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简答题

如图,一质量不计,可上下自由移动的活塞将理想气体封闭在圆筒内,筒的侧壁为绝缘体,下底M及活塞D均为导体并按图连接,活塞面积S=2cm2。闭合电键前,DM间距l1=5μm,闭合电键后,活塞D与下底M分别带有等量异种电荷,并各自产生匀强电场(D与M间的电场为各自产生的电场的叠加)。在电场力作用下活塞D发生移动。稳定后,DM间距l2=4μm,此时安培表读数为0.75A,伏特表读数为2V。

(1)求出活塞受到的电场力大小F(大气压强,活塞移动前后气体温度不变);

(2)求出活塞D所带电量q;

(3)一段时间后,一个电阻发生故障,安培表读数变为0.8A,伏特表读数变为3.2V,请判断是哪个电阻发生了故障?是短路还是断路?筒内气体压强变大还是变小?

(4)已知R3=4Ω,能否求出R1、电源电动势E和内阻r的阻值?如果能,求出结果,如果不能,说明理由。

正确答案

解:(1),解得

活塞受到的气体压强差为:

活塞受力平衡,电场力大小:

(2)D与M间的电场强度:

因为E是D与M所带的等量异种电荷产生的合场强,所以M所产生的场强:EM=E/2

,得

(3)R2断路;筒内气体压强变大

(4)R2断路后,伏特表的读数就是R1两端的电压,因此有:

可得:

因为R4未知,所以不能求出r的值

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简答题

如图,一质量不计,可上下自由移动的活塞将理想气体封闭在圆筒内,筒的侧壁为绝缘体,下底M及活塞D均为导体并按图连接,活塞面积S=2cm2.闭合电键前,DM间距l1=5μm,闭合电键后,活塞D与下底M分别带有等量异种电荷,并各自产生匀强电场(D与M间的电场为各自产生的电场的叠加).在电场力作用下活塞D发生移动.稳定后,DM间距l2=4μm,此时安培表读数为0.75A,伏特表读数为2V.

(1)求出活塞受到的电场力大小F(大气压强p0=1.0×105Pa,活塞移动前后气体温度不变);

(2)求出活塞D所带电量q;

(3)一段时间后,一个电阻发生故障,安培表读数变为0.8A,伏特表读数变为3.2V,请判断是哪个电阻发生了故障?是短路还是断路?筒内气体压强变大还是变小?

(4)已知R3=4Ω,能否求出R1、电源电动势E和内阻r的阻值?如果能,求出结果,如果不能,说明理由.

正确答案

(1)筒内气体发生等温变化,则有  p0l1=p1l2

解得  p1=5p0/4=1.25×105Pa

活塞受到的气体压强差为:△p=p1-p0=2.5×104Pa

活塞受力平衡,则活塞所受的电场力大小:F=△pS=5N

(2)D与M间的电场强度:E==5×105V/m

因为E是D与M所带的等量异种电荷产生的合场强,所以M所产生的场强:EM=E

由EM=,得q==2×10-5C

(3)R2断路;D与M间的电压增大,活塞受到的电场力增大,活塞向下移动,筒内气体压强变大.       

(4)R2断路后,伏特表的读数就是R1两端的电压,因此有:R1==4Ω

可得:

因为R4未知,所以不能求出r的值   

答:

(1)活塞受到的电场力大小F为5N;

(2)活塞D所带电量q是2×10-5C;

(3)R2断路;D与M间的电压增大,活塞受到的电场力增大,活塞向下移动,筒内气体压强变大.

(4)已知R3=4Ω,能求出R1,R1是4Ω.能求出电源电动势E,不能求出内阻r.

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简答题

(1)以下说法正确的是______.

A.达到热平衡的系统内部各处都具有相同的温度

B.分子间距增大,分子势能就一定增大

C.浸润与不浸润均是分子力作用的表现

D.液体的表面层分子分布比液体内部密集,分子间的作崩体现为相互吸引

(2)某热机在工作中从高温热库吸收了8×106 kJ的热量,同时有2×106 kJ的热量排放给了低温热  库(冷凝器或大气),则在工作中该热机对外做了______kJ的功,热机的效率η=______%.

(3)实验室内,某同学用导热性能良好的气缸和活塞将一定质量的理想气体密封在气缸内(活塞与气缸壁之间无摩擦),活塞的质量为m,气缸内部的横截面积为S.用滴管将水缓慢滴注在活塞上,最终水层的高度为h,如图所示.在此过程中,若大气压强恒为p0,室内的温度不变,水的密度为ρ,重力加速度为g,则:

①图示状态气缸内气体的压强为______;

②以下图象中能反映密闭气体状态变化过程的是______.

