高中物理選修3-3大題復(fù)習(xí)(含答案)

xxx公司文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度高三物理選修3-3大題訓(xùn)練1．（10分）如圖，一定質(zhì)量的理想氣體被質(zhì)量可忽略的活塞封閉在可導(dǎo)熱的氣缸內(nèi)，活塞距底部的高度為h＝0.1m，可沿氣缸無摩擦地滑動(dòng)。取箱沙子緩慢地倒在活塞的上表面上，沙子倒完時(shí)，活塞下降了△h＝0.02m，在此過程中外界大壓和溫度始終保持不變已知大氣壓p0＝1.0×105Pa，活塞橫截面積為S＝4.0×10﹣3m2，求：（g取10N/kg）（i）這箱沙子的質(zhì)量。（ii）若環(huán)境溫度t0＝27oC，加熱氣缸使活塞回到原來的h高度，則對(duì)氣缸內(nèi)的氣體需如熱到多少攝氏度？

2．（10分）如圖甲所示，在內(nèi)壁光滑、導(dǎo)熱性良好的汽缸內(nèi)通過有﹣定質(zhì)量的密封活塞，密封一部分氣體汽缸水平放置時(shí)，活塞距離汽缸底部的距離為L(zhǎng)，現(xiàn)迅速將汽缸豎立起來，活塞緩慢下降，穩(wěn)定后，活塞距離汽缸底部的距離為，如圖乙所示。已知活塞的橫截面為S，大氣壓強(qiáng)為p0，環(huán)境溫度為T0，重力加速度為g，求：（1）末態(tài)時(shí)氣體的壓強(qiáng)P1。（2）活塞的質(zhì)量m；（3）在此過程中，氣體與外界交換的熱量Q。3．（10分）如圖所示，豎直放置的導(dǎo)熱氣缸，活塞橫截面積為S＝0.01m2，可在氣缸內(nèi)無摩擦滑動(dòng)，氣缸側(cè)壁有一個(gè)小孔與裝有水銀的U形玻璃管相通，氣缸內(nèi)封閉了一段高為H＝70cm的氣柱（U形管內(nèi)的氣體體積不計(jì)）。已知活塞質(zhì)量m＝20.4kg，大氣壓強(qiáng)p0＝105Pa，水銀密度ρ＝13.6×103kg/m3，g＝10m/s2。（1）求U形管中左管與右管的水銀面的高度差h1；（2）在活塞上加一豎直向上的拉力使U形管中左管水銀面高出右管水銀面h2＝5cm，求活塞平衡時(shí)與氣缸底部的高度為多少厘米（

結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。

4．（10分）在一個(gè)橫截面積為S＝10cm2的圓柱形容器中，有一個(gè)質(zhì)量不計(jì)的活塞用彈簧和底部相連，容器中密閉有一定質(zhì)量的理想氣體，當(dāng)溫度為t1＝27℃時(shí)，彈簧恰好處于原長(zhǎng)，此時(shí)活塞和底面相距L＝20cm，已知彈簧的勁度系數(shù)k＝10N/cm，外部大氣壓強(qiáng)為p0＝1.0×105Pa，若在活塞上放一質(zhì)量為m1的物體，活塞靜止時(shí)下降10cm，溫度仍為27℃，不計(jì)活塞與容器壁的摩擦，彈簧的形變?cè)趶椥韵薅确秶鷥?nèi)，g＝10m/s2，（i）求物體m1的質(zhì)量？

（ii）如果把活塞內(nèi)氣體加熱到，t2＝57℃并保持不變，為使活塞靜止時(shí)位置距容器底面距離仍為10cm，求活塞上應(yīng)再加物體的質(zhì)量m2。5．（10分）如圖，上端開口的豎直汽缸由大、小兩個(gè)同軸圓筒組成，兩圓筒高均為L(zhǎng)．兩圓筒中各有一個(gè)厚度不計(jì)的活塞，小活塞的橫截面積為S、質(zhì)量為m，大活塞的橫截面積為2S、質(zhì)量為2m。兩活塞用長(zhǎng)為L(zhǎng)的剛性桿連接，兩活塞間充有氧氣，大活塞下方充有氮?dú)?。小活塞的?dǎo)熱性能良好，汽缸及大活塞絕熱。開始時(shí)，氮?dú)夂屯饨绛h(huán)境的溫度均為T0，大活塞處于大圓筒的中間位置，且剛性桿上恰無彈力。重力加速度用g表示，外界的大氣壓強(qiáng)恒為，氧氣和氮?dú)饩煽醋隼硐霘怏w，則（1）開始時(shí)氮?dú)獾膲簭?qiáng)是多少？（2）若通過電阻絲緩慢加熱氮?dú)?，?dāng)大活塞上升L時(shí)，氮?dú)獾臏囟仁嵌嗌伲?/p>

