2026届高考物理一轮复习专项训练：机械振动与机械波、光学、热学、原子物理

高考物理复习《机械振动与机械波、光学、热学、原子物理》专项训练含答案 　 一、单项选择题 1．2022年3月，考古学家利用C技术测定了三星堆遗址四号“祭祀坑”距今约3 200年至3 000年，年代区间属于商代晚期。已知C的半衰期为8 267年，其衰变方程为e，则下列判断正确的是(　　) A．四个C经过8 267年一定还剩余两个 B．C C．β衰变的本质是核内一个质子转化中子和电子 D．β衰变过程满足动量守恒，不满足能量守恒 2．氢原子的部分能级如图所示，已知可见光的光子能量范围为1.62~3.11 eV，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光，下列说法正确的是(　　) A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光 B．波长最长的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的 C．频率最小的光是由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的 D．处于n＝2能级的氢原子可以吸收任意频率的可见光，并发生电离 3．一定质量理想气体的状态变化如图所示，dabc为圆弧。气体从状态a沿经状态b、c、d，最终回到状态a，则(　　) A．从状态a到状态b是等温膨胀过程 B．从状态a到状态c，气体放出热量，内能增大 C．处于状态c时气体分子单位时间撞击单位面积的次数一定比状态a少 D．从状态a经b、c、d回到状态a，气体吸收热量 4．船上的声呐利用超声波来探测远方鱼群的方位。某渔船发出的一列超声波在t＝0时的波动图像如图1所示，图2为质点P的振动图像，则(　　) 图1　　　　 　　　图2 A．该波的波速为1.5 m/s B．该波沿x轴负方向传播 C．0~1 s时间内，质点P沿x轴运动了1.5 m D．0~1 s时间内，质点P运动的路程为2 m 5．如图甲所示，在水平面内，有三个质点a、b、c分别位于直角三角形的三个顶点上，已知ab＝6 m，ac＝8 m。在t1＝0时刻a、b同时开始振动，振动图像均如图乙所示，所形成的机械波在水平面内传播，在t2＝4 s时c点开始振动，则正确的是(　　) 　 　　 甲　　　　　　　乙 A．该机械波的波长为8 m B．该机械波的传播速度大小为8 m/s C．两列波相遇后，c点的振动频率增大 D．两列波相遇后，c点振动加强 6．如图所示，一底面半径为R的半圆柱形玻璃砖平放在水平面上，O为横截面的圆心，AB面涂有反光材料，BC为一个与玻璃砖相切于B点的屏，一束极细的单色光以平行于BC的方向照射到玻璃砖上的D点，OD与AB的夹角θ＝30°，OE⊥AB。已知光在真空中的传播速度为c，玻璃砖对该单色光的折射率为，下列说法正确的是(　　) A．光线在AB面反射后经过E点射出玻璃砖 B．光线在屏上的光斑离B点的距离为R C．光线在玻璃砖内传播的时间为 D．若去掉AB面的反光材料也不会有光线从AB面射出 7．为了观察两列波的叠加情况，某同学在同一介质中放置了两个振源，可以向外产生简谐横波，设某次产生的两列简谐横波分别沿x轴正、负方向传播，在t＝0时刻分别到达A、B两点，如图中实线甲和虚线乙所示。已知实线波的传播周期为s，两列波的振幅相同，均为10 cm，则下列说法正确的是(　　) A．两列波在相遇区域内会发生干涉现象 B．甲、乙两列波的频率之比为2∶3 C．对于x＝0的质点和x＝9.5 m处的质点，它们开始振动的时间之差为0.125 s D．t＝ s时，x＝4 m处的质点的实际位移大小等于5 cm 8．“百脉寒泉珍珠滚”，为章丘八大景之一。泉水深5 m，底部温度为17 ℃，一个体积为5.8×10－7 m3的气泡，从底部缓慢上升，到达泉水表面温度为27 ℃。其内能增加了2×10－2 J。g取10 m/s2，外界大气压强取1.0×105 Pa，水的密度取1×103 kg/m3。下列说法正确的是(　　) A．气泡内所有分子动能都增大 B．气泡上升过程中对外做功，放出热量 C．