物理竞赛热学光学书
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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
物理竞赛专题训练（热学）
初中物理竞赛专题训练—热学
一、选择题（ 每题10分共计120分 ）
1.液体温度计是利用液体热胀冷缩的性质制成的。用两种不同的液体做成两支温度计，刻度的方法，都按照摄氏度的方法。现在用这两支温度计分别去测量两个物体的温度，正确的说法是 ( ) A 只要两支温度计的读数相等，被测两物体的实际温度就相等 B 如果两支温度计读数相等，被测两物体实际温度肯定不等
C 最少存在两个温度值，读数如相等，被测两物体的实际温度也相等 D 最多只存在一个温度值，读数如相等，被测两物体的实际温度也相等
2.某刻度均匀但读数不准的温度计，用它测量冰水混合物的温度时，示数是4?C，当冰熔化后，水温度升高到某一数值时，发现它的示数恰好与真实温度相等，让水温再增加10?C，而温度计的示数只增加了9?C，那么，当用此温度计去测量一个标准大气压下的沸水温度时，示数变为 （
大学物理期末押题（光学热学）
1.两块平玻璃构成的空气劈肩，左边为棱边，用单色平行光垂直入射，若上面的平玻璃慢慢向上平移，则干涉条纹（C）
A间隔变小，向棱边方向平移 B间隔变大，向棱边方向平移 C间隔不变，向棱边方向平移
D间隔不变，向远离棱边方向平移 2.如图，用单色光垂直照射在牛顿环装置上，当平凸透镜垂直向上缓慢平移而远离玻璃时，可以观察到这些环状干涉条纹( B )
A向右平移 B向中心收缩 C向外扩张 D静止不动
3.一绝热容器被隔板分成两半，一半是真空，另一半是理想气体，若把隔板抽出，气体将进行自由膨胀，达到平衡后（A） A温度不变，熵增加 B温度升高，熵增加 C温度变低，熵增加 D温度不变，熵不变
4.根据热力学第二定律，判断下列说法哪种正确（D ）
A热量能从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体 B功可以全部变为热，但热不可以全部变为功 C有规则运动的能量能够变为无规则运动的能量，但无规则运动的能量不能变为有规则运动的能量
D气体能够自由膨胀，但不能够自动收缩
5.关于温度的意义有下列几种说法
（1） 气体的温度是气体平均平动动能的量度
（2） 气体的温度是大量气体分子热运动的集体表现，具有统计意义 （3） 温度的高低反映物质内部
物理竞赛专题训练（光学）
初中竞赛专项训练—光的反射 （每空8分共计120分）
1.为了能迅速地判断出日食的食相，我们用线段MN、PQ分别表示太阳、月亮，地球上的观察者在A点。从A点作射线AP、AQ，则可出现下列四种情况，如图所示。观察者在A点看到的食相情况是：甲图中可看到____________，乙图中可看到
______________，丙图 中可看到___________， 丁图中可看到 _________________________。
2.如图所示，A、B两个平面镜平行放置，一束光线入射A
A 镜，反射后从B镜射出．若保持入射光线不变，而只让B
B 镜转动θ角，则转动后从B镜射出的光线与A镜的反射θ 间的夹角为____________________。
3.如图，在圆筒中心放一平面镜，光点Ｓ1发光射到镜面上，反射 光在筒壁上呈现光斑Ｓ2，当平面镜绕筒的中轴线Ｏ以角速度ω匀速
S1 S2 旋转一小角度时，光点Ｓ1在平面镜里的像Ｓ1′的角速度等于 ，
光斑Ｓ2在平面镜里的像Ｓ2′的角速度等于 。
O
4.如图所示,平面镜OM1与OM2成θ角,A为OM1上一点,光线从A点出发,对于OM2的入射角i1是50
