2020屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題沖刺 專題復(fù)習(xí)篇十 選考部分練習(xí)(含解析)

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1、選考部分 要點(diǎn)提煉 1.熱學(xué)基本概念和規(guī)律 (1)分子動理論與內(nèi)能 ①分子動理論 a.物體是由大量分子組成的:油膜法測分子直徑d=。 b.分子的熱運(yùn)動:分子永不停息的無規(guī)則運(yùn)動。證據(jù):擴(kuò)散現(xiàn)象、布朗運(yùn)動。 c.分子間存在相互作用力,如圖1所示。 ②溫度和溫標(biāo) a.熱平衡定律:如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡,那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡。 一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。 b.?dāng)z氏溫度t與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系:T=t+273.15 K ③內(nèi)能 a.分子動能 溫度是分子熱運(yùn)動平均動能的標(biāo)志。 b.分子勢能:如圖2所示 c.內(nèi)能:是對于物

2、體而言。物體中所有分子的熱運(yùn)動動能與分子勢能的總和,叫做物體的內(nèi)能。 (2)氣體狀態(tài)方程 ①玻意耳定律(等溫):p1V1=p2V2。 ②查理定律(等容):=。 ③蓋—呂薩克定律(等壓):=。 ④理想氣體狀態(tài)方程:=。 (3)固體、液體、液晶 ①固體 a.晶體 形狀規(guī)則,有固定熔點(diǎn)。 單晶體:各向異性的性質(zhì);多晶體:各向同性。 有的物質(zhì)在不同條件下能夠生成不同的晶體。那是因?yàn)榻M成它們的微粒能夠按照不同規(guī)則在空間分布。例如均由碳原子組成的石墨和金剛石。 b.非晶體 無確定幾何形狀,物理性質(zhì)各向同性,無固定熔點(diǎn)。 同種物質(zhì)也可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)。物質(zhì)是晶體

3、還是非晶體,并不是絕對的,是能夠相互轉(zhuǎn)化的,例如天然水晶和石英玻璃。 ②液體 a.表面張力:使液體表面積收縮到最小。 b.浸潤和不浸潤:是分子力作用的表現(xiàn)。一種液體是否浸潤某種固體,與這兩種物質(zhì)的性質(zhì)都有關(guān)系。如圖3所示。 水可以浸潤玻璃,但水不能浸潤蜂蠟和石蠟;水銀不浸潤玻璃,但水銀浸潤鉛。 c.毛細(xì)現(xiàn)象:浸潤液體在細(xì)管中上升的現(xiàn)象,以及不浸潤液體在細(xì)管中下降的現(xiàn)象。 d.液晶:具有液體的流動性;具有晶體的光學(xué)各向異性。 e.飽和汽與飽和氣壓 飽和汽:與液體處于動態(tài)平衡的蒸汽。 飽和氣壓:在一定溫度下,飽和汽的壓強(qiáng)。隨溫度而變。 絕對濕度:用空氣中所含水蒸氣的壓強(qiáng)p1

4、來表示。 相對濕度:空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)與同一溫度時水的飽和氣壓的比值。 相對濕度= (4)熱力學(xué)定律 ①熱力學(xué)第一定律:ΔU=Q+W。 ②熱力學(xué)第二定律 a.不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體,而不引起其他變化。 b.不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來對外做功,而不引起其他變化。 2.氣體壓強(qiáng)的幾種求法 (1)參考液片法:選取假想的液體薄片(自身重力不計(jì))為研究對象,分析液片兩側(cè)受力情況,建立平衡方程,消去面積,得到液片兩側(cè)壓強(qiáng)相等方程,求得氣體的壓強(qiáng)。 (2)力平衡法:選與氣體接觸的液柱(或活塞)為研究對象進(jìn)行受力分析,得到液柱(或活塞)的受力平衡方程,求得氣體的壓

5、強(qiáng)。 (3)等壓面法:在連通器中,同一種液體(中間不間斷)同一深度處壓強(qiáng)相等。 (4)牛頓第二定律法:求解加速運(yùn)動系統(tǒng)中封閉氣體壓強(qiáng),通常選與氣體接觸的液柱或活塞為研究對象,進(jìn)行受力分析,利用牛頓第二定律列方程求解。 3.機(jī)械振動與機(jī)械波的有關(guān)公式 (1)簡諧運(yùn)動的方程x=Acos(ωt+φ)。 (2)單擺周期公式T=2π。 (3)波長、波速和周期(或頻率)的關(guān)系式λ=vT=。 4.光的折射和全反射的有關(guān)公式 (1)n=(θ1、θ2分別為空氣到介質(zhì)時的入射角和折射角)。 (2)n=(c、v分別為光在真空、介質(zhì)中的速度)。 (3)臨界角公式:sinC=。 5.折射率與頻率(

6、或波長)的關(guān)系:在同一介質(zhì)中,不同頻率的光對應(yīng)的折射率不同,頻率越高,波長越短,對應(yīng)的折射率越大。 6.光的雙縫干涉間距:Δx=λ。 高考考向1 氣體實(shí)驗(yàn)定律的應(yīng)用 命題角度1 汽缸活塞類問題 例1 (2019·全國卷Ⅰ)熱等靜壓設(shè)備廣泛應(yīng)用于材料加工中。該設(shè)備工作時,先在室溫下把惰性氣體用壓縮機(jī)壓入到一個預(yù)抽真空的爐腔中,然后爐腔升溫,利用高溫高氣壓環(huán)境對放入爐腔中的材料加工處理,改善其性能。一臺熱等靜壓設(shè)備的爐腔中某次放入固體材料后剩余的容積為0.13 m3,爐腔抽真空后,在室溫下用壓縮機(jī)將10瓶氬氣壓入到爐腔中。已知每瓶氬氣的容積為3.2×10-2 m3,使用前瓶中氣體壓強(qiáng)為1

7、.5×107 Pa,使用后瓶中剩余氣體壓強(qiáng)為2.0×106 Pa;室溫溫度為27 ℃。氬氣可視為理想氣體。 (1)求壓入氬氣后爐腔中氣體在室溫下的壓強(qiáng); (2)將壓入氬氣后的爐腔加熱到1227 ℃,求此時爐腔中氣體的壓強(qiáng)。 解析 (1)設(shè)初始時每瓶氣體的體積為V0,壓強(qiáng)為p0;使用后氣瓶中剩余氣體的壓強(qiáng)為p1。假設(shè)體積為V0、壓強(qiáng)為p0的氣體壓強(qiáng)變?yōu)閜1時,其體積膨脹為V1。由玻意耳定律 p0V0=p1V1① 被壓入進(jìn)爐腔的氣體在室溫和p1條件下的體積為 V1′=V1-V0② 設(shè)10瓶氣體壓入完成后爐腔中氣體的壓強(qiáng)為p2,體積為V2。由玻意耳定律 p2V2=10p1V1′?、?