气泡到达水面的体积为8.7×10－8 m3 D．上升过程中气泡吸收热量小于6.8×10－2 J 9．额温枪(红外测温仪)是重要的测温装备，其测温原理是：任何物体都会向外发出红外线，额温枪通过红外线照射到温度传感器，发生光电效应，将光信号转化为电信号，间接得出温度数据。已知人体温正常时能辐射波长为10 μm的红外光，如图甲所示，用该红外光照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，该光电流随电压变化的图像如图乙所示，已知h＝6.63×10－34 J·s，e＝1.6×10－19 C，c＝3×108 m/s，则(　　) 　　甲　　　 　　　　乙 A．波长10 μm的红外光在真空中的频率为3×1014 Hz B．由图乙可知该光电管的阴极金属逸出功约为0.5 eV C．将图甲中的电源反接，电流表的示数可能不为零 D．若人体温度升高，则辐射红外线的强度减弱，光电流减小 二、多项选择题 10．均匀介质中，波源位于O点的简谐横波在xOy水平面内传播，波面为圆。t＝0时刻，波面分布如图(a)所示，其中实线表示波峰，虚线表示相邻的波谷。A处质点的振动图像如图(b)所示，z轴正方向竖直向上。下列说法正确的是(　　) 　　　　　　　　　　 (a)　　　　　　　　　(b) A．该波从A点传播到B点，所需时间为4 s B．t＝6 s时，B处质点位于波峰 C．t＝8 s时，C处质点振动速度方向竖直向上 D．t＝10 s时，D处质点所受回复力方向竖直向上 11．一透明介质的横截面为直角三角形ABC，如图所示，一细束单色光PD从AC边上的D点射入介质，经AC折射后的光线照到BC边的中点时恰好发生全反射。若AC＝L，CD＝L，cos θ＝，光在真空中传播的速度大小为c，则(　　) A．介质对该单色光的折射率为 B．介质对该单色光的折射率为 C．该单色光从D点开始到第一次离开介质时所用的时间为 D．该单色光从D点开始到第一次离开介质时所用的时间为 12．两个完全相同的绝热活塞A、B把竖直放置的绝热汽缸分成体积相等的三部分，在汽缸顶部和处有固定卡环，分别限制活塞A、B向上、向下运动，如图所示。初始状态下，甲、乙两部分气体的压强均为大气压强p0的1.2倍，温度均为27 ℃，活塞与汽缸壁间的摩擦不计，现用电热丝对甲部分气体缓慢加热，下列说法正确的是(　　) A．乙中气体的温度有可能不变 B．甲部分气体的温度为75 ℃时，活塞A已经上升 C．甲部分气体的温度为425 ℃时，乙部分气体的内能大于初始状态 D．如果甲部分气体的温度不超过75 ℃，电热丝产生的热量等于甲、乙两部分气体内能增加之和 三、非选择题 13．如图所示，一粗细均匀的“山”形管竖直放置，A管上端封闭，B管上端与大气相通，C管内装有带柄的活塞，活塞下方直接与水银接触。A管上方用水银封有长度L＝10 cm的空气柱，温度T1＝300 K；B管水银面比A管中高出h＝4 cm。已知大气压强p0＝76 cmHg。为了使A、B管中的水银面等高，可以用以下两种方法： (1)固定C管中的活塞，改变A管中气体的温度，使A、B管中的水银面等高，求此时A管中气体的热力学温度T2； (2)在温度不变的条件下，向上抽动活塞，使A、B管中的水银面等高，求活塞上移的距离ΔL。(结果保留1位小数) 14．直角三角形ABC为直角棱镜的截面，∠A＝60°，AC边的长度为16 cm，D点为BC边的中点。一束单色光以大小为60°的入射角沿图甲所示方向射入棱镜后恰好垂直于AB边射出，真空中光速取c＝3.0×108 m/s。 甲　　　　　　乙 (1)求棱镜对该单色光的折射率n； (2)若该单色光沿图乙所示方向射入棱镜，求出射点与A点的距离以及光束在棱镜内的传播时间。 参考答案 1．B　[半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量的原子核衰变不适用，A错误；因N比C更稳定，可知N的比结合能一定大于C的，B正确；β衰变的本质是核内一个中子转化质子和电子，C错误；β衰变过程满足动量守恒，也满足能量守恒，D错误。] 2．