正确答案

(1)A、达到热平衡的系统内部各处都具有相同的温度,故A正确

B、分子间的距离r增大,分子间的作用力可能做负功,也可能做正功,分子势能增大,也可能减小.故B错误

C、浸润与不浸润均是分子力作用的表现,故C正确

D、液体的表面层分子分布比液体内部稀疏,分子间的作用体现为相互吸引.故D错误

故选AC.

(2)热机传动部分产生的热量是由机械能转化来的,而这部分机械能又是从热源吸收的热量转化来的,这部分热量最终应转移到冷凝器上.

热机工作中该热机对外做功为:W=8×106J-2×106=6×106J

热机的效率为:η=×100%=75%

(3):①以水和活塞整体为研究对象,分析受力可知:竖直向下的重力mg+ρghS、大气压力P0S和竖直向上的封闭气体的压力PS,由平衡条件得

    mg+ρghS+P0S=PS

得,P=P0+ρgh+

②据题意,气缸和活塞的导热性能良好,封闭气体的温度与环境温度相同,保持不变,气体发生等温压缩,

故A正确,BCD错误.

故答案为:(1)AC (2)6×106,75    (3)①p0+ρgh+②A

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某学习小组做了如下实验:先把空的烧瓶放入冰箱冷冻,取出烧瓶,并迅速把一个气球紧套在烧瓶颈上,封闭了一部分气体,然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里,气体逐渐膨胀起来,如图所示。

(1)在气球膨胀过程中,下列说法正确的是________。

A.该密闭气体分子间的作用力增大

B.该密闭气体组成的系统熵增加

C.该密闭气体的压强是由于气体重力而产生的

D.该密闭气体的体积是所有气体分子的体积之和

(2)若将该密闭气体视为理想气体,气球逐渐膨胀起来的过程中,气体对外做了0.6 J的功,同时吸收了0.9 J的热量,则该气体内能变化了________J;若气球在膨胀过程中迅速脱离瓶颈,则该气球内气体的温度________(填“升高”或“降低”)。

正确答案

(1)B

(2)0.3;降低

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在一密封的啤酒瓶中,下方为溶有CO2的啤酒,上方为纯CO2气体。在20℃时,溶于啤酒中的CO2的质量为mA=1.050×10-3 kg,上方气体状态CO2的质量为mB=0.137×10-3 kg,压强为p0=1标准大气压。当温度升高到40℃时,啤酒中溶解的CO2的质量有所减少,变为m′A=mA-△m,瓶中气体CO2的压强上升到p1。已知:,啤酒的体积不因溶入CO2而变化,且不考虑容器体积和啤酒体积随温度的变化。又知对同种气体,在体积不变的情况下与m成正比。试计算p1等于多少标准大气压(结果保留两位有效数字)。

正确答案

解:在40℃时,溶入啤酒的CO2的质量为

因质量守恒,气态CO2的质量为

由题设,

由于对同种气体,体积不变时,与m成正比,可得

由以上各式解得

算得p1=1 .6标准大气压

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如图所示,某水银气压计的玻璃管顶端高出水银槽液面1m,因上部混有少量的空气使读数不准,当气温为27℃时标准气压计读数为76cmHg,该气压计读数为70cmHg,求:

(1)若在气温为27℃时,用该气压计测得的气压读数为64cmHg,则实际气压应为多少cmHg?

(2)若在气温为7℃时,用该气压计测得的气压读数为68cmHg,则实际气压应为多少cmHg?

正确答案

(1)根据平衡知识得:

上部混有少量的空气压强为:P1=76-70=6cmHg

上部混有少量的空气体积:V1=(100-70)S=30cm•S

若在气温为27℃时,用该气压计测得的气压读数为64cmHg,

空气体积:V1=(100-64)S=36cm•S

根据气体状态方程=C得:

P1V1=P2V2                         

P2=5cmHg

P0′=64+5=69cmHg

(2)T1=273+27=300K

V3=100-68=32cm•S

T3=273+7=280K

=

解得:P3=5.25cmHg

  P0″=68+5.25=73.25cmHg

  答:(1)若在气温为27℃时,用该气压计测得的气压读数为64cmHg,则实际气压应为69cmHg.

(2)若在气温为7℃时,用该气压计测得的气压读数为68cmHg,则实际气压应为73.25cmHg.

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物理--物理3-3

某压力锅的结构如图所示.盖好密封锅盖,将压力阀套在出气孔上,给压力锅加热,当锅内气体压强达到一定值时,气体就把压力阀顶起.假定在压力阀被顶起时,停止加热.

(1)若此时锅内气体的体积为V,摩尔体积为V0,阿伏加德罗常数为NA,写出锅内气体分子数的估算表达式.

(2)假定在一次放气过程中,锅内气体对压力阀及外界做功1J,并向外界释放了2J的热量.锅内原有气体的内能如何变化?变化了多少?

