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四、選考題專項練
專項練1　選修3-3模塊
1.(2020·廣東湛江模擬)(1)(多選)關(guān)于熱現(xiàn)象,下列說法正確的是　　　　。
A.將1滴油酸滴在水面上,水面上會形成一塊單層油酸薄膜,測出薄膜的厚度d,可認為是油酸分子的直徑
B.假定兩個分子的距離為無窮遠時它們的分子勢能為零,當(dāng)兩個分子間距離為平衡距離r0時,分子勢能最低
C.符合能量守恒定律的宏觀過程都能真的發(fā)生
D.如果要保存地下的水分,就要把地面的土壤鋤松,破壞土壤里的毛細管
E.用活塞壓縮汽缸里的空氣,對空氣做功900
J,同時汽缸向外散熱210
J,汽缸里空氣的內(nèi)能增加了1
110
J
(2)如圖,容積為V的密閉導(dǎo)熱氮氣瓶,通過單向閥門K(氣體只能進入容器,不能流出容器)與一充氣裝置相連接。開始時氣瓶存放在冷庫內(nèi),瓶內(nèi)氣體的壓強為0.9p0,溫度與冷庫內(nèi)溫度相同,現(xiàn)將氣瓶移至冷庫外,穩(wěn)定后瓶內(nèi)氣體壓強變?yōu)閜0,再用充氣裝置向瓶內(nèi)緩慢充入氮氣共45次。已知每次充入的氣體壓強為p0,體積為,溫度為27
℃。設(shè)冷庫外的環(huán)境溫度保持27
℃不變。求:
①冷庫內(nèi)的溫度;
②充氣結(jié)束后,瓶內(nèi)氣體壓強。
2.(1)某氮氣彈簧撐開時,腔體內(nèi)氣體的體積約為1.0×10-4
m3,壓強為30
atm,溫度為27℃。在壓強為1
atm、0
℃時氮氣的密度為1.25
kg/m3。已知氮氣的摩爾質(zhì)量為28
g/mol,阿伏加德羅常數(shù)為6.02×1023mol-1,請估算腔體內(nèi)氣體的分子數(shù)。(計算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)
(2)每年在元宵節(jié)的時候,我們都能看到很多市民放孔明燈祈福、許愿。如圖,孔明燈的質(zhì)量m=0.2
kg、體積恒為V=1
m3,夜間空氣溫度t0=7
℃,大氣壓強p0=1.013×105
Pa,該條件下空氣密度ρ0=1.26
kg/m3。重力加速度g=10
m/s2。點燃燈內(nèi)蠟燭對燈內(nèi)氣體緩慢加熱,直到燈剛能浮起時,求:
①燈內(nèi)氣體的密度ρ;
②燈內(nèi)氣體溫度為多少攝氏度。
3.(1)如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體封閉在活塞可上下無摩擦移動的圓柱形汽缸內(nèi),從狀態(tài)A開始經(jīng)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C。推導(dǎo)出氣體由狀態(tài)B變化到狀態(tài)C對外界做功的計算表達式。
(2)某同學(xué)設(shè)計了測量液體密度的裝置。如圖,左側(cè)容器開口,右管豎直,上端封閉,導(dǎo)熱良好,管長L0=1
m,粗細均勻,底部有細管與左側(cè)連通,初始時未裝液體?，F(xiàn)向左側(cè)容器緩慢注入某種液體,當(dāng)左側(cè)液面高度為h1=0.7
m
時,右管內(nèi)液柱高度h2=0.2
m。已知右管橫截面積遠小于左側(cè)容器橫截面積,大氣壓強p0=1.0×105
Pa,取g=10
m/s2。
①求此時右管內(nèi)氣體壓強及該液體的密度;
②若此時右管內(nèi)氣體溫度T=260
K,再將右管內(nèi)氣體溫度緩慢升高到多少K時,剛好將右管中液體全部擠出?(不計溫度變化對液體密度的影響)
4.(2020·湖南長沙模擬)(1)在“用油膜法估測分子的大小”的實驗中,將一滴油酸酒精溶液滴入事先撒有均勻痱子粉的水槽中,待油膜充分散開后,在玻璃板上描出油膜的輪廓,隨后把玻璃板放在坐標(biāo)紙上,其形狀如圖所示。坐標(biāo)紙上正方形小方格的邊長為10
mm,該油膜的面積是　　　　　m2;已知油酸酒精溶液中油酸濃度為0.2%,400滴油酸酒精溶液滴入量筒后的體積是1.2
mL,則油酸分子的直徑為
　　　　　m。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)?
