专题10 热学和光学（湖北专用）-【好题汇编】5年（2021-2025）高考1年模拟物理真题分类汇编

专题10 热学和光学 考点 五年考情（2021-2025） 命题趋势 考点1 热学 2021、2022、2023、2024、2025 热学部分常将气体实验定律与力学平衡条件结合，分析汽缸 - 活塞模型中的动态平衡问题；光学部分则通过光路图分析，联动几何知识求解光的折射路径与干涉条纹分布。命题逐渐引入动态过程的多维度分析，如通过 P-V 图像斜率判断气体内能变化趋势，结合 v-t 图像分析热传导过程中的能量转化关系，要求考生从图像中提取关键信息并建立微分方程。此外，热学与环境科学交叉（如沼气燃烧的热力学效率计算）、光学与通信技术结合（如光纤色散对信号传输的影响），体现跨学科思维的综合考查。 能力要求上，突出数学工具的工程化应用与逻辑推理的严谨性。考生需熟练运用克拉伯龙方程处理变质量气体问题，或通过几何关系求解光的全反射临界角；部分试题引入微积分思想，如通过积分计算非均匀热传导中的热量分布，或利用导数求解光强极值问题。实验探究能力的考查力度显著增强，例如设计实验验证光的干涉现象时，需结合传感器数据处理与误差分析，将控制变量法拓展至多变量耦合关系的研究。部分试题还引入复杂系统建模能力，如通过 “热 - 力 - 能” 转化链分析风力发电机的效率优化问题，或利用有限差分法简化非均匀介质中的光路分布计算，全面检验考生对物理规律的迁移能力与创新应用水平。 考点2 光学 2021、2022、2023、2025 考点01 热学 1．（2025·湖北·高考真题）如图所示，内壁光滑的汽缸内用活塞密封一定量理想气体，汽缸和活塞均绝热。用电热丝对密封气体加热，并在活塞上施加一外力F，使气体的热力学温度缓慢增大到初态的2倍，同时其体积缓慢减小。关于此过程，下列说法正确的是（   ） A．外力F保持不变 B．密封气体内能增加 C．密封气体对外做正功 D．密封气体的末态压强是初态的2倍 【答案】B 【详解】A．气体温度升高，体积减小，根据气体压强变大，则外力F增加，选项A错误； B．气体温度升高，则气体内能变大，即∆U增加，选项B正确； C．气体体积减小，则外界对气体做功，选项C错误； D．根据热力学温度变为原来的2倍，体积减小，则气体压强大于原来的2倍，选项D错误。 故选B。 2．（2024·湖北·高考）如图所示，在竖直放置、开口向上的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体，活塞横截面积为S，能无摩擦地滑动。初始时容器内气体的温度为，气柱的高度为h。当容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢上升再次平衡。已知容器内气体内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为，C为已知常数，大气压强恒为，重力加速度大小为g，所有温度为热力学温度。求 （1）再次平衡时容器内气体的温度。 （2）此过程中容器内气体吸收的热量。 【答案】（1）；（2） 【来源】2024年高考湖北卷物理真题 【详解】（1）气体进行等压变化，则由盖吕萨克定律得 即 解得 （2）此过程中气体内能增加气体对外做功大小为由热力学第一定律可得此过程中容器内气体吸收的热量 3．（2023·湖北·高考）如图所示，竖直放置在水平桌面上的左右两汽缸粗细均匀，内壁光滑，横截面积分别为S、，由体积可忽略的细管在底部连通。两汽缸中各有一轻质活塞将一定质量的理想气体封闭，左侧汽缸底部与活塞用轻质细弹簧相连。初始时，两汽缸内封闭气柱的高度均为H，弹簧长度恰好为原长。现往右侧活塞上表面缓慢添加一定质量的沙子，直至右侧活塞下降，左侧活塞上升。已知大气压强为，重力加速度大小为g，汽缸足够长，汽缸内气体温度始终不变，弹簧始终在弹性限度内。求： （1）最终汽缸内气体的压强。 （2）弹簧的劲度系数和添加的沙子质量。 【答案】（1）；（2）； 【详解】（1）对左右汽缸内所封的气体，初态压强p1=p0 体积 末态压强p2，体积 根据玻意耳定律可得 解得 （2）对右边活塞受力分析可知 解得 对左侧活塞受力分析可知 解得 4．（2022·湖北·高考）一定质量的理想气体由状态a变为状态c，其过程如p—V图中a→c直线段所示，状态b对应该线段的中点。下列说法正确的是（   ） A．a→b是等温过程 B．a→b过程中气体吸热 C．a→c过程中状态b的温度最低 D．a→c过程中外界对气体做正功 【答案】B 【详解】AB．根据理想气体的状态方程 可知a→b气体温度升高，内能增加，且体积增大气体对外界做功，则W < 0，由热力学第一定律U = W + Q 可知a→b过程中气体吸热，A错误、B正确； C．根据理想气体的状态方程 可知，p—V图像的坐标值的乘积反映温度，a状态和c状态的坐标值的乘积相等，而中间状态的坐标值乘积更大，a→c过程的温度先升高后降低，且状态b的温度最高，C错误； D．a→c过程气体体积增大，外界对气体做负功，D错误。 故选B。 5．（2021·湖北·高考）质量为m的薄壁导热柱形汽缸，内壁光滑，用横截面积为的活塞封闭一定量的理想气体。在下述所有过程中，汽缸不漏气且与活塞不脱离。当汽缸如图(a)竖直倒立静置时。缸内气体体积为V1，。温度为T1。已知重力加速度大小为g，大气压强为p0。 (1)将汽缸如图(b)竖直悬挂，缸内气体温度仍为T1，求此时缸内气体体积V2； (2)如图(c)所示，将汽缸水平放置，稳定后对汽缸缓慢加热，当缸内气体体积为V3时，求此时缸内气体的温度。 【答案】(1)；(2) 【详解】(1)图(a)状态下，对汽缸受力分析，如图1所示，则封闭气体的压强为 当汽缸按图(b)方式悬挂时，对汽缸受力分析，如图2所示，则封闭气体的压强为 对封闭气体由玻意耳定律得 解得 (2) 当汽缸按图(c)的方式水平放置时，封闭气体的压强为由理想气体状态方程得解得 考点02 光学 6．（2025·湖北·高考真题）如图所示，三角形ABC是三棱镜的横截面，，，三棱镜放在平面镜上，AC边紧贴镜面。在纸面内，一光线入射到镜面O点，入射角为，O点离A点足够近。已知三棱镜的折射率为。 (1)当时，求光线从AB边射入棱镜时折射角的正弦值； (2)若光线从AB边折射后直接到达BC边，并在BC边刚好发生全反射，求此时的值 【答案】(1) (2) 【详解】（1）作出光路图，如图所示 由几何关系可知所以在边的入射角为由光的折射定律解得光线从边射入棱镜时折射角的正弦值为 （2）根据可得则AB边的折射角为根据折射定律可知AB边的入射角满足解得根据几何关系可知恰好发生全反射时的入射角为 7．（2023·湖北·高考）如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为，OP边上的点光源S到顶点O的距离为d，垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为。不考虑多次反射，OQ边上有光射出部分的长度为（    ）    A． B． C． D． 【答案】C 【详解】设光线在OQ界面的入射角为，折射角为，几何关系可知，则有折射定律光线射出OQ界面的临界为发生全反射，光路图如下，其中 光线在AB两点发生全反射，由全反射定律即AB两处全反射的临界角为，AB之间有光线射出，由几何关系可知 故选C。 8．（2022·湖北·高考）如图所示，水族馆训练员在训练海豚时，将一发光小球高举在水面上方的A位置，海豚的眼睛在B位置，A位置和B位置的水平距离为d，A位置离水面的高度为d。训练员将小球向左水平抛出，入水点在B位置的正上方，入水前瞬间速度方向与水面夹角为θ。小球在A位置发出的一束光线经水面折射后到达B位置，折射光线与水平方向的夹角也为θ。 已知水的折射率，求: （1）tanθ的值； （2）B位置到水面的距离H。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）由平抛运动的规律可知，， 解得 （2）因可知，从A点射到水面的光线的入射角为α，折射角为，则由折射定律可知 解得由几何关系可知解得 9．（2021·湖北·高考）如图所示，由波长为λ1和λ2的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。O是两单色光中央亮条纹的中心位置，P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M和N位置出射，则（　　） A．λ1<λ2，M是波长为λ1的光出射位置 B．λ1<λ2，N是波长为λ1的光出射位置 C．λ1>λ2，M是波长为λ1的光出射位置 D．λ1>λ2，N是波长为λ1的光出射位置 【答案】D 【详解】由双缝干涉条纹间距的公式 可知，当两种色光通过同一双缝干涉装置时，波长越长条纹间距越宽，由屏上亮条纹的位置可知反射光经过三棱镜后分成两束色光，由图可知M光的折射角小，又由折射定律可知，入射角相同时，折射率越大的色光折射角越大，由于则所以N是波长为λ1的光出射位置，故D正确，ABC错误。 故选D。 1．(24-25高二下·湖北腾云联盟)茶道文化起源于中国，是一种以茶修身的生活方式。如图所示，向茶杯中倒入热水，盖上杯盖茶水漫过杯盖，在水面和杯盖间密闭了一部分空气（可视为质量和体积均不变的理想气体），过一段时间后水温降低。关于泡茶中的物理现象下列说法正确的是（　　） A．水中放入茶叶后，水的颜色由浅变深，是布朗运动现象 B．热水比冷水能快速泡出茶香，是因为温度越高分子动能都越大 C．温度降低，杯内气体分子撞击单位面积器壁的平均作用力变小 D．温度降低后杯盖拿起来比较费力，是因为杯盖与杯子间的分子引力作用 【答案】C 【详解】A．水中放入茶叶后，水的颜色由浅变深，是因为茶叶中的色素分子在水中扩散，扩散现象是分子的无规则运动，而布朗运动是悬浮在液体或气体中的固体小颗粒的无规则运动，所以这不是布朗运动现象，故A错误； B．温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大，但不是每个分子的动能都越大，分子动能遵循统计规律的分布，故B错误； C．温度降低，气体分子的平均动能减小，体积不变，分子分布发热密集程度不变，则撞击单位面积器壁的平均作用力变小，故C正确。 D．温度降低后杯盖拿起来比较费力，是因为杯内气体做等容变化，根据查理定律 温度降低，气体压强减小，外界大气压大于杯内气体压强，产生向下的压力差，导致杯盖拿起来比较费力，而不是因为杯盖与杯子间的分子引力作用，故D错误； 故选C。 2．(24-25高二下·湖北腾云联盟)下列四幅图对应的说法正确的有（　　） A．图甲中食盐晶体的物理性质沿各个方向都是一样的 B．图乙是玻璃管插入水中的情形，表明水能浸润玻璃 C．图丙中悬浮在液体中微粒的运动反映了微粒分子的无规则热运动 D．