教科版高中物理選擇性必修第三冊單元測試題含答案

教科版高中物理選擇性必修第三冊單元測試題含答案第一章分子動理論(時間：90分鐘滿分：100分)一、單項選擇題(本題共8小題，每小題3分，共24分)1．下述現象中說明分子之間有引力作用的是()A．兩塊純凈鉛柱的接觸面刮平整后用力擠壓可以粘在一起B(yǎng)．絲綢摩擦過的玻璃棒能吸引輕小物體C．磁鐵能吸引小鐵釘D．自由落體運動解析：把接觸面磨平，使兩個鉛塊的距離接近分子間引力發(fā)生作用的距離，兩個鉛塊就會結合在一起，兩個鉛塊的分子之間存在著引力，故A正確；絲綢摩擦過的玻璃棒能吸引輕小物體是靜電吸附，故B錯誤；磁鐵能吸引小鐵釘，為磁場力作用，故C錯誤；自由落體運動為萬有引力作用，故D錯誤。答案：A2．如圖所示，氧氣在0℃和100℃兩種不同情況下，各速率區(qū)間的分子數占總分子數的百分比與分子速率間的關系。下列說法中正確的是()A．甲為0℃時情況，速率大的分子比例比100℃時少B．乙為0℃時情況，速率大的分子比例比100℃時少C．甲為100℃時情況，速率小的分子比例比0℃時多D．乙為100℃時情況，速率小的分子比例比0℃時多解析：甲為0℃時情況，速率大的分子比例比100℃時少，故A正確；乙為100℃時情況，速率大的分子比例比0℃時多，故B錯誤；甲為0℃時情況，速率小的分子比例比100℃時多，故C錯誤；乙為100℃時情況，速率小的分子比例比0℃時少，故D錯誤。故選A。答案：A3．關于分子質量，下列說法正確的是()A．質量相同的任何物質，分子數都相同B．摩爾質量相同的物質，分子質量不一定相同C．分子質量之比一定等于它們的摩爾質量之比D．密度大的物質，分子質量一定大解析：質量相同的不同種物質，分子質量不一定相同，所以分子數不一定相同，A錯；任何物質一摩爾的分子數是相同的，所以摩爾質量相同，分子質量一定相同，B錯；分子質量＝eq\f(摩爾質量,阿伏伽德羅常量)，所以分子質量之比一定等于它們的摩爾質量之比，C對；密度＝eq\f(摩爾質量,摩爾體積)，所以密度大，分子質量不一定大，D錯。答案：C4．以下說法正確的是()A．機械能為零、內能不為零是可能的B．溫度相同，質量相同的物體具有相同的內能C．溫度越高，物體運動速度越大，物體的內能越大D．0℃冰的內能比等質量的0℃水的內能大解析：機械能可以為零，但內能是分子動能和分子勢能的總和，而分子動能又是分子無規(guī)則運動引起的，所以分子動能不可能為零，那么物體的內能當然也不可能為零，故A正確；物體的內能由物體的物質的量、溫度和體積決定，與物體運動的宏觀速度無關，故B、C錯誤；因為0℃的冰熔化為0℃的水要吸收熱量或對它做功，所以冰熔化為水內能增加，所以0℃水的內能比等質量的0℃冰的內能大，故D錯誤。答案：A5．用筷子蘸水后滴一滴水，體積約為0.1cm3，這一滴水中含有水分子的個數最接近以下哪一個值(阿伏伽德羅常量NA＝6.0×1023mol－1，水的摩爾體積為Vmol＝18cm3/mol)()A．6×1023個B．3×1021個C．6×1019個 D．3×1017個解析：N＝eq\f(VNA,Vmol)＝eq\f(0.1×6.0×1023,18)個≈3×1021個。答案：B6．當分子間距離大于10r0(r0是分子平衡位置間距離)時，分子力可以認為是零，規(guī)定此時分子勢能為零，當分子間距離是平衡距離r0時，下列說法正確的是()A．分子力是零，分子勢能也是零B．分子力是零，分子勢能不是零C．分子力不是零，分子勢能是零D．分子力不是零，分子勢能不是零解析：當分子距離從大于10r0開始靠近，到r0的過程中，分子作用力表現為引力，故分子力做正功，分子勢能減小，在分子間距離為r0時分子勢能為負值，分子力為零，選項B正確。答案：B7．在較暗的房間里，從射進來的光束中用眼睛直接看到懸浮在空氣中的微粒的運動是()A．布朗運動B．分子的熱運動C．自由落體運動D．氣流和重力共同作用引起的運動解析：布朗運動的實質是分子對其中的懸浮微粒不斷撞擊，因作用力不平衡而引起的微粒的無規(guī)則運動，只能在顯微鏡下才能觀察到。本題所述懸浮在空氣中被眼睛直接看到的微粒，其體積太大，空氣分子各個方向的沖擊力平均效果相互平衡，實質上這些微粒的運動是由氣流和重力共同作用而引起的復雜的運動，D正確，A、B、C錯誤。答案：D8．如圖所示，縱坐標表示兩個分子間引力、斥力的大小，橫坐標表示兩個分子的距離，圖中兩條曲線分別表示兩分子間引力、斥力的大小隨分子間距離的變化關系，e為兩曲線的交點，則下列說法正確的是()A．ab為斥力曲線，cd為引力曲線，e點橫坐標的數量級為10－10mB．ab為引力曲線，cd為斥力曲線，e點橫坐標的數量級為10－10mC．若兩個分子間距離大于e點的橫坐標，則分子間作用力表現為斥力D．若兩個分子間距離大于e點的橫坐標，且間距增大時，則分子力的合力增大解析：在F-r圖像中，隨著距離的增大，斥力比引力變化得快，所以ab為引力曲線，cd為斥力曲線，當分子間的距離等于r0時，引力等于斥力，r0的數量級為10－10m，即e點橫坐標的數量級為10－10m，A錯誤，B正確；若兩個分子間距離大于e點的橫坐標，則分子間作用力表現為引力，且間距增大時，分子力的合力先增大再減小，如圖所示，C、D錯誤。答案：B二、多項選擇題(本題共4小題，每小題4分，共16分)9．如圖是某一微粒的布朗運動路線圖，若t＝0時刻它在O點，然后每隔5s記錄一次微粒位置(依次為a、b、c、d、e、f)，最后將各位置按順序連接而得到此圖。下述分析中正確的是()A．線段ab是微粒在第6s初至第10s末的運動軌跡B．t＝12.5s時刻，微粒應該在bc連線上C．線段Oa的長度是微粒前5s內的位移大小D．雖然t＝30s時刻微粒在f點，但它不一定是沿ef到達f點的解析：圖中直線是相鄰兩時刻微粒對應位置的連線，也是這段時間內微粒的位移，但不是微粒的運動軌跡，微粒時刻在做無規(guī)則運動，因此C、D正確。答案：CD10．當分子間距離r＝r0時，分子間引力和斥力恰好平衡，若使分子間距離從r1逐漸變?yōu)閞2(r0＜r1＜r2)，在這一變化過程中，下列說法中可能正確的是()A．分子間引力比分子間斥力減小得快，分子力增大B．分子間引力比分子間斥力減小得快，分子力減小C．分子間斥力比分子間引力減小得快，分子力增大D．分子間斥力比分子間引力減小得快，分子力減小解析：分子間的引力和斥力都隨分子間距離的增大而減小，只是斥力減小得更快，但分子力隨分子間距離由r0增大時，是先增大后減小，因此當分子間距由r1變?yōu)閞2(r0＜r1＜r2)時，分子力的變化有三種可能：先增大后減小、增大、減小，C、D正確。答案：CD11．運用分子動理論的相關知識，判斷下列說法正確的是()A．氣體分子單位時間內和單位面積器壁碰撞的次數，不僅與溫度有關還與單位體積內的分子數有關B．某氣體的摩爾體積為V，每個分子的體積為V0，則阿伏伽德羅常數可表示為NA＝eq\f(V,V0)C．生產半導體器件時需要在純凈的半導體材料中摻入其他元素，這可以在高溫條件下利用分子的擴散來完成D．水流流速越快，說明水分子的熱運動越劇烈，但并非每個水分子運動都劇烈解析：氣體分子單位時間內和單位面積器壁碰撞的次數，與溫度以及單位體積內的分子數有關，故A正確；由于氣體分子之間的距離遠大于氣體分子的大小，所以不能用氣體的摩爾體積與分子體積的比值求阿伏伽德羅常量，故B錯誤；生成半導體器件時需要在純凈的半導體材料中摻入其他元素，這可以在高溫條件下利用分子的擴散來完成，故C正確；分子的熱運動是內部分子的運動，只與溫度有關，與水流速度無關，故D錯誤。答案：AC12．下列說法不正確的是()A．物體內所有分子的動能之和等于這個物體的動能B．物體的分子勢能由物體的溫度和體積決定C．自行車輪胎充氣后膨脹，主要原因是氣體分子間有斥力D．物體的內能和其機械能沒有必然聯系，但兩者可以相互轉化解析：所謂物體的動能是指物體的宏觀運動的動能，而非微觀分子的動能，故A錯誤；物體的分子勢能由物體的體積決定，故B錯誤；自行車輪胎充氣后輪胎膨脹，主要是因為氣體的壓強增大，故C錯誤；物體的內能和其機械能沒有必然聯系，但兩者可以相互轉化，故D正確。答案：ABC三、非選擇題(本題共6個小題，共60分)13．