内容正文:
江苏省天一中学2025-2026学年第二学期期中考试
高二物理(强化班)
一、单项选择题:本题共11小题,每小题4分,共计44分。每小题只有一个选项符合题意。
1. 下列说法正确的是( )
A. 汤姆孙根据α粒子散射实验,提出了原子的核式结构模型
B. 从玻尔原子理论看,吸收了光子的原子核外电子动能增加
C. 太阳光谱是连续谱,分析太阳光谱可以知道太阳内部的化学组成
D. 随着温度升高,黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
2. 下列说法正确的是( )
A. 图甲中,两分子间距离由变到的过程中分子力做正功
B. 图乙中,附着层水分子间距较内部水分子间距小,附着层水分子间作用力表现为引力
C. 图丙中,显微镜下观察到的花粉颗粒的无规则运动就是花粉颗粒的轨迹
D. 图丁中,电冰箱能把热量从低温的箱内传到高温的箱外,违背了热力学第二定律
3. 如图所示,金属框架的A、B间系一个棉线圈,先使布满肥皂膜,然后将P和Q两部分肥皂膜刺破后,线的形状将如图中的( )
A. B. C. D.
4. 一块带电锌板连接在验电器上,验电器指针张开,用灯照射锌板后验电器指针张角变小,则锌板初始所带电荷的性质以及照射锌板所用的灯分别是( )
A. 负电,紫外灯 B. 负电,红外灯
C. 正电,紫外灯 D. 正电,红外灯
5. 关于晶体和非晶体,下列说法中正确的是( )
A. 可以根据各向同性或各向异性来鉴别晶体和非晶体
B. 一块均匀薄片,沿各个方向对它施加拉力,发现其强度一样,则此薄片一定是非晶体
C. 一个固体球,如果沿其各条直径方向的导电性不同,则该球一定是单晶体
D. 一块固体,若其各个方向的导热性相同,则这块固体一定是多晶体
6. 某实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时,测得的油酸分子直径明显偏小,造成这种情况的原因可能是( )
A. 在计算油膜面积时,把凡是不足一格的格数都舍去
B. 配制完成的油酸酒精溶液敞口放置,隔天才做实验
C. 测出一滴油酸酒精溶液的体积之后,拿了一个更细的注射器去做实验
D. 用注射器和量筒测1mL油酸酒精溶液的滴数时,漏记了几滴
7. 如图所示是苹果自动分拣装置的示意图,该装置能够按一定质量标准自动分拣大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上,杠杆末端压在电阻R1上,R1的阻值随压力的变化而变化。小苹果通过托盘秤时,R2两端的电压较小,分拣开关在弹簧向上的弹力作用下处于水平状态,小苹果进入上面通道;当大苹果通过托盘秤时,R2两端能够获得较大电压,电磁铁吸合分拣开关的衔铁,打开下面通道,让大苹果进入下面通道。设定进入下面通道的大苹果最小质量m0为该装置的分拣标准,下列说法正确的是( )
A. 压力越小,R1越小
B. 若R2变大,可降低分拣标准m0
C. 若电源内阻变小,可提高分拣标准m0
D. 若电源电动势变大,可提高分拣标准m0
8. 如图为一定质量的理想气体经历a→b→c过程的压强p随摄氏温度t变化的图像,其中ab平行于t轴,cb的延长线过坐标原点。下列判断正确的是( )
A. a→b过程,所有气体分子的运动速率都减小
B. a→b过程,单位时间撞击单位面积器壁的分子数减少
C. b→c过程,气体体积保持不变,从外界吸热,内能增加
D. b→c过程,外界对气体做功,温度升高,内能增加
9. 一种光电烟雾报警器的结构和原理如图1和图2所示,光源S向外发射某一特定频率的光束,发生火情时有烟雾进入报警器内,由于烟雾对光的散射作用,会使部分光改变方向进入光电管C从而发生光电效应,于是有电流输入报警系统,当光电流大于I0时,便会报警,当滑动变阻器的滑片P处于图2所示位置,烟雾报警器恰好报警,则( )
A. 将图2中电源的正负极反接,光电子的最大初动能将减小
B. 仅将滑片P向右移动少许,可以解除报警
C. 仅降低光源S发出光的强度,可以解除报警
D. 单位时间内进入光电管的光子数为时,报警器一定会报警
10. 1mol的氦气的温度随体积变化如图所示,其中ab为经过原点的抛物线,cb为过原点的直线,在a点时气体的体积为V0,温度为T0,压强为p0。则下列说法正确的是( )
