- 分子热运动和热机
- 共476题
13．请从33-35题中选择一题作答。
33．[物理——选修3-3]
（1）下列说法正确的是（ ）（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分为0分）
A．遵守热力学第一定律的过程一定都能实现
B．气体的温度变化时，其分子平均动能也随之改变；
C．功可以全部转化为热，但热量不能全部转化为功
D．做功和热传递是改变物体内能的两种方式
E．一定质量的理想气体，在压强不变时，分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度降低而增加。
（2）一端开口的极细玻璃管开口朝下竖直立于水银槽的水银中，初始状态管内外水银面的高度差为l0=62cm，系统温度27℃。因怀疑玻璃管液面上方存在空气，现从初始状态分别进行两次试验如下：①保持系统温度不变，将玻璃管竖直向上提升2cm（开口仍在水银槽液面以下），结果液面高度差增加1cm；②将系统温度升到77℃，结果液面高度差减小1cm。已知玻璃管内粗细均匀，空气可看成理想气体，热力学零度可认为为-273℃。求：
（i）实际大气压为多少cmHg？
（ii）初始状态玻璃管内的空气柱有多长？
34．[物理——选修3-4]
（1）如图所示，实线是沿x轴传播的一列简谐横波在t＝ 0时刻的波形图，虚线是这列波在t＝0．2s时刻的波形图。已知该波的波速是0．8m／s ，则下列说法正确的是（ ）
A．这列波的波长是14cm
B．这列波的周期是0．125s
C．这列波可能是沿x轴正方向传播的
D．t ＝0时，x＝4 处的质点速度沿y轴负方向
（2）如图所示，一玻璃砖的横截面为半圆形，MN为截面的直径，Q是MN上的一点且与M点的距离QM=R/2（R为半圆形截面的半径）,且与水平光屏P平行，两者的距离为d，一束与截面平行的红光由 Q点沿垂直于MN的方向射入玻璃砖，从玻璃砖的圆弧面射出后，在光屏上得到红光．玻璃砖对该红光的折射率为n=（3）1/2，求：
①红光由于玻璃砖的折射在屏上向什么方向移动？移动距离是多少？
②如果保持入射光线和光屏的位置不变，而使玻璃砖沿MN向左移动，移动的距离小于R/2，请定性说明屏上的光点如何移动？亮度如何变化？
35．[物理——选修3-5]
（1）质量为m的小球A以速度v在光滑水平面上运动，与质量为2m的静止小球B发生对心碰撞，则碰撞后A球的速度vA和B球的速度vB可能为（ ）
A ．vA=-v/3 vB=2v/3
B ．vA=2v/5 vB=7v/10
C ．vA=-v/4 vB=5v/8
D ．vA=3v/8 vB=5v/16
（2）．如图所示，两个木块的质量分别为m1=0．2kg、m2=0．6kg中间用轻弹簧相连接放在光滑的水平面上处于静止状态，且m1左侧靠一固定竖直挡板。某一瞬间敲击木块m2使其获得0．2m/s的水平向左速度，木块m2向左压缩弹簧然后被弹簧弹回，弹回时带动木块m1运动。求：
①当弹簧拉伸到最长时，木块m1的速度多大？
②在以后的运动过程中，木块m1速度的最大值为多少？
正确答案
33.（1）BDE
第二问：（1）75cmHg （2）12cm
34.（1）D
（2）① 向左移动，移动距离为
35.（1）AC
（2）① 0．15m/s ②0．3m/s
解析
33.（1）：热学过程除了要受到能量守恒定律的制约外，还具有方向性．A错误；物体的内能是分子热运动的动能和分子间的势能之和，而气体的内能是分子热运动的动能之和，B正确；若一个物体在由运动变为静止，他的动能就全部转化为热能了，前半句正确。后半句是教材上的原话，开尔文表述没有排除热量可以完全转化为功，但必然要发生其他变化，选项C错。D选项是教材原文，正确；气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁的持续的、无规则撞击产生的。气体压强与温度和体积有关。温度越高，气体压强越大，反之则气体压强越小。题目中表述为“一定量的气体”，“压强不变”，在此前提下，一定量的气体,表示分子个数不变,温度降低而压强不变时,体积必会缩小,即单位体积内的分子个数增加了,换个说法,也就是表示分子的密度增大了,当然碰撞容器壁的机率就增大了，E正确。