(8分)“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗步驟如下：①向體積為V1的純油酸中加入酒精，直到油酸酒精溶液總量為V2；②用注射器吸取上述溶液，一滴一滴地滴入小量筒，當滴入n滴時體積為V0；③先往邊長為30～40cm的淺盤里倒入2cm深的水；④用注射器往水面上滴一滴上述溶液，等油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將事先準備好的玻璃板放在淺盤上，并在玻璃板上描出油酸薄膜的形狀；⑤將畫有油酸薄膜輪廓形狀的玻璃板，放在畫有許多邊長為a的小正方形的坐標紙上；⑥計算出輪廓范圍內正方形的總數為N，其中不足半個格的兩個格算一格，多于半個格的算一格。上述實驗步驟中有遺漏和錯誤，遺漏的步驟是________________________________________；錯誤的步驟是______________________________________________________(指明步驟，并改正)，油酸分子直徑的表達式d＝________(假設按正確方法計算出輪廓范圍內正方形的總數仍為N)。解析：實驗中為了使油膜不分裂成幾塊，需要在水面上均勻地撒上痱子粉；由于本實驗只是一種估算，在數油膜所覆蓋的坐標格數時，大于半格算一格，小于半格舍去；油酸酒精溶液在水面上充分擴散后形成一層單分子油膜，油膜厚度可看成分子直徑，由題意可知，油酸酒精溶液的濃度為eq\f(V1,V2)，一滴油酸酒精溶液的體積為eq\f(V0,n)，則一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積為eq\f(V1V0,nV2)，而一滴油酸酒精溶液形成的油膜面積為Na2，所以油膜的厚度，即分子直徑d＝eq\f(V1V0,NV2na2)。答案：將痱子粉均勻地撒在水面上⑥，應該是不足半格的舍去，多于半格的算一格eq\f(V1V0,NV2na2)14．(9分)在做“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗時，油酸酒精溶液的濃度為每2000mL溶液中有純油酸1mL。用注射器測得1mL上述溶液有200滴，把一滴該溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，測得油膜的近似輪廓如圖所示，圖中正方形小方格的邊長為1cm，則每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是________mL，油酸膜的面積是________cm2。據上述數據，估測出油酸分子的直徑是________m。解析：1滴油酸酒精溶液中含純油酸的體積V＝eq\f(1,200)×eq\f(1,2000)mL＝2.5×10－6mL，由于每格邊長為1cm，則每一格的面積就是1cm2，估算油膜面積以超過半格為一格計算，小于半格就舍去的原則，估算出格數為41格，則油酸薄膜面積為S＝41cm2。由于分子是單分子緊密排列的，因此分子直徑為d＝eq\f(V,S)＝eq\f(2.5×10－6×10－6,41×10－4)m≈6.1×10－10m。答案：2.5×10－6416.1×10－1015．(8分)科學家可以運用無規(guī)則運動的規(guī)律來研究生物蛋白分子。資料顯示，某種蛋白的摩爾質量為66kg/mol，其分子可視為半徑為3×10－9m的球，已知阿伏伽德羅常量為6.0×1023mol－1。請估算該蛋白的密度。(假設蛋白質分子形狀為球形，計算結果保留一位有效數字)解析：摩爾體積V＝eq\f(4,3)πr3NA由密度ρ＝eq\f(M,V)，解得ρ＝eq\f(3M,4πr3NA)代入數據得ρ≈1×103kg/m3。答案：1×103kg/m316．(10分)將甲分子固定在坐標原點O，乙分子位于x軸上，甲、乙分子間作用力與距離間關系的函數圖像如圖所示。若質量為m＝1×10－26kg的乙分子從r3(r3＝12d，d為分子直徑)處以v＝100m/s的速度沿x軸負方向向甲分子飛來，僅在分子力作用下，則乙分子在運動中能達到的最大分子勢能為多大(選無窮遠處分子勢能為零)?解析：在乙分子靠近甲分子的過程中，分子力先做正功，后做負功，分子勢能先減小，后增大。動能和勢能之和不變，又因為無窮遠處分子勢能為零，當r＝r3時分子力為零，分子勢能可認為為零，所以當速度為零時，分子勢能最大，即Epm＝ΔEk減＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×1×10－26×1002J＝5×10－23J。答案：5×10－23J17．(12分)可燃冰是一種白色固體物質，1L可燃冰在常溫常壓下釋放出160L的甲烷氣體，常溫常壓下甲烷的密度ρ＝0.66g/L，甲烷的摩爾質量M＝16g/mol，阿伏伽德羅常量NA＝6.0×1023mol－1。求：(計算結果均保留兩位有效數字)(1)單個甲烷氣體分子的質量；(2)1L可燃冰在常溫常壓下釋放出的甲烷氣體的分子數目。解析：(1)m＝eq\f(M,NA)代入數據得m＝2.7×10－26kg。(2)N＝eq\f(ρV,M)NA代入數據得N≈4.0×1024。答案：(1)2.7×10－26kg(2)4.0×102418．(13分)公共場所禁止吸煙，因為被動吸煙比主動吸煙害處更大。在標準狀況下空氣的摩爾體積為22.4L，若在標準狀況下，一個人在一個高約2.8m、面積約10m2的辦公室內吸了一根煙(人正常呼吸一次吸入氣體300cm3，一根煙大約吸10次)，假設吸煙者每次吸入的空氣都是未被污染的空氣，則：(1)估算被污染的空氣分子間的平均距離。(2)另一不吸煙者一次呼吸大約吸入多少個被污染過的空氣分子？解析：(1)吸煙者抽一根煙吸入氣體的總體積為10×300cm3，含有空氣分子數為N＝eq\f(10×300×10－6,22.4×10－3)×6.02×1023個≈8.1×1022個辦公室單位體積空間內含被污染的空氣分子數為N′＝eq\f(8.1×1022,10×2.8)個/m3≈2.9×1021個/m3每個污染的空氣分子所占體積為V＝eq\f(1,2.9×1021)m3所以平均距離為L＝eq\r(3,V)≈7×10－8m。(2)被動吸煙者一次吸入被污染的空氣分子數為2.9×1021×300×10－6個＝8.7×1017個。答案：(1)7×10－8m(2)8.7×1017個第二章固體、液體和氣體一、單項選擇題(本題共8小題，每小題3分，共24分)1．人類對物質屬性的認識是從宏觀到微觀不斷深入的過程。以下說法正確的是()A．液體的內能與體積無關B．液體分子間的相互作用比固體分子間作用力強C．液體分子間的熱運動有固定的平衡位置D．露珠呈球狀是由于液體表面張力的作用解析：分子勢能與分子間距離有關，而分子間距離與物體的體積有關，內能等于所有分子的動能和勢能之和，所以液體的內能與體積有關，故A錯誤；液體分子間距離比固體分子間距離大，所以液體分子間的相互作用比固體分子間作用力弱，故B錯誤；液體分子間的熱運動沒有固定的平衡位置，液體分子在某一位置振動以后可以移動到另一個位置，故C錯誤；液體表面層分子間距離大于液體內部分子間距離，在液體表面形成表面張力，露珠呈球狀是由于液體表面張力的作用，故D正確。答案：D2．如圖所示，ACBD是一厚度均勻的由同一種材料構成的圓板，AB和CD是互相垂直的兩條直徑，把圓板從圖示位置逆時針轉90°后電流表讀數發(fā)生了變化(兩種情況下都接觸良好)。關于圓板，下列說法正確的是()A．圓板的導電性能具有各向異性B．圓板是非晶體C．圓板是多晶體D．不知有無固定熔點，無法判定圓板是晶體還是非晶體解析：電流表讀數發(fā)生變化，說明圓板沿AB和CD兩個方向的導電性能不同，即具有各向異性，所以圓板是單晶體，A正確，B、C、D錯誤。答案：A3．一定質量的理想氣體，在壓強不變時，溫度每升高1℃，它的體積的增加量()A．相同 B．逐漸增大C．逐漸減小 D．成正比例地增大解析：氣體等壓變化，根據蓋呂薩克定律eq\f(V,T)＝C，有eq\f(V,T)＝eq\f(ΔV,ΔT)，則ΔV＝eq\f(V,T)ΔT，故溫度每升高1℃，它的體積的增加量相同。答案：A4．彎曲管子內注有密度為ρ的水，中間有空氣，各管內液面高度差如圖中所標，大氣壓強為p0，重力加速度為g，圖中A點處的壓強是()A．p0＋4ρgh B．p0＋3ρghC．p0＋2ρgh D．ρgh解析：同一液體內部等高處的壓強處處相等，由圖中液面的高度關系可知，封閉氣體的壓強為p1＝p0＋ρgh，A點的壓強為pA＝p1＋ρgh＝p0＋2ρgh，故選C。答案：C5.新冠疫情期間，我國廣大醫(yī)務工作者表現出的無私無畏的獻身精神，給國人留下了深刻的印象。