高三物理（第03期）好题速递分项解析汇编 专题13 选修3-3（非选择题）（含解析）

专题13 选修3-3（非选择题）一、非选择题.1.【2017安徽省黄山市屯溪一中高三第二次月考】（8分）如图所示，透热的气缸内封有一定质量的理想气体，缸体质量M=200kg，活塞质量m=10kg，活塞面积S=100cm2，活塞与气缸壁无摩擦且不漏气，此时缸内气体的温度为27，活塞刚好位于气缸正中间，整个装置都静止，已知大气压恒为p0=1.0105 Pa，重力加速度为g=10m/s2，求： 缸内气体的压强p1； 缸内气体的温度升高到多少摄氏度时，活塞恰好会静止在气缸缸口AB处？【答案】（1） （2） 考点：理想气体状态方程【名师点睛】本题是热学部分的计算题，首先要熟知理想气体状态方程，巧选研究对象，注意变化过程的不变量，同时注意摄氏温度与热力学温度的换算关，在做题过程中要先选汽缸为研究对象，列受力平衡方程可解封闭气体压强，再根据缸内气体为等压变化，由等压变化方程可得温度值。2.【2017贵州省凯里市第一中学高三上学期第四次模拟】（10分）如图所示，一底面积为S，内壁光滑的圆柱形容器竖直放置在水平地面上，开口向上，内有两个质量均为m的相同活塞A和B；在A与B之间、B与容器底面之间分别封有一定量的同样的理想气体，平衡时体积均为V。已知容器内气体温度始终不变，重力加速度大小为g，外界大气压强为p0。现假设活塞B发生缓慢漏气，致使B最终与容器底面接触。求活塞A移动的距离。【答案】见解析。设活塞A移动的距离为h则 hhh 联立h考点：理想气体状态方程。3.【2017贵州省遵义市第四中学高三上学期第二次月考】（10分）如图所示，在两端封闭粗细均匀的竖直长管道内，用一可自由移动的活塞A封闭体积相等的两部分气体. 开始时管道内气体温度都为T0 = 500 K，下部分气体的压强p0=1.25105 Pa，活塞质量m = 0.25 kg，管道的内径横截面积S =1cm2。现保持管道下部分气体温度不变，上部分气体温度缓慢降至T，最终管道内上部分气体体积变为原来的，若不计活塞与管道壁间的摩擦，g = 10 m/s2，求此时上部分气体的温度T. 【答案】281.25K考点：理想气体状态方程【名师点睛】此题考查了玻意耳定律的应用；关键是对两部分气体分别分析，找出状态参量，并注意两气体之间的压强关系和体积关系。4.【2017河南省鹤壁市高级中学高三上学期第五次周练】在一个横截面积为S=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27C时，弹簧恰好处于原长，此时外部压强为，活塞和底面相距L=20cm，在活塞上放一质量为m=20kg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范围内，求：弹簧的劲度系数k；如果把活塞内气体加热到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，活塞上应再加物体的质量【答案】考点：考查了理想气体状态方程的应用【名师点睛】由题可知气体的温度不变，做等温变化，分别写出气体初末的状态，然后由玻意耳定律，结合共点力的平衡即可求出；第二个过程中气体的体积不变，由盖吕萨克定律即可求出5.【2017黑龙江省双鸭山市第一中学高三9月月考】一定质量的理想气体被质量m=30kg、横截面积S=100cm2的活塞封闭在光滑圆筒形的金属汽缸内，活塞与汽缸底之间用一轻弹簧连接。开始时汽缸水平放置，弹簧恰好处于原长L0=50cm，如图（a）所示。将汽缸从水平位置缓慢地竖直立起，稳定后活塞下降L1=10cm，如图（b）所示。再对汽缸内的气体逐渐加热，活塞上升L2=30cm，如图（c）所示。已知重力加速度g=10m/s2，外界气温t=27，大气压强p0=1.0105Pa，不计一切摩擦，求（）弹簧的劲度系数k；（）加热后，汽缸内气体的温度T。【答案】（i）（ii）【解析】试题分析：设汽缸竖直稳定后，缸内气体压强为，活塞受力平衡据玻意耳定律得解得(2.2)设加热后缸内气体压强为 ， 活塞受力平衡由理想气体状态方程解得考点：考查了理想气体状态方程的应用【名师点睛】本题关键是对封闭气体根据气体实验定律列方程，根据活塞平衡得到气压，根据几何关系得到体积6.【2017湖南省衡阳市第八中学高三上学期第二次月考】将页岩气经压缩、冷却，在160下液化成液化天然气（简称LNG）在液化天然气的表面层，其分子间的引力 （选填“大于”、“等于”或“小于”）斥力在LNG罐内顶部存在一些页岩气，页岩气中甲烷分子的平均动能 （选填“大于”、“等于”或“小于”）液化天然气中甲烷分子的平均动能【答案】大于 等于考点：温度是分子平均动能的标志；分子间的相互作用力【名师点睛】分子间同时存在引力和斥力，在液体表面存在表面张力，其分子间的引力大于斥力，分子的平均动能由温度决定7.