专题十九 热学、光的本性和原子物理
重点难点
1．阿伏加德罗常数
若用ρ表示密度，则微观量与宏观量之间的关系为： 分子质量m0=
MNA, 分子体积V0=
M(紧密排列) ?NA在体积V中的分子数n=
?VMNA
质量为m千克物质中包含的分子数n=2.热、功、内能的关系
mNA. M对热、功、内能的关系，可使用热力学第一定律分析判断，也可直接使用能量守恒定律．但不论用哪一个，都必须先搞清楚能量转化的关系和转化的方向，即物体是吸热还是放热，是物体对外做功还是外界对物体做功，物体的内能是增加还是减少．
3.光电效应、光的波粒二象性、玻尔模型、氢原子的能级、氢原子中的电子云 光电效应、光的波粒二象性、玻尔模型和氢原子的能级结构、氢原子中的电子云等知识，揭示了微观粒子的特殊运动规律，主要包括轨道量子化、能量量子化、光与实物粒子的波粒二象性，以及用概念描述粒子运动等观念．
4.人类认识微观世界的思路和方法 (1)先根据事实提出要探索和研究的问题． (2)用一定能量的粒子(常用
01n)去轰击原子或原子核，根据实验事实，提出新理论．
(3)经实践检验，修正理论．
5．核反应遵循能量、动量、质量数、电荷数守恒 这四大守恒定律是解决相关问题的主要依据．
规律方法
【例1】(18年高考广东) 封闭在气缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是
A．气体的密度增大
( BD )
D．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多
B．气体的压强增大
C．气体分子的平均动能减小
训练题(18年高考天津)下列说法中正确的是 ( A ) A．一定质量的气体被压缩，气体压强不一定增大 B．一定质量的气体温度不变压强增大时，其体积也增大 C．气体压强是由气体分子间的斥力产生的
D．在失重的情况下，密闭容器内的气体对器壁没有压强
【例2】18年高考江苏)下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是 ( AC )
44A．9Be+He→422C+X417 B．14N+He→278O+X
C．
20480202Hg +10 n→78Pt +X D． 23992239U→93Np +X
【例3】18年高考上海) 2018年被联合国定为“世界物理年”，以表彰爱因斯坦对科学的贡献。爱因斯坦对物理学的贡献有 ( AC )
A．创立“相对论” C．提出“光子说”
B．发现“X”射线 D．建立“原子核式模式”
训练题 18年高考江苏)为了强调物理学对当今社会的重要作用并纪念爱因斯坦，2018年联合国第58次大会把2018年定为国际物理年。爱因斯坦在100年前发表了5篇重要论文。内容涉及狭义相对论、量子论和统计物理学，对现代物理学的发展作出了巨大贡献，其中正确的是 ( BD )
A.所谓布朗运动就是液体分子的无规则运动 B.光既具有波动性，又具有粒子性
C.在光电效应的实验中，入射光强度增大，光电子的最大初动能随之增大 D.质能方程表明：物体具有的能量与它的质量有简单的正比关系
【例4】18年高考江苏) 在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近，已知中子质量m=1.67×10-27kg,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,可以估算德布罗意波长λ=1.82×10-10m的热中子动能的数量级为
A.10-17J
B.10-18J C.10-21J
D.10-24J
( C )
训练题 (18年高考天津)现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构.为满足测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为
d，其中n＞1.已知普朗克常量h，电子质n( D )
量m和电子电荷量e,电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为
n2h2A． 2medmed23B．(22)nh1d2h2 C． 22menn2h2D． 22med【例5】 (18年高考北京)在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是 ( C ) A.光的折射现象、色散现象 B.光的反射现象、干涉现象 C.光的衍射现象、偏振现象
D.光的直线传播现象、光电效应现象
【例6】(18年高考江苏) 1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质，1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨的干涉的结果(称洛埃镜实验).
(1)洛埃镜实验的基本装置如图所示，S为单色光源，M为平面镜，试用平面镜成像作图法
在答题卡上画出S经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域.
(2)设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和L,光的波长为λ,在光屏上形成干涉条纹，写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离离Δx的表达式.
【解析】(1)先作出S经平面镜像点S′,然后作出S经平面镜成像的边界光线，其重叠区域如图所示.
