2020高考物理 增值增分特訓(xùn) 選修3－3（通用）

【大題型專練之—勿忘選考題】2020高考物理增值增分特訓(xùn)：選修3－3 專練定位　本專練主要解決高考的選修模塊的選考題．通過對(duì)各省命題規(guī)律的研究可以發(fā)現(xiàn)，以下幾種命題形式是高考的熱點(diǎn)：①熱學(xué)基本知識(shí)與熱力學(xué)定律應(yīng)用的組合；②熱力學(xué)定律應(yīng)用與氣體實(shí)驗(yàn)定律的組合；③波速公式、波的圖象、波動(dòng)和振動(dòng)關(guān)系的應(yīng)用；④光的折射定律和全反射的應(yīng)用；⑤光的本性的考查；⑥核反應(yīng)和質(zhì)能方程的應(yīng)用；⑦光電效應(yīng)的基本規(guī)律；⑧玻爾理論和能級(jí)躍遷；⑨動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用． 應(yīng)考策略　構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)梳理知識(shí)要點(diǎn)，同時(shí)對(duì)熱點(diǎn)題型進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練．由于高考對(duì)本部分內(nèi)容要求較低，復(fù)習(xí)中要抓基礎(chǔ)，重全面，防止遺漏知識(shí)要點(diǎn)． 選修3－3 (限時(shí)：40分鐘) 1．(2020·重慶·10)(1)某未密閉房間內(nèi)的空氣溫度與室外的相同，現(xiàn)對(duì)該室內(nèi)空氣緩慢加熱，當(dāng)室內(nèi)空氣溫度高于室外空氣溫度時(shí) (　　) A．室內(nèi)空氣的壓強(qiáng)比室外的小 B．室內(nèi)空氣分子的平均動(dòng)能比室外的大 C．室內(nèi)空氣的密度比室外的大 D．室內(nèi)空氣對(duì)室外空氣做了負(fù)功 (2)汽車未裝載貨物時(shí)，某個(gè)輪胎內(nèi)氣體的體積為V0，壓強(qiáng)為p0；裝載貨物后，該輪胎內(nèi)氣體的壓強(qiáng)增加了Δp.若輪胎內(nèi)氣體視為理想氣體，其質(zhì)量、溫度在裝載貨物前后均不變，求裝載貨物前后此輪胎內(nèi)氣體體積的變化量． 答案　(1)B　(2)－V0 解析　(1)房間沒有密閉，對(duì)房間內(nèi)氣體加熱時(shí)，內(nèi)外壓強(qiáng)始終相等，但溫度升高時(shí)，氣體分子的平均動(dòng)能變大，A項(xiàng)錯(cuò)，B項(xiàng)對(duì)．此時(shí)室內(nèi)外空氣密度應(yīng)相等，C項(xiàng)錯(cuò)．室內(nèi)氣體膨脹對(duì)外做功，對(duì)室外氣體做正功，D項(xiàng)錯(cuò)． (2)對(duì)輪胎內(nèi)氣體進(jìn)行研究：由于等溫變化 則有p0V0＝(p0＋Δp)V′ 所以V′＝V0 所以ΔV＝V′－V0＝－V0 2． (2020·江蘇·12)如圖1所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A.其中，A―→B和C―→D為等溫過程，B―→C和D―→A為絕熱過程(氣體與外界無熱量交換)，這就是著名的“卡諾循環(huán)”． 圖1 (1)該循環(huán)過程中，下列說法正確的是________． A．A―→B過程中，外界對(duì)氣體做功 B．B―→C過程中，氣體分子的平均動(dòng)能增大 C．C―→D過程中，單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多 D．D―→A過程中，氣體分子的速率分布曲線不發(fā)生變化 (2)該循環(huán)過程中，內(nèi)能減小的過程是________(選填“A―→B”、“B―→C”、“C―→D”或“D―→A”)．若氣體在A―→B過程中吸收63 kJ的熱量，在C―→D過程中放出38 kJ的熱量，則氣體完成一次循環(huán)對(duì)外做的功為________kJ. (3)若該循環(huán)過程中的氣體為1 mol，氣體在A狀態(tài)時(shí)的體積為10 L，在B狀態(tài)時(shí)壓強(qiáng)為A狀態(tài)時(shí)的.