【新高考】山东省2011-2020年高考试卷分类汇编之13—选修模块3-3（解析卷）

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山东省2011-2020年高考试卷分类汇编之13—
选修模块3-3
1.2019年山东卷 33．[物理—选修3-3]（15分）
（1）（5分）某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界。现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同。此时，容器中空气的温度__________（填“高于”“低于”或“等于”）外界温度，容器中空气的密度__________（填“大于”“小于”或“等于”）外界空气的密度。
（2）（10分）热等静压设备广泛用于材料加工中。该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改部其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13 m3，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.2×10-2 m3，使用前瓶中气体压强为1.5×107 Pa，使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106 Pa；室温温度为27 ℃。氩气可视为理想气体。
（i）求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强；
（i i）将压入氩气后的炉腔加热到1227 ℃，求此时炉腔中气体的压强。
答案：（1）低于 大于 （2）（i）32×107 Pa （i i）1.6×108 Pa
解析：（1）气体对外做功，内能减少，温度降低；
容器内的气体温度低，压强与外界压强相同，说明单位时间内碰撞器壁次数多，故密度大。
（2）（i）设初始时每瓶氩气的体积为V1，压强为p1，由玻意耳定律 ①
得
被压入压缩机内的体积
10瓶氩气压入压缩机内的体积 ②
由玻意耳定律 p2V0=pV ③
得p2=3.2×107 Pa ④
（ii）设加热前炉腔的温度为T0，加热后炉腔温度为T1，气体压强为p3，由查理定律
⑤
联立④⑤式并代入题给数据得 p3=1.6×108 Pa ⑥
2.2018年山东卷 33．[物理——选修3-3]（15分）
（1）（5分）如图，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e。对此气体，下列说法正确的是 BDE （选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分；每选错1个扣3分，最低得分为0分）。
A．过程①中气体的压强逐渐减小
B．过程②中气体对外界做正功
C．过程④中气体从外界吸收了热量
D．状态c、d的内能相等
E．状态d的压强比状态b的压强小
解析：在过程①中，体积不变，外界不对气体做功，气体也不对外界做功，温度升高，压强增大，内能增加，故A错误；
在过程②中，气体的体积增大，气体对外界做正功，故B正确；
在过程④中，体积不变，外界不对气体做功，气体也不对外界做功，温度下降，内能减少，气体向外界放热，C错误；在过程cd中，温度不变，内能不变，故D正确。
由得,可知T-V图线的斜率与压强相关，斜率大则压强大，状态b的斜率大于状态d的斜率，所以状态d的压强比状态b的压强小，选项E正确。故选BDE。
（2）（10分）如图，容积为V的汽缸由导热材料制成，面积为S的活塞将汽缸分成容积相等的上下两部分，汽缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连，细管上有一阀门K。开始时，K关闭，汽缸内上下两部分气体的压强均为。现将K打开，容器内的液体缓慢地流入汽缸，当流入的液体体积为时，将K关闭，活塞平衡时其下方气体的体积减小了。不计活塞的质量和体积，外界温度保持不变，重力加速度大小为g。求流入汽缸内液体的质量。
解：设活塞再次平衡后，活塞上方气体的体积为V1，压强为p1；下方气体的体积为V2，压强为p2。在活塞下移的过程中，活塞上、下方气体的温度均保持不变，由玻意耳定律得
①
②
由已知条件得
③
④
设活塞上方液体的质量为m，由力的平衡条件得
⑤
联立以上各式得
⑥
3.2017年山东卷33．［物理——选修3–3］（15分）
（1）（5分）氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是________。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）
A．图中两条曲线下面积相等
B．图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形
C．图中实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形
D．图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目
