2023届高考物理一轮专题复习：08热学、光学

2023届高考物理一轮专题复习：08热学、光学

一、填空题

1．（2021·广东茂名·统考二模）如图，一定质量的理想气体从a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a。在过程ab中气体_______________（选填“吸收”或“放出”）热量；在过程ca中，单位时间内碰撞器壁单位面积的分子数________________。（选填“增加”或“减少”）

2．（2021·广东茂名·统考二模）新型冠状病毒2019-nCoV主要依靠呼吸道飞沫传播，在空气中含病毒飞沫微粒的运动取决于空气分子的不平衡碰撞，所以含病毒飞沫微粒所做的无规则运动属于___________运动；空气分子间作用力F与分子间距离r的关系如图所示，r=r0时，F=0。相距较远的两个分子距离减小到r0的过程中，分子势能___________（填“先减小后增大”、“先增大后减少”、“一直增大”或“一直减少”）。

3．（2022·广东·统考模拟预测）一定质量的理想气体，从状态A开始经历AB、BC、CA三个过程又回到状态A，气体的密度、压强p的关系图像如图所示，AB的反向延长线经过坐标原点O，BC、AC分别与纵轴、横轴平行，则气体从状态A到状态B温度______（填“升高”“降低”“不变”），从状态B到状态C______热（填“吸”“放”）。

4．（2022·广东茂名·统考二模）如图为简易测温装置，玻璃管中一小段水银封闭了烧瓶内一定质量的气体，当外界温度升高时，瓶内气体的密度_____________（选填“不变”“增大”或“减小”），瓶内气体分子的平均动能________（选填“增大”或“减小”）。

5．（2022·广东茂名·统考模拟预测）某同学用如图所示的喷壶对教室进行消毒。闭合阀门K，向下压压杆A可向瓶内储气室充气，多次充气后按下按柄B打开阀门K，消毒液会自动经导管从喷嘴处喷出。充气和喷液过程中温度保持不变，则充气过程中，储气室内所有气体的内能__________（填“增大”、“减小”或“不变”）；喷液过程中，储气室内气体___________（填“吸收”或“放出”）热量，所有气体均可看成理想气体。

6．（2022·广东茂名·统考一模）盛有氧气的钢瓶，从的室内搬到的工地上，两状态下钢瓶内氧气分子热运动速率统计分布图像如图所示，则此过程中瓶内氧气的内能______（填“增大”、“不变”或“减小”），图中_____。

7．（2022·广东茂名·统考二模）如图，一细束白光通过玻璃三棱镜折射后分为各种单色光，取其中a、b、c三种色光，则a、b、c三色光在玻璃三棱镜中传播，__________（选填“a”“b”或“c”）光速度最大。若这三种色光在三棱镜发生全反射，___________（选填“a”“b”或“c”）光的临界角最小。

8．（2022·广东茂名·二模）利用图（a）所示的装置（示意图），观察蓝光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图（b）中甲和乙两种图样。则甲应是______（选填“干涉”或“衍射”）图样。若将蓝光换成红光，干涉图样中相邻两个亮条纹的中心间距______（选填“变长”“变短”或“不变”）。

二、实验题

9．（2022·广东茂名·统考模拟预测）把熔化了的蜂蜡薄薄地涂在云母片上，用烧热的缝衣针针尖接触云母片，观察到蜂蜡熔化的区域如图甲阴影部分所示，由此可以说明云母为___________（选填“晶体”、“非晶体”、“无法确定”）；把云母片换成玻璃片，重复实验，请在图乙中定性画出蜂蜡熔化区域边界___________。（黑点为针尖位置，已知玻璃在导热性能上表现为各向同性）

三、解答题

10．（2021·广东茂名·统考二模）我国“深海勇士”号载人潜水器在南海完成深海下潜试验任务，某小组设计了一个可测定下潜深度的深度计，如图所示，两汽缸Ⅰ、Ⅱ内径相同，长度均为L，内部各装有一个活塞，活塞密封性良好且无摩擦。在汽缸Ⅰ内通过活塞封有153个大气压的气体，Ⅱ内通过活塞封有398个大气压的气体，在汽缸右端开口处和正中央各有一个体积不计的卡环，在卡环的左侧各有一个厚度不计的活塞A、B，活塞A、B只可以向左移动，活塞密封良好且与汽缸之间无摩擦。当该装置水平放入水下达到一定深度后，水对活塞A产生挤压使之向左移动，通过活塞A向左移动的距离可以测出下潜深度。已知1标准大气压为，海水的密度，取，不计海水密度随海水深度的变化，两部分气体均视为理想气体且温度始终保持不变。求：