C　[大量的氢原子处于n＝4的激发态，可能发出光子频率的种类n＝＝6，故A错误；由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子，能量最小，频率最小，波长最长，故B错误，C正确；处于n＝2能级的氢原子发生电离，则吸收的光子最小能量为3.4 eV，故D错误。] 3．C　[由题图可知从状态a到状态b是圆弧而不是双曲线，所以不是等温膨胀过程，故A错误；从状态a到状态c，气体压强相等，体积增大，根据理想气体状态方程可知其温度必定升高，且对外界做功，根据热力学第一定律，有ΔU＝W＋Q，气体吸收热量，故B错误；根据B选项分析，在状态c，气体体积较大，分子数密度较小，气体温度升高导致分子平均动能增加，在保持压强不变的情况下，单位时间撞击单位面积的次数一定较小，故C正确；从状态a经b、c、d回到状态a，气体的温度不变，内能不变，外界对气体做功等于图形的面积，根据热力学第一定律，有ΔU＝W＋Q，气体放出热量，故D错误。] 4．D　[由题图1可知，该波的波长λ＝1.5×10－2 m，由题图 2可知周期T＝1×10－5s，则该波的波速v＝ m/s＝1.5×103 m/s，A错误；由题图2可得，在t＝0 时刻，P质点沿y轴正方向振动，由微平移法可知该波沿x轴正方向传播，B错误；质点P只在平衡位置附近振动，不沿x轴运动，C错误；质点P的振幅是5×10－6 m，在0~1 s时间内共振动了＝105个周期，运动的路程s＝4×5×10－6×105 m＝2 m，D正确。] 5．D　[由于两列波的波速相同，且ac＜bc，则a处振动形成的波先到达c点，由波速公式有v＝m/s＝2 m/s，所以B错误；根据题图乙可知周期T＝1 s，由波长公式有λ＝vT＝2×1 m＝2 m，所以A错误；由于两列波在同一介质中传播，且周期相同，所以两列波的频率相同，两列波相遇后，c点的振动频率不变，所以C错误；由于a、b两点到c点的路程差为Δs＝sbc－sac＝(－8)m＝2 m＝λ，两列波相遇后，c点振动加强，所以D正确。] 6．A　[假设光线从E点射出，光路如图所示。 由几何关系可得 tan α＝ 解得α＝30° 在D点入射角i＝60° 由几何关系可知折射角r＝30° 折射率n＝ 与题中数据一致，假设成立，即光线在AB面反射后经过E点射出玻璃砖，A正确； 由折射定律可知，光线在E点的折射角为60°，故光线在屏上的光斑离B点的距离为d＝R＋＝R，B错误； 结合A的分析可得，光线在玻璃砖内传播的路程为x＝DF＋FE＝D'E＝ 在玻璃砖中的传播速度为v＝ 故所用时间为t＝ 联立代入数据解得t＝，C错误； 发生全反射的临界角C满足sin C＝，若去掉AB面的反光材料，光线射向AB面时的入射角为30°，由于sin 30°＜sin C，故在AB面不会发生全反射，有光线射出，D错误。] 7．C　[两列波在同种介质中传播速度相同，因甲乙波长不同，则频率不同，则相遇区域内不会发生干涉现象，A错误；甲、乙两列波的波长之比为2∶3，根据f ＝可得，频率之比为3∶2，B错误；两列波的波速均为v＝ m/s＝12 m/s，甲波从O点传到A点的时间t1＝ s＝0.5 s，乙波从x＝9.5 m处传到B点的时间t2＝ s＝0.625 s，则对于x＝0的质点和x＝9.5 m处的质点，它们开始振动的时间之差为Δt＝t2－t1＝0.125 s，C正确；t＝ s时，两列波各自沿传播方向传播了3 m，此时x＝4 m处的质点由甲波引起的位移是＋10 cm，由乙波引起的位移为－5 cm，则此时该质点的实际位移大小等于10 cm－5 cm≈1.34 cm，D错误。] 8．D　[气体温度升高，气体分子的平均动能增大，不是所有分子动能都增大，故A错误；气泡从水底到水面，压强变小，温度变高，由＝C知体积变大，对外做功，由ΔU＝W＋Q，又上升过程中，气体分子内能增加，知气泡吸收热量，故B错误；由理想气体的状态方程，代入数据可求得到达水面的体积为9×10－7 m3，故C错误；由对外做功的表达式W＝pSx可知W＝pΔV，当压强不变时，则气体对外做功等于p1ΔV＝4.8×10－2 J，由于上升过程中压强减小，所以对外做功小于4.8×10－2 J，由ΔU＝W＋Q可得上升过程中气泡吸收热量小于6.8×10－2 J，故D正确。] 9．