- 理想气体的状态方程
- 共154题
如图所示,导热性能良好的气缸A和B竖直放置,它们的底部由一细管连通(忽略细管的容积)。两气缸内各有一个活塞,质量分别为mA=3m和mB=m,活塞与气缸之间无摩擦,活塞的下方为理想气体,上方为真空。当气体处于平衡状态时,两活塞位的高度均为h。若在两个活塞上同时分别放一质量为2m的物块,保持温度不变,系统再次达到平衡后,给气体缓缓加热,使气体的温度由T0缓慢上升到T(气体状态变化过程中,物块及活塞没碰到气缸顶部)。求
24.两个活塞的横截面积之比SA∶SB
25.在加热气体的过程中,气体对活塞所做的功
正确答案
3:1
解析
气缸A、B内气体的压强相等。选取两个活塞为研究对象,
由及
得:
考查方向
解题思路
开始时两缸内的气压相等,从而可得出两活塞的面积关系,
易错点
该题要注意两个方面,一是根据平衡求解两活塞的面积的关系,二是当两活塞上放上相同质量的物体后,要会判断出面积小的活塞下移,直至移到底部,这是解决此题的关键.
正确答案
解析
放质量为2m的物块前,气体压强 ,
气体总体积
两边放质量为2m的物块后,气体全部进入气缸A
设体积变为V,压强
气体做等温变化,由,得:
加热膨胀是等压过程:由得
气体对活塞所做的功为:
考查方向
解题思路
两活塞上同时各加一质量为m的物块后,就打破了原有的平衡,面积小的活塞会下沉,直至面积小的活塞移到底部,再确定左侧气体的状态参量,整个过程是等温变化,由气体的状态方程可得出左缸气体的高度.加热的过程中气体的压强不变,温度升高,由气态方程求出末状态的体积,最后由W=FS即可求出功.
易错点
该题要注意两个方面,一是根据平衡求解两活塞的面积的关系,二是当两活塞上放上相同质量的物体后,要会判断出面积小的活塞下移,直至移到底部,这是解决此题的关键.
15.
请考生从第15~17题中任选二题作答。如果多做,则按所做的第一、二题计分。
[选修3-3](12分)
(1)(4分)一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N,其p-V图像如图所示。在过程1中,气体始终与外界无热量交换;在过程2中,气体先经历等容变化再经历等压变化。对于这两个过程,下列说法正确的是____。(填入正确答案标号。选对1个得2分,选对2个得3分,选对3个得4分,有错选的得0分)
A.气体经历过程1,其温度降低
B.气体经历过程1,其内能减少
C.气体在过程2中一直对外放热
D.气体在过程2中一直对外做功
E.气体经历过程1的内能该变量与经历过程2的相同
(2)(8分)如图,密闭汽缸两侧与一U形管的两端相连,汽缸壁导热;U形管内盛有密度为 的液体。一活塞将汽缸分成左、右两个气室,开始时,左气室的体积是右气室的体积的一半,气体的压强均为
。外界温度保持不变。缓慢向右拉活塞使U形管两侧液面的高度差h=40 cm,求此时左、右两气室的体积,取重力加速度大小
,U形管中气体的体积和活塞拉杆的体积忽略不计。
16.【选修3-4】(12分)
(1)(4分)下列说法正确的是________________。(填入正确答案序号。选对1个得2分,选对2个得3分,选对3个得4分:有选错的得0分)
A.在同一地点,单摆做简谐振动的周期的平方与其摆长成正比
B.弹簧振子做简谐振动时,振动系统的势能与动能之和保持不变
C.在同一地点,当摆长不变时,摆球质量越大,单摆做简谐振动的周期越小
D.系统做稳定的受迫振动时,系统振动的频率等于周期性驱动力的频率
E.已知弹簧振子初始时刻的位置及其振动周期,就可知振子在任意时刻运动速度的方向
(2)(8分)如图,半径为R的半球形玻璃体置于水平桌面上,半球的上表面水平,球面与桌面相切于A点。一细束单色光经球心O从空气中摄入玻璃体内(入射面即纸面)
,入射角为45°,出射光线射在桌面上B点处。测得AN之间的距离为 .现将
入射光束在纸面内向左平移,求摄入玻璃体的光线在球面上恰好发生全反射时,光束在上表面的入射点到O点的距离。不考虑光线在玻璃体内的多次反射。
17.[选修3-5](12分)
(1)(4分)下列说法正确的是_________。(填入正确答案标号。选对1个得2分,选对2个得3分,选对3个得4分;有选错的得0分)
A.爱因斯坦在光的粒子性的基础上,建立了光电效应方程
B.康普顿效应表明光子只具有能量,不具有动量
C.波尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律
