综合专题04-光与能量.doc

第四节 光与能量
考点透视
光学和能量是物理学的两个重要部分，而化学反应往往以光为条件，并伴随着能量的释放。本节主要讨论分别以光与能量为核心的试题。
例题解析
例题1．迈尔是建立能量守恒定律的科学家之一，他是一个医生，他对于能量守恒定律的探索与思考，下列说法正确的是
A 人的静脉血在热带较红，即静脉血中留下较多的氧，因为人在热带消耗能量较少，肌体中食物的氧化过程较弱
B 海水在暴风雨中，由于受到雨滴的冲击，海水的温度升高
C 太阳是取之不竭的能源，植物吸收了太阳能把它转化为化学能
D 生物区别于其他物质的显著的特点是生物有生命力
【解析】
A选项是迈尔思考的化学能和热能的等效， B选项是热与机械运动的等效，C选项是迈尔对生物体中能量转化的分析，他认为生物除了吸收物质与能量之外，不需要什么“生命力”。
【参考答案】
A、B、C
【评述】
能量守恒定律是贯穿自然科学各个领域的最根本的规律，它是由许多不同科学领域的科学家共同建立的，德国医生迈尔在对能量守恒定律的探索和思考的过程中涉及了多方面的综合的知识。
例题2．1．为了测定某辆轿车在平直路上起动时的加速度（轿车起动时的运动可近似看作匀加速运动）。某人拍摄了一张在同一底片上多次曝光的照片（如下图所示）。如果拍摄时每隔2s曝光一次，轿车车身总长为4.5m，那么这辆轿车的加速度约为

A 1m/s2 B 2m/s2 C 3m/s2 D 4m/s2
2．摄影胶卷上涂布的感光材料主要是AgBr。在照相的按动快门的一瞬间，进入相机的光使AgBr发生了分解反应2AgBr＝2Ag＋Br2。由于进光量极少，分解出的Ag极少，所以必须通过化学方法进行显影才能看到底片上的影像。对苯二酚是一种常用的显影剂，在显影时发生了如下变化：
① AgBrAg++Br- ② ③
①．曝光时所产生的微量Ag在显影过程中
A 是氧化剂 　　　B 是还原剂 　
C 起催化剂的作用 D 不起什么作用
②．显影液中如果只溶有对苯二酚，显影速度则非常缓慢。为提高显影速度，可加入
A Na2SO4 B Na2SO3 　C Na2CO3 D Na2S2O3
③．溶于显影液中的氧气能与对苯二酚反应，最终生成棕褐色的污斑，影响底片的质量。

为避免形成污斑，可向显影液中加入
A Na2SO4 B Na2SO3 　　C Na2CO3 D Na2S2O3
【解析】
1．此题通过照片与实物的观察和比较，运用计时器的原理。题中标尺上没有刻度，只需按比例进行估算。
2．①．Ag不是反应物，它不可能是氧化剂或还原剂。如果微量Ag不起作用，显影后的底片就会漆黑一片。爆光时产生的微量Ag能催化反应③，因底片各处的曝光程度不同，分解出的Ag的量也不同，催化作用就有强弱之别，这样才能使底片上出现黑白有致的影像。
②．由苯酚的弱酸性可联想到对苯二酚弱酸性，加碱（Na2CO3）可促其电离，增大的浓度，提高显影速度。
③．可加入还原性比对苯二酚更强的物质，以消耗显影液中的O2。Na2SO3和Na2S2O3虽都有还原性，但后者能与AgBr发生配合反应（是定影剂）。
【参考答案】
1．B
2．①．C ②．C ③．B
【评述】
本题考查了物理学中运用打点计时器的原理的实验应用和计算、化学中AgBr的性质及用途、黑白照相机中成像的化学原理等知识。
例题3．如果将10g金属锂置于100g 0℃的冰块上，试确定在100℃时，由溶液中沉淀出（以—水合物的形式）的氢氧化锂的质量。反应按下列热化学方程式进行：2Li（s）＋2H2O（l）＝2LiOH（s）＋H2（g）＋398.2kJ