如圖是醫(yī)務人員為患者輸液的示意圖。在輸液的過程中，下列說法正確的是()A．A瓶與B瓶中的藥液一起用完B．B瓶中的藥液先用完C．隨著液面下降，A瓶內C處氣體壓強逐漸增大D．隨著液面下降，A瓶內C處氣體壓強保持不變解析：在藥液從B瓶中流下時，封閉氣體體積增大，溫度不變，根據玻意耳定律知氣體壓強減小，A瓶中空氣將A瓶中藥液壓入B瓶，補充B瓶流失的藥液，即B瓶藥液液面保持不變，直到A瓶中藥液全部流入B瓶，即A瓶藥液先用完，A、B錯誤；A瓶瓶口處壓強和大氣壓強相等，但A瓶中液面下降，由液體產生的壓強減小，因此A瓶中氣體產生的壓強逐漸增大，C正確，D錯誤。答案：C6．在1個標準大氣壓下，把粗細均勻的玻璃管開口向下豎直地壓入水中，管中共有eq\f(1,2)部分充滿水。假設溫度不變，則此時管內空氣壓強相當于()A．3個大氣壓 B．2個大氣壓C.eq\f(2,3)個大氣壓 D.eq\f(1,3)個大氣壓解析：設管中的氣體的初始壓強為1個標準大氣壓p0，體積為SL，壓縮后的壓強為p，體積為eq\f(1,2)SL，根據玻意耳定律有p0SL＝p·eq\f(1,2)SL，解得p＝2p0，故B正確，A、C、D錯誤。答案：B7.如圖所示為一定質量的理想氣體的peq\f(1,V)圖像，圖中BC為過原點的直線，A、B、C為氣體的三個狀態(tài)，則下列說法中正確的是()A．TA>TB＝TCB．TA>TB>TCC．TA＝TB>TCD．TA<TB<TC解析：從圖像可以看出，從A到B為等容變化，壓強減小，溫度降低，即TA>TB，BC為等溫線，從B到C為等溫變化，即TB＝TC，所以A正確，B、C、D三項錯誤。答案：A8.噴霧器裝了藥液后，上方空氣的體積是1.5L，然后用打氣筒緩慢地向藥液上方打氣，如圖所示。打氣過程中溫度保持不變，每次打進1atm的空氣250cm3，要使噴霧器里的壓強達到四個標準大氣壓，則打氣筒應打的次數是()A．15 B．18C．20 D．25解析：把打進容器內的氣體當作整體的一部分，氣體質量仍然不變。初始氣體壓強為p0，末態(tài)氣體壓強為4p0，壓強增為4倍，溫度不變，體積必然壓縮為原來的eq\f(1,4)，說明初始體積為6L，補充的氣體和容器中本來就有的氣體體積之和為(1.5＋0.25n)L＝6L，即n＝18，選項B正確。答案：B二、多項選擇題(本題共4小題，每小題4分，共16分)9．分子動理論以及固體、液體的性質是熱學的重要內容。下列說法正確的是()A．用吸管將牛奶吸入口中是利用了毛細現象B．同溫度的氧氣和氫氣，它們的分子平均動能相等C．荷葉上的小露珠呈球形是由于液體表面張力的原因D．彩色液晶顯示器利用了液晶的光學性質具有各向異性的特點解析：用吸管將牛奶吸入口中是利用了氣體的壓強，不是毛細現象，A項錯誤；溫度是分子平均動能的標志，B項正確；液體表面的分子分布比液體內部分子的分布要稀疏，存在表面張力，荷葉上的小露珠呈球形是由于液體表面張力的作用，C項正確；液晶像液體一樣具有流動性，而其光學性質與某些晶體相似，具有各向異性，彩色液晶顯示器利用了液晶的光學性質具有各向異性的特點，D項正確。答案：BCD10．下列說法正確的是()A．放飛的氫氣球上升到一定的高度會脹破，是因為球內的氣體壓強增大B．氣體的狀態(tài)不變，說明氣體的體積、壓強、溫度均不發(fā)生變化C．一定質量的氣體，壓強不變時，體積也不會變化D．一定質量的氣體，溫度不變時，peq\f(1,V)圖像是一條直線，且直線的斜率越大，說明氣體溫度越高解析：隨著氣球上升，球外空氣壓強減小，氣球體積增大，最終氣球會破裂，故A錯誤；描述氣體的物理量有氣體的體積、壓強、溫度，當這三個物理量不變時，氣體的狀態(tài)不變，故B正確；由理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知，壓強不變時，體積可能發(fā)生變化，故C錯誤；由等溫變化pV＝C可得p＝C·eq\f(1,V)，則peq\f(1,V)圖像是一條直線，直線的斜率越大即pV越大，由理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知，溫度越高，故D正確。答案：BD11.如圖所示，質量為M的絕熱活塞把一定質量的理想氣體密封在豎直放置的絕熱氣缸內，活塞可在氣缸內無摩擦滑動。現通過電熱絲對理想氣體十分緩慢地加熱，設氣缸處在大氣中，大氣壓強恒定。經過一段較長時間后，下列說法正確的是()A．氣缸中氣體的壓強比加熱前要大B．氣缸中氣體的壓強保持不變C．氣缸中氣體的體積比加熱前要大D．活塞在單位時間內受氣缸中分子撞擊的次數比加熱前要少解析：氣缸內封閉氣體的壓強p＝p0＋eq\f(Mg,S)，其中S為活塞的面積，則加熱時封閉氣體的壓強保持不變，故A項錯誤，B項正確；封閉氣體發(fā)生等壓變化，根據蓋呂薩克定律知，溫度上升時，氣體的體積增大，故C項正確；溫度升高，分子的平均動能增加，同時體積增大，單位體積內氣體分子數減少，但氣體的壓強不變，則加熱后活塞在單位時間內受氣缸中分子撞擊的次數減少，故D項正確。答案：BCD12.一定質量的理想氣體經歷如圖所示的一系列過程，ab、bc、cd和da這四段過程在pT圖像中都是直線段，ab和dc的延長線通過坐標原點O，bc垂直于ab，ad平行于縱軸。由圖可以判斷()A．ab過程中氣體體積不斷減小B．bc過程中氣體體積不斷減小C．cd過程中氣體體積不斷增大D．da過程中氣體體積不斷增大解析：由pT圖像的特點可知a、b在同一條等容線上，體積不變，A錯誤；c、d在同一條等容線上，體積不變，C錯誤；在pT圖像中，圖線的斜率越大與之對應的體積越小，因此b→c的過程體積減小，d→a的過程體積增大，B、D正確。答案：BD三、非選擇題(本題共6小題，共60分)13．(6分)如圖是探究氣體等溫變化規(guī)律的簡易裝置圖，表中是某小組的數據。序號V/mLp/(105Pa)pV/(105Pa·mL)1201.001020.0202181.095219.7143161.231319.7014141.403019.6425121.635119.621(1)若要研究p、V之間的關系，繪制圖像時應作________(選填“p-V”或“p-eq\f(1,V)”)圖像。(2)仔細觀察發(fā)現，pV的值越來越小，可能的原因是________________________________________________________________________。解析：(1)由理想氣體的狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知，若是作p-V圖像，得到的等溫線是曲線；若是作p-eq\f(1,V)圖像，得到的等溫線是一條延長線過坐標原點的直線。后者更方便且直觀，便于分析問題，所以作p-eq\f(1,V)圖像。(2)因研究的過程是等溫變化，由方程pV＝nRT(n表示物質的量，T表示絕對溫度，R是常數)可知，pV值越來越小，說明n減小，即物質的量在減小，說明有氣體漏出。答案：(1)p-eq\f(1,V)(2)有氣體漏出14．(9分)圖甲是一種研究氣球的體積和壓強的變化規(guī)律的裝置。將氣球、壓強傳感器和大型注射器用T形管連通。初始時認為氣球內無空氣，注射器內氣體體積為V0，壓強為p0。T形管與傳感器內少量氣體體積可忽略不計。緩慢推動注射器，保持溫度不變，裝置密封良好。(1)該裝置可用于驗證________定律。(填寫氣體實驗定律名稱)(2)將注射器內氣體部分推入氣球，讀出此時注射器內剩余氣體的體積為eq\f(2,3)V0，壓強傳感器讀數為p1，則此時氣球體積為________。(3)繼續(xù)推動活塞，多次記錄注射器內剩余氣體的體積及對應的壓強，計算出對應的氣球體積，得到如圖乙所示的“氣球體積和壓強”關系圖。根據該圖像估算：若初始時注射器內僅有體積為0.5V0，壓強為p0的氣體，當氣體全部壓入氣球后，氣球內氣體的壓強將變?yōu)開_______p0。(結果保留三位小數)解析：(1)用DIS研究在溫度不變時，氣體的壓強隨體積的變化情況，所以該裝置可用于驗證玻意耳定律。(2)將注射器內氣體部分推入氣球，壓強傳感器讀數為p1，根據玻意耳定律得p1V1＝p0V0，所以V1＝eq\f(p0V0,p1)；讀出此時注射器內剩余氣體的體積為eq\f(2,3)V0，所以此時氣球體積為V1－eq\f(2,3)V0＝eq\f(p0V0,p1)－eq\f(2V0,3)。