阶段验收卷3 光学、热学、原子物理综合-【高考领航】2026年高考物理总复习四测通关卷

阶段验收卷3　光学、热学、原子物理综合 (满分：100分) 一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求) 1．(2025·高三部分重点中学联合测评)在物理学发展过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步，了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要，以下关于物理学说法符合事实的是(　　) A．放射性元素发生β衰变时所释放出电子来源于原子核外电子 B．从p到i，共发生了7次α衰变和4次β衰变 C．常见Wi-Fi信号，红外夜视，激光切割，日冕极光现象都属于电磁波的应用 D．工业部门使用放射性射线来检测工件厚度是利用了射线电离能力强的特性 2．某一质检部门利用干涉原理测定矿泉水的折射率。如图所示，单缝S0、屏上的P0点位于双缝S1和S2的中垂线上，当双缝与屏之间的介质为空气或矿泉水时，屏上的干涉条纹间距分别为Δx1与Δx2，当介质为矿泉水时，屏上P点处是P0上方的第4条亮条纹(不包括P0点处的亮条纹)的中心。已知入射光在真空中的波长为λ，真空中的光速为c，则(　　) A．Δx2大于Δx1 B．该矿泉水的折射率为 C．当介质为矿泉水时，来自S1和S2的光传播到P点处的时间差为 D．仅将S0水平向左移动的过程中，P点仍能观察到亮条纹 3．利用如图所示的实验装置可以测定液体中的光速。该装置是由两块平板玻璃组成的劈形，其中倾角θ很小，其间形成空气薄膜(空气可视为真空，光速为c)，光从平板玻璃上方垂直入射后，从上往下看到干涉条纹，测得相邻条纹间距为Δx1；若在两块平板玻璃之间充满透明液体，然后用同种单色光垂直照射玻璃板，测得相邻条纹间距为Δx2。则光在该液体中的传播速度为(　　) A．　　　　　　　 B．　　　　　　　 C．　　　　　　　 D． 4．医学上，放射性同位素电池已广泛应用于心脏起搏器和人工心脏中，某植入人体的微型核电池内部装有150 mg钚，体积仅18 mm3，已知钚238的半衰期为88年，钚238衰变时放出α射线和γ射线，生成新核X，若钚238、α粒子、X的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c，则下列说法正确的是(　　) A．新核X的中子数为92 B．经过两个半衰期，150 mg钚238全部发生衰变 C．钚238以不同化合物形态存在时，其半衰期可能发生变化 D．该核反应中释放的能量为(m1－m2－m3)c2 5．如图甲为太阳光穿过转动的六角形冰晶形成“幻日”的示意图，图乙为太阳光穿过六角形冰晶的过程，a、b是其中两种单色光的光路，则在冰晶中(　　) 　 甲 乙 A．a的折射率比b的大 B．a的频率比b的大 C．a的波长比b的大 D．若b光能使某种金属发生光电效应，则a光也能使这种金属发生光电效应 6．用不同波长的光照射光电管阴极探究光电效应的规律时，根据光电管的遏止电压Uc与对应入射光的波长λ作出的Uc-图像如图所示。已知光电子的电荷量大小为e，光速为c，下列说法正确的是(　　) A．该光电管阴极材料的极限频率大小为 B．由图像可得普朗克常量h＝ C．当用波长λ＝的光照射光电管阴极时，光电子的最大初动能为2be D．当用波长λ＝的光照射光电管的阴极时，光电子的最大初动能随λ的增大而增大 7．有一透明材料制成的空心球体，内径是R，外径是2R，球心为O，其过球心的某截面(纸面内)如图所示，BO为过球心的水平直线。一束单色光(纸面内)从外球面上A点沿水平方向射入，入射光线与BO间的距离为d。当d＝R时，入射光线经折射后恰好与内球面相切。已知光速为c。下列说法正确的是(　　) A．该材料的折射率为 B．单色光在空心球体中的传播时间为 C．若d＝R，单色光在空心球体的内球面会发生全反射 D．若d＝R，单色光不能在空心球体的内球面发生全反射 8．一定质量的理想气体从状态A缓慢经过B、C、D再回到状态A，其热力学温度T和体积V的关系图像如图所示，BA和CD的延长线均过原点O，气体在状态A时的压强为p0，下列说法正确的是(　　) A．