题目内容
【题目】【物理—选修3-3】
(1)下列说法正确的是________。
A.松香在熔化过程中温度不变,分子平均动能不变
B.当分子间的引力与斥力平衡时,分子势能最小
C.液体的饱和汽压与饱和汽的体积有关
D.若一定质量的理想气体被压缩且吸收热量,则压强一定增大
E.若一定质量的理想气体分子平均动能减小,且外界对气体做功,则气体一定放热
(2)如图所示,开口向上的汽缸C静置于水平桌面上,用一横截面积S=50 cm2的轻质活塞封闭了一定质量的理想气体,一轻绳一端系在活塞上,另一端跨过两个定滑轮连着一劲度系数k=2 800 N/m的竖直轻弹簧A,A下端系有一质量m=14 kg的物块B。开始时,缸内气体的温度t1=27℃,活塞到缸底的距离L1=120 cm,弹簧恰好处于原长状态。已知外界大气压强恒为p0=1.0×105 Pa,取重力加速度g=10 m/s2,不计一切摩擦。现使缸内气体缓慢冷却,求:
(ⅰ)当B刚要离开桌面时汽缸内封闭气体的温度;
(ⅱ)气体的温度冷却到-93℃时B离桌面的高度H。(结果保留两位有效数字)
【答案】(1)BDE (2) (ⅰ)-66℃(ⅱ)15 cm
【解析】
(1)松香是非晶体,只有晶体在熔化过程中吸收的热量全部用来破坏分子结构,增加分子势能,而熔化过程中温度不变,分子平均动能不变,选项A错误;当分子间的引力与斥力平衡时,分子势能最小,选项B正确;液体的饱和汽压与温度有关,与饱和汽的体积无关,选项C错误;气体的压强与单位体积的分子数和分子平均动能有关,若一定质量的理想气体被压缩且吸收热量,则W>0,Q>0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W知,ΔU>0,说明气体的温度升高,分子平均动能增大,又气体被压缩,体积减小,单位体积的分子数增加,所以气体压强一定增大,选项D正确;若一定质量的理想气体分子平均动能减小,说明温度降低,内能减小,即ΔU<0,又外界对气体做功,即W>0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W知,Q<0,即气体一定放热,选项E正确;故选BDE.
(2)(ⅰ)B刚要离开桌面时弹簧拉力为kx1=mg,
由活塞受力平衡得p2S=p0S-kx1,
根据理想气体状态方程有 ,
代入数据解得T2=207 K,
当B刚要离开桌面时缸内气体的温度t2=-66 ℃
(ⅱ)由(ⅰ)得x1=5 cm,当温度降至-66 ℃之后,若继续降温,则缸内气体的压强不变,
根据盖-吕萨克定律,有,
代入数据解得H=15 cm