資源簡介

(共72張PPT)
第一講　熱學(xué)
通覽知識 明要點
研學(xué)考點 提能力
目 錄 索 引
01
02
突破熱點 聚素養(yǎng)
03
通覽知識 明要點
研學(xué)考點 提能力
考點一　分子動理論、內(nèi)能及熱力學(xué)定律
高考風(fēng)向標(biāo)
考點 考題明細(xì) 考查頻度
分子動理論、內(nèi)能及熱力學(xué)定律 2024河北卷,9;2024浙江1月選考,17; 2024北京卷,3;2023全國甲卷,33(1); 2023海南卷,5;2022山東卷,5; 2022河北卷,15(1);2022江蘇卷,6; 2022湖南卷,15(1) 全國卷:
3年1考
地方卷:
3年8考
命題角度1 分子動理論、內(nèi)能
1.微觀量的估算
　　　　　　　　　 不是分子體積
②立方體模型:氣體分子占據(jù)的空間V=a3(適用于估算氣體分子的間距)。
2.物體的內(nèi)能
例1 (2024江蘇南京模擬)已知地球大氣層的厚度h遠(yuǎn)小于地球半徑R,空氣平均摩爾質(zhì)量為M,阿伏加德羅常數(shù)為NA,地面大氣壓強(qiáng)為p0,重力加速度大小為g。由此估算得(　　)
A.地球大氣層空氣的總重力為2πR2p0
答案 B
例2 (多選)如圖所示,F表示兩分子間的作用力,Ep表示分子間的勢能,圖中兩條圖線分別表示分子間作用力和分子勢能隨分子間距離變化的規(guī)律,圖中r1是分子勢能為0時對應(yīng)的距離,r2是分子間作用力為0時對應(yīng)的距離,r3是分子間作用力隨分子間距離變化的圖像最低點對應(yīng)的距離,r4是分子間作用力及分子勢能均可視為0的足夠遠(yuǎn)的某一距離。下列說法正確的是
(　　)
A.r2對應(yīng)著分子勢能的最小值
B.從r1到r3,Ep先增大后減小
C.從r1到r3,F一直減小
D.從r2到r4,F先增大后減小,Ep不斷增大
答案 AD
解析 根據(jù)圖像可知,分子間距離小于r2時,F表現(xiàn)為斥力,距離越小,F越大;分子間距離大于r2時,F表現(xiàn)為引力,隨著距離增大,F先增大后減小;分子間距離從0開始增大的過程,F為斥力時做正功,F為引力時做負(fù)功,故分子間距離等于r2時,Ep最小,從r1到r3,Ep先減小后增大,從r1到r3,F先減小后增大,從r2到r4,F先增大后減小, Ep不斷增大,A、D正確,B、C錯誤。
命題角度2 熱力學(xué)定律
例3 (多選)(2023全國甲卷改編)在一汽缸中用活塞封閉著一定量的理想氣體,發(fā)生下列緩慢變化過程,氣體一定與外界有熱量交換的過程是(　　)
A.氣體的體積減小,溫度降低 B.氣體的體積減小,溫度升高
C.氣體的體積增大,溫度不變 D.氣體的體積增大,溫度降低
答案 AC
解析 由熱力學(xué)第一定律得,ΔU=Q+W。氣體的體積減小,W>0,溫度降低,ΔU<0,則氣體放熱,A正確;氣體的體積減小,W>0,溫度升高,ΔU>0,則氣體不一定與外界有熱量交換,B錯誤;氣體的體積增大,W<0,溫度不變,ΔU=0,則氣體吸熱,C正確;氣體的體積增大,W<0,溫度降低,ΔU<0,則氣體不一定與外界有熱量交換,D錯誤。
拓展衍生
1.(2023海南卷)下列關(guān)于分子力和分子勢能的說法正確的是(　　)
A.分子間距離大于r0時,分子間作用力表現(xiàn)為斥力
B.分子從無限遠(yuǎn)靠近到距離r0處過程中分子勢能變大
C.分子勢能在r0處最小
D.分子間距離小于r0且減小時,分子勢能在減小
答案 C
解析 分子間距離大于r0時,分子間作用力表現(xiàn)為引力,分子從無限遠(yuǎn)靠近到距離r0處過程中,引力做正功,分子勢能減小,繼續(xù)減小分子間距離,分子間作用力表現(xiàn)為斥力,分子力做負(fù)功,分子勢能增大,則在r0處分子勢能最小,故C正確。
2.(多選)(2022湖南卷改編)利用“渦流效應(yīng)”可實現(xiàn)冷熱氣體的分離。如圖所示,一冷熱氣體分離裝置由噴嘴、渦流室、環(huán)形管、分離擋板和冷熱兩端管等構(gòu)成。高壓氮氣由噴嘴切向流入渦流室中,然后以螺旋方式在環(huán)形管中向右旋轉(zhuǎn)前進(jìn),分子熱運(yùn)動速率較小的氣體分子將聚集到環(huán)形管中心部位,而分子熱運(yùn)動速率較大的氣體分子將聚集到環(huán)形管邊緣部位。氣流到達(dá)分離擋板處時,中心部位氣流與分離擋板碰撞后反向,從A端流出,邊緣部位氣流從B端流出。下列說法正確的是(　　)
A.A端為冷端,B端為熱端
B.A端流出的氣體分子熱運(yùn)動平均速率
一定小于B端流出的
C.A端流出的氣體內(nèi)能一定大于B端流出的
D.該裝置氣體進(jìn)出的過程滿足能量守恒定律,但違背了熱力學(xué)第二定律
AB
解析 依題意,中心部位為熱運(yùn)動速率較低的氣體,與擋板相作用后反彈,從A端流出,而邊緣部分熱運(yùn)動速率較高的氣體從B端流出;同種氣體分子平均熱運(yùn)動速率較大,其對應(yīng)的溫度也就較高,所以A端為冷端、B端為熱端,A正確;依題意,A端流出的氣體分子熱運(yùn)動速率較小,B端流出的氣體分子熱運(yùn)動速率較大,所以從A端流出的氣體分子熱運(yùn)動平均速度小于從B端流出的,B正確;A端流出的氣體分子熱運(yùn)動速率較小,B端流出的氣體分子熱運(yùn)動速率較大,則從A端流出的氣體分子平均動能小于從B端流出的氣體分子平均動能,內(nèi)能的多少還與分子數(shù)有關(guān),依題意,不能得出從A端流出的氣體內(nèi)能一定大于從B端流出的氣體內(nèi)能,C錯誤;該裝置將冷熱不均的氣體進(jìn)行分離,噴嘴處有高壓,即通過外界做功而實現(xiàn)的,并非是自發(fā)進(jìn)行的,沒有違背熱力學(xué)第二定律,溫度較低的從A端出、較高的從B端出,也符合能量守恒定律,D錯誤。
考點二　固體、液體和氣體的性質(zhì)
高考風(fēng)向標(biāo)
考點 考題明細(xì) 考查頻度
固體、液體和氣體的性質(zhì) 2024全國甲卷,33(1); 2023浙江6月選考,14; 2023江蘇卷,3; 2022江蘇卷,6 全國卷:
3年1考
地方卷:
3年3考
命題角度1 固體、液體的性質(zhì)