A→B过程中气体向外界放热 B．B→C过程中气体分子的平均动能不断增大 C．C→D过程中气体分子在单位时间内对容器壁的碰撞次数不断减少 D．D→A过程中气体的温度升高了 二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分) 9．下列说法正确的是(　　) A．泊松亮斑是由光的衍射形成的 B．将托马斯·杨双缝干涉实验装置放进水中，条纹间距会变大 C．用一个偏振片来观察某光源发出的光，在垂直光的传播方向上旋转偏振片时，发现光的强度发生变化，说明该光是偏振光 D．为增加透射光的强度，在眼镜、相机等镜片表面涂有一层“薄膜”，使光学系统成像更清晰，这是利用了薄膜前后表面反射光相互干涉的原理 10．如图是氢原子的能级图，一群氢原子处于n＝4能级，下列说法中正确的是(　　) A．这群氢原子跃迁时能够发出4种不同频率的光子 B．这群氢原子发出的光子中，能量最大为12.75 eV C．这群氢原子发出的光子中，从n＝4能级跃迁到n＝3能级时发出的光波长最长 D．这群氢原子跃迁时发出的光子频率连续 11．如图甲、乙所示，分别表示两分子间的作用力、分子势能与两分子间距离的关系。分子a固定在坐标原点O处，分子b从r＝r4处以某一速度向分子a运动(运动过程中仅考虑分子间作用力)，假定两个分子的距离为无穷远时它们的分子势能为0，则(　　) 　 甲 乙 A．图甲中分子间距从r2到r3，分子间的作用力表现为斥力 B．分子b运动至r3和r1位置时动能可能相等 C．图乙中r5一定大于图甲中r2 D．若图甲中阴影面积S1＝S2，则两分子间最小距离小于r1 12．如图所示，在屏幕MN的下方有一截面为等边三角形的透明介质，三角形边长为l，顶点与屏幕接触于C点，底边AB与屏幕MN平行。激光a垂直于AB边射向AC边的中点O，恰好发生全反射，光线最后照射在屏幕MN上的E点(图中未画出)。已知光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是(　　) A．光在透明介质中发生全反射的临界角为30° B．该透明介质的折射率为 C．光在透明介质中的传播速度为c D．光从射入AB面开始到射到E点的时间为 三、非选择题(本题共6小题，共60分) 13．(6分)实验室有一块一侧有反光涂层的矩形玻璃砖，它的长宽比为2∶1，某同学用激光笔测量该玻璃砖的折射率。由于缺少标准测量工具，该同学将纸张裁成和玻璃砖一样大，通过对折产生折痕对纸张进行等分，将纸张变为测量工具。 (1)用纸张折痕确定法线，调整激光笔的位置如图所示，AO为入射光线，光线通过玻璃砖从B点射出，可知玻璃砖的折射率为n＝______(可用分数、小数及根号表示)； (2)激光在这种玻璃砖中发生全反射临界角的正弦值sin C＝______； (3)在本实验中，下列方法最能有效减小实验误差的是________(单选，填字母)。 A．仅适当增大光线的入射角 B．仅适当减小光线的入射角 C．仅适当增加纸张的等分折痕 D．仅适当减少纸张的等分折痕 14．(8分)某同学利用如图所示装置做探究一定质量的理想气体在温度不变时压强与体积关系的实验。 步骤如下： ①将一个带两根细管的橡胶塞塞紧烧瓶的瓶口，封闭一定质量的气体。其中，一根带阀门的细管连通充满水的注射器，另一根细管与压强传感器相连。 ②将压强传感器连接数据采集器，数据采集器连接计算机。 ③打开阀门，用手握住烧瓶，缓慢推动注射器活塞向烧瓶内注入一定量的水，然后关闭阀门。 ④根据注射器刻度记录注入烧瓶中水的体积V，并记录此时气体的压强p。 ⑤多次实验，记录多组数据，分析得出结论。 (1)该同学错误的操作步骤为________。 (2)正确进行实验后，该同学根据实验数据画出的图像如图所示，其中的纵坐标为________(选填“V”或“)，烧瓶的容积V0为________。(用图中字母表示) (3)另一同学重复实验，计算了多组p与(V0－V)乘积，发现p(V0－V)随压强p增大而变小，导致这个现象的原因可能为______________________________。 (写出一个原因即可) 15．(8分)极紫外线广泛应用于芯片制造行业，如图甲所示，用波长λ＝110 nm的极紫外线照射光电管，恰好能发生光电效应。