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2023年高考真题分类汇编：光学与热学
一、选择题
1．（2023·北京）夜间由于气温降低，汽车轮胎内的气体压强变低。与白天相比，夜间轮胎内的气体（ ）
A．分子的平均动能更小
B．单位体积内分子的个数更少
C．所有分子的运动速率都更小
D．分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大
【答案】A
【知识点】分子动理论的基本内容；气体压强的微观解释
【解析】【解答】AC、温度是分子平均动能的标志，夜间气温降低，分子的平均动能减小，但不是所有分子的运动速率都更小，A正确，C错误；
BD、由于汽车轮胎内的气体质量不变，总分子数不变，但温度降低，分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力减小，压强减小，轮胎内气体体积减小，单位体积内分子的个数增多，BD错误；
故答案为：A
【分析】根据分子动理论，温度是分子热运动的标志，压强的微观解释正确判断。
2．（2023·北京）阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，这种现象属于光的（ ）
A．偏振现象 B．衍射现象 C．干涉现象 D．全反射现象
【答案】C
【知识点】薄膜干涉
【解析】【解答】阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，是肥皂膜的前后表面反射光叠加产生的干涉现象，这种现象属于光的薄膜干涉现象，ABD错误，C正确；
故答案为：C
【分析】根据薄膜干涉原理正确判断。
3．（2023·山东）如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环，C为待测柱形样品，C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板，会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，下列说法正确的是（ ）
A．劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动
B．劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动
C．劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动
D．劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动
【答案】A
【知识点】光的干涉；薄膜干涉
【解析】【解答】由题意知， C的膨胀系数小于G的膨胀系数， 所以当温度升高时，G比C膨胀明显，劈形空气层的厚度变大。因为干涉条纹是由劈形空气膜上下两表面的反射光在标准样板的上表面叠加而形成的，每条条纹对应的空气膜上下两表面的反射光的光程差与劈形空气层的厚度是一一对应的，所以劈形空气层的厚度变大，条纹向劈尖移动，即条纹向左移动，A符合题意，BCD不符合题意。
故答案为：A。
【分析】根据题中所给C和G的膨胀系数关系分析空气层厚度的变化；空气层干涉形成的条纹是空气层的上下表面的反射光干涉产生的，光程差为对应的薄膜厚度的二倍，若光程差为波长整数倍，则为明条纹，为半波长奇数倍，则为暗条纹，所以每条条纹与薄膜厚度一一对应，由此判断条纹的移动方向。
4．（2023·海南）下列关于分子力和分子势能的说法正确的是（ ）
A．分子间距离大于时，分子间表现为斥力
B．分子从无限远靠近到距离处过程中分子势能变大
C．分子势能在处最小
D．分子间距离在小于且减小时，分子势能在减小
【答案】C
【知识点】分子间的作用力
【解析】【解答】根据分子之间的相互作用，当分子之间的距离等于时分子间的合力为零，当分子间的距离大于时，分子力表现为引力，随着分子从无限远处靠近到的过程中，引力做正功，分子势能减小，在处势能最小；当分子间的距离减小到小于时，分子力表现为斥力，随距离的不断减小，斥力做负功，分子势能增大。ABD错误，C正确；
故答案为：C
【分析】正确理解认识分子间的引力、斥力、合力与分子间距离的关系图像和分子势能与分子间距的关系图像，就可正确判断。
5．（2023·浙江）在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体，直角边的长度为0.9m，水的折射率，细灯带到水面的距离，则有光射出的水面形状（用阴影表示）为（ ）
A． B． C． D．
【答案】C
【知识点】光的折射及折射定律；光的全反射
【解析】【解答】在灯带上取一点作为点光源，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，点光源射出的光线在水面恰好发生全发射的光路图如图：
临界角的正弦值：，所以，根据几何关系得：。
三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体发出的光在水面上有光射出的水面形状如图：
设直角边的长度为，由几何关系得：此三角形的内切圆的半径：，而，，所以由上图知有光射出的水面形状在三角形中央区域无空缺部分，故C符合题意，ABD不符合题意。
故答案为：C
【分析】点光源发出的光在水面上有光射出的水面形状为圆形，根据全反射临界角满足的条件，画出三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体发出的光在水面上有光射出的水面形状示意图，根据几何关系求解。
6．（2023·浙江）有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0。当紫外光照射该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为 x。已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，则（ ）
A．电子的动量 B．电子的动能
C．光子的能量 D．光子的动量
【答案】A,D
【知识点】干涉条纹和光的波长之间的关系；光电效应；光子及其动量
【解析】【解答】A.根据得：，所以电子的动量为：，故A符合题意；
B.根据动能和动量的关系，故B不符合题意；
C.根据光电效应方程得：，故C不符合题意；
D.光子的动量，光子的能量，联立可得：，故D符合题意。
故答案为：AD
【分析】根据电子的动量公式结合双缝干涉实验的条纹间距公式联立求得电子的动量表达式；根据动能和动量的关系求电子的动能；根据光电效应方程列式求光子的能量，结合能量和动量的关系式求光子的动量。
7．（2023·上海）一定质量的理想气体，经历如图过程，其中ab、cd分别为双曲线的一部分。下列对a、b、c、d四点温度大小比较正确的是（ ）
A．Ta>Tb B．Tb>Tc C．Tc>Td D．Td>Ta
【答案】B
【知识点】热力学图像类问题
【解析】【解答】A、P-V图像中，由得：， ab、cd分别为双曲线的一部分是等温线，故，A错误；
B、b-c，等容变化，由可知，压强减小，温度降低， ，B正确：
C、dc为等温线，故，C错误；
D、d-a，等容变化，等容升温增压，，D错误；
故答案为：B
【分析】P-V图像中，由得：， ab、cd分别为双曲线的一部分是等温线，可以确定ab温度相等， cd温度相等，由b-c或者d-a，由等容变化据可以确定两条等温线的温度高低。
8．（2023·湖北）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
【知识点】光的折射及折射定律；光的全反射
【解析】【解答】设入射角为i，折射角为r，根据折射定律得：。根据全反射定律得：，所以，AB之间有光射出，光路图如下：
由几何关系得：，故C符合题意，ABD不符合题意。
故答案为：C
【分析】根据折射定律求出折射率，根据全反射定律求出临界角，作光路图，根据几何关系求解。
9．（2023·辽宁）“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中， 一定质量理想气体的p-T 图像如图所示。该过程对应的p-V 图像可能是（ ）。
A． B．
C． D．
【答案】B
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程；气体的等温变化及玻意耳定律；热力学图像类问题
【解析】【解答】根据理想气体状态方程：
可得：，由P-T图像，从a-b气体压强不变，温度升高，由等容线可知体积增大；从b-c，气体压强减小，温度降低，由等容线可知体积在增大，故ACD错误，B正确；
故答案为：B
【分析】根据理想气体状态方程得出P与T的关系，结合P-T图像，分析气体从a到b到c的变化规律，从而在P-V图像中对应判断得出结论。
10．（2023·江苏）地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】A
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】在太阳光线进入大气处作一条平行于地球表面的直线，再过该直线与太阳光线的交点作地球表面平行线的垂线即为法线，根据光的折射定律可得，空气的折射率越大，折射角就越小，即折射光线逐渐趋向于法线，故A选项符合题意。
故答案为：A。
【分析】考查光的折射定律，由光的折射定律可求出折射角随着空气折射率的增大而减小，结合几何关系画出光的传播示意图分析求解。
11．（2023·江苏）在“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验装置如图所示。利用注射器选取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作正确的是（ ）
A．把柱塞快速地向下压
B．把柱塞缓慢地向上拉
C．在橡胶套处接另一注射器，快速推动该注射器柱塞
D．在橡胶套处接另一注射器，缓慢推动该注射器柱塞
【答案】B
【知识点】气体的等温变化及玻意耳定律
【解析】【解答】 在“探究气体等温变化的规律”的实验中， 需要控制温度不变，因此，不能用手握住注射器和不能迅速推动活塞，因为做功和热传递都会改变物体的内能，从而改变物体的温度。故B选项符合题意。
故答案为：B。
【分析】根据气体等温变化实验中中控制变量的需要，需保证此过程中温度和气体质量不变。
12．（2023·江苏）用某种单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变为原来的（ ）
A．倍 B．倍 C．2倍 D．3倍
【答案】B
【知识点】干涉条纹和光的波长之间的关系
【解析】【解答】由图可知，Δx乙=2Δx甲，由相邻亮条纹之间或相邻暗条纹之间的距离公式Δx= ，而光的波长 和缝到屏的距离l不变，解得d乙=d甲。故B选项符合题意。
故答案为：B
【分析】根据光的双缝干涉条纹间距公式分析求解。
13．（2023·江苏）如图所示．密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B．该过程中（ ）
A．气体分子的数密度增大
B．气体分子的平均动能增大
C．单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小
D．单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
【答案】B
【知识点】分子动能；气体的等容变化及查理定律；热力学图像类问题
【解析】【解答】A、由公式PV=CT可得P=（C/V）T，即P-T图像的斜率k=C/V不变，故V不变，而气体分子数目不变，所以气体分子密度不变，故A选项不符合题意；
B.因为温度是分子平均动能的标志，气体由状态A变化到状态B ，T增大，所以气体分子平均动能增大，故B选项符合题意；
CD.气体由状态A变化到状态B ，压强增大，所以单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力增大，单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数增多。故CD选项不符合题意。
故选B.