例4 (多選)下列說法正確的是(　　)
A.鑒別晶體與非晶體的依據(jù)是該物質(zhì)是否具有各向異性
B.晶體的所有物理性質(zhì)沿各個方向是不同的
C.不浸潤現(xiàn)象說明固體分子對液體分子的吸引力小于液體分子之間的吸引力
D.荷葉上的露珠呈扁平球形主要是因為表面張力的作用
答案 CD
解析 鑒別晶體與非晶體不能根據(jù)是否具有各向異性,因為單晶體不是所有性質(zhì)均表現(xiàn)為各向異性,有些性質(zhì)也表現(xiàn)為各向同性,且多晶體具有各向同性,A、B錯誤;不浸潤現(xiàn)象說明固體分子對液體分子的吸引力小于液體分子之間的吸引力,C正確;荷葉上的露珠呈扁平球形主要是因為表面張力的作用,D正確。
命題角度2 氣體分子的運(yùn)動特點
例5 (2024山東淄博二模)如圖甲所示,汽缸內(nèi)封閉了一定質(zhì)量的氣體(可視為理想氣體),可移動的活塞與容器壁光滑接觸,開始時活塞處于Ⅰ位置靜止,經(jīng)歷某個過程后,活塞運(yùn)動到Ⅱ位置(圖中未標(biāo)出)重新靜止,活塞處于這兩個位置時,汽缸內(nèi)各速率區(qū)間的氣體分子數(shù)n占總分子數(shù)N的百分比
與分子速率v之間的關(guān)系分別如圖乙中Ⅰ(實線)和Ⅱ(虛線)所示,忽略大氣壓強(qiáng)的變化,
下列說法正確的是(　　)
A.活塞處于Ⅰ位置時氣體分子平均動能較大
B.活塞處于Ⅱ位置時氣體的壓強(qiáng)較大
C.活塞處于Ⅰ位置時汽缸內(nèi)單位時間、單位面積上碰撞器壁的氣體分子數(shù)較多
D.活塞處于Ⅱ位置時每一個氣體分子的速率都比在Ⅰ位置時的速率大
答案 C
解析 由圖乙可知,活塞處于Ⅱ位置時,速率較大的分子占據(jù)的比例較大,則氣體分子平均速率較大,溫度較高,A錯誤;氣體經(jīng)歷等壓變化,則氣體在兩個狀態(tài)的壓強(qiáng)相等,B錯誤;從活塞處于Ⅰ位置到活塞處于Ⅱ位置的過程是等壓變化,溫度升高,氣體的體積變大,則活塞處于Ⅰ位置時氣體分子數(shù)密度較大,單位時間、單位面積上碰撞器壁的氣體分子數(shù)較多,C正確;活塞處于Ⅱ位置時,速率較大的分子占據(jù)的比例較大,則分子平均速率較大,但并非每一個分子的速率都大于活塞處于Ⅰ位置時的速率,D錯誤。
拓展衍生
3.(2024江蘇徐州三模)如圖甲所示,系著細(xì)棉線的鐵絲環(huán)從肥皂液里取出時留下一層薄膜,用燒熱的針刺破左側(cè)薄膜后,
棉線和薄膜的形狀如圖乙所示。則(　　)
A.圖甲中,兩側(cè)薄膜對棉線均沒有作用力
B.圖甲中,薄膜的表面層與內(nèi)部分子間距離相等
C.圖乙中,薄膜收縮使棉線繃緊
D.圖乙中,棉線某處受薄膜作用力方向沿棉線切線方向
答案 C
解析 圖甲中,薄膜的表面層分子間距離大于內(nèi)部分子間距離,產(chǎn)生了表面張力,兩側(cè)薄膜對棉線均有作用力,A、B錯誤;圖乙中,由于表面張力,薄膜收縮使棉線繃緊,棉線某處受薄膜作用力方向與棉線垂直,C正確,D錯誤。
考點三　氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程
高考風(fēng)向標(biāo)
考點 考題明細(xì) 考查頻度
氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程 2024全國甲卷,33(2);2024新課標(biāo)卷,21;2024山東卷,6、16; 2024廣東卷,13;2024湖南卷,13;2024湖北卷,13; 2024江蘇卷,13;2024廣西卷,14;2024安徽卷,13; 2024江西卷,13;2024福建卷,9;2024甘肅卷,13; 2024海南卷,7、11;2023全國乙卷,33(2);2023新課標(biāo)卷,21; 2023山東卷,9;2023湖南卷,13;2023湖北卷,13; 2023浙江6月選考,17;2023遼寧卷,5;2023海南卷,16; 2022山東卷,15;2022廣東卷,15(2);2022河北卷,15(2); 2022湖北卷,3;2022遼寧卷,6;2022江蘇卷,7;2022海南卷,6 全國卷:
3年4考
地方卷:
3年26考
命題角度1 活塞—汽缸類問題
活塞—汽缸類問題的三種常見情況
(1)氣體系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),需要綜合應(yīng)用氣體實驗定律和物體的平衡條件解題。
　根據(jù)題意選擇活塞或汽缸為研究對象
(2)氣體系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài),需要綜合應(yīng)用氣體實驗定律和牛頓運(yùn)動定律解題。
(3)兩個或多個汽缸封閉著幾部分氣體,并且汽缸之間相互關(guān)聯(lián)的問題,解答時應(yīng)分別研究各部分氣體,找出它們各自遵循的規(guī)律,并寫出相應(yīng)的方程,還要寫出各部分氣體之間壓強(qiáng)或體積的關(guān)系式,最后聯(lián)立求解。
例6 (2024廣東卷)差壓閥可控制氣體進(jìn)行單向流動,廣泛應(yīng)用于減震系統(tǒng)。如圖所示,A、B兩個導(dǎo)熱良好的汽缸通過差壓閥連接,A內(nèi)輕質(zhì)活塞的上方與大氣連通,B的體積不變。當(dāng)A內(nèi)氣體壓強(qiáng)減去B內(nèi)氣體壓強(qiáng)大于Δp時差壓閥打開,A內(nèi)氣體緩慢進(jìn)入B中;當(dāng)該差值小于或等于Δp時差壓閥關(guān)閉。當(dāng)環(huán)境溫度T1=300 K時,A內(nèi)氣體體積VA1=4.0×10-2 m3,B內(nèi)氣體壓強(qiáng)pB1等于大氣壓強(qiáng)p0。已知活塞的橫截面積S=0.10 m2,Δp=0.11p0,p0=1.0×105 Pa,重力加速度大小g取10 m/s2,A、B內(nèi)的氣體可視為理想氣體,忽略活塞與汽缸間的摩擦,差壓閥與連接管道內(nèi)的氣體體積不計。當(dāng)環(huán)境溫度降低到T2=270 K時:
(1)求B內(nèi)氣體壓強(qiáng)pB2;
(2)求A內(nèi)氣體體積VA2;
