高中物理选修3-3大题复习(含答案).doc

精品教育高三物理选修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内，活塞距底部的高度为h0.1m，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h0.02m，在此过程中外界大压和温度始终保持不变已知大气压p01.0105Pa，活塞横截面积为S4.0103m2，求：（g取10N/kg）（i）这箱沙子的质量。（ii）若环境温度t027oC，加热气缸使活塞回到原来的h高度，则对气缸内的气体需如热到多少摄氏度？2（10分）如图甲所示，在内壁光滑、导热性良好的汽缸内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S0.01m2，可在气缸内无摩擦滑动，气缸侧壁有一个小孔与装有水银的U形玻璃管相通，气缸内封闭了一段高为H70cm的气柱（U形管内的气体体积不计）。已知活塞质量m20.4kg，大气压强p0105Pa，水银密度13.6103kg/m3，g10m/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h25cm，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S10cm2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t127时，弹簧恰好处于原长，此时活塞和底面相距L20cm，已知弹簧的劲度系数k10N/cm，外部大气压强为p01.0105Pa，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范围内，g10m/s2，（i）求物体m1的质量？（ii）如果把活塞内气体加热到，t257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内，活塞距底部的高度为h0.1m，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h0.02m，在此过程中外界大压和温度始终保持不变已知大气压p01.0105Pa，活塞横截面积为S4.0103m2，求：（g取10N/kg）（i）这箱沙子的质量。（ii）若环境温度t027oC，加热气缸使活塞回到原来的h高度，则对气缸内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+）（hh）S代入数据，可得：m10kg（ii）需对气体加热到tC，气体等压变化，有：代入数据解得：t102C2（10分）如图甲所示，在内壁光滑、导热性良好的汽缸内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：p0 V1LS，末态：p1 。根据玻意耳定律可知，p0SL解得：p11.5p0。（2）末态活塞受力平衡，有：p1Sp0S+mg解得活塞质量为：m。（3）在此过程中，外界对气体做功为：W1.5。热力学第一定律：UW+Q，解得：Q1.5p0SL，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S0.01m2，可在气缸内无摩擦滑动，气缸侧壁有一个小孔与装有水银的U形玻璃管相通，气缸内封闭了一段高为H70cm的气柱（U形管内的气体体积不计）。已知活塞质量m20.4kg，大气压强p0105Pa，水银密度13.6103kg/m3，g10m/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h25cm，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+mgpS得pp0+而pp0+gh1，所以有：gh1，解得：h10.15m15cm（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 h25cm封闭气体的压强pp0gh20.932105Pa初始时封闭气体的压强为：p1p0+1.204105Pa汽缸内的气体发生的是等温变化，根据玻意耳定律，有：p1V1p2V2代入数据；1.20410570S0.932105hS解得：h90cm4（10分）在一个横截面积为S10cm2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t127时，弹簧恰好处于原长，此时活塞和底面相距L20cm，已知弹簧的劲度系数k10N/cm，外部大气压强为p01.0105Pa，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范围内，g10m/s2，（i）求物体m1的质量？（ii）如果把活塞内气体加热到，t257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：p1p0，V1LS末状态的压强和体积为：p2？，V2LS由玻意耳定律：p0LSp2LS，得：p22p02105Pa以活塞与重物组成的系统为研究对象，由平衡条件得：m1g+p0Sp2S+kx，其中x10cm代入数据解得：m120Kg（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：T2273+27300K，T3273+57330K由查理定律：，得：p32.2105Pa设增加的质量为m2，则：m2g+m1g+p0Sp3S+kx，代入数据得：m22Kg5（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：p1p1+；（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：p1V1p2V2代入数据解得：p2对于氮气分析初状态：p1p1+，T1T0，V1LS加热后，p2p2+，设温度为：T2，V2LS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T0；对于氧气，温度不变，初状态：p1，V1+LS末状态设压强为p3，体积为：V3LS根据波意耳定律知：p1V1p3V3代入数据解得：p3对于氮气分析初状态p1p1+，T1T0，V1LS加热后，p3p3+，V32LS根据理想气体状态方程知代入数据解得T0T03T0，说明在3T0时，大活塞已经在顶部；对大活塞，当氮气的温度上升到3T0时，压强为p末，根据理想气体状态方程知解得：p末。日期：2019/8/26 16:05:13；用户：LS_ZS_NEW_209564；邮箱：LS_ZS_NEW_209564.20689995；学号：28023346-可编辑-