、用油膜法估测油酸分子直径 35．用油膜法估测油酸分子直径的大小。

① 现将1滴配置好的油酸溶液滴入盛水的浅盘中，让油膜在水面上尽可能散开，待液面稳定后，在水面上形成油酸的 油膜；

② 把带有方格的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描绘出油膜的边界轮廓，形状如图所示。已知坐标方格边长为L，按要求数出油膜轮廓线包括的方格是n个，则油酸的面积约是 cm2；

③ 已知1滴油酸溶液中含纯油酸的体积为V0，由以上数据估测出油酸分子的直径为 cm。 36．

（1）在用油膜法估测分子大小的实验中，选用下列器材：浅盘（直径为30~40cm）、注射器（或滴管）、_________、按一定比例稀释好的油酸溶液、坐标纸、玻璃板、水彩笔（或钢笔）. 请将还需要的一种实验器材补填在横线上.

（2）.在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL，用注射器测得1mL上述溶液为75滴.把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里,待水面稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用笔在玻璃板上描述油酸膜的形状,再把玻璃板放在坐标纸上,其形状如图7所示,坐标中正方形方格的边长为1cm,则:

①油酸膜的面积是_____________cm2.

②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是___________mL.

③按以上实验数据估测出油酸分子的直径为___________________m. （②、③两问结果均保留一位有效数字）

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高中物理最新试题精选之汇编选修3－4光学部分

一、选择题

1．2007年3月4日是我国的元宵节，凌晨在我国很多地区都观测到了月食的天象，发生月食时、太阳、地球的相对位置如图所示．当月球进入图中哪个区域时地球上在夜晚地区的观察者可以看到月全食（ ）

A．全部进入区域I B．全部进入区域II或Ⅳ C．全部进入区域Ⅲ D．部分进入区域I

答案：A

2．1923年美国物理学家迈克耳逊用旋转棱镜法较准确地测出了光速，其过程大致如下，选择两个距离已经精确测量过的山峰（距离为L），在第一个山峰上装一个强光源S，由它发出的光经过狭缝射在八面镜的镜面1上，被反射到放在第二个山峰的凹面镜B上，再由凹面镜B反射回第一个山峰，如果八面镜静止不动，反射回来的光就在八面镜的另外一个面3上再次反射，经过望远镜，进入观测者的眼中．如图所示，如果八面镜在电动机带动下从静止开始由慢到快转动，当八面镜的转速为?时，就可以在望远镜里重新看到光源的像，那么光速等于（ ）

A． 答案：B

3．水平地面上物体M将站在A处的人的视线挡住，如图所示，为了能看到M后面的地面，在上方水平放一平面镜，且反光面对着地面，A处的人为了看到M后面距M较近的地方，他应该（ ）

A．将平面镜平行上移

4L?? B．

8L?? C．

16L?? D．

32L??

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B．将平面镜平行下移 C．将平面镜水平左移 D．将平面镜水平右移

答案：A

4．如图所示，在xOy平面内，人的眼睛位于坐标为（3，0)的点，一个平面镜镜面向下，左右两个端点的坐标分别为（－2，3）和（0，3）一个点光源S从原点出发，沿x轴负方向匀速运动．它运动到哪个区域内时，人眼能从平面镜中看到S的像点，像做什么运动？（ ）

A．0～－7区间，沿x轴正方向匀速运动 B．－3～一7区间，沿x轴负方向匀速运动 C．－3～－7区间，沿x轴负方向加速运动 D．－3～－?区间，沿x轴正方向加速运动 答案：B