8、 聯(lián)立①②③式并代入題給數(shù)據(jù)得 p2=3.2×107 Pa④ (2)設(shè)加熱前爐腔的溫度為T0,加熱后爐腔溫度為T1,氣體壓強(qiáng)為p3,由查理定律 =⑤ 聯(lián)立④⑤式并代入題給數(shù)據(jù)得 p3=1.6×108 Pa⑥ 答案 (1)3.2×107 Pa (2)1.6×108 Pa (1)氣體問題中汽缸活塞類模型的處理思路 ①弄清題意,確定研究對象。一般地說,研究對象分為兩類:一類是熱學(xué)研究對象(一定質(zhì)量的理想氣體);另一類是力學(xué)研究對象(汽缸、活塞等)。 ②分析清楚題目所述的物理過程。對熱學(xué)研究對象分析清楚初、末狀態(tài)及狀態(tài)變化過程,依據(jù)氣體實(shí)驗(yàn)定律或理想氣體狀態(tài)方程=恒量,列出式子;

9、對力學(xué)研究對象要正確地進(jìn)行受力分析,依據(jù)力學(xué)規(guī)律列出方程。 ③注意挖掘題目中的隱含條件,如幾何關(guān)系等,列出輔助方程。 ④多個方程聯(lián)立求解。對求解的結(jié)果注意檢驗(yàn)它們的合理性。 (2)在“充氣、抽氣”模型中可以假設(shè)把充進(jìn)或抽出的氣體包含在氣體變化的始末狀態(tài)中,即用等效法把變質(zhì)量問題轉(zhuǎn)化為恒定質(zhì)量的問題。 ①充氣中的變質(zhì)量問題 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)∪萜骱涂诖鼉?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)量的問題轉(zhuǎn)化成質(zhì)量一定的問題了。 ②抽氣中的變質(zhì)量問題 用抽氣筒對容器抽氣的過程中,對每一次抽氣而言,

10、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氣體作為研究對象,這些氣體不管怎樣變化,其質(zhì)量總是不變的。 備課記錄:   1.(2019·全國卷Ⅱ)如圖,一容器由橫截面積分別為2S和S的兩個汽缸連通而成,容器平放在水平地面上,汽缸內(nèi)壁光滑。整個容器被通過剛性桿連接的兩活塞分隔成三部分,分別充有氫氣、空氣和氮?dú)?。平衡時,氮?dú)獾膲簭?qiáng)和體

11、積分別為p0和V0,氫氣的體積為2V0,空氣的壓強(qiáng)為p?,F(xiàn)緩慢地將中部的空氣全部抽出,抽氣過程中氫氣和氮?dú)獾臏囟缺3植蛔儯钊麤]有到達(dá)兩汽缸的連接處,求 (1)抽氣前氫氣的壓強(qiáng); (2)抽氣后氫氣的壓強(qiáng)和體積。 答案 (1)(p0+p) (2)p0+p  解析 (1)設(shè)抽氣前氫氣的壓強(qiáng)為p10,根據(jù)力的平衡條件得 p10·2S+p·S=p·2S+p0·S① 得p10=(p0+p)② (2)設(shè)抽氣后氫氣的壓強(qiáng)和體積分別為p1和V1,氮?dú)獾膲簭?qiáng)和體積分別為p2和V2。根據(jù)力的平衡條件有 p2·S=p1·2S③ 由玻意耳定律得 p1V1=p10·2V0④ p2V2=p0V0

12、⑤ 由于兩活塞用剛性桿連接,故 V1-2V0=2(V0-V2)⑥ 聯(lián)立②③④⑤⑥式解得 p1=p0+p V1=。 命題角度2 液柱類問題 例2 (2019·全國卷Ⅲ)如圖,一粗細(xì)均勻的細(xì)管開口向上豎直放置,管內(nèi)有一段高度為2.0 cm的水銀柱,水銀柱下密封了一定量的理想氣體,水銀柱上表面到管口的距離為2.0 cm。若將細(xì)管倒置,水銀柱下表面恰好位于管口處,且無水銀滴落,管內(nèi)氣體溫度與環(huán)境溫度相同。已知大氣壓強(qiáng)為76 cmHg,環(huán)境溫度為296 K。 (1)求細(xì)管的長度; (2)若在倒置前,緩慢加熱管內(nèi)被密封的氣體,直到水銀柱的上表面恰好與管口平齊為止,求此時密封氣體

13、的溫度。 解析 (1)設(shè)細(xì)管的長度為L,橫截面的面積為S,水銀柱高度為h;初始時,設(shè)水銀柱上表面到管口的距離為h1,被密封氣體的體積為V,壓強(qiáng)為p;細(xì)管倒置時,被密封氣體的體積為V1,壓強(qiáng)為p1。由玻意耳定律有 pV=p1V1① 由力的平衡條件有 pS=p0S+ρghS② p1S+ρghS=p0S③ 式中,ρ、g分別為水銀的密度和重力加速度的大小,p0為大氣壓強(qiáng)。由題意有 V=S(L-h(huán)1-h(huán))④ V1=S(L-h(huán))⑤ 由①②③④⑤式和題給數(shù)據(jù)得 L=41 cm⑥ (2)設(shè)氣體被加熱前后的溫度分別為T0和T,由蓋—呂薩克定律有=⑦ 由④⑤⑥⑦式和題給數(shù)據(jù)得T=312 K

14、。 答案 (1)41 cm (2)312 K 氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)定律問題的處理思路 備課記錄:     2. (2019·河南省八市三模)如圖所示,粗細(xì)均勻的U形管中,封閉了兩段水銀柱和兩部分空氣柱,水銀柱A的長度h1=25 cm,位于左側(cè)封閉端的頂部。水銀柱B與A之間的空氣柱長度L1=12.5 cm,右側(cè)被活塞C封閉的空氣柱長度

15、L2=12.5 cm,已知玻璃管周圍環(huán)境溫度t=27 ℃時,右側(cè)封閉空氣柱的壓強(qiáng)恰為p0=75 cmHg,水銀柱B左右兩部分液面的高度差h2=45 cm。保持環(huán)境溫度t=27 ℃不變,緩慢拉動活塞C,求: (1)當(dāng)水銀柱A恰好對U形管的頂部沒有壓力時,右側(cè)封閉氣體的壓強(qiáng)為多少? (2)當(dāng)U形管內(nèi)B部分的水銀面相平時,活塞C共向上移動多少? 答案 (1)65 cmHg (2)47.5 cm 解析 (1)左側(cè)氣體做等溫變化,有: p1SL1=p1′SL1′ p1=p0-ρgh2=30 cmHg,p1′=25 cmHg 解得:L1′=15 cm 故水銀柱B左右兩部分液面的高度差變

