【物理】2020届二轮复习选修3-3作业

【物理】2020届二轮复习选修3-3作业

2020 届二轮复习 选修 3-3 作业 1．(2019·江苏卷)(1)在没有外界影响的情况下，密闭容器内的理 想气体静置足够长时间后，该气体________． A．分子的无规则运动停息下来 B．每个分子的速度大小均相等 C．分子的平均动能保持不变 D．分子的密集程度保持不变 (2)由于水的表面张力，荷叶上的小水滴总是球形的．在小水滴 表面层中，水分子之间的相互作用总体上表现为________(选填“引 力”或“斥力”)．分子势能 Ep 和分子间距离 r 的关系图象如题图所 示，能总体上反映小水滴表面层中水分子 Ep 的是图中________(选填 “A”“B”或“C”)的位置． (3)如题图所示，一定质量理想气体经历 A→B 的等压过程，B→ C 的绝热过程(气体与外界无热量交换)，其中 B→C 过程中内能减少 900 J．求 A→B→C 过程中气体对外界做的总功． 解析：(1)在没有外界影响的情况下，分子的无规则运动永不停 息，分子的速率分布呈中间多两头少，不可能每个分子的速度大小均 相等，选项 A、B 错误；根据温度是分子平均动能的标志可知，只要 温度不变，分子的平均动能就保持不变，由于体积不变，所以分子的 密集程度保持不变，选项 C、D 正确． (2)在小水滴表面层中，分子之间的距离较大，水分子之间的作 用力表现为引力．由于平衡位置对应的分子势能最小，在小水滴表面 层中，分子之间的距离较大，所以能够总体上反映小水滴表面层中水 分子势能 Ep 的是图中 C 位置． (3)A→B 过程 W1＝－p(VB－VA)， B→C 过程，根据热力学第一定律 W2＝ΔU， 则对外界做的总功 W＝－(W1＋W2)， 代入数据得 W＝1 500 J. 答案：(1)CD (2)引力 C (3)见解析 2．(2019·新乡模拟)(1)下列说法正确的是________． A．饱和汽压随温度的升高而减小 B．若一定质量的理想气体等压膨胀，则气体一定吸热 C．0 ℃冰的分子平均动能小于 0 ℃水的分子平均动能 D．在水中的花粉小颗粒做布朗运动，水的温度越高，布朗运动 越剧烈 E．当两个分子间的作用力表现为斥力时，分子间的距离越小， 分子间的作用力一定越大 (2)如图所示，一定质量的理想气体从状态 A 变化到状态 B，再 变化到状态 C，其状态变化过程的 p-V 图象如图所示．已知该气体在 状态 B 时的热力学温度 TB＝300 K，求： ①该气体在状态 A 时的热力学温度 TA 和状态 C 时的热力学温度 TC； ②该气体从状态 A 到状态 C 的过程中，气体内能的变化量ΔU 以及该过程中气体从外界吸收的热量 Q. 解析：(1)对于同一种液体，饱和汽压随温度升高而增大，故 A 错误；一定质量的理想气体等压膨胀，则压强不变，体积增大，根据 理想气体状态方程可知，温度升高，内能增加，气体对外做功，一定 吸热，故 B 正确；温度是分子平均动能的标志，0 ℃的冰和水分子 平均动能相等，故 C 错误；布朗运动随着水温的升高，运动越剧烈， 故 D 正确；分子力表现为斥力时，间距减小，分子间作用力变大， 故 E 正确． (2)①气体从状态 A 到状态 B 过程做等容变化，有 pA TA ＝pB TB ， 解得 TA＝900 K， 气体从状态 B 到状态 C 过程做等压变化，有 VB TB ＝VC TC 解得 TC＝900 K； ②因为状态 A 和状态 C 温度相等，且气体的内能是所有分子的 动能之和，温度是分子平均动能的标志，所以在该过程中：ΔU＝0. 气体从状态 A 到状态 B 过程体积不变，气体从状态 B 到状态 C 过程 对外做功，故气体从状态 A 到状态 C 的过程中，外界对气体所做的 功为 W＝－pΔV＝－200 J， 由热力学第一定律有ΔU＝Q＋W， 解得 Q＝200 J. 答案：(1)BDE (2)①TA＝900 K TC＝900 K ②ΔU＝0 Q＝200 J 3．(2019·贵阳模拟)(1)下列关于固体、液体和气体的说法正确的 是( ) A．固体中的分子是静止的，液体、气体中的分子是运动的 B．液体表面层中分子间的相互作用力表现为引力 C．固体、液体和气体中都会有扩散现象发生 D．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零 E．