【分析】根据气体分子平均动能与温度有关和气体压强产生的原因结合理想气体状态方程列方程求解。
14．（2023·浙江选考）如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光束从直角边以角度入射，依次经和两次反射，从直角边出射。出射光线相对于入射光线偏转了角，则（ ）
A．等于 B．大于
C．小于 D．与棱镜的折射率有关
【答案】A
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】设光线在BC边的入射角为，光线在AC边的入射角为r，折射角为i；
由几何知识可知
，
联立解得
由折射定律得。在第一次折射的那个交点处做出射光的平行线，由几何知识可得。
故选A。
【分析】分析每次折射与反射的入射角与折射角，结合折射定律，找到相关的几何关系，
15．（2023·浙江）下列说法正确的是（ ）
A．热量能自发地从低温物体传到高温物体
B．液体的表面张力方向总是跟液面相切
C．在不同的惯性参考系中，物理规律的形式是不同的
D．当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源振动的频率
【答案】B,D
【知识点】多普勒效应；热力学第二定律；液体的表面张力
【解析】【解答】A.根据热力学第二定律知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，故A不符合题意；
B. 液体的表面张力方向总是跟液面相切 ，故B符合题意；
C.由狭义相对论的两个基本假设知，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故C不符合题意；
D.根据多普勒效应的原理知，当波源与观察者相互接近时，观察者接收到的频率增大；反之，观察者接收到的频率减小，故D符合题意。
故答案为：BD
【分析】根据热力学第二定律分析即可；根据液体表面张力的特点分析即可；根据狭义相对论分析即可；根据多普勒效应分析即可。
二、多项选择题
16．（2023·新课标卷）如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后（ ）
A．h中的气体内能增加 B．f与g中的气体温度相等
C．f与h中的气体温度相等 D．f与h中的气体压强相等
【答案】A,D
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程
【解析】【解答】A、对f的气体进行加热，气体温度升高，体积增大，推动活塞向右移动，h中气体体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律，h中气体与外界无热量交换，故内能增加，A正确。
B、初始时f与g气体体积相同，加热后f体积增大，弹簧被压缩，g中气体体积减小，根据理想气体状态方程，由于，则f的温度高于g的温度，故B错误。
C、由于弹簧弹力的作用，h中气体体积减小，同样根据理想气体状态方程，可知f的温度高于h，故C错误。
D、将中间活塞与弹簧以及g中气体看做一个整体，f和h两侧的压力相等，保持平衡状态，故f与h的压强相等，故D正确。
故答案为：AD。
【分析】对三个气缸中的气体参量进行分析，根据理想气体状态方程和热力学第一定律列方程分析求解。
17．（2023·湖南）一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光光束与水面的夹角为α，如图所示。他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，下列说法正确的是（ ）
A．水的折射率为
B．水的折射率为
C．当他以α= 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°
D．当他以α= 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60°
【答案】B,C
【知识点】光的折射及折射定律；光的全反射
【解析】【解答】AB. 他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束 ，说明时激光恰好发生全反射，则，解得：，故A不符合题意，B符合题意；
CD. 当他以α = 60°向水面发射激光时 ，入射角，设折射角为，根据得：，折射角大于30°，则岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°，故C符合题意，D不符合题意。
故答案为：BC
【分析】临界角，根据求折射率；根据折射定律分析判断。
18．（2023·浙江选考）氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光I，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是（ ）
A．图1中的对应的是Ⅰ
B．图2中的干涉条纹对应的是Ⅱ
C．Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量
D．P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大
【答案】C,D
【知识点】干涉条纹和光的波长之间的关系；光电效应；光谱和光谱分析
【解析】【解答】A：图一中偏红光，能量最低。能级越高，能量越大，从更高能级向相同低能级跃迁会产生能量更大的光子，所以可见光 I 能量更大，不可能是。故A错误。
B：由可得，干涉条纹间距越小，波长也越小，频率越大，能量越高， 图2中的干涉条纹对应的是I 。故B错误
C：由得，波长短，光子动量大，所以 Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量 。故C正确。
D：频率越大，能量越大，发生光电效应时，遏止电压越大。所以 电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大 。故D正确。
故选CD。
【分析】红光能量低，波长长，频率低。能量越低的光子更容易产生红光。
19．（2023·山东）一定质量的理想气体，初始温度为，压强为。经等容过程，该气体吸收的热量后温度上升；若经等压过程，需要吸收的热量才能使气体温度上升。下列说法正确的是（ ）
A．初始状态下，气体的体积为
B．等压过程中，气体对外做功
C．等压过程中，气体体积增加了原体积的
D．两个过程中，气体的内能增加量都为
【答案】A,D
【知识点】功的计算；热力学第一定律及其应用；气体的等压变化及盖-吕萨克定律；气体的等容变化及查理定律