16、為 h2′=h2-2(L1′-L1)=40 cm 右側(cè)氣體壓強(qiáng)為 p2′=p1′+ρgh2′=65 cmHg。 (2)B部分的水銀面相平時,左側(cè)液面下降,右側(cè)液面上升 水銀柱A下降,左側(cè)氣體壓強(qiáng)仍為p1′=25 cmHg 此時左右兩側(cè)氣體壓強(qiáng)相等,即右側(cè)氣體壓強(qiáng)p″=25 cmHg 右側(cè)氣柱做等溫變化,有:p0SL2=p″SL2″ 解得:L2″=37.5 cm; 則活塞上升的高度h=L2″-L2+=47.5 cm。 高考考向2 氣體實(shí)驗(yàn)定律與圖象、熱力學(xué)第一定律綜合應(yīng)用 例3 (2019·全國卷Ⅱ)如p-V圖所示,1、2、3三個點(diǎn)代表某容器中一定量理想氣體的三個不同狀態(tài),

17、對應(yīng)的溫度分別是T1、T2、T3。用N1、N2、N3分別表示這三個狀態(tài)下氣體分子在單位時間內(nèi)撞擊容器壁上單位面積的平均次數(shù),則N1________N2,T1________T3,N2________N3。(填“大于”“小于”或“等于”) 解析 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有==,可知T1>T2,T2T2,所以狀態(tài)1時氣體分子熱運(yùn)動的平均動能大,熱運(yùn)動的平均速率大,體積相等,分子數(shù)密度相等,故分子在單位時間內(nèi)對單位面積容器壁的平均碰撞次數(shù)多,即N1>N2;對于狀態(tài)2、3,由于T2

18、撞擊力小,而壓強(qiáng)等于單位時間撞擊到器壁單位面積上的分子數(shù)N與單位時間每個分子對器壁的平均撞擊力的乘積,即p=N·,而p2′=p3′,2<3,則N2>N3。 答案 大于 等于 大于 近3年全國高考熱學(xué)部分對氣體實(shí)驗(yàn)定律與圖象、熱力學(xué)第一定律、分子動理論(氣體溫度、壓強(qiáng)的微觀意義)等的綜合考查比較多,也是一個難點(diǎn)。另外2019全國卷Ⅰ考過與密度相關(guān)的綜合問題,2017全國卷Ⅱ考過與密度、浮力相關(guān)的綜合問題。對于這類問題: (1)首先要熟練掌握理想氣體狀態(tài)方程和熱力學(xué)第一定律方程的運(yùn)用; (2)如果題目涉及圖象,要先弄清是p-V圖象、p-T圖象還是V-T圖象,并根據(jù)氣體狀態(tài)變化的圖線結(jié)合

19、理想氣體狀態(tài)方程分析第三個量的變化情況,然后結(jié)合熱力學(xué)第一定律分析吸放熱和內(nèi)能變化情況; (3)與氣體有關(guān)的分子動理論(包括氣體分子速率分布、氣體溫度和內(nèi)能、氣體壓強(qiáng))前幾年基本是考查對知識的簡單理解,2019年全國卷Ⅱ考查對這部分知識的理解運(yùn)用,難度較大。其中氣體壓強(qiáng)的微觀意義是個難點(diǎn),應(yīng)抓住教材,加深理解。由教材可知,氣體壓強(qiáng)的影響因素:①從氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原理角度:單位時間撞擊到容器壁單位面積上的分子數(shù)N,每個分子對容器壁的平均撞擊力;②從氣體微觀狀態(tài)量角度:氣體的分子數(shù)密度n,氣體分子平均動能k。注意N和n是不同的物理量(參見例題)。 備課記錄:

20、   3-1 (2019·全國卷Ⅰ)某容器中的空氣被光滑活塞封住,容器和活塞絕熱性能良好,空氣可視為理想氣體。初始時容器中空氣的溫度與外界相同,壓強(qiáng)大于外界?,F(xiàn)使活塞緩慢移動,直至容器中的空氣壓強(qiáng)與外界相同。此時,容器中空氣的溫度________(填“高于”“低于”或“等于”)外界溫度,容器中空氣的密度________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空氣的密度。 答案 低于 大于

21、 解析 活塞光滑,容器絕熱,容器內(nèi)空氣體積增大,對外做功,由ΔU=W+Q知,氣體內(nèi)能減少,溫度降低。 氣體的壓強(qiáng)與溫度和單位體積內(nèi)的分子數(shù)有關(guān),由于容器內(nèi)空氣的溫度低于外界溫度,但壓強(qiáng)相同,則容器中空氣的密度大于外界空氣的密度。 3-2 (2018·全國卷Ⅰ)(多選)如圖,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)歷過程①、②、③、④到達(dá)狀態(tài)e。對此氣體,下列說法正確的是(  ) A.過程①中氣體的壓強(qiáng)逐漸減小 B.過程②中氣體對外界做正功 C.過程④中氣體從外界吸收了熱量 D.狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等 E.狀態(tài)d的壓強(qiáng)比狀態(tài)b的壓強(qiáng)小 答案 BDE 解析 由理想氣體狀態(tài)方程=可知,

22、體積不變溫度升高即Tb>Ta,則pb>pa,即過程①中氣體的壓強(qiáng)逐漸增大,A錯誤;由于過程②中氣體體積增大,所以過程②中氣體對外做功,B正確;過程④中氣體體積不變,對外做功為零,溫度降低,內(nèi)能減小,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,過程④中氣體放出熱量,C錯誤;由于狀態(tài)c、d的溫度相等,根據(jù)理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān),可知狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等,D正確;由理想氣體狀態(tài)方程=C可得p=C,即T-V圖中的點(diǎn)與原點(diǎn)O的連線的斜率正比于該點(diǎn)的壓強(qiáng),故狀態(tài)d的壓強(qiáng)比狀態(tài)b的壓強(qiáng)小,E正確。 高考考向3 機(jī)械振動與機(jī)械波 例4 (2019·全國卷Ⅰ)(多選)一簡諧橫波沿x軸正方向傳播,在t=時刻,該波的波形圖如圖a所

