江苏高中物理3-3综合大题答案版.docx

3-3综合大题1、（12分）如图所示，一个内壁光滑的圆柱形汽缸，高度为L、底面积为S，缸内有一个质量为m的活塞，封闭了一定质量的理想气体温度为热力学温标T0时，用绳子系住汽缸底，将汽缸倒过来悬挂起来，汽缸处于竖直状态，缸内气体高为L0.已知重力加速度为g，大气压强为p0，不计活塞厚度及活塞与缸体的摩擦，求：（1）采用缓慢升温的方法使活塞与汽缸脱离，缸内气体的温度至少要升高到多少？（2）从开始升温到活塞刚要脱离汽缸，缸内气体压力对活塞做功多少（3）当活塞刚要脱离汽缸时，缸内气体的内能增加量为U，则气体在活塞下移的过程中吸收的热量为多少？2、如图所示，导热良好的薄壁气缸放在水平面上，用横截面积为S1.0102m2的光滑薄活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内，活塞杆的另一端固定在墙上此时活塞杆与墙刚好无挤压。外界大气压强p01.0105Pa。当环境温度为27时，密闭气体的体积为2.0103m3。若固定气缸在水平面上，当环境温度缓慢升高到57时，气体压强为多少？若气缸放在光滑水平面上不固定，当环境温度缓慢升高到57时，气缸移动了多少距离？保持的条件不变下，对气缸施加水平作用力，使缸内气体体积缓慢地恢复到原来数值，这时气缸受到的水平作用力多大？3、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pV图象如图所示已知该气体在状态A时的温度为27则：（1）该气体在状态B、C时的温度分别为多少？（2）该气体从状态A到状态C的过程中内能的变化量是多大？（3）该气体从状态A到状态C的过程中是吸热，还是放热？传递的热量是多少？4、如图，一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞。已知大活塞的质量为，横截面积为；小活塞的质量为，横截面积为；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为；汽缸外大气的压强为，温度为。初始时大活塞与大圆筒底部相距，两活塞间封闭气体的温度为。现汽缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移。忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦，重力加速度大小g取。求：（1）塞与大圆筒底部接触前的瞬间，缸内封闭气体的温度；（2）缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强。5、如图所示，两个绝热、光滑、不漏气的活塞A和B将气缸内的理想气体分隔成甲、乙两部分，气缸的横截面积为S = 500 cm2。开始时，甲、乙两部分气体的压强均为1 atm（标准大气压）、温度均为27 ，甲的体积为V1 = 20 L，乙的体积为V2 = 10 L。现保持甲气体温度不变而使乙气体升温到127 ，若要使活塞B仍停在原位置，则活塞A应向右推多大距离?6、如图所示，一绝热气缸倒立竖放在两水平台面上，缸内一光滑活塞密封了一定质量的理想气体。在活塞下挂有一物块，活塞与物块的总重力G=30 N，活塞的横截面积S=3.0l0-3m2。活塞静止时，缸内气体温度t1=27oC，体积V1=3.0l0-3m3，外界的大气压强恒为p0= 1.0105Pa。缸内有一个电阻丝，电阻丝的电阻值恒为R=5.0,电源电动势E=18 V、内阻r=1.0 。闭合开关20 s后，活塞缓慢下降高度h=0.10 m，求这20 s内气体内能的变化量和20 s末缸内气体的温度。7、如图所示，U形管右管内径为左管内径的倍，管内水银在左管内封闭了一段长为26cm、温度为280K的空气柱，左右两管水银面高度差为36cm，大气压为 76 cmHg。现向右管缓慢补充水银，并保持左管内气体的温度不变，当左管空气柱长度变为20cm时，左管内气体的压强为多大？在的目的达到后，停止补充水银，并给左管的气体加热，使管内气柱长度恢复到26cm，则左管内气体的温度为多少？8、如图，两个侧壁绝热、顶部和底部都导热的相同气缸直立放置，气缸底部和顶部均有细管连通，顶部的细管带有阀门K.两气缸的容积均为V0气缸中各有一个绝热活塞(质量不同，厚度可忽略)。开始时K关闭，两活塞下方和右活塞上方充有气体(可视为理想气体)，压强分别为Po和Po/3;左活塞在气缸正中间，其上方为真空; 右活塞上方气体体积为V0/4。现使气缸底与一恒温热源接触，平衡后左活塞升至气缸顶部，且与顶部刚好没有接触；然后打开K，经过一段时间，重新达到平衡。已知外界温度为T0，不计活塞与气缸壁间的摩擦。求:(i)恒温热源的温度T;(ii)重新达到平衡后左气缸中活塞上方气体的体积VX。 