【解析】【解答】C．令理想气体的初始状态的压强，体积和温度分别为、、，等容过程为状态二，压强，体积和温度分别为、、，等压过程为状态三，压强，体积和温度分别为、、。对等压过程，由盖吕萨克定律可得：，代入数值解得：，可知体积增加了原来的，C不符合题意；
D．等容过程中气体做功为零，由热力学第一定律，可知等容过程中气体内能增加了400J，两个过程的初末温度相同，即内能变化相同，因此等压过程的气体内能也增加了400J，D符合题意；
AB．等压过程内能增加了400J，吸收热量为600J，由热力学第一定律，可得气体做功：W=400J-600J=-200J，则气体对外做功为200J，即做功的大小为
代入数据解得，A符合题意，B不符合题意。
故答案为：AD。
【分析】对等压过程，根据盖吕萨克定律，列出状态方程求解；根据热力学第一定律判断内能变化；根据气体做功公式求解体积。
三、非选择题
20．（2023·山东）一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N，相距为d，直径均为，折射率为n（）。M、N下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被测物体表面镜面反射至N下端面，N下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。
（1）从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为，求的正弦值；
（2）被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围（只考虑在被测物体表面反射一次的光线）。
【答案】（1）设激光在M内发生全反射的入射角为α，从下端由M射出时的入射角为β，光路图如图
激光在M内发生全反射，所以大于等于临界角，
由几何关系得：α+β=90°
当等于临界角时，最大， 从M下端面出射的光与竖直方向的偏角最大 ，
根据折射定律得：，
解得最大偏角的正弦值为：
（2）做光路图如图：
当光线刚好能照到N下端最左侧时，玻璃丝下端面到被测物体距离：
光线刚好能照全部覆盖N下端时，玻璃丝下端面到被测物体距离：，
则
则玻璃丝下端面到被测物体距离的范围为：
【知识点】光的折射及折射定律；光的全反射
【解析】【分析】（1）激光在M内恰好发生全反射时，从M下端面出射的光与竖直方向的偏角最大，根据几何关系和折射定律列式求解即可；
（2）N下端面刚能接收反射激光时，从M下端最右侧射出的光恰好由N下端最左侧射入N，被测物体向下移动，N恰好全部被照亮时，光从M下端最右侧射出的光恰好由N下端最右侧射入N，根据几何关系列式求解即可。
21．（2023·海南）某饮料瓶内密封一定质量理想气体，时，压强，
（1） 时，气压是多大？
（2）保持温度不变，挤压气体，使之压强与（1）时相同时，气体体积为原来的多少倍？
【答案】（1）等容变化，由查理定律：代入数据解得：
（2）等温变化，由波意耳定律： 代入数据解得：
【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】根据理想气体的等容变化和等温变化，分别计算得出结论。
22．（2023·浙江）如图所示，导热良好的固定直立圆筒内用面积，质量的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。圆筒与温度300K的热源接触，平衡时圆筒内气体处于状态A，其体积。缓慢推动活塞使气体达到状态B，此时体积。固定活塞，升高热源温度，气体达到状态C，此时压强。已知从状态A到状态C，气体从外界吸收热量；从状态B到状态C，气体内能增加；大气压。
（1）气体从状态A到状态B，其分子平均动能 （选填“增大”、“减小”或“不变”），圆筒内壁单位面积受到的压力 （选填“增大”、“减小”或“不变”）；
（2）求气体在状态C的温度T；
（3）求气体从状态A到状态B过程中外界对系统做的功W。
【答案】（1）不变；增大
（2）在状态A：，，，在状态C：，，，根据得：；
答：温度T为350K。
（3）因为从A到B过程中气体的温度保持不变，则，从B到C的过程中气体的体积不变，则，从A到C的过程中，根据热力学第一定律得：，又，联立解得：。
答：气体从状态A到状态B过程中外界对系统做的功W为11J。
【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】（1）气体从状态A缓慢推动活塞到状态B，气体温度不变，则气体分子平均动能不变；气体体积减小，压强变大，圆筒内壁单位面积受到的压力增大；
故答案为：不变；增大。
【分析】（1）根据题意分析气体的温度变化，由此分析分子平均动能的变化；根据一定质量的理想气体状态方程分析出气体的压强变化，结合题意完成分析；
（2）从A到C过程，根据理想气体状态方程得出气体的温度；
（3）从A到B过程中气体的温度保持不变，内能不变，从B到C的过程中气体的体积不变，气体即没对外界做功，外界也没对气体做功，根据热力学第一定律得出从状态A到状态B过程中外界对系统的做功情况。
23．（2023·上海）科学家获得单色性很好的两种光A、B，已知这两种光的频率vA＜vAB，则它们通过相同距离时间tA tB(选填“=”或“≠”)。现使两种光分别通过双缝打到光屏上，则 光会产生更宽的光带(选填“A”或“B”)。
【答案】=；A
【知识点】干涉条纹和光的波长之间的关系
【解析】【解答】由于两种光的频率，但AB光的速度均为C，它们通过相同距离时间：；
由于两种光的频率，由则两种光的波长：，根据干涉条纹间距公式：可知A光会产生更宽的光带。
故答案为：＝；A。
【分析】AB两种光虽然频率不同，但传播速度相同，通过相同的距离所需时间相同；根据光的频率关系，得出波长关系，由干涉条纹间距公式可得频率小的波长长，条纹间距更宽。
24．（2023·上海）导热性能良好，内壁光滑的气缸开口朝上水平放在桌面上，开口面积为S，轻质活塞封闭了一定质量的气体，活塞上放置了一个质量为m的砝码，稳定时活塞距离气缸底高度为h，以m纵轴，1/h为横轴，图线为一条直线，斜率为k，纵轴截距为b，大气压为 ，当m=0kg时h= 。
【答案】；
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程
【解析】【解答】设缸内气体压强为，大气压强为，则对砝码受力分析：，
更换不同的砝码稳定的过程为等温变化，由理想气体状态方程得：
联立可得：，
以m纵轴，1/h为横轴，图线为一条直线，斜率为k，纵轴截距为b，可得：即： 可知：；
当m=0时，由，解得：
故答案为：；.
