- 气体的实验定律
- 共50题
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.
11.两个容器A、B,用截面均匀的水平细玻璃管相连,如图所示,A、B所装气体的温度分别为17℃和27℃,水银柱在管中央平衡,如果两边温度都升高10℃,那么水银柱将( )
正确答案
解析
假定两个容器的体积不变,即V1,V2不变,A、B中所装气体温度分别为290k和300k,当温度升高△T时,容器A的压强由p1增至p'1,△p1=p'1-p1,容器B的压强由p2增至p′2,△p2=p′2-p2.
由查理定律得:
因为p2=p1,所以△p1>△p2,即水银柱应向右移动,故A正确,BCD错误;
考查方向
气体的实验定律
解题思路
因为水银柱的移动是由于受力不平衡而引起的,而它的受力改变又是两段空气柱压强增量的不同造成的,所以压强变化分析.
易错点
关键假定体积不变,分析两边气体压强的变化.
知识点
二选一作答
选考题一
【物理 选修3-3】
32.(6分,选对1个给3分,选对2个给6分,每选错1个扣3分,最低得分为0分)。下列说法中正确的是( )。[学优高考网]
33.(9分)如图所示,在长为L=57 cm的一端封闭、另一端开口向上的竖直玻璃管内,用4 cm高的水银柱封闭着51 cm长的理想气体,管内外气体的温度均为33 ℃。现将水银徐徐注入管中,直到水银面与管口相平,此时管中气体的压强为多少?接着缓慢对玻璃管加热升温至多少时,管中刚好只剩4 cm高的水银柱?(大气压强p0=76 cmHg)
正确答案
解析
A、只有单晶体具有各向异性,而多晶体是各向同性的,故A错误;
B、内能与物体的温度、体积、分子数等因素有关,内能不同,温度可能相同,则分子热运动的平均动能可能相同.故B正确;
C、液晶,即液态晶体,像液体一样具有流动性,具有各向异性,故C正确;
D、随着分子间距离的增大,分子间作用力不一定减小,当分子表现为引力时,分子做负功,分子势能增大,故D错误;
考查方向
分子间的相互作用力;晶体和非晶体
解题思路
晶体有单晶体和多晶体两种,单晶体各向异性,而多晶体各向同性;物体的内能与温度、体积等因素有关;温度是分子热平均动能的标志;液晶具有各向异性.分子力与分子间距离之间的关系比较复杂,分子间距离增大,分子力不一定减小,分子势能也不一定减小.
易错点
掌握晶体和非晶体的特性、分子动理论中温度是分子平均动能的标志.
正确答案
85 cmHg ;T=318 K
解析
设玻璃管的横截面积为S,初态时,管内气体的温度为T1=306 K,体积为V1=51S cm3,压强为p1=p0+h=80cmHg.
当水银面与管口相平时,水银柱高为H,则管内气体的体积为V2=(57-H)S cm3,压强为p2=p0+H=(76+H)cmHg.
由玻意耳定律得 p1V1=p2V2
代入数据,得 H2+19H-252=0
解得H=9cm
所以 p2=85 cmHg
设温度升至T时,水银柱高为4cm,管内气体的体积为V3=53S cm3,压强为p3=p0+h=80 cmHg.
由盖-吕萨克定律得,代入数据,解得T=318 K
考查方向
气体实验定律
解题思路
求出气体的状态参量,然后根据玻意耳定律和盖-吕萨克定律求出气体的温度.
易错点
关键分析清楚气体状态变化是什么过程,找出状态参量,根据气体实验定律列式.
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.
选作题(3-3)
33.(6分)关于热力学定律和分子动理论,下列说法正确的是
34.(9分)如图甲,一质量为M.横截面积为S的光滑活塞静止时密封一定量的理想气体,此时活塞距气缸底部距离为H。现将气缸倒转悬挂(活塞不脱离气缸)如图乙,求活塞平衡时到缸底的距离.(已知大气压强为P0.)