由于跟周围介质的热交换，氢氧化锂溶解时的热效应等于零。冰的熔化热330kJ/kg，水的比热4200J/kg·℃，水的汽化热2300kJ/kg，氢氧化锂的比热是49.58J/mol·K，100℃时一水合氢氧化锂的溶解度是19.1g。
【解析】
①仔细、全面地分析题给信息，进行粗加工。本题涉及以下几个问题：锂和冰的反应放出热量，使冰熔化，熔化的水受热温度升高（当然生成的氢氧化锂本身温度也会升高），水又汽化。溶剂量减少，氢氧化锂就可以从水中结晶析出。
②抓住关键，进一步理清思路。本题可以分另两个过程：①放热过程（化学变化过程），冰和金属锂反应放出热量；②吸热过程（物理变化过程）未与锂反应的冰从0℃冰→0℃水→100℃水→100℃汽。生成的氢氧化锂从0℃到100℃。
③调用所学知识，确定解题最佳途径。要解答此题，必须熟悉热化学反应式有关概念、反应热的有关计算及热量变化引起物质状态变化、溶解和结晶等知识。由此可见，本题的关键是利用放热等于吸热这原理，求出反应、蒸发后剩余水的量，从面确定100℃时由溶液中沉淀出（以一水合物的形式）的氢氧化锂的质量。
【参考答案】
假定锂全部反应完了，10g锂与水作用时放出的热：Q＝284.43kJ
与水反应中消耗的水量为25.71g
形成氢氧化锂为1.43mol
因反应而放出的热将消耗于：
①融化100g0℃的冰：Q1＝33kJ
②将未与锂反应的水从0℃加热到100℃：Q2＝31.2kJ
③将生成的氢氧化锂从0℃加热到100℃：Q3＝7.09kJ
④使水蒸发：Q4＝Q－Q1－Q2－Q3＝213.14kJ
由Q4可蒸发100℃的水量92.7g
而原来剩余的水量只有74.29g
反应产物的加热和水的蒸发所需的热之和比反应放出的热少。因此，实际上当部分锂发生反应时，反应体系中已没有水了，将形成氢氧化锂和未反应的锂的混合物，而没有氢氧化锂的水合物生成。
【评述】
本题采用了物理，化学知识点的交叉进行命题，以锂和冰反应为题设情景，考查学生全面分析、解决问题的能力，本题有一定的内涵和思考容量。
基本训练
一．光通过胶体会有“丁达尔现象”，而浊液和溶液无此现象。
1．胶体胶粒直径d与入射光的波长λ相比
A λd
B dλ
C d与λ的值大小无关
D d与λ的数值相近
2．光在通过胶体时发生了
A 散射 B 折射 C 干涉 D 全反射
二．1．光纤通信是一种现代化的通信手段。制造光导纤维的主要原料是
A CaCO3 B SiO2 C CaO D Na2CO3
2．光导纤维传递光信号的物理原理是
A 光的折射 B 光的衍射 C 光的干涉 D 光的全反射
三．如右图所示，有一提升重物用的直流电动机内阻为0.6Ω，R＝10Ω，U＝160V，伏特表读数为110 V。设电动机工作6小时产生的热量为Q1，又已知常温下燃烧0.1g乙醇生成CO2气体和液态水，放出热量能使100 g水的温度升高7.1K，设1mol乙醇燃烧的热化学方程式中放出的热量为Q2，那么Q1与Q2的关系是
A Q1＞Q2 B Q1＝Q2 C Q1＜Q2 D 无法确定
四．光发动机是利用光能作动力直接把光能转变成机械能输出的装置。其核心装置是化学反应室，室内密封着一种特殊的化合物，在光照射时，能接受光能发生化学反应，在无光作用下又发生逆反应，如此循环往复从而带动活塞的往复运动。试回答：
1．在下列各种化合物中能作为上述特殊化合物的是
A O2 B NO2 C N2 D CO2
2．写出该特殊化合物在密封室中的化学反应方程式
3．简单分析密封室活塞被驱动的原因。