【分析】根据题意，对活塞受力分析得到气体的压强，导热性能良好的容器气体温度不变，当砝码的质量发生变化，气体处于等温动态变化，由理想气体状态方程可以得出的函数关系，由已知的斜率与纵截距进行计算。
25．（2023·湖南）汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力．如图，刹车助力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分构成，连杆与助力活塞固定为一体，驾驶员踩刹车时，在连杆上施加水平力推动液压泵实现刹车．助力气室与抽气气室用细管连接，通过抽气降低助力气室压强，利用大气压与助力气室的压强差实现刹车助力．每次抽气时，打开，闭合，抽气活塞在外力作用下从抽气气室最下端向上运动，助力气室中的气体充满抽气气室，达到两气室压强相等；然后，闭合，打开，抽气活塞向下运动，抽气气室中的全部气体从排出，完成一次抽气过程．已知助力气室容积为，初始压强等于外部大气压强，助力活塞横截面积为，抽气气室的容积为．假设抽气过程中，助力活塞保持不动，气体可视为理想气体，温度保持不变．
（1）求第1次抽气之后助力气室内的压强；
（2）第次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小．
【答案】（1）以助力气室的气体为研究对象。
初状态：压强，体积，第一次抽气后：体积，
根据玻意耳定律得：，解得：；
（2）同理第二次抽气：，
解得：，
以此类推，当第n次抽气后助力气室内的气体压强为，
所以刹车助力系统为驾驶员省力大小为：。
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程；气体的等温变化及玻意耳定律
【解析】【分析】（1）以助力气室的气体为研究对象，根据玻意耳定律求解；
（2）根据玻意耳定律求得pn，再根据求解。
26．（2023·全国乙卷）
（1）对于一定量的理想气体，经过下列过程，其初始状态的内能与末状态的内能可能相等的是（ ）
A．等温增压后再等温膨胀
B．等压膨胀后再等温压缩
C．等容减压后再等压膨胀
D．等容增压后再等压压缩
E．等容增压后再等温膨胀
（2）如图，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为20cm的A、B两段细管组成，A管的内径是B管的2倍，B管在上方。管内空气被一段水银柱隔开。水银柱在两管中的长度均为10cm。现将玻璃管倒置使A管在上方，平衡后，A管内的空气柱长度改变1cm。求B管在上方时，玻璃管内两部分气体的压强。（气体温度保持不变，以cmHg为压强单位）
【答案】（1）A；C；D
（2）初始状态，设B管在上方时上部分气体的压强为，下部分气体压强为，则有：，
倒置状态，A管中气体压强减小，空气柱增加1cm，即A管中水银柱减小1cm，A管内径是B管2倍，即，
由此可知，B管水银柱增加4 cm，B管中空气柱减小4cm，此时：A管中气体，，
Ｂ管中气体，，
设此时A管中气体压强为，B管中气体压强为，可得：，
倒置前后温度不变，由波意耳定律，对A管中气体： ，
对B管中气体： ，
联立解得：
。
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程；物体的内能；气体的等温变化及玻意耳定律；压强及封闭气体压强的计算
【解析】【解答】(1)A、一定质量的理想气体内能由温度决定，等温增压后再等温膨胀，温度不变，内能不变，A正确；
B、由理想气体状态方程：可知，等压膨胀温度升高，内能增大，再等温压缩内能不变，末状态温度高于初状态，内能增加，B错误；
C、由理想气体状态方程，等容压缩温度降低，后等压膨胀，温度升高，末温度可能等于初温度，初末状态内能可能不变，C正确；
D、由理想气体状态方程，等容增压温度升高，后等压压缩，温度降低，末温度可能等于初温度，初末状态内能可能不变，D正确；
E、由理想气体状态方程，等容增压温度升高，后等温膨胀，温度不变，末温度高于初温度，初末状态内能增加，E错误；
故答案为：ACD。
【分析】(1)正确一定质量的理解理想气体的内能由温度决定，利用理想气体状态方程逐一分析得出相应温度的变化情况，从而确定内能的变化情况。
(2)根据题意，确定倒置前后AB两管中气体的压强和水银柱空气柱的长度的变化，由等温变化，分别对AB管中气体列出气态方程，解方程组求解.
27．（2023·全国甲卷）
（1）在一汽缸中用活塞封闭着一定量的理想气体，发生下列缓慢变化过程，气体一定与外界有热量交换的过程是 。(填入正确答案标号。)
A．气体的体积不变，温度升高
B．气体的体积减小，温度降低
C．气体的体积减小，温度升高
D．气体的体积增大，温度不变
E．气体的体积增大，温度降低
（2）一高压舱内气体的压强为1.2个大气压，温度为17℃，密度为1.46 kg/m3
(i)升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气体温度升至27℃时内气体的密度；
(ii)保持温度27℃不变，再释放出舱内部分气体使舱内压强降至10个大气压，求舱内气体的密度。
【答案】（1）A；B；D
（2）解： (i)初状态：，，末状态：，，根据盖吕萨克定律得：，解得：。又，所以；
(ii)以现在高压仓中的气体作为研究对象。初状态：，，末状态：，，根据玻意耳定律得：，解得：，所以。
【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；气体的等温变化及玻意耳定律；气体的等压变化及盖-吕萨克定律
【解析】【解答】（1）A.气体体积不变，不存在做功问题，温度升高，内能增大，系统一定从外界吸收热量，故A符合题意；
B.气体体积减小，外界对气体做功，温度降低，内能减小，系统一定向外界放出热量，故B符合题意；
C.气体体积减小，外界对气体做功，温度升高，内能增大，系统可以与外界不进行热交换，故C不符合题意；
D.气体的体积增大，气体对外界做功，温度不变，内能不变，系统一定从外界吸收热量，故D符合题意；
E.气体的体积增大，气体对外界做功，温度降低，内能减小，系统可以与外界不进行热交换，故E不符合题意。
故答案为：ABD。
【分析】（1）根据热力学第一定律分析判断。
（2） (i)根据根据盖吕萨克定律求得末状态气体的体积，再求密度；
(ii)根据玻意耳定律求得末状态气体的体积，再求密度。
28．（2023·浙江选考）某探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积、质量的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度、活塞与容器底的距离的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状态B。活塞保持不动，气体被继续加热至温度的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了。取大气压，求气体。
（1）在状态B的温度；
（2）在状态C的压强；
（3）由状态A到状态C过程中从外界吸收热量Q。
【答案】（1）根据题意可知，气体由状态A变化到状态B的过程中，封闭气体的压强不变为 ，则有
解得
（2）根据题意可知，气体由状态B变化到状态C的过程中，气体的体积不变，则有
解得
（3）根据题意可知，从状态A到状态B的过程中气体对外做功为
从状态B到C的过程中，气体不做功，由状态A到状态C的过程中，
根据由热力学第一定律有
代入数据解得ΔU=188J
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程
【解析】【分析】（1）气体由状态A变化到状态B的过程中压强保持不变，利用理想气体的状态方程可以求出气体在状态B的温度大小；
（2）气体从B到C的过程中体积保持不变，利用理想气体的状态方程可以求出气体在状态C的压强大小；
（3）气体从状态A到状态C的过程中，利用气体对外做功的大小结合热力学第一定律可以求出气体从外界吸收热量的大小。
29．（2023·上海）一个绝热密容器，其中含有一定质量气体。容器以一定速度平移，突然施力使其停止，其中的气体温度 ，碰撞容器壁的剧烈程度 。(选填“变大”、“变小”或“不变”)
【答案】变大；变大
【知识点】能量守恒定律；分子动能
【解析】【解答】由分子动理论可知，容器内分子做无规则的热运动，同时随容器一起运动，当容器在外力作用下立即停止运动，气体分子由于惯性与容器器壁发生碰撞，使得气体随容器运动的动能转化为内能，气体温度升高，对容器器壁的撞击的剧烈程度变大。
故答案为：变大；变大。
【分析】容器内分子随容器运动，由于容器在外力作用下突然停止运动，根据能量转化，使得容器内气体分子与容器器壁碰撞，气体温度升高，温度是分子平均动能的标志，由此可以正确判断。
30．（2023·湖北）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）对左右气缸内所封的气体，初状态：，，末状态：，，根据玻意耳定律得：，解得：；
答：最终汽缸内气体的压强为。
（2）对右边活塞受力分析，由平衡条件得：，解得：；对左边活塞受力分析，由平衡条件得：，解得：。
答：弹簧的劲度系数；添加的沙子质量为。
【知识点】共点力的平衡；气体的等温变化及玻意耳定律
【解析】【分析】（1）根据玻意耳定律求最终汽缸内气体的压强 ；
（2）分别对右、左活塞受力分析，由平衡条件列方程求解。
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2023年高考真题分类汇编：光学与热学
一、选择题
1．（2023·北京）夜间由于气温降低，汽车轮胎内的气体压强变低。与白天相比，夜间轮胎内的气体（ ）
A．分子的平均动能更小
B．单位体积内分子的个数更少
C．所有分子的运动速率都更小
D．分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大
2．（2023·北京）阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，这种现象属于光的（ ）
A．偏振现象 B．衍射现象 C．干涉现象 D．全反射现象
