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2023高考物理最新模拟题专题分类汇编 专题十一 光学与热学
一、单选题
1．（2023·山东模拟）如图所示，高度为h=1.804m、装有理想气体的薄圆筒，某次工作时，由水面上的船将筒由水面上方开口向下吊放至水下A位置，筒的上表面到水面的距离为H=80m。已知水的密度为ρ=1.0×103kg/m3，重力加速度g=10m/s2，大气压强为p0=1.0×105Pa，忽略筒内气体温度的变化和水的密度随深度的变化。保持H不变，由船上的气泵将与原来相同的气体压入筒内，使筒内的水全部排出，则压入气体的质量与筒内原气体质量的比值约为（ ）
A．8.2 B．7.5 C．6.7 D．5.9
【答案】A
【知识点】气体的等温变化及玻意耳定律
【解析】【解答】设水全部排出后筒内气体的压强为p1，此时简内气体的体积为V0，这些气体压强为p0时的体积为V2，由玻意耳定律有
其中
设需压入压强为p0的气体体积为ΔV，则有
压入气体的质量与筒内原气体质量的比为
故答案为：A。
【分析】根据玻意耳定律和体积的变化情况得出压入气体的质量与筒内原气体质量的比。
2．（2023·辽宁模拟）一束激光由光导纤维左端的中心点O以的入射角射入，在光导纤维的侧面以入射角多次反射后，从另一端射出，已知光导纤维总长为，光在真空中的传播速度。该激光在光导纤维中传输所经历的时间为（ ）
A． B． C． D．
【答案】D
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】由题意可知，光的入射角α=60°，由几何知识可知，折射角β=30°
由折射定律可知，折射率
激光在光导纤维中经过一系列全反射后从右端射出，设激光在光导纤维中传播的距离为s，光路图如图所示
由几何知识得x=OAsinθ，
光在光导纤维中的传播速度
该激光在光导纤维中传输所经历的时间
代入数据解得t=4×10-7s
故答案为：D。
【分析】根据折射定律得出光导纤维对激光的折射率，利用光在光导纤维中椽笔的距离和时间的关系得出 激光在光导纤维中传输所经历的时间 。
3．（2023·湖北模拟）彩虹的形成可以简化为如图所示的模型。球是空中的球形雨滴，太阳光（复色光）从点射入，在雨滴内经反射和折射后射出并进入地面上人的眼中，因光的折射率不同，从而形成了彩虹，其中光线和光线是彩虹最外侧的两束光线。下列说法正确的是（ ）
A．光线为红光，光线为紫光
B．两种光在点和点可以发生全发射
C．人看到空中的彩虹红光在顶端，紫光在底端
D．光线在雨滴中传播的速度大于光线在雨滴中传播的速度
【答案】C
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】A．光线 、 入射角相同， 的折射角小，故 的折射率大，所以 为紫光， 为红光，A不符合题意；
C．如图，人观察彩虹时，红光在上、紫光在下，C符合题意；
B．由题图可知，光线由空气射入雨滴的折射角等于雨滴背面的入射角，所以两种光在 点和 点不能发生全反射，B不符合题意；
D．根据
光线 在雨滴中传播的速度小于光线 在雨滴中传播的速度，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】根据折射定律得出ab光的折射率大小关系，结合折射率与光在介质中传播的速度之间的关系得出ab光在雨滴中传播的速度大小关系。
4．（2023·湖北模拟）将密闭着一定质量的理想气体的导热气缸按如图两种方式放置。图（a）中竖直弹簧下端固定在水平地面上，上端与活塞相连；图（b）中竖直弹簧上端固定在天花板上，下端与活塞相连。不计气缸内壁与活塞间的摩擦，环境温度保持不变，弹簧始终在弹性限度内。当外界大气压变大时，下列说法正确的是（ ）
A．两图中弹簧弹力均变大
B．图（a）中气体压强变大，图（b）中气体压强变小
C．相对于地面，图（a）中气缸位置下降，图（b）中气缸位置上升
D．相对于地面，图（a）中活塞位置下降，图（b）中活塞位置上升
【答案】C
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程；压强及封闭气体压强的计算
【解析】【解答】AD．把气缸和活塞当作整体，状态变化前后均满足平衡条件
故弹簧弹力保持不变，两活塞位置保持不变，A不符合题意，D不符合题意；
BC．图（a）中以气缸为研究对象
增大，故 增大，又温度保持不变，由玻意耳定律可知，气体体积缩小，故气缸位置下降；图（b）中以气缸为研究对象
增大，故 增大，又温度保持不变，由玻意耳定律可知，气体体积缩小，故气缸位置上升，B不符合题意，C符合题意。
故答案为：C。
【分析】把气缸和活塞当作整体进行受力分析，根据共点力平衡得出弹簧弹力的变化情况，以（a）（b）中的气缸为研究对象根据共点力平衡得出汽缸位置的变化情况。
5．（2023·江苏模拟）下列说法正确的是（ ）
A．扩散运动是由微粒和水分子发生化学反应引起的
B．水流速度越大，水分子的热运动越剧烈
C．某时刻某一气体分子向左运动，则下一时刻它一定向右运动
D．0oC和100oC氧气分子的速率都呈现“中间多、两头少”的分布规律