(3)在活塞上緩慢倒入鐵砂,若B內(nèi)氣體壓強(qiáng)回到p0并保持不變,求已倒入鐵砂的質(zhì)量m。
答案 (1)9×104 Pa
(2)3.6×10-2 m3
(3)1.1×102 kg
解析 本題考查氣體實驗定律。(1)設(shè)差壓閥要打開時的溫度為T,A、B兩個汽缸導(dǎo)熱良好,B內(nèi)氣體做等容變化,初態(tài)pB1=p0,T1=300 K,末態(tài)pB=p0-Δp,
(2)A內(nèi)氣體做等壓變化,壓強(qiáng)保持不變,初態(tài)VA1=4.0×10-2 m3,T1=300 K
末態(tài)T2=270 K
B內(nèi)氣體壓強(qiáng)pB'=p0
此時差壓閥恰好關(guān)閉,所以有pA'-pB'=Δp
代入數(shù)據(jù)聯(lián)立解得m=1.1×102 kg。
命題角度2 液柱—試管類問題
求解液柱—試管類問題的三點提醒
(1)液體因重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)大小為p=ρgh。
h為氣、液接觸面至液面的豎直高度
(2)不要漏掉大氣壓強(qiáng),同時又要盡可能平衡掉某些大氣的壓力。
(3)有時直接應(yīng)用連通器原理——連通器內(nèi)靜止的液體,同種液體在同一水平面上各處壓強(qiáng)相等。
例7 (2024山東泰安一模)如圖所示,一“U”形管由上方兩根粗細(xì)相同的玻璃管和下方連接橡皮管組成,兩玻璃管保持豎直且上端平齊,右管內(nèi)封有一段長38 cm的氣體,左管開口,左管水銀面比右管內(nèi)水銀面高14 cm,大氣壓強(qiáng)相當(dāng)于76 cm高水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)。現(xiàn)沿豎直方向緩慢移動左側(cè)玻璃管,使兩側(cè)玻璃管內(nèi)水銀面相平,玻璃管導(dǎo)熱性能良好且環(huán)境溫度不變。
(1)求此時右管封閉氣體的長度。
(2)若改用從左側(cè)管口用一帶柄的密封性很好的活塞緩慢向下推動空氣的方法使兩側(cè)水銀面相平,求活塞下移的長度(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。
解題指導(dǎo)
【審題】
讀取題干 獲取信息 物理關(guān)系
左管開口,左管水銀面比右管內(nèi)水銀面高14 cm 開始時右側(cè)氣體壓強(qiáng)比大氣壓強(qiáng)大 p1=p0+ρgh
使兩側(cè)玻璃管內(nèi)水銀面相平 右側(cè)氣體壓強(qiáng)等于大氣壓強(qiáng) p2=p0
玻璃管導(dǎo)熱性能良好且環(huán)境溫度不變 整個過程氣體做等溫變化,滿足玻意耳定律 p1V1=p2V2
用從左側(cè)管口用一帶柄的密封性很好的活塞緩慢向下推動空氣的方法使兩側(cè)水銀面相平 ①水銀整體向右移動7 cm;②兩側(cè)液面相平時兩側(cè)氣體壓強(qiáng)相等;③可知左側(cè)氣體長度l和其他已知量關(guān)系 Δh= ;l=L-h-x+Δh(x為活塞下移長度)
【破題】
1.對右側(cè)氣體由玻意耳定律可求兩側(cè)玻璃管內(nèi)水銀面相平時右管封閉氣體的長度;
2.左側(cè)管口用活塞密封且推動至兩側(cè)水銀面相平過程,對兩側(cè)氣體分別利用玻意耳定律可列出關(guān)于活塞下移的長度和末狀態(tài)壓強(qiáng)的方程;
3.代入數(shù)據(jù)解方程組求解結(jié)果。
答案 (1)45 cm　(2)14 cm
解析 (1)已知右管氣柱原長度L=38 cm,兩側(cè)水銀面高度差h=14 cm,大氣壓強(qiáng)p0=ρgh0,設(shè)氣體的橫截面積為S,右側(cè)氣柱現(xiàn)長度為L1;根據(jù)玻意耳定律可得
(p0+ρgh)LS=p0L1S
代入數(shù)據(jù)解得L1=45 cm。
(2)設(shè)活塞下移長度為x,兩側(cè)液面相平時,氣體壓強(qiáng)為p,此過程水銀整體向右移動Δh=
對右管內(nèi)氣體根據(jù)玻意耳定律可得
(p0+ρgh)LS=p(L-Δh)S
對左管內(nèi)氣體根據(jù)玻意耳定律可得
p0(L-h)S=p(L-h-x+Δh)S
聯(lián)立解得x=14 cm。
命題角度3 與熱力學(xué)第一定律綜合問題
溫馨提示 氣體等壓膨脹(壓縮)時,氣體對外界(外界對氣體)做功W=pΔV。
例8 (2024湖北卷)如圖所示,在豎直放置、開口向上的圓柱形容器內(nèi)用質(zhì)量為m的活塞密封一部分理想氣體,活塞橫截面積為S,能無摩擦地滑動。初始時容器內(nèi)氣體的溫度為T0,氣柱的高度為h。當(dāng)容器內(nèi)氣體從外界吸收一定熱量后,活塞緩慢上升 h再次平衡。已知容器內(nèi)氣體內(nèi)能變化量ΔU與溫度變化量ΔT的關(guān)系式為ΔU=CΔT,C為已知常數(shù),大氣壓強(qiáng)恒為p0,重力加速度大小為g,所有溫度為熱力學(xué)溫度。
求:
(1)再次平衡時容器內(nèi)氣體的溫度;
(2)此過程中容器內(nèi)氣體吸收的熱量。
命題角度4 氣體狀態(tài)變化的圖像問題
例9 (2024山東卷)一定質(zhì)量理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過程,a→b過程是等壓過程,b→c過程中氣體與外界無熱量交換,c→a過程是等溫過程。下列說法正確的是(　　)
A.a→b過程,氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功
B.b→c過程,氣體對外做功,內(nèi)能增加
C.a→b→c過程,氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功
D.a→b過程,氣體從外界吸收的熱量等于c→a過程放出的熱量
答案 C