求氣體在B狀態(tài)時(shí)單位體積內(nèi)的分子數(shù)．(已知阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.0×1023mol－1，計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)字) 答案　(1)C　(2)B―→C　25　(3)4×1025m－3　 解析　(1)由理想氣體狀態(tài)方程和熱力學(xué)第一定律分析，A―→B為等溫過程，內(nèi)能不變，氣體的體積增大，氣體對(duì)外做功，A錯(cuò)；B―→C過程為絕熱過程，氣體體積增大對(duì)外做功，因此內(nèi)能減小，氣體分子的平均動(dòng)能減小，B錯(cuò)；C―→D為等溫過程，氣體體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多，C正確； D―→A為絕熱過程，氣體體積減小，外界對(duì)氣體做功，內(nèi)能增大，溫度升高，因此氣體分子的速率分布曲線變化，D錯(cuò)． (2)在以上循環(huán)過程中，內(nèi)能減少的過程是B―→C.由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W得W＝25 kJ. (3)A―→B為等溫過程有pAVA＝pBVB，解得VB＝15 L，B狀態(tài)時(shí)單位體積內(nèi)分子數(shù)n＝，解得n≈4×1025m－3. 3． (1)關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是________． A．物體的溫度不能降到0 K B．一定量氣體，吸熱200 J，內(nèi)能減少20 J，氣體對(duì)外做功220 J C．任何固體在全部熔化前，溫度都是保持不變的 D．利用高科技手段，可以將流散到周圍環(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來加以利用而不引起其他變化 E．一定質(zhì)量的100 °C的水吸收熱量后變成100 °C的水蒸氣，則吸收的熱量大于增加的內(nèi)能 (2)如圖2甲所示，地面上放置有一內(nèi)壁光滑的圓柱形導(dǎo)熱汽缸，汽缸的橫截面積S＝2.5×10－3 m2.汽缸內(nèi)部有一質(zhì)量和厚度均可忽略的活塞，活塞上固定一個(gè)力傳感器，傳感器通過一根細(xì)桿與天花板固定好．汽缸內(nèi)密封有溫度t0＝27 °C，壓強(qiáng)為p0的理想氣體，此時(shí)力傳感器的讀數(shù)恰好為0.若外界大氣的壓強(qiáng)p0不變，當(dāng)密封氣體溫度t升高時(shí)力傳感器的讀數(shù)F也變化，描繪出F－t圖象如圖乙所示，求： 圖2 ①力傳感器的讀數(shù)為5 N時(shí)，密封氣體的溫度t； ②外界大氣的壓強(qiáng)p0. 答案　(1)ABE　(2)①32 °C?、?.2×105 Pa 解析　(1)0 K為宇宙的最低溫度，只能接近不能達(dá)到，選項(xiàng)A正確；由熱力學(xué)第二定律可知，ΔU＝Q＋W，W＝－20 J－200 J＝－220 J，選項(xiàng)B正確；只有晶體在全部熔化前，溫度才是保持不變的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由熱力學(xué)定律可知，熱量的散失具有不可逆性，不能完全收集起來而不引起其他變化，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；一定質(zhì)量的100 °C的水吸收熱量后變成100 °C的水蒸氣，內(nèi)能不變，但體積增大，對(duì)外做功，說明吸收的熱量大于增加的內(nèi)能，選項(xiàng)E正確． (2)①由題圖乙可知＝ 得出t＝32 °C ②溫度t1＝327 °C時(shí)，密封氣體的壓強(qiáng) p1＝p0＋＝p0＋1.2×105 Pa 密封氣體發(fā)生等容變化，則＝ 聯(lián)立以上各式并代入數(shù)據(jù)解得p0＝1.2×105 Pa 4． (1)下列說法中正確的有________． A．