(3)已知大气压强P随海拔高度H的变化满足P=P0(1-αH),其中常数α>0.结合气体定律定性分析在不同的海拔高度使用压力锅,当压力阀被顶起时锅内气体的温度有何不同.

正确答案

(1)设锅内气体分子数为n,气体的摩尔数为

n=NA

(2)锅内气体对压力阀及外界做功1J,并向外界释放了2J的热量,

根据热力学第一定律得:△U=W+Q=-3 J

锅内气体内能减少,减少了3 J.

(3)由P=P0(1-αH)(其中α>0)知,随着海拔高度的增加,大气压强减小.

由P1=P0+知,随着海拔高度的增加,阀门被顶起时锅内气体压强减小.

根据查理定律得:=

可知阀门被顶起时锅内气体温度随着海拔高度的增加而降低.

答:(1)锅内气体分子数为NA.

(2)锅内气体内能减少,减少了3 J.

(3)可知阀门被顶起时锅内气体温度随着海拔高度的增加而降低.

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A.(选修模块3-3)

(1)下列说法中正确的是______

A.液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离,液体表面存在张力

B.扩散运动就是布朗运动

C.蔗糖受潮后会粘在一起,没有确定的几何形状,它是非晶体

D.对任何一类与热现象有关的宏观自然过程进行方向的说明,都可以作为热力学第二定律的表述

(2)将1ml的纯油酸加到500ml的酒精中,待均匀溶解后,用滴管取1ml油酸酒精溶液,让其自然滴出,共200滴.现在让其中一滴落到盛水的浅盘内,待油膜充分展开后,测得油膜的面积为200cm2,则估算油酸分子的大小是______m(保留一位有效数字).

(3)如图所示,一直立的汽缸用一质量为m的活塞封闭一定量的理想气体,活塞横截面积为S,汽缸内壁光滑且缸壁是导热的,开始活塞被固定,打开固定螺栓K,活塞下落,经过足够长时间后,活塞停在B点,已知AB=h,大气压强为p0,重力加速度为g.

①求活塞停在B点时缸内封闭气体的压强;

②设周围环境温度保持不变,求整个过程中通过缸壁传递的热量Q(一定量理想气体的内能仅由温度决定).

正确答案

(1)A、液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离,分子间存在相互作用吸引力,从而产生表面张力.故A正确;

B、布朗运动是悬浮在液体中的颗粒做的无规则运动,是液体分子无规则运动的间接反映.而扩散运动是分子运动的直接反映.故B错误;

C、蔗糖受潮后会粘在一起,没有确定的几何形状,它是多晶体,故C错误;

D、对任何一类与热现象有关的宏观自然过程进行方向的说明,都可以作为热力学第二定律的表述,故D正确;

故选AD;

(2)根据题意,一滴油酸酒精溶液含有的油酸体积为:V=×=1×10-5ml,

所以油酸分子的大小:d===5×10-8cm=5×1010m,

故答案为:5×10-10

(3)①活塞处于平衡状态有:P0s+mg=Ps,所以被封闭气体压强为:P=P0+

故答案为:P=P0+

②被封闭气体体积缩小,外界对气体做功为:W=(P0s+mg)h,由于气体温度不变,因此内能不变,根据△U=W+Q可知,气体对外传递热量好外界对气体做功相等.

故答案为:W=(P0s+mg)h.

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如图所示的圆柱形气缸固定于水平面上,缸内用活塞密封一定质量的理想气体,已知气缸的横截面积为S,活塞重为G,大气压强为p0。将活塞固定,使气缸内气体温度升高1℃,气体吸收的热量为Q1;如果让活塞可以缓慢自由滑动(活塞与气缸间无摩擦、不漏气,且不计气体的重力),也使气缸内气体温度升高1℃,其吸收的热量为Q2

(1)简要说明Q1和Q2哪个大些?

(2)求气缸内气体温度升高1℃时活塞向上移动的高度h。

正确答案

解:(1)等容过程,吸收的热量,用于增加气体的内能, △U1=Q1等压过程,吸收的热量,用于增加气体的内能和对外做功,△U2+|W2|=Q2又△U2=△U1,则Q1<Q2

(2)气体对外做功|W2| =(P0S+G)h

活塞向上移动的高度

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单缸内燃机功率为36. 75kW,飞轮转速为120r/min,   活塞移动距离为50cm,活塞面积为300 cm2,求燃气对活塞的平均压强.

正确答案

解:因飞轮每转动2转内燃机做一次功,

所以燃气对活塞做一次功所用的时间为1s.    

1 秒钟内内燃机所做的功为    

W=Pt=36. 75×103 W ×1s=36750 J.    

燃气对活塞的平均压力为

燃气对活塞的平均压强为

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