图丁中液体表面层的分子间距离小于液体内部分子间距离，是液体表面张力形成的原因 【答案】B 【详解】A．图甲中食盐晶体是单晶体，其物理性质沿各个方向不一样，具有各向异性，故A错误； B．图乙是玻璃管插入水中的情形，根据图像可知，在附着层内液体分子之间呈现斥力效果，该现象是浸润，表明水能浸润玻璃，故B正确； C．图丙中悬浮在液体中微粒的运动是布朗运动，布朗运动反映了液体分子的无规则热运动，故C错误； D．图丁中液体表面层的分子间距离大于液体内部分子间距离，分子之间表现为引力效果，这是液体表面张力形成的原因，故D错误。 故选B。 3．(24-25高二下·湖北腾云联盟)根据热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．热量只能从高温物体向低温物体传递 B．一个宏观状态所对应的微观态越多，越无序，熵越小 C．符合能量守恒定律的宏观过程都可以自发地实现 D．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功 【答案】D 【详解】A．热量在外界影响下可以从低温物体向高温物体传递，比如冰箱制冷， 选项A错误； B．一个宏观状态所对应的微观态越多，越无序，熵越大， 选项B错误； C．符合能量守恒定律的宏观过程不一定都能自发地实现，例如热量不能自发地从低温物体传到高温物体， 选项C错误； D．根据热力学第二定律的开尔文表述，物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功，但会引起其他变化， 选项D正确。 故选D。 4．（24-25高二·湖北·5月联考）关于分子动理论，下列说法正确的是（　　） A．气体的总体积等于所有气体分子的体积之和 B．气体对容器的压强是大量气体分子不断撞击器壁的结果 C．液体表面层分子比内部分子更密集，形成表面张力 D．布朗运动就是分子的无规则运动 【答案】B 【详解】A．气体的体积指的是气体的分子所能够到达的空间的体积，而不是该气体所有分子的体积之和，故A错误； B．气体对容器的压强是大量气体分子做不规则热运动不断撞击器壁的结果，故B正确； C．液体表面张力形成原因是表面层液体分子比内部更稀疏，故C错误； D．布朗运动是通过悬浮在液体中的固体颗粒的无规则运动间接地反映了液体分子的无规则运动，故D错误。 故选B。 5．（2025·湖北武汉武昌区·5月质检）如图所示是一定质量的理想气体从状态a到状态b的图像，线段ab的延长线过原点。下列说法正确的是（　　） A．ab是一条等温线 B．ab过程中气体从外界吸热 C．ab过程中气体对外界做功为 D．ab过程的图像也是一条延长线过原点的直线 【答案】B 【详解】A．根据 整理得 可知等温线是双曲线的一支，故A错误； B．根据得可知a点温度低于b点温度，可知ab过程内能增加，且a到b体积增大，气体对外做功（W<0），根据 可知Q>0，即ab过程中气体从外界吸热，故B正确； C．图像与坐标纸围成的面积表示气体做的功，故ab过程中气体对外界做功为 故C错误； D．根据整理得 可知图像延长线过原点的直线为等压线，题图可知ab过程不是等压变化，故D错误。 故选B。 6．（2025·湖北襄阳五中·三模）一定质量的理想气体从状态开始，经历三个过程、、回到状态，其图像如图所示，图中的延长线过原点，平行于轴，的延长线过点（，0）。下列判断正确的是（　　） A．过程中气体的体积不变 B．过程中气体体积变小 C．过程中外界对气体做正功 D．过程中气体向外界放热 【答案】D 【详解】AB．根据得 过程中图像上的点与（，0）的连线的斜率越来越大，则气体的体积减小，过程中图像上的点与（，0）的连线的斜率不变，则气体的体积不变，故AB错误； C．过程中气体压强不变温度升高，根据可知气体体积增大，对外界做正功，故C错误； D．过程中气体体积不变，温度降低，内能减小，即，根据可知， 所以气体向外界放热，故D正确。 故选D。 7．（2025·湖北襄阳五中·高考适应性（一））下列说法正确的是（　　） A．电阻、磁感应强度、折射率都是采用了比值定义法 B．通过导体横截面的电荷量，其中I指的是电流的有效值 C．机械波和电磁波都能发生反射、折射、干涉和衍射现象，但二者是有本质区别的 D．装在试管中的水银液面凸起来是因为水银与玻璃浸润 【答案】C 【详解】A．电阻不是比值定义法；磁感应强度、折射率都是采用了比值定义法，选项A错误； B．通过导体横截面的电荷量，其中I指的是电流的平均值，选项B错误； C．机械波和电磁波都能发生反射、折射、干涉和衍射现象，但二者是有本质区别的，选项C正确； D．装在试管中的水银液面凸起来是因为水银与玻璃不浸润，选项D错误。 故选C。 8．（2025·湖北襄阳五中·三模）开普勒在《折光学》中记录了如下实验及思考：如图所示，为空气与玻璃的分界面，①光线从空气沿各个方向经点进入玻璃后，组成顶角为的锥形。②他设想：一束光从玻璃射向界面，若入射角大于，到达点后，既不能进入空气，也不能进入区域，必定反射为。关于这段记录，下列分析正确的是（　　） A．①描述的是光的反射现象 B．由描述①可知，实验中玻璃对该光的折射率为 C．②设想的主要依据是光路可逆原理 D．仅换用波长更短的光完成①中实验，锥形的顶角变大 【答案】C 【详解】A．①描述的是光线从一种介质进入到另一种介质的现象，是光的折射现象，故A错误； B．由①描述可和在，当入射角时，折射角为由光的折射定律可知，实验中玻璃对该光的折射率为\故B错误； C．