（2）设大气压强相当于高为H的水银柱产生压强，初始空气柱的长度为x，
则由理想气体状态方程第一次试验，由波意尔定律有：
（H-l0）x=（H-l0-1）（x+2-1） ……①
第二次试验：
式中T1和T2分别为300K和350K，
依据两式可求得：H=75cm，x=12cm
故实际大气压为75cmHg，
初始空气柱长12cm
34. （1）由题图易知波长λ=0．12m，结合波速v=0．8m/s，可知该波的周期T=λ/v=0．15s，A、B选项错误；0．2s时间间隔为
（2）①
如图所示，光线应向屏的左侧移动，由折射定律有：
tan（60°-30°）=
② 当玻璃砖左移时，入射角增大，折射角增大，所以光点左移，亮度减弱至消失。
35. （1）若A选项正确，则碰撞后系统动量为：-mv/3+2m·2v/3=mv，符合题意；碰撞后的能量为
若B选项正确，则碰撞后系统动量为：-2mv/5+2m·7v/10=18mv/10>mv，B选项错误；
若C选项正确，则碰撞后系统动量为：-mv/4+2m·5v/8=mv，符合题意；碰撞后的能量为
若D选项正确，则碰撞后A物体与B物体速度方向一致，但A的速度大于B的速度，这是不可能的，所以D选项错误。
（2）① 木块m2弹回后，在弹簧第一次恢复原长时带动m1运动，设此时木块m2的速度
由机械能守恒可知返回的速度与初始时刻相同，v0=0．2m/s。
当弹簧拉伸最长时，木块m1、m2速度相同，设为v，由动量守恒定律得：mv0=（m1+m2）v
解得：v=0．15m/s
② 当弹簧再次恢复到原长时，m1获得最大速度为v1，此时m2的速度为v2。
由动量守恒定律得：m2v0=m1v1+m2v2
由机械能守恒定律得：
解得：v1=0．3m/s
考查方向
33.（1）本题考查热力学定律，分子动理论的基本观点，气体热现象的微观观点等知识点，简单题。
（2）理想气体的状态方程。
34. （1）本题考查横波的图象；波长、频率和波速的关系；
（2）折射定律，全反射
35. （1）动量守恒定律，碰撞中的能量守恒；
（2）考查学生应用动量守恒定律，能量守恒定律及牛顿运动定律的综合应用解决物理问题的能力。解决本题首先要明确研究的过程，其次把握隐含的条件：弹簧伸长最长时两木块的速度相同。
解题思路
33.（1）掌握基础知识，逐一排查。
（2）第一次试验封闭气体做等温变化，根据管内外水银面的高度差，求出被封闭气体的压强，然后根据等温变化气态方程即可求解．
第二次试验找出初末状态参量，利用理想气体状态方程即可求解
34.（1）由图读出波长，求出周期，根据时间t=0．8s与周期的关系判断波的传播方向，并判断t=0．8s时，x=1．8m处的质点速度方向；分析质点P在0．95s时的位置，确定其位移；分析质点P在1．0s时刻的状态，分析速度与加速度方向的关系．
（2）根据折射定律做出光路图，在穿出玻璃砖时，考虑全反射即可
35.（1）A、B组成的系统在水平方向上动量守恒，故而mv=mvA+2mvB，系统初始能量：
（2）①先研究木块m2向左压缩弹簧到弹簧第一次恢复原长的过程，根据机械能守恒可得到此时木块m2的速度为v0=0.2m/s。此后，弹簧开始伸长，当弹簧拉伸最长时，木块m1、m2速度相同，设为v，由动量守恒定律可求得v；
②当弹簧再次恢复到原长时，m1获得最大速度，再对弹簧和两个木块组成的系统动量守恒和机械能守恒列方程，求解木块m1速度的最大值。
易错点
33.（1）热学过程除了要受到能量守恒定律的制约外，还具有方向性；
（2）物体内能与气体内能的区别；
