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鲁科版（2019）高中物理选择性必修第三册 期中学业水平检测
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这是一份鲁科版（2019）高中物理选择性必修第三册 期中学业水平检测，共12页。试卷主要包含了下列关于热现象的说法正确的是，如图所示,高度为h=1，2B等内容，欢迎下载使用。
注意事项 1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。
2.无特殊说明,本试卷中g取10 m/s2。
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.关于能量和能源,下列说法中正确的是( )
A.化石能源是清洁能源,水能是可再生能源
B.能量的转化和转移有方向性
C.人类在不断地开发新能源,所以能量可以被创造
D.能量耗散说明能量不能凭空产生,但可以凭空消失
2.关于下列四幅图的说法,正确的是( )
A.甲图中估测油酸分子直径时,可把油酸分子简化为球形处理
B.乙图中,显微镜下看到的三颗微粒运动位置的连线是它们做布朗运动的轨迹
C.热针尖接触涂有蜂蜡的云母片背面,蜂蜡熔化区域的形状如图丙,说明蜂蜡具有各向异性
D.丁图中分子间距离为r0时,分子间作用力F最小,分子势能最大
3.下列关于热现象的说法正确的是( )
A.某固体物质的摩尔体积为V,若该固体物质每个分子的体积为V0,则阿伏伽德罗常数可表示为NA=VV0
B.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减小
C.热量不能从低温物体传到高温物体
D.对于一定质量的理想气体,压强不变时,若单位体积内的分子数增大,则气体分子的平均动能一定增大
4.如图,某汽车机舱盖的支撑杆由气缸和活塞组成。打开机舱盖时,气缸内密闭压缩的气体膨胀,将机舱盖顶起。在此过程中,气缸内气体可视为理想气体,忽略缸内气体与外界的热交换。对于气缸内的气体,下列说法正确的是( )
A.对外做正功,内能增大
B.对外做负功,内能减小
C.对外做正功,分子平均动能增大
D.对外做正功,分子平均动能减小
5.如图所示为斯特林发动机玩具,在酒精灯加热的情况下,气缸内的活塞往复运动,通过传动轴带动飞轮持续转动,则( )
A.活塞压缩气体时,气体的压强与体积成反比
B.气体膨胀时,气体的体积与热力学温度成正比
C.发动机工作时,气体吸收的热量大于对外做的功
D.气体能从单一热源吸热并全部用来对外做功而不引起其他变化
6.如图,医护人员通过注射器将药液从密封药瓶中缓缓抽出,瓶中气体视为理想气体,在此过程中,瓶中气体的内能E和单位时间、单位面积上瓶壁受到的平均撞击力F的变化为( )
A.E明显减小,F明显减小B.E明显减小,F明显增大
C.E几乎不变,F明显减小D.E几乎不变,F明显增大
7.如图所示,高度为h=1.804 m、装有理想气体的薄圆筒,某次工作时,由水面上的船将筒由水面上方开口向下吊放至水下A位置,筒的上表面到水面的距离为H=80 m。已知水的密度为ρ=1.0×103 kg/m3,大气压强为p0=1.0×105 Pa,忽略筒内气体温度的变化和水的密度随深度的变化。保持H不变,由船上的气泵将与原来相同的气体压入筒内,使筒内的水全部排出,则压入气体的质量与筒内原气体质量的比值约为( )
A.8.2B.7.5C.6.7D.5.9
8.一定质量的理想气体,由状态A开始,经历①②两个不同过程到达状态C,p-T图像如图所示,下列说法正确的是( )
A.过程①气体对外做功
B.过程②气体先放出热量后吸收热量
C.气体在过程①吸收的热量小于过程AB吸收的热量
D.在状态A时单位时间、单位面积上分子碰撞器壁的次数比在状态C时多
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分,选对但不全的得2分,选错或不选得0分)
9.固体与液体的诸多性质与气体不同,下列关于固体、液体的说法正确的是( )
A.浸润液体在毛细管中上升是由于附着层分子间斥力以及液体表面张力的作用
B.当有外加电场时,液晶的旋光性消失
C.表面张力总是垂直液面且指向液面内部
D.无法通过是否具有各向异性来区别多晶体和非晶体
10.关于分子动理论和热力学第二定律,下列说法正确的是( )
A.拉断一根绳子需要一定大小的力,说明分子间存在相互作用力
B.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,这可以在高温条件下利用分子的扩散来完成
C.可使热量自发地从低温物体传向高温物体
D.如图所示,绝热气缸中左侧气体在隔板抽去后会自发地膨胀到右侧
11.如图甲所示,导热性能良好的气缸竖直倒扣在水平面上(气缸与水平地面间有空隙),一定质量的理想气体被厚度不计的活塞封闭在气缸内,活塞距气缸底部的高度为53h;如图乙所示,缓缓地将气缸旋转180°,使气缸竖直放置在水平地面上,此时活塞距气缸底部的高度为23h。大气压强恒为p0,活塞的横截面积为S,重力加速度为g,忽略活塞与气缸间的摩擦和环境温度的变化,则( )
甲
乙
A.将气缸旋转180°的过程中,封闭在气缸内的理想气体吸收热量