（1）当活塞A向左移动的距离为时，下潜的深度；

（2）该深度计能测量的最大下潜深度。

11．（2021·广东茂名·统考二模）气压式保温瓶具有方便安全的特点。气压式保温瓶的结构如图所示。瓶盖下有一体积为V0气室，瓶内装水，只需要按压瓶盖，就能往瓶内注入更多的空气，将水从瓶内压出。假设保温瓶的容积为V，开始时瓶内气体压强和大气压相同，出水管口到瓶内水面的高度为h，水的密度为，外界大气压为p0，忽略出水管的体积，温度不变，若按压3次就能出水，求瓶内水的体积和瓶的容积的比值？

12．（2022·广东·统考模拟预测）如图甲所示，一支粗细均匀的玻璃管开口向下竖直放置，一段长度为的理想气体被长度为的水银柱封闭在玻璃管内，水银柱的下端面正好在管口，气体的温度为；缓慢地旋转玻璃管并缓慢改变气体温度（水银不外漏），让其开口向上竖直放置，如图乙所示，稳定时水银柱的上端面与管口的距离为，气体的温度为；向玻璃管内缓慢的添加长度为的水银，稳定时水银柱的端面正好在管口，如图丙所示，气体的温度恢复为，已知大气压强，求：

（1）玻璃管开口向下时，玻璃管内水银柱的高度；

（2）玻璃管开口向上时，向玻璃管内缓慢添加的水银长度。

13．（2022·广东·模拟预测）可视为质点的鱼在进食时经常会吐泡泡，可通过泡泡的大小判断出鱼的位置。假设鱼在水面下某深度处吐出一个泡泡，泡泡的体积V1=4cm3，此处水的热力学温度T1=285K，当泡泡缓慢上升至水面时，泡泡的体积V2=5cm3，已知水面的热力学温度T2=300K，大气压强恒为p0=1×105Pa，水的密度=1×103kg/m3，取重力加速度大小g=10m/s2，泡泡内的气体视为理想气体。求鱼到水面的距离h。

14．（2022·广东茂名·统考模拟预测）如图所示，左端开口的足够长的U形管，右端通过一段带阀门K的细导管与一足够高的导热汽缸相连，汽缸上方有一可自由上下移动的轻质活塞，汽缸与U形管粗细相同。整个装置竖直放置，开启阀门K后，向U形管左端缓慢注入水银直至右管空气完全被排出时，停止水银注入并关闭阀门K。此时，U形管左右液面等高，汽缸内封闭的理想气体柱长为、压强为。不计细导管体积，环境温度保持不变。缓慢向下推动汽缸活塞直至缸内气体柱长度为时，固定活塞并开启阀门K，求稳定时U形管左右两水银液面的高度差。

15．（2022·广东茂名·统考二模）压力锅（也称高压锅）是一种常见的厨房锅具，其工作原理是通过增大气压来提升液体沸点，以达到加快烹煮食物效率的目的。如图为某燃气压力锅的结构简图，某厨师将食材放进锅内后合上密封锅盖，并将压力阀套于出气孔后开始加热烹煮。已知锅内的总容积为V0，食材占锅内总容积的，加热前锅内温度为T0，大气压强为p0。忽略加热过程水蒸气和食材（包括水）导致的气体体积变化，气体可视为理想气体。

（1）当加热至锅内温度为2T0时，压力阀刚要被顶起而发出嘶响声，求此时锅内气压的大小；

（2）为控制火候，该厨师在听到压力阀嘶响声时立即熄火并把压力阀提起放气，求最终放气结束随即打开锅盖时，锅内剩下的气体和原来气体的质量之比。（假设排气过程气体温度不变）

16．（2021·广东茂名·统考二模）如图所示，ABC是截面为直角三角形的玻璃砖，，，BC边长为L，一束单色光平行于AB照射到AC面上的D点，折射光线照射到AB面上的E点，在AB面上的反射光线照射到BC面的中点F，EF与AC平行，光在真空中的传播速度为c。

①求玻璃砖对光的折射率并判断光在AB面上是否会发生全反射；

②光从D点传播到F点所用的时间。

17．（2021·广东茂名·统考二模）如图所示，一细光束照射到圆形玻璃砖上A点，经折射后折射光线刚好照到玻璃砖底边的右端C点，入射光线与BC平行，入射角为60°，圆的半径为R，光在真空中的传播速度为c，求：

（1）玻璃砖的折射率；

（2）光从A传播到C所用时间。

18．（2022·广东·统考模拟预测）某种透明介质的截面图如图所示，已知∠B=120°、∠C=15°、边长AB=2L，某种颜色的细光束从AB边的中点D垂直AB边射入介质，光线正好在AC边发生全反射，反射光线射到BC边上的F点，光在空气中的传播速度为c，求：

