第14章 专题强化练20 气体实验定律的综合应用-(课时作业)【红对勾讲与练】2025年高考物理大一轮复习全新方案

hh 专题强化练20 气体实验定律的综合应用 - 1.(多选)内径均匀的“T” 形细玻璃管竖直放置, 管内有被水银封闭的理 想气体Ⅰ和Ⅱ,竖直管 上端与大气相通,各部分长度如图所示。已知 环境温度为27 ℃,大气压强p0=76 cmHg。 现只对理想气体Ⅰ加热,直到竖直玻璃管中的 水银与管口相平,此时 ( ) A.理想气体Ⅰ的温度为500 K B.理想气体Ⅰ的温度为700 K C.理想气体Ⅱ长度变为9 cm D.理想气体Ⅱ长度变为6 cm 2.(2023·江苏苏州三模)如 图所示,内壁光滑的汽缸 固定于水平面,汽缸内用活塞封闭一定量的理 想气体,活塞与一端固定的水平轻弹簧连接, 气体温度为T1 时弹簧处于原长。现使气体温 度由T1 缓慢升高到T2,用Ep 表示弹簧弹性 势能,U、p、V 分别表示缸内气体的内能、压强 和体积,下列图像可能正确的是 ( ) A B C D 3.(2023·辽宁模拟)如图所示, 竖直放置的、内径粗细均匀的 U形玻璃管左端开口,右端封 闭,管内通过水银柱封闭有一 段可视为理想气体的空气柱。已知空气柱长 度为d=20 cm,两侧水银柱液面的高度差为 h=10 cm,大气压强为p0=76 cmHg,环境温 度为t0=27 ℃,热力学温度与摄氏温度之间的 关系为T=(t+273) K。下列说法正确的是 ( ) A.封闭气体的压强为86 cmHg B.若将该U形玻璃管以OO'为轴由竖直位置 缓慢旋转至水平位置(此过程中水银未溢 出),则最终空气柱的长度约为17.4 cm C.若使封闭气体温度降低,则h 不变,d 减小 D.若将U形玻璃管竖直置于非密闭的恒温箱 中,当恒温箱温度为432 ℃时 U形管两侧 水银面相平 4.(2023·广东潮州二模)潮州 素有瓷都之美誉,而现代瓷器 烧制通常采用电加热式气窑。 烧制过程中为避免窑内气压 过高,窑上安有一个单向排气 阀,当窑内气压达到2.5× 105 Pa时,单向排气阀变为开通状态。某次烧 制前,封闭在窑内的气体温度为27 ℃,压强为 1.0×105 Pa。已知烧制过程中窑内气体温度 均匀且缓慢升高。不考虑瓷坯体积的变化, 求:排气阀开始排气时,窑内气体温度。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 -542- 第十四章 热学 3 5.一个体积为V 的简易潜水艇模型如图所示。 当储水舱里的气体体积为V0,压强为p0 时,潜 水艇有3 4 浸没在海水中。当地大气压强为p0, 海水的密度为ρ,假设各深度处海水温度相同, 潜水艇在吸入或排出海水过程中,海水深度对 潜水艇的压强变化忽略不计。 (1)当潜水艇用空气压缩泵缓慢排出储水舱上 方的部分气体时,可以吸入一定量的海水,使 潜艇恰好全部浸没在海水里并处于静止状态。 此时,储水舱上方气体的压强为p1,求储水舱 剩余气体的质量与原有气体的质量之比。 (2)当潜水艇静止潜在深度h 处时(潜水艇全 部浸入海水后,储水舱内气体的变化忽略不 计),用空气压缩泵向储水舱注入一定量的压 强为p0 的气体后,打开阀门排出部分海水使 潜水艇向上浮。要使舱内的海水排出的体积 为1 6V ,求打开阀门前,储水舱内气体的压强。 6.(2022·全国甲卷)如图,容 积均为V0、缸壁可导热的A、 B两汽缸放置在压强为p0、 温度为T0 的环境中;两汽缸 的底部通过细管连通,A汽缸的顶部通过开口 C与外界相通;汽缸内的两活塞将缸内气体分 成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分,其中第Ⅱ、Ⅲ部分的体 积分别为1 8V0 和1 4V0 ,环境压强保持不变,不 计活塞的质量和体积,忽略摩擦。 (1)将环境温度缓慢升高,求B汽缸中的活塞 刚到达汽缸底部时的温度; (2)将环境温度缓慢改变至2T0,然后用气泵 从开口C向汽缸内缓慢注入气体,求A汽缸中 的活塞到达汽缸底部后,B汽缸内第Ⅳ部分气 体的压强。