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2018年高考物理一轮复习:选修3-3 第十三章 高考13题专项突破(十三) 选做题(选修3-3)

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    1.(1)下列说法中正确的是________.
    A.温度高的物体比温度低的物体内能大
    B.热量能从低温物体传向高温物体
    C.温度高的物体比温度低的物体分子热运动的平均动能大
    D.相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等
    E.分子势能随着分子间距离的增大,可能先减小后增大
    (2)如图所示,体积为       V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚
度均可忽略的活塞,活塞未被锁定,可自由移动;汽缸内密封有温度为

2.4T0、压强为    1.2p0 的理想气体,p0    和 T0 分别为大气的压强和温度.已知:
气体内能    U 与温度    T 的关系为   U=αT,α   为正的常量;容器内气体的所有变
化过程都是缓慢的.求:

    ①汽缸内气体与大气达到热平衡时的体积                  V1;
    ②在活塞下降过程中,汽缸内气体放出的热量                   Q.
    解析:(1)内能的大小和温度以及物体的质量有关系,温度高,但是质量很小,内能不

一定大,A     错误;热量在做功的情况下能从低温物体传向高温物体,B                        正确;温度是分子

平均动能大小的标志,温度越高,分子平均动能越大,C                        正确;相互间达到热平衡的两物

体的温度一定相等,但内能不一定相等,故                   D 错误;当分子力从斥力变到引力的过程中,

随着分子间距离的增大,分子力先做正功后做负功,分子势能先减小后增大,故                                  E 正确.

    (2)①在气体由压强       p=1.2p0 下降到  p0 的过程中,气体体积不变,
                                      p0  p

    温度由   T=2.4T0 变为  T1,由查理定律得T1=T

    在气体温度由      T1 变为  T0 的过程中,体积由       V 减小到   V1,
                                    V  V1
    气体压强不变,由盖—吕萨克定律得T1=T0,
            1

    解得  V1=2V.

    ②在活塞下降过程中,活塞对气体做的功为                   W=p0(V-V1),

    在这一过程中,气体内能的减少为               ΔU=α(T1-T0),
    由热力学第一定律得,汽缸内气体放出的热量为                    Q=W+ΔU,
            1

    解得  Q=2p0V+αT0.
                      1     1

    答案:(1)BCE (2)①2V ②2p0V+αT0
    2.(2017·湖北襄阳四中模拟)(1)以下说法正确的是________.
                  中国现代教育网     www.30edu.com  全国最大教师交流平台

    A.木棍折断后不能复原是因为分子间存在斥力
    B.布朗运动的规律反映出分子热运动的规律,即固体小颗粒的运动是液体分子无规
则运动的反映

    C.当分子间的引力和斥力平衡时,分子势能最小
    D.在研究热现象时,有意义的不是大量分子的平均动能,而是几个分子的平均动能
    E.当分子间距离增大时,分子间的引力和斥力都减小
    (2)某实验中学的物理兴趣实验小组为了探究理想气体实验定律,完成
了如下的操作:该小组的同学将一截面积为                   S=3 cm2、长度为    L=57 cm  的
一端封闭的导热性能良好的玻璃管如图放置,现用一段水银柱封闭玻璃管

内的气体,经测量水银柱的长度为               4 cm,气柱的长度为       51 cm,已知环境

温度为   33 ℃,外界的大气压强         p0=76 cmHg,求:
    ①当环境的温度升高到多少摄氏度时,水银柱的上端刚好到达玻璃管的开口处?
    ②环境的温度保持不变,向玻璃管内缓慢地注入水银,求当水银柱为多长时水银柱的
上端刚好与玻璃管的开口处相平?
    解析:(1)木棍折断后分子之间的距离远大于                 10-9 m,超过了这一范围分子力就不存在

了,故选项     A 错误;布朗运动是固体颗粒的运动,反映了液体分子的无规则运动,故选项

B 正确;分子之间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小,分子斥力变化快,当                                  r=

r0 时分子引力等于分子斥力,r0          是分子的平衡距离,当          r>r0 时,分子力表现为引力,分子

间距离减小时,分子势能减小,当               r<r0 时,分子间的作用力变现为斥力,分子间距离增大

时分子势能减小,所以          r=r0 时,分子力为零,分子势能最小,故选项                 C 正确;在研究热
现象时,有意义的不是几个分子的动能,而是大量分子的平均动能,选项                               D 错误;分子引

力、斥力都随分子间距离的增大而减小,故选项                    E 正确.

