第1讲选修3－3分子动理论固体、液体和气体热力学定律
热学基础知识与气体实验定律的组合
1.分子动理论
(1)微观量与宏观量的关系
(2)分子热运动的实验基础:扩散现象和布朗运动
现象扩散现象布朗运动热运动
活动
主体
分子微小固体颗粒分子
区别分子的运动,发生在固
体、液体、气体任何两
种物质之间
比分子大得多的微粒
的运动,只能在液体、
气体中发生
分子的运动,不能通过
光学显微镜直接观察
到
共同点①都是无规则运动；②都随温度的升高而更加激烈联系扩散现象、布朗运动都反映无规则的热运动
(3)分子力、分子势能与分子间距离的关系
分子力F、分子势能E p与分子间距离r的关系图线如图1所示(取无穷远处分子势能E p＝0)。
图1
①当r>r0时,分子力表现为引力,当r增大时,分子力做负功,分子势能增加。
②当r ③当r＝r0时,分子势能最小。 2.固体和液体 (1)晶体和非晶体 比较 晶体 非晶体单晶体多晶体 形状规则不规则不规则 熔点固定固定不固定 特性各向异性各向同性各向同性 (2) 性,在光学、电学物理性质上表现出各向异性。 (3)液体的表面张力使液体表面具有收缩到最小的趋势,表面张力的方向跟液面相切。 3.饱和汽压的特点 液体的饱和汽压与温度有关,温度越高,饱和汽压越大,且饱和汽压与饱和汽的体积无关。 4.相对湿度 某温度时空气中水蒸气的实际压强与同温度水的饱和汽压的百分比。即:B＝p p s ×100%。 5.气体实验定律 【例1】(2020·全国卷Ⅰ,33)[物理——选修3－3](15分) (1)(5分)分子间作用力F与分子间距r的关系如图2所示,r＝r1时,F＝0。分子间势能由r决定,规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一分子固定于原点O,另一分子从距O点很远处向O点运动,在两分子间距减小到r2的过程中,势能________(填“减小”“不变”或“增大”)；在间距由r2减小到r1的过程中,势能________(填“减小”“不变”或“增大”)；在间距等于r1处,势能________(填“大于”“等于”或“小于”)零。 图2 (2)(10分)甲、乙两个储气罐储存有同种气体(可视为理想气体)。甲罐的容积为 V,罐中气体的压强为p；乙罐的容积为2V,罐中气体的压强为1 2p。现通过连接两 罐的细管把甲罐中的部分气体调配到乙罐中去,两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变,调配后两罐中气体的压强相等。求调配后 (ⅰ)两罐中气体的压强； (ⅱ)甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比。 【试题解析】(1)若一分子固定于原点O,另一分子从距O点很远处向O点运动,在两分子间距减小到r2的过程中,分子力做正功,势能减小；由r2减小到r1的过程中,分子力仍做正功,势能减小；在间距为r1处,势能小于零。 (2)(ⅰ)假设乙罐中的气体被压缩到压强为p,其体积变为V1,由玻意耳定律有1 2p(2V) ＝pV1① 现两罐气体压强均为p ,总体积为(V ＋V 1)。设调配后两罐中气体的压强为p ′,由玻意耳定律有 p (V ＋V 1)＝p ′(V ＋2V )② 联立①②式可得p ′＝23p ③ (ⅱ)若调配后甲罐中的气体再被压缩到原来的压强p 时,体积为V 2,由玻意耳定律有 p ′V ＝pV 2④ 设调配后甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比为k , k ＝V 2V ⑤ 联立③④⑤式可得k ＝23⑥ 【试题参考答案】 (1)减小 减小 小于 (2)(ⅰ)23p (ⅱ)23 【例2】 [物理——选修3－3](15分) (1)(5分)下列说法正确的是__________。(填正确【试题参考答案】 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.布朗运动不是液体分子的运动,但它说明液体分子不停地做无规则热运动 B.0 ℃时水已经结为冰,部分水分子已经停止了热运动 C.随分子间距离的增大,分子势能可能先减小后增大 D.热量不可能从低温物体传到高温物体 E.一定质量的理想气体,如果压强不变,体积增大,那么它一定从外界吸热 (2)(10分)如图3甲所示,内壁光滑的汽缸横截面积为S ＝10 cm 2,内有两个质量可忽略不计的活塞a 、b 将汽缸分成高度均为h ＝50 cm 的两部分。两活塞之间拴有一轻质弹簧,劲度系数为k ＝400 N/m 。开始时,活塞a 恰好与汽缸口相平,弹簧处于原长。初始状态A 、B 两部分气体和外界的温度均为27 ℃。活塞a 是导热的,汽缸和活塞b 是绝热的。现在活塞a 上轻放一质量为m ＝20 kg 的重物。待活塞稳定后,对B 部分气体缓慢加热,使活塞a 再次恰好与汽缸口相平,如图乙所示。已知 外界大气压强为p0＝1×105 Pa,重力加速度大小g＝10 m/s2,求此时B部分气体温度。 图3 【试题解析】(1)布朗运动是悬浮在液体中的固体微小颗粒在液体分子无规则运动的碰撞下产生的无规则运动,选项A正确；固体分子也在永不停息地做无规则运动,选项B错误；由分子势能随分子间距变化的图象可知,从分子间距很小开始,在分子间距逐渐增大的过程中,分子势能先减小再增大,当分子间作用力为零时,分子势能最小,选项C正确；热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他变化,这里一定要强调“不引起其他变化”,譬如,在消耗电能的前提下,冰箱等制冷设备可以将热量从低温的内部空间传递到高温的外部空间,选项D错误；根据理想气体状态方程可知,对一定质量的理想气体,等压膨胀温度一定升高,体积增大,气体对外做功,温度升高,内能一定增大,再根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知,W＜0,ΔU>0,故Q＞0,即一定从外界吸热,选项E正确。 (2)对A部分气体,初状态有 p A＝p0,V A＝hS 设末状态弹簧压缩量为Δx,则有 V A′＝(h－Δx)S 由玻意耳定律得 p A V A＝p A′V A′ 对活塞a由平衡条件得 p A′S＋kΔx＝p0S＋mg 解得Δx＝0.25 m 对B部分气体,初状态有 p B＝p0,V B＝hS,T B＝300 K 末状态有 p B′＝p0＋mg S,V B′＝(h＋Δx)S 由理想气体状态方程得 p B V B T B＝p B′V B′T B′ T B′＝1 350 K 【试题参考答案】(1)ACE(2)1 350 K 1.(1)(5分)关于下列各图的说法正确的是__________。(填正确【试题参考答案】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) 图4 A.图甲中微粒的无规则运动虽然不是分子的运动,但可以间接反映出液体分子运动的无规则性 B.由图乙可知,分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小 C.图丙中波峰值越大表示物体的温度越高 D.图丁为石墨和金刚石的微观结构,由此说明物质可以由晶体转化为非晶体 E.