解析 a→b過程,等壓膨脹,溫度升高,對外做功,內(nèi)能增加,A錯誤。b→c過程絕熱膨脹,由熱力學(xué)第一定律知,內(nèi)能減少,B錯誤。a→b→c過程,a、c溫度相同,內(nèi)能相同,整個過程吸收的熱量全部用于對外做功,C正確。a→b過程與a→b→c過程吸收的熱量相等,等于a→b→c過程中氣體對外做的功,即Qab=Wab+Wbc;c→a過程中,Qac=Wac,由于Wab+Wbc>Wac,因此Qab>Qac,故D錯誤。
拓展衍生
4.(2024山東濟(jì)南二模)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)a→b→c→a回到初始狀態(tài)a,其T-V圖像如圖所示。
下列說法正確的是(　　)
A.a、b狀態(tài)對應(yīng)的壓強(qiáng)之比為3∶2
B.b→c過程,容器壁單位面積上的
分子平均作用力變小
C.c→a過程為絕熱過程
D.a→b→c→a整個過程向外放出的熱量等于外界對氣體做的功
答案 D
解得pa∶pb=6∶1,A錯誤;b→c過程溫度升高,分子
平均動能增大,平均速率增大,容器壁單位面積上的
分子平均作用力變大,B錯誤;c→a過程體積縮小,外
界對氣體做功,W>0,溫度不變,內(nèi)能不變,ΔU=0,由
熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W得Q<0,氣體向外界放熱,
C錯誤;將T-V圖像轉(zhuǎn)化為p-V圖像,如圖所示,根據(jù)圖線下方圍成的面積等于功易知,a→b過程中氣體體積增大,氣體對外做功,b→c過程體積不變,對外不做功,c→a過程體積縮小,外界對氣體做功,回到原狀態(tài)a,溫度回到初始狀態(tài),全過程內(nèi)能變化量ΔU=0,由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W得,氣體一定放出熱量且放出的熱量等于外界對氣體做的功,D正確。
5.(2024廣西卷)如圖甲所示,圓柱形管內(nèi)封裝一定質(zhì)量的理想氣體,水平固定放置,橫截面積S=500 mm2的活塞與一光滑輕桿相連,活塞與管壁之間無摩擦。靜止時活塞位于圓管的b處,此時封閉氣體的長度l0=200 mm。推動輕桿先使活塞從b處緩慢移動到離圓柱形管最右側(cè)距離為5 mm的a處,再使封閉氣體緩慢膨脹,直至活塞回到b處。設(shè)活塞從a處向左移動的距離為x,封閉氣體對活塞的壓力大小為F,膨脹過程F- 曲線如圖乙所示。大氣壓強(qiáng)p0=1×105 Pa。
甲
乙
(1)求活塞位于b處時,封閉氣體對活塞的壓力大小;
(2)推導(dǎo)活塞從a處到b處封閉氣體經(jīng)歷了等溫變化;
(3)畫出封閉氣體等溫變化的p-V圖像,并通過計算標(biāo)出a、b處坐標(biāo)值。
丙
答案 (1)50 N　(2)見解析　(3)見解析
解析 (1)活塞與管壁之間無摩擦,且活塞能靜止于b處,
知此時氣體的壓強(qiáng)也為p0
F=p0S=50 N。
(3)由題意可知Va=Sla=2.5×10-6 m3
Vb=Sl0=1.0×10-4 m3,且pb=p0=1.0×105 Pa
又a→b經(jīng)歷等溫過程:paVa=pbVb,解得pa=4.0×106 Pa
故封閉氣體等溫變化的p-V圖像如圖所示。
突破熱點 聚素養(yǎng)
模型建構(gòu)
經(jīng)典物理模型:充氣、抽氣、灌氣、漏氣問題
1.充氣問題
設(shè)想將充進(jìn)容器內(nèi)的氣體用一個無形的彈性口袋收集起來,那么當(dāng)我們?nèi)∪萜鲀?nèi)原有的氣體和口袋內(nèi)的全部氣體作為研究對象時,這些氣體狀態(tài)不管怎樣變化,其質(zhì)量總是不變的。這樣,就將變質(zhì)量問題轉(zhuǎn)化成等質(zhì)量問題了。
2.抽氣問題
用抽氣筒對容器抽氣的過程中,對每一次抽氣而言,氣體質(zhì)量發(fā)生變化,其解決方法和充氣問題類似,取剩余氣體和抽出的全部氣體作為研究對象,這些氣體狀態(tài)不管怎樣變化,其質(zhì)量總是不變的。
3.灌氣分裝問題
將一個大容器里的氣體分裝到多個小容器中的問題,可以把大容器中的氣體和多個小容器中的氣體整體作為研究對象,將變質(zhì)量問題轉(zhuǎn)化為等質(zhì)量問題。
4.漏氣問題
容器漏氣過程中氣體的質(zhì)量不斷發(fā)生變化,不能用理想氣體狀態(tài)方程求解。如果選容器內(nèi)剩余氣體為研究對象,便可使變質(zhì)量問題變成等質(zhì)量問題,可用理想氣體狀態(tài)方程求解。
考向分析
充氣、抽氣、灌氣、漏氣問題的本質(zhì)是變質(zhì)量問題,涉及的情境有球類、輪胎的充氣,氧氣瓶灌裝與分裝等等,這也是高考命題的熱點,解答的關(guān)鍵是通過靈活選擇研究對象,把變質(zhì)量問題轉(zhuǎn)化為等質(zhì)量問題,然后應(yīng)用氣體實驗定律或理想氣體狀態(tài)方程求解。
案例探究
典例 (2023湖南卷)汽車剎車助力裝置能有效為駕駛員踩剎車省力。如圖所示,剎車助力裝置可簡化為助力氣室和抽氣氣室等部分,連桿AB與助力活塞固定為一體,駕駛員踩剎車時,在連桿AB上施加水平力推動液壓泵實現(xiàn)剎車。助力氣室與抽氣氣室用細(xì)管連接,通過抽氣降低助力氣室壓強(qiáng),利用大氣壓與助力氣室的壓強(qiáng)差實現(xiàn)剎車助力。每次抽氣時,K1打開,K2閉合,抽氣活塞在外力作用下從抽氣氣室最下端向上運(yùn)動,助力氣室中的氣體充滿抽氣氣室,達(dá)到兩氣室壓強(qiáng)相等;然后,K1閉合,K2打開,抽氣活塞向下運(yùn)動,抽氣氣室中的全部氣體從K2排出,完成一次抽氣過程。已知助力氣室容積為V0,初始壓強(qiáng)等于外部大氣壓強(qiáng)p0,助力活塞橫截面積為S,抽氣氣室的容積為V1。假設(shè)抽氣過程中,助力活塞保持不動,氣體可視為理想氣體,溫度保持不變。
(1)求第1次抽氣之后助力氣室內(nèi)的壓強(qiáng)p1。
(2)第n次抽氣后,求該剎車助力裝置為駕駛員省力的大小ΔF。
解析 (1)以原助力氣室中封閉的氣體為研究對象,其經(jīng)歷等溫膨脹過程,由玻意耳定律得p0V0=p1(V0+V1)
角度拓展
