1、物理学科知识与教学能力（中学） 教师资格（统考）第三节热学、光学、近代物理理论一、热学（一）分子动理论1.分子动理论的三个观点（1）物体是有大量的分子组成的一般认为分子直径大小的数量级为10-10m。固体、液体被理想化地认为各分子是一个挨一个紧密排列的，每个分子的体积就是每个分子平均占有的空间。分子体积=物体体积分子个数。第三节 热学、光学、近代物理理论气体分子间距离较大，不能看作一个挨一个紧密排列，所以气体分子的体积远小于每个分子平均占有的空间。每个气体分子平均占有的空间看作以相邻分子间距离为边长的正立方体。1mol的任何物质都含有相同的粒子数，这个数量用阿伏加德罗常数表示，NA=6.021
2、023mol-1。应用：用油膜法估测分子的大小。实验思想：分子是球形，分子紧密排列无空隙，单分子层。第三节 热学、光学、近代物理理论实验原理：实验中设法测出一滴酒精油酸中纯油酸的体积V，和这滴油酸在水面上形成单分子油膜的面积S，由此求出的油膜的厚度可认为等于油酸分子的直径，即d=V/S，如图所示。第三节 热学、光学、近代物理理论（2）分子的热运动物体里的分子永不停息地做无规则运动，这种运动跟温度有关，所以通常把分子的这种运动叫做热运动。扩散现象是两种不同物质接触时，没有受到外力影响而能彼此进入到对方里去的现象。扩散现象是分子的直接运动形式。气体、液体和固体都有扩散现象。扩散快慢除和温度有关外，
3、还和物体的密度差、溶液的浓度有关。物体的密度差（或浓度差）越大，扩散进行得越快。第三节 热学、光学、近代物理理论 布朗运动是悬浮在液体（或气体）中的微粒所做的无规则运动，其运动的激烈程度与微粒的大小和液体（或气体）的温度有关，微粒越小，液体温度越高，布朗运动越明显。 扩散现象和布朗运动都可以很好地证明分子的热运动。第三节 热学、光学、近代物理理论关于布朗运动的下列说法中正确的是（ ）。A.布朗运动就是分子的运动B.布朗运动是组成固体微粒的分子无规则运动的反映C.布朗运动是液体或气体分子无规则运动的反映D.观察时间越长，布朗运动就越显著名师答案：C第三节 热学、光学、近代物理理论（3）分子之间存
4、在相互作用的分子力分子之间同时存在着相互的引力和斥力。 气体很容易被压缩，说明分子间有空隙。大量分子能聚集在一起形成固体或液体，说明分子间存在着引力。用力压缩物体，物体内会产生反抗压缩的弹力，说明分子间还存在着斥力。第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论随着分子间距离的逐渐增大，分子间的引力与斥力都减小，但斥力减小得快：随着分子间距的减小，分子间的引力与斥力都增大，但斥力增大得快。所以，当分子间距rr0时，引力大于斥力，分子间作用力表现为引力；当分子间距rVCBVA=VBVCCVAVBVBVC第三节 热学、光学、近代物理理论名师答案：D答案解析：过理想气体的A点和B点
5、，分别做它们的等容变化的p-t图，可以看出点B与t轴上的-273连线的斜率大于点A与t轴上的-273连线的斜率，且体积V1/k，所以VAVB。B到C过程，温度相等，压强增加，由理想气体状态方程得VBVC，所以VAVBVC。第三节 热学、光学、近代物理理论（4）气体热现象的微观意义理想气体是一种理想化的气体模型，具有如下特点：气体分子可以看作质点。除碰撞外，分子间的相互作用力可以忽略不计。气体分子间的碰撞以及与器壁的碰撞都可以看做是完全弹性碰撞。第三节 热学、光学、近代物理理论大量气体分子做无规则运动，速率是按照一定的规律分布的，即速率较大和速率较小的分子数都比较少，而中间速度的分子数比较多。但
6、是具有最大比例的速度区间是随温度的增加而增大。说明温度越高，分子热运动也激烈。第三节 热学、光学、近代物理理论理想气体的热力学温度是分子平均动能的标志，它与分子的平均动能成正比。从微观的角度看，气体对容器的压强是大量气体分子对容器的碰撞引起的。一定质量的气体，温度保持不变时，气体分子的平均动能是一定的，在这种情况下，体积减小，则分子的密集程度增大，单位时间内对器壁的碰撞次数增加，于是气体的压强就增大，这就是玻意耳定律的微观解释。第三节 热学、光学、近代物理理论一定质量的气体，体积保持不变时，气体分子的密集程度保持不变。在这种情况下，温度升高，分子的平均动能增大，每次对器壁的碰撞的力量增大，并且