5．设大气层为均匀介质，当太阳光照射地球表面时，则有大气层与没有大气层时，太阳光被盖地球的面积相比（ ）

A．前者较小 B．前者较大 C．一样大 D．无法判断 答案：B

6．大气中空气层的密度是随着高度的增加而减小的．从大气外射来一束阳光，如图所示的四个图中，能粗略表示这束阳光射到地面的路径的是（ ）

答案：B

7．目前，一种用于摧毁人造卫星或空间站的激光武器已研制成功．如图所示，某空间站位于地平线上方，现准备用一束激光射向该空间站，则应把激光器（ ）

A．沿视线对着空间站瞄高一些 B．沿视线对着空间站瞄低一些

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解析：产生光电效应的必要条件是入射光的频率达到截止频率，与光强、照射时间无关，则ACD错。X射线的频率比紫外线高，有可能产生光电效应，故选B。

9.（2011全国理综新课标）在光电效应试验中，某金属的截止频率相应的波长为__________。若用波长为

（

<

0

，该金属的逸出功为

）单色光做实验，则其截止电压为__________。已知电子的电荷量，真空

中的光速和布朗克常量分别为e，c和h

解析：（1）由和得。由爱因斯坦光电效应方程和得截止电

压为

10.（2011年福建理综）爱因斯坦因提出光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示，其中ν0为极限频率。从图中可以确定的是 （填选项前的字母） A．逸出功与ν有关 B．Ekm与入射光强度成正比 C．当ν=ν0时会逸出光电子 D．图中直线斜率与普朗克常量有关

解析：逸出功与ν0有关，选项A错误；EKm与入射光频率有关，与入射光强度无关，选项B错误；当ν=ν0时入射光光子能量等于逸出功，不会逸出光电子，选项C错误；由爱因斯坦光电效应方程可知，图中直线斜率与普朗克常量有关，选项D正确。 考点二 电子的发现，原子的核式结构

1．关于α粒子散射实验的下述说法中正确的是 （ AC ）

A．在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回接近180°；

B．使α粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核及核外电子，当α粒子接近核时是核的推斥力使α粒子发生明显偏转，当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明 显偏转； C．实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分； D．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及全部质量。

2．卢瑟福对α粒子散射实验的解释是 （ BCD ） A．使α粒子产生偏转的主要力是原子中电子对α粒子的作用力。

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B．使α粒子产生偏转的力主要是库仑力。

C．原子核很小，α粒子接近它的机会很少，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进。 D．能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子。

3.根据卢瑟福的原子核式结构模型，下列说法中不正确的是（ ABC ） A．原子中的正电荷均匀分布在整个原子范围内 B．原子中的质量均匀分布在整个原子范围内

C．原子中的正电荷和质量都均匀分布在整个原子范围内 D．原子中的正电荷和几乎全部质量都集中在很小的区域范围内

4.（10年上海物理）卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是 A.

粒子的散射实验 B.对阴极射线的研究

C. 天然放射性现象的发现 D.质子的发现 解析：本题考查原子的核式结构的建立。

卢瑟福根据α粒子的散射实验结果，提出了院子的核式结构模型：原子核聚集了原子的全部正电荷和几乎全部质量，电子在核外绕核运转。答案：A

5.（2011天津理综）下列能揭示原子具有核式结构的实验是（ ） A．光电效应实验 B．伦琴射线的发现 C．α粒子散射 D．氢原子光谱的发现

解析：光电效应实验说明光具有粒子性，A选项错误；X射线（伦琴射线）的发现是19世纪末20世纪初物理学的三大发现（X射线1896年、放射线1896年、电子1897年）之一，这一发现标志着现代物理学的产生，B选项错误；氢原子光谱的发现解释了原子的稳定性以及原子光谱的分立特征，D选项错误；所以选择C。