（1）此介质对此种颜色光的折射率；

（2）光从D点到F点传播的时间。

19．（2022·广东茂名·统考一模）如图所示，由某种透明物质制成的直角三棱镜，，长为，且在外表面镀有水银，一束与面成角的光线从边的中点D射入棱镜，已知棱镜对该光的折射率，求光线从面射出棱镜的位置与C点的距离。

20．（2022·广东茂名·模拟预测）如图，圆心为O、半径为R的扇形玻璃砖置于水平桌面上，一光线垂直于界面射到AO上D点，光线在砖内第一次射到圆弧面上时恰好发生全反射。已知，，真空中的光速为c。求：

（1）光线第一次从砖内射出时的折射角；

（2）光线第一次从砖内射出前在砖内传播的时间。

21．（2022·广东茂名·统考模拟预测）由某种匀质透明材料制成的工件，其横截面如图所示，右侧是半径为R的圆，O为圆心：左侧是长OB=2R，宽OD=R的长方形。现有一束与BC边平行的红色光线，从工件的E点射入，∠COE =60°。该透明材料对红色光的折射率为，光在真空中传播的速度为c。

(1)光线第一次到达BC边是否会发生全反射？说明理由；

(2)不考虑多次反射，求从AB边射出的光线在工件内传播的时间。

22．（2022·广东茂名·模拟预测）如图所示，为透明柱状介质的横截面，其中，一束单色光从的中点垂直边入射，经边反射后的反射光线从边上的点（图中未画出）射出，其出射光线与边成。已知边的长度为，光在真空中的传播速度为，求：

(1)该透明介质的折射率；

(2)该单色光在透明介质中的传播时间。

23．（2022·广东茂名·统考模拟预测）如图所示，真空有一个下表面镀反射膜的平行玻璃砖，其折射率，一束单色光与界面成角斜射到玻璃砖表面上，最后在玻璃砖的右侧竖直平面光屏上出现两个光点A和B，A和B相距h=4.0cm．已知光在真空中的传播速度．

（1）画出光路图；

（2）求玻璃砖的厚度．

参考答案：

1．     吸收     增加

【详解】[1]从a到b气体的体积不变，外界对气体做功为零；压强增大，根据，气体的温度升高，内能增加，根据热力学第一定律，气体从外界吸收热量；

[2]在过程ca中气体的体积减小，则气体分子的密度增大，单位时间内碰撞器壁单位面积的分子数增加。

2．     布朗运动     一直减少

【详解】[1]由于空气分子的不平衡碰撞造成的运动是布朗运动。

[2]分子间距离大于平衡距离r0时，分子间的作用力表现为引力，两个相距较远的分子距离减小到r0的过程中分子力一直做正功，根据分子力做功和分子势能间的关系可知，分子势能减小。

3．     不变     吸

【详解】[1]根据

可知

则气体从状态A到状态B温度不变。

[2]从状态B到状态C，气体密度减小，则体积变大，对外做功；压强不变，则温度升高，内能变大，则气体吸热。

4．     减小     增大

【详解】[1][2]当外界温度升高时，瓶内气体体积增大，质量不变，瓶内气体的密度减小；由于热传递，瓶内气体温度升高，瓶内气体分子的平均动能增大。

5．     增大     吸收

【详解】[1]气体内能由温度和气体分子数密度决定，气体温度不变，充气过程中，储气室内气体质量增大，气体分子数增多，故气体内能增大；

[2]喷液过程中，气体膨胀，气体对外做功，即W<0，但气体内能不变，即，根据热力学第一定律

可知Q>0，则气体一定从外界吸收热量。

6．     减小     -13℃

【详解】[1]钢瓶温度降低，分子的平均动能减小，由于分子势能可以忽略不计，故瓶内氧气的内能减小；

[2]由图可知，t2对应的速率大的分子占比增大，说明t2对应的温度高，故t1对应温度为-13℃。

7．     c     a

【详解】[1]由图可知c光的折射率最小，根据

则c光速度最大；

[2]a光的折射率最大，由临界角

可得a光的临界角最小。

8．     衍射     变长

【分析】干涉条纹在光屏上观察到的图案是间距相等的条纹图象，而衍射条纹中，中间的亮纹的宽度最大。

【详解】[1]干涉图样的条纹宽度相等，衍射图样的条纹宽度不等、中央最宽。故甲应是衍射图样，乙是干涉图样。

[2]干涉图样中相邻两个亮条纹的中心间距与波长成正比，若将蓝光换成红光，则波长变长，因此条纹间距也变长。

9．     晶体    

【详解】[1]由图发现在云母片上蜂蜡熔化的区域为椭圆形，说明云母片受热不均匀，则说明云母是单晶体；

[2]玻璃是非晶体，具有各向同性，受热均匀，则蜂蜡熔化区域边界应该是圆形，如图所示

10．（1）；（2）

【详解】（1）当活塞A向左移动的距离为时，活塞B不动，取A内气体为研究对象，由玻意耳定律可得

解得

故Ⅱ中活塞未移动，又

解得

（2）当I内活塞到缸底时所测深度最大，设两部分气球压缩到压强p'

