素养培优专练(十一) 热学、近代物理在新情境中的应用-【金版教程】2025年高考物理一轮总复习首选用卷课件PPT（新教材）

素养培优专练(十一)　热学、 近代物理在新情境中的应用 1 2 3 4 5 6 7 8 (一)热学、近代物理在生产、生活中的应用 1．中国最早的农学论文《吕氏春秋·任地》论述到：“人耨必以旱，使地肥而土缓”。农谚“锄板底下有水”“锄头自有三寸泽”。这都是对松土保墒功能的生动总结。关于农业生产中的松土保墒环节蕴含的科学原理，下列说法正确的是(　　) A．松土是把地面的土壤锄松，目的是破坏这些土壤里的毛细管，保存水分 B．松土是为了让土壤里的毛细管变得更细，保存土壤里的水分 C．松土保墒利用了浸润液体在细管中下降，不浸润液体在细管中上升的科学原理 D．松土除了保墒、刈草外，还可促进蒸发、降低地温；“多锄地发暖”这句农谚没有科学道理 答案 * 1 2 3 4 5 6 7 8 解析　松土是把地面的土壤锄松，目的是破坏这些土壤里的毛细管，尽量减少毛细现象，可有效减慢水分蒸发，保存水分，B错误，A正确；浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降，C错误；松土除了保墒、刈草外，还能减少土壤下水分蒸发，提高地温，D错误。 解析 * 1 2 3 4 5 6 7 8 2．(2022·河北省张家口市高三下三模)(多选)如图所示，电冰箱由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器四个部分组成一个密闭的连通系统，制冷剂在连通系统内循环流经这四个部分。各部分的温度和压强如图所示，则下列说法正确的是(　　) * 1 2 3 4 5 6 7 8 A．冷凝器向环境散失的热量一定大于蒸发器从冰箱内吸收的热量 B．该过程实现了热量从低温物体向高温物体传递 C．制冷剂在蒸发器中的状态可以看成理想气体 D．制冷剂在通过冷凝器的过程中分子势能和分子动能都降低 答案 * 1 2 3 4 5 6 7 8 解析　根据能量守恒定律，Q1(从低温冰箱内 吸收的热量)＋W(压缩机对系统做的功)＝Q2(向高 温环境释放的热量)，A正确；蒸发器和冷凝器两处 的热交换方向都是从高温物体向低温物体，整个过 程通过压缩机做功实现了热量从低温物体向高温物 体传递，符合热力学第二定律，B正确；制冷剂在 蒸发器中从液体状态向气体状态过渡，不能看成理想气体，C错误；在冷凝器中制冷剂温度降低，分子平均动能降低，制冷剂从气体过渡到液体，分子间距从远大于平衡距离r0向r0减小，分子势能降低，D正确。 解析 * 1 2 3 4 5 6 7 8 ※3.(2022·北京市东城区高三下三模)某学校科技活动小组设计了一个光电烟雾探测器(如图甲)，当有烟雾进入探测器时(如图乙)，来自光源S的光会被烟雾散射进入光电管C，当光射到光电管中的钠表面时会产生光电流，当光电流大于10－8 A时，便会触发报警系统报警。已知钠的极限频率为6.0×1014 Hz，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，则下列说法正确的是(　　) * 1 2 3 4 5 6 7 8 A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能小于5.0×10－7 m B．光电管发生光电效应，同时光源的光变强时，不能改变光电烟雾探测器的灵敏度 C．光电管C中能发生光电效应是因为光发生了全反射现象 D．报警器报警时，钠表面每秒释放出的光电子数最少为N＝6.25×1010个 答案 * 1 2 3 4 5 6 7 8 解析 * 解析　因为钠的极限频率为νc＝6.0×1014 Hz，所以要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能大于λ＝eq \f(c,νc)＝eq \f(3.0×108,6.0×1014) m＝5.0×10－7 m，A错误；光电管发生光电效应，同时光源的光变强时，在烟雾浓度较低时便有足够的光照射光电管，使报警器报警，即会改变光电烟雾探测器的灵敏度，B错误；光电管C中能发生光电效应是因为光发生了散射现象，且光的频率大于金属钠的极限频率，C错误；报警器报警时，钠表面每秒释放出的光电子数最少为N＝eq \f(IΔt,e)＝eq \f(10－8 A×1 s,1.6×10－19 C)＝6.25×1010个，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 (二)热学、近代物理在体育运动、娱乐活动中的应用 4.(2023·山东省济宁市高三下三模)水火箭又称气压式喷水火箭， 由饮料瓶、装入瓶内的水及高压气体(可视为理想气体)组成。如图所 示，高压气体膨胀使水在短时间内从水火箭尾部的喷嘴向下高速喷 出，水火箭受到反作用力而快速上升。在水喷出过程中，不考虑热 传递，忽略空气阻力，下列说法正确的是(　　) A．外界对气体做正功 B．气体的温度降低 C．水火箭和喷出的水组成的系统机械能守恒 D．喷出的水对水火箭的冲量与水火箭对喷出的水的冲量相同 答案 * 1 2 3 4 5 6 7 8 解析　在水喷出过程中，气体体积增大，气体对外界做正功，W<0，不考虑热传递，Q＝0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知气体内能减小，气体的温度降低，故A错误，B正确；气体对水火箭和喷出的水组成的系统做功，所以系统的机械能不守恒，故C错误；根据牛顿第三定律可知，喷出的水对水火箭的作用力与水火箭对喷出的水的作用力大小相等，方向相反，又两个力的作用时间相同，则两个力的冲量大小相等，方向相反，故D错误。 解析 * 1 2 3 4 5 6 7 8 答案　(1)1.04×105 Pa　(2)4499 mL 答案 * 5.肺活量是常用来衡量人体心肺功能的重要指标。