正确答案
解析
A、做功和热传递都能改变内能,气体吸收热量,其内能不一定增大,故A错误;
B、可以使热量由低温物体传递到高温物体,但要引起其它变化,如电冰箱,故B错误;
C、若分子间距小于平衡位置时,分子间距离增大,分子势能反而减小,故C错误;
D、若两分子间距离减小,分子间引力和斥力都增大,D正确;
考查方向
分子间的相互作用力;热力学第一定律
解题思路
做功和热传递都能改变内能,不可能使热量由低温物体传递到高温物体而不引起其它变化,若两分子间距离减小,分子间引力和斥力都增大.
易错点
掌握分子力与分子之间距离的关系,理解分子力做的功量度分子势能的变化.
正确答案
(9分)
解析
开口向上时,对活塞受力分析:
Mg+P0S=P1S
得:
而
气缸倒置后对活塞受力分析得:Mg+P2S=P0S
所以
而
对封闭气体运用玻意耳定律,得:P1HS=P2H2S
解得:
考查方向
气体实验定律
解题思路
对活塞受力分析,根据平衡条件求出开始时气体的压强;气缸倒置后,对活塞受力分析根据平衡条件列出等式求出气体的压强,然后对封闭气体运用玻意耳定律求解.
易错点
关键根据平衡条件求出开口向上及开口向下时气体的压强.
如图甲所示是一种研究气球的体积和压强的变化规律的装置。将气球、压强传感器和大型注射器用T型管连通。初始时认为气球内无空气,注射器内气体体积V0,压强p0。T型管与传感器内少量气体体积可忽略不计。缓慢推动注射器,保持温度不变,装置密封良好。
33.该装置可用于验证________定律。(填写气体实验定律名称)
34.将注射器内气体部分推入气球,读出此时注射器内剩余气体的体积为,压强传感器读数为p1,则此时气球体积为___________。
35.继续推动活塞,多次记录注射器内剩余气体的体积及对应的压强,计算出对应的气球体积,得到如图乙所示的“气球体积和压强”关系图。根据该图像估算:若初始时注射器内仅有体积为0.5V0、压强为p0的气体。当气体全部压入气球后,气球内气体的压强将变为 p0。(保留3位小数)
正确答案
玻意耳……2分
解析
给气球打气的时候,气球的温度来不及变化,所以属于等温变化,即波义耳定律;
考查方向
解题思路
首先要知道给气球打气的时候,气球的温度来不及变化,所以属于等温变化;第二、三问结合气体的状态方程列式求解
易错点
对理想气体的状态方程的理解
正确答案
……3分
解析
真个整体的波义耳定律为,注射器还有
,因此此时气球体积为
考查方向
解题思路
首先要知道给气球打气的时候,气球的温度来不及变化,所以属于等温变化;第二、三问结合气体的状态方程列式求解
易错点
对理想气体的状态方程的理解
正确答案
1.027……2分
解析
图像中可以看出,当气体全部进入气球后,压强不会再变,即图像中可以读出压强为1.027P0。
考查方向
解题思路
首先要知道给气球打气的时候,气球的温度来不及变化,所以属于等温变化;第二、三问结合气体的状态方程列式求解
易错点
对理想气体的状态方程的理解
26.在“用DIS研究一定质量的气体的压强与体积的关系”实验时,正确的表述或操作是( )
正确答案
解析
A.本实验测量的时压强与体积的关系,故注射器连接压强传感器,故A错误;
B.本实验条件是温度不变,推拉活塞时,动作要慢,故B正确;
C.初始体积没有明确的数量要求,故C错误;
D.本实验条件是温度不变,用手握住注射器含有气体的部分,会使气体温度升高,故手不能握住注射器,故D正确。
考查方向
解题思路
用DIS研究一定质量的气体的压强与体积的关系”实验时,研究的是压强与体积的关系,要保证温度不变,做实验时要注意缓慢推活塞,手不要握针管等。为保证质量不变,要密封好气体。
易错点
关键明确实验原理,知道实验误差的来源,会减小实验误差,一些实际问题要通过实验去体会
知识点
选考题:【物理一选修】
33.下列说法正确的是__________。
34.如图,长L=100cm,粗细均匀的玻璃管一端封闭.水平放置时,长L0=50cm的空气柱被水银柱封住,水银柱长h=30cm.将玻璃管缓慢地转到开口向下的竖直位置,然后竖直插入水银槽,插入后有△h=15cm的水银柱进入玻璃管.设整个过程中温度始终保持不变,大气压强p0=75cmHg.求:
①插入水银槽后管内气体的压强p;
②管口距水银槽液面的距离H
正确答案
解析
A、做功和热传递都可以改变内能,物体吸热的同时若对外做功,则物体内能不一定增加,故A正确;
B、空调机既能致热又能致冷,但是要耗电,不能说明热传递不存在方向性,故B错误;
C、液体表面表现为张力,是因为液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离引起的,即分子间表现为引力,故C正确;
D、做功和热传递都可以改变内能,根据热力学第一定律,要增加物体的内能,必须对物体做功或向它传递热量,故D正确;
E、布朗运动是固体小颗粒的运动,是液体分子的热运动,间接反映了液体分子的无规则运动,故E错误;
考查方向
热力学第二定律;布朗运动;热力学第一定律
解题思路
改变内能的方式有做功和热传递;热力学第一定律公式:△U=W+Q;热力学第二定律:不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响,或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响;布朗运动是固体小颗粒的运动,间接反映了液体分子的无规则运动.