由题知，②设想的主要依据是光路可逆原理，故C正确； D．波长越短的色光，其频率越大，则折射率越大，则仅换用波长更短的光完成①实验，其折射率更大，当入射角不变时，折射角r变小，则锥形的顶角变小，故D错误。 故选C。 9．（2025·湖北襄阳五中·三模）“灯光秀”是现在很多旅游景区的观赏项目，深受游客喜爱。现有一单色线光源做成的正方形灯，边长为40cm，置于水面下方20cm深处。若水对该单色光的折射率为，则该光源能从水面出射的光的区域形状用下面四个图中阴影部分表示，其中正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】光由水面进入空气的入射角大于临界角时将会在水面发生全反射，对应的临界角满足 即故正方形灯上的每个点能从水面出射的光的区域形状均为一个半径为的圆，该光源能从水面出射的光的区域形状的长和宽均为，四个角均为圆心角为的扇形，扇形的半径为。 故选A。 10．（2025·湖北武昌实中·高考适应性）处于激发态的汞原子可辐射出波长为的靛光和波长为的黄光，靛光可以使金属发生光电效应，但不能使金属发生光电效应。下列说法正确的是（    ） A．黄光比靛光的光子能量大 B．黄光可能使两种金属都发生光电效应 C．在同一介质中靛光比黄光的传播速度大 D．金属的截止频率小于金属的截止频率 【答案】D 【详解】A．由题意可知黄光的波长大于靛光的波长，根据可知，黄光的频率小于靛光的频率，根据可知，黄光比靛光的光子能量小，故A错误； BD．靛光可以使金属发生光电效应，但不能使金属发生光电效应，可知金属的截止频率小于金属的截止频率；由于黄光比靛光的光子能量小，则黄光一定不能使金属发生光电效应，故B错误，故D正确； C．由于黄光的频率小于靛光的频率，则同一介质中黄光的折射率小于靛光的折射率，根据可知，在同一介质中靛光比黄光的传播速度小，故C错误。 故选D。 11．（2025·湖北原创压轴·二模）已知光在介质中传播时沿用时最短路径传播，遵守折射定律，，其中，是光在两种介质中的速度。如图所示，光从介质中P点射入，从介质中Q点射出，已知，则光在介质2中折射角正弦值为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】设光线在坐标（x，0）位置由介质1射入介质2中，根据几何关系，， 根据题意解得x=0， 故选A。 12．（2025·湖北武汉武昌区·5月质检）如图所示是一根粗细均匀的玻璃丝截面图，玻璃丝的直径为d，弯曲段AB为半圆形，A、B连线是半圆的直径。一细激光束射到A点的方向与界面夹角，之后在AB段内发生了5次全反射（不含A、B两点），其中有3次是恰好发生全反射，并恰好能射到B点。已知真空中光速为c，则该激光束从A点传播到B点的时间为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】依题意，作图如下 光在光导纤维半圆的外圆内表面恰好发生全反射，可知发生全反射的临界角为30°，根据公式 可得光导纤维的折射率n=2 设OA长为r，则OD=d+r 由等腰三角形OAD可知OD=2OAcos30° 得 光在光导纤维中的传播速度 光在光导纤维中的路程s=6r 则该光束在半圆形光导纤维中运动的时间 故选A。 13．(24-25高二下·湖北腾云联盟)如图所示，两条曲线分别表示两分子间引力、斥力的大小随分子间距离r的变化关系，e为两曲线的交点。下列说法正确的是（　　） A．cd为斥力曲线，ab为引力曲线 B．分子间距离增大，分子力一定减小 C．当时，分子势能最小 D．等于气体分子间的平均距离 【答案】AC 【详解】A．由图可知为分子间的平衡距离，分子间距小于时，斥力大于引力，所以cd为斥力曲线，ab为引力曲线 ，故A正确； B．分子间距小于时，分子间距离增大，分子力一定减小，分子间距大于时，分子间距离增大时，分子力可能减小，可能增大，也可能先增大后减小，故B错误； C．分子间距从无穷远处到时，分子力表现为引力，分子力做正功，分子势能减小，分子间距继续减小时，分子力表现为斥力，分子力做负功，分子势能增大，故时，分子势能最小，故C正确； D．气体分子间的平均距离远大于，故D错误。 故选AC。 14．(24-25高二下·湖北腾云联盟)如图所示，通电雾化玻璃是将液体高分子晶膜固定在两片玻璃之间，未通电时，看起来像一块毛玻璃，不透明；通电后，看起来像一块普通玻璃，透明。可以判断通电雾化玻璃中的液晶（　　） A．是一种液体和晶体的混合物 B．具有光学性质的各向异性 C．通电时，入射光能顺利通过液晶层 D．不通电时，入射光在液晶层发生了全反射，导致光线无法通过 【答案】BC 【详解】AB．液态是介于晶体和液体之间的中间状态，既具有液体的流动性又具有晶体光学性质的各向异性，故 A错误，B正确； CD．不通电时，即在自然条件下，液晶层中的液晶分子无规则排列，入射光在液晶层发生了漫反射，穿过玻璃的光线少，所以液晶像毛玻璃一样不透明；通电时，液晶分子迅速从无规则排列变为有规则排列，入射光能顺利通过液晶层，故C正确，D错误。 故选BC。 15．（2025·湖北武汉二中·5月模考）夜晚公园景观池有可变化形状的灯光秀，其原理如图甲所示，将一个半圆形线状光源水平放在水池水面下，通过支架（图中未画出）可以调节光源距离水面的深度h，随着h不同，人们在水面上会看到不同形状的发光区域。已知半圆形线光源的半径为R，水的折射率为，下列说法中正确的有（　　） A．