3．（2023·山东）如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环，C为待测柱形样品，C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板，会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，下列说法正确的是（ ）
A．劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动
B．劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动
C．劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动
D．劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动
4．（2023·海南）下列关于分子力和分子势能的说法正确的是（ ）
A．分子间距离大于时，分子间表现为斥力
B．分子从无限远靠近到距离处过程中分子势能变大
C．分子势能在处最小
D．分子间距离在小于且减小时，分子势能在减小
5．（2023·浙江）在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体，直角边的长度为0.9m，水的折射率，细灯带到水面的距离，则有光射出的水面形状（用阴影表示）为（ ）
A． B． C． D．
6．（2023·浙江）有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0。当紫外光照射该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为 x。已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，则（ ）
A．电子的动量 B．电子的动能
C．光子的能量 D．光子的动量
7．（2023·上海）一定质量的理想气体，经历如图过程，其中ab、cd分别为双曲线的一部分。下列对a、b、c、d四点温度大小比较正确的是（ ）
A．Ta>Tb B．Tb>Tc C．Tc>Td D．Td>Ta
8．（2023·湖北）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．
9．（2023·辽宁）“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中， 一定质量理想气体的p-T 图像如图所示。该过程对应的p-V 图像可能是（ ）。
A． B．
C． D．
10．（2023·江苏）地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是（ ）
A． B．
C． D．
11．（2023·江苏）在“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验装置如图所示。利用注射器选取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作正确的是（ ）
A．把柱塞快速地向下压
B．把柱塞缓慢地向上拉
C．在橡胶套处接另一注射器，快速推动该注射器柱塞
D．在橡胶套处接另一注射器，缓慢推动该注射器柱塞
12．（2023·江苏）用某种单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变为原来的（ ）
A．倍 B．倍 C．2倍 D．3倍
13．（2023·江苏）如图所示．密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B．该过程中（ ）
A．气体分子的数密度增大
B．气体分子的平均动能增大
C．单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小
D．单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
14．（2023·浙江选考）如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光束从直角边以角度入射，依次经和两次反射，从直角边出射。出射光线相对于入射光线偏转了角，则（ ）
A．等于 B．大于
C．小于 D．与棱镜的折射率有关
15．（2023·浙江）下列说法正确的是（ ）
A．热量能自发地从低温物体传到高温物体
B．液体的表面张力方向总是跟液面相切
C．在不同的惯性参考系中，物理规律的形式是不同的
D．当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源振动的频率
二、多项选择题
16．（2023·新课标卷）如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后（ ）
A．h中的气体内能增加 B．f与g中的气体温度相等
C．f与h中的气体温度相等 D．f与h中的气体压强相等
17．（2023·湖南）一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光光束与水面的夹角为α，如图所示。他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，下列说法正确的是（ ）
A．水的折射率为
B．水的折射率为
C．当他以α= 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°
D．当他以α= 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60°
18．（2023·浙江选考）氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光I，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是（ ）
A．图1中的对应的是Ⅰ
B．图2中的干涉条纹对应的是Ⅱ
C．Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量
D．P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大
19．（2023·山东）一定质量的理想气体，初始温度为，压强为。经等容过程，该气体吸收的热量后温度上升；若经等压过程，需要吸收的热量才能使气体温度上升。下列说法正确的是（ ）
A．初始状态下，气体的体积为
B．等压过程中，气体对外做功
C．等压过程中，气体体积增加了原体积的
D．两个过程中，气体的内能增加量都为
三、非选择题
20．（2023·山东）一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N，相距为d，直径均为，折射率为n（）。M、N下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被测物体表面镜面反射至N下端面，N下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。
（1）从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为，求的正弦值；
（2）被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围（只考虑在被测物体表面反射一次的光线）。
21．（2023·海南）某饮料瓶内密封一定质量理想气体，时，压强，
（1） 时，气压是多大？
（2）保持温度不变，挤压气体，使之压强与（1）时相同时，气体体积为原来的多少倍？
22．（2023·浙江）如图所示，导热良好的固定直立圆筒内用面积，质量的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。圆筒与温度300K的热源接触，平衡时圆筒内气体处于状态A，其体积。缓慢推动活塞使气体达到状态B，此时体积。固定活塞，升高热源温度，气体达到状态C，此时压强。已知从状态A到状态C，气体从外界吸收热量；从状态B到状态C，气体内能增加；大气压。
（1）气体从状态A到状态B，其分子平均动能 （选填“增大”、“减小”或“不变”），圆筒内壁单位面积受到的压力 （选填“增大”、“减小”或“不变”）；
（2）求气体在状态C的温度T；
（3）求气体从状态A到状态B过程中外界对系统做的功W。
23．（2023·上海）科学家获得单色性很好的两种光A、B，已知这两种光的频率vA＜vAB，则它们通过相同距离时间tA tB(选填“=”或“≠”)。现使两种光分别通过双缝打到光屏上，则 光会产生更宽的光带(选填“A”或“B”)。
24．（2023·上海）导热性能良好，内壁光滑的气缸开口朝上水平放在桌面上，开口面积为S，轻质活塞封闭了一定质量的气体，活塞上放置了一个质量为m的砝码，稳定时活塞距离气缸底高度为h，以m纵轴，1/h为横轴，图线为一条直线，斜率为k，纵轴截距为b，大气压为 ，当m=0kg时h= 。
25．（2023·湖南）汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力．如图，刹车助力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分构成，连杆与助力活塞固定为一体，驾驶员踩刹车时，在连杆上施加水平力推动液压泵实现刹车．助力气室与抽气气室用细管连接，通过抽气降低助力气室压强，利用大气压与助力气室的压强差实现刹车助力．每次抽气时，打开，闭合，抽气活塞在外力作用下从抽气气室最下端向上运动，助力气室中的气体充满抽气气室，达到两气室压强相等；然后，闭合，打开，抽气活塞向下运动，抽气气室中的全部气体从排出，完成一次抽气过程．已知助力气室容积为，初始压强等于外部大气压强，助力活塞横截面积为，抽气气室的容积为．假设抽气过程中，助力活塞保持不动，气体可视为理想气体，温度保持不变．
（1）求第1次抽气之后助力气室内的压强；