五．瞪羚、猎豹等动物具有很强的奔跑能力。
1．瞪羚、猎豹等善于奔跑的动物一般生活在哪种类型的生态系统
A 草原生态系统 B 森林生态系统
C 农田生态系统 D 池塘生态系统
2．若瞪羚体重100kg，它的最大速度可达72km/h，则它的最大动能为
3．猎豹的心脏每跳一次输送2×10－4m3的血液，其血压平均值为3×104Pa，心跳每分钟60次，据此计算其心脏工作的平均功率为 W。
4．若猎豹一天16h在跑跑停停之中，平均速度为20m/s，其奔跑克服的阻力平均为100N，剩余的8h为休息状态，消耗体能的功率为心脏输出功率的10倍。
设植物从阳光中吸收的用于光合作用的能量只占阳光辐射的20％，经食物链后，其中20％存于猎豹体内。
请设计一个测量方案，测量某地区为保持一只猎豹的生存需的绿色植物的最小面积。明确指出所要测的量，给出测量方法，并给出所需植物面积S的表达式。
六．一种变色眼镜的镜片和普通照相感光片中都含有卤化银（AgX）。
1．镜片变色是因为卤化银在光的作用下发生了化学反应，其反应方程是
2．1871年R.L.Maddox开发出了AgX的明胶乳剂，1889年G.Eastplman将感光材料用火棉胶为片基制成了胶卷形式。普通照相感光胶片爆光的反应方程式 ，与变色镜片反应方程式的不同之处是
3．照相感光胶片可分为色盲片、全色片对可见光中各种波长的光线（约400nm～700nm）都具有良好的感光度，而色盲片只对蓝紫光敏感，对黄绿光感受迟钝，而对红、橙色光毫无反应；与蓝紫光相比，黄、绿、红、橙光在色盲片上感光度差是因为
4．胶卷曝光后由于AgX的变化留下了物体的潜影，若长时间不冲洗（即显影、定影），曝光形成的潜影会随着时间的延长而逐渐消失（潜影衰退现象），原因是
七．萤火虫能有节律地发出黄色的光。科学研究发现，萤火虫发光的原理是由于萤火虫体内含有荧光素和荧光酶两种物质，在荧光酶作用下，荧光素在细胞内水分的参与下，与氧化合发出荧光。荧光素的结构式如右图所示。（以下用L表示虚线左边的主体部分，将其结构简写成H－L－COOH）。萤火虫发光的生化过程是：
①H－L－COOH＋ATP＋H2O→H－L－CO－AMP＋2H3PO4
②H－L－CO－AMP＋O2L＝O＋CO2＋AMP＋光子
科学家已能用化学方法人工合成荧光素和荧光酶而制成生物光源。
1．萤火虫发光的主要化学反应是属于 反应，荧光素作为 ，荧光酶作为 ，氧气作为 。
2．荧光素的化学式为 ，其相对分子质量为 。
3．已知ATP的化学式为C10H16O13N5P3，则AMP的化学式为 。
4．荧光素发光时的能量来源是
5．与普通的电灯相比，这种生物光源更适合于在充满瓦斯的矿中当闪光灯及在清除磁性水雷时用以照明。这是因为
6．白炽灯、日光灯、生物光源三者相比，哪一种光源的发光效率最高？
7．萤火虫所发黄光的波长为600nm。据测定知，1000只萤火虫所发出的光相当于一只20W电灯泡的亮度，一只萤火虫每秒钟可发射出 个光子，需消耗 g荧光素。（计算结果保留2位有效数字）
8．已知每mol高能磷酸键可释放30.5kJ的能量，请估算每mol荧光素被氧化时释放的能量。
八．有一定质量的C，将其完全燃烧用来加热200g温度为8℃的水，已知燃烧放出的热有40％都被水吸收，加热后在不损失热量的情况下，立即将加热后的水与300g0℃的冰投入量热器做测冰的熔解热的实验，最终的混合温度为18℃，已知水的比热为.4.2×103J/（kg·K），冰的熔解热为3.4×105J／kg， C燃烧的热化学方程式为：C＋O2==CO2＋399240（J）；问：完全燃烧的C为多少克？