A. c点的压强为
B. 从a到b过程中气体在对外放热
C. 从a到b过程中气体对外做功为
D. 从a经b到c再回到a过程中,气体放出热量为
11. 如图所示,上端封闭的连通器A、B、C三管中水银面相平,管内水银上方的空气柱长LA<LB<LC,连通管道下部有阀门k,初始状态下三气柱温度相同且阀门关闭,下列说法正确的是( )
A. A、B、C管中气体温度同时缓慢升高∆T后,A管中的水银面比C管中的高
B. A、B、C管中气体温度同时缓慢升高∆T后,C管中的水银面比A管中的高
C. 若打开阀门k流出一定量水银(保持三管中均留有水银)后,A管中水银面最高
D. 若打开阀门k流出一定量水银(保持三管中均留有水银)后,C管中水银面最高
二、实验题:每空3分,共计15分。请将解答填写在答题卡相应位置。
12. 用如图所示的实验装置探究“一定质量的气体发生等温变化时压强与体积的关系”。将注射器活塞移动到体积最大的位置,接上软管和压强传感器,推动活塞压缩气体,分别记录注射器上的体积刻度V和传感器的示数p作为气体的体积和压强。
(1)为保证注射器内封闭气体的温度不发生明显变化,以下说法正确的是( )
A. 要尽可能保持环境温度不变
B. 实验过程中应缓慢地推动活塞
C. 实验过程中要用手握紧注射器并快速推拉活塞
(2)经过多次测量,将所测数据绘制在坐标图上,可能得到的是( )
A. B.
C. D.
(3)如图,若有两小组在同一教室同时用传感器探究气体等温变化的规律,但是描绘出的图像斜率不同,原因可能是( )
A. 注射器内的空气柱质量不同
B. 有一小组注射器存在漏气
C. 一小组缓慢推动活塞,另一小组快速推动
D. 一小组将注射器水平放置,另一小组竖直放置
(4)某同学在一次实验过程中,移动活塞并记录前4组数据后,不小心让软管从注射器脱落,把软管重新连接后继续移动活塞并记录后续4组数据,其他操作无误。下列四个图像的横、纵坐标与(2)问中所选图像相同(横、纵坐标未标出),则其中正确的是( )
A. B.
C. D.
(5)用此装置测量大米的体积,将一定量的大米倒入注射器(大米未进入软管),重新进行上述操作,画出(2)中所选图像,测得图像的斜率为k2,纵截距为a2,且原(2)问中图像斜率为k1,纵截距为a1,则大米体积V米=__________。
三、计算题:本题共4小题,共计41分。解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位。
13. 内壁光滑的导热汽缸固定在水平面上,用质量为的活塞密封一段长度为的气体,活塞的横截面积为。给活塞一个向左的初速度,活塞向左移动了,此时速度减为零.已知大气压强为,不计密封气体温度的变化。求:
(1)活塞速度为零时,密封气体的压强;
(2)该过程放出的热量。
14. 大量处于激发态的氢原子跃迁时,发出频率不同的大量光子,将这些不同频率的光分别照射到图甲电路中光电管阴极K上时,只能测得两条光电流随光电管两端电压变化的图像(如图乙)。已知a光对应的遏止电压为,氢原子的基态能量为,激发态能量为,其中,普朗克常量为h,电子电荷量为e。
(1)求光电管阴极的逸出功和b光对应的遏止电压;
(2)若用b光照射,光电管两端加上的电压,求电子到达A极时的最大动能。
15. 如图所示,两个固定的导热良好的足够长水平汽缸,由水平轻质硬杆相连的两个活塞面积分别为SA=120 cm2,SB=20 cm2。两汽缸通过一带阀门K的细管连通,最初阀门关闭,A内有理想气体,初始温度为27℃,B内为真空。初始状态时两活塞分别与各自汽缸底相距a=40 cm、b=10 cm,活塞静止。(不计一切摩擦,细管体积可忽略不计,A内有体积不计的加热装置,图中未画出。设环境温度保持不变为27℃,外界大气压为p0)。
(1)当阀门K关闭时,在左侧汽缸A安装绝热装置,同时使A内气体缓慢加热,求当右侧活塞刚好运动到缸底时A内气体的温度TA,及压强pA;
(2)停止加热并撤去左侧汽缸的绝热装置,将阀门K打开,足够长时间后,求大活塞距左侧汽缸底部的距离Δx。
(3)之后将阀门K关闭,用打气筒(图中未画出)向A汽缸中缓慢充入压强为2p0的理想气体,使活塞回到初始状态时的位置,则充入的理想气体体积ΔV为多少?