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 -543- hh 4  7.(2024·九省联考甘肃卷)如 图,一个盛有气体的容器内 壁光滑,被隔板分成A、B两 部分,隔板绝热。开始时系统处于平衡状态,A 和B的体积均为V、压强均为大气压p0、温度 均为环境温度T0。现将A接一个打气筒,打 气筒每次打气都把压强为p0、温度为T0、体积 为1 6V 的气体打入A中。缓慢打气若干次后, B 的体积变为13V 。(所有气体均视为理想气体) (1)假设打气过程中整个系统温度保持不变, 求打气的次数n; (2)保持A中气体温度不变,加热B中气体使 B的体积恢复为V,求B中气体的温度T。 8.(2023·全国乙卷)如图,竖直放 置的封闭玻璃管由管径不同、长 度均为20 cm的A、B 两段细管 组成,A 管的内径是B 管的2 倍,B 管在上方。管内空气被一 段水银柱隔开,水银柱在两管中 的长度均为10 cm。现将玻璃管 倒置使A 管在上方,平衡后,A 管内的空气柱 长度改变1 cm。求B 管在上方时,玻璃管内 两部分气体的压强。(气体温度保持不变,以 cmHg为压强单位) 9.(2023·湖南湖湘教育三新探索协作体期中) 为了方便利用地下水,我国很多乡村都安装了 如图甲所示的一种能汲取地下水的压水井。 压水井结构的纵截面如图乙所示,取水时先提 起手柄,皮碗活塞向下运动到被活塞封闭在上 腔内的空气体积为V0,此过程中上单向阀门一 直打开,下单向阀门一直关闭,且下腔内空气 的体积为4V0。再压下手柄带动皮碗活塞向上 运动到如图丙中的1位置时(此过程中上单向 阀门始终关闭),被封闭在上腔内的空气体积 为2V0,下腔内气体压强恰好等于上腔内气压, 而即将把轻质的下单向阀门顶开。继续下压 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 -544- 第十四章 热学 3 手柄使皮碗活塞上移到2位置,此时上腔内的 空气体积为3V0,该过程中,在大气压的作用 下,下腔内的水上升的体积ΔV= V0 3 。已知大 气压强为p0,忽略温度的变化。 (1)皮碗活塞上移1位置时,上腔封闭的气体 压强为多大? (2)皮碗活塞上移2位置时,下腔内的气体压 强为多大? 10.(2023·辽宁大连域名中学期中)如图(a)所 示,“系留气球”是一种用缆绳固定于地面、高 度可控的氦气球,作为一种长期留空平台,具 有广泛用途。图(b)为某一“系留气球”的简 化模型图,主、副气囊通过无漏气、无摩擦的 活塞分隔,主气囊内封闭有一定质量的氦气 (可视为理想气体),副气囊与大气连通;轻弹 簧右端固定、左端与活塞连接。当气球在地 面附近达到平衡时,活塞与左挡板刚好接触 (无挤压),弹簧处于原长状态,此时氦气的体 积为V,在气球升空过程中,大气压强逐渐减 小,弹簧被缓慢压缩。当气球上升至目标高 度时,活塞与右挡板刚好接触(无挤压),此处 的大气压强为5×104 Pa,此时活塞两侧气体 压强差为地面大气压强的1 6 。已知地面附近 大气压强p0=1.0×105 Pa、温度T0=300 K, 左、右挡板间距离为L,弹簧始终处于弹性限 度内,活塞厚度忽略不计。 (1)设气球升空过程中氦气温度不变,求: ①目标高度处氦气的压强(结果保留三位有 效数字); ②目标高度处氦气体积(结果用V 表示)。 (2)气球在目标高度处驻留期间,设该处大气 压强不变,气球内外温度达到平衡时气球内 部的压强为17 3×10 4 Pa,求: ①此时弹簧的压缩量(结果用L 表示); ②此时气球驻留处的大气温度。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 -545- hh 外界做正功,而气体的温度不变、内能 不变,根据热力学第一定律ΔU=W+ Q 可知气体吸收热量,故D错误。 5.BC 对处于平衡状态的活塞进行受力 分析,受到大气压力、重力和气体向上 压力,则有 mg+p0S-p1S=0,解得 p1= mg S +p0 ,故 A错误;活塞缓慢上 升过程中气体压强不变,根据盖 吕萨 克定律有 LS T0 = 2LS T ,解得 T=2T0,故 B正确;气体对外做功 W=-p1SL= -mgL-p0SL,根 据 热 力 学 第 一 定 律 ΔU=Q-mgL-p0SL,故 C正 确,D 错误。 