某些固体在熔化过程中，虽然吸收热量但温度却保持不变 (2)如图，一上端开口、下端封闭的足够长的细玻璃管竖直放置， 管中用一段长 H＝25 cm 的水银柱封闭一段长 L＝20 cm 的空气，大 气压强 p0＝75 cmHg，开始时封闭气体的温度为 27 ℃.现将玻璃管在 竖直平面内 ①缓慢转动半周至开口向下，求此时封闭空气的长度； ②缓慢转动至水平后，再将封装气体温度升高到 37 ℃，求此时 封闭空气的长度． 解析：(1)无论固体、液体和气体，分子都是永不停息的做无规 则运动，故 A 错误；当分子间距离为 r0 时，分子引力和斥力相等， 液体表面层的分子比较稀疏，分子间距大于 r0，所以分子间作用力表 现为引力，故 B 正确；扩散现象与物体的状态无关，故固体、液体 和气体都会有扩散现象发生；在完全失重的情况下，分子运动不停息， 气体对容器壁的压强不为零，封闭气体压强与重力无关，故 D 错误； 绝热条件下压缩气体，根据热力学第一定律可知ΔU＝W＋Q＞0，即 内能增加，故 E 正确． (2)①初状态气体压强 p1＝100 cmHg，末状态 p2＝50 cmHg，设 封闭气体长度设为 L2，等温变化过程由气体实验定律 p1LS＝p2L2S， 可知 L2＝40 cm； ②初状态气体压强 p1＝100 cmHg，末状态 p3＝75 cmHg，设封 闭气体长度设为 L3，初始状态温度 T1＝300 K，末状态温度 T3＝310 K， 由气体实验定律，p1LS T1 ＝p3L3S T3 ， 可知 L3＝27.6 cm. 答案：(1)BCE (2)①40 cm ②27.6 cm 4．(2019·全国卷Ⅲ)(1)用油膜法估算分子大小的实验中，首先需 将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是_________ _____________________________________________________. 实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体 积，可以___________________________________________________ _____________________________________________________. 为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是_______________ _____________________________________________________. (2)如图，一粗细均匀的细管开口向上竖直放置，管内有一段高 度为 2.0 cm 的水银柱，水银柱下密封了一定量的理想气体，水银柱 上表面到管口的距离为 2.0 cm.若将细管倒置，水银柱下表面恰好位 于管口处，且无水银滴落，管内气体温度与环境温度相同．已知大气 压强为 76 cmHg，环境温度为 296 K. (ⅰ)求细管的长度； (ⅱ)若在倒置前，缓慢加热管内被密封的气体，直到水银柱的上 表面恰好与管口平齐为止．求此时密封气体的温度． 解析：(1)油膜法测量分子大小需要形成单分子油膜，故而需要 减少油酸浓度；一滴油酸的体积非常微小不易准确测量，故而使用累 积法，测出 N 滴油酸溶液的体积 V，用 V 与 N 的比值计算一滴油酸 的体积；由于形成单分子油膜，油膜的厚度 h 可以认为是分子直径， 故而还需要测量出油膜的面积 S，以计算厚度 h＝V S. (2)(ⅰ)设细管的长度为 L，横截面的面积为 S，水银柱高度为 h； 初始时，设水银柱上表面到管口的距离为 h1，被密封气体的体积为 V， 压强为 p；细管倒置时，气体体积为 V1，压强为 p1.由玻意耳定律有 pV＝p1V1，① 由力的平衡条件 p＝p0＋ρgh，② p1＝p0－ρgh，③ 式中，ρ、g 分别为水银的密度和重力加速度的大小，p0 为大气 压强．由题意有 V＝S(L－h1－h)，④ V1＝S(L－h)，⑤ 由①②③④⑤式和题给条件得 L＝41 cm；⑥ (ⅱ)设气体被加热前后的温度分别为 T0 和 T，由盖－吕萨克定律 有V T0 ＝V1 T ，⑦ 由④⑤⑥⑦式和题给数据得 T＝312 K．