7、单位时间内碰撞的次数也增加，因此气体的压强就增大，这就是查理定律的微观解释。一定质量的气体，温度升高时，分子的平均动能增大。只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减小，才能保持压强不变，这就是盖-吕萨克定律的微观解释。第三节 热学、光学、近代物理理论如图所示为伽利略设计的一种测温装置示意图，玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通，下端插入水中，玻璃泡中封闭有一定量的空气。若玻璃管内水柱上升，则外界大气的变化可能是（ ）。A.温度升高，压强减小 B.温度升高，压强不变C.温度降低，压强增大 D.温度不变，压强减小第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论2.固体（1）晶体和非
8、晶体固体可以分为晶体和非晶体两类。石英、云母、明矾、食盐、各种金属等都是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体。晶体分为单晶体和多晶体，多晶体不具有规则的几何形状，各种金属材料都是多晶体。由于小晶体的排列是杂乱的，所以金属整体表现为各向同性。第三节 热学、光学、近代物理理论（2）晶体的微观结构单晶体和非晶体性质上的不同，可以从它们的微观结构不同做出说明。组成单晶体的微粒，在空间上按照一定的规律排列。彼此相隔一定的距离，排列成整齐的行列。通常这种微观结构成为空间点阵。第三节 热学、光学、近代物理理论3.液体液体与固体接触的表面形成表面层。由于表面层上方是气体，所以表面层内的液体分子，受到周
9、围分子作用力小于液体内部分子力，表面层里的分子要比液体内部分子稀疏一些，这样表面层分子间引力比液体内部更大一些。在液体内部分子间引力和斥力处于平衡状态，而表面层内由于分子引力较大，使液体表面绷紧。这个引力被称为液体的表面张力。第三节 热学、光学、近代物理理论4.物态变化（1）熔化和凝固熔化：物质从固态变成液态的过程叫熔化。熔化过程吸热。凝固：物质从液态变成固态的过程叫凝固。凝固过程放热。熔点和凝固点：晶体熔化时保持不变的温度叫熔点；晶体凝固时保持不变的温度叫凝固点。晶体的熔点和凝固点相同。第三节 热学、光学、近代物理理论（2）汽化和液化汽化：物质从液态变为气态的过程叫汽化，汽化的方式有蒸发和沸
10、腾。汽化过程要吸热。蒸发：是在任何温度下，且只在液体表面发生的，缓慢的汽化现象。沸腾：是在一定温度（沸点）下，在液体内部和表面同时发生的剧烈的汽化现象。液体沸腾时要吸热，但温度保持不变，这个温度叫沸点。第三节 热学、光学、近代物理理论影响液体蒸发快慢的因素：液体温度；液体表面积；液面上方空气流动快慢。液化：物质从气态变成液态的过程叫液化，液化要放热。使气体液化的方法有：降低温度和压缩体积。（液化现象如：“白气”、雾、等）（3）升华和凝华升华和凝华：物质从固态直接变成气态叫升华，要吸热；物质从气态直接变成固态叫凝华，要放热。第三节 热学、光学、近代物理理论5.饱和汽与饱和汽压（1）在密封容器中，
11、随着蒸发过程的进行，容器内蒸汽的密度不断增大，因而返回液体的分子数也不断增多。当单位时间内蒸发的分子数等于单位时间内返回液体的分子数时，宏观上看来，蒸发现象就停止了。这种平衡是一种动态平衡。第三节 热学、光学、近代物理理论与液体处于动态平衡的蒸汽叫做饱和汽，而没有达到饱和状态的蒸汽叫做未饱和汽。在一定温度下，饱和汽的分子数密度是一定的，因而饱和汽的压强也是一定的，这个压强称为这种液体的饱和汽压。第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论3.热力学第二定律（1）热力学第二定律的一种表述热量不会自发地从低温传到高温物体。（2）热力学第二定律的另
12、一种表述不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响，即第二永动机不可制成。第三节 热学、光学、近代物理理论这两种表述是等价的，可以从一种表述导出另一种表述，所以他们都称为热力学第二定律。热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性。热力学第二定律向人们指出了实际宏观过程进行的条件和方向，其实质在于指出“一切热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的”，是一个能够反应过程进行的方向规律。第三节 热学、光学、近代物理理论热力学第二定律微观解释：一切自热过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。物理学中用熵来量度系统的无序程序。在孤立系统中，一切不可逆过程都是沿着熵增加的方向进