E．与0 ℃时相比，100 ℃时氧气分子速率出现在0~400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大
【答案】ABC
【解析】温度是分子平均动能的标志，温度升高分子的平均动能增加，不同温度下相同速率的分子所占比例不同，温度越高，速率大的分子占比例越高，故虚线为0℃，实线是100℃对应的曲线，曲线下面积都等于1，故面积相等，所以ABC正确。
（2）（10分）如图，容积均为V的汽缸A、B下端有细管（容积可忽略）连通，阀门K2位于细管的中部，A、B的顶部各有一阀门K1、K3，B中有一可自由滑动的活塞（质量、体积均可忽略）。初始时，三个阀门均打开，活塞在B的底部；关闭K2、K3，通过K1给汽缸充气，使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。已知室温为27 ℃，汽缸导热。
（i）打开K2，求稳定时活塞上方气体的体积和压强；
（ii）接着打开K3，求稳定时活塞的位置；
（iii）再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20℃，求此时活塞下方气体的压强。
【答案】（i）V/2 2p0 （ii）顶部 （iii）1.6 p0
【解析】（i）设打开K2后，稳定时活塞上方气体的压强为p1，体积为V1。依题意，被活塞分开的两部分气体都经历等温过程。由玻意耳定律得 ①
②
联立①②式得 ③
④
（ii）打开K3后，由④式知，活塞必定上升。
设在活塞下方气体与A中气体的体积之和为V2(V2≤2V)时活塞下气体压强为p2，由玻意耳定律得
⑤
由⑤式得 ⑥
由⑥式知，打开K3后活塞上升直到B的顶部为止；此时为
（iii）设加热后活塞下方气体的压强为p3，气体温度从T1=300K升高到T2=320K的等容过程中，由查理定律得 ⑦
将有关数据代入⑦式得 p3=1.6p0 ⑧
4. 2016年山东卷33. [物理—选修3-3]（15分）
（1）（5分）关于热力学定律，下列说法正确的是__________。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分为0分）
A．气体吸热后温度一定升高
B．对气体做功可以改变其内能
C．理想气体等压膨胀过程一定放热
D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体
E．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡
答案：BDE
气体内能的改变ΔU=Q+W，故对气体做功可改变气体内能，B选项正确；气体吸热为Q，但不确定外界做功W的情况，故不能确定气体温度变化，A选项错误；理想气体等压膨胀过程中对外做功，W<0，由理想气体状态方程，P不变，V增大，气体温度升高，内能增大。由ΔU=Q+W，气体等压膨胀过程中对外做功，W<0，所以一定吸热，C选项错误；由热力学第二定律，D选项正确；根据平衡性质，E选项正确；
（2）（10分）在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强，两压强差Δp与气泡半径r之间的关系为，其中。现让水下处一半径为的气泡缓慢上升。已知大气压强，水的密度，重力加速度大小。
(i)求在水下处气泡内外的压强差；
(ii)忽略水温随水深的变化，在气泡上升到十分接近水面时，求气泡的半径与其原来半径之比的近似值。
答案：水下处气泡的压强差是，气泡在接近水面时的半径与原来半径之比为。
解析：（i）由公式得，
水下10m处气泡的压强差是28Pa。
（ii）忽略水温随水深的变化，所以在水深10m处和在接近水面时气泡内温度相同。
由理想气体状态方程，得
①
其中， ②
③
由于气泡内外的压强差远小于水压，气泡内压强可近似等于对应位置处的水压，所以有
④
⑤
将②③④⑤代入①得，


5.2015年理综山东卷37．【物理-物理3-3】
（1）墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀。关于该现象的分析正确的是______。（双选，填正确答案标号）
a.混合均匀主要是由于碳粒受重力作用
b.混合均匀的过程中，水分子和碳粒都做无规则运动
c.使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速
d.墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的
答案：bc
解析：根据分子运动论的知识可知，混合均匀主要是由于水分子做无规则运动，使得碳粒做无规则运动形成的布朗运动；由于布朗运动的剧烈程度与颗粒大小和温度有关，所以使用碳粒更小的墨汁，布朗运动会越明显，则混合均匀的过程进行得更迅速，故选bc。
（2）扣在水平桌面上的热杯盖有时会发生被顶起的现象；如图，截面积为S的热杯盖扣在水平桌面上，开始时内部封闭气体的温度为300K，压强为大气压强p0。当封闭气体温度上升至303K时，杯盖恰好被整体顶起，放出少许气体后又落回桌面，其内部压强立即减为p0，温度仍为303K。再经过一段时间，内部气体温度恢复到300K。整个过程中封闭气体均可视为理想气体。求：
（ⅰ）当温度上升到303K且尚未放气时，封闭气体的压强；
（ⅱ）当温度恢复到300K时,竖直向上提起杯盖所需的最小力.