16. 光射到物体表面上时会产生压力,这种压力会对物体表面产生压强,称为“光压”。回答下列问题:(以下问题中均设真空中光速为c,波长为λ,普朗克常量为h)
(1)某探测器利用太阳光的“光压”为动力,以使太阳光对太阳帆的压力超过太阳对探测器的引力,将太阳系中的探测器送到太阳系以外。假设质量为m的探测器正朝远离太阳的方向运动,帆面的面积为S,且始终与太阳光垂直,探测器到太阳中心的距离为r,不考虑行星对探测器的引力。已知:单位时间内从太阳单位面积辐射的电磁波能量为P0,引力常量为G,太阳的质量为M,太阳的半径为R。求:
①t时间内太阳帆受到太阳辐射的能量;
②忽略反射光频率的变化,若太阳帆能将太阳光80%反射,20%吸收,求太阳帆面积S应满足的条件;
(2)如图,真空中有一折射率为,半径为r的质地均匀的小球,一细激光束在真空中沿直线BC传播,直线BC与过小球球心连线OC成α=60°角,光束于小球表面C点经折射进入小球(小球成为光传播的媒质),并于小球表面D点折射进入真空,激光束频率在上述两次折射后保持不变,求两次折射过程中激光束内一个光子对小球作用的冲量大小和方向(设CD沿纸面水平方向,)
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江苏省天一中学2025-2026学年第二学期期中考试
高二物理(强化班)
一、单项选择题:本题共11小题,每小题4分,共计44分。每小题只有一个选项符合题意。
1. 下列说法正确的是( )
A. 汤姆孙根据α粒子散射实验,提出了原子的核式结构模型
B. 从玻尔原子理论看,吸收了光子的原子核外电子动能增加
C. 太阳光谱是连续谱,分析太阳光谱可以知道太阳内部的化学组成
D. 随着温度升高,黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
【答案】D
【解析】
【详解】A.α粒子散射实验是卢瑟福完成的,也是卢瑟福根据该实验提出原子的核式结构模型;汤姆孙发现电子,提出的是原子“枣糕模型”,故A错误;
B.核外电子吸收光子后跃迁到更高能级,轨道半径增大,由库仑力提供向心力:
可得电子动能
增大则动能减小,故B错误;
C.太阳光谱是吸收光谱,是太阳内部发出的强光经过温度较低的太阳大气层时产生的,分析太阳光谱只能得到太阳大气层的化学组成,故C错误;
D.根据黑体辐射的实验规律,温度越高,黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,符合维恩位移定律,故D正确。
故选D。
2. 下列说法正确的是( )
A. 图甲中,两分子间距离由变到的过程中分子力做正功
B. 图乙中,附着层水分子间距较内部水分子间距小,附着层水分子间作用力表现为引力
C. 图丙中,显微镜下观察到的花粉颗粒的无规则运动就是花粉颗粒的轨迹
D. 图丁中,电冰箱能把热量从低温的箱内传到高温的箱外,违背了热力学第二定律
【答案】A
【解析】
【详解】A.图甲中,两分子间距离由r1变到r2的过程中分子势能减小,则分子力做正功,A正确;
B.图乙中,附着层水分子间距较内部水分子间距小,附着层水分子间作用力表现为斥力,B错误;
C.图丙中,显微镜下观察到的花粉颗粒的无规则运动是每隔一段时间记录的位置,实际运动轨迹更复杂,C错误;
D.图丁中,电冰箱能把热量从低温的箱内传到高温的箱外,消耗了电能,不违背热力学第二定律,D错误。
故选A。