13、行。第三节 热学、光学、近代物理理论二、光学（一）几何光学1.光的直线传播（1）光源光源指能够自行发光的物体，分人造光源、自然光源。月亮不是光源，月亮本身不发光，只是反射太阳的光。第三节 热学、光学、近代物理理论（2）光的直线传播光在向一种均匀介质中沿直线传播。例如，物体的影子、日食和月食、针孔成像等等。我们将表示光的传播路径和方向的带箭头的直线称为光线。第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论 2.光的反射和折射（1）光的反射定律光从一种介质射到两种介质的分界面时发生反射，反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分居在法线的两侧；反射角等于入射角。反
14、射有两种类型：镜面反射和漫反射无论是镜面反射还是漫反射，都遵循光的反射定律。第三节 热学、光学、近代物理理论（2）光的反射定律的应用平面镜成像特点：简记为：正立、等大、对称、虚像实像与虚像的区别：实像是实际光线会聚而成的，可以用光屏接到。虚像不是由实际光线会聚而成的，用光屏接收不到。凸面镜：对光有发散作用。凹面镜：对光有汇聚作用。第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论一束单色光经由空气射入水中，这束光的（ ） 。A.速度变小，波长变短 B.速度不变，波长变短C.频率变大，波长变长 D.频率不变，波长变长第三节 热学、光学、近代物理理论第
15、三节 热学、光学、近代物理理论4.全反射（1）我们把折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质。光疏介质和光密介质是相对的。光由光疏介质斜射入光密介质，折射角小于入射角；光由光密介质斜射入光疏介质，折射角大于入射角。第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥轴（图中虚线）与桌面垂直，过轴线的斜面是等边三角形，如图6所示。有一半径为r的圆柱形平行光束垂直射到圆锥底面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合。已知玻璃的折射率为1.5，则光束在桌面上形成的光斑半径为：（）Ar B1.5r C2r D2.5r第三节 热学、
16、光学、近代物理理论名师答案：C答案解析：折射率为1.5，临界角小于45度，第一次垂直入射，光线不发生偏转。第二次折射时入射角为60度，发生全反射，且恰好垂直射出。光路图如下。ON=r，AO=2r,AM=AO=2r。故选C。第三节 热学、光学、近代物理理论5.透镜及其应用（1）透镜由透明材料磨制而成，两个折射面都是球面，或者一面是球面另一面是平面的透明体。凸透镜中间厚，边缘薄；凹透镜中间薄、边缘厚。（2）透镜对光线的作用凸透镜对光线有汇聚作用；凹透镜对光线有发散作用。第三节 热学、光学、近代物理理论（3）凸透镜成像规律凸透镜成像规律可以用下表来描述第三节 热学、光学、近代物理理论u=f是成实像和
17、虚像，正立像和倒立像，像物同侧和异侧的分界点。u=2f是像放大和缩小的分界点。当像距大于物距时成放大的实像（或虚像），当像距小于物距时成倒立缩小的实像。第三节 热学、光学、近代物理理论成实像时：物距减小 像距增大 像变大成虚像时：物距减小 像距减少 像变小第三节 热学、光学、近代物理理论如图所示，一焦距为f的凸透镜，主轴和x轴重合。x轴上有一光点位于透镜的左侧，光点到透镜的距离在f和2f之间。若将此透镜沿x轴向右缓慢平移2f的距离，则在此过程中，光点经透镜所成的像点将（ ）。A.一直向右移动 B.一直向左移动C.先向左移动，接着向右移动 D.先向右移动，接着向左移动第三节 热学、光学、近代物理
18、理论名师答案：C答案解析：点光源到透镜的距离大于f而小于2f，若将此透镜沿x轴向右平移2f的距离，点光源一直在凸透镜的一倍焦距以外，成倒立的实像。凸透镜成实像时，点光源在二倍焦距处物像之间的距离最小。在透镜向右移动2f距离的过程中，物点到透镜的距离由大于f而小于2f增大到2f，再增大到大于2f，则物像间距应先减小后增大，由于物点静止不动，像点应先向左移动，接着向右移动，得正确答案C。第三节 热学、光学、近代物理理论如图所示，小梦同学在“探究凸透镜成像规律”实验时，烛焰在光屏上成了一个清晰的像，下列说法正确的是（）。A利用这一成像规律可制成幻灯机B实验中，蜡烛越烧越短，光屏上烛焰的像向上移动C要