h越大，水面上发光区域的面积越小 B．当时，水面上的发光区域会呈现类似丙图所示的“爱心”形状 C．当时，水面上的发光区域会呈现类似乙图所示的“月牙”形状 D．当时，水面上的发光区域恰会呈现类似丙图所示的“爱心”形状 【答案】CD 【详解】A．取线光源上某一点作为点光源，点光源发出的光在水面上有光射出的水面形状为圆形，设此圆形的半径为r，点光源发出的光线在水面恰好发生全反射的光路图如图所示 根据全反射的临界角可知 由几何知识可得 可知h越大，水面上发光区域的面积越大，故A错误； BCD．根据上述分析可知，一个点发出的光在水面上能看到半径的圆，对于半圆形线光源在水面上的发光区域，可看作是圆的圆心沿半圆弧移动时圆扫过的区域，如图所示 可知当r<R时，水面上的发光区域会呈现类似“月牙”形状，则有 当r≥R时，水面上的发光区域恰会呈现类似丙图所示的“爱心”形状，则有 故B错误，CD正确。 故选CD。 16．（24-25高二·湖北·5月联考）制作水火箭是青少年科技活动的常见项目之一、某研究小组为了探究水火箭在充气与喷水过程中气体的热学规律，把水火箭的塑料容器竖直固定，如图所示，其中 A、C分别是塑料容器的充气口、喷水口， B处是气压计。室温300K时，容器内装入一定质量的水，容器内的气体体积为，压强为。喷水过程不漏气，不计容器的容积变化。 (1)控制喷水口阀门，使喷水口缓慢流水，设此过程中气体温度恒定，当流出体积为的水时，求容器中气体的压强； (2)控制喷水口阀门，使喷水口快速喷水，喷水后瞬间容器中气体压强为，温度为270K，求此时容器中气体的体积。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）气体等温变化，由玻意耳定律得解得 （2）由理想气体状态方程得解得 17．（2025·湖北原创压轴·二模）某同学设计了一款测量水深的装置。导热良好的气缸由A、B两部分构成，两部分的横截面积分别为4S和S，A气缸的长度为，B气缸中活塞可以自由移动的长度为l，且。该装置在船上时两密闭良好的轻薄活塞位置如图所示，A气缸中的气体压强为，B气缸中的气体压强与外界大气压强均为为（已知相当于10 m高的水柱产生的压强），测量水深时可以认为海水温度一直与船上相同，不计一切摩擦。求 (1)气缸B中的活塞向左移动时该装置在海水中的深度； (2)该装置可以测量的海水的最大深度。 【答案】(1)20m (2)35m 【详解】（1）气缸B中的活塞向左移动时假设A中活塞不动，以气缸B中的气体为研究对象，，，由玻意耳定律有解得假设成立；活塞向左移动时该装置在海水中的深度 （2）当气缸B中的活塞刚好移动到气缸B的最左端时，以气缸A和气缸B中的气体整体为研究对象，有解得该装置可以测量的海水最大深度 18．（2025·湖北襄阳五中·三模）如图所示，一个高h=30cm的直立绝热圆筒汽缸，其顶盖中央有小孔与大气相通，质量m=2kg、面积S=200cm2的能无摩擦滑动的绝热薄活塞下方封闭了一定量的理想气体。开始时，活塞离顶盖距离d=6cm，气体处于温度T1=408K的状态1，电热丝加热，活塞缓慢上移，刚到达顶盖时，气体达到状态2，将电热丝继续加热，气体达到状态3，其压强p3=1.20×105Pa。整个过程中气体内能增加了ΔU=377.6J，已知大气压p0=1.01×105Pa。求气体： (1)在状态3的温度T3； (2)从状态1到状态3吸收的热量Q。 【答案】(1)600K (2)500J 【详解】（1）根据平衡条件代入题中数据，解得因为，根据气体状态方程可得T3=600K （2）从状态1到状态2，外界对气体做功根据热力学第一定律有 代入题中数据，可得Q=500J 18．（25届·湖北部分学校联考·三模）夜晚公园景观池有可变化形状的灯光秀，其原理如图所示，将两个相同的相互独立的半圆形线状光源拼接在一起形成一个圆形线状光源，水平放在水池的水面下，通过控制两个光源的发光情况和调节光源距离水面的深度，人们在水面上会看到不同形状的发光区域。已知圆形线光源的半径为R，水的折射率为求： (1)若两个半圆形线状光源同时发光，控制线状光源从离水面较近的位置平行水面缓慢向下移动，发现水面发光区域形状不变，只是面积在扩大，直到距离水面的深度为h时，发光区域形状发生变化，深度h是多少； (2)当深度为（1）中的h且保持不变时，若只有一个半圆形线状光源发光，人们在水面上看到的发光区域面积是多大。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）取线光源上某一点作为点光源，点光源发出的光在水面上有光射出的水面形状为圆形，设此圆形的半径为r，点光源发出的光线在水面恰好发生全反射的光路图如图所示 由折射定律有根据几何关系可得 一个点发出的光在水面上能看到半径的圆，对于圆形线光源在水面上的发光区域，可看作是圆的圆心沿圆弧移动时圆扫过的区域，开始发光区域形状为环形，后来变为圆形，当形状发生变化的临界条件是解得 （2）当深度为且保持不变时，且只有一个半圆形线状光源发光，在水面上看到的发光区域形状为心形，如图所示 小圆半径为，大圆半径为，该发光区域的面积为 19．（2025·湖北襄阳五中·高考适应性（一））2009年诺贝尔物理学奖授予物理学家高鲲，以表彰他在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”所做出的突破性成就。