全國中學(xué)生物理競賽集錦熱學(xué)

全國中學(xué)生物理競賽集錦（熱學(xué)）第21屆預(yù)賽2020.9.5一、（15分）填空e.在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1cm3氣體中的分子數(shù)約為（阿伏加德羅常量N=6.02x1023mol-1）第21屆復(fù)賽一、（20分）薄膜材料氣密性能的優(yōu)劣常用其透氣系數(shù)來加以評判.對于均勻薄膜材料，在... PSt一定溫度下，某種氣體通過薄膜滲透過的氣體分子數(shù) ... PSt一定溫度下，某種氣體通過薄膜滲透過的氣體分子數(shù) Nk—PStdS為薄膜的面積，d為薄膜的厚度， P為薄膜兩側(cè)氣體的壓強(qiáng)差.度下對該氣體的透氣系數(shù).透氣系數(shù)愈小，材料的氣密性能愈好.圖為測定薄膜材料對空氣的透氣系數(shù)的一種實(shí)驗(yàn)裝置示意圖.其中t為滲透持續(xù)時(shí)間,k稱為該薄膜材料在該溫EFGI為滲透室，U形管左管上端與滲透室相通，右管上端封閉； U形管內(nèi)橫截面積A=0.150cm2.實(shí)驗(yàn)中，首先測得薄膜的厚度d=0.66mm,再將薄膜固定于圖中CC處，從而把滲透室分為上下兩部分，上面部分的容積V。25.00cm3,下面部分連同U形管左管水面以上部分的總?cè)莘e為 V,薄膜U形管右管中氣柱長度H室上部分迅速充氣至氣體壓強(qiáng)中的水面高度下降了 H0C時(shí)對空氣的透氣系數(shù).能夠透氣的面積S=1.00cm2.打開開關(guān)U形管右管中氣柱長度H室上部分迅速充氣至氣體壓強(qiáng)中的水面高度下降了 H0C時(shí)對空氣的透氣系數(shù).20.00cm,V5.00cm3.關(guān)閉K、K2后，打開開關(guān)心對滲透P02.00atm,關(guān)閉心并開始計(jì)時(shí).兩小時(shí)后， U形管左管2.00cm.實(shí)驗(yàn)過程中，始終保持溫度為 0C.求該薄膜材料在（本實(shí)驗(yàn)中由于薄膜兩側(cè)的壓強(qiáng)差在實(shí)驗(yàn)過程中不能保持恒定，在壓強(qiáng)差變化不太大的情況下，可用計(jì)時(shí)開始時(shí)的壓強(qiáng)差和計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)的壓強(qiáng)差的平均值不來代替公式中的 P.普適氣體常量R=8.31Jmol-1K-1,1.00atm=1.013x105Pa）.第20屆預(yù)賽三、（20分）在野外施工中，需要使質(zhì)量 m=4.20kg的鋁合金構(gòu)件升溫。除了保溫瓶中尚存有溫度t=90.0C的1.200kg的熱水外，無其他熱源.試提出一個(gè)操作方案，能利用這些熱水使構(gòu)件從溫度t0=10C升溫到66.0C以上（含66.0C）,并通過計(jì)算驗(yàn)證你的方案. 已知鋁合金的比熱容c=0.880X103J?（Kg?C）-1,水的比熱容c0=4.20X103J?（Kg?C）-1,不計(jì)向周圍環(huán)境散失的熱量。第20屆復(fù)賽二、（15分）U形管的兩支管A、B和水平管C都是由內(nèi)徑均勻的細(xì)玻璃管做成的，它們的內(nèi)徑與管長相比都可忽略不計(jì).己知三部分的截面積分別為41.0102cm2,SB3.0102cm2,SC2.0102cm,在C管中有一段空氣柱，兩側(cè)被水銀封閉.當(dāng)溫度為t27c時(shí)，空氣柱長為1=30cm（如圖所示），C中氣柱兩側(cè)的水銀柱長分別為 a=2.0cm,b=3.0cm,A、B兩支管都很長，其中的水銀柱高均為h=12cm.大氣壓強(qiáng)保持為p0=76cmHg不變.不考慮溫度變化時(shí)管和水銀的熱膨脹.試求氣柱中空氣溫度緩慢升高到 t=97C時(shí)空

氣的體積.第19屆預(yù)賽四、（20分）如圖預(yù)19-4所示，三個(gè)絕熱的、容積相同的球狀容器A、日C,用帶有閥門K、&的絕熱細(xì)管連通，相鄰兩球球心的高度差h1.00m.初始時(shí)，閥門是關(guān)閉的， A中裝有1mol的氨（He）,B中裝有1mol的氨（Kr）,C中裝有l(wèi)mol的氤（Xe）,三者的溫度和壓強(qiáng)都相同. 氣體均可視為理想氣體. 現(xiàn)打開閥門K、K2,三種氣體相互混合，最終每一種氣體在整個(gè)容器中均勻分布，三個(gè)容器中氣體的溫度相同.求氣體溫度的改變量.已知三種氣體的摩爾質(zhì)量分別為He4.003103kgmol1 3. .1Kr83.810kgmol3 1Xe131.3103kgmol11K,所吸在體積不變時(shí)，這三種氣體任何一種每摩爾溫度升高收的熱量均為3R/2,R1K,所吸圖預(yù)13-4第19屆復(fù)賽圖預(yù)13-4（無）第18屆預(yù)賽六、（24分）物理小組的同學(xué)在寒冷的冬天做了一個(gè)這樣的實(shí)驗(yàn)：他們把一個(gè)實(shí)心的大鋁球加熱到某溫度t,然后把它放在結(jié)冰的湖面上（冰層足夠厚），鋁球便逐漸陷入冰內(nèi).當(dāng)鋁球不再下陷時(shí)，測出球的最低點(diǎn)陷入冰中的深度 h.將鋁球加熱到不同的溫度，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)8次，最終得到如下數(shù)據(jù)：實(shí)驗(yàn)順序數(shù)12345678熱鋁球的溫度t/C55708592104110120140陷入深度h/cm9.012.914.816.017.018.017.016.8已知鋁的密度約為水的密度的 3倍，設(shè)實(shí)驗(yàn)時(shí)的環(huán)境溫度及湖面冰的溫度均為 0c.已知此情況下，冰的熔解熱3.34105J/kg..試采用以上某些數(shù)據(jù)估算鋁的比熱 c..對未被你采用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，試說明不采用的原因，并作出解釋.