19、使光屏上烛焰的像变小.只须将蜡烛靠近凸透镜D为了便于从不同方向观察光屏上的像.光屏应选用较光滑的玻璃板第三节 热学、光学、近代物理理论名师答案：B答案解析：由图知，蜡烛放在2倍焦距之外，此时成缩小、倒立的实像，照相机是根据这个原理制成的。而幻灯机是根据物距处于f和2f 之间时，成放大、倒立的实像原理制成，故A选项说法错误。由于成的实像是倒立的，所以蜡烛越烧越短，光屏上烛焰的像就应该越向上移动，故B选项说法正确。 要使光屏上的烛焰的像变小，蜡烛应远离凸透镜，故C选项说法错误。为了便于从不同方向观察光屏上的像，光屏应选用较粗糙的毛玻璃板，故D选项说法错误。故选B。第三节 热学、光学、近代物理理论在
20、物理“眼睛和眼镜”一课的教学中，用如图所示装置模拟近视眼矫正的原理，其中凸透镜代表眼睛的晶状体，光屏代表视网膜。当近视的“人”戴上眼镜时，烛焰在“视网膜”上成一清晰的像。若此时“取下眼镜”，只采取下列办法之一就能使“视网膜”上的像清晰，其做法正确的是（）。 A将蜡烛远离透镜 B将光屏靠近透镜C将光屏远离透镜 D在蜡烛和透镜之间加一个凸透镜第三节 热学、光学、近代物理理论名师答案：B答案解析：近视眼成像在视网膜前，取下眼镜后，像的位置在光屏的前面。为了能使像清晰，根据凸透镜成像原理，应该将蜡烛靠近凸透镜，像才会逐渐远离凸透镜，所以A错误。因为像在光屏前，所以应该将光屏靠近透镜，B正确，C错误。如
21、果再加入凸透镜，成像位置更加靠前，所以D错误，故选B。第三节 热学、光学、近代物理理论（二）光的本性、物理光学1.光的干涉、衍射和偏振（1）光的干涉干涉现象：两列波在相遇的叠加区域，某些区域使得“振动”加强，出现亮条纹；某些区域使得振动减弱，出现暗条纹。振动加强和振动减弱的区域相互间隔，出现明暗相间条纹的现象。这种现象叫光的干涉现象。第三节 热学、光学、近代物理理论产生稳定干涉的条件：两列波频率相同，振动步调一致（振动方向相同），相差恒定。两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论在双缝干涉实验中，某同学用黄光作为入射光，为了增大干
22、涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有（）。A改用红光作为入射光，增大双缝到屏的距离B改用蓝光作为入射光，增大双缝到屏的距离C改用红光作为人射光.减小双缝到屏的距离D改用蓝光作为入射光，减小双缝到屏的距离第三节 热学、光学、近代物理理论名师答案：A答案解析： 根据x= ，红光比黄光波长大，增大双缝到屏的距离即增大L，均可使干涉条纹的间距增大，故选A。第三节 热学、光学、近代物理理论dL（2）光的衍射光的衍射：光绕过障碍物偏离直线传播路径而进入阴影区里的现象，叫光的衍射。光的衍射和光的干涉一样证明了光具有波动性。衍射有圆孔衍射、狭缝衍射等。条纹的特点：中央条纹最宽，两侧条纹最窄，条纹间距不等。第三
23、节 热学、光学、近代物理理论（3）光的偏振只沿着一个方向振动的光，叫做偏振光。偏振证明光是一种横波。偏振现象的应用：照相机镜头上的偏振滤波片、电子表的液晶显示、立体电影等等。第三节 热学、光学、近代物理理论2.光电效应（1）照射在金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象叫做光电效应现象；所发射的电子叫光电子。（2）光电效应现象所遵循的基本规律。对于任何一种金属，入射光的频率必须大于某一极限频率才能产生光电效应，低于这个极限频率，无论强度如何，无论照射时间多长，也不能产生光电效应；第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、
24、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论6.光的波粒二象性（1）光的波粒二象性光的干涉、衍射和偏振表明光是一种波；光电效应和康普顿效应又表明光是一种粒子。因此现代物理学认为：光具有波粒二象性。第三节 热学、光学、近代物理理论（2）正确理解波粒二象性波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量。第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以（ ）。A.增大S1与S2的间距 B.减小双缝屏到光屏的距离C.