如图所示是光导纤维的截面图，一激光光束沿与OO'成的方向从О点射入，经折射后激光束进入光纤恰好可以在光纤内表面上发生全反射。已知光在真空中的传播速度为c=3.0×108m/s。 (1)求光导纤维的折射率n； (2)若光纤的总长度为6km，求激光光束在光纤中传播的时间。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）光路图如图所示 依据题意，激光束经过折射后进入光纤，传播到光纤内表面时恰好发生全反射，此时光束与法线的夹角恰好为临界角C，由几何关系可知α=90°-C 根据折射定律可知sinθ=nsinα=nsin（90°-C）=ncosC 又因为由此可得 （2）激光束在光纤中的传播速度为传播路程得传播时间 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题10 热学和光学 考点 五年考情（2021-2025） 命题趋势 考点1 热学 2021、2022、2023、2024、2025 热学部分常将气体实验定律与力学平衡条件结合，分析汽缸 - 活塞模型中的动态平衡问题；光学部分则通过光路图分析，联动几何知识求解光的折射路径与干涉条纹分布。命题逐渐引入动态过程的多维度分析，如通过 P-V 图像斜率判断气体内能变化趋势，结合 v-t 图像分析热传导过程中的能量转化关系，要求考生从图像中提取关键信息并建立微分方程。此外，热学与环境科学交叉（如沼气燃烧的热力学效率计算）、光学与通信技术结合（如光纤色散对信号传输的影响），体现跨学科思维的综合考查。 能力要求上，突出数学工具的工程化应用与逻辑推理的严谨性。考生需熟练运用克拉伯龙方程处理变质量气体问题，或通过几何关系求解光的全反射临界角；部分试题引入微积分思想，如通过积分计算非均匀热传导中的热量分布，或利用导数求解光强极值问题。实验探究能力的考查力度显著增强，例如设计实验验证光的干涉现象时，需结合传感器数据处理与误差分析，将控制变量法拓展至多变量耦合关系的研究。部分试题还引入复杂系统建模能力，如通过 “热 - 力 - 能” 转化链分析风力发电机的效率优化问题，或利用有限差分法简化非均匀介质中的光路分布计算，全面检验考生对物理规律的迁移能力与创新应用水平。 考点2 光学 2021、2022、2023、2025 考点01 热学 1．（2025·湖北·高考真题）如图所示，内壁光滑的汽缸内用活塞密封一定量理想气体，汽缸和活塞均绝热。用电热丝对密封气体加热，并在活塞上施加一外力F，使气体的热力学温度缓慢增大到初态的2倍，同时其体积缓慢减小。关于此过程，下列说法正确的是（   ） A．外力F保持不变 B．密封气体内能增加 C．密封气体对外做正功 D．密封气体的末态压强是初态的2倍 2．（2024·湖北·高考）如图所示，在竖直放置、开口向上的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体，活塞横截面积为S，能无摩擦地滑动。初始时容器内气体的温度为，气柱的高度为h。当容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢上升再次平衡。已知容器内气体内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为，C为已知常数，大气压强恒为，重力加速度大小为g，所有温度为热力学温度。求 （1）再次平衡时容器内气体的温度。 （2）此过程中容器内气体吸收的热量。 3．（2023·湖北·高考）如图所示，竖直放置在水平桌面上的左右两汽缸粗细均匀，内壁光滑，横截面积分别为S、，由体积可忽略的细管在底部连通。两汽缸中各有一轻质活塞将一定质量的理想气体封闭，左侧汽缸底部与活塞用轻质细弹簧相连。初始时，两汽缸内封闭气柱的高度均为H，弹簧长度恰好为原长。现往右侧活塞上表面缓慢添加一定质量的沙子，直至右侧活塞下降，左侧活塞上升。已知大气压强为，重力加速度大小为g，汽缸足够长，汽缸内气体温度始终不变，弹簧始终在弹性限度内。求： （1）最终汽缸内气体的压强。 （2）弹簧的劲度系数和添加的沙子质量。 4．（2022·湖北·高考）一定质量的理想气体由状态a变为状态c，其过程如p—V图中a→c直线段所示，状态b对应该线段的中点。下列说法正确的是（   ） A．a→b是等温过程 B．a→b过程中气体吸热 C．a→c过程中状态b的温度最低 D．a→c过程中外界对气体做正功 5．（2021·湖北·高考）质量为m的薄壁导热柱形汽缸，内壁光滑，用横截面积为的活塞封闭一定量的理想气体。在下述所有过程中，汽缸不漏气且与活塞不脱离。当汽缸如图(a)竖直倒立静置时。缸内气体体积为V1，。温度为T1。已知重力加速度大小为g，大气压强为p0。 (1)将汽缸如图(b)竖直悬挂，缸内气体温度仍为T1，求此时缸内气体体积V2； (2)如图(c)所示，将汽缸水平放置，稳定后对汽缸缓慢加热，当缸内气体体积为V3时，求此时缸内气体的温度。 考点02 光学 6．（2025·湖北·高考真题）如图所示，三角形ABC是三棱镜的横截面，，，三棱镜放在平面镜上，AC边紧贴镜面。在纸面内，一光线入射到镜面O点，入射角为，O点离A点足够近。已知三棱镜的折射率为。 (1)当时，求光线从AB边射入棱镜时折射角的正弦值； (2)若光线从AB边折射后直接到达BC边，并在BC边刚好发生全反射，求此时的值 7．