（3）功能转化的原理
34.（1）波形图的平移
（2）当光线从光密介质向光疏介质传播时，才会发生全反射现象
35.（1）① 总动量的方向性；② 系统碰撞后的机械能不会大于碰撞前的机械能；③ A物体碰撞后的速度不会大于B物体碰撞后的速度。
（2）系统动量守恒的条件：在m1物体未脱离挡板前，两物体组成的系统动量不守恒，但机械能守恒。m1物体离开墙面后系统动量守恒，机械能守恒。
知识点
33、(物理------选修3-3)下列说法中正确的是（ ）
A.饱和汽压与分子的密度和分子的种类有关，随温度升高而增大，与体积无关
B. 在完全失重的情况下,气体对容器壁的压强为零
C. 分子势能可能随着分子间距的增大可能先减小后增大
D.要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关。
E.熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性减小的方向进行
（2）如图所示，一个绝热的气缸竖直放置，内有一个绝热且光滑的活塞，中间有一个固定的导热性良好的隔板，隔板将气缸分成两部分，分别密封着两部分理想气体 A 和 B。活塞的质量为m，横截面积为S，与隔板相距h。现通过电热丝缓慢加热气体，当A气体吸收热量Q时，活塞上升了h，此时气体的温度为T1。已知大气压强为P0，重力加速度为g。
①加热过程中，若A气体内能增加了
②现停止对气体加热，同时在活塞上缓慢添加砂粒，当活塞恰好回到原来的位置时A气体的温度为T2。求此时添加砂粒的总质量
正确答案
（1）ACD （2）见解析
解析
①气体对外做功B气体对外做功
由热力学第一定律得 
②B气体的初状态
B气体末状态
由气态方程
解得 
考查方向
本题主要考查热力学定律以及理想气体状态方程
解题思路
由热力学第一定律解得B气体内能增加量，利用理想气体状态方程寻求气体变化前后的对应状态参量的关系
易错点
理想气体内外的压强关系
知识点
31. 【物理——选修3-3】下列说法中正确的是 .（选对1个给2分，选对2个给4分，选
对3个给5分。每选错一个扣3分，最低得分为0分）
正确答案
解析
A、速度增大，不会改变物体的分子的动能；故A错误；
B、体积增大时，物体对外做功，不吸热也不放热时，内能减小；故B正确；
C、质量相同，但物体的物质的量不同；故温度提高相同的温度时，内能的增量不一定相同；故C错误；
D、物体的内能取决于物体的温度和体积；故D正确；
E由热力学第二定律可知，与是与热现象有关的宏观过程都具有方向性；故E正确；
故选：BDE．
考查方向
分子势能，温度是分子平均动能的标志，热力学第二定律
解题思路
温度是分子平均动能的标志，影响内能的因素还有质量，改变内能的方式有做功和热传递，当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大．
易错点
常见概念的分析
教师点评
掌握温度是分子平均动能的标志，知道改变内能的方式，理解分子间作用力与分子间距的关系。
知识点
32. [物理—选修3-3]如图所示是小明自制的简易温度计。在空玻璃瓶内插入一根两端开口、内横截面积为0.4cm2的玻璃管，玻璃瓶与玻璃管接口处用蜡密封，整个装置水平放置。玻璃管内有一段长度可忽略不计的水银柱，当大气压为1.0×105Pa、气温为7℃时，水银柱刚好位于瓶口位置，此时封闭气体体积为480cm3，瓶口外玻璃管有效长度为48cm。求
①此温度计能测量的最高气温；
②当气温从7℃缓慢上升到最高气温过程中，密封气体吸收的热量为3J，则在这一过程中密封气体的内能变化了多少。
正确答案
① T2=291.2K=18.2℃
② △E=1.08J
解析
解：①当水银柱到达管口时，达到能测量的最高气温T2，则
初状态：T1=(273+7)K=280K V1=480cm3 1分
末状态：V2=(480+48×0.4)cm3=499.2 cm3 1分