（3）當(dāng)?shù)獨(dú)獾臏囟壬仙?T0時(shí)，壓強(qiáng)多大？

高三物理選修3-3大題練習(xí)參考答案與試題解析1．（10分）如圖，一定質(zhì)量的理想氣體被質(zhì)量可忽略的活塞封閉在可導(dǎo)熱的氣缸內(nèi)，活塞距底部的高度為h＝0.1m，可沿氣缸無摩擦地滑動(dòng)。取箱沙子緩慢地倒在活塞的上表面上，沙子倒完時(shí)，活塞下降了△h＝0.02m，在此過程中外界大壓和溫度始終保持不變已知大氣壓p0＝1.0×105Pa，活塞橫截面積為S＝4.0×10﹣3m2，求：（g取10N/kg）（i）這箱沙子的質(zhì)量。（ii）若環(huán)境溫度t0＝27oC，加熱氣缸使活塞回到原來的h高度，則對(duì)氣缸內(nèi)的氣體需如熱到多少攝氏度？

【解答】解：（i）設(shè)倒入的沙子質(zhì)量為m，沙子緩慢倒入，氣體做等溫變化，有：p0hS＝（p0+）（h﹣△h）S代入數(shù)據(jù)，可得：m＝10kg（ii）需對(duì)氣體加熱到t°C，氣體等壓變化，有：＝代入數(shù)據(jù)解得：t＝102°C2．（10分）如圖甲所示，在內(nèi)壁光滑、導(dǎo)熱性良好的汽缸內(nèi)通過有﹣定質(zhì)量的密封活塞，密封一部分氣體汽缸水平放置時(shí)，活塞距離汽缸底部的距離為L(zhǎng)，現(xiàn)迅速將汽缸豎立起來，活塞緩慢下降，穩(wěn)定后，活塞距離汽缸底部的距離為，如圖乙所示。已知活塞的橫截面為S，大氣壓強(qiáng)為p0，環(huán)境溫度為T0，重力加速度為g，求：（1）末態(tài)時(shí)氣體的壓強(qiáng)P1。（2）活塞的質(zhì)量m；（3）在此過程中，氣體與外界交換的熱量Q。【解答】解：（1）以氣缸中的封閉氣體為研究對(duì)象，氣體發(fā)生等溫變化，初態(tài)：p0V1＝LS，末態(tài)：p1。根據(jù)玻意耳定律可知，p0SL＝解得：p1＝1.5p0。（2）末態(tài)活塞受力平衡，有：p1S＝p0S+mg解得活塞質(zhì)量為：m＝。（3）在此過程中，外界對(duì)氣體做功為：W＝1.5。熱力學(xué)第一定律：△U＝W+Q，解得：Q＝﹣1.5p0SL，放熱。3．（10分）如圖所示，豎直放置的導(dǎo)熱氣缸，活塞橫截面積為S＝0.01m2，可在氣缸內(nèi)無摩擦滑動(dòng)，氣缸側(cè)壁有一個(gè)小孔與裝有水銀的U形玻璃管相通，氣缸內(nèi)封閉了一段高為H＝70cm的氣柱（U形管內(nèi)的氣體體積不計(jì)）。已知活塞質(zhì)量m＝20.4kg，大氣壓強(qiáng)p0＝105Pa，水銀密度ρ＝13.6×103kg/m3，g＝10m/s2。（1）求U形管中左管與右管的水銀面的高度差h1；（2）在活塞上加一豎直向上的拉力使U形管中左管水銀面高出右管水銀面h2＝5cm，求活塞平衡時(shí)與氣缸底部的高度為多少厘米（