点评：此题涉及的物理学史的内容非常多，需要考生对物理学史比较了解。为此，有必要加强对物理学史的教学和复习。

6.（2011上海物理）卢瑟福利用

解析：考查卢瑟福利用

粒子轰击金箔的实验结果的示意图，越接近原子核的

粒子，，偏转角度越大；与原子

粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是（ ）

核对撞的粒子，发生180度偏转，故选D。

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考点三：氢原子光谱 波尔的原子模型（ ）

1.利用氢气光谱管可以产生氢的原子光谱，这些谱线的产生是由于

A.大量氢原子从较高激发态向较低激发态或基态跃迁，从而吸收不同频率的光子 B.大量氢原子从较高激发态向较低激发态或基态跃迁，从而辐射不同频率的光子 C.大量氢原子从基态或较低激发态向较高激发态跃迁，从而辐射不同频率的光子 D.大量氢原子从基态或较低激发态向较高激发态跃迁，从而吸收不同频率的光子 解析：光谱管产生氢的原子光谱时是向外辐射光子，所以是由激发态向基态跃迁. 答案：B

2、可见光光子的能量在1.61 eV～3.10 eV范围内.若氢原子从高能级跃迁到量子数为n的低能级的谱线中有可见光，根据氢原子能级图（右图），可判断n为 A.1 B.2 C.3 D.4

解析：由能级公式可得释放的光子能量ΔE=Em-En,而ΔE21=E2-E1=10.2 eV，远大于可见光光子的能量，要使1.61 eV≤ΔE≤3.10 eV,电子只能从较高能级跃迁到第2能级，即n=2,B正确.

3、氢原子的能级如图 所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62～3.11 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， 并发生电离

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，可能发生6种不同频率的光 D.大量处于n＝4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：要使处于n＝3能级的氢原子电离，其光子的能量必须大于或等于1.51 eV，而紫外线光子的能量大于3.11 eV，故能使n＝3能级的氢原子电离；大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，放出的光子在红外线区，故具有显著的热效应；大量氢原子由n＝4能级向低能级跃迁时，可能放出6种不同频率的光，其中有2种不同频率的可见光，D选项错误.答案：D

4.（2011全国卷I）已知氢原子的基态能量为E，激发态能量，其中n=2,3??。用h表示普朗克常量，

c表示真空中的光速。能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为

A. B. C. D.

解析：氢原子从第一激发态电离，即原子从n=2跃迁到+选C。

，所以故：

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5.（10年新课标卷）用频率为

的三条谱线，且

的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为

，则_______.(填入正确选项前的字母)

A、 B、 C、 D、

解析：大量氢原子跃迁时只有三个频率的光谱，这说明是从n=3能级向低能级跃迁，根据能量守恒有，

，解得：

，选项B正确。

6.（09年全国卷Ⅰ）氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为波长为

?1=0.6328μm，?2=3.39μm，已知

?1的激光是氖原子在能级间隔为?E1=1.96eV的两个能级之间跃迁产生的。用?E2表示产生波长为?2的

?E2的近似值为

激光所对应的跃迁的能级间隔，则

A．10.50eV B．0.98eV C．0.53eV D．0.36eV

?E?h?,??解析：本题考查波尔的原子跃迁理论.根据时,连立可知?E2?0.36ev。选D

c?,可知当?E?196ev,??0.6328?m,当??3.39?m7.（09年全国卷Ⅱ）氢原子的部分能级如图所示。已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间。由此可推知, 氢原子

A. 从高能级向n=1能级跃迁时了出的光的波长比可见光的短 B. 从高能级向n=2能级跃迁时发出的光均为可见光 C. 从高能级向n=3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高 D. 从n=3能级向n=2能级跃迁时发出的光为可见光

解析：本题考查玻尔的原理理论. 从高能级向n=1的能级跃迁的过程中辐射出的最小光子能量为9.20ev,不在1.62eV到3.11eV之间,A

正确.已知可见光子能量在1.62eV到3.11eV之间从高能级向n=2能级跃迁时发出的光的能量?3.40ev，B错. 从高能级向n=3能级跃迁时发出的光的频率只有能量大于3.11ev的光的频率才比可见光高,C错.从n=3到n=2的过程中释放的光的能量等于1.89ev介于1.62到3.11之间,所以是可见光D对。