【答案】D
【知识点】分子动理论的基本内容；分子运动速率的统计规律
【解析】【解答】A．扩散运动是物理现象，没有发生化学反应，A不符合题意；
B．水流速度是宏观物理量，水分子的运动速率是微观物理量，它们没有必然的联系，所以分子热运动越剧烈程度和流水速度无关。B不符合题意；
C．分子运动是杂乱无章的，无法判断分子下一刻的运动方向；C不符合题意；
D.0oC和100oC氧气分子的速率都呈现“中间多、两头少”的分布规律，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】扩散运动是物理现象，水流速度是宏观物理量，分子运动是杂乱无章的，分子的速率都呈现“中间多、两头少”的分布规律。
6．（2023·江苏模拟）如图甲所示，每年夏季，我国多地会出现日晕现象，日晕是日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。如图乙所示为一束太阳光射到六角形冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，下列说法正确的是（ ）
A．a光的频率比b光的频率大
B．在冰晶中，b光的传播速度较小
C．用同一装置做单缝衍射实验，b光中央亮条纹更宽
D．从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较小
【答案】B
【知识点】光的折射及折射定律；光的全反射
【解析】【解答】A．由题图可知a光的偏折程度比b光的偏折程度小，根据棱镜色散规律可知a光的波长比b光的波长大，a光的频率比b光的频率小，A不符合题意；
B．易知冰晶对b光的折射率比对a光的折射率大，根据 可知在冰晶中，b光的传播速度较小，B符合题意；
C．波长越小，衍射现象越不明显，单缝衍射的中央亮条纹越窄，用同一装置做单缝衍射实验，b光中央亮条纹更窄，C不符合题意；
D．同种玻璃对a光的折射率比对b光的折射率小，根据 可知从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较大，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】根据ab光的偏折程度得出折射率的大小关系，结合波长和频率的关系得出ab频率的大小，波长越小，衍射现象越不明显，通过折射率和全反射临界角正弦值的关系得出ab光临界角的大小关系。
7．（2023·淮安模拟）如图所示，绝热容器被绝热隔板K1和卡销锁住的绝热光滑活塞K2隔成a、b、c三部分，a部分为真空，b部分为一定质量的稀薄理想气体，且压强（是大气压强），c与大气连通，则下列说法中正确的是（ ）
A．只打开隔板K1，b中气体对外做功，内能减少
B．只打开隔板K1，b中气体压强减小，温度不变
C．只打开卡销K2，外界对b中气体做功，b中气体内能不变
D．打开隔板K1和卡销K2，待活塞K2稳定后，b部分气体的内能减少
【答案】B
【知识点】功能关系；热力学第一定律及其应用
【解析】【解答】AB．只打开隔板K1时，b中气体向a中真空扩散，气体不做功 ，绝热容器导致 。由热力学第一定律知
内能不变，温度不变；体积增大，压强减小，A不符合题意，B符合题意；
C．只打开卡销K2时，由于 ，活塞将向左移动，b中气体体积减小，外界对b中气体做功 ，但 则
内能增加，C不符合题意；
D．打开隔板K1和卡销K2，外界对气体做功，整个过程绝热，所以待活塞K2稳定后，b部分气体的内能增加，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】只打开隔板K1时根据热力学第一定律得出内能的变化情况，从而得出气体压强的变化情况，只打开卡销K2时，根据气体的做功以及功能关系得出内能的变化情况。
8．（2023·淮安模拟）如图是蓝色大闪蝶，在阳光下可以看到其翅膀灿烂闪烁。蓝色大闪蝶的翅膀表面有凸起的翅脊，这些翅脊有一串类似台阶的结构。光照射翅脊上“台阶结构”的典型光路如图所示，则（ ）
A．翅膀灿烂闪烁是光的干涉现象
B．翅膀灿烂闪烁是光的色散现象
C．翅膀灿烂闪烁是光的全反射现象
D．光在空气中的波长约是在翅脊中波长的倍
【答案】A
【知识点】薄膜干涉
【解析】【解答】ABC．翅膀灿烂闪烁是光的薄膜干涉现象，A符合题意，BC不符合题意；
D．根据
D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】翅膀灿烂闪烁是光的薄膜干涉现象，根据波长和波速的关系得出波长之比。
9．（2023·淮北模拟）如图所示，一束红光和一束黄光，从O点以相同角度沿PO方向射入横截面为半圆形的玻璃柱体，其透射光线分别从M、N两点射出，已知α=45°，β=60°，则下列说法正确的是（ ）
A．ON是红光，OM是黄光
B．玻璃对OM光束的折射率为
C．沿ON路径传播的光穿过玻璃柱体所需时间较长
D．若将OM光束从N点沿着NO方向射入，可能发生全反射
【答案】C
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】A．根据光的折射定律，光在介质中的折射率为