第18屆復(fù)賽二、(22分)正確使用壓力鍋的方法是：將己蓋好密封鍋蓋的壓力鍋 (如圖復(fù)18-2-1)加熱，當(dāng)鍋內(nèi)水沸騰時(shí)再加蓋壓力閥 S,此時(shí)可以認(rèn)為鍋內(nèi)只有水的飽和蒸氣， 空氣己全部排除.然后繼續(xù)加熱，直到壓力閥被鍋內(nèi)的水蒸氣頂起時(shí)，鍋內(nèi)即已達(dá)到預(yù)期溫度 (即設(shè)計(jì)時(shí)希望達(dá)到的溫度)，現(xiàn)有一壓力鍋，在海平面處加熱能達(dá)到的預(yù)期溫度為 120c.某人在海拔5000m的高山上使用此壓力鍋，鍋內(nèi)有足量的水..若不加蓋壓力閥，鍋內(nèi)水的溫度最高可達(dá)多少？.若按正確方法使用壓力鍋，鍋內(nèi)水的溫度最高可達(dá)多少？反力解.若未按正確方法使用壓力鍋，即蓋好密封鍋蓋一段時(shí)間后，在點(diǎn)火前就加上壓力閥。此時(shí)水溫為27C,6冢那么加熱到壓力閥剛被頂起時(shí)，鍋內(nèi)—水的溫度是多少？若繼續(xù)加熱，鍋內(nèi)水的溫度最高可達(dá)多少？假設(shè)空氣不溶于水.反力解已知：水的飽和蒸氣壓pw(t)與溫度t的關(guān)系圖線如圖復(fù)18-2-2所示. 圖旦遂31大氣壓強(qiáng)p(z)與高度z的關(guān)系的簡化圖線如圖復(fù)18-2-3所示.一一一_3_ 一一一 _5_t27c時(shí)t27Pw(27)3.6103Pa；t27z0處p(0)1.013105Pa

F71肝Fa40 zAp-0 50010001&0Q2900250030003即40004的50005500BOOCS?18-2^3第17屆預(yù)賽六、（20分）絕熱容器A經(jīng)一閥門與另一容積比 A的容積大得很多的絕熱容器 B相連。開始時(shí)閥門關(guān)閉，兩容器中盛有同種理想氣體，溫度均為 30C,B中氣體的壓強(qiáng)為A中的2倍?，F(xiàn)將閥門緩慢打開，直至壓強(qiáng)相等時(shí)關(guān)閉。問此時(shí)容器A中氣體的溫度為多少？假設(shè)在打開到關(guān)閉閥門的過程中處在 A中的氣體與處在B中的氣體之間無熱交換.已知每摩爾該氣體5 的內(nèi)能為U-RT,式中R為普適氣體恒量， T是熱力學(xué)溫度.2第17屆復(fù)賽

一、（20分）在一大水銀槽中豎直插有一根玻璃管，管上端封閉，下端開口.已知槽中水銀液面以上的那部分玻璃管的長度 l76cm,管內(nèi)封閉有n1.0103mol的空氣，保持水銀槽與玻璃管都不動而設(shè)法使玻璃管內(nèi)空氣的溫度緩慢地降低 10C,問在此過程中管內(nèi)空氣放出的熱量為多少？已知管外大氣的壓強(qiáng)為 76cm汞柱高，每摩爾空氣的內(nèi)能UCVT,其中T為絕對溫度，常量Cv20.5J（molKi1,普適氣體常量R8.31J（molK）1第16屆預(yù)賽三、（15分）如圖預(yù)16-3所示，兩個(gè)截面相同的圓柱形容器，右邊容器高為 H,上端封閉，左邊容器上端是一個(gè)可以在容器內(nèi)無摩擦滑動的活塞。兩容器由裝有閥門的極細(xì)管道相連通，容器、活塞和細(xì)管都是絕熱的。開始時(shí)，閥門關(guān)閉，左邊容器中裝有熱力學(xué)溫度為T0的單原子理想氣體，平衡TH時(shí)活塞到容器底的距離為H,右邊容器內(nèi)為真空。現(xiàn)將閥」門緩慢打開，活塞便緩慢下降，直至系統(tǒng)達(dá)到平衡。求此時(shí)左邊容器中活塞的高度和缸內(nèi)氣體的溫度。圖預(yù)16-3提不：一摩爾單原子理想氣體的內(nèi)能為 -RT,其中圖預(yù)16-3提不：一摩爾單原子理想氣體的內(nèi)能為 -RT,其中R為摩爾氣體常量，T為氣體的熱2力學(xué)溫度。第16屆復(fù)賽一、（20分）一汽缸的