（2023·湖北·高考）如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为，OP边上的点光源S到顶点O的距离为d，垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为。不考虑多次反射，OQ边上有光射出部分的长度为（    ）    A． B． C． D． 8．（2022·湖北·高考）如图所示，水族馆训练员在训练海豚时，将一发光小球高举在水面上方的A位置，海豚的眼睛在B位置，A位置和B位置的水平距离为d，A位置离水面的高度为d。训练员将小球向左水平抛出，入水点在B位置的正上方，入水前瞬间速度方向与水面夹角为θ。小球在A位置发出的一束光线经水面折射后到达B位置，折射光线与水平方向的夹角也为θ。 已知水的折射率，求: （1）tanθ的值； （2）B位置到水面的距离H。 9．（2021·湖北·高考）如图所示，由波长为λ1和λ2的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。O是两单色光中央亮条纹的中心位置，P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M和N位置出射，则（　　） A．λ1<λ2，M是波长为λ1的光出射位置 B．λ1<λ2，N是波长为λ1的光出射位置 C．λ1>λ2，M是波长为λ1的光出射位置 D．λ1>λ2，N是波长为λ1的光出射位置 1．(24-25高二下·湖北腾云联盟)茶道文化起源于中国，是一种以茶修身的生活方式。如图所示，向茶杯中倒入热水，盖上杯盖茶水漫过杯盖，在水面和杯盖间密闭了一部分空气（可视为质量和体积均不变的理想气体），过一段时间后水温降低。关于泡茶中的物理现象下列说法正确的是（　　） A．水中放入茶叶后，水的颜色由浅变深，是布朗运动现象 B．热水比冷水能快速泡出茶香，是因为温度越高分子动能都越大 C．温度降低，杯内气体分子撞击单位面积器壁的平均作用力变小 D．温度降低后杯盖拿起来比较费力，是因为杯盖与杯子间的分子引力作用 2．(24-25高二下·湖北腾云联盟)下列四幅图对应的说法正确的有（　　） A．图甲中食盐晶体的物理性质沿各个方向都是一样的 B．图乙是玻璃管插入水中的情形，表明水能浸润玻璃 C．图丙中悬浮在液体中微粒的运动反映了微粒分子的无规则热运动 D．图丁中液体表面层的分子间距离小于液体内部分子间距离，是液体表面张力形成的原因 3．(24-25高二下·湖北腾云联盟)根据热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．热量只能从高温物体向低温物体传递 B．一个宏观状态所对应的微观态越多，越无序，熵越小 C．符合能量守恒定律的宏观过程都可以自发地实现 D．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功 4．（24-25高二·湖北·5月联考）关于分子动理论，下列说法正确的是（　　） A．气体的总体积等于所有气体分子的体积之和 B．气体对容器的压强是大量气体分子不断撞击器壁的结果 C．液体表面层分子比内部分子更密集，形成表面张力 D．布朗运动就是分子的无规则运动 5．（2025·湖北武汉武昌区·5月质检）如图所示是一定质量的理想气体从状态a到状态b的图像，线段ab的延长线过原点。下列说法正确的是（　　） A．ab是一条等温线 B．ab过程中气体从外界吸热 C．ab过程中气体对外界做功为 D．ab过程的图像也是一条延长线过原点的直线 6．（2025·湖北襄阳五中·三模）一定质量的理想气体从状态开始，经历三个过程、、回到状态，其图像如图所示，图中的延长线过原点，平行于轴，的延长线过点（，0）。下列判断正确的是（　　） A．过程中气体的体积不变 B．过程中气体体积变小 C．过程中外界对气体做正功 D．过程中气体向外界放热 7．（2025·湖北襄阳五中·高考适应性（一））下列说法正确的是（　　） A．电阻、磁感应强度、折射率都是采用了比值定义法 B．通过导体横截面的电荷量，其中I指的是电流的有效值 C．机械波和电磁波都能发生反射、折射、干涉和衍射现象，但二者是有本质区别的 D．装在试管中的水银液面凸起来是因为水银与玻璃浸润 8．（2025·湖北襄阳五中·三模）开普勒在《折光学》中记录了如下实验及思考：如图所示，为空气与玻璃的分界面，①光线从空气沿各个方向经点进入玻璃后，组成顶角为的锥形。②他设想：一束光从玻璃射向界面，若入射角大于，到达点后，既不能进入空气，也不能进入区域，必定反射为。关于这段记录，下列分析正确的是（　　） A．①描述的是光的反射现象 B．由描述①可知，实验中玻璃对该光的折射率为 C．②设想的主要依据是光路可逆原理 D．仅换用波长更短的光完成①中实验，锥形的顶角变大 9．（2025·湖北襄阳五中·三模）“灯光秀”是现在很多旅游景区的观赏项目，深受游客喜爱。现有一单色线光源做成的正方形灯，边长为40cm，置于水面下方20cm深处。若水对该单色光的折射率为，则该光源能从水面出射的光的区域形状用下面四个图中阴影部分表示，其中正确的是（　　） A． B． C． D． 10．（2025·湖北武昌实中·高考适应性）处于激发态的汞原子可辐射出波长为的靛光和波长为的黄光，靛光可以使金属发生光电效应，但不能使金属发生光电效应。下列说法正确的是（    ） A．黄光比靛光的光子能量大 B．黄光可能使两种金属都发生光电效应 C．在同一介质中靛光比黄光的传播速度大 D．