2020-2021年高三物理单元同步提升训练：选修3-3

2020-2021年高三物理单元同步提升训练：选修3-3

2020-2021 年高三物理单元同步提升训练：选修 3-3 一、单选题（每题 3 分，共计 12 分） 1.（2020 年北京卷）分子力 F 随分子间距离 r 的变化如图所示。将两分子从相距 2rr 处释放，仅考虑这 两个分于间的作用，下列说法正确的是（ ） A. 从 到 0rr 分子间引力、斥力都在减小 B. 从 到 1rr 分子力的大小先减小后增大 C. 从 到 分子势能先减小后增大 D. 从 到 分子动能先增大后减小 【答案】D 【解析】 【详解】A．从 到 分子间引力、斥力都在增加，但斥力增加得更快，故 A 错误； B．由图可知，在 时分子力为零，故从 到 分子力的大小先增大后减小再增大，故 B 错误； C．分子势能在 时分子势能最小，故从 到 分子势能一直减小，故 C 错误； D．从 到 分子势能先减小后增大，故分子动能先增大后减小，故 D 正确。 故选 D。 2.（2020 年天津卷） 水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入 气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门 M 打开，水即从枪口喷出。若在不断喷出的过程中， 罐内气体温度始终保持不变，则气体（ ） A. 压强变大 B. 对外界做功 C. 对外界放热 D. 分子平均动能变大 【答案】B 【解析】 【详解】A．随着水向外喷出，气体的体积增大，由于温度不变，根据 pV  恒量 可知气体压强减小，A 错误； BC．由于气体体积膨胀，对外界做功，根据热力学第一定律 U W Q   气体温度不变，内能不变，一定从外界吸收热量，B 正确，C 错误； D．温度是分子平均动能的标志，由于温度不变，分子的平均动能不变，D 错误。 故选 B 3.（2020 年北京卷）如图所示，一定量的理想气体从状态 A 开始，经历两个过程，先后到达状态 B 和 C。 有关 A、B 和 C 三个状态温度 ABTT、 和 CT 的关系，正确的是（ ） A. A B B CT T T T， B. A B B CT T T T， C. A C B CT T T T， D. A C B CT T T T， 【答案】C 【解析】 【详解】由图可知状态 A 到状态 B 是一个等压过程，根据 AB AB VV TT 因为 VB>VA，故 TB>TA；而状态 B 到状态 C 是一个等容过程，有 CB BC pp TT 因为 pB>pC，故 TB>TC；对状态 A 和 C 有 0000 332255 AC pVpV TT 创 = 可得 TA=TC；综上分析可知 C 正确，ABD 错误； 故选 C。 3．（2020 年山东卷）一定质量的理想气体从状态 a 开始，经 a→b、b→c、c→a 三个过程后回到初始状态 a， 其 p-V 图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为 a（V0， 2p0）、 b（2V0，p0）、 c（3V0，2p0） 以下判断 正确的是（ ） A. 气体在 a→b 过程中对外界做的功小于在 b→c 过程中对外界做的功 B. 气体在 a→b 过程中从外界吸收的热量大于在 b→c 过程中从外界吸收的热量 C. 在 c→a 过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量 D. 气体在 c→a 过程中内能的减少量大于 b→c 过程中内能的增加量 【答案】C 【解析】 【详解】A．根据气体做功的表达式W Fx pSx p V    可知 pV 图线和体积横轴围成的面积即为做 功大小，所以气体在 ab 过程中对外界做的功等于bc 过程中对外界做的功，A 错误； B．气体从 ab ，满足玻意尔定律 p V C ，所以 abTT 所以 0abU，根据热力学第一定律 U Q W   可知 0 ababQW 气体从 bc ，温度升高，所以 0bcU，根据热力学第一定律可知 bcbcbcU Q W   结合 A 选项可知 0abbcWW 所以 b c a bQQ 过程气体吸收的热量大于 过程吸收的热量，B 错误； C．气体从 ca ，温度降低，所以 0caU，气体体积减小，外界对气体做功，所以 0caW  ，根据热 力学第一定律可知 caQ ，放出热量，C 正确； D．理想气体的内能只与温度有关，根据 可知从 cabcTT 所以气体从 过程中内能的减少量等于 过程中内能的增加量，D 错误。 故选 C。 二、多选题（每题 5 分，共计 30 分） 5.（2020 年江苏卷）玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史，它是一种非晶体。