    (2)①设玻璃管横截面积为          S,以管内封闭气体为研究对象,气体经等压膨胀:

    初状态:V1=51S,T1=306 K, 

    末状态:V2=53S,T2=? 
                      V1  V2
    由盖—吕萨克定律得T1=T2

    解得此时气体的温度为          T2=318 K
    ②设水银柱上表面与管口相平时管中气体压强为                     p,水银柱的长度为        H,管内气体经

等温压缩,初状态:V1=51S,p0=80 cmHg

    末状态:V2=(57-H)S,p2=(76+H)cmHg,

    由玻意耳定律有       p1V1=p2V2
    得 H=9 cm
    答案:(1)BCE (2)①318 K ②9 cm
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    3.(1)如图所示,密闭容器内的氢气温度与外界空气的温度相同,
现对该容器缓慢加热,当容器内的氢气温度高于外界空气的温度时,

则________.
    A.氢分子的平均动能增大
    B.氢分子的势能增大
    C.容器内氢气的内能增大
    D.容器内氢气的内能可能不变
    E.容器内氢气的压强增大
    (2)如图,由    U 形管和细管连接的玻璃泡          A、B  和  C 浸泡在温
度均为   0℃的水槽中,B       的容积是    A 的 3 倍.阀门    S 将 A 和 B 两
部分隔开,A      内为真空,B     和 C 内都充有气体.U        形管内左边水
银柱比右边的低       60 mm.打开阀门    S,整个系统稳定后,U          形管内
左右水银柱高度相等.假设            U 形管和细管中的气体体积远小于玻璃泡的容积.求:
    ①求玻璃泡     C 中气体的压强(以       mmHg  为单位);
    ②将右侧水槽的水从         0℃加热到一定温度时,U          形管内左右水银柱高度差又为             60 
mm,求加热后右侧水槽的水温.
    解析:(1)温度是分子的平均动能的标志,氢气的温度升高,则分子的平均动能一定增

大,故   A 正确;气体分子之间的距离比较大,气体分子势能忽略不计,故                           B 错误;气体的

内能由分子动能决定,氢气的分子动能增大,则内能增大,故                          C 正确,D    错误;根据理想
                pV
气体的状态方程:        T =C  可知,氢气的体积不变,温度升高则压强增大,故                     E 正确.

    (2)①在打开阀门      S 前,两水槽水温均为        T0=273  K.设玻璃泡      B 中气体的压强为       p1,

体积为   VB,玻璃泡     C 中气体的压强为       pC,依题意有

    p1=pC+Δp①

    式中  Δp=60   mmHg.打开阀门     S 后,两水槽水温仍为        T0,设玻璃泡     B 中气体的压强为

pB.依题意有,

    pB=pC②
    玻璃泡   A 和 B 中气体的体积为

    V2=VA+VB③
    根据玻意耳定律得

    p1VB=pBV2④
    联立①②③④式,并代入题给数据得
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        VB

    pC=VAΔp=180 mmHg⑤
    ②当右侧水槽的水温加热到            T′时,U    形管左右水银柱高度差为           Δp,玻璃泡    C 中气体

的压强为    pC′=pB+Δp⑥
    玻璃泡   C 中的气体体积不变,根据查理定律得
    pC  pC′
    T0=  T′ ⑦
    联立②⑤⑥⑦式,并代入题给数据得

    T′=364 K
    答案:(1)ACE (2)①180 mmHg ②364 K
    4.(2017·重庆巴蜀中学模拟)下列说法正确的是(  )
    A.气体放出热量,其分子的平均动能可能增大
    B.布朗运动不是液体分子的运动,但它可以说明分子在永不停息地做无规则运动
    C.当分子力表现为斥力时,分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大
    D.第二类永动机不违反能量守恒定律,但违反了热力学第一定律
                                                                           V