6.BC 根据理想气体状态方程可知,过 原点的p T 图线的斜率与体积V 有 关,一定量 的 理 想 气 体 从 状 态a 到 状 态b,体 积 不 变,对 外 不 做 功,A、D错 误;理想气体的内能只与温度有关,由 题图知从状态a 到状态b,温度一直升 高,则气体内能一直增加,B正确;由热 力学第一 定 律 可 知,气 体 一 直 从 外 界 吸热,C正确。 7.B c→b 过程,气体体积不变,即等容 变化过程,气 体 压 强 变 小,温 度 降 低, 故内能减小,该过程气体对外不做功, 故气体向外界放热,A错误;由微元法 可得p V 图像与横轴围成的面积表 示气体做功的多少,由图像可知,a→c →b过程比a→b过程气体对外界所做 的功多,B正 确;a→b 过 程 为 绝 热 过 程,气体体积变大对外做功,由热力学 第一定律可知,气体内能减小,温度降 低。温度是 分 子 平 均 动 能 的 标 志,故 气体在状态a 时比在状态b 时的分子 平均动能大,C错误;a→c 过程,气体 的压强相等,体积变大温度升高,分子 的平均动 能 变 大,分 子 撞 击 容 器 壁 的 动量变化量变大。由气体压强的微观 解释可知,在状态a 时比在状态c时单 位时间内撞击在单位面积上的分子数 多,D错误。 8.(1) p0 n+1 (2)-0.8np0V0 解析:(1)抽 气 过 程 等 温 变 化,第 一 次 抽气有p0V0=p(V0+nV0),解得p= p0 n+1 。(2)该过程为绝热过程,可知Q= 0,又有 W=-pΔV=- p0+0.6p0 2 · (nV0)=-0.8np0V0,根据热力学第一 定律得ΔU=W+Q=W=-0.8np0V0。 9.A 玩具饮水鸟的内部结构如图所示。 饮水鸟的头和躯体分别为两个薄壁玻 璃球,其间以一个玻璃管连接,内部装 有易挥发的液体。其原理是先在鸟嘴 上滴一些 水,水 分 蒸 发 后 吸 热 使 得 头 部气压小 于 肚 子 中 的 气 压,从 而 使 肚 子中的部 分 液 体 压 入 头 部,使 重 心 上 移,鸟的身体变得不稳定而发生倾斜, 倾斜的过程中肚子中的玻璃管口脱离 液面,从 而 使 头 部 的 液 体 又 回 流 到 肚 子中,使 鸟 的 身 体 再 回 到 开 始 的 竖 直 状态,而 刚 才 倾 斜 的 过 程 中 鸟 嘴 刚 好 又沾到了水,之后鸟回到竖直状态后, 鸟嘴的水分蒸发,重复前方的运动,即 饮水鸟上下运动的能量来源于周围空 气的内能,故 A正确;根据上述可知, 当水杯中 的 水 干 了 之 后,由 于 不 能 形 成头部和 肚 子 的 压 强 差,小 鸟 不 能 再 上 下 运 动,也 就 是 说 小 鸟 不 能 点 头 “喝”水,故B错误;这种玩具饮水鸟仍 然遵循能 量 守 恒 定 律,但 不 是 一 架 永 动机,故C错误;根据上述分析可知, 该过程没有违背热力学第二定律,故D 错误。 10.BC 设人的质量为 m。升降椅无人 坐时,气体的状态为A。某人缓慢坐 在座椅上直到双脚离开地面,气体达 到稳定状态B,根据ΔpS=mg,可得 m= (p2-p1)S g ,故 A 错 误;根 据 pV T =C 变形得p= 1 VCT ,图像与原 点连线的斜率与温度成正比,所以气 体在状态A 的温度高于状态D 的温 度,故B正确;气体从状态 A 到状态 D,体积减小,外界对气体做功。温度 降低,气 体 内 能 减 小,根 据 热 力 学 第 一定律 ΔU=W+Q 可知,气 体 向 外 放出的热量,且气体向外放出的热量 大于外界对气体做的功,故C正确; 状态C 体积小,温度低,分 子 平 均 动 能小,但 是 压 强 大,根 据 压 强 微 观 解 释可知,在状态C 比在状态A 时单位 时间内 碰 撞 单 位 面 积 容 器 壁 的 分 子 数多,故D错误。 11.(1)27 ℃ (2)49.25 J 解析:(1)当棚内温度缓慢升高时,汽 缸内发生等压变化,根据盖 吕 萨 克 定律得 VC TC = VD TD ,可 得:TD=300 K, tD=(300-273) ℃=27 ℃。 (2)汽缸内空气在等压膨胀 过程中压强记为p,活塞受 力如 图 所 示。由 平 衡 条 件 得:p0S=mg+pS,解 得: p=9.8×104 Pa,该过程中 外 界 对 气 体 做 功 W = -pΔV=-pΔLS=-9.8× 104×5×10-2×25×10-4 J= -12.25 J,根据热力学第一 定律ΔU=W+Q,可得Q=49.25 J。 12.(1)见解析图 (2)100 J (3)150 J 解析:(1)Ⅰ过程为等温过程,Ⅱ过程 为等容过程,体积为1.0×10-3 m3, Ⅲ过程为等压过程,由盖 吕 萨 克 定 律得:2V0 Tc = V0 T0 ,代入数据解得:Tc= 600 K,该 理 想 气 体 经 历 的 三 个 过 程 的V T 图像如图所示。 (2)电热丝加热过程中,体积不变,外 界对气体做功 W=0,缸内气体吸收 热量为Q=100 J,由热力学第一定律 得:ΔU=Q+W=100 J+0=100 J。 (3)撤去外力后,气体发生等压变化, 外界对气体做功为Wca=p0ΔV=1.0× 105×(1.0×10-3-0.5×10-3) J= 50 J,经过足够长时间,活塞缓慢回到 初 始 位 置,内 能 的 变 化 量 ΔUca = -ΔU=-100 J,由 热 力 学 第 一 定 律 得:ΔUca=Qca+Wca,代入数据解得: Qca=-150 J,则 撤 去 外 力 后 汽 缸 内 的气体放出150 J热量。 专题强化练20 气体实验定律 的综合应用 1.BC 以理想气体Ⅱ为研究对象,初状态有 p1=p0+14 cmHg=90 cmHg,V1= L1S,p2=p0+24 cmHg=100 cmHg, V2 =L2S,根 据 玻 意 耳 定 律 可 得 p1V1 =p2V2,解 得 L2 = p1L1 p2 = 90×10 100 cm=9 cm,C正确,D错误;以 理想 气 体Ⅰ为 研 究 对 象,初 状 态 有 p'1=p0+14 cmHg=90 cmHg,V'1= L'1S,T1=300 K,p'2=p0+24 cmHg= 100 cmHg,V2=L'2S,其中L'2=(10+ 10+1)cm=21 cm,根据理想气体状态 方程 可 得 p'1V'1 T1 = p'2V'2 T2 ,解 得 T2= p'2V'2T1 p'1V'1 = 100×21×300 90×10 K=700 K, B正确,A错误。 2.D 气体温度升高,汽缸内气体压强增 大,气体膨胀,弹簧的弹性势能等于气 体膨胀 过 程 活 塞 对 弹 簧 所 做 的 功 为: Ep=W=pΔV= F S +p0 (V2-V1), 由于弹 簧 弹 力 逐 渐 变 大,所 以 Ep V 图像是曲 线,斜 率 逐 渐 变 大,故 A 错 误;由于理想气体的内能与温度有关, 一定量的理想气体的内能与热力学温 度成正比,与体积无关;由一定质量理 想气体状态方程pV T =C 可知,由于气 体升温过 程 中 气 体 压 强 变 化,所 以 气 体体积与 温 度 不 成 正 比,因 此 汽 缸 内 气体内 能 不 与 气 体 体 积 成 正 比,故 B 错误;由 题 意 可 知 气 体 升 温 过 程 中 气 体体积变 大,由 一 定 质 量 理 想 气 体 状 态方程pV T =C 可 知,p T 图 像 的 斜 率应逐渐变小,故C错误;由题意可知 气体升温 过 程 中 气 体 压 强 变 大,由 一 定质量理 想 气 体 状 态 方 程pV T =C 可 知,V T 图 像 的 斜 率 逐 渐 变 小,故 D 正确。 3.B 封闭气体的压强为p1=p0-ph= 76 cmHg-10 cmHg=66 cmHg,故 A 错误;U形 玻 璃 管 以 OO'为 轴 由 竖 直 位置缓慢 旋 转 至 水 平 位 置 中,封 闭 气 体 发 生 等 温 变 化,根 据 玻 意 耳 定 律 p1V1=p2V2,解得d'≈17.4 cm,故B 正确;若使封闭气体温度降低,假设气 体体积不 变,根 据 理 想 气 体 状 态 方 程 pV T =C 可知,气体压强降低,所以外界 大气压会 使 水 银 向 右 移 动,所 以 密 闭 气体的体积会减小,故d 减小,则h 增 大,故C错误;如果U形玻璃管置于非 密闭的恒 温 箱 中,据 理 想 气 体 状 态 方 程 可 得 p1V1 T1 = p3V3 T3 ,代 入 数 据 得 T3≈432 K=159 ℃,故D错误。 