易错点
注意布朗运动既不是固体颗粒分子的运动,也不是液体分子的运动.
正确答案
①62.5cmHg②27.5cm
解析
①设当管转至竖直位置时,水银恰好位于管口而未从管中漏出,管截面积为S.此时气柱长度L=70cm.
由玻意耳定律得 pL=p0L0得
由于p+ρgh=83.6cmHg大于p0,因此必有水银从管中漏出.设当管转至竖直位置时,管内水银柱长度为x,
由玻意耳定律得p0SL0=(p0-ρgx)S(L-x)
整理并代入数值后得:
75×50=(75-x)×(100-x)
解得:x=25cm
设插入水银槽后管内气柱长度为L′,由题设条件得
L′=L-(x+△h)=100cm-(25+15)cm=60cm
由玻意耳定律,插入后管内压强
②设管内水银与槽内水银面间高度差为
h′=75cm-62.5cm=12.5cm
管口距槽内水银面距离H=L-L′-h′=40cm-12.5cm=27.5cm
考查方向
气体实验定律
解题思路
①将玻璃管缓慢地转到开口向下的过程中会有一部分水银流出,由玻意耳定律求出玻璃管竖直时管内水银柱长度.再代入玻意耳定律,求解即可插入水银槽后管内气体的压强P.
②找出各种长度之间的关系,可求得管口距水银槽液面的距离H.
易错点
本题中将玻璃管缓慢地转到开口向下的过程中会有一部分水银流出是该题的关键.
17.如图所示,内壁光滑、截面积不相等的圆柱形汽缸竖直放置,汽缸上、下两部分的横截面积分别为2S和S。在汽缸内有A、B两活塞封闭着一定质量的理想气体,两活塞用一根长为l的细轻杆连接,两活塞导热性能良好,并能在汽缸内无摩擦地移动,已知活塞A的质量是2m,活塞B的质量是m。当外界大气压强为Po、温度为To时,两活塞静止于如图所示位置。若用一竖直向下的拉力作用在B上,使A、B-起由图示位置开始缓慢向下移动l/2的距离,又处于静止状态,求这时汽缸内气体的压强及拉力F的大小。设整个过程中气体温度不变。(选考题)
正确答案
;
解析
以两活塞整体为研究对象,原来汽缸内气体压强为p1,根据平衡条件有:p0S+3mg=p1S
解得:
对气缸内气体,初态:, V1 =2lS
末态:p2=? ,
根据玻意耳定律,有p1V1 =p2V2
解得:
以两活塞整体为研究对象,根据平衡条件有:
p2S=F+p0S+3mg
解得:
考查方向
理想气体的状态方程
解题思路
以两活塞整体为研究对象求初态气体的压强,气体发生等温变化,根据玻意耳定律求出末态压强最后再以整体为研究对象受力分析求拉力的大小.
易错点
关键是正确选取状态,明确状态参量,尤其是用共点力平衡的方法求封闭气体的压强.
知识点
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