    E.某气体的摩尔体积为          V,每个分子的体积        V0,则阿伏加德罗常数可表示为             NA=V0
    (2)如图所示,长为      31 cm、内径均匀的细玻璃管开口向上竖直放置,管
内水银柱的上端正好与管口齐平,封闭气体的长为                     10 cm,外界大气压强不
变.若把玻璃管在竖直平面内缓慢转至开口竖直向下,这时留在管内的水银

柱长为   15 cm,然后再缓慢转回到开口竖直向上,求:

    ①大气压强     p0 的值;
    ②玻璃管重新回到开口竖直向上时空气柱的长度.
    解析:(1)气体放出热量,若外界对气体做功,温度升高,分子的平均动能增大,故

A 正确;布朗运动是固体小颗粒的运动,它是分子无规则运动的反映;故                              B 正确;当分子

间是斥力时,分子力随距离的减小而增大;分子力做负功,故分子势能也增大,故                                   C 正确;

第二类永动机不违反能量守恒定律,但违反了热力学第二定律,故                            D 错误;若气体的摩尔

体积为   V,每个分子的体积为          V0,由于气体分子之间的距离远大于分子的直径,所以阿伏
                         V

伽德罗常数不能表示为          NA=V0,气体此式不成立,故           E 错误.

    (2)①初态:p1=p0+21 cmHg,V1=10S,

    末态:p2=p0-15 cmHg,V2=16S,

    由玻意耳定律得       p1V1=p2V2

    代入数据解得      p0=75 cmHg

    (2)p3=75+15=90 cmHg,V3=LS
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    由玻意耳定律得       p1V1=p3V3
    代入数据解得      L=10.67 cm

    答案:(1)ABC (2)①p0=75 cmHg ②10.67 cm
    5.(2017·宁夏银川一中模拟)下列说法正确的是________.
    A.外界对封闭气体做功时,气体内能可能增大
    B.晶体熔化时吸收热量,分子平均动能一定增大
    C.空调既能制热又能制冷,说明在不自发地条件下热传递方向性可以逆向
    D.“油膜法估测分子大小”的实验中,估算油酸分子直径用的是油酸酒精溶液的体
积除以油膜的面积

    E.生产半导体器件时,需要在纯净的半导体材料中掺入其他元素,可以在高温条件
下利用分子的扩散来完成

    (2)一横截面积为     S 的汽缸水平放置,固定不动,两个活塞                A 和
B 将汽缸分隔为      1、2 两气室,温度均为        27 ℃,达到平衡时       1、2 两气
室长度分别为      40 cm 和 20 cm,如图所示.在保持两气室温度不变的条
件下,缓慢推动活塞         A,使之向右移动       6 cm,不计活塞与汽缸壁之间的摩擦,大气压强为

1.0×105 Pa.求:
    ①活塞   B 向右移动的距离与气体          2 中气体的压强;
    ②接上一问,现在若将活塞            A 用销子固定,保持气室         1 的温度不变,要使气室          2 中气
体的体积恢复原来的大小,则应将气室                 2 气体温度升高为多少?
    解析:(1)根据热力学第一定律           ΔU=W+Q,外界对气体做功,W>0,由于不知道气

体是吸热还是放热,无法确定气体的内能增加还是减小,故                         A 错误;分子平均动能在理想
情况下只与温度有关,非晶体在熔化过程中温度是变化的,晶体在熔化过程中温度是不变

的,因此分子平均动能不变,故              B 错误;空调制冷是因为消耗电能而使压缩机工作,由热

力学第二定律可知        C 正确;“油膜法估测分子大小”的实验中,估算油酸分子直径用的是

每滴油酸酒精中所含油酸的体积除以油膜的面积,故                      D 错误;在真空、高温条件下,可以

利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素,利用提高温度来加快扩散过程,故                                 E 正确.

