高中物理选择性必修第三册第2章 5

第二章5A组·基础达标1．关于液体，下列说法不正确的是()A．水是浸润液体，水银是不浸润液体B．草叶上的露珠呈球形是表面张力引起的C．粉笔能把墨水吸干是毛细现象D．液体表面层的分子间隙稍大于液体内部分子间隙【答案】A【解析】浸润与不浸润是相对的，水银对玻璃来说是不浸润液体，但不是对任何固体都是不浸润，故A错误；液体表面的分子分布比液体内部分子的分布要稀疏，故存在液体的表面张力，草叶上的露珠呈球形是由于液体表面张力的作用，故B正确；粉笔吸墨水是因为粉笔内部有很多细小的通道，属于毛细现象，故C正确；液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，分子力表现为引力，因此液体表面存在张力，故D正确．2．浸润现象和不浸润现象在日常生活中很常见，关于下列几种现象的说法，正确的是()A．水银不能浸润玻璃，说明水银是不浸润液体B．水可以浸润玻璃，说明附着层内分子间的作用表现为引力C．脱脂棉球脱脂的目的，是使它从不能被水浸润变为可以被水浸润D．建筑房屋时在地基上铺一层涂着沥青的纸，是利用了浸润现象【答案】C【解析】水银不能浸润玻璃，说明水银和玻璃的附着层里分子间吸引力较大，形成不浸润，但是不能说明水银是不浸润液体，A错误；水可以浸润玻璃，说明附着层内分子间的作用表现为斥力，B错误；脱脂棉能够吸取药液，在于脱脂后把它从不能被水浸润变成了可以被水浸润，以便吸取药液，C正确；砖的内部也有许多细小的孔道，会起到毛细管的作用，在砌砖的地基上铺一层油毡或涂过沥青的厚纸，可以防止地下水分沿着夯实的地基以及砖墙的毛细管上升，以保持房屋干燥，属于利用水与油毡的不浸润现象，D错误．3．如图所示，金属框上阴影部分表示液体肥皂膜，它被棉线分割成a、b两部分，若将液体肥皂膜的a部分用热针刺破，棉线的形状是下图中的()【答案】D【解析】肥皂膜未刺破时，作用在棉线两侧的表面张力互相平衡，棉线可以有任意形状，当把a部分液膜刺破后，在b部分液膜表面张力的作用下，棉线将被绷紧．因液体表面有收缩到面积最小的趋势，而在同周长的几何图形中，圆面积最小，所以棉线被拉成凹的圆弧形状，正确选项为D．4．清晨，草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成的水珠．这一物理过程中，关于水分子间的作用力，下列说法正确的是()A．引力消失，斥力增大B．斥力消失，引力增大C．引力、斥力都减小D．引力、斥力都增大【答案】D【解析】当水汽凝结成水珠时，水分子之间的距离减小，分子间的引力和斥力同时增大．5．关于液晶的说法正确的是()A．有些液晶的光学性质随外加电压的变化而变化B．液晶是液体和晶体的混合物C．液晶分子保持固定的位置和取向，同时具有位置有序和取向有序D．液晶具有流动性，光学性质各向同性【答案】A【解析】液晶的光学性质随外加电压的变化而变化，故A正确；液晶既具有液体的流动性和连续性，又具有光学性质各向异性的特点，故分子的位置不是固定的，故B、C、D错误．6．图甲是吹肥皂泡游戏的场景，在图乙玻璃杯内注入肥皂水，用铁丝做成的圆环放进玻璃杯中，沾满肥皂水后取出，可以吹出肥皂泡，下列说法正确的是()A．肥皂水不浸润玻璃杯壁B．肥皂泡表面张力方向和表面垂直C．肥皂泡呈球状与液体的表面张力有关D．肥皂泡表面液体分子间只存在引力，没有斥力【答案】C【解析】一种液体是否浸润某种固体与这两种物质的性质都有关系，从图中可看出肥皂水可以浸润玻璃，A错误；肥皂泡表面张力方向和表面平行，B错误；表面张力让液体收缩，而球面是同体积物体最小的表面积，所以肥皂泡呈球状与液体的表面张力有关，C正确；肥皂泡表面液体分子间既存在引力也存在斥力，合力表现为引力，D错误．7．小明发现倒酱油的时候总会有一些酱油沿着瓶口流到瓶子外面，他认为如果选用合适的瓶口材料就能保持瓶子清洁．如图是酱油滴在两种材料表面的油滴形状，下列说法正确的是()A．图甲说明酱油滴与甲材料不浸润B．