三轮冲刺-公开课教学设计

2022届高考物理三轮冲刺非选择题规范练热学计算1、如图所示，一定质量的理想气体被光滑的活塞封闭在导热良好的汽缸内．活塞质量为m＝20kg，横截面积为S＝m2.汽缸与水平面成＝30°角靠在墙上，活塞静止时，活塞下表面与汽缸底部的距离L＝48cm，此时气体的温度为27℃.已知外界大气的压强p0＝×105pa，并始终保持不变，重力加速度g＝10m/s2.求：(1)若将汽缸缓慢地沿逆时针方向转到竖直位置，此时活塞下表面与汽缸底部的距离．(2)若将缸内气体的温度升高，为使活塞仍处于第(1)问的位置不变，可在活塞上表面均匀添加铁沙，当缸内温度为47℃时，添加在活塞上表面的铁沙质量．2、如图所示，一圆柱形绝热汽缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体．活塞的质量为m，横截面积为S，与容器底部相距h，此时封闭气体的温度为T1.现通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时，气体温度上升到T2.已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞与气缸的摩擦，求：(1)活塞上升的高度；(2)加热过程中气体的内能增加量．3、如图，一上端开口、下端封闭的细长玻璃管竖直放置．玻璃管的下部封有长l1＝cm的空气柱，中间有一段长l2＝cm的水银柱，上部空气柱的长度l3＝cm.已知大气压强为p0＝cmHg.现将一活塞(图中未画出)从玻璃管开口处缓慢往下推，使管下部空气柱长度变为l1′＝cm.假设活塞下推过程中没有漏气，不计活塞的厚度．求活塞下推的距离．4、一艘潜水艇位于水面下h＝200m处，艇上有一个容积V1＝2m3的钢筒，筒内贮有压强p1＝200p0的压缩气体，其中p0为大气压，p0＝1×105pa.已知海水的密度ρ＝1×103kg/m3，重力加速度g＝10kg/m2，设海水的温度不变．有一个与海水相通的装满海水的水箱，现在通过细管道将钢筒中部分空气压入该水箱，再关闭管道，水箱中排出海水的体积为V2＝10m3，此时钢筒内剩余空气的压强为多少？5、如图甲、乙所示，汽缸由两个横截面不同的圆筒连接而成，活塞A、B被长度为m的轻质刚性细杆连接在一起，可无摩擦移动，A、B的质量分别为mA＝12kg、mB＝kg，横截面积分别为SA＝×10－2m2，SB＝×10－2m2.一定质量的理想气体被封闭在两活塞之间，活塞外侧大气压强p0＝×105Pa.取重力加速度g＝10m/s2.(1)图甲所示是汽缸水平放置达到的平衡状态，活塞A与圆筒内壁凸起面恰好不接触，求被封闭气体的压强．(2)保持温度不变使汽缸竖直放置，平衡后达到如图乙所示位置，求大气压强对活塞A、B所做的总功．6、(1)如图是人教版教材3－5封面的插图，它是通过扫描隧道显微镜拍下的照片：48个铁原子在铜的表面排列成圆圈，构成了“量子围栏”．为了估算铁原子直径，查到以下数据：铁的密度ρ＝×103kg/m3，摩尔质量M＝×10－2kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝×1023mol－1.若将铁原子简化为球体模型，铁原子直径的表达式D＝________________，铁原子直径约为________________m(结果保留一位有效数字)．(2)如图所示，总容积为3V0、内壁光滑的气缸水平放置，一横截面积为S的轻质薄活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内，活塞左侧由跨过光滑定滑轮的细绳与一质量为m的重物相连，气缸右侧封闭且留有抽气孔．活塞右侧气体的压强为p0，活塞左侧气体的体积为V0，温度为T0.将活塞右侧抽成真空并密封，整个抽气过程中缸内气体温度始终保持不变．然后将密封的气体缓慢加热．已知重物的质量满足关系式mg＝p0S，重力加速度为g.