B.将气缸旋转180°的过程中,封闭在气缸内的理想气体放出热量
C.活塞的质量为3p0S7g
D.活塞的质量为7p0S3g
12.如图所示,a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态,图中ad平行于横坐标轴,dc平行于纵坐标轴,ab的延长线过原点,以下说法正确的是( )
A.从状态d到状态c,气体内能不变
B.从状态c到状态b,气体对外界做正功
C.从状态a到状态d,气体对外界做正功
D.从状态b到状态a,气体不对外界做功,外界也不对气体做功
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(6分)如图甲是“用DIS研究在温度不变时,一定质量的气体压强与体积的关系”的实验装置。
主要步骤如下:
①将压强传感器调零;
②在活塞上均匀涂抹润滑油,把活塞移至注射器满刻度处;
③逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器、计算机;
④推动活塞,记录多组注射器内气体的体积V,以及相应的压强传感器示数p。
(1)实验操作中,活塞上均匀涂抹润滑油,主要目的是 ;
(2)为了保持封闭气体的温度恒定,下列措施可行的是 ;
A.注射器必须固定在竖直平面内
B.用手握住注射器推拉活塞
C.缓慢推动活塞
(3)测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后,为直观反映压强与体积之间的关系,若以p为纵坐标,则应以 为横坐标,在坐标系中描点作图;小明所在的小组不断压缩气体,由测得的数据发现p与V的乘积值越来越小,则用上述方法作出的图线应为图乙中的 (选填“a”或“b”),造成该现象的原因可能是 (答一种即可)。
14.(8分)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中:
(1)该实验中的理想化假设是 。
A.油膜不溶于水
B.不考虑各油酸分子间的空隙
C.不考虑各油酸分子间的相互作用力
D.将油酸分子看成球形
(2)实验中使用到油酸酒精溶液,其中酒精的作用是 。
A.可使油酸和爽身粉之间形成清晰的边界轮廓
B.对油酸溶液起到稀释作用
C.有助于测量一滴油酸的体积
D.使油酸便于识别
(3)现用注射器将一滴油酸酒精溶液滴入盛有水且水表面撒有爽身粉的浅盘里,把玻璃板放在浅盘上并描画出油酸膜的轮廓,如图所示,图中正方形小方格的边长为1 cm,该油酸膜的面积是 m2(保留3位有效数字),若一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是7×10-6 mL,则油酸分子的直径是 m(保留1位有效数字)。
15.(10分)居家生活种植花草,可以提高家庭生活品位,家用洒水壶已成为家庭必备品。如图所示,圆柱形洒水壶密封时容积为V,打气筒气室容积ΔV=V50,某次浇花时,倒入洒水壶中水的体积为4V5,并将洒水壶密封,然后开始打气,每一次打入压强为p0、体积为V50的空气。已知大气压强为p0,不计喷水细管的体积及喷水后细管内剩余液体的影响,设气体质量m∝pVT(p为气体压强,V为气体体积,T为热力学温度),打气过程及喷洒过程中环境温度不变。
(1)求至少打几次气后,洒水壶里的水可以全部喷完;
(2)若在喷洒过程中洒水壶中空气从外界吸收热量为12 J,求洒水壶中空气做功为多少。
16.(10分)如图所示的容器由三个绝热管构成,左、右两管横截面积相等,均为S,下管的横截面积为2S,容器竖直放置,管内装有水银。左管管口用导热材料封闭了一定质量的理想气体;右管上端开口,与大气相通;下管中的水银用锁定的活塞封闭,三支管用不计体积的细管相连。开始时,左管中气柱长L=8.0 cm、温度为t=7 ℃,右管水银面比左管水银面高h=2.0 cm,整个装置处于静止状态。大气压强p0=76 cmHg,且三个管足够长,左、右管中水银柱足够高,不计活塞与管壁间摩擦,取T=t+273 K。
(1)求左管气体温度升至多少摄氏度时,右管水银面比左管水银面高6 cm;(保留两位有效数字)
(2)保持(1)问中的温度不变,解除锁定,缓慢向下移动活塞,直到两侧水银面的高度差为10.0 cm。求活塞向下移动的距离。(保留三位有效数字)
17.(13分)活塞把导热性能良好的密闭圆柱形气缸分成左、右两个气室,活塞的横截面积和圆柱形气缸的横截面积相等,均为0.1 m2,处在恒温环境下。每个气室各与U形管压强计的一臂相连,压强计的两臂横截面积处处相同。U形管内盛有密度为ρ=7.5×103kg/m3的液体。开始时左、右两气室的体积都为V0=1.2×10-2 m3,气压都为p0=4.0×103 Pa,且U形管中液体的液面处在同一高度,如图所示。现用水平推力F缓慢向左推动活塞,直到左、右气室的体积之比V左∶V右=1∶2,不计U形管和连接管道中气体的体积。不计活塞与气缸之间的摩擦。该状态下,求:
(1)液体在U形管中的高度差;
(2)水平推力F的大小。
18.(13分)如图所示的装置可以用来测量水的深度。该装置由左端开口的气缸M和密闭的气缸N组成,两气缸由一细管(容积可忽略)连通,两气缸均由导热材料制成,内径相同。气缸M长为3L,气缸N长为L,薄活塞A、B密闭性良好且可以无摩擦滑动。初始时两气缸处于温度为T1=300 K的空气中,气缸M、N中分别封闭压强为p0、2p0的理想气体,活塞A、B均位于气缸的最左端。将该装置放入水中,测得所在处的温度为T2=360 K,且活塞B向右移动了12L。已知大气压强为p0,相当于10 m水柱产生的压强。求:
(1)装置所在处水的深度;
(2)活塞A向右移动的距离。
期中学业水平检测
1.B 化石能源不是清洁能源,水能是可再生能源,故A错误;根据热力学第二定律可知,不同形式的能量之间可以相互转化,能量在转化和转移过程中有方向性,故B正确;能量既不会凭空消失,也不会凭空产生,它只能从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到其他物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变,故C、D错误。故选B。
2.A 甲图中估测油酸分子直径时,可把油酸分子简化为球形处理,选项A正确;布朗运动中的颗粒运动是无规则的,在乙图中,显微镜下看到的三颗微粒运动位置的连线不是它们做布朗运动的轨迹,选项B错误;热针尖接触涂有蜂蜡的云母片背面,蜂蜡熔化区域的形状如图丙,说明云母片具有各向异性,选项C错误;丁图中分子间距离为r0时,分子间作用力F最小,分子势能最小,选项D错误。
3.A 对于固体物质,每个分子的体积V0等于摩尔体积V除以阿伏伽德罗常数NA,有NA=VV0,故A正确。当r4.D 根据题意,气缸内密闭压缩的气体膨胀,气体对外做正功,W<0,忽略缸内气体与外界的热交换,则Q=0,由热力学第一定律可知,内能减小,则ΔU<0,温度降低,分子平均动能减小。故选D。
5.C 可把气缸内的气体看成理想气体,当活塞压缩气体时,气体温度要发生变化,根据pVT=C可知,只有当气体的温度不变时,气体的压强才与体积成反比,故A错误;气体膨胀时,气体压强要发生变化,根据pVT=C可知,只有当气体的压强不变时,气体的体积才与热力学温度成正比,故B错误;发动机工作时,气体从外界吸收热量,温度升高,内能增加,且气体同时对外做功,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,可知吸收的热量大于对外做的功,故C正确;根据热力学第二定律可知,气体不可能从单一热源吸热并全部用来对外做功而不引起其他变化,故D错误。故选C。
6.C 医护人员通过注射器将药液从密封药瓶中缓缓抽出,可认为气体的温度T不变,故气体的内能E几乎不变,根据玻意耳定律pV=C可知,药液被抽出,气体的体积变大,则气体的压强变小,故单位时间、单位面积上瓶壁受到的平均撞击力F明显减小,C正确,A、B、D错误。
7.A 设水全部排出后筒内气体的压强为p1,此时筒内气体的体积为V0,这些气体压强为p0时的体积为V1,由玻意耳定律有p1V0=p0V1,其中p1=p0+ρg(H+h)≈9.2×105 Pa,设需压入压强为p0的气体体积为ΔV,则有ΔV=V1-V0,压入气体的质量与筒内原气体质量的比为k=Δmm0=ΔVV0=8.2,故选A。
8.C 过程①气体压强与热力学温度成正比,则气体发生等容变化,气体体积不变,外界对气体不做功,气体温度升高,内能增大,由热力学第一定律ΔU=Q+W可知,气体吸收热量,在状态A时单位时间单位面积上分子碰撞器壁的次数比在状态C时少,故A、D错误;AB过程气体压强不变,温度升高,由盖—吕萨克定律可知其体积增大,气体对外界做功,气体温度升高,内能增大,由热力学第一定律ΔU=Q+W可知,气体要吸收热量,且气体对外界所做的功小于气体所吸收的热量,BC过程气体发生等温变化,气体内能不变,压强增大,由玻意耳定律可知,体积减小,外界对气体做功,由热力学第一定律ΔU=Q+W可知,气体放热,且外界对气体所做的功等于气体所放出的热量,则过程②气体先吸收热量后放出热量,故B错误;过程①气体所吸收的热量为Q1=ΔU,过程AB气体所吸收的热量为Q2=ΔU+W,所以气体在过程①吸收的热量小于过程AB吸收的热量,故C正确。
9.ABD 浸润液体在毛细管附着层内液体的分子数密度较大,液体分子间距较小(小于r0),分子间相互作用力表现为斥力,即产生表面张力,液面呈现扩展的趋势,即在毛细管内上升,A正确;液晶在外加电场的影响下排列变得有秩序,液晶的旋光性消失,选项B正确;表面张力产生在液体表面层,它的方向跟液面相切,使液面收缩,故C错误;多晶体和非晶体都具有各向同性,无法通过是否具有各向异性来区别多晶体和非晶体,选项D正确。故选A、B、D。
10.ABD 拉断一根绳子需要一定大小的力,说明分子间存在相互作用力,故A正确;利用分子的扩散可以在高温条件下向纯净的半导体材料中掺入其他元素,故B正确;由热力学第二定律可知,热量不可能自发地从低温物体传向高温物体,故C错误;绝热气缸中左侧气体在隔板抽去后会自发地膨胀到右侧,故D正确。故选A、B、D。
11.BC 将气缸旋转180°的过程中,活塞对缸内气体做功,温度不变,则气体放出热量,故A错误,B正确;设图甲中缸内气体压强为p1,图乙中缸内气体压强为p2,由玻意耳定律可得p1S·53h=p2S·23h,设活塞质量为m,由平衡条件可得p1S+mg=p0S,p2S-mg=p0S,联立解得m=3p0S7g,故C正确,D错误。故选B、C。