（2）第次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小．
26．（2023·全国乙卷）
（1）对于一定量的理想气体，经过下列过程，其初始状态的内能与末状态的内能可能相等的是（ ）
A．等温增压后再等温膨胀
B．等压膨胀后再等温压缩
C．等容减压后再等压膨胀
D．等容增压后再等压压缩
E．等容增压后再等温膨胀
（2）如图，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为20cm的A、B两段细管组成，A管的内径是B管的2倍，B管在上方。管内空气被一段水银柱隔开。水银柱在两管中的长度均为10cm。现将玻璃管倒置使A管在上方，平衡后，A管内的空气柱长度改变1cm。求B管在上方时，玻璃管内两部分气体的压强。（气体温度保持不变，以cmHg为压强单位）
27．（2023·全国甲卷）
（1）在一汽缸中用活塞封闭着一定量的理想气体，发生下列缓慢变化过程，气体一定与外界有热量交换的过程是 。(填入正确答案标号。)
A．气体的体积不变，温度升高
B．气体的体积减小，温度降低
C．气体的体积减小，温度升高
D．气体的体积增大，温度不变
E．气体的体积增大，温度降低
（2）一高压舱内气体的压强为1.2个大气压，温度为17℃，密度为1.46 kg/m3
(i)升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气体温度升至27℃时内气体的密度；
(ii)保持温度27℃不变，再释放出舱内部分气体使舱内压强降至10个大气压，求舱内气体的密度。
28．（2023·浙江选考）某探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积、质量的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度、活塞与容器底的距离的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状态B。活塞保持不动，气体被继续加热至温度的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了。取大气压，求气体。
（1）在状态B的温度；
（2）在状态C的压强；
（3）由状态A到状态C过程中从外界吸收热量Q。
29．（2023·上海）一个绝热密容器，其中含有一定质量气体。容器以一定速度平移，突然施力使其停止，其中的气体温度 ，碰撞容器壁的剧烈程度 。(选填“变大”、“变小”或“不变”)
30．（2023·湖北）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。
答案解析部分
1．【答案】A
【知识点】分子动理论的基本内容；气体压强的微观解释
【解析】【解答】AC、温度是分子平均动能的标志，夜间气温降低，分子的平均动能减小，但不是所有分子的运动速率都更小，A正确，C错误；
BD、由于汽车轮胎内的气体质量不变，总分子数不变，但温度降低，分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力减小，压强减小，轮胎内气体体积减小，单位体积内分子的个数增多，BD错误；
故答案为：A
【分析】根据分子动理论，温度是分子热运动的标志，压强的微观解释正确判断。
2．【答案】C
【知识点】薄膜干涉
【解析】【解答】阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，是肥皂膜的前后表面反射光叠加产生的干涉现象，这种现象属于光的薄膜干涉现象，ABD错误，C正确；
故答案为：C
【分析】根据薄膜干涉原理正确判断。
3．【答案】A
【知识点】光的干涉；薄膜干涉
【解析】【解答】由题意知， C的膨胀系数小于G的膨胀系数， 所以当温度升高时，G比C膨胀明显，劈形空气层的厚度变大。因为干涉条纹是由劈形空气膜上下两表面的反射光在标准样板的上表面叠加而形成的，每条条纹对应的空气膜上下两表面的反射光的光程差与劈形空气层的厚度是一一对应的，所以劈形空气层的厚度变大，条纹向劈尖移动，即条纹向左移动，A符合题意，BCD不符合题意。
故答案为：A。
【分析】根据题中所给C和G的膨胀系数关系分析空气层厚度的变化；空气层干涉形成的条纹是空气层的上下表面的反射光干涉产生的，光程差为对应的薄膜厚度的二倍，若光程差为波长整数倍，则为明条纹，为半波长奇数倍，则为暗条纹，所以每条条纹与薄膜厚度一一对应，由此判断条纹的移动方向。
4．【答案】C
【知识点】分子间的作用力
【解析】【解答】根据分子之间的相互作用，当分子之间的距离等于时分子间的合力为零，当分子间的距离大于时，分子力表现为引力，随着分子从无限远处靠近到的过程中，引力做正功，分子势能减小，在处势能最小；当分子间的距离减小到小于时，分子力表现为斥力，随距离的不断减小，斥力做负功，分子势能增大。ABD错误，C正确；
故答案为：C
【分析】正确理解认识分子间的引力、斥力、合力与分子间距离的关系图像和分子势能与分子间距的关系图像，就可正确判断。
5．【答案】C
【知识点】光的折射及折射定律；光的全反射
【解析】【解答】在灯带上取一点作为点光源，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，点光源射出的光线在水面恰好发生全发射的光路图如图：
临界角的正弦值：，所以，根据几何关系得：。
三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体发出的光在水面上有光射出的水面形状如图：
设直角边的长度为，由几何关系得：此三角形的内切圆的半径：，而，，所以由上图知有光射出的水面形状在三角形中央区域无空缺部分，故C符合题意，ABD不符合题意。
故答案为：C
【分析】点光源发出的光在水面上有光射出的水面形状为圆形，根据全反射临界角满足的条件，画出三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体发出的光在水面上有光射出的水面形状示意图，根据几何关系求解。
6．【答案】A,D
【知识点】干涉条纹和光的波长之间的关系；光电效应；光子及其动量
【解析】【解答】A.根据得：，所以电子的动量为：，故A符合题意；
B.根据动能和动量的关系，故B不符合题意；
C.根据光电效应方程得：，故C不符合题意；
D.光子的动量，光子的能量，联立可得：，故D符合题意。
故答案为：AD
【分析】根据电子的动量公式结合双缝干涉实验的条纹间距公式联立求得电子的动量表达式；根据动能和动量的关系求电子的动能；根据光电效应方程列式求光子的能量，结合能量和动量的关系式求光子的动量。
7．【答案】B
【知识点】热力学图像类问题
【解析】【解答】A、P-V图像中，由得：， ab、cd分别为双曲线的一部分是等温线，故，A错误；
B、b-c，等容变化，由可知，压强减小，温度降低， ，B正确：
C、dc为等温线，故，C错误；
D、d-a，等容变化，等容升温增压，，D错误；
故答案为：B
【分析】P-V图像中，由得：， ab、cd分别为双曲线的一部分是等温线，可以确定ab温度相等， cd温度相等，由b-c或者d-a，由等容变化据可以确定两条等温线的温度高低。
8．【答案】C
【知识点】光的折射及折射定律；光的全反射
【解析】【解答】设入射角为i，折射角为r，根据折射定律得：。根据全反射定律得：，所以，AB之间有光射出，光路图如下：
由几何关系得：，故C符合题意，ABD不符合题意。
故答案为：C
【分析】根据折射定律求出折射率，根据全反射定律求出临界角，作光路图，根据几何关系求解。
9．【答案】B
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程；气体的等温变化及玻意耳定律；热力学图像类问题
【解析】【解答】根据理想气体状态方程：
可得：，由P-T图像，从a-b气体压强不变，温度升高，由等容线可知体积增大；从b-c，气体压强减小，温度降低，由等容线可知体积在增大，故ACD错误，B正确；
故答案为：B
【分析】根据理想气体状态方程得出P与T的关系，结合P-T图像，分析气体从a到b到c的变化规律，从而在P-V图像中对应判断得出结论。
10．【答案】A
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】在太阳光线进入大气处作一条平行于地球表面的直线，再过该直线与太阳光线的交点作地球表面平行线的垂线即为法线，根据光的折射定律可得，空气的折射率越大，折射角就越小，即折射光线逐渐趋向于法线，故A选项符合题意。
故答案为：A。
【分析】考查光的折射定律，由光的折射定律可求出折射角随着空气折射率的增大而减小，结合几何关系画出光的传播示意图分析求解。
11．【答案】B
【知识点】气体的等温变化及玻意耳定律
【解析】【解答】 在“探究气体等温变化的规律”的实验中， 需要控制温度不变，因此，不能用手握住注射器和不能迅速推动活塞，因为做功和热传递都会改变物体的内能，从而改变物体的温度。故B选项符合题意。
故答案为：B。
【分析】根据气体等温变化实验中中控制变量的需要，需保证此过程中温度和气体质量不变。
12．【答案】B
【知识点】干涉条纹和光的波长之间的关系
【解析】【解答】由图可知，Δx乙=2Δx甲，由相邻亮条纹之间或相邻暗条纹之间的距离公式Δx= ，而光的波长 和缝到屏的距离l不变，解得d乙=d甲。故B选项符合题意。
故答案为：B
【分析】根据光的双缝干涉条纹间距公式分析求解。
13．【答案】B
【知识点】分子动能；气体的等容变化及查理定律；热力学图像类问题
【解析】【解答】A、由公式PV=CT可得P=（C/V）T，即P-T图像的斜率k=C/V不变，故V不变，而气体分子数目不变，所以气体分子密度不变，故A选项不符合题意；
B.因为温度是分子平均动能的标志，气体由状态A变化到状态B ，T增大，所以气体分子平均动能增大，故B选项符合题意；
CD.气体由状态A变化到状态B ，压强增大，所以单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力增大，单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数增多。故CD选项不符合题意。
故选B.