8.（09年四川卷）18.氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从n＝4的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光a，从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光b，则 A.氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出?射线 B.氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时会辐射出紫外线 C.在水中传播时，a光较b光的速度小

49

D.氢原子在n＝2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离 答案：C

9.（10年山东卷） [物理—物理3-5]（4分）（1）大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是：1．89eV,10．2eV,12．09eV。跃迁发生前这些原子分布在_______个激发态能级上，其中最高能级的能量值是______eV（基态能量为-13．6eV）。 解析：E-（-13.6）=12.9，E=0.7eV 答案：（1）2,0.7

10.（10年重庆卷）氢原子部分能级的示意图如题19图所示，不同色光的光子能量如下所示： 色光光子能量范围（红 橙 黄 绿 2.142.53 蓝—靛 —2.532.76 —紫 2.763.10

—） 1.61---2.00 2.00—2.07 2.07—2.14 处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为

A.红、蓝、靛 B.黄、绿 C.红、紫 D.蓝—靛、紫

【解析】如果激发态的氢原子处于第二能级，能够发出10.2 eV的光子，不属于可见光；如果激发态的氢原子处于第三能级，能够发出12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV的三种光子，只有1.89 eV属于可见光；如果激发态的氢原子处于第

四能级，能够发出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV的六种光子，1.89 eV和2.55 eV属于可见光，1.89 eV的光子为红光，2.55 eV的光子为蓝—靛，A正确。

原子核的组成及衰变

1.如图所示中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是 BC

A.a为α射线，b为β射线 B.a为β射线，b为γ射线

50

C．测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离 D．波长越短的电磁波，反射性能越强 答案：ACD

43．频率为?的光子，具有的能量为h?、动量为

h?．将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离c原运动方向，这种现象称光子的散射．下列关于光子散射说法中正确的是（ ）

A．光子改变原来的运动方向，且传播速度变小 B．光子由于在与电子碰撞中获得能量，因而频率增大 C．由于受到电子碰撞，散射后的光子波长小于入射光子的波长 D．由于受到电子碰撞，散射后的光子频率小于入射光子的频率 答案：D

44．关于光电效应的规律，下列说法中不正确的是（ ）

A．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的频率越大，产生的光电子的最大初动能越大 B．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的强度越大，产生的光电子数越多

C．同一频率的光照射不同金属，如果都能产生光电效应，则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大

D．对于某金属，入射光波长必须小于某一极限波长，才能产生光电效应 答案：C

45．激光制冷原理，可以根据如图所示的能级图简单说明：激光射入到介质中，引起介质离子（或原子、分子）从基态跃迁到激发态n=11，一些处于激发态n=11的离子很快吸收声子（热量）转移到激发态n=12，离子从激发态n=11和n=12向基态跃迁辐射荧光，辐射光的能量大于入射光的能量，上述过程重复下去实现对介质的冷却，下列说法正确的是（ ）

A．激光制冷原理可行，但违背了热力学第二定律，是不可能实现的

B．两种荧光从水中射向空气，一种荧光若刚好发生全反射，另一种荧光不一定发生全反射 C．两种荧光分别做光的干涉实验，测得相邻暗条纹的宽度不相同

D．两种荧光分别照射同一金属都能产生光电效应，光电子的最大初动能相同

答案：BC

46．家用微波炉是一种利用微波的电磁能加热食物的新型炊具，微波的电磁作用，使食物内的分子高频地运动而内外同时生热，迅速熟透，并能最大限度地保存食物中的维生素．下列说法中正确的是（ ）