图戊中的实验在一定程度上说明了做功和热传递对改变物体的内能是等效的 (2)(10分)一定质量的理想气体从状态A 变化到状态B ,再由状态B 变化到状态C ,其状态变化的p －T 图象如图5所示,已知该气体在状态A 时的体积为50 cm 3。 图5 (ⅰ)该气体在状态B 和状态C 时的体积分别是多少？ (ⅱ)该气体从状态A 变化到状态C 的过程中,气体内能的变化量是多少？ (ⅲ)该气体从状态A 变化到状态C 的过程中传递的热量是多少？ 【试题解析】(1)悬浮微粒的无规则运动是固体颗粒在液体分子的不平衡碰撞下产生的,故不是分子的运动,但间接反映了液体分子运动的无规则性,A 正确；分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小,B 正确；根据速率分布图象可知,图象波峰的位置越往水平轴正方向移动表示物体的温度越高,而波峰值越大只表示某速率区间的分子数越多,C 错误；物质可以由晶体转化为非晶体,但石墨和金刚石是微观结构不同的同种物质,都是晶体,故不能说明晶体可以转化为非晶体,D 错误；焦耳热功当量实验表明,使系统通过绝热过程发生变化,做功的数量只由过程始末两个状态决定,而与做功的方式无关,故该实验在一定程度上说明了做功和热传递对改变物体的内能是等效的,E 正确。 (2)(ⅰ)该气体由状态A 变化到状态B 的过程发生等压变化,根据盖—吕萨克定律有V A T A ＝V B T B 代入数据解得V B ＝200 cm 3 由图象可知该气体由状态B 变化到状态C 的过程中,发生等容变化, 故V C ＝V B ＝200 cm 3 (ⅱ)由于T C ＝T A ＝300 K 故从状态A 变化到状态C 气体内能的变化量为ΔU ＝0 (ⅲ)气体从状态A 变化到状态B 的过程中发生等压膨胀,则气体对外做功,即 W AB＝p·ΔV＝1.0×105×(200－50)×10－6 J＝15 J 由B到C为等容变化,W BC＝0 根据热力学第一定律有ΔU＝Q＋(－W AB) 故Q＝W AB＝15 J 【试题参考答案】(1)ABE(2)(ⅰ)200 cm3200 cm3(ⅱ)0(ⅲ)15 J 2.(2020·湖北天门、仙桃等八市第二次联考)(1)(5分)分子力F、分子势能E p与分子间距离r的关系图线如图6甲、乙两条曲线所示(取无穷远处分子势能E p＝0)。下列说法正确的是________。(填正确【试题参考答案】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) 图6 A.乙图线为分子势能与分子间距离的关系图线 B.当r＝r0时,分子势能为零 C.随着分子间距离的增大,分子力先减小后一直增大 D.分子间的斥力和引力大小都随分子间距离的增大而减小,但斥力减小得更快 E.在r (2)(10分)横截面积处处相同的U形玻璃管竖直放置,左端封闭,右端开口。初始时,右端管内用h1＝4 cm的水银柱封闭一段长为L1＝9 cm的空气柱A,左端管内用水银封闭有长为L2＝14 cm的空气柱B,这段水银柱左右两液面高度差为h2＝8 cm,如图7甲所示。 已知大气压强p0＝76.0 cmHg,环境温度不变。 图7 (ⅰ)求初始时空气柱B的压强(以cmHg为单位)； (ⅱ)若将玻璃管缓慢旋转180°,使U 形管竖直倒置(水银未混合未溢出),如图乙所示。当管中水银静止时,求左右两水银柱液面高度差h 3。 【试题解析】(1)在r ＝r 0时,分子势能最小,但不为零,此时分子力为零,故A 项正确,B 项错误；分子间距离增大,分子间作用力先减小后反向增大,最后又一直减小,C 项错误；分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小,随分子间距离的减小而增大,但斥力比引力变化得快,D 项正确；当r ＜r 0时,分子力表现为斥力,当分子力减小时,分子间距离增大,分子力做正功,分子势能减小,E 项正确。 (2)(ⅰ)初始时,空气柱A 的压强为p A ＝p 0＋ρgh 1 而p B ＋ρgh 2＝p A 联立解得空气柱B 的压强为p B ＝72 cmHg (ⅱ)U 形管倒置后,空气柱A 的压强为p A ′＝p 0－ρgh 1 空气柱B 的压强为p B ′＝p A ′＋ρgh 3 空气柱B 的长度L 2′＝L 2＋h 2－h 32 由玻意耳定律可得p B L 2＝p B ′L 2′ 联立解得h 3＝12 cm 。 【试题参考答案】 (1)ADE (2)(ⅰ)72 cmHg (ⅱ)12 cm 热力学定律与气体实验定律的组合 1.热学中的几个结论 (1)热量不能自发地由低温物体传递给高温物体。 (2)气体压强是由气体分子频繁地碰撞器壁产生的,压强大小与分子热运动的剧烈程度和分子密集程度有关。 (3)做功和热传递都可以改变物体的内能,理想气体的内能只与温度有关。 (4)温度变化时,意味着物体内分子的平均动能随之变化,并非物体内每个分子的动能都随之发生同样的变化。 2.气体实验定律与热力学定律的综合问题的处理方法 【例1】(2020·全国卷Ⅲ,33)[物理——选修3－3](15分) (1)(5分)如图8,一开口向上的导热汽缸内,用活塞封闭了一定质量的理想气体,活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上,使其缓慢下降。环境温度保持不变,系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中________。(填正确【试题参考答案】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) 图8 A.气体体积逐渐减小,内能增加 B.气体压强逐渐增大,内能不变 C.气体压强逐渐增大,放出热量 D.外界对气体做功,气体内能不变 E.外界对气体做功,气体吸收热量 (2)(10分)如图9,两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为H＝18 cm的U型管,左管上端封闭,右管上端开口。右管中有高h0＝4 cm的水银柱,水银柱上表面离管口的距离l＝12 cm。管底水平段的体积可忽略。环境温度为T1＝283 K,大气压强p0＝76 cmHg。 图9 (ⅰ)现从右侧端口缓慢注入水银(与原水银柱之间无气隙),恰好使水银柱下端到达右管底部。此时水银柱的高度为多少？ (ⅱ)再将左管中密封气体缓慢加热,使水银柱上表面恰与右管口平齐,此时密封气体的温度为多少？ 【试题解析】(1) 外力使活塞缓慢下降的过程中,由于温度保持不变,则气体的内能保持不变,气体的体积逐渐减小,外界对气体做功,由热力学第一定律可知,气体向外界放出热量,又由玻意耳定律可知,气体体积减小,气体的压强增大,由以上分析可知B、C、D正确,A、E错误。 (2)(ⅰ)设密封气体初始体积为V1,压强为p1,左、右管的截面积均为S,密封气体先经等温压缩过程体积变为V2,压强变为p2。由玻意耳定律有 p1V1＝p2V2① 设注入水银后水银柱高度为h,水银的密度为ρ,按题设条件有 p1＝p0＋ρgh0② p2＝p0＋ρgh③ V1＝(2H－l－h0)S,V2＝HS④ 联立①②③④式并代入题给数据得 h＝12.9 cm⑤ (ⅱ)密封气体再经等压膨胀过程体积变为V3,温度变为T2,由盖－吕萨克定律有 V2 T1＝V3 T2⑥ 按题设条件有V3＝(2H－h)S⑦ 联立④⑤⑥⑦式并代入题给数据得 T2＝363 K⑧ 【试题参考答案】(1)BCD(2)(ⅰ)12.9 cm(ⅱ)363 K 【例2】(2020·全国卷Ⅱ,33)[物理——选修3－3](15分) (1)(5分)下列关于能量转换过程的叙述,违背热力学第一定律的有________,不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有________。 