23、示,P、Q是介質(zhì)中的兩個質(zhì)點(diǎn)。圖b表示介質(zhì)中某質(zhì)點(diǎn)的振動圖象。下列說法正確的是(  ) A.質(zhì)點(diǎn)Q的振動圖象與圖b相同 B.在t=0時刻,質(zhì)點(diǎn)P的速率比質(zhì)點(diǎn)Q的大 C.在t=0時刻,質(zhì)點(diǎn)P的加速度的大小比質(zhì)點(diǎn)Q的大 D.平衡位置在坐標(biāo)原點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)的振動圖象如圖b所示 E.在t=0時刻,質(zhì)點(diǎn)P與其平衡位置的距離比質(zhì)點(diǎn)Q的大 解析 t=時刻,質(zhì)點(diǎn)Q在平衡位置,向上振動,對應(yīng)的振動圖象與圖b不符,A錯誤;t=0時刻的波形圖如圖所示(圖a的波形圖左移半個波長即可得到),質(zhì)點(diǎn)P在最低點(diǎn),質(zhì)點(diǎn)Q在平衡位置,質(zhì)點(diǎn)Q的速率比質(zhì)點(diǎn)P的大,質(zhì)點(diǎn)P的加速度大小比質(zhì)點(diǎn)Q的大,質(zhì)點(diǎn)P此時所在位置與其平衡位

24、置的距離為振幅,質(zhì)點(diǎn)Q在平衡位置,與其平衡位置的距離為0,故B錯誤,C、E正確;t=時刻,平衡位置在坐標(biāo)原點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過平衡位置向下振動,對應(yīng)的振動圖象與圖b吻合,D正確。 答案 CDE (1)振動與波兩種圖象綜合問題的處理思路 ①定位:依據(jù)已知條件明確波的圖象對應(yīng)的時刻,依據(jù)質(zhì)點(diǎn)振動圖象找出該時刻質(zhì)點(diǎn)振動的位移及振動方向。再根據(jù)此位移及振動方向,在波的圖象中找出該質(zhì)點(diǎn),則所有問題將解決。 ②定時:依據(jù)已知條件找到波的圖象中對應(yīng)的質(zhì)點(diǎn),讀出該質(zhì)點(diǎn)的位移并判斷其振動方向,依據(jù)位移在振動圖象中確定該質(zhì)點(diǎn)處在此位移對應(yīng)的時刻。 (2)巧解波動圖象與振動圖象綜合問題的基本方法 求解波

25、動圖象與振動圖象綜合類問題可采用“一分、一看、二找”的方法: 備課記錄:   4-1 (2019·全國卷Ⅱ) 如圖,長為l的細(xì)繩下方懸掛一小球a,繩的另一端固定在天花板上O點(diǎn)處,在O點(diǎn)正下方l的O′處有一固定細(xì)鐵釘。將小球向右拉開,使細(xì)繩與豎直方向成一小角度(約為2°)后由靜止釋放,并從釋放時開始計(jì)時。當(dāng)小球a擺至最低位置時,細(xì)繩會受到鐵釘?shù)淖?/p>

26、擋。設(shè)小球相對于其平衡位置的水平位移為x,向右為正。下列圖象中,能描述小球在開始一個周期內(nèi)的x-t關(guān)系的是(  ) 答案 A 解析 擺長為l時單擺的周期T1=2π,振幅A1=lα(α為擺角),擺長為l時單擺的周期T2=2π =π=,振幅A2=lβ(β為擺角)。根據(jù)機(jī)械能守恒定律得mgl(1-cosα)=mg(1-cosβ),利用cosα=1-2sin2,cosβ=1-2sin2,以及sin≈tan≈,sin≈tan≈,解得β=2α,故A2=A1,故A正確。 4-2 (2019·天津高考)(多選)一列簡諧橫波沿x軸傳播,已知x軸上x1=1 m和x2=7 m處質(zhì)點(diǎn)的振動圖象分別如圖1

27、、圖2所示,則此列波的傳播速率可能是(  ) A.7 m/s B.2 m/s C.1.2 m/s D.1 m/s 答案 BC 解析 由振動圖象可知周期T=4 s,零時刻x1處質(zhì)點(diǎn)在平衡位置且向下振動,而x2處質(zhì)點(diǎn)在正的最大位移處。①若波沿x軸正方向傳播,其波形如圖甲所示,x2處質(zhì)點(diǎn)的平衡位置可能在A1或A2或A3…… 則有:x2-x1=λ(n=0、1、2…), 得波速v=== m/s(n=0、1、2…), 當(dāng)n=0時,v=6 m/s,當(dāng)n=1時,v=1.2 m/s,當(dāng)n=2時,v= m/s,C正確。 ②若波沿x軸負(fù)方向傳播,其波形如圖乙所示,x2處質(zhì)點(diǎn)的平衡位置

28、可能在A1或A2或A3…… 則有x2-x1=λ(n=0、1、2…), 得波速v=== m/s(n=0、1、2…), 當(dāng)n=0時,v=2 m/s,當(dāng)n=1時,v≈0.86 m/s,B正確。 高考考向4 光的折射與全反射 例5 (2019·全國卷Ⅲ)如圖,直角三角形ABC為一棱鏡的橫截面,∠A=90°,∠B=30°。一束光線平行于底邊BC射到AB邊上并進(jìn)入棱鏡,然后垂直于AC邊射出。 (1)求棱鏡的折射率; (2)保持AB邊上的入射點(diǎn)不變,逐漸減小入射角,直到BC邊上恰好有光線射出。求此時AB邊上入射角的正弦。 解析 (1)光路圖及相關(guān)量如圖所示。 光束在AB邊上折射

29、,由折射定律得 =n① 式中n是棱鏡的折射率。由幾何關(guān)系可知 α+β=60°② 由幾何關(guān)系和反射定律得 β=β′=∠B③ 聯(lián)立①②③式,并代入i=60°得 n=④ (2)設(shè)改變后的入射角為i′,折射角為α′,由折射定律得 =n⑤ 依題意,光束在BC邊上的入射角為全反射的臨界角θc,且sinθc=⑥ 由幾何關(guān)系得θc=α′+30°⑦ 由④⑤⑥⑦式得此時AB邊上入射角的正弦為 sini′=。 答案 (1) (2) 光的折射和全反射題型的分析思路 (1)確定要研究的光線,有時需根據(jù)題意,分析、尋找臨界光線為研究對象。 (2)找入射點(diǎn),確認(rèn)界面,并畫出法線。 (3

30、)明確兩介質(zhì)折射率的大小關(guān)系。 ①若光疏→光密:定有反射、折射光線。 ②若光密→光疏:如果入射角大于或等于臨界角,一定發(fā)生全反射。 (4)根據(jù)反射定律、折射定律列出關(guān)系式,結(jié)合幾何關(guān)系,聯(lián)立求解。充分考慮三角形、圓的特點(diǎn),運(yùn)用幾何圖形中的邊角關(guān)系、三角函數(shù)、相似形、全等形等,仔細(xì)分析光傳播過程中的幾何關(guān)系。 備課記錄:   5-1 (2019

