高中物理选修3-3大题复习(含答案)

./高三物理选修3-3大题训练1．〔10分如图,一定质量的理想气体被质量可忽略的活塞封闭在可导热的气缸,活塞距底部的高度为h＝0.1m,可沿气缸无摩擦地滑动。取箱沙子缓慢地倒在活塞的上表面上,沙子倒完时,活塞下降了△h＝0.02m,在此过程中外界大压和温度始终保持不变已知大气压p0＝1.0×105Pa,活塞横截面积为S＝4.0×10﹣3m2,求：〔g取10N/kg〔i这箱沙子的质量。〔ii若环境温度t0＝27oC,加热气缸使活塞回到原来的h高度,则对气缸的气体需如热到多少摄氏度？2．〔10分如图甲所示,在壁光滑、导热性良好的汽缸通过有﹣定质量的密封活塞,密封一部分气体汽缸水平放置时,活塞距离汽缸底部的距离为L,现迅速将汽缸竖立起来,活塞缓慢下降,稳定后,活塞距离汽缸底部的距离为,如图乙所示。已知活塞的横截面为S,大气压强为p0,环境温度为T0,重力加速度为g,求：〔1末态时气体的压强P1。〔2活塞的质量m；〔3在此过程中,气体与外界交换的热量Q。3．〔10分如图所示,竖直放置的导热气缸,活塞横截面积为S＝0.01m2,可在气缸无摩擦滑动,气缸侧壁有一个小孔与装有水银的U形玻璃管相通,气缸封闭了一段高为H＝70cm的气柱〔U形管的气体体积不计。已知活塞质量m＝20.4kg,大气压强p0＝105Pa,水银密度ρ＝13.6×103kg/m3,g＝10m/s2。〔1求U形管中左管与右管的水银面的高度差h1；〔2在活塞上加一竖直向上的拉力使U形管中左管水银面高出右管水银面h2＝5cm,求活塞平衡时与气缸底部的高度为多少厘米？〔结果保留两位有效数字。4．〔10分在一个横截面积为S＝10cm2的圆柱形容器中,有一个质量不计的活塞用弹簧和底部相连,容器中密闭有一定质量的理想气体,当温度为t1＝27℃时,弹簧恰好处于原长,此时活塞和底面相距L＝20cm,已知弹簧的劲度系数k＝10N/cm,外部大气压强为p0＝1.0×105Pa,若在活塞上放一质量为m1的物体,活塞静止时下降10cm,温度仍为27℃,不计活塞与容器壁的摩擦,弹簧的形变在弹性限度围,g＝10m/s2,〔i求物体m1的质量？〔ii如果把活塞气体加热到,t2＝57℃并保持不变,为使活塞静止时位置距容器底面距离仍为10cm,求活塞上应再加物体的质量m2。5．〔10分如图,上端开口的竖直汽缸由大、小两个同轴圆筒组成,两圆筒高均为L．两圆筒中各有一个厚度不计的活塞,小活塞的横截面积为S、质量为m,大活塞的横截面积为2S、质量为2m。两活塞用长为L的刚性杆连接,两活塞间充有氧气,大活塞下方充有氮气。小活塞的导热性能良好,汽缸及大活塞绝热。开始时,氮气和外界环境的温度均为T0,大活塞处于大圆筒的中间位置,且刚性杆上恰无弹力。重力加速度用g表示,外界的大气压强恒为,氧气和氮气均可看做理想气体,则〔1开始时氮气的压强是多少？〔2若通过电阻丝缓慢加热氮气,当大活塞上升L时,氮气的温度是多少？〔3当氮气的温度上升到3T0时,压强多大？高三物理选修3-3大题练习参考答案与试题解析1．〔10分如图,一定质量的理想气体被质量可忽略的活塞封闭在可导热的气缸,活塞距底部的高度为h＝0.1m,可沿气缸无摩擦地滑动。取箱沙子缓慢地倒在活塞的上表面上,沙子倒完时,活塞下降了△h＝0.02m,在此过程中外界大压和温度始终保持不变已知大气压p0＝1.0×105Pa,活塞横截面积为S＝4.0×10﹣3m2,求：〔g取10N/kg〔i这箱沙子的质量。〔ii若环境温度t0＝27oC,加热气缸使活塞回到原来的h高度,则对气缸的气体需如热到多少摄氏度？[解答]解：〔i设倒入的沙子质量为m,沙子缓慢倒入,气体做等温变化,有：p0hS＝〔p0+〔h﹣△hS代入数据,可得：m＝10kg〔ii需对气体加热到t°C,气体等压变化,有：＝代入数据解得：t＝102°C2．〔10分如图甲所示,在壁光滑、导热性良好的汽缸通过有﹣定质量的密封活塞,密封一部分气体汽缸水平放置时,活塞距离汽缸底部的距离为L,现迅速将汽缸竖立起来,活塞缓慢下降,稳定后,活塞距离汽缸底部的距离为,如图乙所示。已知活塞的横截面为S,大气压强为p0,环境温度为T0,重力加速度为g,求：〔1末态时气体的压强P1。