(3)由題可知，若初始時注射器內僅有體積為0.5V0、壓強為p0的氣體，氣體全部壓入氣球后氣球內氣體的壓強與初始時注射器內體積為V0、壓強為p0的氣體中的eq\f(1,2)氣體壓入氣球的壓強相等，結合題圖乙可知，剩余的氣體的體積約為0.5V0，壓強略大于p0，所以剩余的氣體的體積略小于0.5V0，由圖可以讀出壓強約為1.027p0。答案：(1)玻意耳(2)eq\f(p0V0,p1)－eq\f(2V0,3)(3)1.02715.(10分)一定質量的理想氣體由狀態(tài)A經狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C，其體積V與熱力學溫度T的關系圖像如圖所示，已知氣體在狀態(tài)A時的壓強pA＝p0，線段AB與V軸平行，BC的延長線過原點。求：(1)氣體在狀態(tài)B時的壓強pB；(2)氣體在狀態(tài)C時的壓強pC和溫度TC；(3)畫出全過程的p-V圖像。解析：(1)A→B為等溫變化，由玻意耳定律得，p0V0＝pB·2V0，解得pB＝eq\f(1,2)p0。(2)B→C為等壓變化，則pC＝pB＝eq\f(1,2)p0由eq\f(VB,VC)＝eq\f(TB,TC)得TC＝eq\f(1,2)T0。(3)如圖所示。答案：(1)eq\f(1,2)p0(2)eq\f(1,2)p0eq\f(1,2)T0(3)圖見解析16．(10分)如圖所示，某洗車的高壓水槍由長方體儲水箱、空氣壓縮機、進氣管、進水管和出水管幾部分組成，其中儲水箱的體積為5m3，底面面積為1m2，出水管緊靠儲水箱頂部。為檢測儲水箱是否漏氣，將4m3的水注入儲水箱，關閉進水管閥門；再用空氣壓縮機將一大氣壓下體積為1.4m3空氣壓入儲水箱；打開出水管閥門，查看儲水箱內剩余水的體積即可判別是否漏氣。忽略進、出水管及進氣管中氣體和水的體積。已知一個大氣壓相當于10m高的水柱產生的壓強，溫度保持不變，若儲水箱不漏氣，求剩余水的體積應為多少？解析：整個過程中儲水箱內溫度保持不變，設放水結束后儲水箱內氣體的壓強為p2，體積為V2，出水管中超出儲水箱內水面的水柱高度為h，根據題意可知p1＝10mH2O，V1＝2.4m3p2＝(10＋h)mH2O，V2＝hS由玻意耳定律可得p1V1＝p2V2儲水箱內剩余水的體積V＝5m3－h(huán)S解得V＝3m3。答案：3m317．(12分)自動洗衣機洗衣缸的下部與一控水裝置的豎直均勻細管相通，細管上端封閉，并和一壓力傳感器相接。洗衣缸進水時，細管中的空氣被水封閉，隨著洗衣缸中水面的升高，細管中的空氣被壓縮，當細管中空氣壓強達到1.05×105Pa時，壓力傳感器使進水閥門關閉，達到自動控水的目的。已知細管的長度L0＝42cm，管內氣體可視為理想氣體且溫度始終不變，取大氣壓p0＝1.00×105Pa，重力加速度g＝10m/s2，水的密度ρ＝1.0×103kg/m3。洗衣機停止進水時，求：(1)細管中被封閉的空氣柱的長度L；(2)洗衣缸內水的高度h。解析：(1)細管中的氣體初始壓強為p0＝1.00×105Pa，初始體積為V0＝L0S，細管中的氣體末態(tài)壓強為p＝1.05×105Pa，設末態(tài)體積為V＝LS，由玻意耳定律可得p0V0＝pV解得L＝40cm。(2)設洗衣機缸與細管中的水面差為Δh，細管中氣體的壓強為p＝ρgΔh＋p0故洗衣缸內水的高度h＝Δh＋(L0－L)解得h＝52cm。答案：(1)40cm(2)52cm18．(13分)趣味運動“充氣碰碰球”如圖所示。用完全封閉的PVC薄膜充氣膨脹成型，人鉆入洞中，進行碰撞游戲。充氣之后碰碰球內氣體體積為0.8m3，壓強為1.5×105Pa。碰撞時氣體最大壓縮量是0.08m3，不考慮壓縮時氣體的溫度變化。(1)求壓縮量最大時，球內氣體的壓強；(結果保留三位有效數字)(2)為保障游戲安全，球內氣體壓強不能超過1.75×105Pa，那么，在早晨17℃環(huán)境下充完氣的碰碰球，球內氣體壓強為1.5×105Pa，若升溫引起的球內容積變化可忽略，請通過計算判斷是否可以安全地在中午37℃的環(huán)境下進行碰撞游戲。解析：(1)碰撞游戲時，氣體從初始到壓縮量最大的過程中，經歷等溫變化，由玻意耳定律有p1V1＝p2V2其中p1＝1.5×105Pa，V1＝0.8m3，V2＝(0.8－0.08)m3＝0.72m3代入數據解得p2≈1.67×105Pa。(2)從早晨充好氣，到中午碰撞游戲前，氣體經歷等容變化，由查理定律有eq\f(p1,T2)＝eq\f(p3,T3)其中T2＝(17＋273)K＝290K，T3＝(37＋273)K＝310K中午碰撞游戲時，氣體從初始狀態(tài)到壓縮量最大的過程中，氣體經歷等溫變化，由玻意耳定律有p3V1＝p4V2聯立并代入數據解得p4≈1.78×105Pa＞1.75×105Pa所以不能安全地在中午37℃的環(huán)境下進行碰撞游戲。答案：(1)1.67×105Pa(2)見解析第三章熱力學定律(時間：90分鐘滿分：100分)一、單項選擇題(本題共8小題，每小題3分，共24分)1.如圖所示，在紫銅管內滴入乙醚，蓋緊管塞。用手拉住繩子兩端迅速往復拉動，管塞會被沖開。管塞被沖開前()A．外界對管內氣體做功，氣體內能增大B．管內氣體對外界做功，氣體內能減小C．管內氣體內能不變，壓強變大D．管內氣體內能增大，壓強變大解析：克服繩與金屬管間的摩擦做功，使管壁內能增大，溫度升高，通過熱傳遞，乙醚的內能增大，溫度升高，直至沸騰，管塞會被沖開，管塞被沖開前管內氣體內能增大，壓強變大，選項D正確。答案：D2．下列說法正確的是()A．冰箱能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，因此不遵守熱力學第二定律B．空調工作時消耗的電能與室內溫度降低所放出的熱量可以相等C．自發(fā)的熱傳遞是不可逆的D．不可能通過給物體加熱而使它運動起來，因為其違背熱力學第一定律解析：冰箱能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，但要消耗電能，因此遵守熱力學第二定律，故A錯誤；空調工作時消耗的電能大于室內溫度降低所放出的熱量，故B錯誤；一切與熱現象有關的宏觀過程都是不可逆的，故C正確；不可能通過給物體加熱而使它運動起來，因為其違背熱力學第二定律，故D錯誤。答案：C3．關于能量的轉化，下列說法正確的是()A．滿足能量守恒定律的物理過程都能自發(fā)地進行B．空調機既能制熱又能制冷，說明熱傳遞不存在方向性C．熱量不可能由低溫物體傳給高溫物體而不發(fā)生其他變化D．自然界中能量的總量保持不變，而且能量的可利用性在逐步提高解析：根據熱力學第二定律可知，宏觀熱現象具有方向性，滿足能量守恒定律的物理過程不一定能自發(fā)地進行，故A錯誤；熱傳遞存在方向性是說熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，空調在工作過程中消耗了電能，故B錯誤；熱量不可能由低溫物體傳給高溫物體而不發(fā)生其他變化，故C正確；根據能量守恒定律可知，自然界中能量的總量保持不變，但根據熱力學第二定律可知，能量轉化具有方向性，能量耗散使能量的可利用性在逐步降低，故D錯誤。答案：C4．關于能量和能源，下列說法正確的是()A．化石能源是清潔能源，水能是可再生能源B．人類在不斷地開發(fā)和利用新能源，所以能量可以被創(chuàng)造C．在能源的利用過程中，由于能量在數量上并未減少，所以不需要節(jié)約能源D．能量耗散現象說明：在能量轉化的過程中，雖然能的總量并不減少，但能量品質降低了解析：化石能源在燃燒時放出SO2、CO2等氣體，形成酸雨和溫室效應，破壞生態(tài)環(huán)境，不是清潔能源，選項A錯誤；能量是守恒的，在能源的利用過程中，能量品質會下降，故要節(jié)約能源，選項B、C均錯誤，D正確。答案：D5.如圖所示，氣缸內封閉一定質量的理想氣體，活塞通過定滑輪與一重物相連并處于靜止狀態(tài)，此時活塞到缸口的距離h＝0.2m，活塞面積S＝10cm2，封閉氣體的壓強p＝5×104Pa?，F通過電熱絲對缸內氣體加熱，使活塞緩慢上升直至缸口。在此過程中封閉氣體吸收了Q＝60J的熱量，假設氣缸壁和活塞都是絕熱的，活塞質量及一切摩擦力不計，則在此過程中氣體內能的增加量為()A．70J B．60JC．50J D．