2023版高考物理创新设计二轮复习讲义选考增分练(五)

选考增分练(五)

(时间：10分钟)

33.[物理——选修3–3](15分)(1)(5分)如图1所示，一台四冲程内燃机，活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为0.1 m，这段过程活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于2×103 N的恒力使活塞移动相同距离所做的功，内燃机工作时汽缸温度高于环境温度，该过程中压缩气体传递给汽缸的热量为25 J，则压缩冲程气体内能的变化量为________ J。做功冲程，燃烧后的高压气体对活塞做功，气体推动活塞移动0.1 m，其做的功相当于9×103 N的恒力使活塞移动相同距离所做的功，若做功冲程气体内能减少量为930 J，则该做功过程气体传递给汽缸的热量为________ J。

图1

(2)(10分)负压病房是指病房内的气体压强略低于病房外的标准大气压的一种病房，即新鲜空气可以流进病房，而被污染的空气不会自行向外排出，必须由抽气系统抽出进行消毒处理，是WHO规定抢救新冠肺炎病人时的一个重要设施。现简化某负压病房为一个可封闭的绝热空间，室内空气所占空间的体积为V0，室内外气温均为－3 ℃，疫情期间，为了收治新冠肺炎病人，首先将室内空气封闭并加热至27 ℃(加热前室内空气的压强为标准大气压为p0，空气视为理想气体)。

(ⅰ)此时病房内的气压为多少？

(ⅱ)为了使负压病房的气压达到p＝p0，在使用前先要抽掉一部分空气。求需抽出的空气质量与原来空气质量的百分比以及抽出的空气排到室外降温后的体积(保留3位有效数字)。

答案　(1)175　30　(2)(ⅰ)p0

(ⅱ)10.9%　V0(0.109V0)

解析　(1)压缩冲程中，外界对气体做功W1＝F1s＝2×103 N×0.1 m＝200 J，热传递Q1＝－25 J，可得气体内能的变化量为ΔU1＝W1＋Q＝175 J，做功冲程，气体对外界做功W2＝F2s＝9×103 N×0.1 m＝900 J，气体内能的变化量为ΔU2＝－W2＋Q2＝－930 J，解得Q2＝－30 J，所以气体传递给汽缸的热量为30 J。

(2)(ⅰ)病房内气体发生等容变化，由查理定律可得＝，解得p1＝p0，此时病房内的气压为p0。

(ⅱ)抽气过程可看成等温变化，由玻意耳定律可得pV2＝p1V0，解得V2＝V0，需要抽掉的体积为V3＝V2－V0＝V0，需抽取出气体的质量与原来气体质量的百分比为η＝≈10.9%。对抽出的气体，由理想气体状态方程可得＝，解得V＝V0，至少要抽掉的空气排到室外降温后的体积为V0。

34.[物理——选修3–4](15分)

(1)(5分)如图2所示，容器中装有某种透明液体，深度为h，容器底部有一个点状复色光源S，光源S可发出两种不同频率的单色光。液面上形成同心圆形光斑Ⅰ、Ⅱ，测得光斑Ⅰ的直径为d1，光斑Ⅱ的直径为d2。透明液体对光斑Ⅱ这种单色光比光斑Ⅰ这种单色光的折射率________；光斑Ⅱ这种单色光在液体中的传播速度比光斑Ⅰ这种单色光在液体中的传播速度________(均选填“大”或“小”)。

图2

(2)(10分)如图3所示为一列简谐横波在t＝ 0时刻的波形图，平衡位置在x＝ m处的质点位移y＝5 cm，平衡位置在x＝1 m处的质点处于波峰位置；t＝0.1 s时x＝1 m 处的质点第一次回到平衡位置，t＝ s时x＝ m处的质点第一次回到平衡位置。求：

图3

(ⅰ)该简谐波的传播方向、周期和波速；

(ⅱ)平衡位置在x＝ m处的质点的位移随时间变化的关系式。

答案　(1)小　大　(2)(ⅰ)沿x轴负向传播　0.4 s　v＝10 m/s

(ⅱ)y＝0.1sin  m

解析　(1)设光由液体射向空气发生全反射临界角为θ，由全反射条件n＝，由题中条件可知θ2>θ1，如图所示，所以n2<n1，又根据光在液体中的传播速度公式v＝，所以v2>v1，即光斑Ⅱ这种单色光在液体中的传播速度比光斑Ⅰ这种单色光在液体中的传播速度大。

(2)(ⅰ)设振动周期为T，由于t＝0时x＝1 m处的质点在波峰处，t＝0.1 s时该质点第一次回到平衡位置，故经历，T＝0.4 s；因为t＝ s时平衡位置在x＝ m处的质点第一次回到平衡位置，且t＝ s>，

所以t＝0时平衡位置在x＝ m处的质点一定是沿y轴正向运动的，由“同侧法”可知，该波是沿x轴负向传播，由波形图可知，波长为4 m，故波速为v＝＝10 m/s。

(ⅱ)设x＝ m处的质点位移随时间变化的关系式为y＝Asin (ωt＋φ)，其中ω＝＝5π rad/s，由题意可知y＝5 cm＝，所以A＝10 cm，将ω、A代入假设的关系式，且t＝s，时x＝ m处的质点第一次回到平衡位置，可得φ＝，因此x＝ m处的质点位移随时间变化的关系为y＝0.1sin m。