下列关于玻 璃的说法正确的有（ ） A. 没有固定的熔点 B. 天然具有规则的几何形状 C. 沿不同方向的导热性能相同 D. 分子在空间上周期性排列 【答案】AC 【解析】 【详解】根据非晶体的特点可知非晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列 的固体。它没有一定规则的外形。它的物理性质在各个方向上是相同的，叫“各向同性”。它没有固定的 熔点。 故选 AC。 6.（2020 年全国 III 卷）如图，一开口向上的导热气缸内。用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与气缸 壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上。使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活 塞下降过程中（ ） A. 气体体积逐渐减小，内能增知 B. 气体压强逐渐增大，内能不变 C. 气体压强逐渐增大，放出热量 D. 外界对气体做功，气体内能不变 E. 外界对气体做功，气体吸收热量 【答案】BCD 【解析】 【详解】A．理想气体的内能与温度之间唯一决定，温度保持不变，所以内能不变，A 错误； BCED．由理想气体状态方程 pV CT  ，可知体积减少，温度不变，所以压强增大。因为温度不变，内能不 变，体积减少，外界对系统做功，由热力学第一定律 UWQ 可知，系统放热，BCD 正确，E 错误； 故选 BCD。 7.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 【答案】ABE 【解析】气体分子在空间可自由移动,因此气体体积应是气体分子所能到达的空间,A 项正确;分子热运动的剧 烈程度与温度有关,温度越高,分子运动越剧烈,B 项正确;气体压强的大小等于气体作用在器壁单位面积上的 压力,与失重、超重无关,C 项错误;气体吸收热量的同时可对外做功,内能不一定增加,D 项错误;气体等压膨胀, 由 = 可知温度一定升高,E 项正确。 8.下列说法正确的是( )。 A.空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果 B.悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动 C.高原地区水的沸点较低,这是高原地区温度较低的缘故 D.彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点 E.干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度,这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果 【答案】ADE 【解析】空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果,故 A 项正确;悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了 液体分子的无规则运动,故 B 项错误;高原地区水的沸点较低,这是高原地区气压较低的缘故,故 C 项错误;彩色 液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点,故 D 项正确;干湿泡湿度计的湿泡下端包有湿纱布, 湿纱布上的水分要蒸发,蒸发是一种汽化现象,汽化要吸热,所以干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显 示的温度,E 项正确。 9.对一定质量的气体,通过一定的方法得到了分子数目 f 与速率 v 的两条关系图线,如图甲所示,下列说法正确 的是( )。 甲 A.曲线Ⅱ对应的气体温度较高 B.曲线Ⅱ对应的气体分子平均速率较大 C.曲线Ⅱ对应的气体分子平均速率较小 D.曲线Ⅱ对应的图线与横坐标轴所围面积较大 E.曲线Ⅱ对应的气体个别分子的速率有可能比曲线Ⅰ对应的气体部分分子的速率小 【答案】ABE 【解析】由图知气体在状态Ⅰ时分子平均速率较小,则知气体在状态Ⅰ时温度较低,故 A、B 两项正确,C 项错 误。在两种不同情况下各速率区间的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系图线与横轴所围面积 应相等,故 D 项错误。温度升高时,分子平均速率增大,但不是每个分子的速率都增大,有可能个别分子速率比 温度低时的速率小,故 E 项正确。 10.下列说法正确的是( )。 A.相距很远的两分子在分子力作用下,由静止开始相互接近,分子势能先增大后减小 B.