結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。

【解答】解：（1）以活塞為研究對(duì)象，p0S+mg＝pS得p＝p0+而p＝p0+ρgh1，所以有：＝ρgh1，解得：h1＝0.15m＝15cm（2）活塞上加一豎直向上的拉力，U形管中左管水銀面高出右管水銀面h2＝5cm封閉氣體的壓強(qiáng)p＝p0﹣ρgh2＝0.932×105Pa初始時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)為：p1＝p0+＝1.204×105Pa汽缸內(nèi)的氣體發(fā)生的是等溫變化，根據(jù)玻意耳定律，有：p1V1＝p2V2代入數(shù)據(jù)；1.204×105×70S＝0.932×105×hS解得：h＝90cm4．（10分）在一個(gè)橫截面積為S＝10cm2的圓柱形容器中，有一個(gè)質(zhì)量不計(jì)的活塞用彈簧和底部相連，容器中密閉有一定質(zhì)量的理想氣體，當(dāng)溫度為t1＝27℃時(shí)，彈簧恰好處于原長(zhǎng)，此時(shí)活塞和底面相距L＝20cm，已知彈簧的勁度系數(shù)k＝10N/cm，外部大氣壓強(qiáng)為p0＝1.0×105Pa，若在活塞上放一質(zhì)量為m1的物體，活塞靜止時(shí)下降10cm，溫度仍為27℃，不計(jì)活塞與容器壁的摩擦，彈簧的形變?cè)趶椥韵薅确秶鷥?nèi)，g＝10m/s2，（i）求物體m1的質(zhì)量？

（ii）如果把活塞內(nèi)氣體加熱到，t2＝57℃并保持不變，為使活塞靜止時(shí)位置距容器底面距離仍為10cm，求活塞上應(yīng)再加物體的質(zhì)量m2?！窘獯稹拷猓海╥）對(duì)封閉氣體，初狀態(tài)的壓強(qiáng)和體積為：p1＝p0，V1＝LS末狀態(tài)的壓強(qiáng)和體積為：p2＝，

V2＝LS由玻意耳定律：p0LS＝p2?LS，得：p2＝2p0＝2×105Pa以活塞與重物組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，由平衡條件得：m1g+p0S＝p2S+kx，其中x＝10cm代入數(shù)據(jù)解得：m1＝20Kg（ii）升高溫度的過程中氣體的體積保持不變，設(shè)溫度升高后的壓強(qiáng)為p3，則：T2＝273+27＝300K，T3＝273+57＝330K由查理定律：，得：p3＝2.2×105Pa設(shè)增加的質(zhì)量為m2，則：m2g+m1g+p0S＝p3S+kx，代入數(shù)據(jù)得：m2＝2Kg5．（10分）如圖，上端開口的豎直汽缸由大、小兩個(gè)同軸圓筒組成，兩圓筒高均為L(zhǎng)．兩圓筒中各有一個(gè)厚度不計(jì)的活塞，小活塞的橫截面積為S、質(zhì)量為m，大活塞的橫截面積為2S、質(zhì)量為2m。兩活塞用長(zhǎng)為L(zhǎng)的剛性桿連接，兩活塞間充有氧氣，大活塞下方充有氮?dú)?。小活塞的?dǎo)熱性能良好，汽缸及大活塞絕熱。開始時(shí)，氮?dú)夂屯饨绛h(huán)境的溫度均為T0，大活塞處于大圓筒的中間位置，且剛性桿上恰無彈力。重力加速度用g表示，外界的大氣壓強(qiáng)恒為，氧氣和氮?dú)饩煽醋隼硐霘怏w，則（1）開始時(shí)氮?dú)獾膲簭?qiáng)是多少？（2）若通過電阻絲緩慢加熱氮?dú)?，?dāng)大活塞上升L時(shí)，氮?dú)獾臏囟仁嵌嗌伲?/p>

（3）當(dāng)?shù)獨(dú)獾臏囟壬仙?T0時(shí)，壓強(qiáng)多大？

【解答】解：（1）氧氣的壓強(qiáng)為：p1＝+＝氮?dú)獾膲簭?qiáng)為：p1′＝p1+＝；（2）對(duì)于氧氣，溫度不變，初狀態(tài)：p1＝，V1＝+＝LS末狀態(tài)設(shè)壓強(qiáng)為p2，體積為V2＝＝根據(jù)波意耳定律知：p1V1＝p2V2代入數(shù)據(jù)解得：p2＝對(duì)于氮?dú)夥治龀鯛顟B(tài)：p1′＝p1+＝，T1′＝T0，V1＝＝LS加熱后，p2′＝p2+＝，設(shè)溫度為：T2′，V2′＝＝LS根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程知：＝代入數(shù)據(jù)解得：T2′＝；（3）設(shè)大活塞剛達(dá)到圓筒頂部時(shí)氮?dú)獾臏囟葹門′0；對(duì)于氧氣，溫度不變，初狀態(tài)：p1＝，