4.477 ℃ 解析:根据题意分析可知,窑内气体做 等容变化,初状态T1=(273+27) K= 300 K,p1=1.0×105 Pa,末状态p2= 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 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4 T0 = p(V0-V) 2T0 ,联 立 解 得 V= 2 3V0 ,p= 9 4p0 。 7.(1)24次 (2)5T0 解析:(1)对B气体,根 据 理 想 气 体 状 态方程有p0 V T0 =p1 1 3V T0 ,解得p1= 3p0,对 A 气 体,根 据 等 温 方 程 有 p0V+np0× 1 6V=p1× 2V- 1 3V , 解得n=24次。(2)A中 气 体 温 度 不 变,p1× 2V- 1 3V =p2V,对B中气 体,p0 V T0 =p2 V T ,解得T=5T0。 8.74.36 cmHg 54.36 cmHg 解析:设B 管的横截面积为S,由题意 可知,A 管 的 内 径 是 B 管 的 2 倍, 由S=πr2 得,A 管的横截面积为4S, B 管在上方时,两管内气柱长度为l= 10 cm=0.1 m,B 管 内 气 体 压 强 为 pB1,体 积 为VB1=lS=10×10-2S= 0.1S,A 管内气体压强为pA1,体积为 VA1=l·4S=0.4S,由题意得:pA1= pB1+20 cmHg,A 管 在 上 方 时,A 管 内空气柱长度改变Δl=1 cm=0.01 m, 水银 柱 长 度 减 小 Δl,气 柱 体 积 增 大 ΔV=Δl·4S=0.01×4S=0.04S,A 管内气 体 压 强 为pA2,体 积 为 VA2= VA1+ΔV=0.4S+0.04S=0.44S,B 管内气 柱 体 积 减 小 ΔV,气 体 压 强 为 pB2,体积为VB2=VB1-ΔV=0.1S- 0.04S=0.06S,水银柱长度增大Δl'= ΔV S = 0.04S S =0.04 m=4 cm,则 pB2=pA2 +20 cmHg+4 cmHg- 1 cmHg=pA2+23 cmHg,对A 中气体, 由玻意耳定律得:pA1VA1=pA2VA2,对 B 中气体,由玻意耳定律得:pB1VB1= pB2VB2,代 入 数 据 联 立 解 得:pB1 = 54.36 cmHg,pB2=90.6 cmHg,pA1= 74.36 cmHg,pA2=67.6 cmHg。 9.(1) p0 2 (2) 9p0 20 解析:(1)上腔封闭的气体初始参数压 强为p0,体 积 为V0,皮 碗 活 塞 上 移1 位置时,上腔封闭的气体体积为2V0, 根据 玻 意 耳 定 律 可 得:p0V0=p× 2V0,解得:p= p0 2 。(2)由于皮碗活塞 向上运动到如图丙中的1位置时,下腔 内气体 压 强 恰 好 等 于 上 腔 内 气 体 压 强,所以 此 时 可 以 把 上 腔 和 下 腔 气 体 看成一定 质 量 的 理 想 气 体,该 气 体 的 参数为压强:p= p0 2 ,体积:V=2V0+ 4V0=6V0,继续下压手柄使皮碗活塞 上移到2位置时,上腔内的空气体积为 3V0,下腔内的水上升体积为 V0 3 ,所以 气体总体积为3V0+4V0- V0 3= 20V0 3 , 根据玻意耳定律可得:p0 2×6V0=p'× 20V0 3 ,解得:p'= 9p0 20 。 10.(1)①6.67×104 Pa ②1.5V (2)①0.4L ②204 K 解析:(1)①由 于 气 球 上 升 至 目 标 高 度时,活塞两侧气体压强差为地面大 气压强的 1 6 ,则有p1-p'0= 1 6p0 ,解 得:p1= 20 3×10 4 Pa≈6.67×104 Pa。 ②气球升空过程中氦气温度不变,根 据玻意耳 定 律 有p0V=p1V1,解 得: V1=1.5V。(2)①对活塞进行受力分 析有 1 6p0S=kL ,p2S-p'0S=kx, 解得:x=0.4L。②根据上述有V= V1-LS,V+xS=V2,由 于 V2= 1.2V,根 据 理 想 气 体 状 态 方 程 有 p0V T0 = p2V2 T ,解得:T=204 K。 第十五章 近代物理 课时作业40 光电效应 波粒二象性 1.AD 能完全吸收照射到它上面的各种 频率的 电 磁 辐 射 的 物 体 称 为 黑 体,A 正确;由 题 图 可 知,随 温 度 的 降 低,各 种波长的光辐射强度都有所减小,B错 误;随着温度的升高,黑体辐射强度的 极大值 向 波 长 较 短 的 方 向 移 动,C错 误;一般 物 体 辐 射 电 磁 波 的 情 况 与 温 度有关,还 与 材 料 的 种 类 及 表 面 情 况 有关,但 黑 体 辐 射 电 磁 波 的 情 况 只 与 它的温度有关,D正确。 2.B 每个光子的能量为E0=hν=h c λ , 能引起人的眼睛视觉效应的最小能量 为E=10-18 J,由E=nE0 得能引起人 眼的感觉,进 入 人 眼 的 光 子 数 至 少 为 n= E E0 = Eλ hc = 10-18×6×10-7 6.63×10-34×3×108 个=3个,故B正确,A、C、D错误。 3.D 由题可知,遏止电压Uc=1.7 V, 最大初动能 Ek=eUc=1.7 eV,A错 误;根 据 光 电 效 应 方 程 可 知,逸 出 功 W0=E-Ek=1.05 eV,B错 误;断 开 开关S,光电效应依然发生,有光电流, 光电管、电流表、滑动变阻器构成闭合 回路,电流表中电流不为零,C错误;电 源电压为反向电压,当触点c向a 端滑 动时,反 向 电 压 增 大,电 压 表 示 数 增 大,电流表示数减小,D正确。 4.D 将电源反接,调节滑动变阻器,当 电流表的示数为0时,电压表的示数为 遏止电压,由动能定理得,光电子获得 的最大初动能 Ekm=eU,若保持电 路 接法不变,则 无 法 测 量 光 电 子 脱 离 金 属后的最大初动能,故C错误;根据光 电效应方程得:Ekm=hν-W0,入射光 的频率ν已知,保持电路接法不变,无 法测量光 电 子 获 得 的 最 大 初 动 能,则 无法测量普朗克常量h 和金属的逸出 功W0,故A、B错误;调节滑动变阻器, 当电流表 的 示 数 不 再 增 大 时,电 流 表 的示数为该光强下的饱和光电流,故D 正确。 5.C 根据光电效 应 方 程 Ek=hν-W0 知,金属的逸出功为 W0=hνc,由图可 知光源中光的频率范围为2×1014 Hz≤ ν≤9×1014 Hz,则 仅 铯、钠、锌 能 产 生 光电子,故选C。 6.D 遏止电压是光电流为零时的反向 电压,遏 止 电 压 产 生 的 电 场 对 电 子 运 动起阻碍作用,则要测遏止电压,电源 左端应为负极,故A错误;由爱因斯坦 光电效应方程Ek=hν-W0 可知,光电 子的最 大 初 动 能 与 入 射 光 的 强 度 无 关,故B错误;当电源左端 为 正 极 时, 光电管加 的 是 正 向 电 压,滑 动 变 阻 器 的滑片向右滑动时,电场强度增强,光 电流逐渐 增 加,当 光 电 流 达 到 饱 和 电 流后不再增加,故C错误;根据爱因斯 坦光电效应方程得光电子的最大初动 能Ek=hν-W0=hν-hν0,由 图 可 知 ν0=5.15×1014 Hz,则 代 入 数 据 求 得 光电 子 的 最 大 初 动 能:Ek=1.33× 10-19 J,故D正确。 7.C 单刀双掷开关S空掷时,光电管两 端无电压,若能发生光电效应,则光电 子也能从K极到达 A极形成光电流, 即电流传感器的示数不为零,A错误; 若单刀双掷开关S掷于1,则光电管两 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 -677-