暑期综合提高练习（十）光学热学综合4——2026-2027年高中物理新高三年级暑期强化训练含答案

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选择题：本题共6小题，每小题4分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1．下列说法正确的是( )
A．温度相同的物体内能一定相同
B．液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动
C．一定质量的理想气体,当温度不变、压强增大时,稳定后其体积可能增大
D．在完全失重的情况下,密闭容器内的气体对器壁没有压强
2．夏日流云，云霞满天.“七彩云”是太阳光线以一个合适的角度，从云层中冰晶上表面入射，经折射从侧面射出的七色光芒.简化光路如图所示，冰晶上下表面平行，侧面与之垂直，图中画出了红光和黄光的光路图.下列说法正确的是（ ）
A．a是黄光，b是红光
B．光线从空气进入冰晶后传播速度变大
C．在冰晶中红光的传播速度比黄光大
D．增大α 角，光线可能在冰晶的下表面发生全反射
3．下列四幅图所涉及的光学现象和相应的描述中，说法正确的是（ ）
A．图是内窥镜，可以把光传送到人体内部进行照明，是利用了光的全反射
B．图是阳光下观察肥皂膜，看到了彩色条纹，这是光的干涉现象，实验时肥皂膜应水平放置
C．图是单色平行光线通过狭缝得到的干涉图样
D．图是用偏振眼镜观看立体电影，说明光是一种纵波
4．一种安装在汽车上的光学传感器是通过接收器接收到灯光信号而触发工作的.如图所示，一细束黄色光沿AB方向从汽车玻璃外侧（汽车玻璃可视为两表面平行的玻璃砖）的B点射入，入射角为i，折射光线刚好沿BC方向在汽车玻璃内侧C点触发光学传感器.若入射光的颜色发生变化，且入射光的入射位置B不变，仍要使折射光线沿BC方向在汽车玻璃内侧C点触发光学传感器.下列说法正确的是（ ）
A．若改用绿色光射入，需要入射角i减小到某一合适的角度
B．若改用红色光射入，需要入射角i减小到某一合适的角度
C．若改用红色光射入，需要入射角i增大到某一合适的角度
D．改用任何颜色的光射入，都需要入射角i减小到某一合适的角度
5．分子间作用力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图甲、乙两条曲线所示（取无穷远处分子势能Ep=0）.下列说法正确的是（ ）
甲乙
A．甲图线为分子势能与分子间距离的关系图线
B．当r>r0时，随距离增大，分子间作用力做正功
C．当r>r0时，分子间作用力表现为引力
D．随着分子间距离从接近于零开始增大到无穷远，分子间作用力先减小后增大
6．如图所示，两端开口、内径均匀的玻璃弯管固定在竖直平面内，两段水银柱A和C将空气柱B封闭在左侧竖直段玻璃管，平衡时A段水银有一部分在水平管中，竖直部分高度为h2，C段水银两侧液面高度差为h1。若保持温度不变，向右管缓缓注入少量水银，则再次平衡后（ ）
A．空气柱B的长度减小B．左侧水银面高度差h2减小
C．空气柱B的压强增大D．右侧水银面高度差h1增大
二、选择题：本题共4小题，每小题5分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多项是符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
7．北京时间2023年7月20日21时40分，经过约8小时的出舱活动，神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮密切协同，在空间站机械臂支持下，圆满完成出舱活动全部既定任务．气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置，其原理图如图所示．座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满空气（可视为理想气体），气闸舱B内为真空．打开阀门K，A中气体进入B中，最终达到平衡，假设此过程中系统与外界没有热交换．下列说法正确的是（ ）