10J解析：活塞移動過程中，氣缸內氣體對外界做功W＝Fs＝pSh＝10J，根據熱力學第一定律有ΔU＝Q－W＝60J－10J＝50J，故C正確。答案：C6．一定質量的理想氣體在某一過程中壓強p＝1.0×105Pa保持不變，體積增大100cm3，氣體內能增加了50J，則此過程()A．氣體從外界吸收50J的熱量B．氣體從外界吸收60J的熱量C．氣體向外界放出50J的熱量D．氣體向外界放出60J的熱量解析：氣體體積增大100cm3，所以氣體對外界做功W＝pΔV＝1.0×105×100×10－6＝10J，而氣體內能增加了50J，根據熱力學第一定律可知，氣體吸收的熱量Q＝60J，故B正確，A、C、D錯誤。答案：B7．如圖所示，用兩種不同的金屬絲組成一個回路，接觸點1插在一杯熱水中，接觸點2插在一杯冷水中，此時靈敏電流計的指針會發(fā)生偏轉，這就是溫差發(fā)電現象。根據這一現象，下列說法中正確的是()A．這一過程違反了熱力學第二定律B．這一過程違反了熱力學第一定律C．熱水和冷水的溫度將發(fā)生變化D．這一過程違反了能量守恒定律解析：熱力學第二定律由實際熱現象總結而來，故任何宏觀的實際熱現象都符合熱力學第二定律，故A錯誤；吸放熱和做功均會改變內能，該過程沒有違反熱力學第一定律，故B錯誤；在實驗過程中，熱水內能減少，一部分轉移到低溫物體，一部分轉化為電能，故熱水一定會降溫，冷水一定會升溫，故C正確；能量守恒定律是普遍定律，在實驗過程中，熱水的內能部分轉化成電能，有電阻的位置都會產生熱能，符合能量守恒定律，故D錯誤。答案：C8．用隔板將一絕熱容器隔成A和B兩部分，A中盛有一定質量的理想氣體，B為真空(如圖甲所示)，現把隔板抽去，A中的氣體自動充滿整個容器(如圖乙所示)，這個過程稱為氣體的自由膨脹。下列說法正確的是()A．自由膨脹過程中，氣體分子只做定向運動B．自由膨脹前后，氣體的壓強不變C．自由膨脹前后，氣體的溫度不變D．容器中的氣體在足夠長的時間內，能全部自動回到A部分解析：由分子動理論知，氣體分子的熱運動是永不停息的無規(guī)則運動，故選項A錯誤；由能量守恒定律知，氣體膨脹前后內能不變，又因一定質量理想氣體的內能只與溫度有關，所以氣體的溫度不變，故選項C正確；由eq\f(pV,T)＝C知，氣體壓強變小，故選項B錯誤；由熱力學第二定律知，真空中氣體膨脹具有方向性，在無外界影響的情況下，容器中的氣體不能自發(fā)地全部回到容器的A部分，故選項D錯誤。答案：C二、多項選擇題(本題共4小題，每小題4分，共16分)9．電冰箱的制冷設備是用機械的方式制造人工低溫的裝置，壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內外的管道中不斷循環(huán)，實現制冷作用。下列說法正確的是()A．打開冰箱門讓壓縮機一直工作，可使室內溫度逐漸降低B．在電冰箱的內管道中，制冷劑迅速膨脹并吸收熱量C．在電冰箱的外管道中，制冷劑被劇烈壓縮放出熱量D．電冰箱的工作原理違背了熱力學第二定律解析：電冰箱工作過程中，消耗電能的同時部分電能轉化為內能，故打開冰箱門，室內溫度不可能降低，選項A錯誤；制冷劑在內管道膨脹吸熱，在外管道被壓縮放熱，選項B、C正確；電冰箱的工作原理并不違背熱力學第二定律，選項D錯誤。答案：BC10.如圖所示，a、b、c、d表示一定質量的理想氣體狀態(tài)變化過程中的四個狀態(tài)，圖中ad平行于橫坐標軸，dc平行于縱坐標軸，ab的延長線過原點。以下說法正確的是()A．從狀態(tài)d到c，氣體不吸熱也不放熱B．從狀態(tài)c到b，氣體放熱C．從狀態(tài)a到d，氣體對外做功D．從狀態(tài)b到a，氣體吸熱解析：從狀態(tài)d到c，溫度不變，理想氣體內能不變，但是由于壓強減小，所以體積增大，對外做功，要保持內能不變，一定要吸收熱量，故選項A錯誤；氣體從狀態(tài)c到狀態(tài)b是一個降壓、降溫過程，同時體積減小，外界對氣體做功，而氣體的內能還要減小，就一定要伴隨放熱，故選項B正確；氣體從狀態(tài)a到狀態(tài)d是一個等壓、升溫的過程，同時體積增大，所以氣體要對外做功，選項C正確；氣體從狀態(tài)b到狀態(tài)a是個等容變化過程，隨壓強的增大，氣體的溫度升高，內能增大，而在這個過程中氣體的體積沒有變化，沒有做功，氣體內能的增大是因為氣體吸熱，故選項D正確。答案：BCD11.如圖是某研究小組為了探究“魚鰾的作用”所制作的裝置。具體制作方法如下：在大號可樂瓶中注入半瓶水，在一個小氣球中放入幾枚硬幣并充入少量空氣(忽略氣體的分子勢能)，將其裝入可樂瓶中。通過在水中放鹽改變水的密度后，使氣球恰好懸浮于水中，并擰緊瓶蓋。設初始時瓶中氣體、水及外界大氣的溫度相同。當用手擠壓“可樂瓶”的上半部分時，下列說法正確的是()A．快速擠壓時，瓶內氣體壓強變大B．快速擠壓時，瓶內氣體溫度不變C．快速擠壓時，瓶內氣體體積不變D．緩慢擠壓時，瓶內氣體溫度不變解析：快速擠壓氣體時，外界對它做功，來不及傳遞熱量，由W＋Q＝ΔU知瓶內氣體內能增大，溫度上升，體積變小，瓶內壓強變大，A正確，B、C錯誤；緩慢擠壓時，溫度不變，體積變小，瓶內壓強變大，D正確。答案：AD12.大約在1670年，英國賽斯特城的主教約翰·維爾金斯設計了一種磁力“永動機”。如圖所示，在斜坡頂上放一塊強有力的磁鐵，斜坡上端有一個小孔，斜面下有一個連接小孔直至底端的彎曲軌道，維爾金斯認為：如果在斜坡底端放一個小鐵球，那么由于磁鐵的吸引，小鐵球就會向上運動，當小球運動到小孔P處時，它就要掉下，再沿著斜面下的彎曲軌道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以對外做功，然后又被磁鐵吸引回到上端，到小孔P處又掉下。在以后的二百多年里，維爾金斯的永動機居然改頭換面地出現過多次，其中一次是在1878年，即在能量守恒定律確定20年后，竟在德國取得了專利權。關于維爾金斯“永動機”，正確的認識應該是()A．不符合理論規(guī)律，一定不可能實現B．如果忽略斜面的摩擦，維爾金斯“永動機”一定可以實現C．如果忽略斜面的摩擦，鐵球質量較小，磁鐵磁性又較強，則維爾金斯“永動機”可以實現D．違背能量守恒定律，不可能實現解析：磁鐵吸引小球上升，要消耗磁鐵的磁場能，時間長了磁鐵的磁性就會逐步減弱，直至不能把小球吸引上去，該思想違背了能量守恒定律，不可能實現。答案：AD三、非選擇題(本題共6小題，共60分)13．(6分)某容器中的空氣被光滑活塞封住，容器和活塞絕熱性能良好，空氣可視為理想氣體。初始時容器中空氣的溫度與外界相同，壓強大于外界大氣壓強?，F使活塞緩慢移動，直至容器中的空氣壓強與外界大氣壓強相同。此時，容器中空氣的溫度________(選填“高于”“低于”或“等于”)外界溫度，容器中空氣的密度________(選填“大于”“小于”或“等于”)外界空氣的密度。解析：由于初始時容器中的空氣壓強大于外界大氣壓強，活塞光滑、容器絕熱，容器內空氣推動活塞對外做功，由ΔU＝W＋Q知，氣體內能減少，溫度降低。氣體的壓強與溫度和單位體積內的分子數有關，由于容器內空氣的溫度低于外界溫度，但壓強相同，則容器中空氣的密度大于外界空氣的密度。答案：低于大于14.(8分)一定質量的理想氣體由狀態(tài)a沿abc變化到狀態(tài)c，吸收了340J的熱量，并對外做功120J。若該氣體由狀態(tài)a沿adc變化到狀態(tài)c時，對外做功40J，則這一過程中氣體________(選填“吸收”或“放出”)______J熱量。解析：對該理想氣體由狀態(tài)a沿abc變化到狀態(tài)c的過程，由熱力學第一定律可得ΔU＝Q＋W＝340J－120J＝220J，即從a狀態(tài)到c狀態(tài)，理想氣體的內能增加了220J；若該氣體由狀態(tài)a沿adc變化到狀態(tài)c時，對外做功40J，此過程理想氣體的內能還是增加220J，所以可以判定此過程是吸收熱量，再根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，得Q＝ΔU－W＝220J＋40J＝260J。答案：吸收26015.(10分)如圖所示，一定質量的理想氣體經歷了A→B的等壓過程和B→C的絕熱過程(氣體與外界無熱量交換)，其中B→C過程中內能減少900J。求A→B→C過程中氣體對外界做的總功。解析：A到B過程中，W1＝－p(VB－VA)＝－6×105×1×10－3J＝－600J，B到C的過程中，沒有吸放熱，Q＝0，則ΔU＝W2，解得W2＝－900J，所以W＝W1＋W2＝－600J－900J＝－1500J，可知氣體對外界做功1500J。