(2)如圖所示,某同學(xué)設(shè)計了一個壓力送水裝置,由A、B、C三部分組成,A為打氣筒,B為壓力儲水容器,導(dǎo)熱良好,C為細管,通過細管把水送到h=5
m高處,細管的容積忽略不計。K1和K2是單向密閉閥門,K3是放水閥門,打氣筒活塞和筒壁間不漏氣,其容積為V0=0.5
L,儲水器總?cè)莘e為10
L,開始儲水器內(nèi)有V1=4
L的氣體,氣體壓強為p0。已知大氣壓強為p0=1.0×105
Pa,水的密度為ρ=1.0×103
kg/m3,求:
①打氣筒第一次打氣后儲水器內(nèi)的壓強;
②通過打氣筒給儲水器打氣,打氣結(jié)束后打開閥門K3,水全部流到5
m高處,求打氣筒至少打氣多少次。
5.(2020·湖北黃岡聯(lián)考)(1)(多選)下列有關(guān)水的熱學(xué)現(xiàn)象和結(jié)論的說法正確的是　　　　。?
A.常溫下一個水分子的體積大約為3×10-29
m3
B.0
℃的水比等質(zhì)量0
℃的冰的分子勢能大
C.水面上的表面張力的方向與水面垂直并指向液體內(nèi)部
D.一滴墨水滴入水中最終混合均勻,是因為碳粒受重力的作用
E.被踩扁但表面未開裂的乒乓球放入熱水中浸泡,在其恢復(fù)原狀的過程中球內(nèi)氣體會從外界吸收熱量
(2)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B再變化到狀態(tài)C,其狀態(tài)變化過程的pV圖象如圖所示。已知該氣體在狀態(tài)A時的溫度為27
℃。求:
①該氣體在狀態(tài)B、C時的溫度分別為多少攝氏度?
②該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中是吸熱還是放熱?傳遞的熱量是多少?
6.(2020·廣東深圳檢測)(1)(多選)關(guān)于下列五幅圖中所涉及物理知識的論述中,不正確的是　　　　。?
A.圖(甲)中,由兩分子間作用力隨距離變化的關(guān)系圖線可知,當(dāng)兩個相鄰的分子間距離為r0時,它們間相互作用的引力和斥力均為零
B.圖(乙)中,由一定質(zhì)量的氧氣分子分別在不同溫度下速率分布情況,可知溫度T1C.圖(丙)中,在固體薄片上涂上石蠟,用燒熱的針接觸其上一點,從石蠟熔化情況不能判定固體薄片為非晶體
D.圖(丁)中,液體表面層分子間相互作用表現(xiàn)為斥力,正是因為斥力才使得水黽可以停在水面上
E.圖(戊)中,迅速壓下活塞,可觀察到硝化棉燃燒起來,這表明氣體從外界吸熱,內(nèi)能增加
(2)如圖所示,水平放置的密閉、導(dǎo)熱汽缸通過一段不計體積的導(dǎo)管和上端開口玻璃管相連,汽缸被一不計厚度的隔熱輕活塞隔成體積相同的兩部分氣體,氣體壓強均等于大氣壓強p0,高度均為L=10
cm(上部分汽缸中接有一段體積不計的電阻絲),玻璃管內(nèi)裝有一段高為h=
40
cm的水銀,導(dǎo)管處閥門關(guān)閉。已知汽缸橫截面積為S,玻璃管橫截面積為,外界溫度為t=27
℃,p0=75
cmHg,封閉氣體可視為理想氣體。
①打開閥門,求穩(wěn)定后玻璃管內(nèi)水銀柱高度h′;
②給活塞上部分氣體用電阻絲加熱,直至水銀柱回到初始液面,求此時上部分氣體的溫度T′。