“用油膜法估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)中，油酸分子的直徑等于油酸酒精溶液的體積除以相應(yīng)油酸膜的面積 B．布朗運(yùn)動(dòng)中，懸浮在液體中的固體顆粒越小、液體的溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈 C．質(zhì)量、溫度都相同的氫氣和氧氣，分子平均動(dòng)能不相同 D．液晶的光學(xué)性質(zhì)與某些晶體相似，具有各向異性 (2)如圖3所示，豎直放置的粗細(xì)均勻的U形管，右端封閉有一段空氣柱，兩管內(nèi)水銀面高度差為h＝19 cm，封閉端空氣柱長(zhǎng)度為L(zhǎng)1＝40 cm.為了使左、右兩管中的水銀面相平，(設(shè)外界大氣壓強(qiáng)p0＝76 cmHg，空氣柱溫度保持不變)試問： 圖3 ①需從左管的開口端再緩慢注入高度多少的水銀柱？此時(shí)封閉端空氣柱的長(zhǎng)度是多少？ ②注入水銀過程中，外界對(duì)封閉空氣做________(填“正功”“負(fù)功” 或“不做功”)，氣體將______(填“吸熱”或“放熱”)． 答案　(1)BD　(2)①39 cm　30 cm?、谡Α》艧? 解析　(1)“用油膜法估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)中，油酸分子的直徑等于油酸酒精溶液中純油酸的體積除以相應(yīng)油膜的面積，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；布朗運(yùn)動(dòng)與固體顆粒大小、液體溫度有關(guān)，固體顆粒越小、液體溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯，選項(xiàng)B正確；溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度相同，分子的平均動(dòng)能就相同，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)液晶的特性，選項(xiàng)D正確． (2)①設(shè)U形管橫截面積為S，左、右兩管中的水銀面相平后，封閉端空氣柱長(zhǎng)為L(zhǎng)2.對(duì)空氣柱有(p0－19 cmHg)SL1＝p0SL2，得L2＝30 cm 故需要再注入39 cm的水銀柱 ②正功　放熱 5．(1)如圖4所示，甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O，乙分子沿x軸運(yùn)動(dòng)，兩分子間的分子勢(shì)能Ep與兩分子間距離的變化關(guān)系如圖中曲線所示，圖中分子勢(shì)能的最小值為－E0.若兩分子所具有的總能量為0，則下列說法中正確的是 (　　) 圖4 A．乙分子在P點(diǎn)(x＝x2)時(shí)，加速度最大 B．乙分子在P點(diǎn)(x＝x2)時(shí)，其動(dòng)能為E0 C．乙分子在Q點(diǎn)(x＝x1)時(shí)，處于平衡狀態(tài) D．乙分子的運(yùn)動(dòng)范圍為x≥x1 (2)如圖5所示，兩端開口的汽缸水平固定，A、B是兩個(gè)厚度不計(jì)的活塞，面積分別為S1＝20 cm2，S2＝10 cm2，它們之間用一根細(xì)桿連接，B通過水平細(xì)繩繞過光滑的定滑輪與質(zhì)量為M的重物C連接，靜止時(shí)汽缸中的空氣壓強(qiáng)p1＝1.2 atm，溫度T1＝600 K，汽缸兩部分的氣柱長(zhǎng)均為L(zhǎng).已知大氣壓強(qiáng)p0＝1 atm＝1.0×105 Pa，取g＝10 m/s2，缸內(nèi)空氣可看做理想氣體，不計(jì)摩擦．求： 圖5 ①重物C的質(zhì)量M是多少； ②降低汽缸中氣體的溫度，活塞A將向右移動(dòng)，在某溫度下活塞A靠近D處時(shí)處于平衡，此時(shí)缸內(nèi)氣體的溫度是多少． 答案　(1)BD　(2)①2 kg?