答案：1500J16.(10分)如圖所示，在豎直放置的圓柱形容器內用質量為m的活塞密封一部分氣體，活塞可與容器壁間無摩擦滑動，容器的橫截面積為S，將整個裝置放在大氣壓恒為p0的空氣中，開始時氣體的溫度為T0，活塞與容器底的距離為h0，當氣體從外界吸收熱量Q后，活塞緩慢上升d后再次平衡。(已知重力加速度為g)問：(1)外界空氣的溫度是多少？(2)在此過程中的密閉氣體的內能增加了多少？解析：(1)取密閉氣體為研究對象，活塞上升過程為等壓變化，由蓋-呂薩克定律有eq\f(V,T)＝eq\f(V0,T0)，得外界溫度T＝eq\f(V,V0)T0＝eq\f(h0＋d,h0)T0。(2)活塞上升的過程，密閉氣體克服大氣壓力和活塞的重力做功，所以外界對氣體做的功W＝－(mg＋p0S)d，根據熱力學第一定律得，密閉氣體增加的內能ΔU＝Q＋W＝Q－(mg＋p0S)d。答案：(1)eq\f(h0＋d,h0)T0(2)Q－(mg＋p0S)d17.(12分)某同學利用廢舊物品制作了一個簡易氣溫計：在一個空葡萄酒瓶中插入一根兩端開口的玻璃管，玻璃管內有一段長度可忽略的水銀柱，瓶口處用蠟密封，將酒瓶水平放置，如圖所示。已知該酒瓶容積為480cm3，玻璃管內部橫截面積為0.4cm2，瓶口外的有效長度為48cm。當氣溫為7℃時，水銀柱剛好處在瓶口位置。(1)求該氣溫計能夠測量的最高氣溫；(2)假設水銀柱從瓶口處緩慢移動到最右端的過程中，密封氣體從外界吸收了3J熱量，則在這一過程中該氣體的內能變化了多少？(已知大氣壓強p0＝1.0×105Pa)解析：(1)封閉氣體發(fā)生等壓變化，則eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)，即eq\f(480cm3,273＋7K)＝eq\f(480cm3＋0.4×48cm3,T2)，解得T2＝291.2K，即t2＝18.2℃。(2)根據熱力學第一定律得ΔU＝Q＋W，外界對氣體做的功W＝－p0·ΔV＝－1.92J，解得ΔU＝1.08J。即氣體內能增加了1.08J。答案：(1)18.2℃(2)增加了1.08J18．(14分)一個水平放置的氣缸，由兩個截面積不同的圓筒連接而成?；钊鸄、B用一長為4L的剛性細桿連接，L＝0.5m，它們可以在筒內無摩擦地左右滑動。A、B的截面積分別為SA＝40cm2，SB＝20cm2，A、B之間封閉著一定質量的理想氣體，兩活塞外側(A的左方和B的右方)是壓強為p0＝1.0×105Pa的大氣。當氣缸內氣體溫度為T1＝525K時兩活塞靜止于如圖所示的位置。(1)現使氣缸內氣體的溫度緩慢下降，當溫度降為多少時活塞A恰好移到兩圓筒連接處？(2)若在此變化過程中氣體共向外放熱500J，求氣體的內能變化了多少？解析：(1)活塞向右緩慢移動過程中，氣體發(fā)生等壓變化，由蓋呂薩克定律有eq\f(3LSA＋LSB,T1)＝eq\f(4LSB,T2)，代入數值解得T2＝300K。(2)活塞向右移動過程中，外界對氣體做功W＝p0·3L(SA－SB)＝1×105×3×0.5×(4×10－3－2×10－3)J＝300J，由熱力學第一定律得ΔU＝W＋Q＝300J－500J＝－200J，即氣體的內能減少200J。答案：(1)300K(2)減少200J第四章原子結構(時間：90分鐘滿分：100分)一、單項選擇題(本題共8小題，每小題3分，共24分)1．關于陰極射線，下列說法正確的是()A．陰極射線就是稀薄氣體導電時的輝光放電現象B．陰極射線是在真空管內由正極放出的電子流C．陰極射線是由德國物理學家戈德斯坦命名的D．陰極射線就是X射線解析：陰極射線是在真空管內由負極放出的電子流，不是氣體導電發(fā)光的輝光放電現象，故A、B、D錯誤；陰極射線是由德國物理學家戈德斯坦命名的，故C正確。故選C。答案：C2．關于玻爾原子理論，下列說法錯誤的是()A．繼承了盧瑟福的核式結構模型，但對原子能量和電子軌道引入了量子化假設B．氫原子核外電子，軌道半徑越大，動能越大C．能級躍遷吸收(放出)光子的頻率由兩個能級的能量差決定D．原子能量是量子化的解析：玻爾原子理論繼承了盧瑟福原子模型，但對原子能量和電子軌道引入了量子化假設，電子運行軌道半徑是不連續(xù)的，故A正確；按照玻爾理論，電子在軌道上運動的時候，并不向外輻射能量，但當從高軌道向低軌道躍遷時才會向外輻射能量，所以離原子核越遠，氫原子的能量越大，但核外電子，軌道半徑越大，動能越小，故B錯誤；電子躍遷時，輻射或吸收光子的能量由能級的能量差決定，即hν＝|En－Em|，故C正確；按照玻爾理論，原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中，每個狀態(tài)都對應一定的能量，故D正確。答案：B3．關于盧瑟福的α粒子散射實驗和原子的核式結構模型，下列說法不正確的是()A．絕大多數α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進B．該實驗證實了湯姆孫的“棗糕模型”是錯誤的C．α粒子發(fā)生大角度散射并不是α粒子撞到金原子核后發(fā)生反彈造成的D．盧瑟福的“核式結構模型”很好地解釋了氫原子光譜的分立特征解析：α粒子散射實驗的內容是：絕大多數α粒子幾乎不發(fā)生偏轉；少數α粒子發(fā)生了較大的角度偏轉；極少數α粒子發(fā)生了大角度偏轉(偏轉角度超過90°，有的甚至幾乎達到180°)，故A正確；正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內，電子鑲嵌其中是湯姆孫的認為，盧瑟福設計了α粒子散射實驗，證明帶正電的那部分物質占原子質量的絕大部分集中在很小的空間范圍，從而證明湯姆孫的“棗糕模型”是錯誤的，故B正確；發(fā)生大角度偏轉，是因為受到原子核的庫侖斥力，并不是α粒子撞到金原子核后發(fā)生反彈造成的，故C正確；盧瑟福的核式結構能夠解釋α粒子散射實驗，玻爾能級躍遷能夠解釋氫原子光譜的分立特征，故D錯誤。本題選擇不正確的，故選D。答案：D4．對原子光譜，下列說法中不正確的是()A．原子光譜是不連續(xù)的B．由于原子都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的原子光譜是相同的C．各種原子的原子結構不同，所以各種原子的原子光譜也不相同D．分析物質的明線光譜和暗線譜，都可以鑒別物質中含哪些元素解析：原子光譜是由不連續(xù)的亮線組成的，是線狀譜，不是連續(xù)譜，故A正確；原子都是由原子核和電子組成的，但不同原子的原子結構不同，各種原子的原子光譜都有各自的特征譜線，所以不同原子的原子光譜是不相同的，故B錯誤，C正確；明線光譜和暗線譜的特征譜線與原子的結構有關，可以利用明線光譜和暗線譜鑒別物質，故D正確。故選B。答案：B5．如圖為玻爾為了解釋氫原子光譜而畫出的氫原子能級示意圖，一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當它們自發(fā)地躍遷到較低能級時，以下說法符合玻爾理論的有()A．最多只能輻射出3種頻率的光子B．可輻射出能量為13.6eV的光子C．氫原子躍遷時，可發(fā)出連續(xù)不斷的光譜線D．在輻射出的光子中，從n＝4躍遷到n＝3輻射的光子能量最小解析：根據組合公式Ceq\o\al(2,4)＝6，可知，一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當它們自發(fā)地躍遷到較低能級時，最多只能輻射出6種頻率的光子，故A錯誤；由n＝4能級躍遷到n＝1能級輻射出的光的能量為：ΔE＝－0.85eV－(－13.6eV)＝12.75eV，小于13.6eV，故B錯誤；由于能級差是量子化的，可知輻射的光子能量是量子化的，氫原子躍遷時，只能發(fā)出特定頻率的光譜線，故C錯誤；根據輻射的能量等于兩能級間的能級差，那么在輻射出的光子中，從n＝4躍遷到n＝3輻射的光子能量最小，故D正確。故選D。答案：D6．氫原子能級的示意圖如圖所示，大量氫原子從n＝4的能級向n＝2的能級躍遷時輻射出可見光a，從n＝3的能級向n＝2的能級躍遷時輻射出可見光b，則()A．可見光a的光子能量小于可見光b的光子能量B．氫原子從n＝4的能級向n＝3的能級躍遷時可能會輻射出紫外線C．