由盖吕萨克定律 
代入数据得T2=291.2K=18.2℃ 1分
②水银移动到最右端过程中，外界对气体做功
W=-P0SL=-1.92J 2分
由热力学第一定律得气体内能变化为
△E=Q+W=3J+(-1.92J)=1.08J 2分
考查方向
理想气体的状态方程
解题思路
①气体发生等压变化，根据盖吕萨克定律直接求解
②根据热力学第一定律列式求解
易错点
本题考查了求温度、内能的变化量，分析清楚气体状态变化过程，应用盖吕萨克定律、热力学第一定律即可解题．
知识点
1．下列说法正确的是
正确答案
解析
A、根据热力学第一定律，气体内能的变化由做功和热传递共同决定，只知道吸收热量无法判断内能的变化，故A错误；
B、布朗运动是悬浮微粒受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用是不平衡引起的，故悬浮微粒越小，碰撞的不平衡越明显，则布朗运动越明显，故B正确；
C、根据理想气体状态方程
D、分子间一定同时存在引力和斥力的作用，铅板能够合在一起是由于引力大于斥力，故D错误；
考查方向
热力学第一定律；分子间的相互作用力;分子的热运动 布朗运动
解题思路
根据热力学第一定律公式△U=W+Q判断；布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，由液体分子碰撞的不平衡性造成；根据理想气体状态方程判断；分子间同时存在引力和斥力.
易错点
理解布朗运动的概念，即悬浮微粒永不停息地做无规则运动的现象叫做布朗运动,布朗运动是液体分子无规则热运动的反映.
教师点评
本题考查了热力学第一定律；分子间的相互作用力;分子的热运动 布朗运动，在近几年的各省高考题出现的频率较高，常与理想气体状态方程等知识点交汇命题.
知识点
选考题
[物理-选修3-3] (15分)
31.(6分)下列说法正确的是______(填正确答案标号，选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得6分。每错选1个扣3分，最低得0分)。
32. (9分)如图所示是小明自制的简易温度计。在空玻璃瓶内插入一根两端开口.内横截面积为0.4cm2的玻璃管，玻璃瓶与玻璃管接口处用蜡密封，整个装置水平放置。玻璃管内有一段长度可忽略不计的水银柱，当大气压为1.0×105Pa.气温为7℃时，水银柱刚好位于瓶口位置，此时封闭气体体积为480cm3，瓶口外玻璃管有效长度为48cm。求
①此温度计能测量的最高气温；
②当气温从7℃缓慢上升到最高气温过程中，密封气体吸收的热量为3J，则在这一过程中密封气体的内能变化了多少。
正确答案
解析
A、分子力做功等于分子势能的减小量；若分子力的合力是斥力，分子间距离增大时，分子势能减小；若分子力的合力是引力，分子间距离增大时，分子势能增大,故A错误；
B、单晶体的物理性质是各向异性,而非晶体的物理性质是各向同性，故B正确;
C、温度是分子的平均动能的标志，物体温度升高，物体内分子运动的平均动能增大，所以平均速率增加，故C正确;
D、并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生， 一切与热现象有关的宏观自然过程是不可逆的，即宏观自然过程具有方向性,故D错误;
E、布朗运动是在显微镜中看到的固体颗粒的无规则运动，温度越高，悬浮在液体中的微粒越小，布朗运动越明显,故E正确;
考查方向
热力学第二定律；分子间的相互作用力；晶体和非晶体
解题思路
分子力做功等于分子势能的减小量；多晶体的物理性质是各向同性的；物体温度升高，物体内分子运动的平均动能增加；一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增加的方向进行；布朗运动是在显微镜中看到的固体颗粒的无规则运动.