已知普朗克常量h＝6.6×10-34 J·s，1 nm＝10-9 m，1 eV＝1.6×10-19 J，c＝3×108 m/s。 图甲 图乙 图丙 (1)求阴极K材料的逸出功W0； (2)图乙是氢原子的能级图，若大量处于n＝4激发态的氢原子发出的光照射阴极K，灵敏电流计G显示有示数，调整电源和滑动变阻器，测得电流计示数I与电压表示数U的关系图像如图丙，则图丙中Uc的大小是多少？ 16.(8分)如图甲所示，长为L1的单色线光源水平放置在某种液体中，紧贴液体表面的上方水平放置一光传感器，传感器上光强随位置变化的情况如图乙所示，图中光强最强的一段对应传感器部分的长度为L2，该段两侧光强迅速减小。已知该单色光在液体内的折射率为n，光在真空中的光速为c，求： 甲 乙 (1)该光源距液体表面的距离d； (2)从光源发出的光到达光传感器所用的最长时间t。 17.(14分)如图甲，圆柱形管内封装一定质量的理想气体，水平固定放置，横截面积S＝500 mm2的活塞与一光滑轻杆相连，活塞与管壁之间无摩擦。静止时活塞位于圆管的b处，此时封闭气体的长度l0＝200 mm。推动轻杆先使活塞从b处缓慢移动到离圆柱形管最右侧距离为5 mm的a处，再使封闭气体缓慢膨胀，直至活塞回到b处。设活塞从a处向左移动的距离为x，封闭气体对活塞的压力大小为F，膨胀过程F-曲线如图乙。大气压强p0＝1×105 Pa。 　 甲 乙 (1)求活塞位于b处时，封闭气体对活塞的压力大小； (2)推导活塞从a处到b处封闭气体经历了等温变化； (3)画出封闭气体等温变化的p-V图像，并通过计算标出a、b处坐标值。 18.(16分)如图所示，两等高、内壁光滑、导热性良好的圆柱形汽缸竖直放置，左、右两侧汽缸的横截面积分别为S、2S，汽缸顶部由细管(体积不计)连通，右侧汽缸底部带有阀门K，两汽缸中均有一厚度可忽略的活塞a、b，两活塞的质量m＝相同与汽缸密闭且不漏气。初始时，阀门K关闭，活塞b处于左侧汽缸的顶部且与顶部无弹力，封闭着气体C，活塞a处于右侧汽缸的中间位置，将汽缸分成A、B两部分，A中气体的压强为1.5p0、体积为V0。现打开阀门K，用打气筒通过K给右侧汽缸下部分充气，每次将体积为、压强为p0的空气打入汽缸中，直至活塞b下降到整个汽缸高度的处。已知大气压强为p0，重力加速度为g，整个过程中，周围环境温度不变，其他量均为未知量。求： (1)初始时，左侧汽缸中封闭的气体C的压强pC； (2)充气后，右侧汽缸中封闭的气体A的压强p； (3)打气次数n。 学科网（北京）股份有限公司 $ 阶段验收卷3　光学、热学、原子物理综合 1．B　放射性元素发生β衰变时的本质是原子核内一个中子转化为一个质子，同时释放出带负电的电子，故β衰变时所释放出电子来源于原子核内而不是来源于原子核外电子，A项错误；α衰变Y＋e(α粒子)，β衰变Y＋ (β粒子)，从p到i，则93－7×2＋4×1＝83，237－7×4＝209共发生了7次α衰变和4次β衰变，B项正确；Wi-Fi信号是利用无线电波的直线传播来传输数据，红外线夜视仪是利用红外线热效应作用，激光切割是利用经聚集的高功率、高密度激光束照射工作，使被照射的材料迅速熔化、汽化，烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开，日冕极光是高速带电粒子流流经空气层电离空气形成绚丽弧形光带，不属于电磁波的应用，C项错误；工业部门使用放射性同位素发出的射线来测工件的厚度主要利用放射性射线的穿透能力而不是电离能力，D项错误。 2．D　根据杨氏双缝干涉相邻条纹间距的公式有Δx＝λ，当双缝与屏之间的介质为矿泉水时，波长会变小，而双缝间距d与双缝与屏之间的距离L相同，所以Δx2小于Δx1，故A错误；设光在真空中的波长为λ、在介质中的波长为λ′，依题意有Δx1＝λ，Δx2＝λ′，λ′＝，则可知＝n，故B错误；P点处是P0上方的第4条亮条纹的中心，则光到双缝的光程差为光在矿泉水波长的4倍，则来自S1和S2的光传播到P点处的时间差为t＝，故C错误；将S0水平向左移动的过程中，P点与双缝光程差不会改变，据题仍是光在介质中波长的四倍，所以仍能观察到亮条纹，故D正确。 3．