9、如图所示，两气缸AB粗细均匀，等高且内壁光滑，其下部由体积可忽略的细管连通；A的直径为B的2倍，A上端封闭，B上端与大气连通；两气缸除A顶部导热外，其余部分均绝热。两气缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞a、b，活塞下方充有氮气，活塞a上方充有氧气；当大气压为p0，外界和气缸内气体温度均为7且平衡时，活塞a离气缸顶的距离是气缸高度的，活塞b在气缸的正中央。（）现通过电阻丝缓慢加热氮气，当活塞b升至顶部时，求氮气的温度；（）继续缓慢加热，使活塞a上升，当活塞a上升的距离是气缸高度的时，求氧气的压强。10、如图所示，一足够高的直立气缸上端开口，用一个厚度不计的活塞封闭了一段高为90cm的气柱，活塞的横截面积为0.01m2，活塞与气缸间的摩擦不计，气缸侧壁通过一个密封接口与U形管相通，密封接口离气缸底部的高度为70cm，气缸与U形管相通处气体体积忽略不计在图示状态时气体的温度为17，U形管两支管水银面的高度差h1为6cm，右支管内水银面到管口的高度为20cm，大气压强p01.0105Pa保持不变，水银的密度13.6103kg/m3求： （1）活塞的重力；（2）现在将U形管右支管开口端用橡皮塞（厚度不计）封住，并在活塞上添加沙粒，同时对气缸内的气体缓缓加热，让活塞高度始终不变当气体温度升高到570C时，不再加沙粒，同时停止对气体加热，这时U形管两支管内水银面的高度差h2变为多少？（气缸内气体温度变化不影响U形管）（3）保持上题中的沙粒质量不变，让气缸内的气体逐渐冷却，那么当气体的温度至少降为多少oC时，U形管内的水银开始流动？11、如图所示，两个可导热的气缸竖直放置，它们的底部由一细管连通（忽略细管的容积）。两气缸各有一活塞，质量分别为和，活塞与气缸壁无摩擦。活塞的下方为理想气体，上方为真空。当气体处于平衡状态时，两活塞位于同一高度h。（已知=3m,=2m）（1）在两活塞上同时各放一质量为m的物块，求气体再次达到平衡后两活塞的高度差（假定环境的温度始终保持为）。（2）在达到上一问的终态后，环境温度由缓慢上升到T，试问在这个过程中，气体对活塞做了多少功？气体是吸收还是放出了热量？（假定在气体状态变化过程中，两物块均不会碰到气缸顶部）12、如图所示，一气缸竖直放在水平地面上，缸体质量M10kg，活塞质量m4kg，活塞横截面积S2103m2，活塞上面封闭了一定质量的理想气体，活塞下面与劲度系数k2103N/m 的竖直轻弹簧相连，气缸底部有气孔O与外界相通，大气压强p01.0105Pa.当气缸内气体温度为127时，弹簧为自然长度，此时缸内气柱长度L120cm.g取10m/s2，缸体始终竖直，活塞不漏气且与缸壁无摩擦当缸内气柱长度L224cm时，缸内气体温度为多少？缸内气体温度上升到T0以上，气体将做等压膨胀，则T0为多少？13、如图所示，内壁光滑的水平放置汽缸被两个活塞分成A、B、C三部分，两活塞间用轻杆连接，活塞厚度不计，在E、F两处设有限制装置，使左边活塞只能在E、F之间运动， E、F之间的容积为0.1V0。开始时左边活塞在E处，A部分的容积为V0，A缸内气体的压强为0.9P0（P0为大气压强），温度为297K；B部分的容积为1.1V0，B缸内气体的压强为P0，温度恒为297K，C缸内为真空。现缓慢加热A汽缸内气体，直至399.3K。求：（i）活塞刚离开E处时的温度TE；（ii）A缸内气体最后的压强P；共 12 页，第 5 页参考答案1、（1）（2）（3） 2、1.1105Pa；210-2m 100N3、（1）气体在状态B、C时的温度分别为：173和27（2）该气体从状态A到状态C的过程中内能的变化量为：0（3）该气体从状态A到状态C的过程中吸热，传递的热量是200J4、（1）；（2）5、6、873 J 57oC7、40cmHg55.58、（i）（ii）9、（）320K（）10、（1）81.6N（2）9.6cm（3）-16.3 oC11、两活塞的高度差为在此过程中气体吸收热量12、T2720 K T01012.5 K13、（i）330K （ii）【解析】1、试题分析：（1）气体等压变化（2）对活塞平衡得：（3）考点：理想气体状态方程、热力学第一定律。2、试题分析：从状态1状态2，气体发生等容变化 所以 从状态1状态3，气体发生等压变化 气缸移动的距离为 从状态3状态4，气体发生等温变化 即又因为解得或：从状态1状态4，气体发生等容变化即又因为解得 考点：气体的状态变化方程。3、试题分析：（1）状态A：tA=300K，PA=3105Pa，VA=110-3m3状态B：tB=？PB=1105Pa，VB=110-3m3状态C：tC=？