九．在标准状况下，光滑水平面上卧放一质量为M＝19kg的导热圆筒形气缸，半径为10cm，在气缸内放一团混有酵母菌的湿面团，质量为m＝1kg的活塞可以在气缸内无摩擦滑动，且不漏气，封闭的气体中无氧气存在。开始时活塞与缸底的距离为10cm，经较长时间后，发现活塞与缸底的距离变为20cm（湿面团体积变化忽略不计）求：
1．写出化学方程式，并简要说明理由；
2．产生了多少g CO2？湿面团的质量减少了多少克？
3．产生的CO2气体对外做了多少功？
4．在活塞向右移动过程中缸向左移动了多少距离？
5．若用一水平向右的外力F拉活塞，使活塞与缸底的距离变为22cm，则水平拉力F为多大？
十．1984年，在Eafon研究小组的博士后熊余生合成了立方烷的四硝基衍生物A（立方烷的化学式为C8H8），A是一种烈性炸药。
1．14.2g A发生爆炸时生成了0.1mol N2、0.1mol C、0.1mol H 2O和某种氧化物，试写出该反应物爆炸反应的化学方程式。
2．半径为R＝1.0m的光滑细圆管放在水平面上，并通过十字支架固定于圆心O处，见右图，可视为质点而质量分别为m＝3kg和M＝4kg的小球放在管中，它们之间有少量炸药A，点燃炸药后，它们各自做匀速圆周运动。
①．它们第一次相遇时M转过的角度是多少弧度？
②．若炸药中有E=42 J的化学能转化为 m、M的动能，那么从爆炸分离到它们第一次相遇经过多少时间？
③．在上述条件下从爆炸分离经过多长时间，圆管水平方向上受到两小球作用力的合力为60 N？
【参考答案】
一．1．D 2．A
二．1．B 2．D
三．C
四． 1．B 2．NO2NO＋O2或2NO22NO＋O2 3．光照射时，密封室中的气体分子数增多，引起压强增大，驱动活塞。
五． 1．A 2．2×104J 3．6 4．①需测出当地单位面积单位时间内接收的阳光辐射能量P，查出当地一年内，日均光照时间t日；②测量方法，放一盆横截面为S，质量为m的水，测出时间t内其温度变化Δt，则单位时间单位面积的阳光辐射P＝cmΔt/tS；③猎豹一天耗能E＝100×20×16×3600＋60×8×3600；需本地面积S＝E/(P·t日×20％×20％)。
六．1．2AgX2Ag＋X2 2．2AgX2Ag＋X2，X2被明胶层吸收，阻止了反应向左进行。 3．蓝紫光波长短，光子能量高。 4．X2又极缓慢地与Ag反应生成AgX。
七． 1．氧化还原反应 还原剂 催化剂 氧化剂 2．C11H8O3N2S2 280。 3．C10H14O7N5P 4．ATP高能磷酸键水解时和荧光素被氧化时释放的能量。 5．由于这种生物光源是冷光，没有热效应和磁效应，所以在充满瓦斯或在磁性水雷的地方使用仍然是安全的。 6．由于生物光源是冷光，它在化学反应过程中释放的能量主要是以光的形式，伴随的热很少。而普通光源在发光的时候，释放能量的主要形式是发热，所以生物光源的发光的效率最高。 7．6.0×1016 2.8×10－5g 8．138.6kJ
八．10g。
九．1．湿面团的主要成分是淀粉和水，淀粉和水在酵母菌的催化下生成葡萄糖，而葡萄糖在酶的作用下做无氧呼吸，可生成酒精和二氧化碳。反应方程式略。 2．6.17g 6.17g。 3．314J。 4．0.5cm。 5．285N
十．1．C8H4(NO2)4→2N2↑＋2C＋2H2O↑＋6CO↑ 2．①6π/7 ②2π/7 ③π/14，
3π/14
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