?高考物理湖南卷3年（2021-2023）真題匯編-熱學、光學、近代物理

一、單選題
1．（2023·湖南·統(tǒng)考高考真題）2023年4月13日，中國“人造太陽”反應堆中科院環(huán)流器裝置創(chuàng)下新紀錄，實現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模等離子體運行，為可控核聚變的最終實現(xiàn)又向前邁出了重要的一步，下列關于核反應的說法正確的是（????）
A．相同質量的核燃料，輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多
B．氘氚核聚變的核反應方程為
C．核聚變的核反應燃料主要是鈾235
D．核聚變反應過程中沒有質量虧損
2．（2022·湖南·統(tǒng)考高考真題）關于原子結構和微觀粒子波粒二象性，下列說法正確的是（???）
A．盧瑟福的核式結構模型解釋了原子光譜的分立特征
B．玻爾的原子理論完全揭示了微觀粒子運動的規(guī)律
C．光電效應揭示了光的粒子性
D．電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣揭示了電子的粒子性
3．（2021·湖南·高考真題）核廢料具有很強的放射性，需要妥善處理。下列說法正確的是（　　）
A．放射性元素經(jīng)過兩個完整的半衰期后，將完全衰變殆盡
B．原子核衰變時電荷數(shù)守恒，質量數(shù)不守恒
C．改變壓力、溫度或濃度，將改變放射性元素的半衰期
D．過量放射性輻射對人體組織有破壞作用，但輻射強度在安全劑量內(nèi)則沒有傷害

二、多選題
4．（2022·湖南·統(tǒng)考高考真題）利用“渦流效應”可實現(xiàn)冷熱氣體的分離。如圖，一冷熱氣體分離裝置由噴嘴、渦流室、環(huán)形管、分離擋板和冷熱兩端管等構成。高壓氮氣由噴嘴切向流入渦流室中，然后以螺旋方式在環(huán)形管中向右旋轉前進，分子熱運動速率較小的氣體分子將聚集到環(huán)形管中心部位，而分子熱運動速率較大的氣體分子將聚集到環(huán)形管邊緣部位。氣流到達分離擋板處時，中心部位氣流與分離擋板碰撞后反向，從A端流出，邊緣部位氣流從B端流出。下列說法正確的是（　　）

A．A端為冷端，B端為熱端
B．A端流出的氣體分子熱運動平均速率一定小于B端流出的
C．A端流出的氣體內(nèi)能一定大于B端流出的
D．該裝置氣體進出的過程滿足能量守恒定律，但違背了熱力學第二定律
E．該裝置氣體進出的過程既滿足能量守恒定律，也滿足熱力學第二定律
5．（2021·湖南·高考真題）如圖，兩端開口、下端連通的導熱汽缸，用兩個輕質絕熱活塞（截面積分別為和）封閉一定質量的理想氣體，活塞與汽缸壁間無摩擦。在左端活塞上緩慢加細沙，活塞從下降高度到位置時，活塞上細沙的總質量為。在此過程中，用外力作用在右端活塞上，使活塞位置始終不變。整個過程環(huán)境溫度和大氣壓強保持不變，系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)，重力加速度為。下列說法正確的是（　?。?br />
A．整個過程，外力做功大于0，小于
B．整個過程，理想氣體的分子平均動能保持不變
C．整個過程，理想氣體的內(nèi)能增大
D．整個過程，理想氣體向外界釋放的熱量小于
E．左端活塞到達位置時，外力等于
6．（2023·湖南·統(tǒng)考高考真題）一位潛水愛好者在水下活動時，利用激光器向岸上救援人員發(fā)射激光信號，設激光光束與水面的夾角為α，如圖所示。他發(fā)現(xiàn)只有當α大于41°時，岸上救援人員才能收到他發(fā)出的激光光束，下列說法正確的是（???）
??
A．水的折射率為
B．水的折射率為
C．當他以α = 60°向水面發(fā)射激光時，岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角小于60°
D．當他以α = 60°向水面發(fā)射激光時，岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角大于60°