用可見光a照射處于n＝2能級的氫原子，能使其躍遷到n＝4能級D．氫原子從n＝4的能級向低能級躍遷時最多會輻射4種頻率的光解析：氫原子從n＝4的能級向n＝2的能級躍遷時輻射出的光子能量大于從n＝3的能級向n＝2的能級躍遷時輻射出的光子能量，則a光的能量大于b光的能量，故A錯誤；氫原子從n＝3的能級向n＝2的能級躍遷時輻射出的光子能量大于從n＝4的能級向n＝3的能級躍遷時輻射出的光子能量，從n＝3的能級向n＝2的能級躍遷時輻射出可見光b，則從n＝4的能級向n＝3的能級躍遷時輻射出的光子一定不可能是紫外線，故B錯誤；a是從n＝4的能級向n＝2的能級躍遷時輻射出的光子，根據躍遷理論，用可見光a照射處于n＝2能級的氫原子，能使其躍遷到n＝4能級，故C正確。大量氫原子從n＝4的能級向低能級躍遷時最多會輻射Ceq\o\al(2,4)＝6種不同頻率的光，故D錯誤。故選C。答案：C7.人們平時所用的鐘表，精度高的每年大約會有1分鐘的誤差，這對日常生活是沒有影響的，但在要求很高的生產、科研中就需要更準確的計時工具。原子鐘是利用原子吸收或釋放能量時發(fā)出的電磁波來計時的，精度可以達到每2000萬年誤差1秒。某種原子鐘利用氫原子從高能級向低能級躍遷發(fā)出的電磁波來計時，一群處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷，已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，電子的電荷量e＝1.6×10－19C，輻射出的電磁波的最小頻率約為()A．4.6×1015HzB．4.6×1014HzC．2.4×1015Hz D．2.9×1016Hz解析：一群氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)向低能級躍遷，則輻射出光子的最小能量為E?。?3.4－1.51)eV＝1.89eV，則最小頻率為ν＝eq\f(E,h)＝eq\f(1.89×1.6×10－19,6.63×10－34)Hz≈4.6×1014Hz，故B正確，A、C、D錯誤。答案：B8.如圖所示是某原子的能級圖，a、b、c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長的光。在下列該原子光譜的各選項中，譜線從左向右的波長依次增大，則正確的是()解析：根據玻爾的原子躍遷公式heq\f(c,λ)＝En－Em可知，兩個能級間的能量差值越大，輻射光的波長越短，從圖中可看出，能量差值最大的是E3－E1，輻射光的波長a最短，能量差值最小的是E3－E2，輻射光的波長b最長，所以譜線從左向右的波長依次增大的是a、c、b，C正確。答案：C二、多項選擇題(本題共4小題，每小題4分，共16分)9．關于α粒子散射實驗，下列說法正確的是()A．該實驗在真空環(huán)境中進行B．帶有熒光屏的顯微鏡可以在水平面內的不同方向上移動C．熒光屏上的閃光是散射的α粒子打在熒光屏上形成的D．熒光屏只有正對α粒子源發(fā)出的射線方向上才有閃光解析：由于α粒子容易使空氣電離，α粒子散射實驗要在真空環(huán)境中進行，故A正確；依據實驗要求，帶有熒光屏的顯微鏡可以在水平面內的不同方向上移動，從而觀察不同方向的偏轉情況，故B正確；熒光屏上的閃光是散射的α粒子打在熒光屏上形成的，故C正確；絕大多數α粒子幾乎不發(fā)生偏轉，少數α粒子發(fā)生了較大的角度偏轉，極少數α粒子發(fā)生了大角度偏轉(偏轉角度超過90°，有的甚至幾乎達到180°)，故D錯誤。答案：ABC10．對玻爾理論，下列說法正確的是()A．原子中的電子繞核運動的軌道半徑是量子化的B．原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中，每個狀態(tài)都對應一定的能量C．建立了原子發(fā)光頻率與原子能量變化之間的定量關系D．氫原子中，量子數n越大，電子軌道半徑越小解析：玻爾的原子模型對應的電子軌道是量子化的，故A正確；玻爾的原子結構模型中，原子的能量是量子化的，故B正確；玻爾的原子結構模型中，核外電子從高能級向低能級躍遷后，原子的能量減小，從而建立了hν＝En－Em的定量關系，故C正確；在氫原子中，量子數n越大，電子的軌道半徑越大，故D錯誤。答案：ABC11．氫原子處于基態(tài)時，其能量為E1＝－13.6eV，氫原子的能級如圖所示。下面給出一些光子的能量值，處于基態(tài)的氫原子可以吸收的光子是()A．3.4eV B．10.2eVC．11.0eV D．16.0eV解析：用能量為3.4eV的光子照射，基態(tài)的氫原子吸收3.4eV的光子后的能量為：－13.6eV＋3.4eV＝－10.2eV；不滿足氫原子的能級，所以不能使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)，故A錯誤；用能量為10.2eV的光子照射，基態(tài)的氫原子吸收10.2eV的光子后的能量為：－13.6eV＋10.2eV＝－3.4eV；是n＝2的能級，所以能使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)，故B正確；用能量為11.0eV的光子照射，基態(tài)的氫原子吸收11.0eV的光子后的能量為：－13.6eV＋11.0eV＝－2.6eV；不滿足氫原子的能級，所以不能使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)，故C錯誤；用能量為16.0eV的光子照射，氫原子吸收該光子能量后，原子能量大于0，即使氫原子電離，故D正確；故選B、D。答案：BD12．如圖所示，A、B、C分別表示三種不同能級躍遷時放出的光子。由圖可以判定()A．用波長為600nm的X射線照射，可以使穩(wěn)定的氫原子電離B．用能量是10.2eV的光子可以激發(fā)處于基態(tài)的氫原子C．用能量是2.5eV的光子入射，可以使基態(tài)的氫原子激發(fā)D．用能量是11.0eV的外來電子，可以使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)解析：“穩(wěn)定的氫原子”指處于基態(tài)的氫原子，要使其電離，光子的能量必須大于或等于13.6eV，而波長為600nm的X射線的能量為E＝heq\f(c,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3×108,6×10－7×1.6×10－19)eV≈2.07eV<13.6eV，A錯誤。因ΔE＝E2－E1＝(－3.4)eV－(－13.6)eV＝10.2eV，故10.2eV的光子可以使氫原子從基態(tài)躍遷到n＝2的激發(fā)態(tài)，B正確；2.5eV的光子能量不等于任何其他能級與基態(tài)的能級差，因此不能使基態(tài)的氫原子發(fā)生躍遷，C錯誤；外來的電子可以將10.2eV的能量傳遞給氫原子，使它激發(fā)，外來電子還剩余11.0eV－10.2eV＝0.8eV的能量，D正確。答案：BD三、非選擇題(本題共6小題，共60分)13．(6分)有大量的氫原子吸收某種頻率的光子后從基態(tài)躍遷到n＝4的激發(fā)態(tài)，已知氫原子處于基態(tài)時的能量為E1，第n能級的能量為E＝eq\f(E1,n2)，則吸收光子的頻率ν＝________；當這些處于激發(fā)態(tài)的氫原子向低能態(tài)躍遷發(fā)光時，可發(fā)出________種光譜線；一個氫原子從n＝4的激發(fā)態(tài)向低能態(tài)躍遷發(fā)光時，最多能發(fā)出________種光譜線。解析：根據躍遷理論得E4－E1＝eq\f(E1,42)－E1＝hν，解得ν＝－eq\f(15E1,16h)；處于激發(fā)態(tài)的這些氫原子向低能態(tài)躍遷發(fā)光時有Ceq\o\al(2,4)＝6種光譜線；一個氫原子從n＝4的激發(fā)態(tài)向低能態(tài)躍遷發(fā)光時，最多能發(fā)出n－1＝3種光譜線。答案：－eq\f(15E1,16h)6314．(8分)已知氫原子基態(tài)的電子軌道為r1＝0.528×10－10m，量子數為n的能級值為En＝－eq\f(13.6,n2)eV。