12.ACD 从状态d到状态c,温度不变,气体内能不变,故A正确;根据理想气体状态方程pVT=C可得p=CVT,可知p-T图线斜率表示CV,故斜率越小,体积越大,由题图可知状态c的体积大于状态b的体积,故从状态c到状态b,气体体积减小,气体对外界做负功,故B错误;从状态a到状态d,压强不变,温度升高,为等压变化,由VT=C知气体体积变大,气体对外界做正功,故C正确;从状态b到状态a,压强与温度成正比,是等容变化,气体不对外界做功,外界也不对气体做功,故D正确。故选A、C、D。
13.答案 (1)防止漏气(1分) (2)C(1分) (3)1V(2分) b(1分) 漏气(1分)
解析 (1)实验操作中,活塞上均匀涂抹润滑油,主要目的是防止漏气。
(2)为了保持封闭气体的温度恒定,可行的措施为缓慢推动活塞,这样能使注射器中气体温度始终与环境温度一致,C正确。
(3)由理想气体状态方程可得p=CT·1V,为直观反映压强与体积之间的关系,若以p为纵坐标,则应以1V为横坐标,在坐标系中描点作图;压缩气体的过程V减小,1V增大,由于p与V的乘积减小,故压强增大得越来越慢,图线应为图乙中的b,造成该现象的原因可能是漏气。
14.答案 (1)BD(2分) (2)B(2分) (3)1.16×10-2(2分) 6×10-10(2分)
解析 (1)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中的理想化假设是:①油膜是呈单分子层分布的;②把油酸分子看成球形;③分子之间空隙不计,故B、D正确,A、C错误。
(2)由于油酸不溶于水,无论是否有酒精,油酸和痱子粉之间都可形成清晰的边界轮廓,故A错误;用酒精将油酸稀释制成油酸酒精溶液,可以减少滴到水面上油酸的量,更容易测量油膜的面积,并且当油酸酒精溶液滴到水面上时,酒精迅速溶于水,很容易形成单层分子油膜,因此酒精起到稀释作用,故B正确;一滴油酸的体积和一滴溶液的体积测量方法相同,故C错误;油酸和油酸酒精溶液基本上都是无色的,故D错误。(3)每个正方形小方格的面积为S1=1cm2,轮廓内面积超过正方形小方格面积一半的小方格的个数为116,则油膜的面积约为S=116S1=116 cm2=1.16×10-2 m2,每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V0=7×10-6 mL,把油酸分子看成球形,且不考虑分子间的空隙,则分子的直径为d=V0S=7×10−6×10−61.16×10−2 m≈6×10-10 m。
15.答案 (1)40 (2)12 J
解析 (1)设未向洒水壶中打气时为状态1:p1=p0,V1=V5;向洒水壶中打n次气后为状态2:p2,V2=V5;当水刚好全部喷洒完毕时为状态3:
p3=p0,V3=V(1分)
气体由状态1到状态2,根据质量关系,有
p1V1+np0ΔV=p2V2(2分)
气体由状态2到状态3做等温变化,由玻意耳定律,有
p2V2=p3V3(2分)
联立解得n=40(1分)
(2)喷洒过程中由于环境温度不变,气体内能不变,根据热力学第一定律,有ΔU=Q+W(2分)
解得W=-Q=-12 J(1分)
则洒水壶中空气对外做功12 J。(1分)
16.答案 (1)95 ℃ (2)10.4 cm
解析 (1)对左管气体分析,初始气压p1=p0+2 cmHg=78 cmHg
末态气压p2=p0+6 cmHg=82 cmHg
末态气柱长L2=L+6−22 cm=10 cm
根据理想气体状态方程,p1LST1=p2L2ST2(2分)
代入数值,解得T2≈368 K,则t2=T2-273 ℃=95 ℃(2分)
(2)保持温度不变,缓慢向下移动活塞,左管气体做等温变化,根据玻意耳定律有p2V2=p3V3(2分)
其中p3=p0-10 cmHg=66 cmHg
计算得L3≈12.4 cm(2分)
活塞向下移动的距离x=10+6+2×2.42 cm=10.4 cm(2分)
17.答案 (1)0.04 m (2)300 N
解析 (1)设用水平推力F缓慢向左推动活塞后左气室体积为V,因左、右气室的体积之比V左∶V右=1∶2,则有
V+2V=2V0(1分)
解得V=23V0(1分)
因处在恒温环境下,则对左气室的气体,由玻意耳定律有p左V=p0V0(2分)
对右气室的气体,由玻意耳定律有p右×2V=p0V0(2分)
解得p左=32p0,p右=34p0
设U形管中左右两侧液面的高度差为h,则有
p左-p右=32p0-34p0=34p0=ρgh(2分)
代入数据得h=0.04 m(1分)
(2)对活塞分析,根据平衡条件有p左S=p右S+F(2分)
解得F=p左S-p右S=(32p0-34p0)S=34p0S=300 N(2分)
18.答案 (1)38 m (2)114L
解析 (1)设气缸的横截面积为S,气缸N中气体初状态:pN1=2p0,T1=300 K,VN1=LS
末状态:pN2,T2=360 K,VN2=12LS
根据理想气体状态方程有pN1VN1T1=pN2VN2T2(2分)
解得pN2=245p0
放入水中后气缸M中的气体压强与气缸N中的气体压强相等,即
pM2=pN2(1分)
在此处水产生的压强为p水=pM2-p0(1分)
解得p水=3.8p0(1分)
10 m高的水柱产生的压强为p0,所以此处水深h=38 m(2分)
(2)装置放在水中后,设活塞A向右侧移动的距离为x,气缸M中气体初状态:pM1=p0,T1=300 K,
VM1=3LS