3. 如图所示,金属框架的A、B间系一个棉线圈,先使布满肥皂膜,然后将P和Q两部分肥皂膜刺破后,线的形状将如图中的( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】试题分析:由于液体的表面有张力作用,液体表面有收缩的趋势,C对,故选C
考点:考查表面张力
点评:本题难度较小,根据液体表面张力特点判断
4. 一块带电锌板连接在验电器上,验电器指针张开,用灯照射锌板后验电器指针张角变小,则锌板初始所带电荷的性质以及照射锌板所用的灯分别是( )
A. 负电,紫外灯 B. 负电,红外灯
C. 正电,紫外灯 D. 正电,红外灯
【答案】A
【解析】
【详解】紫外光频率高于金属的极限频率,能引发光电效应;红外光频率低于金属的极限频率,不能引发光电效应。当紫外线灯照射锌板表面,锌板中的自由电子吸收紫外线光子的能量而发生电离,锌板上的电子数量减少,验电器和锌板上的电荷量重新分布,验电器指针张开的角度逐渐减小,所以锌板初始带负电荷、照射锌板所用的灯是紫外灯。
故选A。
5. 关于晶体和非晶体,下列说法中正确的是( )
A. 可以根据各向同性或各向异性来鉴别晶体和非晶体
B. 一块均匀薄片,沿各个方向对它施加拉力,发现其强度一样,则此薄片一定是非晶体
C. 一个固体球,如果沿其各条直径方向的导电性不同,则该球一定是单晶体
D. 一块固体,若其各个方向的导热性相同,则这块固体一定是多晶体
【答案】C
【解析】
【详解】A.物理性质表现为各向同性的可以是多晶体,也可以是非晶体,故不能根据各向异性或各向同性来鉴别晶体和非晶体,故A错误;
B.沿各个方向对一块均匀薄片施加拉力,发现其强度一样,表现出各向同性,可能是非晶体,也可能是多晶体,故B错误;
C.一个固体球,如果沿其各条直径方向的导电性能不同,即具有各向异性,则该球一定是单晶体,故C正确;
D.一块固体,若其各个方向的导热性能相同,表现出各向同性,可能是多晶体,故D错误。
故选C。
6. 某实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时,测得的油酸分子直径明显偏小,造成这种情况的原因可能是( )
A. 在计算油膜面积时,把凡是不足一格的格数都舍去
B. 配制完成的油酸酒精溶液敞口放置,隔天才做实验
C. 测出一滴油酸酒精溶液的体积之后,拿了一个更细的注射器去做实验
D. 用注射器和量筒测1mL油酸酒精溶液的滴数时,漏记了几滴
【答案】B
【解析】
【详解】A.实验原理为油酸分子直径,其中为一滴油酸酒精溶液中纯油酸的计算值,为测得的油膜面积,偏小对应计算值偏小或测量值偏大。计算油膜面积时舍去所有不足一格的方格,测量值偏小,由得测量值偏大,故A错误;
B.油酸酒精溶液敞口放置时酒精挥发,实际油酸浓度高于配制浓度,相同体积溶液中纯油酸实际含量更大,油膜扩散的实际面积偏大,计算时仍用原浓度,由得测量值偏小,故B正确;
C.换更细的注射器滴液,实际每滴溶液体积小于之前测量的滴体积,计算时用偏大的滴体积,计算值偏大,由得测量值偏大,故C错误;
D.测1mL溶液滴数时漏记几滴,计算的每滴溶液体积偏大,计算值偏大,由得测量值偏大,故D错误。
故选B。
7. 如图所示是苹果自动分拣装置的示意图,该装置能够按一定质量标准自动分拣大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上,杠杆末端压在电阻R1上,R1的阻值随压力的变化而变化。小苹果通过托盘秤时,R2两端的电压较小,分拣开关在弹簧向上的弹力作用下处于水平状态,小苹果进入上面通道;当大苹果通过托盘秤时,R2两端能够获得较大电压,电磁铁吸合分拣开关的衔铁,打开下面通道,让大苹果进入下面通道。设定进入下面通道的大苹果最小质量m0为该装置的分拣标准,下列说法正确的是( )