由图可知，OM、ON两束光在空气中的入射角相等，而在介质中OM光的折射角大于ON光的折射角，所以OM光束在介质中的折射率小于ON光束在介质中的折射率，而红光的折射率小于黄光的折射率，所以OM为红光，ON为黄光，A不符合题意；
B．对OM光束，根据光的折射定律有
B不符合题意；
C．光在介质中的传播速度为
由于OM光束在介质中的折射率小于ON光束在介质中的折射率，所以OM光束在介质中的传播速度大于ON光束在介质中的传播速度，而光穿过玻璃柱体的路程相同，所以沿ON路径传播的光穿过玻璃柱体所需时间较长，C符合题意；
D．OM光线发生全反射的临界角为
则
则若将OM光束从N点沿着NO方向射入，此时的入射角一定小于临界角，则一定不会发生全反射，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】利用折射角的大小可以比较折射率的大小，利用折射率的大小可以判别光的颜色；利用折射定律可以求出折射率的大小；利用折射率的大小可以比较光传播的时间，结合传播的路径可以比较传播的时间；利用入射角的大小可以判别是否发生全反射。
二、多选题
10．（2023·惠州模拟）如图所示，一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p-V图中从a到b的直线所示。在此过程中（ ）
A．气体温度先上升后下降
B．气体内能一直增加
C．气体一直对外做功
D．气体吸收的热量一直全部用于对外做功
【答案】B,C
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程；热力学第一定律及其应用
【解析】【解答】AB．由图知气体的 pV乘积一直增大，由
知气体的温度一直升高，内能一直增加，A不符合题意，B符合题意；
CD．气体的体积增大，则气体一直对外做功，气体的内能一直增加，根据热力学第一定律ΔU=W+Q
可知气体一直从外界吸热，吸收的热量用于对外功和增加内能，C符合题意，D不符合题意。
故答案为：BC。
【分析】根据理想气体状态方程得出气体温度的变化情况，从而得出内能的变化情况，利用热力学第一定律得出气体吸收的热量和对外做功之间的关系。
11．（2023·淮北模拟）一定质量的理想气体从状态开始，经历回到原状态，其图像如图所示，下列判断正确的是（ ）
A．气体在状态的内能大于在状态的内能
B．气体从到的过程中，体积先变大后不变
C．气体从到的过程中，吸收的热量大于内能的变化量
D．气体从到的过程中气体对外界做的功，小于到的过程中外界对气体做的功
【答案】A,D
【知识点】热力学图像类问题
【解析】【解答】A．理想气体，忽略分子势能，所以理想气体的内能由温度决定，气体在状态b的温度大于在状态c的温度，所以在状态b的内能大于在状态的内能，A符合题意；
B．由气体理想状态方程
可知，b到c的过程中，P不变，T减小，V减小，从c到d的过程中，V不变，B不符合题意；
C．由热力学第一定律
可知，从c到d的过程中，V不变，W不变，T增大， 增大，Q增大，则气体吸收的热量等于内能的变化量，C不符合题意；
D．从d到a的过程中，气体做功
由盖—吕萨克定律可知
联立可得
同理可得，从b到c过程
从c到d的过程中，由查理定律可知
联立可知
D符合题意。
故答案为：AD。
【分析】利用气体的温度可以比较气体内能的大小；利用坐标点与原点连线的斜率大小可以判别体积的大小变化；利用热力学第一定律结合内能的变化可以判别气体吸收热量的大小；利用气体体积做功结合图像压强的比较可以比较气体对外界做功的大小。
三、综合题
12．（2023·山东模拟）如图所示为一放在水平桌面上的玻璃砖的扇形横截面，该扇形所对圆心角为135°、半径为R，AC上涂有吸光材料。一细光束始终平行于桌面从AB上射入玻璃砖，光束在AB上的入射点以非常小的速度匀速由A移向B的过程中，圆弧面上有光射出和无光射出的时间之比为。光在真空中的速度为c。求：
（1）玻璃砖对光的折射率；
（2）光恰好在圆弧面发生全反射时，光线在玻璃砖内传播的时间（可用含正、余弦值的式子表示）。
【答案】（1）对于在圆弧面上发生全反射的光束，结合几何知识可知，反射光最终一定会照射到AC上，作出光恰在圆弧面上发生全反射的情况，如图所示
根据临界角与折射率的关系
光在玻璃砖上的入射角为
由折射定律有
结合圆弧面上有光射出和无光射出的时间之比可得，光恰好不射出时入射点的位置到圆心的距离为 ，由几何关系有
解得
（2）结合上述分析和几何知识可知，光从射入玻璃砖到第一次打到圆弧面上经过的距离为
光从第一次打到圆弧面上到打到底面经过的距离为
光在玻璃砖中的传播速度为
则光恰好在圆弧面发生全反射时，光线在玻璃砖内传播的时间为
【知识点】光的折射及折射定律；光的全反射
【解析】【解答】（1）光在圆弧表面发生全反射，利用全反射的临界角的正弦值和折射率的关系以及折射定律得出玻璃砖对光的折射率；
（2）根据几何关系以及光在介质中传播的速度和光速的关系以及光传播的距离和时间的关系得出光线在玻璃砖内传播的时间 。