气缸M中气体末状态:pM2=pN2, T2=360 K,VM2=3L+12L−xS(2分)
根据理想气体状态方程有pM1VM1T1=pM2VM2T2(2分)
解得x=114L(2分)
1.B
2.A
3.A
4.D
5.C
6.C
7.A
8.C
9.ABD
10.ABC
11.BC
12.ACD
注意事项 1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。
2.无特殊说明,本试卷中g取10 m/s2。
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.关于能量和能源,下列说法中正确的是( )
A.化石能源是清洁能源,水能是可再生能源
B.能量的转化和转移有方向性
C.人类在不断地开发新能源,所以能量可以被创造
D.能量耗散说明能量不能凭空产生,但可以凭空消失
2.关于下列四幅图的说法,正确的是( )
A.甲图中估测油酸分子直径时,可把油酸分子简化为球形处理
B.乙图中,显微镜下看到的三颗微粒运动位置的连线是它们做布朗运动的轨迹
C.热针尖接触涂有蜂蜡的云母片背面,蜂蜡熔化区域的形状如图丙,说明蜂蜡具有各向异性
D.丁图中分子间距离为r0时,分子间作用力F最小,分子势能最大
3.下列关于热现象的说法正确的是( )
A.某固体物质的摩尔体积为V,若该固体物质每个分子的体积为V0,则阿伏伽德罗常数可表示为NA=VV0
B.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减小
C.热量不能从低温物体传到高温物体
D.对于一定质量的理想气体,压强不变时,若单位体积内的分子数增大,则气体分子的平均动能一定增大
4.如图,某汽车机舱盖的支撑杆由气缸和活塞组成。打开机舱盖时,气缸内密闭压缩的气体膨胀,将机舱盖顶起。在此过程中,气缸内气体可视为理想气体,忽略缸内气体与外界的热交换。对于气缸内的气体,下列说法正确的是( )
A.对外做正功,内能增大
B.对外做负功,内能减小
C.对外做正功,分子平均动能增大
D.对外做正功,分子平均动能减小
5.如图所示为斯特林发动机玩具,在酒精灯加热的情况下,气缸内的活塞往复运动,通过传动轴带动飞轮持续转动,则( )
A.活塞压缩气体时,气体的压强与体积成反比
B.气体膨胀时,气体的体积与热力学温度成正比
C.发动机工作时,气体吸收的热量大于对外做的功
D.气体能从单一热源吸热并全部用来对外做功而不引起其他变化
6.如图,医护人员通过注射器将药液从密封药瓶中缓缓抽出,瓶中气体视为理想气体,在此过程中,瓶中气体的内能E和单位时间、单位面积上瓶壁受到的平均撞击力F的变化为( )
A.E明显减小,F明显减小B.E明显减小,F明显增大
C.E几乎不变,F明显减小D.E几乎不变,F明显增大
7.如图所示,高度为h=1.804 m、装有理想气体的薄圆筒,某次工作时,由水面上的船将筒由水面上方开口向下吊放至水下A位置,筒的上表面到水面的距离为H=80 m。已知水的密度为ρ=1.0×103 kg/m3,大气压强为p0=1.0×105 Pa,忽略筒内气体温度的变化和水的密度随深度的变化。保持H不变,由船上的气泵将与原来相同的气体压入筒内,使筒内的水全部排出,则压入气体的质量与筒内原气体质量的比值约为( )
A.8.2B.7.5C.6.7D.5.9
8.一定质量的理想气体,由状态A开始,经历①②两个不同过程到达状态C,p-T图像如图所示,下列说法正确的是( )
A.过程①气体对外做功
B.过程②气体先放出热量后吸收热量
C.气体在过程①吸收的热量小于过程AB吸收的热量
D.在状态A时单位时间、单位面积上分子碰撞器壁的次数比在状态C时多
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分,选对但不全的得2分,选错或不选得0分)
9.固体与液体的诸多性质与气体不同,下列关于固体、液体的说法正确的是( )
A.浸润液体在毛细管中上升是由于附着层分子间斥力以及液体表面张力的作用
B.当有外加电场时,液晶的旋光性消失
C.表面张力总是垂直液面且指向液面内部
D.无法通过是否具有各向异性来区别多晶体和非晶体
10.关于分子动理论和热力学第二定律,下列说法正确的是( )
A.拉断一根绳子需要一定大小的力,说明分子间存在相互作用力
B.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,这可以在高温条件下利用分子的扩散来完成
C.可使热量自发地从低温物体传向高温物体
D.如图所示,绝热气缸中左侧气体在隔板抽去后会自发地膨胀到右侧
11.如图甲所示,导热性能良好的气缸竖直倒扣在水平面上(气缸与水平地面间有空隙),一定质量的理想气体被厚度不计的活塞封闭在气缸内,活塞距气缸底部的高度为53h;如图乙所示,缓缓地将气缸旋转180°,使气缸竖直放置在水平地面上,此时活塞距气缸底部的高度为23h。大气压强恒为p0,活塞的横截面积为S,重力加速度为g,忽略活塞与气缸间的摩擦和环境温度的变化,则( )
甲
乙
A.将气缸旋转180°的过程中,封闭在气缸内的理想气体吸收热量
B.将气缸旋转180°的过程中,封闭在气缸内的理想气体放出热量
C.活塞的质量为3p0S7g
D.活塞的质量为7p0S3g
