大题精练01 光学计算 热学计算(原卷版)——2024年高考物理题型突破限时精练(广东专用)
1、2023年广东高考物理,热学和光学这部分知识在第13题,题型为计算题。高考对于这部分知识点的命题形式是以生产或生活中的情景为背景,强调情景与对应的热学知识和光学知识的有机融合,突出了应用性,巩固了基础性。
2、热学涉及的生活情境有体积测量仪、抽水机、空调器等,以某个情景为基础,该情景包含多个物理过程,每一个过程可对应不同的物理模型,不同物理过程通过一个衔接点联系起来。
3、光学涉及的的情境主要是一些折射模型(2023年广东省各市区模拟试卷中出现)。
(1)内容:如图所示,折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比.
(3)计算公式:n=eq\f(c,v),因为vc,所以任何介质的折射率都大于1.
(4)当光从真空(或空气)射入某种介质时,入射角大于折射角;当光由介质射入真空(或空气)时,入射角小于折射角.
(4)公式n=eq\f(sinθ1,sinθ2)中,不论是光从真空射入介质,还是从介质射入线总是真空中的光线总是介质中的光线与法线间的夹角.
1.定义:光从光密介质射入光疏介质,当入射角增大到某一角度时,折射光线将消失,只剩下反射光线)光从光密介质射入光疏介质.(2)入射角大于或等于临界角.
3.临界角:折射角等于90°时的入射角,若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时,发生全反射的临界角为C,则sinC=eq\f(1,n).介质的折射率越大,发生全反射的临界角越小.
(1)液片法:选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象,分析液片两侧受力情况,建立平衡方程,消去面积,得到液片两侧压强相等方程,求得气体的压强.
(2)力平衡法:选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析,得到液柱(或活塞)的受力平衡方程,求得气体的压强.
(3)等压面法:在连通器中,同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等.液体内深h处的总压强p=p0+ρgh,p0为液面上方的压强.
选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象,进行受力分析,利用牛顿第二定律列方程求解.
①宏观上讲,理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体,实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下,可视为理想气体.
不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的,而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系.
(1)若过程是绝热的,则Q=0,W=ΔU,外界对物体做的功等于物体内能的增加量.
(2)若过程中不做功,即W=0,则Q=ΔU,物体吸收的热量等于物体内能的增加量.
(3)若过程的初、末状态物体的内能不变,即ΔU=0,则W+Q=0或W=-Q.外界对物体做的功等于物体放出的热量.
【例题1】(2023?深圳模拟)如图所示,平静湖面岸边的垂钓者,眼睛恰好位于岸边P点正上方0.9m的高度处,水面与P点同高,浮标Q离P点1.2m远,鱼饵灯M在浮标正前方1.8m处的水下,垂钓者发现鱼饵灯刚好被浮标挡住,已知水的折射率n=43,7
(2)若鱼饵灯缓慢竖直上浮,其发出的光恰好无法从水面PQ间射出时,距离水面的深度。
【例题2】(2023?天河区校级三模)气象气球是进行高空气象观测的平台。首先用聚脂薄膜材料制成气球的球皮,然后对它充以比空气密度小的气体,之后密封好,气球就可以携带仪器升空探测了。某气象气球升至地球平流层时,平流层的气压为P。从早上至中午,由于阳光照射,气球内气体的内能增加了ΔU,气球有微小膨胀,半径由R1膨胀到R2,已知早上气球内气体温度为T1。假设气球内的气体压强始终等于平流层气压,求中午时气球内气体的温度T2和早上至中午气球内气体吸收的热量Q。
(2023?佛山二模)在饮品质检中常通过测液体折射率确定饮料含糖量。如图甲所示,一半圆柱透明薄壳空腔,截面圆心为O点,MN部分内表面涂黑,向其中注满待测液体,有一目镜可沿以O点为圆心的圆轨道PQ转动,始终对准O点进行观察。
(1)一束单色光如图乙从O点射入,请画出该入射光在待测液体中折射光线)图甲中,若有各个方向的单色光从O点射入待测液体,当目镜沿P→Q方向转动时,先观察到目镜中全是亮光,后观察到如图所示半明半暗的情形,接着再向Q转动目镜,则观察不到亮光,请分别解释一开始能看到亮光的原因和最后看不到亮光的原因;
(3)在图甲中,观察到目镜视野中明暗各一半时,测得经目镜的视线与竖直方向的夹角为φ,求该饮料的折射率。
(2023?福田区校级模拟)“自嗨锅”是一种自热火锅,其原理类似于体积不变的密闭加热容器。假设该锅内含有气体(视为理想气体)的体积为V0,密度为ρ,加热前,气体的温度为27℃,初始压强为p0(p0为外界大气压),使用加热包后,气体的温度达到77℃。
(2)经过一段时间的冷却后,气体的温度降低了30℃,此时打开排气口,让气体排出,锅内气压和外界气压一致,求排出气体的质量m。
(2023?广东模拟)根据气象报道,我国北方有些地区昼夜温差可以达到30℃以上。若北方某城市白天最高气温高达37℃,夜晚最低气温低至7℃,该城市某无人居住的房间,房间内温度与外界环境温度相同,房间的容积为V1,房间内的空气视为理想气体,热力学温度T与摄氏温度t的关系为T=t+273K,大气压强保持不变,求:
(2023?深圳一模)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﹣33℃~47℃,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1L时,传感器的示数为1.0atm。将活塞缓慢下压,气缸内气体体积为0.7L时,传感器的示数为1.2atm。求该空腔的容积。
(2023?深圳二模)某山地车气压避震器主要部件为活塞杆和圆柱形气缸(出厂时已充入一定量气体)。气缸内气柱长度变化范围为40mm~100mm,气缸导热性良好,不计活塞杆与气缸间摩擦:
(1)将其竖直放置于足够大的加热箱中(加热箱中气压恒定),当温度T1=300K时空气柱长度为60mm,当温度缓慢升至T2=360K时空气柱长度为72mm,通过计算判断该避震器的气密性是否良好。
(2)在室外将避震器安装在山地车上,此时空气柱长度为100mm,气缸内的压强为5p0,骑行过程中由于颠簸导致气柱长度在最大范围内变化(假定过程中气体温度恒定),求气缸内的最大压强。(结果用p0表示)
(2022?汕头三模)在天宫课堂第二课“光学水球”实验中,王亚平老师在水球中注入少量气体,在水球内会形成一个气泡。在另一侧,我们可以观察到王老师一正一反两个像,如图(甲)所示。这是因为有一部分光线会进入水球中的气泡,形成了正立的人像,而另一部分无法进入气泡的光线,形成了倒立的人像。为了方便研究,我们简化为如图(乙)所示。
已知:水球半径为R1,气泡半径为R2,两球为同心球。有两束平行光射入水球,其中a光沿半径方向射入,b光恰好在气泡表面发生全反射,水的折射率为n.
(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D点入射,改变入射角i,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c=3×108m/s,求:
(2023?潮州二模)如图所示,有一救生员面向泳池坐在池边的高凳上,他的眼睛到地面的高度为H=1.8m,眼睛距离池边缘的水平距离为d=2.4m,当泳池注满水时,水的深度为h=1.8m,此时救生员可观察到池底离池边缘最近的点为A,水池边缘与AO之间的范围为“视线盲区”。已知水的折射率为n=43,光在线
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