对I有

对II有

解得

11．

【详解】将瓶中原有的空气和压入瓶中的空气看成一整体，以此为研究对象，按压3次后瓶内气体的压强为

p=p0+ρgh

设瓶中气体的体积为V1，由玻意耳定律可得

p0（V1+3V0)=pV1

解得

瓶内水的体积

V剩=V-V1

解得

12．（1）16cm；（2）8cm

【详解】（1）如图甲所示状态时，根据平衡条件有

设玻璃管的横截面积为S，则有

如图乙所示状态时，根据平衡条件有

又

根据理想气体状态方程有

联立可得，玻璃管内水银柱的高度为

（2）如图丙所示状态时，根据平衡条件有

又

由题可知图甲所示状态气体温度等于图丙所示状态的气体温度，则根据玻意耳定律有

联立可得，玻璃管内缓慢添加的水银长度为

13．h=1.875m

【分析】本题考查气体实验定律，目的是考查学生的分析综合能力。

【详解】泡泡由水深h处到水面，根据理想气体状态方程有

又有

代入数据解得

h=1.875m

14．

【详解】由题意知，注入水银使U型管两边液面相平时汽缸内气体的压强等于大气压强，即

开启阀门K，汽缸内的气体进入U形管，设稳定后U形管右管内的气体柱长为h，则此时两边水银面高度差为，设此时缸内气体的压强为、汽缸底面积为S，由等温下的气体实验定律有

且有

联立以上各式可得

所以，稳定后U形管两边液面高度差为

15．（1）；（2）

【详解】（1）对于封闭气体，根据查理定律得

解得

（2）根据玻意耳定律

解得

放气之后剩余气体与原来气体质量之比为

解得

16．① ，会在E点发生全反射；②

【详解】①由于入射光线平行于AB，，根据几何关系，光线在D点的入射角，由于EF与AC平行，因此E为AB的中点，光线在E点的入射角为60°，根据几何关系，光线在D点的折射角，则玻璃砖对光的折射率  

由于

因此光线会在E点发生全反射。

②由几何关系可知，四边形DEFC为等腰梯形，因此

光在玻璃砖中传播速度

则光从D点传播到F点所用的时间

17．（1）；（2）

【详解】(1)由题知

入射角为i=60°，由几何关系可知，折射角r=30°，由折射定律知

(2)由几何关系可知，AC的长度L=2Rcos30°，光在玻璃中的传播速度

则光从A到C传播时间

18．（1）；（2）

【详解】（1）由题意可知，光线射到AC面上的入射角为45°，则临界角

C=45°

根据

可得折射率

（2）光在介质中的传播速度

连接BE，则BE垂直AC，且，在三角形BFE中由正弦定理可知

解得

则光从D点到F点传播的时间

19．

【详解】光路图如图

光线在D点发生折射时，由折射定律可知

可得

r=30°

由几何关系可知，光线在AB面的入射角等于30°，所以光线在AB面发生反射后，垂直AC面射出棱镜，射出点到C点的距离

20．（1）；（2）

【详解】（1）光路如图所示

光线在砖内E点恰好发生全反射，连接OE，有

解得

根据临界角公式

解得

光线接着射到砖内F点时的入射角仍为45°，再次发生全反射后射到界面OB上G点，

在G点的入射角为

由折射定律有

解得

（2）根据三角形

因为

故

光线在玻璃中传播的速度大小为

解得

21．(1)会发生全反射，理由见解析；(2)

【详解】(1)光线在点发生折射，由折射定律有

式中，为材料的折射率，可得，光线在点的折射角

由几何关系可知

故第一次到达面会发生全反射。          

(2)根据反射定律

，         

光线在工件内传播的速度为

根据几何关系光线在工件内从点进入到边射出，传播路程为

传播时间

得

22．(1)；(2)

【详解】(1)根据题意其单色光在透明介质中的传播路线如图所示

由几何关系得，角，角。由已知得角，则透明介质的折射率为

(2)由几何关系可得

单色光在该透明介质中的传播速度

所以单色光在该透明介质中的传播时间

代入数据可得

23．（1） （2）

【详解】（1）根据折射率公式，得，

作出光路图如图所示

（2）如图所示的光路，△CDE为等边三角形，四边形ABEC为等腰梯形，则：CE=AB=h，玻璃的厚度d就是边长h的等边三角形的高，故：