A． 气体对外做功，内能减小
B． 气体等温膨胀，压强减小
C． 气体向真空扩散的过程是可逆过程
D． 气体分子单位时间内与座舱A舱壁单位面积上的碰撞次数将减少
8．关于下列四幅图所涉及的物理知识的论述中，正确的是（ ）
A．甲图中，水中的射水鱼看到小昆虫在昆虫实际位置的下方
B．乙图中，水中的气泡看上去特别明亮是光的全反射现象引起的
C．丙图中，肥皂泡看起来常常是彩色的是光的色散现象引起的
D．丁图中，“泊松亮斑”的形成说明光能发生衍射
9．诺贝尔物理学奖由三位光学领域的科学家斩获，研究内容中的重要部分是以CPA技术获得超强超短激光，一种脉冲激光展宽器截面如图所示，在空气中对称放置四个相同的直角三棱镜，顶角为，一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射，经过前两个棱镜后分为平行的光束，再经过后两个棱镜重新合成为一束，此时不同频率的光前后分开，完成脉冲展宽，已知相邻两棱镜斜面间的距离，脉冲激光中包含不同频率的光1和光2，它们在棱镜中的折射率分别为和，则下列说法正确的是（ ）
A．下方光线为光2
B．若，则光1和光2通过整个展宽器的过程中在空气中的路程差约为
C．为了确保光1和光2都能够从左侧棱镜斜面出射，只需保证
D．利用光1和光2分别进行双缝干涉实验，则光1对应的干涉条纹间距更小
10．如图是“筒式二冲程柴油锤”的工作简图。压缩冲程:气缸锤座压在水泥桩顶上，柱塞从一定高度释放落入气缸内，压缩气缸内的空气，并点燃气缸内的柴油。做功冲程:柴油被点燃，通过高压气体将水泥桩压入泥土中，同时柱塞被反推到气缸外。柱塞和气缸密封良好，则（ ）
A. 在压缩冲程中，气缸内气体发生等温变化
B. 在压缩冲程中，柱塞对气缸内气体做正功
C. 在做功冲程中，气缸内气体压强保持不变
D. 在做功冲程中，气缸内气体对柱塞做正功
三、非选择题：本大题共5题，共56分。
11．某同学利用微波发射器和接收器研究电磁波。发射器可发射频率为10GHz的一定强度电磁波，接收器可显示接收到电磁波的强度。
（1）如图（a）所示，接收器和发射器置于同一直线上，在发射器和接收器前均加装一偏振片，此时接收器显示接收到的信号最强。若接收器按图示方向沿轴线转动，接收到信号的强度发生变化，由此说明电磁波属于 （填“横波”或“纵波”），若从接受的信号最强开始旋转的过程中，接受的信号强度变化情况是 。
（2）如图（b）所示，在发射器和接收器之间放置一块带双缝的金属平板，接收器沿虚线移动时，接收器接收到信号的强弱会发生变化。这种现象是电磁波的 （“偏振”、“干涉”或“衍射”）现象，接收器接收到的信号相邻两次最强位置之间的距离 （填“几乎相等”、“中间大两侧小”或“中间小两侧大”），若双缝的两条缝之间距离减小，接收器接收到的信号相邻两次最强位置之间的距离 （填“变大”、“变小”或“不变”）。
12．在恒温实验室中，某同学利用题图1装置研究一定质量气体等容变化规律。他的操作步骤如下：
①将倒U形玻璃管的一端通过橡胶软管与直玻璃管连接，并注入适量的水银，另一端插入橡皮塞，再用橡皮塞塞住烧瓶口，保持管竖直并调节管高度，使、两管水银液面相平，并在上标注此时水银面的位置；
②将烧瓶浸入热水中，待烧瓶中气体温度稳定后，保持管竖直并再次调节管高度，使管水银液面仍处于位置，然后记、两管水银液面高度差及烧瓶内气体温度；
③改变热水温度，重复操作步骤②，记录多组高度差及温度的数据，并绘制图像如题图2所示。
(1)第一次浸入热水后，应将管 （填“向上”或“向下”）调节，才能使管水银液面处于位置；
(2)若温度过高出现漏气现象，则题图2中的图像末段应为曲线 ；（填“①”“②”或“③”）
(3)已知题图2中图像直线段的斜率为，纵轴截距绝对值为，水银密度为，重力加速度为，则大气压强 ，实验室温度 。（用、、、表示）