金属的截止频率小于金属的截止频率 11．（2025·湖北原创压轴·二模）已知光在介质中传播时沿用时最短路径传播，遵守折射定律，，其中，是光在两种介质中的速度。如图所示，光从介质中P点射入，从介质中Q点射出，已知，则光在介质2中折射角正弦值为（　　） A． B． C． D． 12．（2025·湖北武汉武昌区·5月质检）如图所示是一根粗细均匀的玻璃丝截面图，玻璃丝的直径为d，弯曲段AB为半圆形，A、B连线是半圆的直径。一细激光束射到A点的方向与界面夹角，之后在AB段内发生了5次全反射（不含A、B两点），其中有3次是恰好发生全反射，并恰好能射到B点。已知真空中光速为c，则该激光束从A点传播到B点的时间为（　　） A． B． C． D． 13．(24-25高二下·湖北腾云联盟)如图所示，两条曲线分别表示两分子间引力、斥力的大小随分子间距离r的变化关系，e为两曲线的交点。下列说法正确的是（　　） A．cd为斥力曲线，ab为引力曲线 B．分子间距离增大，分子力一定减小 C．当时，分子势能最小 D．等于气体分子间的平均距离 14．(24-25高二下·湖北腾云联盟)如图所示，通电雾化玻璃是将液体高分子晶膜固定在两片玻璃之间，未通电时，看起来像一块毛玻璃，不透明；通电后，看起来像一块普通玻璃，透明。可以判断通电雾化玻璃中的液晶（　　） A．是一种液体和晶体的混合物 B．具有光学性质的各向异性 C．通电时，入射光能顺利通过液晶层 D．不通电时，入射光在液晶层发生了全反射，导致光线无法通过 15．（2025·湖北武汉二中·5月模考）夜晚公园景观池有可变化形状的灯光秀，其原理如图甲所示，将一个半圆形线状光源水平放在水池水面下，通过支架（图中未画出）可以调节光源距离水面的深度h，随着h不同，人们在水面上会看到不同形状的发光区域。已知半圆形线光源的半径为R，水的折射率为，下列说法中正确的有（　　） A．h越大，水面上发光区域的面积越小 B．当时，水面上的发光区域会呈现类似丙图所示的“爱心”形状 C．当时，水面上的发光区域会呈现类似乙图所示的“月牙”形状 D．当时，水面上的发光区域恰会呈现类似丙图所示的“爱心”形状 16．（24-25高二·湖北·5月联考）制作水火箭是青少年科技活动的常见项目之一、某研究小组为了探究水火箭在充气与喷水过程中气体的热学规律，把水火箭的塑料容器竖直固定，如图所示，其中 A、C分别是塑料容器的充气口、喷水口， B处是气压计。室温300K时，容器内装入一定质量的水，容器内的气体体积为，压强为。喷水过程不漏气，不计容器的容积变化。 (1)控制喷水口阀门，使喷水口缓慢流水，设此过程中气体温度恒定，当流出体积为的水时，求容器中气体的压强； (2)控制喷水口阀门，使喷水口快速喷水，喷水后瞬间容器中气体压强为，温度为270K，求此时容器中气体的体积。 17．（2025·湖北原创压轴·二模）某同学设计了一款测量水深的装置。导热良好的气缸由A、B两部分构成，两部分的横截面积分别为4S和S，A气缸的长度为，B气缸中活塞可以自由移动的长度为l，且。该装置在船上时两密闭良好的轻薄活塞位置如图所示，A气缸中的气体压强为，B气缸中的气体压强与外界大气压强均为为（已知相当于10 m高的水柱产生的压强），测量水深时可以认为海水温度一直与船上相同，不计一切摩擦。求 (1)气缸B中的活塞向左移动时该装置在海水中的深度； (2)该装置可以测量的海水的最大深度。 18．（2025·湖北襄阳五中·三模）如图所示，一个高h=30cm的直立绝热圆筒汽缸，其顶盖中央有小孔与大气相通，质量m=2kg、面积S=200cm2的能无摩擦滑动的绝热薄活塞下方封闭了一定量的理想气体。开始时，活塞离顶盖距离d=6cm，气体处于温度T1=408K的状态1，电热丝加热，活塞缓慢上移，刚到达顶盖时，气体达到状态2，将电热丝继续加热，气体达到状态3，其压强p3=1.20×105Pa。整个过程中气体内能增加了ΔU=377.6J，已知大气压p0=1.01×105Pa。求气体： (1)在状态3的温度T3； (2)从状态1到状态3吸收的热量Q。 18．（25届·湖北部分学校联考·三模）夜晚公园景观池有可变化形状的灯光秀，其原理如图所示，将两个相同的相互独立的半圆形线状光源拼接在一起形成一个圆形线状光源，水平放在水池的水面下，通过控制两个光源的发光情况和调节光源距离水面的深度，人们在水面上会看到不同形状的发光区域。已知圆形线光源的半径为R，水的折射率为求： (1)若两个半圆形线状光源同时发光，控制线状光源从离水面较近的位置平行水面缓慢向下移动，发现水面发光区域形状不变，只是面积在扩大，直到距离水面的深度为h时，发光区域形状发生变化，深度h是多少； (2)当深度为（1）中的h且保持不变时，若只有一个半圆形线状光源发光，人们在水面上看到的发光区域面积是多大。 19．（2025·湖北襄阳五中·高考适应性（一））2009年诺贝尔物理学奖授予物理学家高鲲，以表彰他在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”所做出的突破性成就。如图所示是光导纤维的截面图，一激光光束沿与OO'成的方向从О点射入，经折射后激光束进入光纤恰好可以在光纤内表面上发生全反射。已知光在真空中的传播速度为c=3.0×108m/s。 (1)求光导纤维的折射率n； (2)若光纤的总长度为6km，求激光光束在光纤中传播的时间。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$