12.如图所示,a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态,图中ad平行于横坐标轴,dc平行于纵坐标轴,ab的延长线过原点,以下说法正确的是( )
A.从状态d到状态c,气体内能不变
B.从状态c到状态b,气体对外界做正功
C.从状态a到状态d,气体对外界做正功
D.从状态b到状态a,气体不对外界做功,外界也不对气体做功
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(6分)如图甲是“用DIS研究在温度不变时,一定质量的气体压强与体积的关系”的实验装置。
主要步骤如下:
①将压强传感器调零;
②在活塞上均匀涂抹润滑油,把活塞移至注射器满刻度处;
③逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器、计算机;
④推动活塞,记录多组注射器内气体的体积V,以及相应的压强传感器示数p。
(1)实验操作中,活塞上均匀涂抹润滑油,主要目的是 ;
(2)为了保持封闭气体的温度恒定,下列措施可行的是 ;
A.注射器必须固定在竖直平面内
B.用手握住注射器推拉活塞
C.缓慢推动活塞
(3)测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后,为直观反映压强与体积之间的关系,若以p为纵坐标,则应以 为横坐标,在坐标系中描点作图;小明所在的小组不断压缩气体,由测得的数据发现p与V的乘积值越来越小,则用上述方法作出的图线应为图乙中的 (选填“a”或“b”),造成该现象的原因可能是 (答一种即可)。
14.(8分)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中:
(1)该实验中的理想化假设是 。
A.油膜不溶于水
B.不考虑各油酸分子间的空隙
C.不考虑各油酸分子间的相互作用力
D.将油酸分子看成球形
(2)实验中使用到油酸酒精溶液,其中酒精的作用是 。
A.可使油酸和爽身粉之间形成清晰的边界轮廓
B.对油酸溶液起到稀释作用
C.有助于测量一滴油酸的体积
D.使油酸便于识别
(3)现用注射器将一滴油酸酒精溶液滴入盛有水且水表面撒有爽身粉的浅盘里,把玻璃板放在浅盘上并描画出油酸膜的轮廓,如图所示,图中正方形小方格的边长为1 cm,该油酸膜的面积是 m2(保留3位有效数字),若一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是7×10-6 mL,则油酸分子的直径是 m(保留1位有效数字)。
15.(10分)居家生活种植花草,可以提高家庭生活品位,家用洒水壶已成为家庭必备品。如图所示,圆柱形洒水壶密封时容积为V,打气筒气室容积ΔV=V50,某次浇花时,倒入洒水壶中水的体积为4V5,并将洒水壶密封,然后开始打气,每一次打入压强为p0、体积为V50的空气。已知大气压强为p0,不计喷水细管的体积及喷水后细管内剩余液体的影响,设气体质量m∝pVT(p为气体压强,V为气体体积,T为热力学温度),打气过程及喷洒过程中环境温度不变。
(1)求至少打几次气后,洒水壶里的水可以全部喷完;
(2)若在喷洒过程中洒水壶中空气从外界吸收热量为12 J,求洒水壶中空气做功为多少。
16.(10分)如图所示的容器由三个绝热管构成,左、右两管横截面积相等,均为S,下管的横截面积为2S,容器竖直放置,管内装有水银。左管管口用导热材料封闭了一定质量的理想气体;右管上端开口,与大气相通;下管中的水银用锁定的活塞封闭,三支管用不计体积的细管相连。开始时,左管中气柱长L=8.0 cm、温度为t=7 ℃,右管水银面比左管水银面高h=2.0 cm,整个装置处于静止状态。大气压强p0=76 cmHg,且三个管足够长,左、右管中水银柱足够高,不计活塞与管壁间摩擦,取T=t+273 K。
(1)求左管气体温度升至多少摄氏度时,右管水银面比左管水银面高6 cm;(保留两位有效数字)
(2)保持(1)问中的温度不变,解除锁定,缓慢向下移动活塞,直到两侧水银面的高度差为10.0 cm。求活塞向下移动的距离。(保留三位有效数字)
17.(13分)活塞把导热性能良好的密闭圆柱形气缸分成左、右两个气室,活塞的横截面积和圆柱形气缸的横截面积相等,均为0.1 m2,处在恒温环境下。每个气室各与U形管压强计的一臂相连,压强计的两臂横截面积处处相同。U形管内盛有密度为ρ=7.5×103kg/m3的液体。开始时左、右两气室的体积都为V0=1.2×10-2 m3,气压都为p0=4.0×103 Pa,且U形管中液体的液面处在同一高度,如图所示。现用水平推力F缓慢向左推动活塞,直到左、右气室的体积之比V左∶V右=1∶2,不计U形管和连接管道中气体的体积。不计活塞与气缸之间的摩擦。该状态下,求:
(1)液体在U形管中的高度差;
(2)水平推力F的大小。
18.(13分)如图所示的装置可以用来测量水的深度。该装置由左端开口的气缸M和密闭的气缸N组成,两气缸由一细管(容积可忽略)连通,两气缸均由导热材料制成,内径相同。气缸M长为3L,气缸N长为L,薄活塞A、B密闭性良好且可以无摩擦滑动。初始时两气缸处于温度为T1=300 K的空气中,气缸M、N中分别封闭压强为p0、2p0的理想气体,活塞A、B均位于气缸的最左端。将该装置放入水中,测得所在处的温度为T2=360 K,且活塞B向右移动了12L。已知大气压强为p0,相当于10 m水柱产生的压强。求:
(1)装置所在处水的深度;
(2)活塞A向右移动的距离。
期中学业水平检测
1.B 化石能源不是清洁能源,水能是可再生能源,故A错误;根据热力学第二定律可知,不同形式的能量之间可以相互转化,能量在转化和转移过程中有方向性,故B正确;能量既不会凭空消失,也不会凭空产生,它只能从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到其他物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变,故C、D错误。故选B。
2.A 甲图中估测油酸分子直径时,可把油酸分子简化为球形处理,选项A正确;布朗运动中的颗粒运动是无规则的,在乙图中,显微镜下看到的三颗微粒运动位置的连线不是它们做布朗运动的轨迹,选项B错误;热针尖接触涂有蜂蜡的云母片背面,蜂蜡熔化区域的形状如图丙,说明云母片具有各向异性,选项C错误;丁图中分子间距离为r0时,分子间作用力F最小,分子势能最小,选项D错误。
3.A 对于固体物质,每个分子的体积V0等于摩尔体积V除以阿伏伽德罗常数NA,有NA=VV0,故A正确。当r
5.C 可把气缸内的气体看成理想气体,当活塞压缩气体时,气体温度要发生变化,根据pVT=C可知,只有当气体的温度不变时,气体的压强才与体积成反比,故A错误;气体膨胀时,气体压强要发生变化,根据pVT=C可知,只有当气体的压强不变时,气体的体积才与热力学温度成正比,故B错误;发动机工作时,气体从外界吸收热量,温度升高,内能增加,且气体同时对外做功,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,可知吸收的热量大于对外做的功,故C正确;根据热力学第二定律可知,气体不可能从单一热源吸热并全部用来对外做功而不引起其他变化,故D错误。故选C。
6.C 医护人员通过注射器将药液从密封药瓶中缓缓抽出,可认为气体的温度T不变,故气体的内能E几乎不变,根据玻意耳定律pV=C可知,药液被抽出,气体的体积变大,则气体的压强变小,故单位时间、单位面积上瓶壁受到的平均撞击力F明显减小,C正确,A、B、D错误。
7.A 设水全部排出后筒内气体的压强为p1,此时筒内气体的体积为V0,这些气体压强为p0时的体积为V1,由玻意耳定律有p1V0=p0V1,其中p1=p0+ρg(H+h)≈9.2×105 Pa,设需压入压强为p0的气体体积为ΔV,则有ΔV=V1-V0,压入气体的质量与筒内原气体质量的比为k=Δmm0=ΔVV0=8.2,故选A。
8.C 过程①气体压强与热力学温度成正比,则气体发生等容变化,气体体积不变,外界对气体不做功,气体温度升高,内能增大,由热力学第一定律ΔU=Q+W可知,气体吸收热量,在状态A时单位时间单位面积上分子碰撞器壁的次数比在状态C时少,故A、D错误;AB过程气体压强不变,温度升高,由盖—吕萨克定律可知其体积增大,气体对外界做功,气体温度升高,内能增大,由热力学第一定律ΔU=Q+W可知,气体要吸收热量,且气体对外界所做的功小于气体所吸收的热量,BC过程气体发生等温变化,气体内能不变,压强增大,由玻意耳定律可知,体积减小,外界对气体做功,由热力学第一定律ΔU=Q+W可知,气体放热,且外界对气体所做的功等于气体所放出的热量,则过程②气体先吸收热量后放出热量,故B错误;过程①气体所吸收的热量为Q1=ΔU,过程AB气体所吸收的热量为Q2=ΔU+W,所以气体在过程①吸收的热量小于过程AB吸收的热量,故C正确。
9.ABD 浸润液体在毛细管附着层内液体的分子数密度较大,液体分子间距较小(小于r0),分子间相互作用力表现为斥力,即产生表面张力,液面呈现扩展的趋势,即在毛细管内上升,A正确;液晶在外加电场的影响下排列变得有秩序,液晶的旋光性消失,选项B正确;表面张力产生在液体表面层,它的方向跟液面相切,使液面收缩,故C错误;多晶体和非晶体都具有各向同性,无法通过是否具有各向异性来区别多晶体和非晶体,选项D正确。故选A、B、D。
10.ABD 拉断一根绳子需要一定大小的力,说明分子间存在相互作用力,故A正确;利用分子的扩散可以在高温条件下向纯净的半导体材料中掺入其他元素,故B正确;由热力学第二定律可知,热量不可能自发地从低温物体传向高温物体,故C错误;绝热气缸中左侧气体在隔板抽去后会自发地膨胀到右侧,故D正确。故选A、B、D。
11.BC 将气缸旋转180°的过程中,活塞对缸内气体做功,温度不变,则气体放出热量,故A错误,B正确;设图甲中缸内气体压强为p1,图乙中缸内气体压强为p2,由玻意耳定律可得p1S·53h=p2S·23h,设活塞质量为m,由平衡条件可得p1S+mg=p0S,p2S-mg=p0S,联立解得m=3p0S7g,故C正确,D错误。故选B、C。
12.ACD 从状态d到状态c,温度不变,气体内能不变,故A正确;根据理想气体状态方程pVT=C可得p=CVT,可知p-T图线斜率表示CV,故斜率越小,体积越大,由题图可知状态c的体积大于状态b的体积,故从状态c到状态b,气体体积减小,气体对外界做负功,故B错误;从状态a到状态d,压强不变,温度升高,为等压变化,由VT=C知气体体积变大,气体对外界做正功,故C正确;从状态b到状态a,压强与温度成正比,是等容变化,气体不对外界做功,外界也不对气体做功,故D正确。故选A、C、D。