A. 压力越小,R1越小
B. 若R2变大,可降低分拣标准m0
C. 若电源内阻变小,可提高分拣标准m0
D. 若电源电动势变大,可提高分拣标准m0
【答案】B
【解析】
【详解】A.由题意及电路图可知,电磁铁并联在两端。大苹果质量大,对托盘压力大,杠杆末端对压力大,此时两端电压大,电磁铁吸合。根据串联分压原理,可知压力大时阻值小,即随压力增大而减小。压力越小,阻值应越大,故A错误;
B.若变大,分压比变大,在较大,即压力较小、质量较小时也能达到吸合电压,故分拣标准降低,故B正确;
C.若电源内阻变小,电路总电阻减小,电流增大,两端电压变大,较小质量的苹果也能使电磁铁吸合,分拣标准降低,故C错误;
D.若电源电动势变大,电路总电流增大,两端电压变大,较小质量的苹果也能使电磁铁吸合,分拣标准降低,故D错误。
故选B。
8. 如图为一定质量的理想气体经历a→b→c过程的压强p随摄氏温度t变化的图像,其中ab平行于t轴,cb的延长线过坐标原点。下列判断正确的是( )
A. a→b过程,所有气体分子的运动速率都减小
B. a→b过程,单位时间撞击单位面积器壁的分子数减少
C. b→c过程,气体体积保持不变,从外界吸热,内能增加
D. b→c过程,外界对气体做功,温度升高,内能增加
【答案】D
【解析】
【详解】AB.a→b过程,温度降低,压强不变。气体分子的平均速率减小,但并不是所有气体分子的运动速率都减小,则分子撞击容器壁的平均作用力减小,又因为压强不变,因此单位时间撞击单位面积器壁的分子数增加,故AB错误;
CD.把该图像转化为图像如图
b→c过程,图像上的点与坐标原点连线斜率增加,根据
可知气体体积减小,外界对气体做功,温度升高,内能增加,故C错误,D正确。
故选D。
9. 一种光电烟雾报警器的结构和原理如图1和图2所示,光源S向外发射某一特定频率的光束,发生火情时有烟雾进入报警器内,由于烟雾对光的散射作用,会使部分光改变方向进入光电管C从而发生光电效应,于是有电流输入报警系统,当光电流大于I0时,便会报警,当滑动变阻器的滑片P处于图2所示位置,烟雾报警器恰好报警,则( )
A. 将图2中电源的正负极反接,光电子的最大初动能将减小
B. 仅将滑片P向右移动少许,可以解除报警
C. 仅降低光源S发出光的强度,可以解除报警
D. 单位时间内进入光电管的光子数为时,报警器一定会报警
【答案】C
【解析】
【详解】A.图2中光电管两端加的是正向电压,若正负极反接则光电管两端加负向电压,根据光电效应方程
可知,光电子的最大初动能不变,故A错误;
B.仅将滑片P向右移动少许,则正向电压增大,根据光电流与电压的关系,光照强度一定时,随着正向电压增大,光电流增大,但当光电流达到饱和电流时,正向电压增大,饱和电流不变,不一定解除报警,故B错误;
C.仅降低光源S发出光的强度,根据光电效应方程可知,光电子的最大初动能不变,则单位时间内光电管接收到的光子个数减少,光电流减小,可以解除报警,故C正确;
D.单位时间内进入光电管的光子数为时,但是可能受到两端电压的限制,在阴极产生的光电子不一定全部到达A极,所以不一定能让报警系统的电流达到I0,不一定能触发报警,故D错误。
故选C。
10. 1mol的氦气的温度随体积变化如图所示,其中ab为经过原点的抛物线,cb为过原点的直线,在a点时气体的体积为V0,温度为T0,压强为p0。则下列说法正确的是( )