图乙说明酱油滴与乙材料浸润C．酱油瓶口的材料选用乙材料较合适D．水银在两种材料表面的形状一定与酱油滴形状相同【答案】C【解析】只要选择酱油不浸润的材料做酱油瓶就能保持瓶子清洁，从图示的情况可以看出酱油与甲材料是浸润的，与乙材料是不浸润的，所以应该选择乙材料，C正确．液体在某种材料表面的形状不但与浸润和不浸润有关，而且与液体的体积有关，即使是浸润的，液滴的体积不同其形状也不同，所以无法确定水银在两种材料表面的形状是否与酱油滴的形状相同，D错误．8．(多选)液晶电视不断降价，逐步走进了千家万户，液晶电视的关键部件是液晶层．下列关于液晶层的工作原理，说法中不正确的是()A．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性B．液晶的光学性质随温度的变化而变化C．液晶的光学性质随外加电压的变化而不变D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化【答案】ABC【解析】液晶分子在特定方向排列比较整齐，具有各向异性，但分子的排列是不稳定的，A错误；外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质．温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质．液晶电视是依据液晶的光学性质随外加电压的变化而变化工作的，D正确，B、C错误．9．(多选)在水中浸入两个同样的毛细管，一个是直的，另一个弯的，如图所示，水在直管中上升的高度比在弯管中的最高点还要高，那么关于弯管中的水，下列说法正确的是()A．会不断地喷出B．不会流出C．不一定会流出D．水滴在弯管处受到表面张力竖直向上的合力不小于其重力【答案】BD【解析】水滴在弯管口处受重力的作用而向下凸出，这时表面张力的合力竖直向上，使水不能流出，故B、D正确．B组·能力提升10．在天平的左盘挂一根铁丝，右盘放一砝码，且铁丝浸于液体中，此时天平平衡，如图所示．现将左端液体下移，使铁丝刚刚露出液面，则()A．天平仍然平衡B．由于铁丝离开液面沾上液体，重量增加而使天平平衡被破坏，左端下降C．由于铁丝刚离开液面时，和液面间生成一层液膜，此液膜的表面张力使天平左端下降D．以上说法都不对【答案】C【解析】由于铁丝刚离开液面时，和液面间形成一层液膜，此液膜的表面张力使铁丝受到向下的作用力，所以天平左端下降．11．夏天的清晨某同学发现小型水生昆虫水黾不仅能在水面上滑行，而且还能像溜冰运动员一样在水面上跳跃，如图甲所示，这是由______________导致的物理现象．荷叶上滚动着一个个晶莹剔透的小露珠，甚是好看．这些小露珠基本上都呈现为近似的球形，这是__________________共同作用的结果．【答案】水的表面张力液体表面张力和不浸润现象【解析】在液体表面层中，液体分子间距大于平衡距离，液体分子之间的相互作用总体上表现为引力，它的作用是使液体表面紧绷，宏观上表现为液体的表面张力，水黾可以在水面上如此活动是因为水的表面张力．露珠由于液体表面张力的作用总要收缩成球体，当露珠与荷叶接触时，液体的附着层内分子间表现为引力，即小露珠基本上都呈现为近似的球形是液体表面张力和不浸润现象共同作用的结果．12．如图所示，在培养器内注入清水，让两根细木杆相互平行地浮在水面上，再在细木杆之间轻轻地滴入几滴酒精，细木杆会“自动”散开，请解释这一现象．解：漂浮在水面上的细木杆，原来两边受到大小相等、方向相反的表面张力作用，细木杆处于平衡状态，滴入酒精后，水的纯净度减小，内侧的表面张力减小，内侧比外侧的表面张力小，细木杆就散开了．课后篇素养形成必备知识基础练1.光滑绝热的轻质活塞把密封的圆筒容器分成A、B两部分,这两部分充有温度相同的理想气体,平衡时VA∶VB=1∶2,现将A中气体加热到127℃,B中气体降低到27℃,待重新平衡后,这两部分气体体积之比VA'∶VB'为()A.1∶1 B.2∶3C.3∶4 D.2∶1答案B解析对A部分气体有:pAV对B部分气体有:pBV因为pA=pB,pA'=pB',TA=TB,所以将①÷②式得VA所以VA2.