13．（2023·山东模拟）如图所示，粗细均匀的U型玻璃管竖直放置，右管口封闭，管内A、B两段水银柱将管内封闭有长均为的a、b两段气体，水银柱A长为，水银柱B在右管中的液面比在左管中的液面高，大气压强为，环境温度为，现将环境温度降低，使气柱b长度变为，求：
（1）降低后的环境温度；
（2）水银柱A下降的高度。
【答案】（1）开始时，左管中气柱a的压强为
右管中气柱b的压强为
温度降低后，气柱a的压强不变，气柱b的压强为
对气柱b研究，根据理想气体状态方程
解得
（2）气柱a发生等压变化，则
解得
则水银柱A下降的高度为
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程；气体的等容变化及查理定律
【解析】【解答】（1） 对气柱b研究，根据理想气体状态方程得出降低后的环境温度；
（2）气柱a发生等压变化，利用查理定理得出水银柱A下降的高度。
14．（2023·辽宁模拟）如图所示，底部带有阀门K的导热汽缸静置在水平地面上，质量为m、横截面积为S的活塞将汽缸内的空气分为高度均为h的上、下两部分，初始时上面封闭空气的压强恰好等于外界大气压强。现用打气筒从阀门K处缓慢充入空气，使活塞缓慢上升。已知重力加速度大小为g，大气压强恒为，活塞可在汽缸内无摩擦滑动且汽缸不漏气，空气可视为理想气体，不考虑空气温度的变化，当活塞上升时，求：
（1）活塞上方封闭空气的压强p；
（2）活塞下方原来封闭的空气与充入空气的质量之比k。
【答案】（1）根据题意，由玻意耳定律，对活塞上方封闭空气有
其中
解得
（2）根据题意，设活塞下方封闭空气初状态的压强为 ，活塞下方封闭空气末状态的压强为 ，假设末状态活塞下方封闭空气等温膨胀到 时的体积为V，则有 ，
由玻意耳定律有
塞下方原来封闭的空气与充入空气的质量之比为
解得
【知识点】气体的等温变化及玻意耳定律
【解析】【分析】（1）根据玻意耳定律得出 活塞上方封闭空气的压强 ；
（2）利用受力平衡以及玻意耳定律得出活塞下方原来封闭的空气与充入空气的质量之比 。
15．（2023·惠州模拟）如图所示，三角形 ABC 为三棱镜的横截面，一细束单色光从ABC的侧面AC上中点D点入射，改变入射角，当AC侧面的折射光线与BC边平行时，恰好没有光线从AB侧面边射出棱镜，已知AC=BC=9cm，且∠ABC =53°，sin53°=0.8，空气中的光速，求：
（1）该棱镜对该单色光的折射率；
（2）当AC侧面的折射光线与BC边平行时，求该单色光从 D 点入射到第一次从棱镜中射出传播的时间；
【答案】（1）当AC侧面的折射光线与BC边平行时，恰好没有光线从AB侧面边射出棱镜光路图如图所示
有几何关系可知，临界角为 由折射率可知
（2）光路图如图所示
光在棱镜中的位移为：
其中 ，光传播的时间为
解得：
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【分析】（1）根据光在棱镜中的光路图以及折射率和全反射临界角正弦值的关系得出棱镜对该单色光的折射率；
（2）根据几何关系以及光在棱镜中传播的时间和光速的关系得出 该单色光从D 点入射到第一次从棱镜中射出传播的时间。
16．（2023高三上·胶州期末）如图，半圆形玻璃砖可绕过圆心的轴转动，圆心O与足够大光屏的距离d＝10cm，初始玻璃砖的直径与光屏平行，一束光对准圆心沿垂直光屏方向射向玻璃砖，在光屏上O1位置留下一光点，保持入射光方向不变，让玻璃砖绕O点顺时针方向转动时，光屏上光点也会移动，当玻璃砖转过30°角时，光屏上光点位置距离O1点为10cm。求
（1）玻璃砖的折射率n；
（2）当光屏上光点消失时，玻璃砖绕O点相对初始位置转过的角度α的正弦值。
【答案】（1）解：璃砖转过 角时，折射光路如图
由几何关系可知入射角
又
则
那么折射角
由折射定律可知
解得
（2）解：发生全反射时有
所以玻璃砖绕O点相对初始位置转过的角度α的正弦值为
【知识点】光的折射及折射定律；光的全反射
【解析】【分析】（1）根据几何关系以及折射定律得出玻璃砖的折射率；
（2）根据全反射的临界角的正弦值以及折射率的关系得出玻璃砖绕O点相对初始位置转过的角度α的正弦值。
17．（2023高三上·深圳期末）工人浇筑混凝土墙壁时，内部形成了一块气密性良好充满空气的空腔，墙壁导热性能良好。
（1）空腔内气体的温度变化范围为，问空腔内气体的最小压强与最大压强之比；
（2）填充空腔前，需要测出空腔的容积。在墙上钻一个小孔，用细管将空腔和一个带有气压传感器的气缸连通，形成密闭空间。当气缸内气体体积为时，传感器的示数为。将活塞缓慢下压，气缸内气体体积为时，传感器的示数为。求该空腔的容积。
【答案】（1）解：以空腔内的气体为研究对象，最低温度时，压强 ， ；最高温度时，压强 ， ；根据查理定律可知
解得
（2）解：设空腔的体积为 ，气缸的容积为 ，以整个系统内的气体为研究对象，则未下压时气体的压强 ，体积 ，
下压后气体的压强 ，体积 ，
根据波意耳定律
解得
【知识点】气体的等温变化及玻意耳定律；气体的等容变化及查理定律
【解析】【分析】（1）等容变化，根据查理定律求解。
（2）等温变化，根据波意耳定律求解。
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2023高考物理最新模拟题专题分类汇编 专题十一 光学与热学