、?00 K 解析　(1)由題圖可知，乙分子在P點(diǎn)(x＝x2)時(shí)，動(dòng)能最大，速度最大，加速度為零，由于兩分子總能量為零，所以，乙分子在P點(diǎn)(x＝x2)時(shí)有Ek＋(－E0)＝0，解得Ek＝E0，A錯(cuò)誤，B正確；乙分子在Q點(diǎn)(x＝x1)時(shí)，動(dòng)能并非最大，即加速度不等于零，不是平衡狀態(tài)，C錯(cuò)誤；乙分子在x1處時(shí)，分子勢(shì)能為零，動(dòng)能亦為零，由Ek≥0，Ep＝－Ek≤0得乙分子的運(yùn)動(dòng)范圍為x≥x1，選項(xiàng)D正確． (2)①活塞整體受力平衡，則有 p1S1＋p0S2＝p0S1＋p1S2＋Mg 代入數(shù)據(jù)，得M＝2 kg ②A靠近D處時(shí)，后來，力的平衡方程沒變，所以氣體壓強(qiáng)沒變 由等壓變化有＝ 代入數(shù)據(jù)得T2＝400 K 6． (1)以下說法中正確的是________． A．現(xiàn)在教室內(nèi)空氣中的氮?dú)夂脱鯕獾姆肿悠骄鶆?dòng)能相同 B．用活塞壓縮汽缸里的空氣，活塞對(duì)空氣做功52 J，這時(shí)空氣的內(nèi)能增加了76 J，則空氣從外界吸熱128 J C．有一分子a從無窮遠(yuǎn)處靠近固定不動(dòng)的分子b，當(dāng)a、b間分子力為零時(shí)，它們具有的分子勢(shì)能一定最小 D．顯微鏡下觀察到的布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng) E．一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀物理過程都是不可逆的 (2)潛水員在進(jìn)行水下打撈作業(yè)時(shí)，有一種方法是將氣體充入被打撈的容器，利用浮力使容器浮出水面．假設(shè)在深10 m的水底有一無底鐵箱倒扣在水底，鐵箱內(nèi)充滿水，潛水員先用管子伸入容器內(nèi)部，再用氣泵將空氣打入鐵箱內(nèi)，排出部分水，如圖6所示．已知鐵箱質(zhì)量為560 kg，容積為1 m3，水底溫度恒為7 °C，外界大氣壓強(qiáng)恒為p0＝1 atm＝1.0×105 Pa，水的密度為1.0×103 kg/m3，忽略鐵箱壁的厚度、鐵箱的高度及打入空氣的質(zhì)量，求至少要打入多少體積的1 atm、27 °C的空氣才可使鐵箱浮起(g取10 m/s2)． 圖6 答案　(1)ACE　(2)1.2 m3 解析　(1)溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，教室中氮?dú)夂脱鯕鉁囟认嗤?，故分子平均?dòng)能相同，選項(xiàng)A正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔU＝W＋Q，可得Q＝76 J－52 J＝24 J，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；分子力為零時(shí)，分子間的距離為r0，它們具有的分子勢(shì)能最小，選項(xiàng)C正確；布朗運(yùn)動(dòng)是固體懸浮顆粒的運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，選項(xiàng)E正確． (2)設(shè)打入的空氣體積為V1，到湖底后，這部分空氣的體積為V2. 湖底的壓強(qiáng)p2＝p0＋p水＝p0＋ρ水gh＝2 atm 鐵箱充氣后所受浮力為F?。溅阉甮V2 上浮的條件是ρ水gV2－mg≥0 有V2≥＝ m3＝0.56 m3 由理想氣體狀態(tài)方程有＝ 得V1＝·≤× m3＝1.2 m3 故至少需要打入1.2 m3的1 atm、27 °C的空氣． 7．(1)如圖7是一定質(zhì)量的理想氣體的p－V圖，氣體從A→B→C→D→A完成一次循環(huán)，A→B(圖中實(shí)線)和C→D為等溫過程，溫度分別為T1和T2.下列說法中正確的是______． 圖7 A．T1>T2 B．從C→D過程放出的熱量等于外界對(duì)氣體做的功 C．若氣體沿直線由A→B，則氣體的溫度先降低后升高 D．從微觀角度講B→C過程壓強(qiáng)降低是由于分子的密集程度減少而引起的 E．