A.汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热 B.冷水倒入保温杯后,冷水和杯子的温度都变得更低 C.某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功,而不产生其他影响 D.冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内 (2)(10分)潜水钟是一种水下救生设备,它是一个底部开口、上部封闭的容器,外形与钟相似。潜水钟在水下时其内部上方空间里存有空气,以满足潜水员水下避险的需要。为计算方便,将潜水钟简化为截面积为S、高度为h、开口向下的圆筒；工作母船将潜水钟由水面上方开口向下吊放至深度为H的水下,如图10所示。已知水的密度为ρ,重力加速度大小为g,大气压强为p0,H?h,忽略温度的变化和水密度随深度的变化。 图10 (ⅰ)求进入圆筒内水的高度l； (ⅱ)保持H不变,压入空气使筒内的水全部排出,求压入的空气在其压强为p0时的体积。 【试题解析】(1)汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律；冷水倒入保温杯后,冷水和杯子的温度都变得更低,违背了热力学第一定律；热机工作时吸收的热量不可能全部用来对外做功,而不产生其他影响,显然C选项遵循热力学第一定律,但违背了热力学第二定律；冰箱的制冷机工作时,从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内,既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律,综上所述,第一个空选B,第二个空选C。 (2)(ⅰ)设潜水钟在水面上方时和放入水下后筒内气体的体积分别为V0和V1,放入水下后筒内气体的压强为p1,由玻意耳定律和题给条件有 p1V1＝p0V0① V0＝hS② V1＝(h－l)S③ p1＝p0＋ρg(H－l)④ 联立以上各式并考虑到H?h>l,解得l＝ ρgH p0＋ρg H h⑤ (ⅱ)设水全部排出后筒内气体的压强为p2,此时筒内气体的体积为V0,这些气体在其压强为p0时的体积为V3,由玻意耳定律得 p2V0＝p0V3⑥ 其中p2＝p0＋ρgH⑦ 设需压入筒内的气体在其压强为p0时的体积为V,依题意V＝V3－V0⑧ 联立②⑥⑦⑧式得V＝ρgSHh p0⑨ 【试题参考答案】(1)B C(2)(ⅰ) ρgH p0＋ρgH h(ⅱ) ρgSHh p0 1.(2020·河南省高考适应性测试)(1)(5分)气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回时用的气密性装置；其原理图如图11所示。座舱A与气闸舱B 之间装有阀门K,座舱A中充满空气,气闸舱B内为真空。航天员由太空返回气闸舱时,打开阀门K,A中的气体进入B中,最终达到平衡。假设此过程中系统与外界没有热交换,舱内气体可视为理想气体,下列说法正确的是________。(填正确【试题参考答案】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) 图11 A.气体并没有对外做功,气体内能不变 B.B中气体可自发地全部退回到A中 C.气体体积膨胀,对外做功,内能减小 D.气体温度不变,体积增大,压强减小 E.气体分子单位时间内与座舱A舱壁单位面积的碰撞次数将减少 (2)(10分)如图12为一简易恒温控制装置,一根足够长的玻璃管竖直放置在水槽中,玻璃管内装有一段长L＝4 cm的水银柱,水银柱下方封闭有一定质量的理想气体(气体始终处在恒温装置中且均匀受热)。开始时,开关S断开,水温为27 ℃,水银柱下方空气柱的长度为L0＝20 cm,电路中的A、B部分恰好处于水银柱的正中央。闭合开关S后,电热丝对水缓慢加热使管内气体温度升高；当水银柱最下端恰好 上升到A 、B 处时,电路自动断开,电热丝停止加热。大气压强p 0＝ 76 cmHg 。 图12 (ⅰ)水温为多少摄氏度时电路自动断开？ (ⅱ)要使电路能在水温为87 ℃时自动断开,应再往玻璃管中注入多高的水银柱？(结果可用分式表示) 【试题解析】(1)气体自由扩散,没有对外做功,又因为整个系统与外界没有热交换,根据ΔU ＝W ＋Q 可知内能不变,故A 正确,C 错误；根据熵增加原理可知一切宏观热现象均具有方向性,故B 中气体不可能自发地全部退回到A 中,故B 错误；因为内能不变,故温度不变,平均动能不变,气闸舱B 内为真空,根据玻意耳定律可知pV ＝C (定值),可知扩散后体积V 增大,压强p 减小,所以气体的密集程度减小,可知气体分子单位时间内与A 舱壁单位面积的碰撞次数将减少,故D 、E 正确。 (2)(ⅰ)当水银柱最下端上升到A 、B 处时,电路自动断开,此时玻璃管内空气柱长度 L 1＝L 0＋L 2 在此过程中空气柱的压强不变,根据盖—吕萨克定律,有SL 0T 0＝SL 1T 1 联立代入数据,解得T 1＝330 K,即t 1＝57 ℃ (ⅱ)设注入的水银柱高度为h ,则空气柱的压强p 2＝p 0＋p L ＋p h (式中压强单位为cmHg)。电路自动断开时,空气柱的长度也为L 1,即空气柱的体积不变,根据查理定 律,有p 1T 1＝p 2T 2 ,其中p 1＝p 0＋p L (式中压强单位为cmHg) 联立各式,代入数据解得h ＝8011 cm 。 【试题参考答案】 (1)ADE (2)(ⅰ)57 ℃ (ⅱ)8011 cm 2.(1)(5分)以下有关热学内容的叙述,正确的是________。(填正确【试题参考答案】 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.如果物体从外界吸收了热量,则物体的内能一定增加 B.一定质量的理想气体在等压膨胀过程中温度一定升高 C.第二类永动机违反了热力学第二定律,但不违反能量守恒定律 D.分子运动的一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行 E.无论采用什么方式都不可能使热量从低温物体向高温物体传递 (2)(10分)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C,其状态变化过程的p－V图象如图13所示。已知该气体在状态B时的温度为300 K,气体由状态B再变化到状态C从外界吸收500 J热量。求: 图13 (ⅰ)该气体在状态A时的温度为多少？ (ⅱ)该气体从状态B到C内能变化量为多少？ 【试题解析】(1)由热力学第一定律可知,物体内能的变化由做功和热传递共同决定,即ΔU＝W＋Q,所以物体即使从外界吸收了热量,物体的内能也不一定增加,A 错误；由盖－吕萨克定律可知,在压强一定的情况下,气体的体积与热力学温度成正比,当气体膨胀时,气体的体积增大,故温度升高,B正确；第二类永动机违反了热量传递具有方向性这一规律,但不违反能量守恒定律,C正确；热力学第二定律表明:分子运动的一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行,即熵增加,D正确；热量可以从低温物体向高温物体传递,只是会引起其他变化,E错误。 (2)(ⅰ)对一定质量的理想气体由A到B的过程,由理想气体状态方程知 p A V A T A＝p B V B T B 解得T A＝300 K(或t A＝27 ℃)。 (ⅱ)气体由状态B变化到状态C的过程,气体体积增大,外界对气体做负功,即W＝－p·(V C－V B)＝－1 500 J 根据热力学第一定律有ΔU＝Q＋W 而Q＝500 J 解得ΔU ＝－1 000 J 即气体内能减少1 000 J 。 【试题参考答案】 (1)BCD (2)(ⅰ)300 K(或27℃) (ⅱ)减少1 000 J 3.(1)(5分)如图14所示,用水银血压计测量血压。某次测量时,先向袖带内充气,充入后袖带内气体的压强为1.4p 0,体积为V 。然后缓慢放气(该过程中气体温度保持不变),使袖带内气体体积变为0.7V ,压强变回到p 0,则放气过程中袖带内壁单位时间单位面积上受到分子撞击的次数__________(填“增加”“减少”或“不变”),在放气过程中袖带内气体________(填“吸热”或“放热”)。 图14 (2)(10分)如图15所示,甲、乙两个竖直放置的相同汽缸中装有体积均为V 0、热力学温度均为T 0的理想气体,两汽缸用细管(容积不计)连接,细管中有一绝热轻小活塞；汽缸乙上方有一横截面积为S 、质量不计的大活塞。现将汽缸甲中的气体缓慢升温到54T 0,同时在大活塞上增加砝码,稳定后细管中的小活塞仍停在原位置。外界大气压强为p 0,乙汽缸中气体温度保持不变,两汽缸内气体的质量及一切摩擦均不计,重力加速度大小为g 。求: 图15 (ⅰ)大活塞上增加的砝码的质量m ； (ⅱ)大活塞下移的距离L 。 【试题解析】(1)分析题意可知,放出部分气体后,剩余气体的压强减小、体积减小、温度不变,根据压强的微观含义可知,放气过程中袖带内壁单位时间单位面积上受 到分子撞击的次数减少；放气过程中,气体的温度不变,则内能不变,气体对外做功,根据热力学第一定律可知,气体吸热。 (2)(ⅰ)设汽缸甲中气体升温到54T 0时的压强为p ,根据查理定律有 p 0T 0＝p 54T 0 解得p ＝54p 0 可知汽缸乙中的气体压强也为p ,对大活塞,由平衡条件有 pS ＝mg ＋p 0S 解得m ＝p 0S 4g (ⅱ)设稳定后汽缸乙中气体的体积为V ,根据玻意耳定律有 p 0V 0＝pV 经分析可知L ＝V 0S －V S 解得L ＝V 05S 【试题参考答案】 (1)减少 吸热 (2)(ⅰ)p 0S 4g (ⅱ)V 05S A 组 高考标准练(一) (时间:20分钟 满分:30分) 1.(2020·湖南永州二模)(1)(5分)下列说法正确的是__________(填正确【试题参考答案】 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.一定质量的理想气体,温度不变,分子的平均动能不变 B.布朗运动是由悬浮在液体中的微粒之间的相互碰撞引起的 C.当分子力表现为引力时,分子势能随分子间距离的增大而增大 D.晶体一定具有各向异性,非晶体一定具有各向同性 E.外界对物体做功,物体的内能可能减小 (2)(10分)一定质量的理想气体被一厚度可忽略的活塞封闭在导热性能良好的汽缸内。活塞的质量m ＝20 kg,横截面积S ＝100 cm 2,活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气,开始时汽缸水平放置(如图1甲),活塞与汽缸底的距离L 1＝12 cm,离汽缸口的距离L 0＝4 cm 。外界气温为27 ℃,大气压强为1.0×105 Pa,将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置(如图乙),待稳定后对缸内气体逐渐缓慢加热,使活塞缓慢上升到上表面刚好与汽缸口相平(如图丙)。g 取10 m/s 2,求: 图1 (ⅰ)此时(如图丙)缸内气体的温度； (ⅱ)在对缸内气体加热的过程中,气体膨胀对外做功,若缸内气体增加的内能ΔU ＝318 J,则气体吸收的热量Q 多大。 【试题解析】(1)温度是分子平均动能的标志,温度不变,则分子的平均动能不变,A 项正确；布朗运动是由液体分子对微粒的不均衡碰撞产生的,B 项错误；当分子力表现为引力时,分子间距离增大,分子力做负功,分子势能增加,C 项正确；单晶体具有各向异性,多晶体和非晶体具有各向同性的特点,D 项错误；外界对物体做功的同时物体可能放热,物体的内能可能增加、减少或不变,E 项正确。 (2)(ⅰ)当汽缸水平放置时(如题图甲) p 1＝p 0＝1.0×105 Pa,V 1＝L 1S , T 1＝300 K 当汽缸口向上,活塞到达汽缸口时(如题图丙) p 3＝p 0＋mg S ＝1.2×105 Pa, V 3＝(L 1＋L 0)S , 由理想气体状态方程p 1V 1T 1＝p 3V 3T 3 , 解得T 3＝480 K 。 (ⅱ)当汽缸口向上,未加热时(如题图乙), p 2＝p 0＋mg S ＝1.2×105 Pa,V 2＝L 2S , T 2＝(273＋27) K ＝300 K, 由玻意耳定律p 1V 1＝p 2V 2, 解得L 2＝10 cm, 加热后气体做等压变化,外界对气体做功为 W ＝－p 2S (L 1＋L 0－L 2)＝－72 J, 有ΔU ＝W ＋Q , 解得Q ＝390 J 。 【试题参考答案】 (1)ACE (2)(ⅰ)480 K (ⅱ)390 J 2.(1)(5分)某种密闭汽缸内装有一定质量的理想气体,气体从状态a 开始,经历四个过程ab 、bc 、cd 、da 回到初始状态,其p －T 图象如图2所示,其中,ab 平行纵轴,bc 平行da ,cd 平行横轴,da 所在的直线过坐标原点,下列判断正确的是__________。(填正确【试题参考答案】 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) 图2 A.ab 过程中气体分子的平均动能不变 B.bc 过程中气体对外做功,并吸收热量 C.cd 过程中气体向外界放出热量 D.da 过程中,气体的压强与摄氏温度成正比 E.c 、d 两个状态中,容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数n c >n d (2)(10分)如图3所示,竖直放置的导热U 形管,右侧管比左侧管长9 cm,管内径为左侧管的两倍,左侧管上端封闭一定长度的空气柱(可视为理想气体),右侧管上端开口,开始时与大气相通,当环境温度为t 0＝27 ℃时,左侧管中空气柱高h 0＝50 cm,左侧管中水银面比右侧管中水银面高H ＝15 cm,外界大气压强p 0＝75 cmHg 。 图3 (ⅰ)求环境温度升高到多少摄氏度时,两侧水银面等高； (ⅱ)如果环境温度保持不变,而在右侧管中用活塞封住管口,并慢慢向下推压,最终使左侧空气柱长度变为30 cm,求活塞下推的距离。 