〔2活塞的质量m；〔3在此过程中,气体与外界交换的热量Q。[解答]解：〔1以气缸中的封闭气体为研究对象,气体发生等温变化,初态：p0V1＝LS,末态：p1。根据玻意耳定律可知,p0SL＝解得：p1＝1.5p0。〔2末态活塞受力平衡,有：p1S＝p0S+mg解得活塞质量为：m＝。〔3在此过程中,外界对气体做功为：W＝1.5。热力学第一定律：△U＝W+Q,解得：Q＝﹣1.5p0SL,放热。3．〔10分如图所示,竖直放置的导热气缸,活塞横截面积为S＝0.01m2,可在气缸无摩擦滑动,气缸侧壁有一个小孔与装有水银的U形玻璃管相通,气缸封闭了一段高为H＝70cm的气柱〔U形管的气体体积不计。已知活塞质量m＝20.4kg,大气压强p0＝105Pa,水银密度ρ＝13.6×103kg/m3,g＝10m/s2。〔1求U形管中左管与右管的水银面的高度差h1；〔2在活塞上加一竖直向上的拉力使U形管中左管水银面高出右管水银面h2＝5cm,求活塞平衡时与气缸底部的高度为多少厘米？〔结果保留两位有效数字。[解答]解：〔1以活塞为研究对象,p0S+mg＝pS得p＝p0+而p＝p0+ρgh1,所以有：＝ρgh1,解得：h1＝0.15m＝15cm〔2活塞上加一竖直向上的拉力,U形管中左管水银面高出右管水银面h2＝5cm封闭气体的压强p＝p0﹣ρgh2＝0.932×105Pa初始时封闭气体的压强为：p1＝p0+＝1.204×105Pa汽缸的气体发生的是等温变化,根据玻意耳定律,有：p1V1＝p2V2代入数据；1.204×105×70S＝0.932×105×hS解得：h＝90cm4．〔10分在一个横截面积为S＝10cm2的圆柱形容器中,有一个质量不计的活塞用弹簧和底部相连,容器中密闭有一定质量的理想气体,当温度为t1＝27℃时,弹簧恰好处于原长,此时活塞和底面相距L＝20cm,已知弹簧的劲度系数k＝10N/cm,外部大气压强为p0＝1.0×105Pa,若在活塞上放一质量为m1的物体,活塞静止时下降10cm,温度仍为27℃,不计活塞与容器壁的摩擦,弹簧的形变在弹性限度围,g＝10m/s2,〔i求物体m1的质量？〔ii如果把活塞气体加热到,t2＝57℃并保持不变,为使活塞静止时位置距容器底面距离仍为10cm,求活塞上应再加物体的质量m2。[解答]解：〔i对封闭气体,初状态的压强和体积为：p1＝p0,V1＝LS末状态的压强和体积为：p2＝？,V2＝LS由玻意耳定律：p0LS＝p2•LS,得：p2＝2p0＝2×105Pa以活塞与重物组成的系统为研究对象,由平衡条件得：m1g+p0S＝p2S+kx,其中x＝10cm代入数据解得：m1＝20Kg〔ii升高温度的过程中气体的体积保持不变,设温度升高后的压强为p3,则：T2＝273+27＝300K,T3＝273+57＝330K由查理定律：,得：p3＝2.2×105Pa设增加的质量为m2,则：m2g+m1g+p0S＝p3S+kx,代入数据得：m2＝2Kg5．〔10分如图,上端开口的竖直汽缸由大、小两个同轴圆筒组成,两圆筒高均为L．两圆筒中各有一个厚度不计的活塞,小活塞的横截面积为S、质量为m,大活塞的横截面积为2S、质量为2m。两活塞用长为L的刚性杆连接,两活塞间充有氧气,大活塞下方充有氮气。小活塞的导热性能良好,汽缸及大活塞绝热。开始时,氮气和外界环境的温度均为T0,大活塞处于大圆筒的中间位置,且刚性杆上恰无弹力。重力加速度用g表示,外界的大气压强恒为,氧气和氮气均可看做理想气体,则〔1开始时氮气的压强是多少？〔2若通过电阻丝缓慢加热氮气,当大活塞上升L时,氮气的温度是多少？〔3当氮气的温度上升到3T0时,压强多大？[解答]解：〔1氧气的压强为：p1＝+＝氮气的压强为：p1′＝p1+＝；〔2对于氧气,温度不变,初状态：p1＝,V1＝+＝LS末状态设压强为p2,体积为V2＝＝根据波意耳定律知：p1V1＝p2V2代入数据解得：p2＝对于氮气分析初状态：p1′＝p1+＝,T1′＝T0,V1＝＝LS加热后,p2′＝p2+＝,设温度为：T2′,V2′＝＝LS根据理想气体状态方程知：＝代入数据解得：T2′＝；〔3设大活塞刚达到圆筒顶部时氮气的温度为T′0；对于氧气,温度不变,初状态：p1＝,V1＝+＝LS末状