【2017湖南省衡阳市第八中学高三上学期第二次月考】某状况下页岩气体积约为同质量液化天然气体积的600倍，已知液化天然气的密度，甲烷的摩尔质量，阿伏伽德罗常数，试估算该状态下6 .0m3的页岩气中甲烷分子数【答案】【解析】试题分析：某状况下页岩气体积约为同质量液化天然气体积的600倍，故密度是天然气密度的倍，页岩气的质量为：，甲烷分子数：解得：个考点：考查了阿伏伽德罗常数的计算【名师点睛】阿伏加德罗常数是联系宏观物理量与微观物理量的桥梁，质量=摩尔质量摩尔数8.【2017湖南省衡阳市第八中学高三上学期第二次月考】如图所示，内径均匀的U形玻璃管竖直放置，截面积为5 cm2，右侧管上端封闭，左侧管上端开口，内有用细线拴住的活塞两管中分别封入L11 cm的空气柱A和B，活塞上、下气体压强相等均为76 cm水银柱产生的压强，这时两管内的水银面的高度差h6 cm，现将活塞用细线缓慢地向上拉，使两管内水银面相平整个过程中空气柱A、B的温度恒定不变问(76 cm水银柱的压强相当于1.01105 Pa)活塞向上移动的距离是多少？需用多大拉力才能使活塞静止在这个位置上？【答案】7.2cm14N根据玻意耳定律对于活塞移动的距离：.由于活塞处于平衡状态，可知即，解得：考点：考查了理想气体状态方程【名师点睛】U型管粗细相同时，一侧水银下降hcm，另一侧水银就要上升2hcm，两部分液面高度差变化为2hcm，若管子粗细不同，应该从体积的变化来考虑，用几何关系解决物理问题是常用的方法9.【2017湖南省衡阳市第八中学高三上学期第三次月考】如图所示，可沿气缸壁自由活动的活塞将密封的圆筒形气缸分隔成A、B两部分，活塞与气缸顶部有一弹簧相连，当活塞位于气缸底部时弹簧恰好无形变，开始时B内充有一定质量的气体，A内真空，B部分高度为，此时活塞受到的弹簧作用力与重力的大小相等，现将整个装置倒置，达到新的平衡后B部分的高度等于多少？设温度不变。【答案】0.4m考点：考查了理想气体状态方程【名师点睛】以气体为研究的对象，可知气体发生等温变化，对活塞根据平衡求出压强，在找出气体其他状态参量，然后应用玻意耳定律列式求解10.【2017宁夏银川一中高三上学期第二次月考】如图所示，一定质量的理想气体被水银柱封闭在竖直玻璃管内，气柱的长度为h。现向管内缓慢地添加部分水银，水银添加完成时，气柱长度变为。再取相同质量的水银缓慢地添加在管内。外界大气压强保持不变。求第二次水银添加完成时气柱的长度。若第二次水银添加完成时气体温度为T0，现使气体温度缓慢升高，求气柱长度恢复到原来长度h时气体的温度。【答案】；考点：理想气体的状态方程【名师点睛】利用理想气体状态方程解题，关键是正确选取状态，明确状态参量和变化过程，尤其是正确求解被封闭气体的压强，这是热学中的重点知识，要加强训练，加深理解。11.【2017山西省临汾市第一中学高三10月月考】如图所示，粗细均匀的U形玻璃管竖直放置，左端用水银封闭着长的理想气体，右端开口，当封闭气体的温度时，两管水银面的高度差。现对封闭气体缓慢加热，直到左、右两管中的水银面相平，设外界大气压。求左、右两管中的水银面相平时封闭气体的温度；若保持问中气体温度不变，从右管的开口端缓慢注入水银，直到右侧管的水银面比左侧管的高，求注入水银柱的长度。【答案】；考点：理想气体的状态方程【名师点睛】本题考查能用静力学观点确解决各处压强的关系同时注意研究过程中哪些量不变，哪些量变化，选择合适的气体实验定律解决问题；另外，要注意当两管液面高度差为时，向右侧注入水银时，气体的压强与体积均不同，需要分别计算，不能遗漏。12.【2017吉林省长春市高三质量检测】（10分）某氧气瓶的容积V=30L，在使用过程中，氧气瓶中的压强由P1=100atm下降到P2=50atm，且温度始终保持0。已知在标准状况1mol气体的体积22.4L。求：使用掉的氧气分子数为多少？（阿伏加德罗常数为NA=6.01023mol-1，结果保留两位有效数字）【答案】4.01025个【解析】试题分析：用气过程中，温度不变，由p1V1= p2V2 其中p1100 atm p250 atm用掉的气体在压强是50atm时的体积为VV=V2-V1=30L 设用掉的气体在标况下的体积为 V3pV= pV 其中p31 atm解得：V3=1500L用掉的气体的分子个数： 解得：n =4.01025个 考点：玻意耳定律【名师点睛】本题考查了玻意耳定律的应用，注意把变质量的问题转化为定质量的问题，还要注意把体积转化成标准状态的体积。