13．一名潜水爱好者利用如图所示的简易测深装置进行测深。该装置由轻质导热透明材料制成，质量，上部分为球形，容积为，下部分为管状，管的上端与球的下端良好接触，且球的下端开口。管内气柱横截面积为，管长为。在水面时，先让管内充满标准状态的空气，将管下端贴近水面后将装置整体按入水中并随潜水员缓慢下潜，该装置通过细绳系于身上，且保持竖直方向。忽略水温和水的密度的变化、管壁厚度、管壁的形变以及装置的长度对气体压强的影响。大气压强等于水柱重力产生的压强。水的密度为。求：
(1)潜水员下潜到水深处，管中气柱的长度。
(2)潜水员下潜到水深为多少米时，系住测深装置的绳子开始松弛。
14．医院在转运病人时有时会用到负压救护车，如图为一容积为0.6 m3的负压舱，需要将患者从甲地转移到乙地，在甲地出发时舱内温度为27℃，压强为1.0 × 105 Pa，到乙地后，外界温度变为17℃，外界大气压变为0.9705 × 105 Pa。负压舱导热性良好，舱内空气视为理想气体，绝对零度取−273℃，舱内负压（舱内外压强差）为20 ~ 50 Pa时效果比较理想。
(1)转运过程中，负压舱与外界没有气体交换，则运输到乙地后，负压舱内与乙地外界大气压的压强差是多少？
(2)转运到乙地后负压舱内需保持50 Pa的稳定负压，需要充入多少体积的空气？
15．（10分）如图所示为某室内温控系统，导热良好且内壁光滑的圆柱形汽缸，长度L1=0.1m，质量m=4kg，横截面积S=10−3m2，上端开口，下端密封一段长度L0=0.06m的理想气体。一根绳子通过活塞将整个装置竖直悬挂，汽缸顶部和距离汽缸底部d=0.04m处分别有一个质量和厚度均不计的环形压力传感器，当温度过低或过高时，压力传感器检测到压力，触发暖风（冷风）系统。已知初始状态的室温为T0=300K，密封气体压强为p1=6×104Pa，大气压强为p0=1×105Pa，活塞的质量和体积忽略不计，g=10m/s2。
（1） 为了不触发暖风（冷风）系统，室内温度应该控制在多少范围内（结果用热力学温度表示）；
（2） 求压力传感器示数F与热力学温度T的关系表达式。
参考答案
1．【知识点】分子热运动、温度与分子平均动能的关系、理想气体与理想气体状态方程
【答案】B
【解析】温度是分子热运动平均动能的标志，内能是物体内所有分子的热运动动能和分子势能的总和，物体的内能跟物体的温度和体积有关，还跟物体所含的分子数有关，故温度相同的物体内能不一定相同，A错误；液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动，它是液体分子无规则热运动的反映，B正确；根据理想气体状态方程，当温度不变时，压强增大，其体积一定减小，C错误；封闭气体压强是由气体分子无规则热运动频繁持续地碰撞器壁产生的，与气体质量和宏观的运动情况无关，故完全失重情况下，密闭容器内的气体对器壁压强不变，D错误.
2．【知识点】全反射与折射的综合应用
【答案】C
【解析】本题考查光的色散问题.红光折射率小，所以a是红光，b是黄光，A错误；由v=cn，又n>1，可知光线进入冰晶，传播速度变小，B错误；红光折射率小，由v=cn可知，红光传播速度大，C正确；增大α 角，若光线直接到达下表面，则会平行上表面的入射光出射；若经侧面全反射抵达下表面，下表面的入射角等于上表面的折射角，也不会发生全反射，D错误.
3．【知识点】偏振现象和偏振光、光的衍射原理及应用、全反射原理及其应用、薄膜干涉
【答案】A
【详解】图是内窥镜，可以把光传送到人体内部进行照明，是利用了光的全反射，A正确；图是阳光下观察肥皂膜，看到了彩色条纹，这是光的干涉现象，是肥皂膜两表面反射光形成的干涉图样，实验时肥皂膜不一定需要水平放置，B错误；图是单色平行光线通过狭缝得到的衍射图样，C错误；图是利用偏振眼镜能观看立体电影，偏振是横波的特点，光的偏振现象说明光是横波，D错误。
4．【知识点】光的折射定律及其应用
【答案】B
【解析】若改用绿色光射入，频率变大，折射率变大，折射角不变，根据n=sinisinr可知，入射角变大，故A错误；若改用红色光射入，频率变小，折射率变小，折射角不变，根据n=sinisinr可知，入射角变小，故B正确，C错误；如果改用频率更高的光，则折射率变大，折射角不变，根据n=sinisinr，入射角变大，故D错误.