13.答案 (1)防止漏气(1分) (2)C(1分) (3)1V(2分) b(1分) 漏气(1分)
解析 (1)实验操作中,活塞上均匀涂抹润滑油,主要目的是防止漏气。
(2)为了保持封闭气体的温度恒定,可行的措施为缓慢推动活塞,这样能使注射器中气体温度始终与环境温度一致,C正确。
(3)由理想气体状态方程可得p=CT·1V,为直观反映压强与体积之间的关系,若以p为纵坐标,则应以1V为横坐标,在坐标系中描点作图;压缩气体的过程V减小,1V增大,由于p与V的乘积减小,故压强增大得越来越慢,图线应为图乙中的b,造成该现象的原因可能是漏气。
14.答案 (1)BD(2分) (2)B(2分) (3)1.16×10-2(2分) 6×10-10(2分)
解析 (1)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中的理想化假设是:①油膜是呈单分子层分布的;②把油酸分子看成球形;③分子之间空隙不计,故B、D正确,A、C错误。
(2)由于油酸不溶于水,无论是否有酒精,油酸和痱子粉之间都可形成清晰的边界轮廓,故A错误;用酒精将油酸稀释制成油酸酒精溶液,可以减少滴到水面上油酸的量,更容易测量油膜的面积,并且当油酸酒精溶液滴到水面上时,酒精迅速溶于水,很容易形成单层分子油膜,因此酒精起到稀释作用,故B正确;一滴油酸的体积和一滴溶液的体积测量方法相同,故C错误;油酸和油酸酒精溶液基本上都是无色的,故D错误。(3)每个正方形小方格的面积为S1=1cm2,轮廓内面积超过正方形小方格面积一半的小方格的个数为116,则油膜的面积约为S=116S1=116 cm2=1.16×10-2 m2,每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V0=7×10-6 mL,把油酸分子看成球形,且不考虑分子间的空隙,则分子的直径为d=V0S=7×10−6×10−61.16×10−2 m≈6×10-10 m。
15.答案 (1)40 (2)12 J
解析 (1)设未向洒水壶中打气时为状态1:p1=p0,V1=V5;向洒水壶中打n次气后为状态2:p2,V2=V5;当水刚好全部喷洒完毕时为状态3:
p3=p0,V3=V(1分)
气体由状态1到状态2,根据质量关系,有
p1V1+np0ΔV=p2V2(2分)
气体由状态2到状态3做等温变化,由玻意耳定律,有
p2V2=p3V3(2分)
联立解得n=40(1分)
(2)喷洒过程中由于环境温度不变,气体内能不变,根据热力学第一定律,有ΔU=Q+W(2分)
解得W=-Q=-12 J(1分)
则洒水壶中空气对外做功12 J。(1分)
16.答案 (1)95 ℃ (2)10.4 cm
解析 (1)对左管气体分析,初始气压p1=p0+2 cmHg=78 cmHg
末态气压p2=p0+6 cmHg=82 cmHg
末态气柱长L2=L+6−22 cm=10 cm
根据理想气体状态方程,p1LST1=p2L2ST2(2分)
代入数值,解得T2≈368 K,则t2=T2-273 ℃=95 ℃(2分)
(2)保持温度不变,缓慢向下移动活塞,左管气体做等温变化,根据玻意耳定律有p2V2=p3V3(2分)
其中p3=p0-10 cmHg=66 cmHg
计算得L3≈12.4 cm(2分)
活塞向下移动的距离x=10+6+2×2.42 cm=10.4 cm(2分)
17.答案 (1)0.04 m (2)300 N
解析 (1)设用水平推力F缓慢向左推动活塞后左气室体积为V,因左、右气室的体积之比V左∶V右=1∶2,则有
V+2V=2V0(1分)
解得V=23V0(1分)
因处在恒温环境下,则对左气室的气体,由玻意耳定律有p左V=p0V0(2分)
对右气室的气体,由玻意耳定律有p右×2V=p0V0(2分)
解得p左=32p0,p右=34p0
设U形管中左右两侧液面的高度差为h,则有
p左-p右=32p0-34p0=34p0=ρgh(2分)
代入数据得h=0.04 m(1分)
(2)对活塞分析,根据平衡条件有p左S=p右S+F(2分)
解得F=p左S-p右S=(32p0-34p0)S=34p0S=300 N(2分)
18.答案 (1)38 m (2)114L
解析 (1)设气缸的横截面积为S,气缸N中气体初状态:pN1=2p0,T1=300 K,VN1=LS
末状态:pN2,T2=360 K,VN2=12LS
根据理想气体状态方程有pN1VN1T1=pN2VN2T2(2分)
解得pN2=245p0
放入水中后气缸M中的气体压强与气缸N中的气体压强相等,即
pM2=pN2(1分)
在此处水产生的压强为p水=pM2-p0(1分)
解得p水=3.8p0(1分)
10 m高的水柱产生的压强为p0,所以此处水深h=38 m(2分)
(2)装置放在水中后,设活塞A向右侧移动的距离为x,气缸M中气体初状态:pM1=p0,T1=300 K,
VM1=3LS
气缸M中气体末状态:pM2=pN2, T2=360 K,VM2=3L+12L−xS(2分)
根据理想气体状态方程有pM1VM1T1=pM2VM2T2(2分)
解得x=114L(2分)
1.B
2.A
3.A
4.D
5.C
6.C
7.A
8.C
9.ABD
10.ABC
11.BC
12.ACD
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