易错点
理解布朗运动的实质和意义；液体分子不停地做无规则的运动，不断地随机撞击悬浮微粒。当悬浮的微粒足够小的时候，由于受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用是不平衡的。在某一瞬间，微粒在另一个方向受到的撞击作用超强的时候，致使微粒又向其它方向运动，这样，就引起了微粒的无规则的运动就是布朗运动.
教师点评
本题考查了热力学定律的理解和应用，要知道墒增加原理，明确布朗运动的实质和意义，在近几年的各省高考题出现的频率较高.
正确答案
①18.2℃ ( 5分)
②1.08J (4分)
解析
①当水银柱到达管口时，达到能测量的最高气温T2，则
初状态：T1=(273+7)K=280K V1=480cm3
末状态：V2=(480+48×0.4)cm3=499.2 cm3
由盖吕萨克定律
代入数据得T2=291.2K=18.2℃
②水银移动到最右端过程中，外界对气体做功
W=-P0SL=-1.92J
由热力学第一定律得气体内能变化为
△E=Q+W=3J+(-1.92J)=1.08J
考查方向
气体实验定律；热力学第一定律
解题思路
①气体发生等压变化，根据盖吕萨克定律直接求解.
②根据热力学第一定律列式求解.
易错点
关键分析清楚气体状态变化过程，根据气体实验定律列方程.
教师点评
本题考查了气体实验定律,热力学第一定律，在近几年的各省高考题出现的频率较高,常与共点力的平衡条件交汇命题.
如图所示，用轻拮活塞在气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与气缸壁间摩擦不计，开始时活塞距离气缸底部高度H1＝0.60m，气体的温度T1＝300K；现给气缸缓慢加热至T2＝480K，活塞缓慢上升到距离气缸底部某一高度H2处，此过程中穠内气体的内能△U＝300J，已知大气压强P0＝1.0×105Pa，活塞横截面积S＝5.0×10-3m2，求：
30.活塞距离气缸底部的高度H2；
31.此过程中缸内气体吸收的热量Q。
正确答案
①H2＝0.96 m（5分）
解析
①气体做等压变化，根据盖吕萨定律得：
即
解得H2＝0.96 m
考查方向
气体实验定律
解题思路
气体压强保持不变，气体发生等压变化，应用盖吕萨克定律可以汽车活塞到气缸底部的距离.
易错点
关键找出气体两个状态的状态参量，依据气体实验定律解答.
教师点评
本题考查了气体实验定律，在近几年的各省高考题出现的频率较高，常与共点力的平衡条件等知识点交汇命题.
正确答案
②480 J （5分）
解析
②在气体膨胀的过程中，气体对外做功为：
W0＝pΔV＝[1.0×105×(0.96－0.60)×5.0×10-3] J＝180 J
根据热力学第一定律可得气体内能的变化为
ΔU＝－W0＋Q
代入数据得Q＝ΔU＋W0＝480 J
考查方向
功；热力学第一定律
解题思路
由功的计算公式求出气体对外做的功，然后由热力学第一定律可以求出气体吸收的热量.
易错点
关键理解和应用热力学第一定律.
教师点评
本题考查了功；热力学第一定律，在近几年的各省高考题出现的频率较高，常与理想气体状态方程等知识点交汇命题.