13.【2017四川省成都市树德中学高三10月月考】如图，一粗细均匀的U形管竖直放置，A侧上端封闭，B侧上侧与大气相通，下端开口处开关K关闭，A侧空气柱的长度为l=100cm，B侧水银面比A侧的高h=30cm，现将开关K打开，从U形管中放出部分水银，当两侧的高度差为h1=100cm时，将开关K关闭，已知大气压强P0=750cmHg。求放出部分水银后A侧空气柱的长度此后再向B侧注入水银，使A、B两侧的水银达到同一高度，求注入水银在管内的长度【答案】联立式，并代入题目数据，有：设注入水银在管内的长度为h，依题意，有：联立式，并代入题目数据，有：考点：考查了理想气体状态方程的应用【名师点睛】本题中封闭气体经历两次等温过程，关键是找出初状态和末状态的气压和体积（长度）关系，然后根据玻意耳定律列式求解，不难14. 【2017河南省开封市高三上学期定位考试】（8分）如图所示，两侧粗细均匀的U形玻璃管竖直放置，左端封闭，右端开口。开始时左管内空气柱长20cm，两管水银面等高，温度不变，大气压强为P0=75cmHg。管内气体可视为理想气体。（）若右管足够长，从右侧管口缓慢加入水银，左管内气柱长变为15cm，求加入水银的长度；（）若左、右管管口等高，用厚度不计的活塞从右管管口缓慢推入，仍使左管内气柱长变为15cm，若过程中没有漏气现象，求活塞推入的深度。【答案】（）35cm（）11.4cm活塞推入的深度：x=2L1-L2-L3=220-15-13.6=11.4cm考点：玻意耳定律【名师点睛】该题考查理想气体的状态方程的应用，要先根据玻意耳定律求解气体压缩后的压强会确定封闭气体的压强是基础。15.【2017甘肃省兰州第一中学高三9月月考】（6分）如图所示，一个内壁光滑的导热气缸竖直放置，内部封闭一定质量的理想气体，环境温度为27 ，现将一个质量为m=2 kg的活塞缓慢放置在气缸口，活塞与气缸紧密接触且不漏气。已知活塞的横截面积为S=4.010-4m2，大气压强为P0=1.0105Pa，重力加速度g取10 m/s2，气缸高为h=0.3 m，忽略活塞及气缸壁的厚度。(i)求活塞静止时气缸内封闭气体的体积。(ii)现在活塞上放置一个2 kg的砝码，再让周围环境温度缓慢升高，要使活塞再次回到气缸顶端，则环境温度应升高到多少摄氏度?【答案】(i) 810-5m3 (ii) 327 考点：玻意耳定律; 查理定律【名师点睛】本题考察气体实验定律，关键是根据题目暗含条件分析出为何种变化过程，然后确定好初末状态量，选择合适的气体实验定律列式求解即可.16.【2017贵州省遵义市第四中学高三上学期第一次月考】(10分)）导热气缸用活塞封闭一定质量的理想气体，下端固定在水平面上，外界大气压强保持不变。 现使气缸内气体温度从 27缓慢升高到 87 ，此过程中气体对活塞做功 240J，内能增加了60J。活塞与气缸间无摩擦、不漏气，且不计气体的重力，活塞可以缓慢自由移动。求缸内气体从外界吸收的热量。升温后缸内气体体积是升温前气体体积的多少倍？【答案】300J；1.2考点：热力学第一定律；盖吕.萨克定律【名师点睛】此题主要考查热力学第一定律和理想气体状态方程的应用，分析好状态参量列式计算即可；此题意在考查基本规律的掌握程度。17.【2017河北省衡水中学高三摸底联考】如图所示，透热的气缸内封有一定质量的理想气体，缸体质量，活塞质量，活塞面积，活塞与气缸壁无摩擦且不漏气，此时，缸内气体的温度为，活塞位于气缸正中，整个装置都静止，已知大气压恒为，重力加速度为，求：缸内气体的压强；缸内气体的温度升高到多少摄氏度时，活塞恰好会静止在气缸缸口AB处？【答案】；考点：理想气体的状态方程【名师点睛】巧选研究对象，注意变化过程的不变量，同时注意摄氏温度与热力学温度的换算关系。18.【2017湖南省长沙市长郡中学高三摸底测试】如图所示，质量为、长为，底面积为的薄壁气缸放在水平面上，气缸与水平面间的动摩擦因数为。气缸内有一个质量为的活塞，活塞与墙壁之间连接一个劲度系数为的轻弹簧。当气缸内气体（可视为理想气体）的温度为、压强为时，活塞恰好位于气缸的中央位置，且轻弹簧处于原长状态。已知大气压强为，重力加速度为，气缸与水平面间的最大静摩擦力力等于滑动摩擦力，气缸内壁光滑，气缸和活塞气密性良好且绝缘，不计活塞的厚度，现用电热丝对气缸内气体缓慢加热。气缸内温度多大时，气缸开始滑动？气缸内温度多少时，活塞滑到气缸最右端？【答案】；【解析】考点：理想气体的状态方程【名师点睛】本题关键是考查理想气体状态方程和气体实验定律的应用，确定气体压强是难点，对活塞和汽缸受力分析根据力平衡法求压强，气态方程和实验定律是高考的重点，要熟练应用。