5．【知识点】分子势能随分子间距离变化的图像问题
【答案】C
【解析】本题考查分子力和分子势能.取无穷远处分子势能Ep=0，在r=r0时，分子势能最小，但不为零，此时分子力为零，所以题图乙为分子势能与分子间距离的关系图线，故A错误；当r>r0时，分子间作用力表现为引力，随距离增大，分子间作用力做负功，故B错误，C正确；当r=r0时，分子间作用力为零，随着分子间距离从接近于零开始增大到无穷远，分子间作用力先减小后增大再减小，故D错误.
6．【知识点】气体状态变化问题-U型管模型
【答案】B
【详解】设大气压强为，水银密度为，空气柱B的压强为，若保持温度不变，向右管缓缓注入少量水银，先假设左边水银面都不动，由于右管变大，B气体下面的水银上升，使得B气体压强变大，从而使B气体上面的水银向上移动，使得减小，最终稳定时有，由于，可得，，可知左侧水银面高度差减小，空气柱B的压强减小，右侧水银面高度差减小，B正确，CD错误；空气柱B发生等温变化，根据玻意耳定律，由于空气柱B的压强减小，所以空气柱B的体积增大，空气柱B的长度增大，A错误。
7．【知识点】热力学第一定律及其应用、热力学第二定律及其应用
【答案】BD
【解析】由于气闸舱B内为真空，可知气体进入气闸舱B的过程中不对外做功，又因为整个系统与外界没有热交换，根据热力学第一定律ΔU=W+Q，可知内能不变，故A错误；因为内能不变，故温度不变，平均动能不变，因为气闸舱B内为真空，根据玻意耳定律可知pV=C（定值），可知扩散后体积V增大，压强p减小，所以气体的密集程度减小，根据气体压强的微观意义可知，气体分子单位时间内对舱壁单位面积碰撞的次数将减少，故B、D正确；根据熵增原理可知，一切宏观热现象均具有方向性，故气闸舱B中气体不可能自发地全部退回到座舱A中，故C错误．
8．【知识点】全反射原理及其应用
【答案】BD
【详解】A．根据光的折射规律，昆虫反射的光从空气进入水中，折射角小于入射角，射水鱼逆着折射光线看去，看到的是昆虫的虚像，虚像的位置在昆虫实际位置的上方，A错误；
B．当光从水射向气泡时，一部分光在界面处发生全反射，使得反射光增强，所以水中的气泡看上去特别明亮，这是光的全反射现象引起的，B正确；
C．肥皂泡看起来常常是彩色的，是因为肥皂泡的薄膜前后表面的反射光相互干涉，形成了干涉条纹，并非光的色散现象，C错误；
D．“泊松亮斑”是光照射到不透明的小圆板上，在圆板后面的光屏上中心出现一个亮斑，这是光绕过障碍物传播的现象，说明光能发生衍射，D正确。
选BD。
9．【知识点】光的折射定律及其应用、干涉条纹和光的波长之间的关系
【答案】BD
【详解】光路图如图所示：
根据，由于可知下方光线为光1，A错误；据对称关系，光1和光2通过整个展宽器的过程中在空气中的路程差，而，，联立解得，B正确；由几何关系可知，若光线1恰好从左侧第一个棱镜斜面射出，则，解得，为使光1和光2都能从左侧第一个棱镜斜面射出，则，C错误；由于可知光线1的波长小于光线2的波长，因此光1对应的干涉条纹间距更小，D正确。
10．【知识点】利用理想状态方程解决问题
【答案】BD
【详解】压缩冲程中，柱塞对气缸内气体做正功，柱塞的机械能转化为气体内能，气缸内气体内能增大（点拨：压缩过程时间比较短，可以认为系统没有和外界发生热交换），气缸内气体温度升高，A错误，B正确；做功冲程中，气缸内气体对柱塞做正功，将内能转化为机械能，气缸内气体内能减少，气缸内气体温度降低，气缸内气体质量不变，根据理想气体状态方程pVT=C，气体体积增大，温度降低，可知气体压强变小，C错误、D正确。