【分析】根据气体分子平均动能与温度有关和气体压强产生的原因结合理想气体状态方程列方程求解。
14．【答案】A
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】设光线在BC边的入射角为，光线在AC边的入射角为r，折射角为i；
由几何知识可知
，
联立解得
由折射定律得。在第一次折射的那个交点处做出射光的平行线，由几何知识可得。
故选A。
【分析】分析每次折射与反射的入射角与折射角，结合折射定律，找到相关的几何关系，
15．【答案】B,D
【知识点】多普勒效应；热力学第二定律；液体的表面张力
【解析】【解答】A.根据热力学第二定律知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，故A不符合题意；
B. 液体的表面张力方向总是跟液面相切 ，故B符合题意；
C.由狭义相对论的两个基本假设知，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故C不符合题意；
D.根据多普勒效应的原理知，当波源与观察者相互接近时，观察者接收到的频率增大；反之，观察者接收到的频率减小，故D符合题意。
故答案为：BD
【分析】根据热力学第二定律分析即可；根据液体表面张力的特点分析即可；根据狭义相对论分析即可；根据多普勒效应分析即可。
16．【答案】A,D
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程
【解析】【解答】A、对f的气体进行加热，气体温度升高，体积增大，推动活塞向右移动，h中气体体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律，h中气体与外界无热量交换，故内能增加，A正确。
B、初始时f与g气体体积相同，加热后f体积增大，弹簧被压缩，g中气体体积减小，根据理想气体状态方程，由于，则f的温度高于g的温度，故B错误。
C、由于弹簧弹力的作用，h中气体体积减小，同样根据理想气体状态方程，可知f的温度高于h，故C错误。
D、将中间活塞与弹簧以及g中气体看做一个整体，f和h两侧的压力相等，保持平衡状态，故f与h的压强相等，故D正确。
故答案为：AD。
【分析】对三个气缸中的气体参量进行分析，根据理想气体状态方程和热力学第一定律列方程分析求解。
17．【答案】B,C
【知识点】光的折射及折射定律；光的全反射
【解析】【解答】AB. 他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束 ，说明时激光恰好发生全反射，则，解得：，故A不符合题意，B符合题意；
CD. 当他以α = 60°向水面发射激光时 ，入射角，设折射角为，根据得：，折射角大于30°，则岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°，故C符合题意，D不符合题意。
故答案为：BC
【分析】临界角，根据求折射率；根据折射定律分析判断。
18．【答案】C,D
【知识点】干涉条纹和光的波长之间的关系；光电效应；光谱和光谱分析
【解析】【解答】A：图一中偏红光，能量最低。能级越高，能量越大，从更高能级向相同低能级跃迁会产生能量更大的光子，所以可见光 I 能量更大，不可能是。故A错误。
B：由可得，干涉条纹间距越小，波长也越小，频率越大，能量越高， 图2中的干涉条纹对应的是I 。故B错误
C：由得，波长短，光子动量大，所以 Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量 。故C正确。
D：频率越大，能量越大，发生光电效应时，遏止电压越大。所以 电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大 。故D正确。
故选CD。
【分析】红光能量低，波长长，频率低。能量越低的光子更容易产生红光。
19．【答案】A,D
【知识点】功的计算；热力学第一定律及其应用；气体的等压变化及盖-吕萨克定律；气体的等容变化及查理定律
【解析】【解答】C．令理想气体的初始状态的压强，体积和温度分别为、、，等容过程为状态二，压强，体积和温度分别为、、，等压过程为状态三，压强，体积和温度分别为、、。对等压过程，由盖吕萨克定律可得：，代入数值解得：，可知体积增加了原来的，C不符合题意；
D．等容过程中气体做功为零，由热力学第一定律，可知等容过程中气体内能增加了400J，两个过程的初末温度相同，即内能变化相同，因此等压过程的气体内能也增加了400J，D符合题意；
AB．等压过程内能增加了400J，吸收热量为600J，由热力学第一定律，可得气体做功：W=400J-600J=-200J，则气体对外做功为200J，即做功的大小为
代入数据解得，A符合题意，B不符合题意。
故答案为：AD。
【分析】对等压过程，根据盖吕萨克定律，列出状态方程求解；根据热力学第一定律判断内能变化；根据气体做功公式求解体积。
20．【答案】（1）设激光在M内发生全反射的入射角为α，从下端由M射出时的入射角为β，光路图如图
激光在M内发生全反射，所以大于等于临界角，
由几何关系得：α+β=90°
当等于临界角时，最大， 从M下端面出射的光与竖直方向的偏角最大 ，
根据折射定律得：，
解得最大偏角的正弦值为：
（2）做光路图如图：
当光线刚好能照到N下端最左侧时，玻璃丝下端面到被测物体距离：
光线刚好能照全部覆盖N下端时，玻璃丝下端面到被测物体距离：，
则
则玻璃丝下端面到被测物体距离的范围为：
【知识点】光的折射及折射定律；光的全反射
【解析】【分析】（1）激光在M内恰好发生全反射时，从M下端面出射的光与竖直方向的偏角最大，根据几何关系和折射定律列式求解即可；
（2）N下端面刚能接收反射激光时，从M下端最右侧射出的光恰好由N下端最左侧射入N，被测物体向下移动，N恰好全部被照亮时，光从M下端最右侧射出的光恰好由N下端最右侧射入N，根据几何关系列式求解即可。
21．【答案】（1）等容变化，由查理定律：代入数据解得：
（2）等温变化，由波意耳定律： 代入数据解得：
【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】根据理想气体的等容变化和等温变化，分别计算得出结论。
22．【答案】（1）不变；增大
（2）在状态A：，，，在状态C：，，，根据得：；
答：温度T为350K。
（3）因为从A到B过程中气体的温度保持不变，则，从B到C的过程中气体的体积不变，则，从A到C的过程中，根据热力学第一定律得：，又，联立解得：。
答：气体从状态A到状态B过程中外界对系统做的功W为11J。
【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】（1）气体从状态A缓慢推动活塞到状态B，气体温度不变，则气体分子平均动能不变；气体体积减小，压强变大，圆筒内壁单位面积受到的压力增大；
故答案为：不变；增大。
【分析】（1）根据题意分析气体的温度变化，由此分析分子平均动能的变化；根据一定质量的理想气体状态方程分析出气体的压强变化，结合题意完成分析；
（2）从A到C过程，根据理想气体状态方程得出气体的温度；
（3）从A到B过程中气体的温度保持不变，内能不变，从B到C的过程中气体的体积不变，气体即没对外界做功，外界也没对气体做功，根据热力学第一定律得出从状态A到状态B过程中外界对系统的做功情况。
23．【答案】=；A
【知识点】干涉条纹和光的波长之间的关系
【解析】【解答】由于两种光的频率，但AB光的速度均为C，它们通过相同距离时间：；
由于两种光的频率，由则两种光的波长：，根据干涉条纹间距公式：可知A光会产生更宽的光带。
故答案为：＝；A。
【分析】AB两种光虽然频率不同，但传播速度相同，通过相同的距离所需时间相同；根据光的频率关系，得出波长关系，由干涉条纹间距公式可得频率小的波长长，条纹间距更宽。
24．【答案】；
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程
【解析】【解答】设缸内气体压强为，大气压强为，则对砝码受力分析：，
更换不同的砝码稳定的过程为等温变化，由理想气体状态方程得：
联立可得：，
以m纵轴，1/h为横轴，图线为一条直线，斜率为k，纵轴截距为b，可得：即： 可知：；
当m=0时，由，解得：
故答案为：；.