5.下列说法中正确的是（ ）
正确答案
解析
A、因为温度是分子热运动平均动能的标志，所以对于同一种气体，温度越高，分子平均动能越大,故A正确;
B、气体内所有分子热运动动能和分子势能的总和就是气体的内能,故B错误;
C、改变内能有两种方式：做功和热传递，故要使内能增加，可能从外界吸收热量，也可能外界对气体做功，故C错误；
D、一定质量的气体，温度升高时，由气态方程
考查方向
物体的内能 热量；热力学第一定律
解题思路
温度是分子热运动平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大；对于一定质量的气体可根据气态方程分析参量的变化，根据热力学第一定律分析能量的变化.
易错点
掌握温度的微观意义、内能的定义及气态方程、热力学第一定律是解题的关键.
知识点
(10分)一定质量的理想气体被活塞封闭在气缸内，活塞质量为m、横截面积为S，可沿气缸壁无摩擦滑动并保持良好的气密性，整个装置与外界绝热，初始时封闭气体的温度为T1，活塞距离气缸底部的高度为H，大气压强为Po。现用一电热丝对气体缓慢加热，若此过程中电热丝传递给气体的热量为Q，活塞上升的高度为
求：
21.此时气体的温度；
22.气体内能的增加量。
正确答案
①（5分）
解析
①气体加热缓慢上升的过程中,处于等压过程,设上升
气体发生等压变化,由盖吕萨克定律得:
联立解得:
考查方向
气体实验定律
解题思路
气体做等压变化，确定出气体体积，根据盖吕萨克定律列式求解.
易错点
关键是明确气体的变化过程，确定出气体的状态参量.
教师点评
本题考查了气体实验定律，在近几年的各省高考题出现的频率较高，常与功、共点力的平衡条件等知识点交汇命题.
正确答案
②（5分）
解析
上升过程中,根据热力学第一定律得:
其中,
即气体内能的增加量为：
考查方向
热力学第一定律；功的计算
解题思路
上升过程中，根据热力学第一定律列式，注意符号法则的运用.
易错点
理解热力学第一定律符号法则的使用.
教师点评
本题考查了热力学第一定律，在近几年的各省高考题出现的频率较高，常与功、共点力的平衡条件等知识点交汇命题.
如图所示，气缸A、B由导热材料制成，截面积相等，长度均为45cm，通过带有阀门的管道连接。初始时阀门关闭，厚度不计的光滑活塞C位于B内左侧，在A内充满压强pA＝2.8×105Pa的理想气体，B内充满压强pB＝1.4×105Pa的理想气体，忽略连接气缸的管道体积，室温保持恒定．现打开阀门，则：
30.平衡后活塞向右移动的距离和B中气体的压强；
31.自打开阀门到平衡，B内气体是吸热还是放热？
正确答案
x＝15cm，p＝2.1×105Pa
解析
解：①气体状态参量：
PA=2.8×105Pa，VA=LS=45S，VA′=（45-x）S，pA′=p
PB=l.4×105Pa，VA=LS=45S，VB′=（45-x）S，pB′=p，
气体发生等温变化，由玻意耳定律得：
A气体：PALS=p（L+x）S，即：2.8×l05×60=p（45+x），
B气体：PBLS=p（L-x）S，即1.4×l05×60=p（45-x），
解得：x=15cm，p=2.1×105Pa；
考查方向
理想气体状态方程
解题思路
两边气体都是等温变化，根据玻意耳定律列式后联立求解；
易错点
本题采用是的隔离法分别对两部分气体用玻意耳定律研究，同时要抓住两部分气体的相关条件，如压强关系、体积关系等．
正确答案
活塞C向右移动，对B中气体做功，而气体做等温变化，内不变，故B气体放热
解析
活塞C向右移动，对B中气体做功，而气体做等温变化，内不变，故B气体放热.
考查方向
理想气体状态方程
解题思路
气体温度不变，内能不变，外界对其体做功，根据热力学第一定律分析．
易错点
本题采用是的隔离法分别对两部分气体用玻意耳定律研究，同时要抓住两部分气体的相关条件，如压强关系、体积关系等．
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