【试题解析】(1)ab 过程气体做等温变化,气体分子的平均动能不变,A 正确；连接 Ob 、Oc 构成等容线,由p ＝C V T 知,bc 过程气体体积增大,气体对外做功,温度升高, 内能增加,故吸收热量,B 正确；cd 过程气体做等压变化,温度升高,内能增大,同时,体积增大,对外做功,由热力学第一定律知,气体从外界吸收热量,C 错误；da 过程中,气体体积不变,气体的压强与热力学温度成正比,D 错误；由于p c ＝p d ,且T c ＜T d ,由理想气体状态方程可知,气体的体积满足V c ＜V d ,容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数n c ＞n d ,故E 正确。 (2)(ⅰ)由于右侧管内径为左侧管的两倍,则横截面积为左侧管的四倍,设左侧水银 面下降的高度为h 1时两侧水银面等高,分析可得h 1＋14h 1＝H ,解得h 1＝12 cm(1分) 根据理想气体状态方程p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2 解得T 2＝p 2V 2T 1p 1V 1 ＝p 2（h 0＋h 1）T 1p 1h 0＝75×62×300（75－15）×50 K ＝465 K(2分) 解得t ＝(465－273) ℃＝192 ℃(1分) (ⅱ)先选左侧空气柱为研究对象,根据玻意耳定律 p 1V 1＝p 3V 3 p 3＝p 1V 1V 3 ＝60×5030 cmHg ＝100 cmHg(2分) 当左侧空气柱长度变为30 cm 时,右侧水银面下降了 h 2＝50－304 cm ＝5 cm(1分) 专题二 一、选择题(1～6题只有一项符合题目要求，7～9题有多项符合题目要求) 1．物体a和b在同一条直线上向右运动，物体a在前且一直做匀速运动，物体b在后先做匀减速再做反方向匀加速运动，行驶中物体a和b相遇两次，用v－t图象表示两物体的速度随时间变化的关系，用x－t图象表示两物体的位移随时间变化的关系，则能正确反映物体a和物体b运动关系的图(取向右为正方向)是() 解析：图A中物体b的速度没有反向，A错；图B中，两物体不可能相遇，B错；图C中物体b不是先做匀减速运动再做匀加速运动，C错；图D满足题中所述运动，D对．答案： D 2．以24 m/s的速度行驶的汽车，紧急刹车后做匀减速直线运动，其加速度大小为6 m/s2，则刹车后() A．汽车在第1 s内的平均速度为24 m/s B．汽车在第1 s内的平均速度为12 m/s C．汽车在前2 s内的位移为36 m D．汽车在前5 s内的位移为45 m 解析：汽车刹车时间为t0＝4 s，刹车位移为x0＝242 2×6 m＝48 m，到第4 s末汽车已停 止，汽车在5 s内位移为48 m，D错误，根据位移x＝v0t－1 2at 2可知第1 s内的位移x1＝21 m，平均速度v＝21 m/s，A、B均错误；汽车在前2 s内位移为36 m，C正确．答案： C 3．(2014·西安市质检二)如图所示，将小砝码置于桌面上的薄纸板上，用水平向右的拉力将纸板迅速抽出，砝码的移动很小，几乎观察不到，这就是大家熟悉的惯性演示实验．若砝码和纸板的质量分别为2m和m，各接触面间的动摩擦因数均为μ.重力加速度为g.要使纸板相对砝码运动，所需拉力的大小至少应大于() P UI P EI U E η== =外 专题四 电路和电磁感应 第一讲 直流电路与交流电路 何洁 知识主干 一、电功和电热 电功W ＝qU ＝UIt ；电热Q ＝I 2Rt. (1)对纯电阻电路，电功等于电热，即电流流经纯电阻电路，消耗的电能全部转化为内 能，所以W ＝Q ＝UIt ＝I 2Rt ＝U 2R t. (2)对非纯电阻电路(如电动机和电解槽)，电能一部分转化为内能，另一部分转化为其他形式的能(如机械能或化学能等)，所以电功必然大于电热，即W>Q ，这时电功只能用W ＝UIt 计算，电热只能用Q ＝I 2Rt 计算，两式不能通用． （3）电流流经纯电阻电路，消耗的电能全部转化为内能；流经非纯电阻电路，消耗的电能一部分转化为内能，另一部分转化为其他形式的能． (4)电源的功率与效率 ①电源的功率P ：也称为电源的总功率，是电源将其他形式的能转化为电能的功率，计算式为：P= IE ②电源内阻消耗功率P 内：是电源内阻的热功率，也称为电源的损耗功率，计算式为：P 内= I 2r . ③电源的输出功率P 外：外电路上消耗的功率，计算式为：P 外= IU 外 . ④电源的效率： ⑤电源的输出功率与外电阻R 的关系： 因此可知当电源内外电阻相等时，输出功率最大。 当R ＞r 时，随着R 的增大输出功率越来越小． 当R ＜r 时，随着R 的增大输出功率越来越大． 当R 由小于r 增大到大于r 时，随着R 的增大输出功率先增大后减小(非单调变化)． 4．含容电路的分析技巧 电容器两极板间的电压等于与电容器并联的电阻两端的电压，与电容器串联的电阻两端的电压一定为零(有阻无流，则无电压)． 二、交变电流 22 2 2()()4RE E P UI R r R r r R ===-++外 一、动能定理 动能定理的推导 物体只在一个恒力作用下，做直线运动 w ＝FS ＝m a ×a V V 22 122- 即 21222121mv mv w -= 推广： 物体在多个力的作用下、物体在做曲线运动、物体在变力的作用下 结论： 合力所做的功等于动能的增量 ，合力做正功动能增加，合力做负功动能减小 合力做功的求法： 1、受力分析求合力，合力乘以在合力方向的位移（合力是恒力，位移相对地的位移） 2、合力做的功等于各力做功的代数和 二．应用动能定理解题的步骤 （1）确定研究对象和研究过程。 （2）对研究对象受力分析，判断各力做功情况。 （3）写出该过程中合外力做的功，或分别写出各个力做的功（注意功的正负） （4）写出物体的初、末动能。按照动能定理列式求解。 【例】如图所示，质量为m 的钢珠从高出地面h 处由静止自由下落，落到地面进入沙坑h/10停止，则 （1）钢珠在沙坑中受到的平均阻力是重力的多少倍？ （2）若让钢珠进入沙坑h/8，则钢珠在h 处的动能应为多少？设钢珠在沙坑中所受平均阻 力大小不随深度改变。 三、高中物理接触到的几种常用的功能关系 1、 重力做功等于重力势能的减小量 2、 弹力做功等于弹性势能的减小量 3、 电场力做功等于电势能的减小量 4、 合外力做功等于动能的变化量（动能定理） 5、 除重力以外其它力做功等于机械能的变化量 6、 摩擦力乘以相对位移代表有多少机械能转化为内能用于发热 7、 电磁感应中克服安培力做功量度多少其他形式能转化为电能用于发热 8、能量守恒思路 1．(2013·长春模拟)19世纪初，科学家在研究功能关系的过程中，具备了能量转化和守恒的思想，对生活中有关机械能转化的问题有了清晰的认识，下列有关机械能的说法正确的是( ) A ．仅有重力对物体做功，物体的机械能一定守恒 B ．仅有弹力对物体做功，物体的机械能一定守恒 C ．摩擦力对物体做的功一定等于物体机械能的变化量 D ．合外力对物体做的功一定等于物体机械能的变化量 2．(2013·东北四市联考)在高度为h 、倾角为30°的粗糙固定的斜面上，有一质量为m 、与一轻弹簧拴接的物块恰好静止于斜面底端。物块与斜面的动摩擦因数为33，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。现用一平行于斜面的力F 拉动弹簧的A 点，使m 缓慢上行到斜面顶端。此过程中( ) A ．F 对该系统做功为2mgh B ．F 对该系统做功大于2mgh C ．F 对该系统做的功等于物块克服重力做功与克服摩擦力做功之和 D ．F 对该系统做的功等于物块的重力势能与弹簧的弹性势能增加量之和 3.