31、·江蘇高考)如圖所示,某L形透明材料的折射率n=2?,F(xiàn)沿AB方向切去一角,AB與水平方向的夾角為θ。為使水平方向的光線射到AB面時不會射入空氣,求θ的最大值。 答案 60° 解析 光線射到AB面時不射入空氣中,則在AB面發(fā)生全反射。當(dāng)恰好發(fā)生全反射時,入射角為臨界角C,此時θ最大,sinC=,由幾何關(guān)系得C+θm=90°,解得θm=60°。 5-2 (2019·全國卷Ⅰ)如圖,一艘帆船靜止在湖面上,帆船的豎直桅桿頂端高出水面3 m。距水面4 m的湖底P點(diǎn)發(fā)出的激光束,從水面出射后恰好照射到桅桿頂端,該出射光束與豎直方向的夾角為53°(取sin53°=0.8)。已知水的折射率為。

32、 (1)求桅桿到P點(diǎn)的水平距離; (2)船向左行駛一段距離后停止,調(diào)整由P點(diǎn)發(fā)出的激光束方向,當(dāng)其與豎直方向夾角為45°時,從水面射出后仍照射在桅桿頂端,求船行駛的距離。 答案 (1)7 m (2)5.5 m 解析 (1)設(shè)光束從水面射出的點(diǎn)到桅桿的水平距離為x1,到P點(diǎn)的水平距離為x2;桅桿高度為h1,P點(diǎn)處水深為h2;激光束在水中與豎直方向的夾角為θ。由幾何關(guān)系有 =tan53°① =tanθ② 由折射定律有 sin53°=nsinθ③ 設(shè)桅桿到P點(diǎn)的水平距離為x,則 x=x1+x2④ 聯(lián)立①②③④式并代入題給數(shù)據(jù)得 x=7 m⑤ (2)設(shè)激光束在水中與豎直方向的夾

33、角為45°時,從水面出射的方向與豎直方向夾角為i′,由折射定律有 sini′=nsin45°⑥ 設(shè)船向左行駛的距離為x′,此時光束從水面射出的點(diǎn)到桅桿的水平距離為x1′,到P點(diǎn)的水平距離為x2′,則 x1′+x2′=x′+x⑦ =tani′⑧ =tan45°⑨ 聯(lián)立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入題給數(shù)據(jù)得 x′=(6-3) m≈5.5 m。 閱卷現(xiàn)場 液面移動分析出錯 例6 (2018·全國卷Ⅲ) (10分)在兩端封閉、粗細(xì)均勻的U形細(xì)玻璃管內(nèi)有一段水銀柱,水銀柱的兩端各封閉有一段空氣。當(dāng)U形管兩端豎直朝上時,左、右兩邊空氣柱的長度分別為l1=18.0 cm和l2=12.0 cm,左邊氣

34、體的壓強(qiáng)為12.0 cmHg?,F(xiàn)將U形管緩慢平放在水平桌面上,沒有氣體從管的一邊通過水銀逸入另一邊。求U形管平放時兩邊空氣柱的長度。在整個過程中,氣體溫度不變。 正解 設(shè)U形管兩端豎直朝上時,左、右兩邊氣體的壓強(qiáng)分別為p1和p2。U形管水平放置時,兩邊氣體壓強(qiáng)相等,設(shè)為p,原左、右兩邊氣體長度分別變?yōu)閘1′和l2′。由力的平衡條件有 p1=p2+ρg(l1-l2)①(2分) 式中ρ為水銀密度,g為重力加速度大小。 由玻意耳定律有 p1l1=pl1′②(2分) p2l2=pl2′③(2分) l1′-l1=l2-l2′④(2分) 由①②③④式和題給條件得 l1′=22.5 c

35、m;l2′=7.5 cm。(2分) 答案 22.5 cm 7.5 cm 錯解 設(shè)U形管兩端豎直朝上時,左、右兩邊氣體的壓強(qiáng)分別為p1和p2。U形管水平放置時,兩邊氣體壓強(qiáng)相等,設(shè)為p,原左、右兩邊氣體長度分別變?yōu)閘1′和l2′。由力的平衡條件有 p1=p2+ρg(l1-l2)①(2分) 式中ρ為水銀密度,g為重力加速度大小。 由玻意耳定律有 p1l1=pl1′②(2分) p2l2=pl2′③(2分) l1′-l1=l2′-l2④(扣2分) 由①②③④式和題給條件得l1′=9 cm,l2′=3 cm。(扣2分) 答案 9 cm 3 cm 涉及玻璃管內(nèi)液柱移動的問題,需要

36、特別注意:(1)兩邊玻璃管的橫截面積是否相同;(2)兩邊液面同時移動。兩邊液面上升或下降的距離根據(jù)液體總體積不變求得,一邊液面上升的體積等于另一邊液面下降的體積(兩邊橫截面積相同時,上升高度與下降高度相同),分析液面高度差的變化時,一定要同時關(guān)注兩個液面,切不可只考慮一個液面的變化而忽略另一液面的變化。本題的錯誤,是僅考慮到兩液面高度的變化量大小相同,而沒有考慮到兩液面一邊是升高的另一邊是下降的,沒有緊扣液體體積不變這個關(guān)鍵點(diǎn)。 專題作業(yè) 1.(2019·四川宜賓二診)(多選)圖甲為一列簡諧橫波在t=0 s時刻的波形圖,P是平衡位置為x=1 m處的質(zhì)點(diǎn),Q是平衡位置為x=4 m處的質(zhì)點(diǎn),圖

37、乙為質(zhì)點(diǎn)Q的振動圖象,則下列說法正確的是(  ) A.該波的周期是0.10 s B.該波的傳播速度是40 m/s C.該波沿x軸的正方向傳播 D.t=0.10 s時,質(zhì)點(diǎn)Q的速度方向向下 E.從t=0 s到t=0.15 s,質(zhì)點(diǎn)P通過的路程為30 cm 答案 BCD 解析 由圖甲得到該波的波長為λ=8 m,由圖乙得到該波的周期為T=0.20 s,故波速為:v==40 m/s,A錯誤,B正確;t=0時Q向上振動,故波沿x軸正方向傳播,C正確;t=0.10 s時Q點(diǎn)處在平衡位置上,且向下振動,D正確;從t=0 s到t=0.15 s,經(jīng)歷時間Δt=0.15 s=T,由于t=0 s時