答案：（ⅰ）1.01p0；（ⅱ）0.02p0S
解析：（ⅰ）气体等容变化，开始时，压强p0，温度T0=300K；当温度上升到303K且尚未放气时，压强为p1，温度T1=303K,根据解得：；
（ⅱ）当内部气体温度恢复到300K时，由解得：
当杯盖恰好被整体顶起时有，
若将杯盖提起时所需的最小力满足：，
解得：Fmin≈0.02p0S
6.2014年理综山东卷37.（12分）【物理－物理3－3】
（1）如图，内壁光滑、导热良好的气缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体。当环境温度升高时，缸内气体______________。（双选，填正确答案标号）
a、内能增加 b、对外做功
c、压强增大 d、分子间的引力和斥力都增大
（2）一种水下重物打捞方法的工作原理如图所示。将一质量M=3×103kg、体积V0=0.5m3的重物捆绑在开口朝下的浮筒上。向浮筒内充入一定量的气体，开始时筒内液面到水面的距离h1=40m，筒内气体体积V1=1m3。在拉力作用下浮筒缓慢上升，当筒内液面到水面的距离为时，拉力减为零，此时气体体积为，随后浮筒和重物自动上浮。求和。
已知大气压强p0=1×105Pa，水的密度1×103kg/m3，重力加速度的大小g=10m/s2。不计水温度变化，筒内气体质量不变且可视为理想气体，浮筒质量和筒壁厚度可忽略。
【答案】a b
【解析】（2）当F＝0时，由平衡条件得
①
代入数据得
②
设筒内气体初态、末态的压强分别为P1、P2，由题意得
③
④
在此过程中筒内气体温度和质量不变，由玻意耳定律得
⑤
联立②③④⑤式，代入数据得
⑥
7.2013年山东卷36、（8分）【物理——选修3－3】
（1）下列关于热现象的描述正确的一项是（ ）
a、根据热力学定律，热机的效率可能达到100%
b、做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的
c、温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同
d、物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规律的。
答案：c。
解析：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。热机效率小于1,故a错误；热传递是通过能量的转移的方式，故b错误；热平衡的标志是温度相等，故c正确；单个分子运动是无规则的，大量分子的运动具有统计规律，故d错误。
（2）我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超过七千米，再创载人深潜新纪录。在某次深潜实验中，“蛟龙”号探测到990m深处的海水温度为280K。某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化。如图所示，导热良好的气缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，气缸所处海平面的温度T0＝300K，压强p0＝1atm，封闭气体的体积V0＝3m3。如果将该气缸下潜至990m深处，此过程中封闭气体可视为理想气体。
①求990m深处封闭气体的体积（1atm相当于10m深的海水产生的压强）。
②下潜过程中封闭气体_________（填“吸热”或“放热”），传递的热量_______（填“大于”或“小于”）外界对气体所做的功。
答案：2.8×10-2m3 ； 放热 大于。
解析：①当气缸下潜至990m时，设封闭气体的压强为p，温度为T，体积为V，由题意可知
p=100atm………………①
根据理想气体状态方程得：
…………②
代入数据得：V=2.8×10-2m3……③
②气体体积缩小，外界对气体做功，气体的温度降低，内能减少，故放热；传递的热量大于外界对气体所做的功。
8. 2012年理综山东卷36．（8分）【物理—物理3-3】
（1）以下说法正确的是 。
a．水的饱和汽压随温度的升高而增大
b．扩散现象表明，分子在永不停息地运动
c．当分子间距离增大时，分子间引力增大，分子间斥力减小
d．一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，气体分子的平均动能减小
（2）如图所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U型管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长l1=20cm（可视为理想气体），两管中水银面等高。先将右端与一低压舱（未画出）接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h=10cm（环境温度不变，大气压强P0=75cmHg）
①求稳定后低压舱内的压强（用“cmHg”做单位）
②此过程中左管内的气体对外界 （填“做正功”“做负功”“不做功”），气体将 （填“吸热”或放热“）。
（1）答： a b
解析： 当分子间距离增大时，分子间引力减小，分子间斥力也减小，选项c 错误；一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，温度升高，气体分子的平均动能增大，选项d 错误。
（2）答：①50cmHg ②做正功；吸热
解析：①设U型管横截面积为S，右端与大气相通时左管中封闭气体压强为p1，右端与一低压舱接通后左管中封闭气体压强为p2，气柱长度为l2，稳定后低压舱内的压强为p。左管中封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律得
p1V1= p2V2 ①
p1= p0 ②
p2= p + ph ③
V1= l1S ④
V2= l2S ⑤
由几何关系得
h=2(l2- l1) ⑥
联立①②③④⑤⑥式，代入数据得
p=50cmHg ⑦
9.2011年理综山东卷36．（8分）［物理—物理3-3］
⑴人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程。以下说法正确的是 。
a．液体的分子势能与体积有关
b．晶体的物理性质都是各向异性的
c．温度升高，每个分子的动能都增大
d．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用
⑵气体温度计结构如图所示。玻璃测温泡A内充有理想气体，通过细玻璃管B和水银压强计相连。开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在O点处，右管D中水银面高出O点h1=14cm。后将A放入待测恒温槽中，上下移动D，使C中水银面仍在O点处，测得D中水银面高出O点h2=44cm。（已知外界大气压为1个标准大气压，1标准大气压相当于76cmHg）
①求恒温槽的温度。
②此过程A内气体内能 （填“增大”或“减小”），气体不对外做功，气体将 （填“吸热”或“放热”）。
答案：（1）a d（2）①364K ②增大；吸热
解析：物体体积变化时，分子间的距离将发生改变，分子势能随之改变，所以分子势能与体积有关，a正确。晶体分为单晶体和多晶体，单晶体的物理性质各向异性，多晶体的物理性质各向同性，b错误。温度是分子平均动能的标志，具有统计的意义，c错误。液体表面的张力具有使液体表面收缩到最小的趋势，d正确。
（2）①设恒温槽的温度为T2，由题意知T1=273K，A内气体发生等容变化
由查理定律得 ①　　
P1= P0+ Ph1　 　②　　 P2= P0+ Ph2　 ③　
联立①②③式解得T2=364K　　④
②理想气体的内能只由温度决定，A气体的温度升高，所以内能增大。
由热力学第一定律ΔU=Q+W知，气体不对外做功，气体将吸热。
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