1.(2024江西模擬)如圖所示,容積為2 L的暖水瓶內(nèi)倒入1 L溫度為97 ℃的熱水,將瓶塞輕放入瓶口,瓶塞與瓶口內(nèi)側(cè)接觸良好且不漏氣。已知瓶口的橫截面積為12 cm2,瓶塞圓臺側(cè)面母線與軸線間的夾角為α,sin α=0.14,cos α=0.99。瓶塞與瓶口間的動摩擦因數(shù)為0.15,最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,忽略瓶塞的重力。瓶內(nèi)氣體溫度始終與水溫相同,瓶內(nèi)氣體可視為理想氣體,外界大氣壓強(qiáng)p0=1×105 Pa,熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系為T=(273+t) K。瓶內(nèi)溫度緩慢降到78.5 ℃,此時瓶塞恰好不發(fā)生滑動。
(1)求瓶內(nèi)溫度為78.5 ℃時,瓶塞受到的摩擦力大小(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。
(2)若稍微拔動瓶塞使外部氣體進(jìn)入暖水瓶內(nèi),忽略瓶內(nèi)水溫的微小變化,求穩(wěn)定后進(jìn)入瓶內(nèi)的空氣質(zhì)量與原來暖水瓶中空氣質(zhì)量的比值。
其中T0=(273+97) K=370 K,T=(273+78.5) K=351.5 K
解得p=0.95×105 Pa
對瓶塞受力分析,如圖所示
由平衡條件有
p0S-pS=FNsin α+Ffcos α
又Ff=μFN
聯(lián)立解得Ff=3.1 N。
(2)空氣進(jìn)入暖水瓶后,瓶內(nèi)溫度不變,壓強(qiáng)等于大氣壓強(qiáng),
根據(jù)pV+pΔV=p0V
2.(2024山東菏澤二模)如圖所示,哈勃瓶是一個底部開有圓孔、瓶頸很短的平底大燒瓶。在瓶內(nèi)塞有一氣球,氣球的吹氣口反扣在瓶口上,瓶底的圓孔上配有一個橡皮塞。瓶內(nèi)由氣球和橡皮塞封閉一定質(zhì)量的氣體,體積為V0,是氣球中氣體體積的兩倍,氣體的壓強(qiáng)都為大氣壓強(qiáng)p0。
(1)在一次實驗中,保持溫度不變,用打氣筒
對氣球充氣,當(dāng)瓶內(nèi)氣體體積由V0減小ΔV
時,壓強(qiáng)增大20%。求瓶內(nèi)氣體體積由V0減
小2ΔV時,體積減小前后瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)的比值。
(2)另一次實驗中,每充一次氣都能把體積為0.4V0、壓強(qiáng)為p0的氣體充進(jìn)氣球內(nèi),氣球緩慢膨脹過程中,認(rèn)為氣球內(nèi)和瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)近似相等,保持溫度不變,當(dāng)瓶內(nèi)外壓強(qiáng)差為2p0時,橡皮塞會被彈出。求至少向氣球內(nèi)充氣幾次橡皮塞會被彈出
解析 (1)以瓶內(nèi)氣球和橡皮塞封閉的氣體為研究對象,設(shè)體積減小后的壓強(qiáng)為p,由玻意耳定律得
p0V0=(1+20%)p0(V0-ΔV)
p0V0=p(V0-2ΔV)
(2)設(shè)向氣球內(nèi)至少打氣n次,橡皮塞被彈出,以打氣后球內(nèi)氣體為研究對象,打氣后氣體的體積為V1,由玻意耳定律得
以瓶內(nèi)氣球和橡皮塞封閉的氣體為研究對象,打氣后這部分氣體的體積為V2,由玻意耳定律得
p0V0=3p0V2
解得n=7.5
故向氣球內(nèi)至少打氣8次,橡皮塞被彈出。
3.(2024湖北黃石一模)有一種救生衣,在穿著者落水時,救生衣所連接的儲氣鋼瓶會灌氣使救生衣鼓起。救生衣在未鼓起時,其內(nèi)部無氣體;正常工作時,其壓強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,內(nèi)部氣體體積至少為V=22 L,與救生衣連接的小鋼瓶容積為1 L。取標(biāo)準(zhǔn)大氣壓p0=1×105 Pa,忽略溫度變化,氣體均視為理想氣體。
(1)檢測發(fā)現(xiàn)某救生衣所附帶的鋼瓶內(nèi)壓強(qiáng)為2×106 Pa,救生衣能否正常工作 請說明理由。
(2)出廠時鋼瓶內(nèi)部壓強(qiáng)為2.5×106 Pa,在降為2×106 Pa的過程中,求鋼瓶漏掉的氣體在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下占的體積。
(3)救生衣配套的鋼瓶遺失,換用容積為0.2 L、內(nèi)部壓強(qiáng)為2.5×106 Pa的小鋼瓶充氣,至少要多少個小鋼瓶才能使救生衣正常工作
答案 (1)見解析　(2)5 L　(3)見解析
解析 (1)令p1=2×106 Pa,鋼瓶容積V0=1 L,充氣后救生衣體積為V1,
根據(jù)玻意耳定律,鋼瓶灌氣過程p1V0=p0(V0+V1)
解得V1=19 L
V1(2)設(shè)p2=2.5×106 Pa,漏掉氣體體積為ΔV,根據(jù)玻意耳定律有
p2V0=p1V0+p0ΔV
解得ΔV=5 L。
(3)設(shè)用n個小鋼瓶能夠使救生衣剛好正常工作,每個小鋼瓶體積為V3=0.2 L,根據(jù)玻意耳定律有np2V3=np0V3+p0V
解得n=
又n取整數(shù),故n≥5,至少要5個小鋼瓶才能使救生衣正常工作。
大題突破(六):氣體實驗定律的綜合應(yīng)用
典例示范(8分) (2024山東卷)圖甲為戰(zhàn)國時期青銅汲
酒器,根據(jù)其原理制作了由中空圓柱形長柄和儲液罐
組成的汲液器,如圖乙所示。長柄頂部封閉,橫截面積
S1=1.0 cm2,長度H=100.0 cm,側(cè)壁有一小孔A。儲液罐
的橫截面積S2=90.0 cm2、高度h=20.0 cm,罐底有一小
孔B。汲液時,將汲液器豎直浸入液體,液體從孔B進(jìn)入,
空氣由孔A排出;當(dāng)內(nèi)外液面相平時,長柄浸入液面部分的長度為x;堵住孔A,緩慢地將汲液器豎直提出液面,儲液罐內(nèi)剛好儲滿液體。已知液體密度ρ=1.0×103 kg/m3,重力加速度大小g取10 m/s2,大氣壓p0=1.0×105 Pa。整個過程溫度保持不變,空氣可視為理想氣體,忽略器壁厚度。
(1)求x。