D.卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
E.德布罗意指出微观粒子的动量越大,其对应的波长就越长
(2)(8分)如图,物块A通过一不可伸长的轻绳悬挂在天花板下,初始时静止;从发射器(图中未画出)射出的物块B沿水平方向与A相撞,碰撞后两者粘连在一起运动,碰撞前B的速度的大小v及碰撞后A和B一起上升的高度h均可由传感器(图中未画出)测得。某同学以h为纵坐标,v2为横坐标,利用实验数据作直线拟合,求得该直线的斜率为k=1.92 ×10-3s2/m。已知物块A和B的质量分别为mA=0.400kg和mB=0.100kg,重力加速度大小g=9.8m/s2。
(i)若碰撞时间极短且忽略空气阻力,求h-v2直线斜率的理论值k0。
(ii)求k值的相对误差 ×100%,结果保留1位有效数字。
正确答案
15.(1)ABE(4分。选对一个给2分,选对2个给3分,选对3个给4分;有选错的给0分)
(2)(8分)
设初始状态时汽缸左气室的体积为V01,右气室的体积为V02;当活塞至汽缸中某位置时,左、右气室的压强分别为p1、p2,体积分别为V1、V2,由玻意耳定律得
p0V01=p1V1 ①
p0V02=p2V2②
依题意有
V01+V02=V1+V2③
由力的平衡条件有
p2–p1=ρgh④
联立①②③④式,并代入题给数据得
⑤
由此解得
(另一解不合题意,舍去)⑥
由③⑥式和题给条件得
V1:V2=1:1⑦
评分参考:①②③④式各1分,⑤式2分,⑥⑦式各1分。
16.(1)ABD(4分。选对1个给2分,选对2个给3分,选对3个给4分;有选错的给0分)
(2)(8分)
当光线经球心O入射时,光路图如图(a)所示。设玻璃的折射率为n,由折射定律有
①
式中,入射角i=45°,为折射角。
△OAB为直角三角形因此
②
发生全反射时,临界角C满足
在玻璃体球面上光线恰好发生全反射时,光路图如图(b)所示。设此时光线入射点为E,折射光线射到玻璃体球面的D点。由题意有
④
在内,根据正弦定理有
⑤
联立以上各式并利用题给条件得
评分参考:①②式各1分,③式2分,④式1分,⑤式2分,⑥式1分。
17.(1)ACD(4分。选对1个得2分,选对2个得3分,选对3个得4分,有错选的得0分)
(2)(8分)
(i)设物块A和B碰撞后共同运动的速度为,由动量守恒定律有
①
在碰撞后A和B共同上升的过程中,由机械能守恒定律有
②
联立①②式得
③
由题意得
④
代入题给数据得
⑤
(ii)按照定义
⑥
由⑤⑥式和题给条件得
⑦
评分参考:第(i)问7分,①②式各2分,③④⑤式各1分;第(ii)问1分,⑦式1分。
知识点
30.如图,气缸左右两侧气体由绝热活塞隔开,活塞与气缸光滑接触。初始时两侧气体均处于平衡态,体积之比V1:V2=1:2,温度之比T1:T2=2:5。先保持右侧气体温度不变,升高左侧气体温度,使两侧气体体积相同;然后使活塞导热,两侧气体最后达到平衡。求:
(1) 两侧气体体积相同时,左侧气体的温度与初始温度之比;
(2) 最后两侧气体的体积之比。
正确答案
(1)
(2)
解析
(1)设初始时压强为
左侧气体满足
右侧气体满足
解得
(2)活塞导热达到平衡
左侧气体满足
右侧气体满足
平衡时
解得
知识点
如图所示气缸内,活塞A封闭了一定质量的理想气体,活塞通过转轴与一个曲轴连杆机构连接,气体对活塞产生的推力通过曲轴连杆机构转化为对转轴O的力矩。已知连杆长AB=10cm,曲轴长BO=6cm,活塞面积20cm2, 当转至曲轴与AO垂直时,气缸的体积为400mL,气体的压强为1.5×105 Pa,则此时活塞推力对O点的力矩为_______ N·m;保持气体温度不变,当曲轴顺时针转过90º,转至OBA在一直线上时,气缸内压强为______Pa,(外界大气压P0=1.0×105pa)
正确答案
6N·m, 2.5×105 Pa
解析
略
知识点
24.如图所示,在光滑水平面上有一个内外壁都光滑质量为M的气缸,气缸内有一横截面积为s质量为m的活塞密封了质量远小于气缸及活塞质量的气体。现对气缸施加一水平向左的拉力F1,对活塞施加一水平向右的拉力F2,且F1<F2o已知大气压强为P0,不计活塞与气缸壁间的摩擦,求活塞相对气缸静止时被密封气体的压强P。
正确答案
解析
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知识点
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