⑧ 答案：(1)使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜 把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测出 1 mL 油酸酒精溶液 的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积 油膜稳定后的表面积 S. (2)见解析 5．(2019·全国卷Ⅱ)(1)如 p-V 图所示，1、2、3 三个点代表某容 器中一定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是 T1、T2、 T3.用 N1、N2、N3 分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击 容 器壁 上 单 位面 积 的次 数 ，则 N1________N2 ， T1________T3 ， N2________N3(选填“大于”“小于”或“等于”)． (2)如图，一容器由横截面积分别为 2S 和 S 的两个汽缸连通而成， 容器平放在地面上，汽缸内壁光滑．整个容器被通过刚性杆连接的两 活塞分隔成三部分，分别充有氢气、空气和氮气．平衡时，氮气的压 强和体积分别为 p0 和 V0，氢气的体积为 2V0，空气的压强为 p.现缓 慢地将中部的空气全部抽出，抽气过程中氢气和氮气的温度保持不 变，活塞没有到达两汽缸的连接处，求： (ⅰ)抽气前氢气的压强； (ⅱ)抽气后氢气的压强和体积． 解析：(1)从状态 1 到状态 3，由理想气体状态方程知2p1V1 T1 ＝p12V1 T3 知 T1＝T3；从状态 1 到状态 2，体积不变，分子密集程度相等，由理 想气体状态方程知2p1 T1 ＝p1 T2 知 T1＝2T2，温度高则碰撞次数多，故 N1>N2；从状态 2 到状态 3，温度升高，分子平均动能增大，但压强 不变，则碰撞次数减少，故 N2＞N3. (2)(ⅰ)设抽气前氢气的压强为 p10，根据力的平衡条件得 (p10－p)·2S＝(p0－p)·S，① 得 p10＝1 2(p0＋p)；② (ⅱ)设抽气后氢气的压强和体积分别为 p1 和 V1，氦气的压强和 体积分别为 p2 和 V2，根据力的平衡条件有 p2·S＝p1·2S，③ 由玻意耳定律得 p1V1＝p10·2V0，④ p2V2＝p0·V0，⑤ 由于两活塞用刚性杆连接，故 V1－2V0＝2(V0－V2)，⑥ 联立②③④⑤⑥式解得 p1＝1 2p0＋1 4p，⑦ V1＝4（p0＋p）V0 2p0＋p .⑧ 答案：(1)大于 等于 大于 (2)见解析 6．(2018·全国卷Ⅲ)(1)如图所示，一定量的理想气体从状态 a 变 化到状态 b，其过程如 p-V 图中从 a 到 b 的直线所示．在此过程中 ________． A．气体温度一直降低 B．气体内能一直增加 C．气体一直对外做功 D．气体一直从外界吸热 E．气体吸收的热量一直全部用于对外做功 (2)在两端封闭、粗细均匀的 U 形细玻璃管内有一段水银柱，水 银柱的两端各封闭有一段空气．当 U 形管两端竖直朝上时，左、右 两边空气柱的长度分别为 l1＝18.0 cm 和 l2＝12.0 cm，左边气柱的压 强为 12.0 cmHg.现将 U 形管缓慢平放在水平桌面上，没有气体从管 的一边通过水银逸入另一边．求 U 形管平放时两边空气柱的长度．在 整个过程中，气体温度不变． 解析：(1) 一定质量的理想气体从 a 到 b 的过程，体积增大，对 外做功；压强增大，由理想气体状态方程pV T ＝C 可知，温度一直升 高，内能一直增加；根据热力学第一定律，可知气体一直从外界吸热， 气体吸收的热量一部分增加内能，一部分对外做功，选项 A、E 错误， B、C、D 正确． (2)设 U 形管两端竖直朝上时，左、右两边气体的压强分别为 p1 和 p2.U 形管水平放置时，两边气体压强相等，设为 p，此时原左、右 两边气体长度分别变为 l1′和 l2′. 由力的平衡条件有 p1＝p2＋ρg(l1－l2)，① 式中ρ为水银密度，g 为重力加速度． 由玻意耳定律有 p1l1＝pl1′，② p2l2＝pl2′，③ l1′－l1＝l2－l2′，④ 由①②③④式和题给条件得 l1′＝22.5 cm，⑤ l2′＝7.5 cm.⑥ 答案：(1)BCD (2)22.5 cm 7.5 cm