三、解答題
7．（2023·湖南·統(tǒng)考高考真題）汽車剎車助力裝置能有效為駕駛員踩剎車省力．如圖，剎車助力裝置可簡化為助力氣室和抽氣氣室等部分構成，連桿與助力活塞固定為一體，駕駛員踩剎車時，在連桿上施加水平力推動液壓泵實現(xiàn)剎車．助力氣室與抽氣氣室用細管連接，通過抽氣降低助力氣室壓強，利用大氣壓與助力氣室的壓強差實現(xiàn)剎車助力．每次抽氣時，打開，閉合，抽氣活塞在外力作用下從抽氣氣室最下端向上運動，助力氣室中的氣體充滿抽氣氣室，達到兩氣室壓強相等；然后，閉合，打開，抽氣活塞向下運動，抽氣氣室中的全部氣體從排出，完成一次抽氣過程．已知助力氣室容積為，初始壓強等于外部大氣壓強，助力活塞橫截面積為，抽氣氣室的容積為。假設抽氣過程中，助力活塞保持不動，氣體可視為理想氣體，溫度保持不變。
（1）求第1次抽氣之后助力氣室內(nèi)的壓強；
（2）第次抽氣后，求該剎車助力裝置為駕駛員省力的大小。
??
8．（2022·湖南·統(tǒng)考高考真題）如圖，小贊同學設計了一個液體拉力測量儀。一個容積的導熱汽缸下接一圓管，用質量、橫截面積的活塞封閉一定質量的理想氣體，活塞與圓管壁間摩擦不計。活塞下端用輕質細繩懸掛一質量的U形金屬絲，活塞剛好處于A位置。將金屬絲部分浸入待測液體中，緩慢升起汽缸，使金屬絲從液體中拉出，活塞在圓管中的最低位置為B。已知A、B間距離，外界大氣壓強，重力加速度取，環(huán)境溫度保持不變，求：
（1）活塞處于A位置時，汽缸中的氣體壓強；
（2）活塞處于B位置時，液體對金屬絲拉力F的大小。

9．（2021·湖南·高考真題）小贊同學設計了一個用電子天平測量環(huán)境溫度的實驗裝置，如圖所示。導熱汽缸開口向上并固定在桌面上，用質量、截面積的活塞封閉一定質量的理想氣體，活塞與汽缸壁間無摩擦。一輕質直桿中心置于固定支點上，左端用不可伸長的細繩豎直懸掛活塞，右端用相同細繩豎直懸掛一個質量的鐵塊，并將鐵塊放置到電子天平上。當電子天平示數(shù)為時，測得環(huán)境溫度。設外界大氣壓強，重力加速度。
（1）當電子天平示數(shù)為時，環(huán)境溫度為多少？
（2）該裝置可測量的最高環(huán)境溫度為多少？

10．（2021·湖南·高考真題）我國古代著作《墨經(jīng)》中記載了小孔成倒像的實驗，認識到光沿直線傳播。身高的人站在水平地面上，其正前方處的豎直木板墻上有一個圓柱形孔洞，直徑為、深度為，孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此時，由于孔洞深度過大，使得成像不完整，如圖所示。現(xiàn)在孔洞中填充厚度等于洞深的某種均勻透明介質，不考慮光在透明介質中的反射。
（i）若該人通過小孔能成完整的像，透明介質的折射率最小為多少？
（ii）若讓掠射進入孔洞的光能成功出射，透明介質的折射率最小為多少？

11．（2022·湖南·統(tǒng)考高考真題）如圖，某種防窺屏由透明介質和對光完全吸收的屏障構成，其中屏障垂直于屏幕平行排列，可實現(xiàn)對像素單元可視角度的控制（可視角度定義為某像素單元發(fā)出的光在圖示平面內(nèi)折射到空氣后最大折射角的2倍）。透明介質的折射率，屏障間隙。發(fā)光像素單元緊貼屏下，位于相鄰兩屏障的正中間．不考慮光的衍射。
（1）若把發(fā)光像素單元視為點光源，要求可視角度控制為60°，求屏障的高度d；
（2）若屏障高度，且發(fā)光像素單元的寬度不能忽略，求像素單元寬度x最小為多少時，其可視角度剛好被擴為180°（只要看到像素單元的任意一點，即視為能看到該像素單元）。


參考答案：
1．A
【詳解】A．相同質量的核燃料，輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多，A正確；
B．根據(jù)質量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒可知，氘氚核聚變的核反應方程為