一、单选题
1．（2023·山东模拟）如图所示，高度为h=1.804m、装有理想气体的薄圆筒，某次工作时，由水面上的船将筒由水面上方开口向下吊放至水下A位置，筒的上表面到水面的距离为H=80m。已知水的密度为ρ=1.0×103kg/m3，重力加速度g=10m/s2，大气压强为p0=1.0×105Pa，忽略筒内气体温度的变化和水的密度随深度的变化。保持H不变，由船上的气泵将与原来相同的气体压入筒内，使筒内的水全部排出，则压入气体的质量与筒内原气体质量的比值约为（ ）
A．8.2 B．7.5 C．6.7 D．5.9
2．（2023·辽宁模拟）一束激光由光导纤维左端的中心点O以的入射角射入，在光导纤维的侧面以入射角多次反射后，从另一端射出，已知光导纤维总长为，光在真空中的传播速度。该激光在光导纤维中传输所经历的时间为（ ）
A． B． C． D．
3．（2023·湖北模拟）彩虹的形成可以简化为如图所示的模型。球是空中的球形雨滴，太阳光（复色光）从点射入，在雨滴内经反射和折射后射出并进入地面上人的眼中，因光的折射率不同，从而形成了彩虹，其中光线和光线是彩虹最外侧的两束光线。下列说法正确的是（ ）
A．光线为红光，光线为紫光
B．两种光在点和点可以发生全发射
C．人看到空中的彩虹红光在顶端，紫光在底端
D．光线在雨滴中传播的速度大于光线在雨滴中传播的速度
4．（2023·湖北模拟）将密闭着一定质量的理想气体的导热气缸按如图两种方式放置。图（a）中竖直弹簧下端固定在水平地面上，上端与活塞相连；图（b）中竖直弹簧上端固定在天花板上，下端与活塞相连。不计气缸内壁与活塞间的摩擦，环境温度保持不变，弹簧始终在弹性限度内。当外界大气压变大时，下列说法正确的是（ ）
A．两图中弹簧弹力均变大
B．图（a）中气体压强变大，图（b）中气体压强变小
C．相对于地面，图（a）中气缸位置下降，图（b）中气缸位置上升
D．相对于地面，图（a）中活塞位置下降，图（b）中活塞位置上升
5．（2023·江苏模拟）下列说法正确的是（ ）
A．扩散运动是由微粒和水分子发生化学反应引起的
B．水流速度越大，水分子的热运动越剧烈
C．某时刻某一气体分子向左运动，则下一时刻它一定向右运动
D．0oC和100oC氧气分子的速率都呈现“中间多、两头少”的分布规律
6．（2023·江苏模拟）如图甲所示，每年夏季，我国多地会出现日晕现象，日晕是日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。如图乙所示为一束太阳光射到六角形冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，下列说法正确的是（ ）
A．a光的频率比b光的频率大
B．在冰晶中，b光的传播速度较小
C．用同一装置做单缝衍射实验，b光中央亮条纹更宽
D．从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较小
7．（2023·淮安模拟）如图所示，绝热容器被绝热隔板K1和卡销锁住的绝热光滑活塞K2隔成a、b、c三部分，a部分为真空，b部分为一定质量的稀薄理想气体，且压强（是大气压强），c与大气连通，则下列说法中正确的是（ ）
A．只打开隔板K1，b中气体对外做功，内能减少
B．只打开隔板K1，b中气体压强减小，温度不变
C．只打开卡销K2，外界对b中气体做功，b中气体内能不变
D．打开隔板K1和卡销K2，待活塞K2稳定后，b部分气体的内能减少
8．（2023·淮安模拟）如图是蓝色大闪蝶，在阳光下可以看到其翅膀灿烂闪烁。蓝色大闪蝶的翅膀表面有凸起的翅脊，这些翅脊有一串类似台阶的结构。光照射翅脊上“台阶结构”的典型光路如图所示，则（ ）
A．翅膀灿烂闪烁是光的干涉现象
B．翅膀灿烂闪烁是光的色散现象
C．翅膀灿烂闪烁是光的全反射现象
D．光在空气中的波长约是在翅脊中波长的倍
9．（2023·淮北模拟）如图所示，一束红光和一束黄光，从O点以相同角度沿PO方向射入横截面为半圆形的玻璃柱体，其透射光线分别从M、N两点射出，已知α=45°，β=60°，则下列说法正确的是（ ）
A．ON是红光，OM是黄光
B．玻璃对OM光束的折射率为
C．沿ON路径传播的光穿过玻璃柱体所需时间较长
D．若将OM光束从N点沿着NO方向射入，可能发生全反射
二、多选题
10．（2023·惠州模拟）如图所示，一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p-V图中从a到b的直线所示。在此过程中（ ）
A．气体温度先上升后下降
B．气体内能一直增加
C．气体一直对外做功
D．气体吸收的热量一直全部用于对外做功
11．（2023·淮北模拟）一定质量的理想气体从状态开始，经历回到原状态，其图像如图所示，下列判断正确的是（ ）
A．气体在状态的内能大于在状态的内能
B．气体从到的过程中，体积先变大后不变
C．气体从到的过程中，吸收的热量大于内能的变化量
D．气体从到的过程中气体对外界做的功，小于到的过程中外界对气体做的功
三、综合题