求：①活塞刚碰到气缸右侧时气体的温度；②当气体温度达到2T0时气体的压强．7、如图所示，有一足够深的容器内装有密度ρ＝×103kg/m3的液体，现将一端开口、另一端封闭，质量m＝25g、截面面积S＝cm2的圆柱形玻璃细管倒插入液体中(细管本身玻璃的体积可忽略不计)，稳定后用活塞将容器封闭，此时容器内液面上方的气体压强p0＝×105Pa，玻璃细管内空气柱的长度l1＝20cm.已知所有装置导热良好，环境温度不变，重力加速度g取10m/s2.①求玻璃细管内空气柱的压强；②若缓慢向下推动活塞，当玻璃细管底部与液面平齐时(活塞与细管不接触)，求容器液面上方的气体压强．8、一质量M＝10kg、高度L＝35cm的圆柱形气缸，内壁光滑，气缸内有一厚度可忽略的活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞质量m＝4kg、横截面积S＝50cm2.温度t0＝27℃时，用绳子系住活塞将气缸悬挂起来，如图甲所示，气缸内气体柱的高L1＝32cm.如果用绳子系住气缸底，将气缸倒过来悬挂起来，如图乙所示，气缸内气体柱的高L2＝28cm，两种情况下气缸都处于竖直状态，取重力加速度g＝10m/s2，零摄氏度对应的热力学温度为273K.①求当时的大气压强；②图乙状态时，在活塞下挂一质量m0＝3kg的物体，如图丙所示，则温度升高到多少摄氏度时，活塞将从气缸中脱落．(结果保留两位小数)9、如图所示为某型号的太阳能空气集热器的简易图，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压强为p0.经过太阳暴晒，气体温度由T0＝300K升至T1＝400K．为减小集热器内部压强，集热器自动控制系统缓慢抽出部分气体，并使温度降为360K，此时，集热器内气体的压强回到p0.求：(1)太阳晒后气体的压强；(2)温度降为360K时，集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值．答案与解析1、(1)44cm(2)8kg解析：(1)设竖直位置时活塞到汽缸底部的距离为L′，对封闭气体，由等温过程有p1SL＝p2SL′对活塞有，初态：p0S＋mgsinθ＝p1S末态：p0S＋mg＝p2S得L′＝44cm.(2)气体升温过程为等容变化过程eq\f(p2,T2)＝eq\f(p3,T3)T2＝300K，T3＝320K设铁沙质量为M，由受力平衡得p0S＋(m＋M)g＝p3S得M＝8kg.2、(1)eq\f(T2－T1,T1)h(2)Q－(p0S＋mg)eq\f(T2－T1,T1)h解析：(1)气体发生等压变化，有eq\f(hS,h＋ΔhS)＝eq\f(T1,T2)解得Δh＝eq\f(T2－T1,T1)h.(2)加热过程中气体对外做功为W＝pSΔh＝(p0S＋mg)eq\f(T2－T1,T1)h由热力学第一定律知内能的增加量为ΔU＝Q－W＝Q－(p0S＋mg)eq\f(T2－T1,T1)h3、cm解析：以cmHg为压强单位．在活塞下推前，玻璃管下部空气柱的压强p1＝p0＋h设活塞下推后，下部空气柱的压强为p′1，由玻意耳定律得p1l1＝p′1l′1设活塞下推距离为Δl，则此时玻璃管上部空气柱的长度l′3＝l3＋(l1－l′1)－Δl设此时玻璃管上部空气柱的压强为p′3，则p′3＝p′1－l2由玻意耳定律得p0l3＝p′3l′3联立以上各式及题给数据解得Δl＝cm.4、×106Pa解析：钢筒中空气初始状态：p1＝200p0，V1＝2m3与海水相通的水箱中的压强：p2＝p0＋ρgh＝21p0设钢筒内剩余空气的压强为p3，钢筒中排出的气体在压强为p3时的体积为V3，则p3V3＝p2V2对钢筒中所有的气体有p1V1＝p3(V1＋V3)解得p3＝×106Pa5、(1)×105Pa(2)－200J解析：(1)汽缸处于题图甲位置时，设汽缸内气体压强为p1，对于活塞和杆，由平衡条件得：p0SA＋p1SB＝p1SA＋p0SB代入数据解得p1＝p0＝×105Pa.