25、将绿光换为红光 D.将绿光换为紫光第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论根据爱因斯坦光子说，光子能量E等于(h为普朗克常量，c、为真空中的光速和波长)（）。Ah(c/)Bh(/c)ChDh/第三节 热学、光学、近代物理理论名师答案：A答案解析：光的频率V在任何介质中不变，在真空中有第三节 热学、光学、近代物理理论三、近代物理理论（一）原子结构1.原子核式结构模型粒子散射实验：绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进。极少数仅粒子发生了较大角度的偏转。第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学
26、、近代物理理论如图为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子（）。A从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁至n=2能级辐射出电磁波的波长长B从n=5能级跃迁到n=1能级比从n=5能级跃迁至n=4能级辐射出电磁波的速度大C处于不同能级时，核外电子在各处的概率是一样的D从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量第三节 热学、光学、近代物理理论名师答案：A答案解析：从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出光子的能量小，则辐射的光子频率小，所以辐射的电磁波的波长长，故A选项正确。电磁波在真空中的速度相同，与频率无关，故B选项错误。处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率
27、不同，故C选项错误。由高能级向低能级跃迁，氢原子向外辐射能量，与原子核无关，故D选项错误。第三节 热学、光学、近代物理理论（二）原子核1.天然放射现象放射性与放射性元素：物质发射射线的性质称为放射性。具有放射性的元素称为放射性元素。放射性物质放出的射线有三种：射线、射线、射线。第三节 热学、光学、近代物理理论三种射线的成分和性质第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论卢瑟福利用粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是（ ）。第三节 热学、光学、近代物理理论名师答案：D答案解析：离金原子核远的粒子偏转角度小，离金原子核近的粒子偏转角度大，正对金原子核的粒
28、子被返回。第三节 热学、光学、近代物理理论 衰变或衰变后产生的新核往往处于高能级，不稳定，要向低能级跃迁，放出光子。射线是伴随着射线和射线产生的。第三节 热学、光学、近代物理理论（3）衰变规律：原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。第三节 热学、光学、近代物理理论铀是常用的一种核燃料，其原子核裂变的反应方程式如下，则方程中的ab可能是（）ABCD第三节 热学、光学、近代物理理论名师答案：D答案解析：铀核裂变的方程式为： 。故选D。第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热
29、学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论名师答案：B答案解析：核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。只有B满足条件，所以B正确。第三节 热学、光学、近代物理理论第三节 热学、光学、近代物理理论名师答案：A答案解析：重核的裂变反应是指重核俘获一个中子后，分裂为几个中等质量的核的反应过程，故选A。第三节 热学、光学、近代物理理论关于近代物理的内容，下列说法正确的是（）A射线的穿透能力比射线强B铀轴核裂变的核反应方程是：C将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，
30、不会改变放射性元素的半衰期D若紫光和紫外线都能使同一金属产生光电效应，用紫光照射时光电子最大初动能较大第三节 热学、光学、近代物理理论名师答案：C答案解析： 射线穿透能力最强，而射线的电离能力最强，故A错误，典型的铀核裂变的核反应方程是：故B错误，放射性元素的半衰期不随着物理及化学性质变化而变化，故C正确，因紫外线的频率高于紫光，根据光电效应方程Ekm=hU-W，则紫外线照射时光电子最大初动能较大，所以D错误。第三节 热学、光学、近代物理理论下列叙述中符合历史事实的是（ ）。A.卢瑟福的仅粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构B.玻尔理论成功地解释了各种原子的发光现象C.爱因斯坦成功地解释了光电效应现象D.赫兹从理论上预言了电磁波的存在第三节 热学、光学、近代物理理论名师答案：C