若B→C過程放熱200 J，D→A過程吸熱300 J，則D→A過程氣體對(duì)外界做功100 J (2)如圖8所示，一上端開口的圓筒形導(dǎo)熱汽缸豎直靜置于地面，汽缸由粗、細(xì)不同的兩部分構(gòu)成，粗筒的橫截面積是細(xì)筒橫截面積S(cm2)的2倍，且細(xì)筒足夠長(zhǎng)．粗筒中一個(gè)質(zhì)量和厚度都不計(jì)的活塞將一定量的理想氣體封閉在粗筒內(nèi)，活塞恰好在兩筒連接處且與上壁無作用，此時(shí)活塞相對(duì)于汽缸底部的高度h＝12 cm，大氣壓強(qiáng)p0＝75 cmHg.現(xiàn)把體積為17S(cm3)的水銀緩緩地從上端倒在活塞上方，在整個(gè)過程中氣體溫度保持不變，不計(jì)活塞與汽缸壁間的摩擦．求活塞靜止時(shí)下降的距離x. 圖8 答案　(1)ABE　(2)2 cm 解析　(1)p－V圖線為反比例函數(shù)圖線，由理想氣體狀態(tài)方程＝C可知，圖線離原點(diǎn)越遠(yuǎn)溫度越高，即T1>T2，A正確；從C→D過程為等溫過程，氣體體積減小，壓強(qiáng)增大，由熱力學(xué)第一定律可知，B正確；從A→B過程，虛線與等溫線AB的距離先增加再減小，氣體的溫度先升高再降低，C錯(cuò)誤；從B→C過程氣體體積不變，分子的密集程度不變，壓強(qiáng)降低是由于溫度減小，分子平均速率減小而引起的，D錯(cuò)誤；狀態(tài)C、狀態(tài)D溫度相同有相同的內(nèi)能，A、B溫度相同有相同的內(nèi)能，由熱力學(xué)第一定律分析可得E正確． (2)以汽缸內(nèi)封閉氣體為研究對(duì)象． 初態(tài)壓強(qiáng)p1＝p0＝75 cmHg，初態(tài)體積V1＝2hS 末態(tài)體積V2＝2(h－x)S 末態(tài)壓強(qiáng)p2＝(p0＋x＋) 由玻意耳定律可知 p1V1＝p2V2 即75×2×12S＝(75＋x＋17－2x)×2(12－x)S 化簡(jiǎn)得x2－104x＋204＝0 解得x＝2 cm或x＝102 cm(舍) 8． (1)以下說法正確的是________． A．氣體分子單位時(shí)間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的次數(shù)，僅與單位體積內(nèi)的分子數(shù)有關(guān) B．氣體的壓強(qiáng)是由氣體分子間的吸引和排斥產(chǎn)生的 C．布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中的小顆粒的運(yùn)動(dòng)，它說明分子不停息地做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng) D．當(dāng)分子間的引力和斥力平衡時(shí)，分子勢(shì)能最小 E．如果氣體分子總數(shù)不變，而氣體溫度升高，氣體的平均動(dòng)能一定增大，因此壓強(qiáng)也必然增大 (2)如圖9所示，用輕質(zhì)活塞在汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量理想氣體，活塞與汽缸壁間摩擦忽略不計(jì)，開始時(shí)活塞距汽缸底高度h1＝0.50 m，氣體的溫度t1＝27 ℃.給汽缸加熱，活塞緩慢上升到距離汽缸底h2＝0.80 m處，同時(shí)缸內(nèi)氣體吸收Q＝450 J的熱量．已知活塞橫截面積S＝5.0×10－3 m2，大氣壓強(qiáng)p0 ＝1.0×105 Pa.求： 圖9 ①活塞距離汽缸底h2時(shí)的溫度t2； ②此過程中缸內(nèi)氣體增加的內(nèi)能ΔU. 答案　(1)CDE　(2)①207 °C?、?00 J 解析　(2)①氣體做等壓變化，活塞距離汽缸底h2時(shí)溫度為t2，則根據(jù)氣態(tài)方程可得 ＝ 即＝ 解得t2＝207 °C ②在氣體膨脹的過程中，氣體對(duì)外做功為 W0＝pΔV＝1.0×105×(0.80－0.50)×5.0×10－3 J＝150 J 根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得氣體內(nèi)能的變化為 ΔU＝W＋Q＝－W0＋Q＝－150 J＋450 J＝300 J