(2)由条纹间距公式Δx=
LLλ，由上图可知d=2a,所以Δx=λ
2ad
能力训练
1. .(18年高考江苏)下列关于分子力和分子势能的说法中，正确的是 ( C ) A.当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大 B.当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小 C.当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大 D.当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小 2.对于分子动理论和物体内能理解，下列说法正确的是 ( A ) A.温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大
B.理想气体在等温变化时，内能不改变，因而与外界不发生热交换 C.布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动 D.扩散现象说明分子间存在斥力
3.(18年高考北京)为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2018年定为“国际物理年”.对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2,下列说法中不正确的是 ( D )
A.E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比 B.根据ΔE=Δmc2可以计算核反应中释放的核能
C.一个中子和一个质子结合成氘核时,释放出核能,表明此过程中出现了质量亏损 D.E=mc2中的E是发生核反应中释放的核能
4.(18年高考江苏)根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹，在α
粒子从a运动到b，再运动到c的过程中，下列说法中正确的是 ( C )
A.动能先增大，后减小 B.电势能先减小，后增大
C.电场力先做负功，后做正功，总功等于零
D.加速度先变小，后变大 5.(18年高考天津)某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21eV,用波长为2.5×10-7m的紫外线照射阴极，已知真空中光速为3.0×118m/s,元电荷为1.6×10-19C,普朗克常量为6.63×10-34J·s,求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大动能应分别是
A.5.3×1014Hz，2.2J B.5.3×1014Hz，4.4×10-19J C.3.3×1183Hz，2.2J D.3.3×1183Hz，4.4×10-19J
6.(18年高考上海)卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，核反应方程为
42141He?147N?8O?1H，下列说法中正确的是 ( AC )
( B )
A.通过此实验发现了质子
B.实验中利用了放射源放出的γ射线 C.实验中利用了放射源放出的α射线 D.原子核在人工转变过程中，电荷数可能不守恒
7.(18年高考广东)硅光电池是利用光电效应将辐射的能量转化为电能.若有N个频率为υ的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为(h为普朗克常数) ( C )
A.hυ B.
1N hυ C.N hυ 2 D.2N hυ
8..(18年高考江苏)某气体的摩尔质量为M,摩尔体积为V，密度为ρ，每个分子的质量和体积分别为m和V0，则阿伏加德罗常数NA可表示为
A.NA=
( BC )
D.NA=
V V0B.NA=
?Vm C.NA=
M mM?V0
9.(18年高考北京)下列关于热现象的说法，正确的是 ( D ) A.外界对物体做功，物体的内能一定增加 B.气体的温度升高，气体的压强一定增大
C.任何条件下．热量都不会由低温物体传递到高温物体 D.任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转化为机械能
10．(18年徐州)关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是 ( D ) A．随着低温技术的发展．我们可以使温度逐渐降低，并最终达到绝对零度 B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的 C．第二类水动机不能制成是因为它违反了能量守恒定律
D．用活塞压缩气缸里的空气，对空气做功 2.0×118J，同时空气向外界放出热量1.5×118 J，则空气的内能增加了0.5×118 J
37373711．用一个中微子轰击17Cl产生一个氩核，其核反应方程式为υe+17Cl→0e已知?117Cl质37量为36.95658u，18Ar 的核的质量为36.956 91u，0?1e的质量为0.00185 u,1u质量对应的能量为
931.5MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量 ( A )
A.0.82MeV
B.0.31MeV C.1.33MeV
D.0.51MeV
12．(18年高考天津)钍核（234（23490Th）具有放射性，它能放出一个电子衰变成镤核91Pa），伴随该过程会放出γ光子，下列说法中正确的是（BD）
A．因为衰变过程中原子核的质量数守恒，所以不会出现质量亏损 B．γ光子是衰变过程中镤核（23491Pa）辐射的 C．给钍加热，钍的半衰期将变短
D．原子核的天然放射现象说明原子核是可分的
13．(18年高考天津)中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD.现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，反应的方程为 ??D?p?n 若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是：（C）
1122221122C.[(mD?mp?mn)c?E] D.[(mD?mn?mp)c?E] 22
A.[(mD?mp?mn)c?E] B.[(mD?mn?mp)c?E]
14．(18年如东)1951年，物理学家发现了“电子偶数”,所谓“电子偶数”就是由一个负电子和一个正电子绕它们连线的中点旋转形成的相对稳定的系统。已知正，负电子的质量均为m,普朗克常数为h,静电常量为k。
(1) 若正负电子是由一个光子和核场作用产生的，且相互作用过程中核场不提供能量，则此光子的频率必须大于某个临界值，此临界值为多大？
(2) 假设“电子偶数”中，正负电子绕它们连线的中点做匀速圆周运动的轨道半径r,运动速度v及电子质量满足波尔的轨道量子化理论：2mvnrn=nh/2π,n =1,2,…。“电子偶数”的能量为正负电子运动的动能和系统的电势能之和，已知两正负电子相距L时系统的电势能为Ep=-ke2/L。试求n=1时“电子偶数”的能量．
(3) “电子偶数”由第一激发态跃迁到基态发出的光子的波长为多大?
2mec2答案：(1)由题意 2mec=h? 所以??
h2
e2mv2(2) “电子偶数”绕质量中心(即几何中心)转动,则 k2? ①
LL212ke2故 “电子偶数”的总动能Ek=2?mv? 又已知其电势能
22Le2e2E??k, ∴ “电子偶数”的总能量E总=Ek+E=?k ②
2LLhnh根据波尔的轨道量子化理论 2mevr?n 可得mev? ③
2?2Ln2h2mek2?2e4 由①③得L? 代入②即有E总=?
222?2ke2menhmek2?2e4 在n=1时有E总=?h2 ④
(3) “电子偶数”从第一激发态(n=2)跃迁至基态时,放出能量,由④可得
3mek2e4?2hc4h3c△E=E总２-E总１＝? 故由△E=得?? 。
?4h23mek2?2e4