(2)松開孔A,從外界進(jìn)入壓強(qiáng)為p0、體積為V的空氣,使?jié)M儲液罐中液體緩緩流出,堵住孔A,穩(wěn)定后罐中恰好剩余一半的液體,求V。
滿分答卷 (1)在緩慢將汲液器豎直提出液面的過程,封閉氣體發(fā)生等溫變化,由玻意耳定律有
p1(H-x)S1=p2HS1(2分)
根據(jù)題意可知
p1=p0,p2+ρgh=p0(1分)
聯(lián)立解得x=2 cm。(1分)
(2)當(dāng)外界氣體進(jìn)入后,對新進(jìn)入的氣體和原有的氣體整體分析,
原生態(tài)樣卷剖析
學(xué)生答卷及批閱展示
教師點評
第(1)問:該考生解答這一小問的思路還是比較清晰,答題規(guī)范方面稍有欠缺。
技巧:熱學(xué)計算題解答同樣要有必要的文字說明,簡要指明研究對象、研究過程和應(yīng)用的規(guī)律,題干中沒有的符號也要做出說明,分布列式最好標(biāo)注序號。
第(2)問:分析松開孔A穩(wěn)定后封閉氣體的壓強(qiáng)和體積還是正確的,顯示該考生基本功較好,但該考生忽視了松開孔A后外界氣體會進(jìn)入管內(nèi),封閉氣體的質(zhì)量發(fā)生了變化,故該考生最后所列玻意耳定律方程不再成立。
技巧:復(fù)習(xí)時要養(yǎng)成認(rèn)真審題的習(xí)慣,對規(guī)律的理解也要把握使用條件。
總評:該題滿分8分,該考生一共得到5分,還是有點可惜的。從該考生的答題分析我們應(yīng)該體會到,學(xué)好物理真的需要“悟理”,只有真正深入理解規(guī)律、公式的使用條件,解題時才能融會貫通、靈活應(yīng)用,而不是僅僅形而上學(xué)。
解答思路歸納(共52張PPT)
第二講　近代物理
通覽知識 明要點
研學(xué)考點 提能力
目 錄 索 引
01
02
突破熱點 聚素養(yǎng)
03
通覽知識 明要點
研學(xué)考點 提能力
考點一　光電效應(yīng)及其圖像
高考風(fēng)向標(biāo)
考點 考題明細(xì) 考查頻度
光電效應(yīng)及其圖像 2024黑吉遼卷,8;2024浙江1月選考,11; 2024海南卷,8;2024上海卷,6; 2023海南卷,10;2023浙江6月選考,15; 2023江蘇卷,14;2022河北卷,4 地方卷:
3年8考
命題角度1 光電效應(yīng)規(guī)律的理解及應(yīng)用
1.光電效應(yīng)兩條對應(yīng)關(guān)系
(1)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大;
(2)光照強(qiáng)度大(同種頻率的光)→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大。
2.定量分析時應(yīng)抓住三個關(guān)系式
愛因斯坦光電效應(yīng)方程 Ek=hν-W0
最大初動能與遏止電壓的關(guān)系 Ek=eUc
逸出功與截止頻率的關(guān)系 W0=hνc
例1 (多選)(2023浙江6月選考)有一種新型光電效應(yīng)量子材料,其逸出功為W0。當(dāng)紫外光照射該材料時,只產(chǎn)生動能和動量單一的相干光電子束。用該電子束照射間距為d的雙縫,在與縫相距為L的觀測屏上形成干涉條紋,測得條紋間距為Δx。已知電子質(zhì)量為m,普朗克常量為h,光速為c,則(　　)
AD
命題角度2 光電效應(yīng)的圖像問題
(1)最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像
(2)遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖像
(3)光電流與電壓的關(guān)系圖像
例2 (2024山東濟(jì)南一模)用不同波長的光照射光電管陰極探究光電效應(yīng)的規(guī)律時,根據(jù)光電管的遏止電壓Uc與對應(yīng)入射光的波長λ作出的Uc- 圖像如圖所示。已知光電子的電荷量大小為e,光速為c,
下列說法正確的是(　　)
C
波長越長,光子能量越小,光電子的最大初動能不會隨λ的增大而增大,D錯誤。
拓展衍生
1.(多選)(2024黑吉遼卷)X射線光電子能譜儀是利用X光照射材料表面激發(fā)出光電子,并對光電子進(jìn)行分析的科研儀器。用某一頻率的X光照射某種金屬表面,逸出了光電子,若增加此X光的強(qiáng)度,則(　　)
A.該金屬的逸出功增大
B.X光的光子能量不變
C.逸出的光電子最大初動能增大
D.單位時間逸出的光電子數(shù)增多
答案 BD
解析 考查光電效應(yīng)。金屬的逸出功僅與金屬自身有關(guān),增加此X光的強(qiáng)度,該金屬的逸出功不變,故A錯誤;根據(jù)光子能量公式ε=hν可知增加此X光的強(qiáng)度,X光的光子能量不變,故B正確;根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程知Ekm=hν-W0,可知逸出的光電子最大初動能不變,故C錯誤;增加此X光的強(qiáng)度,單位時間照射到金屬表面的光子變多,則單位時間逸出的光電子數(shù)增多,故D正確。
2.圖甲為光電效應(yīng)實驗的電路圖,利用不同頻率的單色光a、b進(jìn)行光電效應(yīng)實驗,測得光電管兩極間所加電壓U與光電流I的關(guān)系如圖乙所示。則這兩種光(　　)
A.照射該光電管時,a光使其逸出的
光電子最大初動能比b光使其逸出
的光電子最大初動能大
B.從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射
時,a光的臨界角比b光的臨界角大
C.通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉,b光的相鄰條紋間距比a光的相鄰條紋間距大
D.在同一介質(zhì)中傳播時,b光的速度比a光的速度大
B
考點二　原子結(jié)構(gòu)和能級躍遷
高考風(fēng)向標(biāo)
考點 考題明細(xì) 考查頻度
原子結(jié)構(gòu)和能級躍遷 2024江蘇卷,5;2024安徽卷,1; 2024浙江1月選考,12;2023新課標(biāo)卷,16; 2023山東卷,1;2023遼寧卷,6; 2023湖北卷,1;2022湖南卷,1; 2022廣東卷,5;2022浙江6月選考,7; 2022海南卷,11 全國卷:
3年1考
地方卷:
3年10考
1.原子結(jié)構(gòu)
2.原子能級躍遷問題的解題技巧
(1)原子躍遷時,所吸收或輻射的光子能量只能等于兩能級之間的能量差,即ΔE=hν=|E初-E末|。
(2)原子從某一能級電離時,所吸收的能量大于或等于這一能級能量的絕對值。
(3)一個處于第n能級的氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為n-1。
(4)一群處于第n能級的氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法:①用數(shù)學(xué)中的組合知識求解:N= ;②利用能級圖求解:在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出,然后相加。
(5)計算氫原子能級躍遷放出或吸收光子的頻率和波長時,要注意各能級的能量值均為負(fù)值,且單位為電子伏,計算時需換算單位,1 eV=1.6×10-19 J。
例3 (2024山東淄博一模)氫原子的能級圖如圖甲所示,大量處于某激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時,發(fā)出的復(fù)色光通過玻璃三棱鏡后分成a、b、c、d、e、f六束(含不可見光),如圖乙所示。已知可見光的光子能量范圍約為1.62~3.11 eV,則(　　)
A.b、c為可見光
B.a、b、c為可見光
C.d、e為可見光
D.e、f為可見光
答案 A
解析 根據(jù)玻爾原子模型理論可知,大量處于某激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時,發(fā)出的光子種類有 =6種,解得處于激發(fā)態(tài)的氫原子能級為n=4,所以可能的光子能量從低到高分別為0.66 eV、1.89 eV、2.55 eV、10.20 eV、12.09 eV、12.75 eV,因為光子能量E=hν,且光的頻率越高則折射率越大,光的偏折程度就越大,所以a、b、c、d、e、f六束光頻率越來越高,能量越來越大,又因為可見光的光子能量范圍約為1.62~3.11 eV,所以b、c為可見光,故選A。
拓展衍生
3.(2023遼寧卷)原子處于磁場中,某些能級會發(fā)生劈裂。某種原子能級劈裂前后的部分能級圖如圖所示,相應(yīng)能級躍遷放出的光子分別設(shè)為①②③④。若用①照射某金屬表面時能發(fā)生光電效應(yīng),
且逸出光電子的最大初動能為Ek,則(　　)
A.①和③的能量相等
B.②的頻率大于④的頻率
C.用②照射該金屬一定能發(fā)生光電效應(yīng)
D.用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能小于Ek
答案 A
解析 ①和③光子躍遷能級差相等,故①和③的能量相等,選項A正確;②光子躍遷能級差小于④光子躍遷能級差,根據(jù)E=hν,可得②的頻率小于④的頻率,選項B錯誤;同理②光子的頻率小于①光子的頻率,用②照射該金屬不一定能發(fā)生光電效應(yīng),選項C錯誤;④光子的頻率大于①光子的頻率,用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能大于Ek,選項D錯誤。
4.(2024河北邢臺二模)根據(jù)玻爾的原子理論,可認(rèn)為氫原子的核外電子繞核做勻速圓周運(yùn)動。若處于基態(tài)的氫原子具有的電勢能為Ep,當(dāng)其吸收頻率為ν的光子時恰好發(fā)生電離。電子的電荷量為e,質(zhì)量為m,靜電力常量為k,普朗克常量為h。以下說法正確的是(　　)
A.氫原子的核外電子由離核較遠(yuǎn)軌道躍遷到離核較近軌道上時,原子能量減小
B.氫原子處于基態(tài)時的能量是hν
C.氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)后,核外電子動能增加,電勢能減小
A
解析 氫原子的核外電子由離原子核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離原子核較近的軌道上時,能量減小,減小的能量以光子的形式釋放出來,A正確;
hν為發(fā)生光電效應(yīng)的光子能量,并非氫原子基態(tài)能量,B錯誤;
氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)后,其運(yùn)動半徑變大,此時電場力對核外電子做負(fù)功,故電勢能增大,動能減小,C錯誤;
考點三　核反應(yīng)和核能
高考風(fēng)向標(biāo)
考點 考題明細(xì) 考查頻度
核 反 應(yīng) 和 核 能 2024全國甲卷,14;2024山東卷,1;2024廣東卷,2;2024河北卷,1; 2024湖北卷,2;2024北京卷,1;2024江蘇卷,3;2024廣西卷,4; 2024浙江1月選考,7;2024福建卷,1;2024上海卷,9; 2024海南卷,2;2024甘肅卷,1;2023全國甲卷,15; 2023全國乙卷,16;2023湖南卷,1;2023浙江6月選考,5; 2023海南卷,1;2022山東卷,1;2022遼寧卷,2;2022海南卷,2; 2022湖北卷,1;2022浙江6月選考,14;2022浙江1月選考,14 全國卷:
3年3考
地方卷:
3年21考
命題角度1 原子核及其衰變
溫馨提示 衰變次數(shù)確定的兩種方法
(1)先由質(zhì)量數(shù)守恒確定α衰變的次數(shù),然后再根據(jù)電荷數(shù)守恒確定β衰變的次數(shù);
(2)設(shè)α衰變次數(shù)為x,β衰變次數(shù)為y,根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒列方程組求解。
例4 (2024湖南邵陽模擬)自然界中一些放射性重元素往往會發(fā)生一系列連續(xù)的遞次衰變,又稱為放射系或衰變鏈。每個放射性衰變系都有一個半衰期很長的始祖核素,經(jīng)過若干次連續(xù)衰變,直至生成一個穩(wěn)定核素。已知