物理竞赛专题训练（光学）
初中竞赛专项训练—光的反射 （每空8分共计120分）
1.为了能迅速地判断出日食的食相，我们用线段MN、PQ分别表示太阳、月亮，地球上的观察者在A点。从A点作射线AP、AQ，则可出现下列四种情况，如图所示。观察者在A点看到的食相情况是：甲图中可看到____________，乙图中可看到
______________，丙图 中可看到___________， 丁图中可看到 _________________________。
2.如图所示，A、B两个平面镜平行放置，一束光线入射A
A 镜，反射后从B镜射出．若保持入射光线不变，而只让B
B 镜转动θ角，则转动后从B镜射出的光线与A镜的反射θ 间的夹角为____________________。
3.如图，在圆筒中心放一平面镜，光点Ｓ1发光射到镜面上，反射 光在筒壁上呈现光斑Ｓ2，当平面镜绕筒的中轴线Ｏ以角速度ω匀速
S1 S2 旋转一小角度时，光点Ｓ1在平面镜里的像Ｓ1′的角速度等于 ，
光斑Ｓ2在平面镜里的像Ｓ2′的角速度等于 。
O
4.如图所示,平面镜OM1与OM2成θ角,A为OM1上一点,光线从A点出发,对于OM2的入射角i1是50
物理竞赛试题与解答（光学）
几何光学
7．证明：光线相继经过几个平行分介面的多层介质时，出射光线的方向只与入射方向及两边的折射率有关，与中间各层介质无关。
证：因为界面都是平行的，所以光线在同一层介质中上界面的折射角相等。如图所示，由折射定律有
i1i2i2'i3i3'n1n2n3ik-1ik-1'iknk-1nk
n1sini1 sini2?n2n2n1sini3?sini2?sini1
n3n3?????..
nk?1n1sinik?sinik?1?sini1
nknk由此可见，最后出射光线的方向只与当初入射方向及两边介质的折射率有关。
8．顶角α很小的棱镜称为光楔。证明光楔使垂直入射的光线产生偏向角???n?1??，其
αi2i2'δ中是光楔的折射率。
证明：由于光线垂直入射，帮光线在第一个界面不发生折射。仅在第二个界面有折射如图，根据折射定律
nsini2?sini'2
??，故
以及几何关系i2 当α很小时，有
则上式可写成
nsin??sini'2
sin???,sini'2?i'2
1
高中物理竞赛：几何光学
几何光学 §1几何光学基础
1、光的直线传播：光在同一均匀介质中沿直线传播。
2、光的独立传播：几束光在交错时互不妨碍，仍按原来各自的方向传播。 3、光的反射定律：
①反射光线、入射光线和法线在同一平面内； ②反射光线和入射光线分居法线两侧； ③反射角等于入射角。 4、光的折射定律：
①折射光线、入射光线和法线在同一平面内； ②折射光线和入射光线分居法线两侧；
③入射角i与折射角i2满足n1sini1?n2sini2；
1④当光由光密介质向光疏介质中传播，且入射角大于临界角C时，将发生全面反射现象（折射率为n1的光密介质对折射率为n的光疏介质的临界角sinC?2
n2）。 n11
几何光学 §2光的反射
2.1组合平面镜成像
组合平面镜：由两个以上的平面镜组成的光学系统叫做组合平面镜，射向组合平面镜的光线往往要在平面镜之间发生多次反射，因而会出现生成复像的现象。先看一种较简单的现象，两面互相垂直的平面镜（交于O点）镜间放一点光源S（图1），S发出的光线经过两个平面镜反射后形成了S1、S2、S3三个虚像。用几何的方法不难证明：这三个虚像都位于以O为圆心、OS为半径的圆上，而且S和S1、S和S2、S1和S3、S2和S3之
高中物理竞赛：几何光学
几何光学 §1几何光学基础
1、光的直线传播：光在同一均匀介质中沿直线传播。