如图所示,汽缸上下两侧气体由绝热活塞隔开,活塞与汽缸光滑接触。初始时活塞和两侧气体均处于平衡态,因活塞有质量,所以下侧气体压强是上侧气体压强的两倍,上下气体体积之比V1∶V2=1∶2,温度之比T1∶T2=2∶5。保持上侧气体温度不变,改变下侧气体温度,使两侧气体体积相同,此时上下两侧气体的温度之比为()A.4∶5 B.5∶9C.7∶24 D.16∶25答案D解析设V1=V,由题意可知V2=2V,设T1=2T,则T2=5T,气体压强p2=p1+mgS=2p1则mgS=p1,最终两部分气体体积相等则V1'=V2'=32V上部分气体温度不变,由玻意耳定律:p1V1=p1'V1',解得p1'=23p1下部分气体的压强p2'=p1'+mgS=5对下部分气体,由理想气体状态方程得:p2解得T2'=258T上下两侧气体的温度之比T1故选项D正确。3.如图所示,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=25.0cm的空气柱,中间有一段长l2=25.0cm的水银柱,上部空气柱的长度l3=40.0cm。已知大气压强为p0=75.0cmHg。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'=20.0cm。假设活塞下推过程中没有漏气,则活塞下推的距离为()A.5cm B.10cmC.15cm D.20cm答案C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为p1=p0+l2①设活塞下推后,下部空气柱的压强为p1',由玻意耳定律得p1l1=p1'l1'②设活塞下推距离为Δl,则此时玻璃管上部空气柱的长度为l3'=l3+l1-l1'-Δl③设此时玻璃管上部空气柱的压强为p3',则p3'=p1'-l2④由玻意耳定律得p0l3=p3'l3'⑤由①~⑤式及题给数据解得Δl=15.0cm,C项正确。4.如图,A、B是体积相同的汽缸,B内有一导热的可在汽缸内无摩擦滑动且体积不计的活塞C,D为不导热的阀门。起初阀门关闭,A内装有压强p1=2.0×105Pa,温度T1=300K的氮气;B内装有压强p2=1.0×105Pa,温度T2=600K的氧气。打开阀门D,活塞C向右移动,最后达到平衡。以V1和V2分别表示平衡后氮气和氧气的体积(假定氮气和氧气均为理想气体,并与外界无热交换,连接汽缸的管道体积可忽略),则V1与V2之比为()A.1∶2 B.1∶4 C.1∶1 D.4∶1答案D解析设活塞C向右移动x,最后共同的温度为T,压强为p,由理想气体状态方程可知:对A部分气体有:p1对B部分气体有:p将两式相除:V1V2=5.如图所示,绝热汽缸A与导热汽缸B均固定于水平地面上,由刚性杆连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦。两汽缸内装有处于平衡态的理想气体,开始时体积均为V0、温度均为T0。缓慢加热A中气体,停止加热达到稳定后,A中气体压强变为原来的1.2倍。设环境温度始终保持不变,求此时汽缸A中气体的体积VA和温度TA。答案76V01.4T解析设初态A中气体压强为p0,膨胀后A、B中气体压强相等,pA=pB=1.2p0,B中气体始、末状态温度相等,根据玻意耳定律可得p0V0=1.2p0(2V0-VA),所以VA=76V0,A中气体满足p0V0T0=1.2p6.如图所示,由内径相同的两U形玻璃管弯接而成的连通器竖直放置,左侧管顶端封闭,右侧管顶开口,中间不漏气。现用水银封闭有A、B两部分气体,已知环境温度恒为17℃,大气压强为76cmHg,稳定时,A部分气体长度为20cm,管内各液面高度差分别为h1=8cm、h2=10cm。(1)求A部分气体的压强;(2)保持B部分气体温度不变,给A部分气体缓慢加热,使其温度升高到147℃时,A部分气柱长度变为24cm,求此时右侧U形管液面高度差h2'。