12．（2023·山东模拟）如图所示为一放在水平桌面上的玻璃砖的扇形横截面，该扇形所对圆心角为135°、半径为R，AC上涂有吸光材料。一细光束始终平行于桌面从AB上射入玻璃砖，光束在AB上的入射点以非常小的速度匀速由A移向B的过程中，圆弧面上有光射出和无光射出的时间之比为。光在真空中的速度为c。求：
（1）玻璃砖对光的折射率；
（2）光恰好在圆弧面发生全反射时，光线在玻璃砖内传播的时间（可用含正、余弦值的式子表示）。
13．（2023·山东模拟）如图所示，粗细均匀的U型玻璃管竖直放置，右管口封闭，管内A、B两段水银柱将管内封闭有长均为的a、b两段气体，水银柱A长为，水银柱B在右管中的液面比在左管中的液面高，大气压强为，环境温度为，现将环境温度降低，使气柱b长度变为，求：
（1）降低后的环境温度；
（2）水银柱A下降的高度。
14．（2023·辽宁模拟）如图所示，底部带有阀门K的导热汽缸静置在水平地面上，质量为m、横截面积为S的活塞将汽缸内的空气分为高度均为h的上、下两部分，初始时上面封闭空气的压强恰好等于外界大气压强。现用打气筒从阀门K处缓慢充入空气，使活塞缓慢上升。已知重力加速度大小为g，大气压强恒为，活塞可在汽缸内无摩擦滑动且汽缸不漏气，空气可视为理想气体，不考虑空气温度的变化，当活塞上升时，求：
（1）活塞上方封闭空气的压强p；
（2）活塞下方原来封闭的空气与充入空气的质量之比k。
15．（2023·惠州模拟）如图所示，三角形 ABC 为三棱镜的横截面，一细束单色光从ABC的侧面AC上中点D点入射，改变入射角，当AC侧面的折射光线与BC边平行时，恰好没有光线从AB侧面边射出棱镜，已知AC=BC=9cm，且∠ABC =53°，sin53°=0.8，空气中的光速，求：
（1）该棱镜对该单色光的折射率；
（2）当AC侧面的折射光线与BC边平行时，求该单色光从 D 点入射到第一次从棱镜中射出传播的时间；
16．（2023高三上·胶州期末）如图，半圆形玻璃砖可绕过圆心的轴转动，圆心O与足够大光屏的距离d＝10cm，初始玻璃砖的直径与光屏平行，一束光对准圆心沿垂直光屏方向射向玻璃砖，在光屏上O1位置留下一光点，保持入射光方向不变，让玻璃砖绕O点顺时针方向转动时，光屏上光点也会移动，当玻璃砖转过30°角时，光屏上光点位置距离O1点为10cm。求
（1）玻璃砖的折射率n；
（2）当光屏上光点消失时，玻璃砖绕O点相对初始位置转过的角度α的正弦值。
17．（2023高三上·深圳期末）工人浇筑混凝土墙壁时，内部形成了一块气密性良好充满空气的空腔，墙壁导热性能良好。
（1）空腔内气体的温度变化范围为，问空腔内气体的最小压强与最大压强之比；
（2）填充空腔前，需要测出空腔的容积。在墙上钻一个小孔，用细管将空腔和一个带有气压传感器的气缸连通，形成密闭空间。当气缸内气体体积为时，传感器的示数为。将活塞缓慢下压，气缸内气体体积为时，传感器的示数为。求该空腔的容积。
答案解析部分
1．【答案】A
【知识点】气体的等温变化及玻意耳定律
【解析】【解答】设水全部排出后筒内气体的压强为p1，此时简内气体的体积为V0，这些气体压强为p0时的体积为V2，由玻意耳定律有
其中
设需压入压强为p0的气体体积为ΔV，则有
压入气体的质量与筒内原气体质量的比为
故答案为：A。
【分析】根据玻意耳定律和体积的变化情况得出压入气体的质量与筒内原气体质量的比。
2．【答案】D
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】由题意可知，光的入射角α=60°，由几何知识可知，折射角β=30°
由折射定律可知，折射率
激光在光导纤维中经过一系列全反射后从右端射出，设激光在光导纤维中传播的距离为s，光路图如图所示
由几何知识得x=OAsinθ，
光在光导纤维中的传播速度
该激光在光导纤维中传输所经历的时间
代入数据解得t=4×10-7s
故答案为：D。
【分析】根据折射定律得出光导纤维对激光的折射率，利用光在光导纤维中椽笔的距离和时间的关系得出 激光在光导纤维中传输所经历的时间 。
3．【答案】C
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】A．光线 、 入射角相同， 的折射角小，故 的折射率大，所以 为紫光， 为红光，A不符合题意；
C．如图，人观察彩虹时，红光在上、紫光在下，C符合题意；
B．由题图可知，光线由空气射入雨滴的折射角等于雨滴背面的入射角，所以两种光在 点和 点不能发生全反射，B不符合题意；
D．根据
光线 在雨滴中传播的速度小于光线 在雨滴中传播的速度，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】根据折射定律得出ab光的折射率大小关系，结合折射率与光在介质中传播的速度之间的关系得出ab光在雨滴中传播的速度大小关系。
4．【答案】C
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程；压强及封闭气体压强的计算
【解析】【解答】AD．把气缸和活塞当作整体，状态变化前后均满足平衡条件
故弹簧弹力保持不变，两活塞位置保持不变，A不符合题意，D不符合题意；
BC．图（a）中以气缸为研究对象