(2013·山东泰安一模)如图所示，在竖直平面内有一个半径为R ，粗细不计的圆管轨道。半径OA 水平、OB 竖直，一个质量为m 的小球自A 正上方P 点由静止开始自由下落，小球恰能沿管道到达最高点B ，已知AP ＝2R ，重力加速度为g ，则小球从P 到B 的运动过程中( ) A ．重力做功2mgR B ．机械能减少mgR C ．合外力做功mgR D ．克服摩擦力做功12 mgR 4.（2013吉林摸底）如图所示，足够长的传送带以恒定速率顺时针运行。将一个物体轻轻 放在传送带底端，第一阶段物体被加速到与传送带具有相同的速度，第二阶段与传送 带相对静止，匀速运动到达传送带顶端。下列说法中正确的是( ) A ．第一阶段摩擦力对物体做正功，第二阶段摩擦力对物体不做功 B ．第一阶段摩擦力对物体做的功等于第一阶段物体动能的增加 C ．第一阶段物体和传送带间的摩擦生热等于第一阶段物体机械能的增加 D ．物体从底端到顶端全过程机械能的增加等于全过程物体与传送带间的摩擦生热 5．如图所示长木板A 放在光滑的水平地面上，物体B 以水平速度冲上A 后，由于摩擦力作用，最后停止在木板A 上，则从B 冲到木板A 上到相对板A 静止的过程中，下述说法中正确是（ ） A ．物体 B 动能的减少量等于系统损失的机械能 B ．物体B 克服摩擦力做的功等于系统内能的增加量 C ．物体B 损失的机械能等于木板A 获得的动能与系统损失的机械能之和 D ．摩擦力对物体B 做的功和对木板A 做的功的总和等于系统内能的增加量 高中物理二轮复习资料 1 物体带电的标志：能够吸引轻小物体。(带电体的性质) 2 摩擦起电：用摩擦的方法使物体带电，叫摩擦起电。 3 摩擦起电的原因：不同物质的原子核束缚电子的能力不同，在摩擦时，束缚电子能力强的物质就得到电子带负电，束缚电子能力差的物质就失去电子带正电。 4 正电荷：绸子摩擦过的玻璃棒上带的电荷叫做正电荷。 负电荷：毛皮摩擦过的橡胶棒上带的电荷叫做负电荷。 5 电荷的相互作用规律：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 6 验电器的作用：用来检验物体是否带电。 验电器的工作原理：利用同种电荷相互排斥的原理工作的。 7 电量：电荷的多少叫做电量。电量的单位是库仑，简称库。 8 电子电量：一个电子所带的电量叫电子电量。它是*10-19库。 9 中和：放在一起的等量异种电荷完全抵消的现象，叫做中和。 10 1897年英国科学家汤姆逊发现了电子。 11 电流方向：把正电荷移动的方向规定为电流的方向。 电子移动方向与它正好相反。 12 导体：容易导电的物体叫导体。如金属、石墨、人体、大地及酸碱盐水液。 绝缘体：不容易导电的物体叫绝缘体。如橡胶、玻璃、陶瓷、塑料、油等。 13 电源:能够提供持续电流的装置。在干电池中电能是以化学能的形式存在。 14 自由电子:在金属导体中能脱离原子核束缚而在金属内部自由移动的电子。 15 电路：把用电器、电源、开关用导线连接起来的电流路径。 电路图：用符号表示电路连接情况的图。 16 通路：处处接通的电路。开路：某处断开的电路。 短路：不经过用电器直接把导线接在电源两端的电路。 17 串联电路：把电路元件逐个顺次连接起来的电路。特点：电流依次通过每个用电器。 并联电路：把电路元件并列连接起来的电路。特点电流在某处分支，再在某处会合。 对于定滑轮，动滑轮和滑轮组明确以下5个关系对于分析问题是很重要的(以竖直向上提升重物的滑轮、滑轮组为例) (1)当不考虑动滑轮重及绳与滑轮之间摩擦时，拉力与 专题10 动量和原子物理（选修3-5） 知识梳理 一、动量、冲量、动量守恒定律 1、动量 P=mv 方向与速度方向相同 2、冲量 I= F ·t ．方向与恒力方向一致 3、动量守恒定律的三种表达方式 （1）P ＝P ′ （2）Δp 1=－Δp 2 （3）m 1v l ＋m 2v 2＝m 1v / l ＋m 2v / 2 二、波尔理论 1、 氢原子能级与轨道半径 （1）能级公式：)6.13(1 112 eV E E n E n -== （2）半径公式： )53.0(112 ο A r r n r n == （3）跃迁定则：终初E E h -=ν 三、原子核衰变、半衰期及核能 四、光电效应及其方程 1、光电效应规律 (1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光必须大于这个极限频率才能产生光电效应． (2)光电子的最大初动能与入射光的强度(数目)无关，只随着入射光的频率增大而增大． (3)当入射光的频率大于极限频率时，保持频率不变，则光电流的强度与入射光的强度成正 比． (4)从光照射到产生光电流的时间不超过10— 9s ，几乎是瞬时的． 2、光电效应方程 （1）爱因斯坦光电效应方程：E k =h γ－W (E k 是光电子的最大初动能；W 是逸出功：即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功，也称电离能 ) （2）极限频率： 专题测试 1.(5分) .已知氢原子的基态能量为E ，激发态能量21/n E E n =，其中n=2,3…。用h 表示普 朗克常量，c 表示真空中的光速。能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为 ( ) .A 143hc E - B. 12hc E - C.14hc E - D. 19hc E - 2. (5分)．下列能揭示原子具有核式结构的实验是 （ ） A ．光电效应实验 B ．伦琴射线的发现 C ．α粒子散射实验 D ．氢原子光谱的发现 3.(5分) .用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)、(b)、 (c)所示的图像，则 ( ) A.图像(a)表明光具有粒子性 B.图像(c)表明光具有波动性 C.用紫外光观察不到类似的图像 D.实验表明光是一种概率波 4.(5分).光电效应实验中，下列表述正确的是 ( ) A.光照时间越长光电流越大 B.入射光足够强就可以有光电流 C.遏止电压与入射光的频率有关 D.入射光频率大于极限频率才能产生光电子 5.(8分)(1)氢原子从能级A 跃迁到能级B 吸收频率为ν1的光子，从能级A 跃迁到能级C 释 放频率为ν2的光子，若ν2＞ν1，则当它从能级B 跃迁到能级C 时，将________(填选项前的字母) A ．放出频率为ν2－ν1的光子 B ．放出频率为ν2＋ν1的光子 C ．吸收频率为ν2－ν1的光子 D ．吸收频率为ν2＋ν1的光子 (2)“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核(称为子核)，并放出一个中微子 的过程．中微子的质量很小，不带电，很难被探测到，人们最早就是通过子核的反冲而间 高中物理学史 一、力学 1、1638年，意大利物理学家伽利略在《两种新科学的对话》中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快；并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验，证明了他的观点是正确的，推翻了古希腊学者亚里士多德的观点（即：质量大的小球下落快是错误的）； 2、17世纪，伽利略通过构思的理想实验指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去；得出结论：力是改变物体运动的原因，推翻了亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因。 