    (2)①因汽缸水平放置,又不计活塞的摩擦,故平衡时两气室内的压强必相等,都为                                 p0.设

在活塞   A 向右移动    x1 的过程中,活塞      B 向右移动的距离为        x2,平衡时两汽缸内压强均为

p′.此过程温度不变,根据玻意耳定律,有:

    对气室   1,p0L1S=p′(L1-x1+x2)S

    对气室   2,p0L2S=p′(L2-x2)S
                                   L2x1
                                    +
    可得:活塞     B 向右移动的距离       x2=L1  L2=2 cm
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                            p0L2   10
    气室  2 中气体的压强      p′=L2-x2=    9 ×105 Pa≈1.1×105 Pa

    ②活塞    A 固定,气室     2 中气体的体积恢复为        L2S 时,温度升高为      T2,压强增大为      p″.
                                         p0  p″
    此过程为等容变化过程,根据查理定律,有T1=T2

    气室  1 中气体温度不变,p0L1S=p″(L1-x1)S
                    p″     L1       40
                           -         -
    气室  2 气温度   T2=p0T1=L1   x1T1=40   6×(273+27)≈352.94 K

    即 t2=(352.94-273) ℃=79.94 ℃
    答案:(1)ACE (2)2 cm 1.1×105 Pa ②79.94 ℃
    6.(2017·云南保山腾冲八中模拟)(1)关于一定量的气体,下列说法正确的是
________.
    A.气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积,而不是该气体所有分子
体积之和

    B.只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度,气体的温度就可以降低
    C.在完全失重的情况下,气体对容器壁的压强为零
    D.气体从外界吸收热量,其内能一定增加
    E.气体在等压膨胀过程中温度一定升高
    (2)如图,一粗细均匀的        U 形管竖直放置,A       侧上端封闭,B       侧上端与大
气相通,下端开口处开关           K 关闭,A   侧空气柱的长度为        l=10.0 cm,B  侧水银
面比   A 侧的高   h=3.0 cm.现将开关   K 打开,从     U 形管中放出部分水银,当两

侧水银面的高度差为         h1=10.0 cm 时将开关    K 关闭.已知大气压强         p0=75.0 
cmHg.
    ①求放出部分水银后         A 侧空气柱的长度;
    ②此后再向     B 侧注入水银,使       A、B  两侧的水银面达到同一高度,求注入的水银在管
内的长度.
    解析:(1)气体分子之间的距离较大,气体的体积不是分子的体积之和而是气体所占据

的空间,A     正确;分子运动越剧烈,温度越高,B                正确;分子的热运动与宏观运动无关,

C 错误;由热力学第一定律知,D             错误;由盖-吕萨克定律知,E            正确.

    (2)①以  cmHg 为压强单位.设       A 侧空气柱长度      l=10.0 cm 时压强为    p,当两侧水银面

的高度差为     h1=10.0 cm 时,空气柱的长度为         l1,压强为   p1,由玻意耳定律,有

    pl=p1l1①

    由力学平衡条件,有         p=p0+h②

    打开开关    K 放出水银的过程中,B         侧水银面处的压强始终为           p0,而  A 侧水银面处的压
强随空气柱长度的增加逐渐减小,B、A                两侧水银面的高度差也随着减小,直至                 B 侧水银
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面低于   A 侧水银面    h1 为止,由力学平衡条件,有

    p1=p0-h1③
    联立①②③,并代入题目数据,有

    l1=12.0 cm④

    ②当   A、B  两侧的水银面达到同一高度时,设              A 侧空气柱的长度为        l2,压强为   p2,由
玻意耳定律,有

    pl=p2l2⑤
    由力学平衡条件有

    p2=p0⑥
    联立②⑤⑥式,并代入题目数据,有

    l2=10.4 cm⑦
    设注入的水银在管内的长度为             Δh,依题意,有

    Δh=2(l1-l2)+h1⑧
    联立④⑦⑧式,并代入题目数据,有

    Δh=13.2 cm
    答案:(1)ABE (2)①12.0 cm ②13.2 cm
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