C　[波长10 μm的红外光在真空中的频率为ν＝Hz＝3×1013 Hz，A错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，根据动能定理得－eUc＝0－Ek，解得W0≈0.1 eV，B错误；将题图甲中的电源反接，根据题乙图，反向电压低于0.02 V时，电流表的示数不为零，C正确；若人体温度升高，则辐射红外线的强度增大，逸出的光电子的个数增加，光电流增大，D错误。] 10．AC　[由题图(a)、(b)可看出，该波的波长λ＝10 m，周期T＝4 s，则波速v＝＝2.5 m/s，可知该波从A点传播到B点，所需时间为t＝ s＝4 s，A正确；该波从A点传播到B点所需时间为4 s，t＝6 s时B点运动了2 s，即，则B处质点位于波谷，B错误；波从AE波面传播到C的距离为x＝(10－10)m，则波从AE波面传播到C的时间为t＝≈4.9 s，t＝8 s时C处质点运动了3.1 s，则此时质点速度方向竖直向上，C正确；波从AE波面传播到D的距离为x＝(10－10)m，则波从AE波面传播到D的时间为t＝≈1.7 s，则t＝10 s时，D处质点运动了8.3 s，则此时质点位于z轴上方，回复力方向竖直向下，D错误。] 11．AD　[设光线到达BC边时发生全反射的临界角为α，有sin α＝，作出光路如图所示。 根据折射定律有n＝，联立解得DE的长度为DE＝L，介质对该单色光的折射率为n＝，A正确，B错误；由sin α＝可得α＝60°，因为D为AC边的中点，E为BC边的中点，则DE∥AB，由几何关系可知，该光线在介质中传播的路程为s＝DE＋EF＝L，该光线在介质中的传播速度大小为v＝，解得单色光从D点开始到第一次离开介质时所用的时间t＝，C错误，D正确。] 12．AD　[设活塞质量为m，对活塞A受力分析可知mg＝0.2p0S，活塞B刚要离开卡环时对活塞B受力分析可知，甲部分气体的压强p2＝1.4p0，由查理定律得，得T2＝350 K，即甲部分气体的温度升高到77 ℃时，活塞开始上升，B错误；在此之前，气体体积不变，做功W＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知D正确；如果继续升温，直到活塞A刚好到达上端卡环处，对甲部分气体由盖—吕萨克定律得，得T3＝700 K，即甲部分气体的温度升高到427 ℃时，活塞A刚好到达上端卡环处，在此之前，乙部分气体体积一直保持不变，甲部分气体的温度升高到427 ℃之前，乙部分气体W＝0，Q＝0，故ΔU＝0，故C错误，A正确。] 13．解析：(1)设U形管的横截面积为S，对A管中气体，初态有 p1＝p0＋4 cmHg＝76 cmHg＋4 cmHg＝80 cmHg 末态有p2＝76 cmHg 气柱长度为L＝10 cm，L'＝8 cm 根据理想气体状态方程，有 解得T2＝228 K。 (2)由于T不变，对于A管封闭的空气柱，根据玻意耳定律，有p1LS＝p0L3S 解得L3≈10.526 cm A管水银下降的高度Δh＝L3－L＝10.526 cm－10 cm＝0.526 cm 所以C管中水银长度的增加量为ΔL＝h＋Δh＋Δh＝4 cm＋0.526 cm＋0.526 cm≈5.1 cm。 即活塞上移的距离为5.1 cm。 答案：(1)228 K　(2)5.1 cm 14．解析：(1)如图所示，丙图为根据题意画出的光束穿过棱镜的光路图，由几何关系得，光束在BC面上的折射角α＝30°，由折射定律得n＝。 丙　　　　　丁 (2)画出光路图如图丁所示，设光束到达AB上的E点，根据折射定律得＝n 解得β＝30° 由几何关系得r＝60°－β＝30° 光束在AB面上的入射角 θ＝90°－r＝60° 由于sin 60°＝ 光线在AB面上发生全反射，设光束从AC面上的F点射出，由几何关系得出射光束与AC垂直。三角形DME为等腰三角形 EM＝DM＝＝8 cm AE＝AM－EM＝8 cm 出射点与A点的距离 AF＝AEcos 60°＝4 cm 光束在棱镜内传播的距离L＝DE＋EF＝12 cm 传播时间t＝＝1.2×10－9 s。 答案：(1)　(2)4 cm　1.2×10－9 s 7/7 学科网（北京）股份有限公司 $$