38、刻質(zhì)點(diǎn)P不在平衡位置和最大位移處,所以通過的路程不是3A=30 cm,E錯誤。 2. (2019·山東聊城一模)(多選)兩列機(jī)械波在同一介質(zhì)中沿相同方向傳播,某時刻的波形如圖所示,此時a波上某質(zhì)點(diǎn)P的運(yùn)動方向沿y軸負(fù)方向,則下列說法正確的是(  ) A.兩列波具有相同的波速 B.此時b波上的質(zhì)點(diǎn)Q沿y軸正方向運(yùn)動 C.一個周期內(nèi),Q質(zhì)點(diǎn)沿x軸前進(jìn)的距離是P質(zhì)點(diǎn)的1.5倍 D.在P質(zhì)點(diǎn)完成30次全振動的時間內(nèi)Q質(zhì)點(diǎn)可完成20次全振動 E.a(chǎn)波和b波在空間相遇處會產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣 答案 ABD 解析 機(jī)械波在同一介質(zhì)中的傳播速度相同,故A正確;由P點(diǎn)向下振動可判斷a波的傳播方

39、向沿x軸負(fù)方向,a、b兩波的傳播方向一致,因此b波向x軸負(fù)方向傳播,Q點(diǎn)向上振動,故B正確;機(jī)械波在傳播時質(zhì)點(diǎn)上下振動,不隨波運(yùn)動,C錯誤;由圖象可知=,T=,又波速相同,聯(lián)立可得=,Q全振動的次數(shù)nb=×30=20,因此D正確;a、b波的周期不同,頻率就不同,因此不會發(fā)生穩(wěn)定干涉,E錯誤。 3.(2019·全國卷Ⅲ)(多選)水槽中,與水面接觸的兩根相同細(xì)桿固定在同一個振動片上。振動片做簡諧振動時,兩根細(xì)桿周期性觸動水面形成兩個波源。兩波源發(fā)出的波在水面上相遇,在重疊區(qū)域發(fā)生干涉并形成了干涉圖樣。關(guān)于兩列波重疊區(qū)域內(nèi)水面上振動的質(zhì)點(diǎn),下列說法正確的是(  ) A.不同質(zhì)點(diǎn)的振幅都相同 B

40、.不同質(zhì)點(diǎn)振動的頻率都相同 C.不同質(zhì)點(diǎn)振動的相位都相同 D.不同質(zhì)點(diǎn)振動的周期都與振動片的周期相同 E.同一質(zhì)點(diǎn)處,兩列波的相位差不隨時間變化 答案 BDE 解析 兩列波相遇疊加產(chǎn)生干涉,一些質(zhì)點(diǎn)的振動加強(qiáng),一些質(zhì)點(diǎn)的振動減弱,即振幅不同,A錯誤;各質(zhì)點(diǎn)的振動頻率、周期都與振動片相同,B、D正確;不同質(zhì)點(diǎn)振動的相位不同(不是同時到達(dá)正的最大位移處),C錯誤;兩列波頻率相同,在同一質(zhì)點(diǎn)處的相位差恒定,E正確。 4.(2019·遼寧卓越名校聯(lián)盟二模)(多選)用雙縫干涉測光的波長的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,其中光源為白熾燈泡,調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置使光屏上能觀察到清晰的干涉條紋。關(guān)于該實(shí)驗(yàn),下列說法正確

41、的是(  ) A.取下濾光片,光屏上將出現(xiàn)彩色的干涉條紋 B.若單縫向右平移一小段距離,光屏上相鄰兩條亮紋中心的距離增大 C.若將雙縫間的距離d增大,光屏上相鄰兩條暗紋中心的距離減小 D.若將濾光片由紅色換成綠色,光屏上相鄰兩條暗紋中心的距離減小 E.測出n條亮條紋間的距離a,則相鄰兩條亮條紋的間距為Δx= 答案 ACD 解析 取下濾光片,不同色光的干涉圖樣疊加,在光屏上將出現(xiàn)彩色的干涉條紋,故A正確;若單縫向右平移一小段距離,由于雙縫到光屏的距離不變,則光屏上相鄰兩條亮紋中心的距離不變,故B錯誤;根據(jù)Δx=λ知,將雙縫的距離d增大,則光屏上相鄰兩條暗紋中心的距離減小,故C正

42、確;若將濾光片由紅色換成綠色,色光的波長減小,根據(jù)Δx=λ知,光屏上相鄰兩條暗紋中心的距離減小,故D正確;測出n條亮條紋間的距離a,則相鄰兩條亮條紋的間距為Δx=,故E錯誤。 5. (2019·山東青島二模)(多選)如圖,光源S從水下向空氣中射出一束由紅光、黃光和藍(lán)光組成的復(fù)色光,在水面上的P點(diǎn)分裂成a、b、c三束單色光,下列說法正確的是(  ) A.c光為紅色光 B.在水中傳播時a光速度最大,c光波長最小 C.逐漸增大入射角,c光最先發(fā)生全反射 D.b光比a光更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 E.a(chǎn)、b、c三種色光分別用同一雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置發(fā)生干涉,a光相鄰亮條紋間距最大 答案 B

43、CE 解析 由圖中a、b、c光線的偏折角大小可知navb>vc,而光在水中的波長λ=,結(jié)合faλb>λc,B正確;由sinC=及naλ0b>λ0c,所以a光比b光更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,故D錯誤;由公式Δx=λ可知,波長越長的,間距越大,所以a光相鄰亮條紋間距最大,故E正確。 6. (2020·廣東省肇慶市高中畢業(yè)班統(tǒng)考)(多選)如圖

44、所示,在一定質(zhì)量的理想氣體的壓強(qiáng)隨體積變化的p-V圖象中,氣體先后經(jīng)歷了ab、bc、cd、da四個過程,其中ab垂直于cd,ab垂直于V軸且與p軸平行,bc、da是兩條等溫線。下列判斷正確的是(  ) A.氣體在狀態(tài)a時的溫度低于在狀態(tài)c時的溫度 B.從a→b的過程,氣體分子密集程度不變,分子平均動能增加 C.從a→b→c的過程,氣體密度不斷減小,溫度先升高后不變 D.從c→d的過程,氣體放出的熱量大于外界對氣體做的功 E.從a→b→c→d的過程,設(shè)氣體對外做功為W1,外界對氣體做功為W2,氣體吸熱為Q1,放熱為Q2,則W1-W2

45、狀態(tài)方程可得:=,所以有=,即氣體在狀態(tài)a時的溫度低于在狀態(tài)c時的溫度,所以A正確;從a→b的過程,體積不變,壓強(qiáng)升高,故溫度升高,所以氣體分子密集程度不變,分子平均動能增加,所以B正確;從a→b→c的過程,從a→b階段的體積不變,溫度升高,從b→c的階段體積再增大,溫度不變,所以C錯誤;從c→d的過程,壓強(qiáng)不變,體積減小,溫度降低,故內(nèi)能減小,外界對氣體做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得氣體放出的熱量大于外界對氣體做的功,所以D正確;從a→b→c→d的過程,始末溫度不變,內(nèi)能沒有變化,根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU=W2-W1+Q1-Q2=0,即W1-W2=Q1-Q2,所以E錯誤。 7. (2020·