答案(1)58cmHg(2)6cm解析(1)B气体压强pB=p0-ρgh2=66cmHg,A部分气体压强pA=pB-ρgh1=58cmHg(2)A部分气体加热后,有pALA1STA1由于左边水银高度相等,则中间B气体的压强pB'=pA2=p0-ρgh2',解得h2'=6cm7.一个质量可忽略不计的活塞将一定量的理想气体封闭在上端开口的直立圆筒形汽缸内,活塞上堆放着铁砂,如图所示。最初活塞搁置在汽缸内壁的固定卡环上,气体柱的高度为H0,压强等于大气压强p0。现对气体缓慢加热,当气体温度升高ΔT=60K时,活塞(及铁砂)开始离开卡环而上升,继续加热直到气柱高度为H1=15H0。此后,在维持温度不变的条件下逐渐取走铁砂,直到铁砂全部取走时,气柱高度变为H2=1.8H0,求此时封闭气体的温度(不计活塞与汽缸之间的摩擦)。答案540K解析以封闭气体为研究对象,气体经历了三个变化过程,如图所示。根据气体状态方程有:p0T0=p1T0+Δ解得T2=540K。关键能力提升练8.如图所示,一上端开口、内壁光滑的圆柱形绝热汽缸竖直放置在水平地面上,一厚度、质量均不计的绝热活塞将一定量的理想气体封闭在汽缸内。汽缸顶部有厚度不计的小卡环可以挡住活塞。初始时,底部阀门关闭,缸内气体体积为汽缸容积的45,温度为280K。已知外界大气压强恒为p0(1)求此时缸内气体的压强;(2)打开阀门,保持缸内气体温度为400K不变,求活塞缓慢回到初始位置时,缸内剩余气体质量与打开阀门前气体总质量之比。答案(1)87p0(2)解析(1)若气体经历等压变化,则当温度变为400K时,由盖-吕萨克定律可得:4解得V=87V0>V说明当温度为400K时活塞已经到达顶端,则由理想气体状态方程可得p解得p=87p(2)设缸内气体温度为400K,压强为p0时体积为V',则pV0=p0V',解得V'=87V打开阀门,保持缸内气体温度为400K不变,活塞缓慢回到初始位置时,汽缸内剩余的压强为p0的气体体积为45V0,缸内剩余气体质量与打开阀门前气体总质量之比为49.如图甲所示,汽缸开口向右、固定在水平桌面上,汽缸内用活塞(横截面积为S)封闭了一定质量的气体,活塞与汽缸壁之间的摩擦忽略不计。轻绳跨过光滑定滑轮将活塞和地面上的重物(质量为m)连接,与活塞连接的轻绳水平,重力加速度为g。开始时汽缸内外压强相同,均为大气压p0(mg<p0S),轻绳处在伸直状态,汽缸内气体的温度为T0,体积为V。现使汽缸内气体的温度缓慢降低,最终使得气体体积减半,求:(1)重物刚离开地面时汽缸内气体的温度T1;(2)气体体积减半时的温度T2;(3)在如图乙所示的坐标系中画出气体状态变化的整个过程并标注相关点的坐标值。答案(1)1-mgp0ST0(2)解析(1)重物刚离开地面前封闭气体的体积不变。开始时封闭气体的压强p1=p0,重物刚离开地面时封闭气体的压强p2=p0-mg由查理定律得:p解得:T1=1-mg(2)从重物开始离开地面到封闭气体体积减半的过程中,封闭气体的压强不变。由盖-吕萨克定律得V解得T2=121(3)如图所示10.如图所示,一粗细均匀的U形细玻璃管竖直放置并盛有水银,左端封闭一定质量、长度为L=5.0cm的空气,右端足够长且上端开口与大气相通。玻璃管底部有一处于关闭状态的绝热开关K,此时右侧管中的水银面比左侧管中的水银面高h1=16.0cm,现将开关K打开,从玻璃管中缓慢放出部分水银,当左侧水银面比右侧水银面高h2=10.0cm时,将开关K关闭,此时玻璃管内左边空气柱的温度为27℃,并对左侧玻璃管内的空气加热至两边水银柱等高。已知大气压强p0=75.0cmHg。取T=t+273K,计算结果保留一位小数,求:(1)放出部分水银后左边封闭空气柱的长度;(2)两边水银柱的高度相等时,左边空气柱的温度为多少摄氏度?