3、1687年，英国科学家牛顿在《自然哲学的数学原理》着作中提出了三条运动定律（即牛顿三大运动定律）。 4、20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。 5、1638年，伽利略在《两种新科学的对话》一书中，运用观察－假设－数学推理的方法，详细研究了抛体运动。 6、人们根据日常的观察和经验，提出“地心说”，古希腊科学家托勒密是代表；而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”，大胆反驳地心说。 7、17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律； 8、牛顿于1687年正式发表万有引力定律；1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量； 二、电磁学 9、1785年法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律，并测出了静电力常量k的值。 10、16世纪末，英国人吉伯第一个研究了摩擦是物体带电的现象。 18世纪中叶，美国人富兰克林提出了正、负电荷的概念。 1752年，富兰克林在费城通过风筝实验验证闪电是放电的一种形式，把天电与地电统一起来，并发明避雷针。 11、1913年，美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量，获得诺贝尔奖。 12、1837年，英国物理学家法拉第最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场。 13、1826年德国物理学家欧姆（1787-1854）通过实验得出欧姆定律。 14、1911年，荷兰科学家昂纳斯发现大多数金属在温度降到某一值时，都会出现电阻突然降为零的现象——超导现象。 15、19世纪，焦耳和楞次先后各自独立发现电流通过导体时产生热效应的规律，即焦耳定律。 16、1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，称为电流磁效应。 17、法国物理学家安培发现两根通有同向电流的平行导线相吸，反向电流的平行导线则相斥，并总结出安培定则（右手螺旋定则）判断电流与磁场的相互关系和左手定则判断通电导线在磁场中受到磁场力的方向。 18、荷兰物理学家洛伦兹提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力（洛伦兹力）的观点。 专题检测（二十一） 巧妙解答物理图像选择题 1.两物体甲和乙在同一直线上运动，它们在0～0.40 s 时间内的v -t 图 像如图所示。若仅在两物体之间存在相互作用，则物体甲与乙的质量之比 和图中时间t 1分别为( ) A.13和0.30 s B ．3和0.30 s C.13和0.28 s D ．3和0.28 s 解析：选B 根据图像的特点可知甲做匀加速直线运动，乙做匀减速直线运动。根据a ＝Δv Δt ，得3a 甲＝a 乙，根据牛顿第二定律有F m 甲＝13×F m 乙，得m 甲m 乙 ＝3，由a 乙＝40.40 m/s 2＝10 m/s 2＝10.40－t 1 ，得t 1＝0.30 s ，B 正确。 2.[多选]一物体在外力的作用下从静止开始做直线运动，合外力方 向不变，大小随时间的变化如图所示。设该物体在t 0和2t 0时刻相对 于出发点的位移分别是x 1和x 2，速度分别是v 1和v 2，合外力从开始 至t 0时刻做的功是W 1，从t 0至2t 0时刻做的功是W 2，则( ) A ．x 2＝5x 1 v 2＝3v 1 B ．x 1＝9x 2 v 2＝5v 1 C ．x 2＝5x 1 W 2＝8W 1 D ．v 2＝3v 1 W 2＝9W 1 解析：选AC 根据F -t 图像面积意义和动量定理有m v 1＝F 0t 0，m v 2＝F 0t 0＋2F 0t 0，则 v 2＝3v 1；应用位移公式知x 1＝v 12t 0，x 2＝v 1＋v 22t 0＋v 12 t 0，则x 2＝5x 1，B 错误，A 正确；在第一个t 0内对物体应用动能定理有W 1＝m v 122，在第二个t 0内对物体应用动能定理有W 2＝m v 22 2－m v 12 2 ，则W 2＝8W 1，D 错误，C 正确。 3．(2018届高三·焦作六校联考)两带电荷量分别为q 和－q 的点电荷放在x 轴上，相距为L ，能正确反映两点电荷连线上场强大小E 与x 关系的是选项图中的( ) 解析：选A 由等量异种点电荷的电场强度的分布规律可知，在两点电荷连线中点处电场强度最小，但不为零，从两点电荷向中点电场强度逐渐减小，因此A 正确。 2010年高考物理二轮复习专题(一) 各种性质的力和物体的平衡 考点透视 1．力是物体间的相互作用，力是矢量，力的合成和分解。 例题1．(06广东模拟)如图1-2所示是山区村民用斧头劈柴 的剖面图，图中BC 边为斧头背，AB 、AC 边是斧头的刃面。要 使斧头容易劈开木柴，则（ ） A ．BC 边短一些，A B 边也短一些 B ．B C 边长一些，AB 边短一些 C ．BC 边短一些，AB 边长一些 D ．BC 边长一些，AB 边也长一些 解析：设斧头所受的重力与向下的压力的合力为F ，按照力 的作用效果将力F 分解为F 1和F 2如图1-3所示。由几何关系可知：BC AB F F =1 ，所以F BC AB F =1。显然BC 边越短，AB 边越长，越容易劈开木柴。 答案：C 。 点拨：将一个已知力进行分解，从理论上讲可以有无数个解，但实际求解时常用两种方法：正交分解和将力按照效果进行分解。 2．形变和弹力、胡克定律 例题2.(05全国卷Ⅲ)如图1-4所示，在倾角为θ的 光滑斜面上有两个用轻质弹簧相连接的物块A 、B 。它 们的质量分别为m A 、m B ，弹簧的劲度系数为k , C 为一 固定挡板。系统处于静止状态。现开始用一恒力F 沿斜 面方向拉物块A 使之向上运动，求从开始到物块B 刚 要离开C 时物块A 的位移d 。(重力加速度为g)。 解析：用x 1表示未加F 时弹簧的压缩量，由胡克定律和牛顿定律可知1sin kx g m A =θ 用x 2表示B 刚要离开C 时弹簧的伸长量，则：2sin kx g m B =θ 由题意得： d =x 1 + x 2 解得：d =k g m m B A θsin )(+ 点拨：两个用弹簧相连的物体，在相对运动过程中，发生的相对位移大小等于弹簧形变量的变化。因此求出初末两个状态时弹簧的形变量是解决这类问题的关键。 3．静摩擦 最大静摩擦 滑动摩擦 滑动摩擦定律 例题3．(06全国卷Ⅱ)如图1-5所示，位于水平桌面上的物块P ，由跨过定滑轮的轻绳 与物块Q 相连，从滑轮到P 和到Q 的两段绳都是水 平的。已知Q 与P 之间以及P 与桌面之间的动摩擦 因数都是μ，两物块的质量都是m ，滑轮的质量、滑 轮轴上的摩擦都不计，若用一水平向右的力F 拉P 使它做匀速运动，则F 的大小为（ ） A ．4μmg B ．3μmg C ．