46、河南天一高三第一次聯(lián)考)如圖所示,一質(zhì)點(diǎn)在AB之間做簡諧運(yùn)動,C為平衡位置,E、F分別為AC和CB之間的點(diǎn),且EC和CF的距離相等。質(zhì)點(diǎn)從E點(diǎn)向右運(yùn)動經(jīng)過時間t1第一次經(jīng)過F點(diǎn),再經(jīng)過時間t2第4次經(jīng)過F點(diǎn),則該質(zhì)點(diǎn)的振動周期為________。若此簡諧運(yùn)動分別在空氣和水中進(jìn)行,則形成的兩列波的波長________(填“相同”“不相同”或“不能確定”)。 答案  不相同 解析 設(shè)質(zhì)點(diǎn)的振動周期為T,根據(jù)對稱性可知質(zhì)點(diǎn)從C點(diǎn)第一次運(yùn)動到F點(diǎn)的時間為t1,從F點(diǎn)第一次運(yùn)動到B點(diǎn)的時間為(t2-T),則質(zhì)點(diǎn)的振動周期T=4,聯(lián)立解得T=。簡諧運(yùn)動在空氣和水中的傳播速度v不同,而周期相同,根據(jù)

47、波長λ=vT可知波長不相同。 8.(2019·全國卷Ⅱ)某同學(xué)利用圖示裝置測量某種單色光的波長。實(shí)驗(yàn)時,接通電源使光源正常發(fā)光;調(diào)整光路,使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋?;卮鹣铝袉栴}: (1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù),該同學(xué)可________。 A.將單縫向雙縫靠近 B.將屏向靠近雙縫的方向移動 C.將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動 D.使用間距更小的雙縫 (2)若雙縫的間距為d,屏與雙縫間的距離為l,測得第1條暗條紋到第n條暗條紋之間的距離為Δx,則單色光的波長λ=________。 (3)某次測量時,選用的雙縫的間距為0.300 mm,測得屏與雙縫間的距離為1.20 m

48、,第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56 mm。則所測單色光的波長為________ nm(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。 答案 (1)B (2) (3)630 解析 (1)相鄰明(暗)干涉條紋的間距Δx=λ,要增加觀察到的條紋個數(shù),即減小Δx,需增大d或減小l,因此應(yīng)將屏向靠近雙縫的方向移動,或使用間距更大的雙縫,B正確,A、C、D錯誤。 (2)第1條暗條紋到第n條暗條紋間的距離為Δx,則相鄰暗條紋間的距離Δx′=,又Δx′=λ,解得λ=。 (3)由λ=,代入數(shù)據(jù)解得λ=630 nm。 9.(2019·全國卷Ⅲ)用油膜法估算分子大小的實(shí)驗(yàn)中,首先需將純油酸稀釋成一定濃度的油酸酒精

49、溶液,稀釋的目的是________________________________。實(shí)驗(yàn)中為了測量出一滴已知濃度的油酸酒精溶液中純油酸的體積,可以____________________________________________________________________。為得到油酸分子的直徑,還需測量的物理量是______________。 答案 使油酸在淺盤的水面上容易形成一塊單分子層油膜 把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,測出1 mL油酸酒精溶液的滴數(shù),得到一滴溶液中純油酸的體積 單分子層油膜的面積 解析 用油膜法估測分子直徑時,需使油酸在水面上形成單分子層油膜,為使油

50、酸盡可能地散開,將油酸用酒精稀釋。要測出一滴已知濃度的油酸酒精溶液中純油酸的體積,需要測量一滴油酸酒精溶液的體積,可用累積法,即測量出1 mL油酸酒精溶液的滴數(shù)。根據(jù)V=Sd,要求得油酸分子的直徑d,則需要測出單分子層油膜的面積,以及一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積。 10.(2019·天津高考)某小組做測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn),所用器材有:玻璃磚,大頭針,刻度尺,圓規(guī),筆,白紙。 (1)下列哪些措施能夠提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度________。 A.選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚 B.選用兩光學(xué)表面平行的玻璃磚 C.選用粗的大頭針完成實(shí)驗(yàn) D.插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些 (2)

51、該小組用同一套器材完成了四次實(shí)驗(yàn),記錄的玻璃磚界線和四個大頭針扎下的孔洞如下圖所示,其中實(shí)驗(yàn)操作正確的是________。 (3)該小組選取了操作正確的實(shí)驗(yàn)記錄,在白紙上畫出光線的徑跡,以入射點(diǎn)O為圓心作圓,與入射光線、折射光線分別交于A、B點(diǎn),再過A、B點(diǎn)作法線NN′的垂線,垂足分別為C、D點(diǎn),如圖所示,則玻璃的折射率n=________。(用圖中線段的字母表示) 答案 (1)AD (2)D (3) 解析 (1)測定玻璃折射率的關(guān)鍵是根據(jù)入射光線和出射光線確定在玻璃中的傳播光線,因此選用光學(xué)表面間距大的玻璃磚以及使同側(cè)兩枚大頭針間的距離盡量大些都有利于提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確程度,A、D

52、正確;兩光學(xué)表面是否平行不影響折射率的測量,為減小誤差,應(yīng)選用細(xì)長的大頭針,故B、C錯誤。 (2)兩光學(xué)表面平行的玻璃磚的入射光線與出射光線平行,在空氣中的入射角大于玻璃中的折射角,在題圖中,根據(jù)玻璃磚界線及四個孔洞位置分別作出光路圖及法線,如圖1所示分析可知實(shí)驗(yàn)操作正確的是D。 (3)如圖2所示,玻璃的折射率n=,又sini=,sinr=,故n=。 11.(2019·四川綿陽三模)如圖所示,橫截面積為S,質(zhì)量為M的活塞在汽缸內(nèi)封閉著一定質(zhì)量的理想氣體,現(xiàn)對汽缸內(nèi)氣體緩慢加熱,使其溫度從T1升高了ΔT,氣柱的高度增加了ΔL,吸收的熱量為Q,不計(jì)汽缸與活塞的摩擦,外界大氣壓強(qiáng)為p0

53、,重力加速度為g,求: (1)此加熱過程中氣體內(nèi)能增加了多少? (2)若保持缸內(nèi)氣體溫度不變,再在活塞上放一砝碼,如圖所示,使缸內(nèi)氣體的體積又恢復(fù)到初始狀態(tài),則砝碼的質(zhì)量為多少? 答案 (1)Q-(p0S+Mg)ΔL (2) 解析 (1)設(shè)缸內(nèi)氣體的溫度為T1時壓強(qiáng)為p1,活塞受重力、大氣壓力和缸內(nèi)氣體的壓力作用而平衡,得:Mg+p0S=p1S 氣體膨脹對外界做功為:W=p1SΔL 根據(jù)熱力學(xué)第一定律得到:Q-W=ΔU 聯(lián)立可得:ΔU=Q-(p0S+Mg)ΔL。 (2)設(shè)放入砝碼的質(zhì)量為m,缸內(nèi)氣體的溫度為T2=T1+ΔT時壓強(qiáng)為p2,活塞和砝碼受重力、大氣壓力和缸內(nèi)氣體的