【分析】根据题意，对活塞受力分析得到气体的压强，导热性能良好的容器气体温度不变，当砝码的质量发生变化，气体处于等温动态变化，由理想气体状态方程可以得出的函数关系，由已知的斜率与纵截距进行计算。
25．【答案】（1）以助力气室的气体为研究对象。
初状态：压强，体积，第一次抽气后：体积，
根据玻意耳定律得：，解得：；
（2）同理第二次抽气：，
解得：，
以此类推，当第n次抽气后助力气室内的气体压强为，
所以刹车助力系统为驾驶员省力大小为：。
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程；气体的等温变化及玻意耳定律
【解析】【分析】（1）以助力气室的气体为研究对象，根据玻意耳定律求解；
（2）根据玻意耳定律求得pn，再根据求解。
26．【答案】（1）A；C；D
（2）初始状态，设B管在上方时上部分气体的压强为，下部分气体压强为，则有：，
倒置状态，A管中气体压强减小，空气柱增加1cm，即A管中水银柱减小1cm，A管内径是B管2倍，即，
由此可知，B管水银柱增加4 cm，B管中空气柱减小4cm，此时：A管中气体，，
Ｂ管中气体，，
设此时A管中气体压强为，B管中气体压强为，可得：，
倒置前后温度不变，由波意耳定律，对A管中气体： ，
对B管中气体： ，
联立解得：
。
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程；物体的内能；气体的等温变化及玻意耳定律；压强及封闭气体压强的计算
【解析】【解答】(1)A、一定质量的理想气体内能由温度决定，等温增压后再等温膨胀，温度不变，内能不变，A正确；
B、由理想气体状态方程：可知，等压膨胀温度升高，内能增大，再等温压缩内能不变，末状态温度高于初状态，内能增加，B错误；
C、由理想气体状态方程，等容压缩温度降低，后等压膨胀，温度升高，末温度可能等于初温度，初末状态内能可能不变，C正确；
D、由理想气体状态方程，等容增压温度升高，后等压压缩，温度降低，末温度可能等于初温度，初末状态内能可能不变，D正确；
E、由理想气体状态方程，等容增压温度升高，后等温膨胀，温度不变，末温度高于初温度，初末状态内能增加，E错误；
故答案为：ACD。
【分析】(1)正确一定质量的理解理想气体的内能由温度决定，利用理想气体状态方程逐一分析得出相应温度的变化情况，从而确定内能的变化情况。
(2)根据题意，确定倒置前后AB两管中气体的压强和水银柱空气柱的长度的变化，由等温变化，分别对AB管中气体列出气态方程，解方程组求解.
27．【答案】（1）A；B；D
（2）解： (i)初状态：，，末状态：，，根据盖吕萨克定律得：，解得：。又，所以；
(ii)以现在高压仓中的气体作为研究对象。初状态：，，末状态：，，根据玻意耳定律得：，解得：，所以。
【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；气体的等温变化及玻意耳定律；气体的等压变化及盖-吕萨克定律
【解析】【解答】（1）A.气体体积不变，不存在做功问题，温度升高，内能增大，系统一定从外界吸收热量，故A符合题意；
B.气体体积减小，外界对气体做功，温度降低，内能减小，系统一定向外界放出热量，故B符合题意；
C.气体体积减小，外界对气体做功，温度升高，内能增大，系统可以与外界不进行热交换，故C不符合题意；
D.气体的体积增大，气体对外界做功，温度不变，内能不变，系统一定从外界吸收热量，故D符合题意；
E.气体的体积增大，气体对外界做功，温度降低，内能减小，系统可以与外界不进行热交换，故E不符合题意。
故答案为：ABD。
【分析】（1）根据热力学第一定律分析判断。
（2） (i)根据根据盖吕萨克定律求得末状态气体的体积，再求密度；
(ii)根据玻意耳定律求得末状态气体的体积，再求密度。
28．【答案】（1）根据题意可知，气体由状态A变化到状态B的过程中，封闭气体的压强不变为 ，则有
解得
（2）根据题意可知，气体由状态B变化到状态C的过程中，气体的体积不变，则有
解得
（3）根据题意可知，从状态A到状态B的过程中气体对外做功为
从状态B到C的过程中，气体不做功，由状态A到状态C的过程中，
根据由热力学第一定律有
代入数据解得ΔU=188J
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程
【解析】【分析】（1）气体由状态A变化到状态B的过程中压强保持不变，利用理想气体的状态方程可以求出气体在状态B的温度大小；
（2）气体从B到C的过程中体积保持不变，利用理想气体的状态方程可以求出气体在状态C的压强大小；
（3）气体从状态A到状态C的过程中，利用气体对外做功的大小结合热力学第一定律可以求出气体从外界吸收热量的大小。
29．【答案】变大；变大
【知识点】能量守恒定律；分子动能
【解析】【解答】由分子动理论可知，容器内分子做无规则的热运动，同时随容器一起运动，当容器在外力作用下立即停止运动，气体分子由于惯性与容器器壁发生碰撞，使得气体随容器运动的动能转化为内能，气体温度升高，对容器器壁的撞击的剧烈程度变大。
故答案为：变大；变大。
【分析】容器内分子随容器运动，由于容器在外力作用下突然停止运动，根据能量转化，使得容器内气体分子与容器器壁碰撞，气体温度升高，温度是分子平均动能的标志，由此可以正确判断。
30．【答案】（1）对左右气缸内所封的气体，初状态：，，末状态：，，根据玻意耳定律得：，解得：；
答：最终汽缸内气体的压强为。
（2）对右边活塞受力分析，由平衡条件得：，解得：；对左边活塞受力分析，由平衡条件得：，解得：。
答：弹簧的劲度系数；添加的沙子质量为。
【知识点】共点力的平衡；气体的等温变化及玻意耳定律
【解析】【分析】（1）根据玻意耳定律求最终汽缸内气体的压强 ；
（2）分别对右、左活塞受力分析，由平衡条件列方程求解。
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