(1)求電子在基態(tài)軌道上運動時的動能；(2)有一群氫原子處于量子數n＝3的激發(fā)態(tài)。在圖上用箭頭標明這些氫原子能發(fā)出哪幾條光譜線；(3)計算這幾條光譜線中波長最短的一條的波長(保留三位有效數字)。(其中靜電力恒量k＝9.0×109N·m2/C2，電子電量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，真空中光速c＝3.0×108m/s)解析：(1)設電子的質量為m，電子在基態(tài)軌道上的速率為v1，根據牛頓第二定律和庫侖定律有Ek＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＝eq\f(ke2,2r1)得Ek＝2.18×10－18J＝13.6eV。(2)當氫原子從量子數n＝3的能級躍遷到較低能級時，可以得到3條光譜線。如圖所示。(3)與波長最短的一條光譜線對應的能級差為E3－E1。得λ＝eq\f(hc,E3－E1)代入數據得λ≈1.03×10－7m。答案：(1)13.6eV(2)圖見解析(3)1.03×10－7m15．(10分)實驗室考查氫原子躍遷時的微觀效應。已知氫原子能級圖如圖所示，氫原子質量為mH＝1.67×10－27kg。設原來處于靜止狀態(tài)的大量激發(fā)態(tài)氫原子處于n＝5的能級狀態(tài)。(1)求氫原子由高能級向低能級躍遷時，可能發(fā)射出多少種不同頻率的光；(2)若躍遷后光子沿某一方向飛出，且光子的動量可以用p＝eq\f(hν,c)表示(h為普朗克常量，ν為光子頻率，c為真空中光速)，求發(fā)生電子躍遷后氫原子的最大反沖速率(保留三位有效數字)。解析：(1)可以有n＝Ceq\o\al(2,5)＝10種不同頻率的光輻射。(2)由題意知氫原子從n＝5能級躍遷到n＝1能級時，氫原子具有最大反沖速率。氫原子發(fā)生躍遷時輻射出的光子能量為E＝ΔE＝|E5－E1|。開始時，將原子(含核外電子)和即將輻射出去的光子作為一個系統，由動量守恒定律可得mHvH－p光＝0光子的動量p＝eq\f(hν,c)，氫原子速度為vH＝eq\f(hν,mHc)。所以vH≈4.17m/s。答案：(1)10(2)4.17m/s16．(12分)紫光在真空中的波長為4.49×10－7m，用它照射極限頻率νc＝4.62×1014Hz的金屬鉀產生光電效應，發(fā)出的光電子照射處于激發(fā)態(tài)的氫原子，氫原子的能級圖如圖所示，(h＝6.63×10－34J·s)求：(1)紫光的頻率是多少？光子的能量是多少？(2)光電子的最大初動能為多少？(3)經過光電子照射后，能否使處于某一激發(fā)態(tài)的氫原子電離，若能，則n最小是多少？若不能，請說明理由。解析：(1)ν＝eq\f(c,λ)≈6.68×1014Hzε＝hν≈4.43×10－19J。(2)光電子的最大初動能Ek＝hν－W0＝h(ν－νc)≈1.37×10－19J。(3)因Ek＝1.37×10－19J＝0.86eV，當氫原子處于n＝4能級時的能量為－0.85eV，所以當n大于等于4能級時，可以吸收光電子的能量電離，因此n最小值為4。答案：(1)6.68×1014Hz4.43×10－19J(2)1.37×10－19J(3)417．(12分)湯姆孫測定陰極射線粒子比荷的實驗原理如圖所示，陰極發(fā)出的電子束沿直線射到熒光屏上的O點時，出現一個光斑。在垂直于紙面的方向上加一個磁感應強度為3.0×10－4T的勻強磁場后，電子束發(fā)生偏轉，沿半徑為7.2cm的圓弧運動，打在熒光屏上的P點。然后在磁場區(qū)域加一個豎直向下的勻強電場，電場強度的大小為1.14×103V/m時，光斑P又回到O點，求電子的比荷。解析：只加磁場時，電子僅受洛倫茲力作用做勻速圓周運動，軌道半徑設為r，由牛頓第二定律知：qvB＝meq\f(v2,r)，比荷為：eq\f(q,m)＝eq\f(v,Br)①加上電場E以后，使偏轉的電子束回到原來的直線上，是因為電子受到的電場力qE和洛倫茲力qvB平衡，因此有：Eq＝qvB②由①②式得：eq\f(q,m)＝eq\f(E,rB2)＝eq\f(1.14×103,7.2×10－2×3.0×10－42)C/kg≈1.76×1011C/kg。答案：1.76×1011C/kg18．(12分)氫原子能級圖如圖所示，已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，靜電力常量k＝9×109N·m2/C2，氫原子處于基態(tài)時的軌道半徑r1＝0.53×10－10m，求：(1)氫原子處于基態(tài)時的動能和電勢能分別是多少eV?(2)若要使處于n＝2的氫原子電離，要用多大頻率的光子照射氫原子？(3)若有大量的氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，則在躍遷過程中最多能釋放出幾種頻率的光子？其中光子頻率最大是多少？(4)若有一個氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，則在躍遷過程中最多能釋放出幾種頻率的光子？在釋放最多光子的情況下，光子頻率最大是多少？解析：(1)設處于基態(tài)的氫原子核周圍的電子速度為v1，根據庫侖力提供向心力有：eq\f(ke2,r\o\al(2,1))＝eq\f(mv\o\al(2,1),r1)，解得電子動能為：Ek1＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＝eq\f(ke2,2r1)＝eq\f(9×109×1.6×10－192,2×0.53×10－10×1.6×10－19)eV＝13.6eV，根據E1＝Ek1＋Ep1解得電勢能為：Ep1＝E1－Ek1＝－13.6eV－13.6eV＝－27.2eV；(2)要使處于n＝2的氫原子電離，入射光子需滿足hν≥0－E2，解得：ν≥eq\f(－E2,h)＝eq\f(－－3.4×1.6×10－19,6.63×10－34)Hz≈8.21×1014Hz；(3)當大量氫原子處于n＝3能級時，最多能釋放出的光子頻率種類為：N＝eq\f(nn－1,2)＝3種，氫原子由n＝3能級向n＝1能級躍遷時放出的光子頻率最大，設為ν1，則有：E3－E1＝hν1，解得：ν1＝eq\f(E3－E1,h)≈2.92×1015Hz；(4)當一個氫原子處于n＝4能級時，最多能釋放出的光子頻率種類為3種，此時氫原子由n＝2能級向n＝1能級躍遷時放出的光子頻率最大，設為ν2，則有：E2－E1＝hν2，解得：ν2＝eq\f(E2－E1,h)≈2.46×1015Hz。答案：(1)13.6eV－27.2eV(2)8.21×1014Hz(3)32.92×1015Hz(4)32.46×1015Hz第五章原子核與基本粒子(時間：90分鐘滿分：100分)一、單項選擇題(本題共8小題，每小題3分，共24分)1．關于原子物理知識的敘述，下列說法正確的是()A．β衰變的實質是核內的中子轉化成了一個質子和一個電子B．比結合能越大，原子核越不穩(wěn)定C．要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達到10－10m以內，核力才能起作用D．對于一個特定的氡原子，只要知道了半衰期，就可以準確地預言它將在何時衰變解析：β衰變的實質是核內的中子轉化成了一個質子和一個電子，A正確；比結核能也叫平均結合能，比結合能越大，分開核子所需的能量越大，原子核越穩(wěn)定，B錯誤；要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達到10－15m以內，核力才能起作用，C錯誤；半衰期是對大量原子核衰變的統計規(guī)律，對個別原子核不適用，D錯誤。答案：A2．關于放射性同位素的應用，下列說法正確的是()A．利用γ射線使空氣電離，消除靜電B．利用α射線照射植物的種子，使產量顯著增加C．利用α射線來治療肺癌、食道癌等疾病D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化學性質相同，可以作為示蹤原子解析：利用放射線消除有害靜電利用的是α射線的電離性強使空氣分子電離成導體，將靜電放出，故A錯誤；利用γ射線照射植物的種子，使產量顯著增加，故B錯誤；利用γ射線來治療肺癌、食道癌等疾病，故C錯誤；根據放射性同位素的應用可知，用放射性同位