B　根据薄膜干涉原理，干涉条纹平行等宽，当光垂直射向玻璃板时，得到干涉条纹，相邻两条纹对应劈尖厚度差Δy＝，由于θ很小，根据几何关系有tan θ＝，则Δx＝，即，又v＝λf，同种单色光频率相同，则，则v＝，故B正确。 4．D　根据题意可知，衰变方程He＋，新核X的中子数为n＝234－92＝142，故A错误；经过两个半衰期，150 mg钚238还剩未发生衰变，故B错误；放射性元素的半衰期与其化学性质无关，故C错误；该核反应中释放的能量为ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3)c2，故D正确。 5．C　太阳光穿过六角形冰晶时，a光的偏折程度比b光偏折程度小，则a的折射率比b的小，a的频率比b的小，a的波长比b的大，A、B错误，C正确；由光电效应方程Ek＝hν－W0可知，由于b光的频率大于a光频率，若b光能使某种金属发生光电效应，则a光不一定能使这种金属发生光电效应，D错误。 6．C　根据动能定理eUc＝Ekm，又光电效应方程为h＝hν0＋Ekm，整理得Uc＝，则，普朗克常量为h＝，该光电管阴极材料的极限频率大小为ν0＝ac，A、B错误；将波长λ＝代入光电效应方程，光电子的最大初动能为Ekm＝2be，C正确；波长越大，光子能量越小，光电子的最大初动能不会随λ的增大而增大，D错误。 7．C　根据题意，设光在A点的折射角为θ2，画出光路图，如图1所示，由几何关系可知θ1＝∠BOA＝60°，sin θ2＝，则该材料的折射率为n＝，故A错误；由光路图1可知，单色光在空心球体中的传播距离为s＝2R，传播速度为v＝，则单色光在空心球体中的传播时间为t＝，故B错误；入射光线从A1射入，经折射后，射到内球面D点，如图2所示， 图1 则有n＝，解得sin r＝，由正弦定理有，解得sin i1＝2sin r＝，当d＝R，则有sin i1＝＝sin C，可知单色光在空心球体的内球面发生全反射，当d＝R，则有sin i1＝>＝sin C，可知单色光在空心球体的内球面发生全反射，故C正确，D错误。 图2 8．D　A→B过程中气体的温度升高，内能增大，气体体积增大的过程中对外做功，W<0，根据ΔU＝W＋Q，可知Q>0，说明气体从外界吸热，故A错误；B→C过程中气体做等温变化，气体分子的平均动能不变，故B错误；C→D过程中气体的温度降低，分子的平均动能减小，则分子撞击器壁的平均撞击力减小，根据CD的延长线均过原点O，可知pV＝CT，即C→D过程中气体压强不变，所以气体分子在单位时间内对单位容器壁的碰撞次数不断增加，故C错误；由题图中几何关系知，TA＝，则D→A过程中气体的温度升高了ΔT＝TA－TD＝，故D正确。 9．ACD　泊松亮斑是光绕过障碍物形成的，属于光的衍射现象，故A正确；将托马斯·杨双缝干涉实验装置放进水中，根据光的折射定律n＝，可知光的波长变小，结合条纹间距与波长之间的关系Δx＝，可知条纹间距变小，故B错误；自然光在各个振动方向上的强度相同，所以旋转偏振片时透射光的亮度不变，而用一个偏振片来观察某光源发出的光，在垂直光的传播方向上旋转偏振片时，发现光的强度发生变化，说明该光是偏振光，故C正确；根据薄膜干涉原理，为增加透射光的强度，在眼镜、相机等镜片表面涂有一层“薄膜”， 薄膜前后表面反射光相互干涉而消弱，使光学系统成像更清晰，故D正确。 10．BC　这群氢原子跃迁时能够发出，即6种不同频率的光子，故A错误；这群氢原子发出的光子中，能量最大的为E＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，故B正确；这群氢原子发出的光子中，从n＝4能级跃迁到n＝3能级时发出的光能量最小，则光的频率最小，即波长最长，故C正确；这群氢原子跃迁时发出的光子频率是不连续的，故D错误。 11．BD　图甲中分子间距从r2到r3，分子间的力表现为引力，故A错误；分子b从r3到r2和从r2到r1两过程，若图像与横轴所围面积相等，则分子力做功为0，动能变化量为0，分子b在r3和r1两位置时动能可能相等，故B正确；图甲中r2分子力合力为0，分子b在此处分子势能最小，应对应图乙中r6处，即图乙中r5一定小于图甲中r2，故C错误；若图甲中阴影面积S1＝S2，则分子b从r4到r1过程分子力做功为0，分子b在r4处速度不为0，则分子b在r1处速度不为0，将继续运动，靠近分子a，故D正确。 