2、光的独立传播：几束光在交错时互不妨碍，仍按原来各自的方向传播。 3、光的反射定律：
①反射光线、入射光线和法线在同一平面内； ②反射光线和入射光线分居法线两侧； ③反射角等于入射角。 4、光的折射定律：
①折射光线、入射光线和法线在同一平面内； ②折射光线和入射光线分居法线两侧；
③入射角i与折射角i2满足n1sini1?n2sini2；
1④当光由光密介质向光疏介质中传播，且入射角大于临界角C时，将发生全面反射现象（折射率为n1的光密介质对折射率为n的光疏介质的临界角sinC?2
n2）。 n11
几何光学 §2光的反射
2.1组合平面镜成像
组合平面镜：由两个以上的平面镜组成的光学系统叫做组合平面镜，射向组合平面镜的光线往往要在平面镜之间发生多次反射，因而会出现生成复像的现象。先看一种较简单的现象，两面互相垂直的平面镜（交于O点）镜间放一点光源S（图1），S发出的光线经过两个平面镜反射后形成了S1、S2、S3三个虚像。用几何的方法不难证明：这三个虚像都位于以O为圆心、OS为半径的圆上，而且S和S1、S和S2、S1和S3、S2和S3之
高中物理竞赛：几何光学
几何光学 §1几何光学基础
1、光的直线传播：光在同一均匀介质中沿直线传播。
2、光的独立传播：几束光在交错时互不妨碍，仍按原来各自的方向传播。 3、光的反射定律：
①反射光线、入射光线和法线在同一平面内； ②反射光线和入射光线分居法线两侧； ③反射角等于入射角。 4、光的折射定律：
①折射光线、入射光线和法线在同一平面内； ②折射光线和入射光线分居法线两侧；
③入射角i与折射角i2满足n1sini1?n2sini2；
1④当光由光密介质向光疏介质中传播，且入射角大于临界角C时，将发生全面反射现象（折射率为n1的光密介质对折射率为n的光疏介质的临界角sinC?2
n2）。 n11
几何光学 §2光的反射
2.1组合平面镜成像
组合平面镜：由两个以上的平面镜组成的光学系统叫做组合平面镜，射向组合平面镜的光线往往要在平面镜之间发生多次反射，因而会出现生成复像的现象。先看一种较简单的现象，两面互相垂直的平面镜（交于O点）镜间放一点光源S（图1），S发出的光线经过两个平面镜反射后形成了S1、S2、S3三个虚像。用几何的方法不难证明：这三个虚像都位于以O为圆心、OS为半径的圆上，而且S和S1、S和S2、S1和S3、S2和S3之
高中物理竞赛：几何光学
1
几何光学 §1几何光学基础
1、光的直线传播：光在同一均匀介质中沿直线传播。
2、光的独立传播：几束光在交错时互不妨碍，仍按原来各自的方向传播。
3、光的反射定律：
①反射光线、入射光线和法线在同一平面内； ②反射光线和入射光线分居法线两侧； ③反射角等于入射角。 4、光的折射定律：
①折射光线、入射光线和法线在同一平面内； ②折射光线和入射光线分居法线两侧；
③入射角1
i 与折射角2i 满足2211sin sin i n i n =；
④当光由光密介质向光疏介质中传播，且入射角大于临界角C 时，将发生全面反射现象（折射率为1
n 的光密
介质对折射率为2
n 的光疏介质的临界角1
2
sin n n C =）。 几何光学 §2光的反射
2.1组合平面镜成像
组合平面镜：由两个以上的平面镜组成的光学系统叫做组合平面镜，射向组合平面镜的光线往往要在平面镜之间发生多次反射，因而会出现生成复像的现象。先看一种较简单的现象，两面互相垂直的平面镜（交于O 点）镜间放一点光源S （图1），S 发出的光线经过两个平面镜反射后形成了1S 、2S 、3S 三个虚像。用几何的方法不难证明：这三个虚像都位于以O 为圆心、OS 为半径的圆上，而且S 和1S 、S 和2S 、
1S 和3S 、2