气体的温度不变,某个分子的动能可能改变 C.对于一定量的理想气体,如果体积不变,压强减小,那么它的内能一定减小 D.若液体对某种固体是浸润的,当液体装在由这种固体物质做成的细管中时,附着层分子密度大于液体内分 子的密度,附着层分子的作用力表现为引力 E.在一定温度下,饱和汽的分子数密度一定,饱和汽的压强也是一定的 【答案】BCE 【解析】相距很远的两分子在分子力作用下,由静止开始相互接近,分子力先做正功后做负功,分子势能先减小 后增加,A 项错误;气体的温度不变,某个分子的动能可能改变,但分子的平均动能不变,B 项正确;对于一定量的 理想气体,如果体积不变,压强减小,温度必减小,而理想气体的内能是由温度决定的,那么它的内能一定减小,C 项正确;浸润现象中容器壁固体分子对附着层的液体分子间的引力更强,造成附着层内分子的分布比液体内 部更密,这样就会使附着层内分子间表现为斥力,使液体跟固体接触的面积有扩大的趋势,所以液面中部位置 较低,成为凹液面,D 项错误;在一定温度下,饱和汽的分子数密度一定,饱和汽的压强也是一定的,这就是饱和汽 压,E 项正确。 三、填空题（每题 6 分，共计 24 分） 11.（2020 年全国 I 卷）分子间作用力 F 与分子间距 r 的关系如图所示，r= r1 时，F=0。分子间势能由 r 决 定，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一分子固定于原点 O，另一分子从距 O 点很远处向 O 点运动，在两分子间距减小到 r2 的过程中，势能_____（填“减小“不变”或“增大”）；在间距由 r2 减小 到 r1 的过程中，势能_____ （填“减小”“不变”或“增大”）；在间距等于 r1 处，势能_____（填“大于”“等 于”或“小于”）零。 【答案】 (1). 减小 (2). 减小 (3). 小于 【解析】 【详解】[1]从距 O 点很远处向 点运动，两分子间距减小到 2r 的过程中，分子间体现引力，引力做正功， 分子势能减小； [2]在 21rr 的过程中，分子间仍然体现引力，引力做正功，分子势能减小； [3]在间距等于 1r 之前，分子势能一直减小，取无穷远处分子间势能为零，则在 处分子势能小于零。 12.（2020 年全国 II 卷）下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有_______，不违背热力学第 一定律、但违背热力学第二定律的有_______。（填正确答案标号） A. 汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热 B. 冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低 C. 某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响 D. 冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内 【答案】 (1). B (2). C 【解析】 【详解】 A．燃烧汽油产生的内能一方面向机械能转化，同时热传递向空气转移。既不违背热力学第一定律，也不 违背热力学第二定律； B．冷水倒入保温杯后，没有对外做功，同时也没有热传递，内能不可能减少，故违背热力学第一定律； C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，必然产生其他影响故违背热力学第二定律 ； D．制冷机消耗电能工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，发生了内能的转移，同时 对外界产生了影响。既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律。 13. （2020 年江苏卷）一瓶酒精用了一些后，把瓶盖拧紧，不久瓶内液面上方形成了酒精的饱和汽，此时 _____（选填“有”或“没有”）酒精分子从液面飞出。当温度升高时，瓶中酒精饱和汽的密度_____（选 填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】 (1). 有 (2). 增大 【解析】 【详解】[1]形成饱和气后，酒精还是会蒸发，只是液体里跑到气体中的分子和气体中的分子跑到液体里的 速度一样快，整体来看是不变的。即此时仍然会有酒精分子从液面飞出； [2]温度升高使气体分子的动能增大，离开液体表面的气体分子更多，饱和汽密度增大。 14.（19 年全国 2 卷）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，T3，N2______N3。