12．BCD　画出光路图如图所示，在界面AC恰好发生全反射，由几何关系可知全反射临界角C＝i＝60°，则折射率n＝，故A错误，B正确；又n＝，则光在透明介质中的传播速度为v＝c，故C正确；由几何关系可得OG＝OD＝OF＝l，则DE＝OE－OD＝，光从射入AB面开始到射到E点的时间为t＝，故D正确。 13．解析：(1)设长为8a，高为4a，则入射角的正弦为sin i＝，折射角的正弦值为sin r＝，故折射率为n＝。 (2)全反射临界角为sin C＝≈0.69。 (3)本实验的实验误差主要来源于求解正弦值时各条边长度的测量，为了提高测量长度的精准度使实验更准确，可以增加纸张的折痕。故选C。 答案：(1)　(2)0.69(0.68～0.71均可)　(3)C 14．解析：(1)探究理想气体温度不变时压强与体积关系，实验过程，用手握住烧瓶(步骤③)会导致容器的温度发生变化，会影响实验，所以是错误的操作。 (2)设烧瓶容积为V0，由玻意耳定律有p(V0－V)＝C，得V＝V0－C，所以图线的纵坐标是V，图线的纵截距为容器的体积，即V0＝n。 (3)p(V0－V)这个乘积与物质的量有关，与气体温度有关，实验中发现p(V0－V)乘积变小，有可能是实验过程中温度降低导致的。 答案：(1)③　(2)V　n　(3)见解析 15．解析：(1)设波长为110 nm的极紫外线的波长为λc，逸出功W0＝hνc 频率νc＝ 代入数据解得 W0＝1.8×10-18 J或W0＝11.25 eV。 (2)处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时产生多种不同能量的光子，产生的光电流是多种光子产生光电子的综合表现，要使光电流全部遏止，必须要截住能量最大的光电子。能量最大的光子hνm＝E4－E1＝12.75 eV 由光电效应方程可知光电子最大初动能Ekm＝hνm－W0＝1.5 eV 遏止电压必须满足Ekm＝eUc 解得Uc＝1.5 V。 答案：(1)1.8×10-18 J或11.25 eV　(2)1.5 V 16．解析：(1)由全反射临界角公式有sin C＝ 可得tan C＝ 由几何关系得d＝ 联立解得该光源距液体表面的距离为 d＝。 (2)由(1)问得cos C＝ 由几何关系可得s＝ 在液体中的传播速度为v＝，又t＝ 联立解得从光源发出的光到达光传感器所用的最长时间为 t＝。 答案：(1)　(2) 17．解析：(1)活塞位于b处时，根据平衡条件可知此时气体压强等于大气压强p0，故此时封闭气体对活塞的压力大小为 F＝p0S＝1×105×500×10-6 N＝50 N。 (2)根据题意可知F图线为一条过原点的直线，设斜率为k，可得 F＝k· 根据F＝pS可得气体压强为 p＝(SI) 故可知活塞从a处到b处对封闭气体得 pV＝·S·(x＋5)×10-3(SI)＝k·10-3(SI) 故可知该过程中封闭气体的pV值恒定不变，故可知做等温变化。 (3)分析可知全过程中气体做等温变化，开始在b处时pbVb＝p0Sl0 在b处时气体体积为Vb＝Sl0＝10×10-5 m3 在a处时气体体积为Va＝Sla＝0.25×10-5 m3 根据玻意耳定律paVa＝pbVb＝p0Sl0 解得pa＝40×105 Pa 故封闭气体等温变化的p-V图像如图。 答案：(1)50 N　(2)见解析　(3)见解析图 18．解析：(1)初始时，对活塞b，根据受力平衡有 pCS＝mg＋pBS 对活塞a，根据受力平衡有pB·2S＋mg＝pA·2S 联立解得pC＝2p0，pB＝p0。 (2)对气体C，根据玻意耳定律可知 pCVC＝pC′·VC 再次对活塞b和a根据平衡条件有 pC′S＝mg＋pB′S pB′·2S＋mg＝p·2S 联立解得pC′＝3p0，p＝2.5p0。 (3)对气体B，根据玻意耳定律可知 pBV0＝pB′·VB′ 解得VB′＝V0 末状态C的体积为VC＝V0 故VA＝2V0－＝V0 对气体A，根据玻意耳定律有 1．5p0V0＋np0·＝2.5p0·V0 解得n＝37次。 答案：(1)2p0　(2)2.5p0　(3)37次 学科网（北京）股份有限公司 $