增大，故 增大，又温度保持不变，由玻意耳定律可知，气体体积缩小，故气缸位置下降；图（b）中以气缸为研究对象
增大，故 增大，又温度保持不变，由玻意耳定律可知，气体体积缩小，故气缸位置上升，B不符合题意，C符合题意。
故答案为：C。
【分析】把气缸和活塞当作整体进行受力分析，根据共点力平衡得出弹簧弹力的变化情况，以（a）（b）中的气缸为研究对象根据共点力平衡得出汽缸位置的变化情况。
5．【答案】D
【知识点】分子动理论的基本内容；分子运动速率的统计规律
【解析】【解答】A．扩散运动是物理现象，没有发生化学反应，A不符合题意；
B．水流速度是宏观物理量，水分子的运动速率是微观物理量，它们没有必然的联系，所以分子热运动越剧烈程度和流水速度无关。B不符合题意；
C．分子运动是杂乱无章的，无法判断分子下一刻的运动方向；C不符合题意；
D.0oC和100oC氧气分子的速率都呈现“中间多、两头少”的分布规律，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】扩散运动是物理现象，水流速度是宏观物理量，分子运动是杂乱无章的，分子的速率都呈现“中间多、两头少”的分布规律。
6．【答案】B
【知识点】光的折射及折射定律；光的全反射
【解析】【解答】A．由题图可知a光的偏折程度比b光的偏折程度小，根据棱镜色散规律可知a光的波长比b光的波长大，a光的频率比b光的频率小，A不符合题意；
B．易知冰晶对b光的折射率比对a光的折射率大，根据 可知在冰晶中，b光的传播速度较小，B符合题意；
C．波长越小，衍射现象越不明显，单缝衍射的中央亮条纹越窄，用同一装置做单缝衍射实验，b光中央亮条纹更窄，C不符合题意；
D．同种玻璃对a光的折射率比对b光的折射率小，根据 可知从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较大，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】根据ab光的偏折程度得出折射率的大小关系，结合波长和频率的关系得出ab频率的大小，波长越小，衍射现象越不明显，通过折射率和全反射临界角正弦值的关系得出ab光临界角的大小关系。
7．【答案】B
【知识点】功能关系；热力学第一定律及其应用
【解析】【解答】AB．只打开隔板K1时，b中气体向a中真空扩散，气体不做功 ，绝热容器导致 。由热力学第一定律知
内能不变，温度不变；体积增大，压强减小，A不符合题意，B符合题意；
C．只打开卡销K2时，由于 ，活塞将向左移动，b中气体体积减小，外界对b中气体做功 ，但 则
内能增加，C不符合题意；
D．打开隔板K1和卡销K2，外界对气体做功，整个过程绝热，所以待活塞K2稳定后，b部分气体的内能增加，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】只打开隔板K1时根据热力学第一定律得出内能的变化情况，从而得出气体压强的变化情况，只打开卡销K2时，根据气体的做功以及功能关系得出内能的变化情况。
8．【答案】A
【知识点】薄膜干涉
【解析】【解答】ABC．翅膀灿烂闪烁是光的薄膜干涉现象，A符合题意，BC不符合题意；
D．根据
D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】翅膀灿烂闪烁是光的薄膜干涉现象，根据波长和波速的关系得出波长之比。
9．【答案】C
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】A．根据光的折射定律，光在介质中的折射率为
由图可知，OM、ON两束光在空气中的入射角相等，而在介质中OM光的折射角大于ON光的折射角，所以OM光束在介质中的折射率小于ON光束在介质中的折射率，而红光的折射率小于黄光的折射率，所以OM为红光，ON为黄光，A不符合题意；
B．对OM光束，根据光的折射定律有
B不符合题意；
C．光在介质中的传播速度为
由于OM光束在介质中的折射率小于ON光束在介质中的折射率，所以OM光束在介质中的传播速度大于ON光束在介质中的传播速度，而光穿过玻璃柱体的路程相同，所以沿ON路径传播的光穿过玻璃柱体所需时间较长，C符合题意；
D．OM光线发生全反射的临界角为
则
则若将OM光束从N点沿着NO方向射入，此时的入射角一定小于临界角，则一定不会发生全反射，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】利用折射角的大小可以比较折射率的大小，利用折射率的大小可以判别光的颜色；利用折射定律可以求出折射率的大小；利用折射率的大小可以比较光传播的时间，结合传播的路径可以比较传播的时间；利用入射角的大小可以判别是否发生全反射。
10．【答案】B,C
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程；热力学第一定律及其应用
【解析】【解答】AB．由图知气体的 pV乘积一直增大，由
知气体的温度一直升高，内能一直增加，A不符合题意，B符合题意；
CD．气体的体积增大，则气体一直对外做功，气体的内能一直增加，根据热力学第一定律ΔU=W+Q