答案(1)7.0cm(2)320.4℃解析(1)设玻璃管的横截面积为S,放出部分水银后封闭空气柱的长度为L1,压强为p,由玻意耳定律可知pSL=p1SL1由平衡条件可知p=p0+ph1=91cmHg打开开关K放出部分水银后p1=p0-ph2=65cmHg联立解得L1=7.0cm(2)由加热后左右两边水银柱相平可知,左边封闭空气柱的压强p1'=p0=75cmHg加热后左边空气柱的长度L1'=L1+ℎ22=12.0根据理想气体状态变化方程可知p即p1L1T1=p1'L1'T1',解得T111.如图所示,内壁光滑、长度均为4l、横截面积均为S的汽缸A、B,A水平、B竖直固定,之间由一段容积可忽略的细管相连,整个装置置于温度为27℃、大气压为p0的环境中,活塞C、D的质量及厚度均忽略不计。原长3l、劲度系数k=3p0Sl的轻弹簧,一端连接活塞C、另一端固定在位于汽缸A缸口的O点。开始活塞D距汽缸B的底部3l。后在D(1)稳定后活塞D下降的距离;(2)改变汽缸内气体的温度使活塞D再次回到初位置,则气体的温度应变为多少?答案(1)7l3解析(1)由于活塞的质量不计,所以初始状态汽缸A、B中的气体压强都为大气压p0,弹簧弹力为零,所以活塞C到汽缸A底部的距离为x1=l放上物体稳定后,设汽缸A、B中气体的压强均为p1,对D活塞有p1S=mg+p0S对活塞C有p1S=F1+p0SF1为弹簧的弹力,F1=kΔx1=3p0S联立以上三式可求得弹簧被压缩Δx1=l此时活塞C距汽缸底部的距离为x2=4初态下气体的总体积V0=4lS,末态总体积为V1,由玻意耳定律p0V0=p1V1,解得V1=2lS由此可知活塞D下降的距离为x=3l-2(2)改变气体温度使活塞D回到初位置,气体为等压变化,所以弹簧位置不变。V2=133由盖-吕萨克定律V解得T2=650K,所以气体此时的温度为t=377℃。12.一圆柱形汽缸直立在地面上,内有一具有质量而无摩擦的绝热活塞,把汽缸分成容积相同的A、B两部分,如图所示,两部分气体温度相同,都是27℃,A部分气体压强pA0=1.0×105Pa,B部分气体压强pB0=2.0×105Pa。现对B部分气体加热,使活塞上升,保持(1)A部分气体的压强pA;(2)B部分气体的温度TB。答案(1)1.5×105Pa(2)500K解析(1)A部分气体发生等温变化,由玻意耳定律得pA0V=pA·2所以pA=32把pA0=1.0×105Pa代入,得pA=1.5×105(2)B部分气体:初状态:pB0=2.0×105Pa,VB0=V,T末状态:pB=pA+(pB0−pA0)=2.VB=V+13V=43由理想气体状态方程:pB得TB=TB0pBVBp13.U形管两臂粗细不同,开口向上,封闭的粗管横截面积是开口的细管的3倍,管中装入水银,大气压为76cmHg。开口管中水银面到管口距离为11cm,且水银面比封闭管内高4cm,封闭管内空气柱长为11cm,如图所示。现在开口端用小活塞封住,并缓慢推动活塞,使两管液面相平,推动过程中两管的气体温度始终不变,试求:(1)粗管中气体的最终压强;(2)活塞推动的距离。答案(1)88cmHg(2)4.5cm解析设细管横截面积为S,则粗管横截面积为3S,(1)以粗管内被封闭气体为研究对象,p1=80cmHg,V1=11×3S=33S最终两管液面相平,则细管液面下降3cm,粗管液面上升1cm,V2=10×3S=30S封闭气体做等温变化:p1V1=p2V280×33S=p2·30S,得p2=88cmHg(2)以细管被活塞封闭气体为研究对象,p1'=76cmHg,V1'=11S,p2'=p2=88cmHg封闭气体做等温变化:p1'V1'=p2'V2'V2'=9.5S活塞推动的距离:L=11cm+3cm-9.5cm=4.5cm。14.如图所示,甲、乙两个容积均为V=5L的导热汽缸用细管(容积可忽略)相连接,阀门K2位于细管中部。甲、乙两汽缸底部各有一个阀门K1、K3,乙汽缸中有一可自由移动的轻质薄活塞。初始时,三阀门均打开,活塞在乙的最上端。已知大气压强为p0,室温为27℃。(1)关闭阀门K2,用打气筒通过阀门K1给甲汽缸充气,每次可将体积V0=1L