A．微波产生的微观机理是原子外层电子受到激发 B．微波的频率大于红外线的频率

31

C．相同功率的微波和光波，每秒钟微波发出的“光子”数少 D．实验中微波比光波更容易产生衍射现象 答案：D 二、填空题

1．如图所示，在等高且相距较远的甲、乙两地各有一套光学系统．甲处A为固定的激光光源，它竖直向下发出一束又细又亮的激光．B是正多面反射棱镜，这里只画出它相邻的三个反射面，该棱镜可绕水平中心轴O顺时针高速旋转．C是带观察屏的望远镜．当撤去B时，激光束恰好直接射入望远镜．乙处是安装在水平轴O?上的两块互相垂直的平面镜组成的反射系统，该系统也可绕O?轴在竖直面内旋转．现调节甲、乙两地系统至某一静态时，激光束经过图所示的一系列反射后恰好射入望远镜中，试回答下列问题：

（1）由此可推导出正多面反射棱镜的面数为 。

（2）保持甲地的整个光学系统不动，让乙地反射系统整个绕O?轴在纸面上缓缓旋转一个不太大的角度，是否可以保证激光束在这一段时间内总能进入望远镜中？（旋转过程中两平面镜保持相互垂直且激光在两平面镜中各有一次反射）．

答： （填“是”或“否\)。

（3）若让甲地棱镜绕中心轴O旋转，其余部分不动．由于甲、乙两地相隔较远，且光是以一定的速度在空气中传播的，故一般情况下望远镜中不能再看到激光光源的像．但是适当调节转速，则可重新看到光源的像．若已知甲、乙两地间距离为s，光速为c，试求棱镜的最小转速是 r/s。

答案：（1）8 （2）是 （3）n?c 16s2．为了测定光在透明的有机玻璃中的传播速度，实验室中可提供的器材有：矩形有机玻璃条（长约40 cm）、秒表、平行光光源、刻度尺、三角板、木板、白纸、大头针等．已知真空中的光速是c=3.00×10m/s.

（1）请从上述器材中选出必需的器材来测量光速 ． （2）说明测量光速的方法和要测量的量，并给出计算光速的公式．

答案：（1）选出的必需的器材有：矩形有机玻璃条、刻度尺、三角板、木板、白板、白纸和大头针．

（2）用插针法测得光通过有机玻璃条的光路，如图所示，在空气和有机玻璃的界面上，AO是入射光线，OB是折射光线，作出法线ON，取O作A?E垂直于ON, B?FA??OB?，垂直于ON，测出A?E和B?F。折射率n?8siniA?EcB?F??，则有机玻璃中的光速为v?c。 sinrB?FvA?E32

3．在用双缝干涉测光的波长的实验中，准备了下列仪器：

A．白炽灯 B．双窄缝片 C．单窄缝片 D．滤光片E．毛玻璃光屏

（1）把以上仪器安装在光具座上，自光源起合理的顺序是（填字母）

（2）在某次实验中，用某种单色光通过双缝在光屏上得到明暗相间的干涉条纹，其中亮纹a、c的位置利用测量头上的分划板确定，如图所示．其中表示a纹位置（图甲）的手轮读数为 mm，c纹位置（图乙）的手轮读数为 mm。

（3）已知双缝间的距离为0.18 mm，双缝与屏的距离为500 mm，则单色光的波长为 μm。.

答案：（1） A D C B E（2）1. 790；4.940（3）0.567

4．（1）如图所示，在一薄壁圆柱体玻璃烧杯中，盛上水或其他透明液体，中间竖直插入一根细直铁丝，沿水平方向观看，会发现铁丝在液面处出现折断现象，这是光的折射现象形成的．阅读上述材料，回答下列问题：

①若把铁丝插在 位置，无论沿水平方向从什么方向看，铁丝均无折断现象，②如图所示的情景，与实际观察到的情况相符的是（其中O为圆心） 。

（2）利用上述现象，用毫米刻度尺、三角板、三根细直铁丝，可测液体折射率． 实验步骤是：

①如图所示，用刻度尺测量找出直径AB，并把刻度尺在刻度线的边缘与AB重合后固定并测出半径R。 ②将一根细铁丝竖直固定于B处，用三角板找出过圆心O的垂直AB的直线，交杯缘于C，把一根细铁丝竖直固定于C点．③ ．④ ．⑤ ．完成上面的实验步骤，填在相应横线上．