肺活量是指在标准大气压p0＝1 atm下人一次尽力吸气后，再尽力呼出的气体体积总量(注：此时气体的温度可视为与人的体温相同)。某同学在学习气体实验定律后，设计了一个吹气球实验来粗测自己的肺活量。该同学先尽最大努力吸气，然后通过气球口尽力向气球内吹气，气球没有被吹爆，此时气球可近似看成球形，过一段时间稳定后测得气球的直径d＝20 cm。已知气球橡胶薄膜产生的附加压强Δp＝eq \f(2σ,R)，其中σ为薄膜的等效表面张力系数，R为气球充气后的半径。如图为该气球的等效表面张力系数σ随气球半径R的变化曲线。吹气前气球内部的空气可忽略不计，空气可看作理想气体，人的体温为37 ℃，环境温度为27 ℃，大气压强p0＝1.0×105 Pa，1 cmH2O＝100 Pa。求： (1)吹气后稳定时气球内气体的压强； (2)该同学的肺活量为多少毫升？ 1 2 3 4 5 6 7 8 解析 * 解析　(1)由图像可知气球半径R＝eq \f(d,2)＝10 cm时气球橡胶薄膜的等效表面张力系数 σ＝200 cm·cmH2O＝2×104 cm·Pa 吹气后稳定时气球内气体的压强p＝p0＋eq \f(2σ,R) 解得p＝1.04p0＝1.04×105 Pa。 (2)设该同学的肺活量为V1，由理想气体状态方程得eq \f(p0V1,T1)＝eq \f(pV2,T2) 其中V2＝eq \f(4,3)πeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2))) eq \s\up12(3) T1＝37 ℃＋273 K＝310 K T2＝27 ℃＋273 K＝300 K 解得V1＝4499 mL。 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 解析 * (三)热学、近代物理在前沿科技、迁移创新中的应用 6．(2023·浙江1月选考)被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有η(η<1)倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为ν光子的功率为(　　) A.eq \f(4NL2hν,R2η) B.eq \f(2NL2hν,R2η) C.eq \f(\a\vs4\al(ηL2hν),4R2N) D.eq \f(\a\vs4\al(ηL2hν),2R2N) 解析　设该天体发射频率为ν光子的功率为P，由题意可知Pt×eq \f(πR2,4πL2)×η＝Nhνt，解得P＝eq \f(4NL2hν,R2η)，故选A。 1 2 3 4 5 6 7 8 7．(2021·北京高考)北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于2025年建成。同步辐射光具有光谱范围宽(从远红外到X光波段，波长范围约为10－5 m～10－11 m，对应能量范围约为10－1 eV～105 eV)、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为109 eV，回旋一圈辐射的总能量约为104 eV。下列说法正确的是(　　) A．同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样 B．用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离 C．蛋白质分子的线度约为10－8 m，不能用同步辐射光得到其衍射图样 D．尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小 答案 * 1 2 3 4 5 6 7 8 解析　同步辐射是电子在磁场中做圆周运动自发辐射光能的过程，氢原子发光是能级跃迁的过程，两者的机理不同，故A错误；同步辐射光光子的能量范围约为10－1 eV～105 eV，氢原子电离能为13.6 eV，用同步辐射光照射氢原子，可能使氢原子电离，故B错误；同步辐射光的波长范围约为10－5 m～10－11 m，与蛋白质分子的线度10－8 m相差不多，故能用同步辐射光照射蛋白质分子得到其衍射图样，故C错误；以接近光速运动的单个电子能量约为109 eV，回旋一圈辐射的总能量约为104 eV，减少量约为十万分之一，则电子回旋一圈后能量不会明显减小，故D正确。 解析 * 1 2 3 4 5 6 7 8 8．神舟十三号航天员从天和核心舱气闸舱出舱时身着 我国新一代“飞天”舱外航天服。航天服内密封了一定质量的 理想气体，体积约为V1＝2 L，压强p1＝1.0×105 Pa，温度t1＝ 27 ℃。 (1)打开舱门前，航天员需将航天服内气压降低到p2＝4.4×104 Pa，此时密闭气体温度变为t2＝－9 ℃，则航天服内气体体积V2变为多少？ (2)为便于舱外活动，航天员出舱前还需要把航天服内的一部分气体缓慢放出，使气压降到p3＝3.0×104 Pa。假设释放气体过程中温度保持为t2＝－9 ℃不变，体积变为V3＝2.2 L，那么航天服放出的气体与原来气体的质量比为多少？ 答案　(1)4 L　(2)62.5% 答案 * 1 2 3 4 5 6 7 8 解析 * 解析　(1)初态体积约为V1＝2 L，压强p1＝1.0×105 Pa，温度T1＝t1＋273 K＝300 K。末态压强p2＝4.4×104 Pa，温度T2＝t2＋273 K＝264 K。根据理想气体状态方程得 eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2) 解得V2＝4 L。 (2)气体缓慢放出的过程中气体的温度不变，设需要放出的气体在气压为p3时的体积为ΔV，由玻意耳定律得 p2V2＝p3(V3＋ΔV) 航天服放出的气体与原来气体的质量比 η＝eq \f(ΔV,V3＋ΔV) 联立解得η＝62.5%。 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R $$