A. c点的压强为
B. 从a到b过程中气体在对外放热
C. 从a到b过程中气体对外做功为
D. 从a经b到c再回到a过程中,气体放出热量为
【答案】D
【解析】
【详解】A.因cb为过原点的直线,故T与V成正比,b到c为等压变化,由
故c点的温度为
又c到a为等容变化
解得,故A错误;
因ab为经过原点的抛物线,故令
B.从a到b过程中,气体一方面膨胀对外做功,另一方面温度升高,内能增加,故对研究的氦气而言,
由热力学第一定律
得,故从a到b过程中气体一定从外界吸热,故B错误;
C D.从a(体积为V0,温度为T0,压强为p0)到b(体积为2V0,温度为4T0,压强为2p0)过程中,猜测压强与温度成正比,下面验证由理想气体状态方程
压强与温度成正比
联立有与ab为经过原点的抛物线一致,故a到b过程压强与温度成正比
画出从a经b到c再回到a过程中的p-V图像
a到b过程中气体对外做功为下面梯形的面积
从a经b到c再回到a过程中外界对气体做功为上面三角形的面积
又一个循环,由热力学第一定律
得,故气体放出热量为,故C错误,D正确。
故选D。
11. 如图所示,上端封闭的连通器A、B、C三管中水银面相平,管内水银上方的空气柱长LA<LB<LC,连通管道下部有阀门k,初始状态下三气柱温度相同且阀门关闭,下列说法正确的是( )
A. A、B、C管中气体温度同时缓慢升高∆T后,A管中的水银面比C管中的高
B. A、B、C管中气体温度同时缓慢升高∆T后,C管中的水银面比A管中的高
C. 若打开阀门k流出一定量水银(保持三管中均留有水银)后,A管中水银面最高
D. 若打开阀门k流出一定量水银(保持三管中均留有水银)后,C管中水银面最高
【答案】C
【解析】
【详解】AB.初始状态三管水银面相平,则三管内气体压强相等,设为,温度均为。假设水银面不动,气体做等容变化,由查理定律
可知
因、、均相同,则三管气体压强增加量相同,水银面仍保持相平,故A错误B错误;
CD.打开阀门k流出一定量水银,三管内气体体积均增大,压强均减小。假设三管水银面下降相同高度,由玻意耳定律
得
因,则。根据连通器原理,平衡时
气体压强越小,对应的水银柱高度越大,故A管水银面最高,C管水银面最低,故C正确D错误;
故选C。
二、实验题:每空3分,共计15分。请将解答填写在答题卡相应位置。
12. 用如图所示的实验装置探究“一定质量的气体发生等温变化时压强与体积的关系”。将注射器活塞移动到体积最大的位置,接上软管和压强传感器,推动活塞压缩气体,分别记录注射器上的体积刻度V和传感器的示数p作为气体的体积和压强。
(1)为保证注射器内封闭气体的温度不发生明显变化,以下说法正确的是( )
A. 要尽可能保持环境温度不变
B. 实验过程中应缓慢地推动活塞
C. 实验过程中要用手握紧注射器并快速推拉活塞
(2)经过多次测量,将所测数据绘制在坐标图上,可能得到的是( )
A. B.
C. D.
(3)如图,若有两小组在同一教室同时用传感器探究气体等温变化的规律,但是描绘出的图像斜率不同,原因可能是( )
A. 注射器内的空气柱质量不同
B. 有一小组注射器存在漏气
C. 一小组缓慢推动活塞,另一小组快速推动
D. 一小组将注射器水平放置,另一小组竖直放置
(4)某同学在一次实验过程中,移动活塞并记录前4组数据后,不小心让软管从注射器脱落,把软管重新连接后继续移动活塞并记录后续4组数据,其他操作无误。下列四个图像的横、纵坐标与(2)问中所选图像相同(横、纵坐标未标出),则其中正确的是( )