(2)汽缸处于题图乙位置时，设汽缸内气体压强为p2，对于活塞和杆，由平衡条件得p0SA＋p2SB＝p2SA＋p0SB＋(mA＋mB)g代入数据解得p2＝×105Pa由玻意耳定律可得p1×1×SB＝p2×[1×SB＋x(SA－SB)]代入数据解得x＝mW＝－p0(SA－SB)x联立代入数据解得W＝－200J.6、(1)eq\r(3,\f(6M,πρNA))3×10－10(2)①②eq\f(4,3)p0解析：(1)由题意可知，一个铁原子的质量为m＝eq\f(M,NA)，一个铁原子的体积为V＝eq\f(m,ρ)，又V＝eq\f(4,3)πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(D,2)))3，整理得铁原子的直径为D＝eq\r(3,\f(6M,πρNA))，代入数据解得D＝3×10－10m.(2)①当活塞右侧的气体压强为p0时，左侧气体压强为p1，对活塞受力分析，有p1＝eq\f(mg,S)＋p0＝2p0右侧抽成真空时，左侧气体压强为p2，有p2＝p0设此时左侧气体体积为V2，由玻意耳定律有p1V0＝p2V2解得V2＝2V0缓慢加热气体，气体发生等压变化，活塞与气缸右侧接触时，体积V3＝3V0，气体的温度为T3，由盖—吕萨克定律有eq\f(V2,T0)＝eq\f(V3,T3)解得T3＝②气体温度升高到之后，气体发生等容变化，由查理定律有eq\f(p0,T3)＝eq\f(p4,2T0)解得p4＝eq\f(4,3)p07、①×105Pa②×105Pa解析：解法一：①以玻璃管为研究对象，受力平衡可得：p1S＝p0S＋mg解得管内空气柱的压强p1＝p0＋eq\f(mg,S)＝×105Pa②当细管封闭处恰好与液面平齐时，设细管内气柱长度为l2，压强为p2，容器内液面上方气体压强为pp2＝p＋ρgl2玻璃管受力平衡：p2S＝pS＋mg对玻璃管内的气体由玻意耳定律有p1l1S＝p2l2S联立解得：l2＝m，p＝×105Pa解法二：①玻璃管受力平衡，浮力等于重力，假设此时容器内液面与玻璃管内液面的距离为h0，有：mg＝ρh0Sg解得：h0＝eq\f(m,ρS)设此时玻璃管内气体压强为p1，有：p1＝p0＋ρgh0解得：p1＝p0＋eq\f(mg,S)＝×105Pa②当细管封闭处恰好与液面平齐时，设细管内气柱长度为l2，压强为p2，容器内液面上方气体压强为p，则mg＝ρl2Sg解得l2＝eq\f(m,ρS)对于玻璃管内气体，由玻意耳定律有p1l1S＝p2l2S可得压强：p2＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0＋\f(mg,S)))eq\f(ρSl1,m)又p＋ρgl2＝p2可解得：p＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0＋\f(mg,S)))eq\f(ρSl1,m)－eq\f(mg,S)＝×105Pa8、①×105Pa②℃解析：①由图甲状态到图乙状态，气体做等温变化由玻意耳定律有：p1L1S＝p2L2S其中p1＝p0－eq\f(Mg,S)p2＝p0－eq\f(mg,S)所以eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0－\f(Mg,S)))L1S＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0－\f(mg,S)))L2S可解得p0＝eq\f(ML1－mL2g,L1－L2S)＝×105Pa②活塞脱落的临界状态：气柱体积V3＝LS压强p3＝p0－eq\f(mg＋m0g,S)设临界温度为t，则有eq\f(p2L2S,t0＋273K)＝eq\f(p3LS,t＋273K)得t＝℃9、(1)eq\f(4,3)p0(2)eq