可知气体一直从外界吸热，吸收的热量用于对外功和增加内能，C符合题意，D不符合题意。
故答案为：BC。
【分析】根据理想气体状态方程得出气体温度的变化情况，从而得出内能的变化情况，利用热力学第一定律得出气体吸收的热量和对外做功之间的关系。
11．【答案】A,D
【知识点】热力学图像类问题
【解析】【解答】A．理想气体，忽略分子势能，所以理想气体的内能由温度决定，气体在状态b的温度大于在状态c的温度，所以在状态b的内能大于在状态的内能，A符合题意；
B．由气体理想状态方程
可知，b到c的过程中，P不变，T减小，V减小，从c到d的过程中，V不变，B不符合题意；
C．由热力学第一定律
可知，从c到d的过程中，V不变，W不变，T增大， 增大，Q增大，则气体吸收的热量等于内能的变化量，C不符合题意；
D．从d到a的过程中，气体做功
由盖—吕萨克定律可知
联立可得
同理可得，从b到c过程
从c到d的过程中，由查理定律可知
联立可知
D符合题意。
故答案为：AD。
【分析】利用气体的温度可以比较气体内能的大小；利用坐标点与原点连线的斜率大小可以判别体积的大小变化；利用热力学第一定律结合内能的变化可以判别气体吸收热量的大小；利用气体体积做功结合图像压强的比较可以比较气体对外界做功的大小。
12．【答案】（1）对于在圆弧面上发生全反射的光束，结合几何知识可知，反射光最终一定会照射到AC上，作出光恰在圆弧面上发生全反射的情况，如图所示
根据临界角与折射率的关系
光在玻璃砖上的入射角为
由折射定律有
结合圆弧面上有光射出和无光射出的时间之比可得，光恰好不射出时入射点的位置到圆心的距离为 ，由几何关系有
解得
（2）结合上述分析和几何知识可知，光从射入玻璃砖到第一次打到圆弧面上经过的距离为
光从第一次打到圆弧面上到打到底面经过的距离为
光在玻璃砖中的传播速度为
则光恰好在圆弧面发生全反射时，光线在玻璃砖内传播的时间为
【知识点】光的折射及折射定律；光的全反射
【解析】【解答】（1）光在圆弧表面发生全反射，利用全反射的临界角的正弦值和折射率的关系以及折射定律得出玻璃砖对光的折射率；
（2）根据几何关系以及光在介质中传播的速度和光速的关系以及光传播的距离和时间的关系得出光线在玻璃砖内传播的时间 。
13．【答案】（1）开始时，左管中气柱a的压强为
右管中气柱b的压强为
温度降低后，气柱a的压强不变，气柱b的压强为
对气柱b研究，根据理想气体状态方程
解得
（2）气柱a发生等压变化，则
解得
则水银柱A下降的高度为
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程；气体的等容变化及查理定律
【解析】【解答】（1） 对气柱b研究，根据理想气体状态方程得出降低后的环境温度；
（2）气柱a发生等压变化，利用查理定理得出水银柱A下降的高度。
14．【答案】（1）根据题意，由玻意耳定律，对活塞上方封闭空气有
其中
解得
（2）根据题意，设活塞下方封闭空气初状态的压强为 ，活塞下方封闭空气末状态的压强为 ，假设末状态活塞下方封闭空气等温膨胀到 时的体积为V，则有 ，
由玻意耳定律有
塞下方原来封闭的空气与充入空气的质量之比为
解得
【知识点】气体的等温变化及玻意耳定律
【解析】【分析】（1）根据玻意耳定律得出 活塞上方封闭空气的压强 ；
（2）利用受力平衡以及玻意耳定律得出活塞下方原来封闭的空气与充入空气的质量之比 。
15．【答案】（1）当AC侧面的折射光线与BC边平行时，恰好没有光线从AB侧面边射出棱镜光路图如图所示
有几何关系可知，临界角为 由折射率可知
（2）光路图如图所示
光在棱镜中的位移为：
其中 ，光传播的时间为
解得：
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【分析】（1）根据光在棱镜中的光路图以及折射率和全反射临界角正弦值的关系得出棱镜对该单色光的折射率；
（2）根据几何关系以及光在棱镜中传播的时间和光速的关系得出 该单色光从D 点入射到第一次从棱镜中射出传播的时间。
16．【答案】（1）解：璃砖转过 角时，折射光路如图
由几何关系可知入射角
又
则
那么折射角
由折射定律可知
解得
（2）解：发生全反射时有
所以玻璃砖绕O点相对初始位置转过的角度α的正弦值为
【知识点】光的折射及折射定律；光的全反射
【解析】【分析】（1）根据几何关系以及折射定律得出玻璃砖的折射率；
（2）根据全反射的临界角的正弦值以及折射率的关系得出玻璃砖绕O点相对初始位置转过的角度α的正弦值。
17．【答案】（1）解：以空腔内的气体为研究对象，最低温度时，压强 ， ；最高温度时，压强 ， ；根据查理定律可知
解得
（2）解：设空腔的体积为 ，气缸的容积为 ，以整个系统内的气体为研究对象，则未下压时气体的压强 ，体积 ，
下压后气体的压强 ，体积 ，
根据波意耳定律
解得
【知识点】气体的等温变化及玻意耳定律；气体的等容变化及查理定律
【解析】【分析】（1）等容变化，根据查理定律求解。
（2）等温变化，根据波意耳定律求解。
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