PC=1105Pa，VC=310-3m3A到B过程等容变化，由等容变化规律得：，代入数据得：tB=100K=-173B到C为等压变化，由等压变化规律得：，代入数据得：tC=300K=27（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，所以在这个过程中：U=0（3）由热力学第一定律得：U=Q+W，因为U=0故：Q=-W在整个过程中，气体在B到C过程对外做功所以：W=-pV=-1105（310-3-110-3）=-200J即：Q=200J，是正值，故在这个过程中吸热考点：热力学第一定律；理想气体的状态变化方程4、试题分析：（1）大活塞与大圆筒底部接触前气体发生等压变化，气体的状态参量：，由盖吕萨克定律得：，即：，解得：；（2）大活塞与大圆筒底部接触后到气缸内气体与气缸外气体温度相等过程中气体发生等容变化，大活塞刚刚与大圆筒底部接触时，由平衡条件得：，代入数据解得：，由查理定律得：，即：，解得：；考点：理想气体的状态方程【名师点睛】本题考查了求气体的温度与压强，分析清楚气体状态变化过程、应用盖吕萨克定律与查理定律即可正确解题。5、试题分析：对气体乙，由题意知做等容变化，由查理定律得因活塞B光滑,甲乙气体压强相等，对气体甲，做等温变化，有：，由玻意耳定律得：活塞向右移动：得考点：理想气体状态方程【名师点睛】此题的关键是找到压力和压强关系，每一问都要分析清楚气体的初末状态的参量，注意单位。6、试题分析： 设缸内气体初状态的压强为p1.以活塞为研究对象，由力的平衡条件有p0S=G+p1S解得：p1=9.0104Pa在加热20 s的过程中，气体对外界做的功为：W=p1Sh=27 J电阻丝产生的热量为：Q=I2Rt=( )2Rt=900J根据热力学第一定律可得，气体内能的变化量为：U=Q-W=873 J气体等压膨胀，根据盖吕萨克定律其中T1=300 K代入数据解得：T2=330 K，即20 s末缸内气体的温度是57oC考点：本题考查物体的平衡、功、焦耳定律、热力学第一定律、气体的等压变化规律，综合性较强，属于中档题。7、试题分析：.当初管内气体压强P1=（76-36）cmHg=40cmHg，（1分）由P1L1=P2L2知管内气体长度L2=20cm时，压强；（2分）.当管内气体压强P2=52cmHg时左右两管内水银面高差h1=(76-52)cm=24cm。（1分）当左管内气柱长恢复26cm时，左管水银面将下降6cm，由于右管截面积是左管的两倍，所以右管中水银面将上升3cm，于是两管水银面高度差将变为h2=(24-6-3)cm=15cm，（2分）此时左管内气体压强变为P3=(76-15)cmHg=61cmHg。（1分）于是由得，此时气体温度，即55.5。（2分）考点：考查了理想气体状态方程的应用8、试题分析：（i）与恒温热源接触后，在K未打开时，右活塞不动，两活塞下方的气体经历等压过程，由盖吕萨克定律得：解得（ii）由初始状态的力学平衡条件可知，左活塞的质量比右活塞的大打开K后，右活塞必须升至气缸顶才能满足力学平衡条件气缸顶部与外界接触，底部与恒温热源接触，两部分气体各自经历等温过程，设在活塞上方气体压强为p，由玻意耳定律得对下方气体由玻意耳定律得：联立式得6VX2V0VXV020解得；（不合题意，舍去）考点：盖吕萨克定律；玻意耳定律。9、试题分析：（）活塞b升至顶部的过程中，活塞a不动，活塞ab下方的氮气经历等压过程，设气缸A的容积为V0，氮气初始状态的体积为V1，温度为T1，末态体积V2，温度为T2，按题意，气缸B的容积为V0/4，由题给数据及盖吕萨克定律有：由式及所给的数据可得：T2=320K （）活塞b升至顶部后，由于继续缓慢加热，活塞a开始向上移动，直至活塞上升的距离是气缸高度的1/16时，活塞a上方的氮气经历等温过程，设氮气初始状态的体积为，压强为；末态体积为，压强为，由所给数据及玻意耳定律可得，由式可得：考点：盖吕萨克定律；玻意耳定律。10、（1）由平衡关系得 (2分)G=PhS=ghS=13.6103100.060.01N=81.6N（1分）（2） 气缸内气体等容变化（2分）P1=Po+Ph=1.0105+13.6103100.06 Pa=1.08105Pa （1分）代入上式得P2= (1分)右支管用橡皮塞封住气体A，PA1=1.0105 Pa， PA2=P2g（h+2h）(1分)PA1LA1=PA2LA21.01050.2=1.2310513.610310（0.06+2h）（0.2h）（2分）求得h=1.8cm h2=h1+2h=6+21.8cm=9.6cm (1分)（3）气缸内气体等压变化，活塞至接口处时U形管内水银开始流动，（1分）此时气缸内气体的温度为t3= -16.3 oC (2分)11、设左、右活塞的面积分别为A/和A，由于气体处于平衡状态，故两活塞对气体的压强相等，即：由此得：在两个活塞上各加一质量为m的物块后，右活塞降至气缸底部，所有