1.解析:(1)將1滴油酸滴在水面上,水面上會形成一塊單層油酸薄膜,測出薄膜的厚度d,可認為d是油酸分子的直徑,A正確;假定兩個分子的距離為無窮遠時它們的分子勢能為零,當(dāng)兩個分子間距離為平衡距離r0時,由于從無窮遠處到分子間距離為平衡距離的過程中分子力表現(xiàn)為引力,做正功,分子間距離繼續(xù)減小時,分子力表現(xiàn)為斥力,做負功,則在平衡位置時分子勢能最低,B正確;根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知,符合能量守恒定律的宏觀過程不一定都能真的發(fā)生,C錯誤;根據(jù)毛細現(xiàn)象可知,如果要保存地下的水分,就要把地面的土壤鋤松,破壞土壤里的毛細管,D正確;用活塞壓縮汽缸里的空氣,對空氣做功900
J,同時汽缸向外散熱210
J,汽缸里空氣的內(nèi)能增加了900
J-210
J=690
J,E錯誤。
(2)①因氣瓶導(dǎo)熱,瓶內(nèi)氣體溫度與所處環(huán)境溫度相同,設(shè)存于冷庫中時,瓶內(nèi)氣體壓強為p1=0.9p0,溫度為T1,移至庫外后,瓶內(nèi)氣體壓強為p2=p0,溫度為T2=27
℃=300
K,
由查理定律,有=
代入數(shù)據(jù)得T1=270
K=-3
℃
即冷庫溫度為-3
℃。
②充氣前,瓶內(nèi)氣體及所充入的氣體壓強為p2,總體積V2=V+45×=4V
設(shè)充氣后,氣體壓強為p3,體積為V3=V
氣體溫度不變,由玻意耳定律有
p2V2=p3V3
代入題給數(shù)據(jù)得p3=4p0。
答案:(1)ABD　(2)①-3
℃　②4p0
2.解析:(1)因為=,
代入得=
所以V2=2.73×10-3m3
所以氣體的質(zhì)量m=ρ·V2=1.25×2.73×10-3kg=3.412
5×10-3kg=3.412
5
g
所以分子數(shù)N=×NA=×6.02×1023(個)≈7×1022(個)。
(2)①設(shè)加熱至熱力學(xué)溫度T,燈內(nèi)氣體密度為ρ,孔明燈剛能浮起,有ρ0Vg=mg+ρVg
解得ρ=1.06
kg/m3。
②孔明燈底部開口,說明燈內(nèi)氣體壓強不變。以t0=7
℃(熱力學(xué)溫度為T0)時燈內(nèi)氣體為研究對象(初始體積V0=V),設(shè)加熱后體積膨脹至V′,有=
又因為燈內(nèi)原有氣體總質(zhì)量不變,則
ρ0V0=ρV′
聯(lián)立代入T=(273+t)K及數(shù)據(jù),
得T=332.8
K
即t=59.8
℃。
答案:(1)7×1022個　(2)①1.06
kg/m3?、?9.8
℃
3.解析:(1)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C為等壓變化,氣體對外界做功為W=p1Sh
其中Sh=ΔV=V4-V2
則W=p1(V4-V2)
(2)①對右管內(nèi)的氣體,由等溫變化規(guī)律得p0V0=p1V1
其中V0=L0S,V1=(L0-h2)S
解得p1=1.25×105
Pa
又p1=p0+ρg(h1-h2)
解得ρ=5×103
kg/m3。
②對右管內(nèi)的氣體=,
其中p2=p0+ρgh1,
解得T′=351
K。
答案:(1)W=p1(V4-V2)
(2)①1.25×105
Pa　5×103
kg/m3
②351
K
4.解析:(1)在圍成的方格中,不足半格的舍去,多于半格的算一個,共有80個方格,故油膜的面積為
S=80×10×10
mm2=8.0×103
mm2
=8.0×10-3
m2
每滴油酸酒精溶液中含有油酸的體積
V=×0.2%
mL=6.0×10-12
m3