A. B.
C. D.
(5)用此装置测量大米的体积,将一定量的大米倒入注射器(大米未进入软管),重新进行上述操作,画出(2)中所选图像,测得图像的斜率为k2,纵截距为a2,且原(2)问中图像斜率为k1,纵截距为a1,则大米体积V米=__________。
【答案】(1)AB (2)D (3)A (4)B
(5)
【解析】
【小问1详解】
A.首要的是,确保环境温度的稳定性,实验就是探究一定温度下的压强和体积的关系,如果环境温度发生动会直接影响注射器内气体的温度,所以保持环境温度不变是至关重要的,故A正确。
B.正确的做法是缓慢地推动活塞,以减少因快速移动对气体做功转化为内能而导致温度升高,从而保持气体温度的稳定,故B正确。
C.在实验过程中,应避免用手紧握注射器并快速推拉活塞。因为人的体温高于环境温度,如果用手握住注射器,会导致注射器本身温度升高,还会因为活塞的快速移动使气体做功,进而引发气体温度的显著变化,故C错误。
故选AB。
【小问2详解】
AB.若考虑连接注射器与压强传感器的软管内的气体体积为,根据玻意耳定律有
可得
则图像过原点,但随着的增大,气体压强会趋于定值故A、B错误;
CD.由表达式
可得,故C错误,D正确。
故选D。
【小问3详解】
AB.等温变化根据玻意耳定律得
其中是对应一定质量、一定温度的理想气体的常数。可知图线的斜率
可知过坐标原点的直线表示一定量的理想气体做等温变化的过程,都没有漏气或温度变化,斜率不同可知是封闭的气体的质量不同,故A正确,B错误;
C.快速推动活塞时会引起气体温度升高,图线不再是直线,故C错误;
D.将注射器水平放置,或将注射器竖直放置对图像没有影响,故D错误。
故选A。
【小问4详解】
由(2)的分析可知,实验时软管从注射器脱落,软管重新连接后,则封闭气体的质量变小,则有
由于,可知,后续4组数据对应的图像斜率较小,由上述表达式可知,前4组、后4组数据对应的图像纵截距同为一。
故选B。
【小问5详解】
由前面的分析可知,未放大米时,与满足的关系为
放入大米后,与满足的关系为
可得,
则大米体积为。
三、计算题:本题共4小题,共计41分。解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位。
13. 内壁光滑的导热汽缸固定在水平面上,用质量为的活塞密封一段长度为的气体,活塞的横截面积为。给活塞一个向左的初速度,活塞向左移动了,此时速度减为零.已知大气压强为,不计密封气体温度的变化。求:
(1)活塞速度为零时,密封气体的压强;
(2)该过程放出的热量。
【答案】(1);(2)
【解析】
【详解】(1)根据玻意耳定律
解得
(2)设该活塞对气体做功为,吸收的热量为,根据热力学第一定律
由题意知
,
对活塞,根据动能定理
解得
14. 大量处于激发态的氢原子跃迁时,发出频率不同的大量光子,将这些不同频率的光分别照射到图甲电路中光电管阴极K上时,只能测得两条光电流随光电管两端电压变化的图像(如图乙)。已知a光对应的遏止电压为,氢原子的基态能量为,激发态能量为,其中,普朗克常量为h,电子电荷量为e。
(1)求光电管阴极的逸出功和b光对应的遏止电压;
(2)若用b光照射,光电管两端加上的电压,求电子到达A极时的最大动能。
【答案】(1),;(2)
【解析】
【详解】解:(1)只能测得两条光电流随光电管两端电压变化的图像,说明只有能级差最大的两种光发生光电效应,即
a光照射时
解得
b光照射时
解得
(2)由能量守恒定律有
解得
15. 如图所示,两个固定的导热良好的足够长水平汽缸,由水平轻质硬杆相连的两个活塞面积分别为SA=120 cm2,SB=20 cm2。两汽缸通过一带阀门K的细管连通,最初阀门关闭,A内有理想气体,初始温度为27℃,B内为真空。初始状态时两活塞分别与各自汽缸底相距a=40 cm、b=10 cm,活塞静止。(不计一切摩擦,细管体积可忽略不计,A内有体积不计的加热装置,图中未画出。设环境温度保持不变为27℃,外界大气压为p0)。
(1)当阀门K关闭时,在左侧汽缸A安装绝热装置,同时使A内气体缓慢加热,求当右侧活塞刚好运动到缸底时A内气体的温度TA,及压强pA;
(2)停止加热并撤去左侧汽缸的绝热装置,将阀门K打开,足够长时间后,求大活塞距左侧汽缸底部的距离Δx。
(3)之后将阀门K关闭,用打气筒(图中未画出)向A汽缸中缓慢充入压强为2p0的理想气体,使活塞回到初始状态时的位置,则充入的理想气体体积ΔV为多少?