（3）利用上面的测量值，推算出折射率n的表达式（要有推算过程）． 答案：（1）①圆心O处 ②BC

（2）③把另一根铁丝紧靠直尺AB边移动，使其折射像与C处、B处的铁丝三者重合。④测出铁丝距B（或

33

A）的距离。⑤求出折射率。

（3）由上面实验步骤知P?是铁丝在P时的像，PC为入射光线，i、r为对应入射角和折射角，如图所示，由折射定律得

n?OPBOR2sinr???，又sinr?，sini?PCBC2sini2RR?PBR?(R?PB)22，

2R2?(R?PB)2 n?。

R?PB

5．某同学设计了一个“测量金属细丝的直径”的实验：把一根待测金属细丝夹在两块平板玻璃之间，使空气层形成劈尖（如图所示）．

如用单色光垂直照射，就得到等厚干涉条纹．某次测量结果为：单色光的波长??589. 3 nm，金属丝与劈尖顶点间的距离L=28.880 mm,30条明纹间的距离为4. 295 mm.（已知两束单色光的光程差等于半波长的偶数倍时，干涉条纹为明条纹．）则：相邻两条明纹的间距l=

mm；金属丝直径的计算式D= ，该金属丝的直径为 mm。（结果保留四位有效数字）

答案：0.148 1 mm；D?三、计算题

1．登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损坏视力．有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛的伤害的眼镜．他选用的薄膜材料的折射率为n=1. 5，所要消除的紫外线的频率为8.1?10Hz，那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少？

解析：为了减少进入眼睛的紫外线，应该使入射光分别从该膜的前后两个表面反射形成的光叠加后加强，因此光程差应该是波长的整数倍，因此膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的

紫外线在真空中的波长是??至少是1.23?10m。

2．如图所示，不透明的长方体挡板ABCD竖直放置在水平地面上，其中AB宽为4 cm，AD高为10 cm．质量为m的物体（大小不计）从M点以v0沿PM连线方向向右运动，若物体与地面间动摩擦因数?= 0.2，CM=10

?714L?，0. 057 46 mm 2l1． 2c??3.7?10?7m，在膜中的波长是????2.47?10?7m， 因此膜的厚度vn 34

cm。挡板上方水平放置一大平面镜，现要从P点（PD=20 cm）通过平面镜观察物体经过时间5s内的全部情况，则平面镜离地面的最小高度是多少？

解析：如图所示，若平面镜离地面高h时，M发出的光束过B点恰好反射到P，根据平面镜成像规律及几何知识有

2hBC ?PMCMPM?BC所以h??17cm.

2?CM此时从P观察到的最远点N发出的光恰好经平面镜反射过A点到达P。根据平面镜成像规律及几何知识有

2hAD2h?PD，PN???68cm

PNPDAD又因为物体运动时间为0?v0??at,a??g

v0v02?0.5s,s??0.25m 所以t??g2a又因为MN?PN?PM?34cm?35cm 所以最小高度应为17 cm。

3．图中M是竖直放置的平面镜，镜离地面的距离可调节．甲、乙二人站在镜前，乙离镜的距离为甲离镜的距离的2倍，如图所示．二人略错开，以便甲能看到乙的像．以l表示镜的长度，h表示乙的身高，为使甲能看到镜中乙的全身像，l的最小值为多少？

解析：设甲离镜距离为s，则乙离镜距离为2s。

（1）根据平面镜成像的特点，像和物关于镜面对称，作乙经平面镜成（2）由甲的眼睛向乙的像两端作两条直线OD、OC，直线OD、OC子相交于B、A两点，则线段BA就是镜子的最小长度，如图甲所示。

（3）完成光路图如图乙所示．

（4）由几何关系知，?OAB与?OCD相似，则

的像h?。 分别与镜

?hlsh?,l??。 h?2s?s33 35

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