（填“大于”“小于”或“等于”） 【答案】 (1). 大于 (2). 等于 (3). 大于 【解析】 【详解】（1）1、2 等体积，2、3 等压强 由 pV=nRT 得： 11 1 pV T = 22 2 pV T ，V1=V2，故 1 1 p T = 2 2 p T ，可得：T1=2T2，即 T1>T2，由于分子密度相同，温度高， 碰撞次数多，故 N1>N2； 由于 p1V1= p3V3；故 T1=T3； 则 T3>T2，又 p2=p3，2 状态分析密度大，分析运动缓慢，单个分子平均作用力小，3 状态分子密度小，分子 运动剧烈，单个分子平均作用力大。故 3 状态碰撞容器壁分子较少，即 N2>N3； 三、计算题（15 题 10 分，16、17 题各 12 分，共计 34 分） 15. （2020 年全国 I 卷）甲、乙两个储气罐储存有同种气体（可视为理想气体）。甲罐的容积为 V，罐中气 体的压强为 p；乙罐的容积为 2V，罐中气体的压强为 1 2 p 。现通过连接两罐的细管把甲罐中的部分气体调 配到乙罐中去，两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变，调配后两罐中气体的压强相等。求调配后： （i）两罐中气体的压强； （ii）甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比。 【答案】（i） 2 3 p ；（ ii） 2 3 【解析】 【详解】（i）气体发生等温变化，对甲乙中 的 气体，可认为甲中原气体有体积 V 变成 3V，乙中原气体体积 有 2V 变成 3V，则根据玻意尔定律分别有 1 3p V p V ， 2 1 232 pVpV 则 12 1 2()32pVpVppV 则甲乙中气体最终压强 12 2' 3pppp （ii）若调配后将甲气体再等温压缩到气体原来的压强为 p，则 ''pVpV 计算可得 2' 3VV 由密度定律可得，质量之比等于 '2 3 m V mV现 原 16. （2020 年全国 II 卷）潜水钟是一种水下救生设备，它是一个底部开口、上部封闭的容器，外形与钟相 似。潜水钟在水下时其内部上方空间里存有空气，以满足潜水员水下避险的需要。为计算方便，将潜水钟 简化为截面积为 S、高度为 h、开口向下的圆筒；工作母船将潜水钟由水面上方开口向下吊放至深度为 H 的 水下，如图所示。已知水的密度为 ρ，重力加速度大小为 g，大气压强为 p0，H h，忽略温度的变化和水 密度随深度的变化。 （1）求进入圆筒内水的高度 l； （2）保持 H 不变，压入空气使筒内 的 水全部排出，求压入的空气在其压强为 p0 时的体积。 【答案】（1） 0 gHlhp g H    ；（2） 0 g S H hV p  【解析】 【详解】（1）设潜水钟在水面上方时和放入水下后筒内气体的体积分别为 V0 和 V1，放入水下后筒内气体的 压强为 p1，由玻意耳定律和题给条件有 p1V1= p0V0 ① V0=hS ② V1=（h–l）S ③ p1= p0+ ρg（H–l） ④ 联立以上各式并考虑到 H h，h >l，解得 ⑤ （2）设水全部排出后筒内气体的压强为 p2；此时筒内气体的体积为 V0，这些气体在其压强为 p0 时的体积 为 V3，由玻意耳定律有 p2V0= p0V3 ⑥ 其中 p2= p0+ ρgH ⑦ 设需压入筒内的气体体积为 V，依题意 V = V3–V0 ⑧ 联立②⑥⑦⑧式得 ⑨ 17. （2020 年全国 III 卷）如图，两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为 H=18cm 的 U 型管，左管上端封 闭，右管上端开口。右管中有高 h0= 4cm 的水银柱，水银柱上表面离管口的距离 l= 12cm。管底水平段的体 积可忽略。环境温度为 T1=283K。大气压强 p0=76cmHg。 （i）现从右侧端口缓慢注入水银（与原水银柱之间无气隙），恰好使水银柱下端到达右管底部。此时水银柱 的高度为多少？ （ii）再将左管中密封气体缓慢加热，使水银柱上表面恰与右管口平齐，此时密封气体 的 温度为多少？ 【答案】（i）12.9cm；（ ii）363K 【解析】 【详解】（i）设密封气体初始体积为 V1，压强为 p1，左、右管的截面积均为 S，密封气体先经等温压缩过程 体积变为 V2，压强变为 p2。由玻意耳定律有 1122p V p V 设注入水银后水银柱高度为 h，水银的密度为 ρ，按题设条件有 10 0hpp g ， 20p p g h   102VSHlh ， 2V S H 联立以上式子并代入题中数据得 h=12 .9cm （ii）密封气体再经等压膨胀过程体积变为 V3，温度变为 T2，由盖一吕萨克定律有 23 12 VV TT 按题设条件有 3 (2 )V S H h 代入题中数据得 T2=363K