【答案】(1),;(2);(3)
【解析】
【详解】(1)阀门K关闭时,将A内气体缓慢加热,温度缓慢升高,根据受力平衡可知,气体压强不变,为等压变化,对于A气体,初态有
,
末态有
由盖—吕萨克定律有
即
解得
对两活塞整体为研究对象,根据受力平衡得
解得
(2)打开阀门K稳定后,设气体压强为,以两个活塞和杆为整体有
解得
设大活塞最终左移x,对封闭气体分析;初态有
,,
末态有
,,
由理想气体状态方程得
即
代入数据解得
(3)关闭阀门,若活塞恢复初始位置,则对B中气体,初态有
,
末态压强为,体积为
由玻意耳定律得
即
解得
则
解得
对A中气体和充入气体整体为研究对象,初态有
,
,
末态有
,
根据玻意耳定律得
即
解得
16. 光射到物体表面上时会产生压力,这种压力会对物体表面产生压强,称为“光压”。回答下列问题:(以下问题中均设真空中光速为c,波长为λ,普朗克常量为h)
(1)某探测器利用太阳光的“光压”为动力,以使太阳光对太阳帆的压力超过太阳对探测器的引力,将太阳系中的探测器送到太阳系以外。假设质量为m的探测器正朝远离太阳的方向运动,帆面的面积为S,且始终与太阳光垂直,探测器到太阳中心的距离为r,不考虑行星对探测器的引力。已知:单位时间内从太阳单位面积辐射的电磁波能量为P0,引力常量为G,太阳的质量为M,太阳的半径为R。求:
①t时间内太阳帆受到太阳辐射的能量;
②忽略反射光频率的变化,若太阳帆能将太阳光80%反射,20%吸收,求太阳帆面积S应满足的条件;
(2)如图,真空中有一折射率为,半径为r的质地均匀的小球,一细激光束在真空中沿直线BC传播,直线BC与过小球球心连线OC成α=60°角,光束于小球表面C点经折射进入小球(小球成为光传播的媒质),并于小球表面D点折射进入真空,激光束频率在上述两次折射后保持不变,求两次折射过程中激光束内一个光子对小球作用的冲量大小和方向(设CD沿纸面水平方向,)
【答案】(1),;
(2),方向垂直向上
【解析】
【小问1详解】
①太阳总辐射功率为
在距离太阳中心处,单位时间内单位面积接收功率为
因此时间内面积为的太阳帆接收的总能量
②根据光子动量公式
单位时间内入射太阳帆的光子总动量为
光子反射,动量反向,大小不变,光子吸收,动量变为零,单位时间内光子总动量变化为
根据动量定理,光子对太阳帆压力的大小等于单位时间内光子动量变化的大小,则
根据万有引力公式,太阳对探测器的引力为
要满足条件,需
解得
【小问2详解】
根据折射定律
代入数据解得
入射光子和出射光子的偏转角为
因为激光束频率在两次折射后保持不变,故光子初末动量大小均为
由矢量合成,光子动量变化大小为
根据动量定理,小球对光子的冲量等于光子动量变化
两次折射过程中激光束内一个光子对小球作用的冲量大小为,方向垂直向上
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