B錯誤；
C．核聚變的核反應燃料主要是氘核和氚核，C錯誤；
D．核聚變反應過程中放出大量能量，有質量虧損，D錯誤。
故選A。
2．C
【詳解】A．波爾的量子化模型很好地解釋了原子光譜的分立特征，A錯誤；
B．玻爾的原子理論成功的解釋了氫原子的分立光譜，但不足之處，是它保留了經(jīng)典理論中的一些觀點，如電子軌道的概念，還不成完全揭示微觀粒子的運動規(guī)律，B錯誤；
C．光電效應揭示了光的粒子性，C正確；
D．電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣，證實了電子的波動性，質子、中子及原子、分子均具有波動性，D錯誤。
故選C。
3．D
【詳解】A．放射性元素的半衰期是大量的放射性元素衰變的統(tǒng)計規(guī)律，對少量的個別的原子核無意義，則放射性元素完全衰變殆盡的說法錯誤，故A錯誤；
B．原子核衰變時滿足電荷數(shù)守恒，質量數(shù)守恒，故B錯誤；
C．放射性元素的半衰期是由原子核的自身結構決定的，而與物理環(huán)境如壓力、溫度或濃度無關，與化學狀態(tài)無關，故C錯誤；
D．過量放射性輻射包含大量的射線，對人體組織有破壞作用，但輻射強度在安全劑量內(nèi)則沒有傷害，故D正確；
故選D。
4．ABE
【詳解】A. 依題意，中心部位為熱運動速率較低的氣體，與擋板相作用后反彈，從A端流出，而邊緣部份熱運動速率較高的氣體從B端流出；同種氣體分子平均熱運動速率較大、其對應的溫度也就較高，所以A端為冷端、B端為熱端，故A正確；
B．依題意，A端流出的氣體分子熱運動速率較小，B端流出的氣體分子熱運動速率較大，所以從A端流出的氣體分子熱運動平均速度小于從B端流出的，故B正確；
C．A端流出的氣體分子熱運動速率較小，B端流出的氣體分子熱運動速率較大，則從A端流出的氣體分子平均動能小于從B端流出的氣體分子平均動能，內(nèi)能的多少還與分子數(shù)有關；依題意，不能得出從A端流出的氣體內(nèi)能一定大于從B端流出的氣體內(nèi)能，故C錯誤；
DE．該裝置將冷熱不均氣體的進行分離，噴嘴處有高壓，即通過外界做功而實現(xiàn)的，并非是自發(fā)進行的，沒有違背熱力學第二定律；溫度較低的從A端出、較高的從B端出，也符合能量守恒定律，故D錯誤，E正確。
故選ABE。
5．BDE
【詳解】A. 根據(jù)做功的兩個必要因素有力和在力的方向上有位移，由于活塞沒有移動，可知整個過程，外力F做功等于0，A錯誤；
BC. 根據(jù)汽缸導熱且環(huán)境溫度沒有變，可知汽缸內(nèi)的溫度也保持不變，則整個過程，理想氣體的分子平均動能保持不變，內(nèi)能不變，B正確，C錯誤；
D. 由內(nèi)能不變可知理想氣體向外界釋放的熱量等于外界對理想氣體做的功：

D正確；
E. 左端活塞到達 B 位置時，根據(jù)壓強平衡可得：

即：

E正確。
故選BDE。
6．BC
【詳解】AB．他發(fā)現(xiàn)只有當α大于41°時，岸上救援人員才能收到他發(fā)出的激光光束，則說明α = 41°時激光恰好發(fā)生全反射，則

則

A錯誤、B正確；
CD．當他以α = 60°向水面發(fā)射激光時，入射角i1 = 30°，則根據(jù)折射定律有
nsini1 = sini2
折射角i2大于30°，則岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角小于60°，C正確、D錯誤。
故選BC。
7．（1）；（2）
【詳解】（1）以助力氣室內(nèi)的氣體為研究對象，則初態(tài)壓強p0，體積V0，第一次抽氣后，氣體體積

根據(jù)玻意耳定律

解得

（2）同理第二次抽氣

解得

以此類推……
則當n次抽氣后助力氣室內(nèi)的氣體壓強

則剎車助力系統(tǒng)為駕駛員省力大小為

8．（1）；（2）
【詳解】（1）將活塞與金屬絲視為一整體，因平衡則有

代入數(shù)據(jù)解得

（2）當活塞在B位置時，汽缸內(nèi)壓強為p2，則有

代入數(shù)據(jù)解得

將活塞與金屬絲視為一整體，因平衡則有

聯(lián)立解得

9．（1）297K；（2）309K
【詳解】（1）由電子天平示數(shù)為600.0g時，則細繩對鐵塊拉力為

又：鐵塊和活塞對細繩的拉力相等，則汽缸內(nèi)氣體壓強等于大氣壓強
①
當電子天平示數(shù)為400.0g時，設此時汽缸內(nèi)氣體壓強為p2，對受力分析有
②
由題意可知，汽缸內(nèi)氣體體積不變，則壓強與溫度成正比：
③
聯(lián)立①②③式解得

（2）環(huán)境溫度越高，汽缸內(nèi)氣體壓強越大，活塞對細繩的拉力越小，則電子秤示數(shù)越大，由于細繩對鐵塊的拉力最大為0，即電子天平的示數(shù)恰好為1200g時，此時對應的環(huán)境溫度為裝置可以測量最高環(huán)境溫度。設此時汽缸內(nèi)氣體壓強為p3，對受力分析有
④
又由汽缸內(nèi)氣體體積不變，則壓強與溫度成正比
⑤
聯(lián)立①④⑤式解得

10．（i）1.38；（ii）1.7
【詳解】（i）根據(jù)題意作出如下光路圖

當孔在人身高一半時有
tanθ = = ≈ ，sinθ = 0.8，
tanα = ，sinα =
由折射定律有
n =
（ii）若讓掠射進入孔洞的光能成功出射，則可畫出如下光路圖

根據(jù)幾何關系有

【點睛】


11．（1）1.55mm；（2）0.35mm
【詳解】（1）發(fā)光像素單元射到屏障上的光被完全吸收，考慮射到屏障頂端的光射到透明介質和空氣界面，折射后從界面射向空氣，由題意可知θ=60°，則

在介質中的入射角為i，則

解得

由幾何關系

解得

（2）若視角度剛好被擴為180°，則，此時光線在界面發(fā)生全反射，此時光線在界面處的入射角

解得
C=30°
此時發(fā)光像素單元發(fā)光點距離屏障的距離為

像素單元寬度x最小為


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