54、壓力作用而平衡,得: (M+m)g+p0S=p2S 根據(jù)查理定律:= 聯(lián)立可以得到:m=。 12.(2019·四川內(nèi)江三模) 如圖所示,一單色細(xì)光束AB從真空中以入射角i=45°,入射到折射率n=的某透明球體的表面上B點(diǎn)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)光束在過球心O的平面內(nèi),從B點(diǎn)折射進(jìn)入球內(nèi)后,又經(jīng)球的內(nèi)表面只反射一次,再經(jīng)球表面上的C點(diǎn)折射后,以光線CD射出球外,真空中的光速為3×108 m/s。則: (1)光束在球內(nèi)的傳播速度是多少? (2)出射光線CD相對入射光線AB方向改變的角度是多少? 答案 (1)1.5×108 m/s (2)150 解析 (1)根據(jù)公式n= 光束在球內(nèi)的傳

55、播速度 v==1.5×108 m/s。 (2)作出光路圖如圖,由折射定律得n= 由幾何關(guān)系及對稱性得=2r-i 由以上各式解得α=30° 出射光線CD相對入射光線AB方向改變的角度為β=180°-α=150°。 13.(2019·山東濰坊三模)如圖所示,圓柱形容器高H=45 cm,底端左側(cè)通過裝有閥門1的細(xì)管與上端開口的豎直玻璃管相連,右側(cè)安裝閥門2。起初閥門2關(guān)閉,閥門1打開,玻璃管內(nèi)水銀面比容器內(nèi)水銀面高Δh=25 cm,容器內(nèi)氣柱長l=28 cm。關(guān)閉閥門1,打開閥門2,直至水銀不再流出。已知容器導(dǎo)熱良好,環(huán)境溫度始終為300 K,大氣壓強(qiáng)p0=75 cmHg。 (1)

56、求最終容器內(nèi)水銀的高度; (2)若再次關(guān)閉閥門2,將容器內(nèi)氣體加熱至某一溫度,再次打開閥門1后,發(fā)現(xiàn)水銀液面不動,求此溫度。 答案 (1)5 cm (2)480 K 解析 (1)密閉氣體初狀態(tài)的壓強(qiáng)p1=p0+ρ水銀gΔh① 設(shè)水銀不再流出時容器內(nèi)水銀柱的高度為h′ 則密閉氣體此時的壓強(qiáng)p2=p0-ρ水銀gh′② 密閉氣體氣柱長為l′=H-h(huán)′③ 由玻意耳定律得:p1lS=p2l′S④ 解得:h′=5 cm或h′=115 cm(舍去)⑤ (2)打開閥門2后,右側(cè)水銀面下降的高度 x=H-l-h(huán)′=12 cm, 將容器內(nèi)氣體加熱至某一溫度后,再次打開閥門1時,兩側(cè)液面高度差

57、為Δh′=Δh+x=37 cm⑥ 則容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)p3=p0+ρ水銀gΔh′⑦ 由查理定律得:=⑧ 解得:T′=480 K。⑨ 14.(2019·鄭州三模)如圖甲所示,一個不計(jì)重力的彈性繩水平放置,O、b、c是彈性繩上的三個質(zhì)點(diǎn)?,F(xiàn)讓質(zhì)點(diǎn)O從t=0時刻開始,在豎直面內(nèi)做簡諧運(yùn)動,其位移隨時間變化的振動方程為y=20sin5πt(cm),形成的簡諧波同時沿該直線向Ob和Oc方向傳播。在t1=0.5 s時,質(zhì)點(diǎn)b恰好第一次到達(dá)正向最大位移處,O、b兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置間的距離L1=0.8 m,O、c兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置間的距離L2=0.6 m。求: (1)此橫波的波長和波速; (2)計(jì)算0~1.0

58、 s的時間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)c運(yùn)動的總路程。并在圖乙中畫出t=1.0 s時刻向兩方向傳播的大致波形圖。(畫波形圖時不要求解題過程) 答案 (1)0.8 m 2 m/s (2)1.4 m 圖見解析 解析 (1)由質(zhì)點(diǎn)O的位移隨時間變化的振動方程可知T==0.4 s 設(shè)質(zhì)點(diǎn)O振動產(chǎn)生的機(jī)械波的波長為λ,波速為v,由題意可得t1=+ 代入數(shù)據(jù)解得v=2 m/s 根據(jù)波長、波速和周期的關(guān)系,可得該波的波長 λ=vT 代入數(shù)據(jù)解得λ=0.8 m。 (2)設(shè)波由O點(diǎn)傳播到c點(diǎn)所用時間為t2,t2之前質(zhì)點(diǎn)c處于靜止?fàn)顟B(tài)。 t2==0.3 s 質(zhì)點(diǎn)c在1.0 s的時間內(nèi)振動的時間為 t=1.0

59、s-0.3 s=0.7 s t=T 從t=0開始,經(jīng)過t2=0.3 s后,質(zhì)點(diǎn)c向上振動,其振幅為A=20 cm,振動周期和振源O的周期相等,所以在0~1.0 s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)c通過的路程為 s=×4A 代入數(shù)據(jù)解得s=1.4 m t=1.0 s時刻的波形圖如圖所示。 15. (2019·湖北武漢二模)內(nèi)徑為r,外徑為r的透明介質(zhì)半球殼折射率n=2,如圖為其截面示意圖。 (1)將點(diǎn)光源放在球心O處,求光射出球殼的最短時間; (2)將光源移至O點(diǎn)正上方內(nèi)殼上的P點(diǎn),使其發(fā)出的光射向球殼外,求透明球殼外表面發(fā)光區(qū)域在截面上形成的弧長。 答案 (1) (2) 解析 (1)光線從O點(diǎn)沿直線傳播出來,在空氣中傳播的時間為t1= 在介質(zhì)中傳播的時間為:t2= 介質(zhì)中傳播的速度滿足n= 所以:t=+=。 (2)光由介質(zhì)射向空氣,臨界角滿足sinC=, 得:C=30° 恰好發(fā)生全反射的光路圖如圖,由正弦定理得: = 得:∠APO=135°,∠AOP=180°-∠APO-C=15° 介質(zhì)球殼外表面發(fā)光區(qū)域在界面上形成的弧長為 s=·πr=。 - 30 -

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