物理 选修3-3第1单元检测

1．(2011年高考广东理综)如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N 两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中()

A．外界对气体做功，气体内能增大

B．外界对气体做功，气体内能减小

C．气体对外界做功，气体内能增大

D．气体对外界做功，气体内能减小

解析：M向下滑动的过程中，气体被压缩，外界对气体做功，又因为与外界没有热交换，所以气体内能增大．

答案：A

2.(2011年高考江苏单科)如图所示，一演示用的“永

动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用

形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶

片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶

片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法正确的是() A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量

B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身

C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高

D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量

解析：形状记忆合金进入水后受热形状发生改变而搅动热水，由能量守恒知能量来源于热水，故A、B、C错；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D对．

答案：D

3．(2011年高考重庆理综)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成．开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示．在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体( )

A ．对外做正功，分子的平均动能减小

B ．对外做正功，内能增大

C ．对外做负功，分子的平均动能增大

D ．对外做负功，内能减小

解析：气体膨胀，气体对外做正功，又因气体与外界无热交换，由热力学第一定律可知气体内能减小，因忽略气体分子间相互作用，没有分子势能，所以分子的平均动能减小，选项A 正确．

答案：A

4．对于固体和液体来说，其内部分子可看做是一个挨一个紧密排列的小球，若某固体的摩尔质量为M ，密度为ρ，阿伏加德罗常数为N A .

(1)该固体分子质量的表达式为________．

(2)若已知汞的摩尔质量为M ＝200.5×10－3 kg/mol ，密度为ρ＝13.6×103 kg/m 3，阿伏加德罗常数为N A ＝6.0×1023 mol －1，试估算汞原子的直径大小(结果保留两位有效数字)．

解析：(1)该固体分子质量的表达式m ＝M N A

. (2)将汞原子视为球形，其体积

V 0＝16 πd 3＝M ρN A

汞原子直径的大小

d ＝ 36M ρN A π

＝3.6×10－10 m.

答案：(1)m ＝M N A

(2)3.6×10－10 m 5．(1)蒸汽机、内燃机等热机以及电冰箱工作时都利用了气体状态变化来实现能量的转移和转化，我们把这些气体称为工质．某热机经过一个循环后，工质从高温热源吸热Q 1，对外做功W ，又向低温热源放热Q 2，工质完全恢复初始状态，内能没有变化．根据热力学第一定律，在工质的一个循环中，Q 1、Q 2、W 三者之间满足的关系是________．热机的效率η＝W Q 1

不可能达到100%，从能量转换的角度，说明________能不能完全转化为________能．

(2)如图表示一定质量的某气体在不同温度下的两条

等

温线．图中等温线Ⅰ对应的温度比等温线Ⅱ对应的温度要

__________________(选填“高”或“低”)．在同一等温线下，如果该气体的压强变为原来的2倍，则气体的体积应变为原来的________________．

解析：(1)由热力学第一定律、热量、做功、内能的符号规定得Q 1＋(－Q 2)＋(－W )＝0，即Q 1－Q 2＝W .再由热力学第二定律知，内能不可能全部转化成机械能而不产生其他影响．

(2)质量相同的气体，pV 之积越大，则温度越高．取相同的体积V ，观察对应的压强p ，便可以比较出等温线Ⅱ的温度高．再由玻意耳定律，p 1V 1＝p 2V 2，当p 2

＝2p 1时，得V 2＝12

V 1. 答案：(1)Q 1－Q 2＝W 内 机械

(2)低 12

6．(1)气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和，其大小与气体的状态有关，分子热运动的平均动能与分子势能分别取决于气体的( )

A ．温度和体积

B ．体积和压强

C ．温度和压强

D ．压强和温度

(2)1 g100 ℃的水和1 g100 ℃的水蒸气相比较，下列说法是否正确？

①分子的平均动能和分子的总动能都相同．

②它们的内能相同．

解析：(1)由于温度是分子平均动能的标志，所以气体分子的动能宏观上取决于温度；分子势能是由分子间作用力和分子间距离共同决定的，宏观上取决于气体的体积．因此选项A 正确．

(2)①温度相同则说明它们的分子平均动能相同；又因为1 g 水和1 g 水蒸气的分子数相同，因而它们的分子总动能相同，所以①说法正确；

②当100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气时，该过程吸收热量，内能增加，所以1 g100 ℃的水的内能小于1 g100 ℃的水蒸气的内能，故②说法错误．

答案：(1)A (2)见解析

7．一个标准足球场的面积为105 m ×68 m ＝7 140 m 2.通常用空气湿度(相对湿度、绝对湿度)表示空气中含有水蒸气的情况，若球场附近一定体积的空气中所含的水蒸气凝结成水后的体积为103 cm 3，已知水的密度为ρ＝1.0×103 kg/m 3，水的摩尔质量M mol ＝1.8×10－2 kg/mol ，一标准大气压为1.0×105 Pa ，试求：

(1)该足球场上方空气的质量；

(2)水蒸气凝结成的水中含多少水分子；

(3)估算一个水分子的直径为多大．(以上计算结果均保留一位有效数字)

解析：(1)由p 0S ＝mg 得：

m ＝p 0S g 1×105×7 14010

kg ＝7×107 kg. (2)水的摩尔体积为

V 0＝M mol ρ＝1.8×10－

2

1.0×103 m 3/mol ＝2×10－5 m 3/mol 水分子数：

n ＝V 水N A V 0＝103×10－6×6.02×1023

2×10

－5个＝3×1025个． (3)建立水分子的球模型有16πd 3＝V 0N A

得水分子直径

d ＝ 36V 0πN A ＝ 36×2×10－53.14×6.02×10

23 m ＝4×10－10 m. 答案：(1)7×107 kg (2)3×1025个 (3)4×10－10 m

8．一定质量的气体从外界吸收了1×105cal 的热量，同时气体对外做了6×105

J的功，问：

(1)物体的内能变化多少？

(2)分子势能是增加还是减少？

(3)分子平均动能如何变化？(1 cal＝4.2 J)

解析：(1)因气体从外界吸收热量

所以Q＝1×105×4.2 J＝4.2×105 J

气体对外做功W＝－6×105 J

据热力学第一定律ΔU＝W＋Q得

ΔU＝－6×105 J＋4.2×105 J＝－1.8×105 J

所以物体内能减少了1.8×105 J.

(2)因为气体对外做功，体积膨胀，分子间距离增大了，分子力做负功，气体的分子势能增加了．

(3)因为气体内能减少了，而分子势能增加了，所以分子动能必然减少了，且分子动能的减少量一定大于分子势能的增加量．

答案：(1)减小1.8×105 J(2)增加(3)见解析

9．(1)已知某气体的摩尔体积为V A，摩尔质量为M A，阿伏加德罗常数为N A，由以上数据能否估算出每个分子的质量、每个分子的体积、分子之间的平均距离？

(2)当物体体积增大时，分子势能一定增大吗？

(3)在同一个坐标系中画出分子力F和分子势能E p随分子间距离的变化图象，要求表现出E p最小值的位置及E p变化的大致趋势．

解析：(1)可估算出每个气体分子的质量m0＝M A N A

；

由于气体分子间距较大，由V0＝V A

N A

是一个气体分子的体积，故不能估算每个分子的体积；

由d＝3

V0＝

3V

A

N A

可求出分子之间的平均距离．

(2)在r>r0范围内，当r增大时，分子力做负功，分子势能增大；在r

(3)

答案：见解析