的衰變鏈如圖所示。下列判斷正確的是(　　)
A.圖中的橫坐標(biāo)表示核電荷數(shù),縱坐標(biāo)表示核子數(shù)
D
命題角度2 核反應(yīng)方程與核能的計算
1.書寫核反應(yīng)方程的三點注意
(1)分清四種類型:衰變、人工轉(zhuǎn)變、重核裂變和輕核聚變。
(2)掌握兩個規(guī)律:質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。
(3)寫對連接符號:核反應(yīng)方程只能用箭頭連接并表示反應(yīng)方向,不能用等號連接。
2.核能計算的三種方法
體現(xiàn)能量和質(zhì)量的對應(yīng)關(guān)系,不是二者可以相互轉(zhuǎn)化
(1)根據(jù)ΔE=Δmc2計算時,Δm的單位是“kg”,c的單位是“ m/s”,ΔE的單位是“J”。
(2)根據(jù)ΔE=Δm×931.5 MeV計算時,Δm的單位是“u”,ΔE的單位是“MeV”。
(3)根據(jù)核子比結(jié)合能來計算核能:原子核的結(jié)合能=核子比結(jié)合能×核子數(shù)。
例5 (2023全國甲卷)在下列兩個核反應(yīng)方程中
X和Y代表兩種不同的原子核,以Z和A分別表示X的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù),則
(　　)
A.Z=1,A=1 B.Z=1,A=2
C.Z=2,A=3 D.Z=2,A=4
答案 D
解析 設(shè)Y的電荷數(shù)為Z1,質(zhì)量數(shù)為A1,由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得A+14=A1+17,Z+7=Z1+8,A1+7=2A,Z1+3=2Z,解得Z=2,A=4,選項D正確。
下列說法正確的是(　　)
A.由于釋放核能,所以衰變過程質(zhì)量數(shù)不守恒
答案 D
拓展衍生
答案 D
6.(2023湖南卷)2023年4月13日,中國“人造太陽”反應(yīng)堆中科院環(huán)流器裝置(EAST)創(chuàng)下新紀(jì)錄,實現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模等離子體運(yùn)行,為可控核聚變的最終實現(xiàn)又向前邁出了重要的一步。下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是(　　)
A.相同質(zhì)量的核燃料,輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多
C.核聚變的核反應(yīng)燃料主要是鈾235
D.核聚變反應(yīng)過程中沒有質(zhì)量虧損
答案 A
解析 核聚變是輕核的聚變,相同質(zhì)量的核燃料,輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多,A正確,C錯誤;氘氚核聚變反應(yīng)遵守電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒, B錯誤;核聚變反應(yīng)有質(zhì)量虧損,D錯誤。
突破熱點 聚素養(yǎng)
情境解讀
新教材、新高考、新情境:近代物理在科技中的應(yīng)用
涉及近代物理的STSE情境主要有關(guān)于光電效應(yīng)、玻爾能級躍遷理論、原子核衰變、核反應(yīng)等考點,如非接觸式體溫測量儀、霓虹燈發(fā)光原理、我國自主研發(fā)的氫原子鐘、 “人造太陽”等。
考向分析
本部分主要考查光電效應(yīng)方程及圖像、氫原子能級躍遷規(guī)律、原子核的衰變、核反應(yīng)和核能的計算等考點。
案例探究
典例 地鐵靠站時列車車體和屏蔽門之間安裝有光電傳感器。如圖甲所示,若光線被乘客阻擋,電流發(fā)生變化,工作電路立即報警。如圖乙所示,光線發(fā)射器內(nèi)大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時,輻射出的光中只有a、b兩種可以使該光電管陰極逸出光電子。圖丙為a、b光單獨照射光電管時產(chǎn)生的光電流I與光電管兩端電壓U的關(guān)系圖線。
甲
乙
丙
已知光電管陰極材料的逸出功為2.55 eV,可見光光子的能量范圍是1.62~3.11 eV,下列說法正確的是(　　)
A.光線發(fā)射器中發(fā)出的光有兩種為可見光
B.題述條件下,光電管中光電子飛出陰極時的最大初動能為9.54 eV
C.題述a光為氫原子從n=3能級躍遷到n=1能級時發(fā)出的光
D.若部分光線被遮擋,光電子飛出陰極時的最大初動能變小,光電流減小
答案 B
解析 光線發(fā)射器中發(fā)出的光子的能量分別為E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)= 12.09 eV,E2=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,E3=-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV,可見光光子的能量范圍是1.62~3.11 eV,故光線發(fā)射器中發(fā)出的光有一種為可見光,A錯誤;根據(jù)Ek=E1-W0,光電管中光電子飛出陰極時的最大初動能為Ek=9.54 eV,B正確;由圖丙可知,a光遏止電壓小于b光遏止電壓,由E=W0+Ek,eUc=Ek得a光能量小于b光能量,則題述a光為氫原子從n=2能級躍遷到n=1能級時發(fā)出的光,C錯誤;部分光線被遮擋,不改變光子能量,則光電子飛出陰極時的最大初動能不變,因為光子數(shù)量減少,則光電子數(shù)量減少,光電流減小,D錯誤。
角度拓展
若核反應(yīng)產(chǎn)生的能量全部以光子的形式釋放,則(　　)
A.γ光子有很強(qiáng)的電離能力
答案 B

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