則d==7.5×10-10
m。
(2)①取打氣筒內(nèi)氣體和儲水器內(nèi)氣體為研究對象,發(fā)生等溫變化
則p0(V1+V0)=p1V1
解得p1=1.125×105
Pa。
②設(shè)儲水器內(nèi)水即將完全排出前氣體的壓強為p2,則p2=p0+ρgh
氣體體積為V2=10
L
設(shè)需要打氣筒打n次,以n次所打氣體和儲水器內(nèi)開始的氣體為研究對象,根據(jù)等溫變化有p0(V1+nV0)=p2V2
解得n=22。
答案:(1)8.0×10-3　7.5×10-10
(2)①1.125×105
Pa　②22次
5.解析:(1)水的摩爾質(zhì)量為18
g/mol,常溫下水的密度為1.0×103
kg/m3,一個水分子的體積V==
m3=3×10-29
m3,故A正確;因冰熔化成水需要吸熱,內(nèi)能增加,由于溫度不變,分子動能不變,因此0
℃的水分子勢能比相同質(zhì)量0
℃的冰的分子勢能大,故B正確;液體表面張力產(chǎn)生在液體表面層,它的方向平行于液體表面,而非與液面垂直,故C錯誤;墨水滴入水中,水分子不停地做無規(guī)則運動,撞擊懸浮碳粒,懸浮碳粒受到的來自各個方向的水分子的撞擊作用不平衡,導(dǎo)致其做無規(guī)則運動,最終與水混合均勻,而不是由于碳粒受重力作用,故D錯誤;被踩扁的乒乓球(表面沒有開裂)放在熱水里浸泡而恢復(fù)原狀的過程中,球內(nèi)氣體對外做功,溫度升高,內(nèi)能增加,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W知,球內(nèi)氣體會從外界吸收熱量,故E正確。
(2)①由圖可知,從A到B是等容變化,
則根據(jù)=
解得TB=TA=×(273+27)
K=100
K
=-173
℃
由圖可知,從B到C是等壓變化,則根據(jù)=
解得TC=TB=×100
K=300
K=27
℃。
②從A到C,對狀態(tài)A與C,因TA=TC,故氣體內(nèi)能不變,ΔU=0;因VAJ=2
000
J,則氣體吸收的熱量Q=W=2
000
J。
答案:(1)ABE　(2)①-173
℃　27
℃
②吸熱　2
000
J
6.解析:(1)圖(甲)中,由兩分子間作用力隨距離變化的關(guān)系圖線可知,當(dāng)兩個相鄰的分子間距離為r0時,它們間相互作用的引力和斥力相等,分子力表現(xiàn)為零,A錯誤;圖(乙)中,由一定質(zhì)量的氧氣分子分別在不同溫度下速率分布情況可知,T1溫度下對應(yīng)的低速率的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較大,可知溫度T1(2)①汽缸內(nèi)兩部分氣體可看成一個整體,進行等溫變化。假設(shè)打開閥門,穩(wěn)定后水銀柱下降高度為x,以汽缸內(nèi)封閉的氣體為研究對象,則有
p0·2LS=[p0+ρg(h-x-)](2L-)S
解得x1=10
cm,x2=
cm(舍去),即穩(wěn)定后玻璃管內(nèi)水銀柱的長度
h′=h-x=30
cm。
②汽缸下部分氣體進行等溫變化,
滿足p0LS=(p0+ρgh)L′S
解得L′=
cm
對汽缸上部分氣體,由理想氣體狀態(tài)方程,有=
解得上部分氣體的溫度T′=620
K。
答案:(1)ADE　(2)①30
cm?、?20
K

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