【一题多解】
压强的微观解释
C选项也可由压强的微观解释来分析，气体体积增大，分子密集程度降低，温度降低，分子平均撞击速率与分子平均动能都减小，所以压强减小，C错误。
11．【知识点】干涉条纹和光的波长之间的关系
【答案】横波，先减弱后增强，干涉，几乎相等，变大
【详解】（1）根据题意可知在旋转偏振片后接收到信号的强度发生变化，由此说明电磁波属于横波；
若从接受的信号最强开始旋转的过程中，接受的信号强度变化情况是先减弱后增强；
（2）在发射器和接收器之间放置一块带双缝的金属平板，接收器沿虚线移动时，接收器接收到信号的强弱会发生变化，这种现象是电磁波的干涉现象。
根据双缝干涉条纹间距公式，可知接收器接收到的信号相邻两次最强位置之间的距离几乎相等；
根据双缝干涉条纹间距公式，若双缝的两条缝之间距离减小，可知接收器接收到的信号相邻两次最强位置之间的距离变大。
12．【知识点】气体的等容变化与查理定律
【答案】(1)向上；(2)③；(3)，
【详解】（1）将烧瓶浸入热水中，烧瓶中气体温度升高，压强增大，要使管水银液面处于位置，则应将管向上调节。
（2）若温度过高出现漏气现象，会导致烧瓶中气体压强减小，从而导致、两管压强差减小，因此两管水银液面高度差减小，图2中的图像末段应为曲线③。
（3）根据、两管压强平衡，初状态有，末状态有，烧瓶中气体由等容变化得，联立解得，由图2图线可得，，所以，。
13．【知识点】气体等温变化与玻意耳定律
【答案】(1)；(2)
【详解】（1）装置在水面时，，
下潜至水深时，
由玻意耳定律可得，
解得，
且，
解得。
（2）当细绳松弛时，
解得，
由玻意耳定律可得，
且，
解得，
根据，
水压，
水深为。
14．【知识点】变质量气体状态变化问题
【答案】(1)380 Pa；(2)2.0 × 10−3 m3
【详解】（1）以负压舱内气体为研究对象，体积不变，初态，，末态压强为p2，温度为，由查理定律可得，解得，此时舱内外压强差。
（2）初状态下，温度，体积，充入气体压强p′ = 0.9705 × 105 Pa，充入体积为ΔV，末状态气体压强，根据玻意耳定律得，解得。
15．【知识点】一定质量的气体多过程状态变化问题
【答案】（1） 200∼500K
（2） 见解析
【解析】
（1） 对汽缸受力分析，当温度升高时，气体膨胀，活塞触发汽缸顶部压力传感器之前，汽缸内气体压强保持不变，根据盖-吕萨克定律有L1STmax=L0ST0…………1分解得最高温度Tmax=L1L0T0=500K…………1分当温度降低时，气体压缩，活塞触发距离汽缸底部d=0.04m处的压力传感器之前，汽缸内压强保持不变，根据盖-吕萨克定律有dSTmin=L0ST0…………1分解得最低温度Tmin=dL0T0=200K…………1分
（2）当温度低于Tmin，对汽缸受力分析有p0S=mg+F+pS…………1分根据查理定律有pT=p1Tmin…………1分联立解得F=−p1TminST+p0S−mg=−310T+60NT≤200K…………1分当温度高于Tmax，对汽缸受力分析有F+p0S=p′S+mg…………1分根据查理定律有p′T=p1Tmax…………1分联立解得F=p1TmaxST+mg−p0S=325T−60NT≥500K…………1分