2μmg D ．μmg 解析：设绳中张力为T ，对物块Q 和P 分别受 力分析如图1-6所示。因为它都做匀速运动，所以所受合外力均为零。 对Q 有：T =f 1=μmg 对P 有：f 2=2μmg F = f 2+T + f 1 解得：F =4μmg 答案：A 点拨：当两物体间相对滑动时产生的摩擦为滑动摩擦，其方向与两者间的相对运动方向相反，大小与该接触面的正压力成正比。 4. 滑动摩擦定律和多物体参与平衡问题 例题4.（08全国卷II ）如图1-7所示, 一固定斜面上两个质量相 同的小物块A 和B 紧挨着匀速下滑, A 与B 的接触面光滑. 已知A 与 斜面之间的动摩擦因数是B 与斜面之间动摩擦因数的2倍, 斜面倾角 为α. B 与斜面之间的动摩擦因数是 A. αtan 32 B. αcot 3 2 C. αtan D. αcot 解析：对AB 这一系统受力分析，如图1-8所示，若设B 与斜面之 间动摩擦因数为μ，它们的质量为m ，对该系统受力分析，由摩擦定律 与平衡条件得： 本专题知识点讲1节，例题讲1节 专题一力与场内物体的平衡 专题定位 本专题解决的是受力分析和共点力平衡问题．高考对本专题内容的考查主要有：①对各种性质力特点的理解；②共点力作用下平衡条件的应用．考查的主要物理思想和方法有：①整体法和隔离法；②假设法；③合成法；④正交分解法；⑤矢量三角形法；⑥相似三角形法；⑦等效思想；⑧分解思想． 应考策略 深刻理解各种性质力的特点．熟练掌握分析共点力平衡问题的各种方法． 1．弹力 (1)大小：弹簧在弹性限度内，弹力的大小可由胡克定律F ＝kx 计算；一般情况下物体间相互作用的弹力可由平衡条件或牛顿运动定律来求解． (2)方向：一般垂直于接触面(或切面)指向形变恢复的方向；绳的拉力沿绳指向绳收缩的方向． 2．摩擦力 (1)大小：滑动摩擦力f ＝μN ，与接触面的面积无关；静摩擦力0 高中物理学史 张正锟 一、力学 1、1638年，意大利物理学家伽利略在《两种新科学的对话》中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快；并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验，证明了他的观点是正确的，推翻了古希腊学者亚里士多德的观点（即：质量大的小球下落快是错误的）； 2、17世纪，伽利略通过构思的理想实验指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去；得出结论：力是改变物体运动的原因，推翻了亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因。 同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。 3、1687年，英国科学家牛顿在《自然哲学的数学原理》著作中提出了三条运动定律（即牛顿三大运动定律）。 4、20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。 5、1638年，伽利略在《两种新科学的对话》一书中，运用观察－假设－数学推理的方法，详细研究了抛体运动。 6、人们根据日常的观察和经验，提出“地心说”，古希腊科学家托勒密是代表；而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”，大胆反驳地心说。 7、17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律； 8、牛顿于1687年正式发表万有引力定律；1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量； 9、1846年，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈应用万有引力定律，计算并观测到海王星，1930年，美国天文学家汤苞用同样的计算方法发现冥王星。 10、我国宋朝发明的火箭是现代火箭的鼻祖，与现代火箭原理相同； 俄国科学家齐奥尔科夫斯基被称为近代火箭之父，他首先提出了多级火箭和惯性导航的概念。 11、1957年10月，苏联发射第一颗人造地球卫星； 1961年4月，世界第一艘载人宇宙飞船“东方1号”带着尤里加加林第一次踏入太空。 二、电磁学 12、1785年法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律，并测出了静电力常量k的值。 13、16世纪末，英国人吉伯第一个研究了摩擦是物体带电的现象。 18世纪中叶，美国人富兰克林提出了正、负电荷的概念。 1752年，富兰克林在费城通过风筝实验验证闪电是放电的一种形式，把天电与地电统一起来，并发明避雷针。 14、1913年，美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量，获得诺贝尔奖。 15、1837年，英国物理学家法拉第最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场。 16、1826年德国物理学家欧姆（1787-1854）通过实验得出欧姆定律。 17、1911年，荷兰科学家昂纳斯发现大多数金属在温度降到某一值时，都会出现电阻突然降为零的现象——超导现象。 18、19世纪，焦耳和楞次先后各自独立发现电流通过导体时产生热效应的规律，即焦耳定律。 19、1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，称为电流磁效应。 20、法国物理学家安培发现两根通有同向电流的平行导线相吸，反向电流的平行导线则相斥，并总结出安培定则（右手螺旋定则）判断电流与磁场的相互关系和左手定则判断通电导线在磁场中受到磁场力的方向。 21、荷兰物理学家洛伦兹提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力（洛伦兹力）的观点。 22、汤姆生的学生阿斯顿设计的质谱仪可用来测量带电粒子的质量和分析同位素。 23、1932年，美国物理学家劳伦兹发明了回旋加速器能在实验室中产生大量的高能粒子。 （最大动能仅取决于磁场和D形盒直径，带电粒子圆周运动周期与高频电源的周期相同） 24、1831年英国物理学家法拉第发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应定律。 25、1834年，俄国物理学家楞次发表确定感应电流方向的定律——楞次定律。 26、1835年，美国科学家亨利发现自感现象（因电流变化而在电路本身引起感应电动势的现象），日光灯的工作原理即为其应用之一。 三、热学 27、1827年，英国植物学家布朗发现悬浮在水中的花粉微粒不停地做无规则运动的现象——布朗运动。 28、1850年，克劳修斯提出热力学第二定律的定性表述：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，称为克劳修斯表述。次年开尔文提出另一种表述：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用的功而不产生其他影响，称为开尔文表述。 29、1848年开尔文提出热力学温标，指出绝对零度是温度的下限。 30、19世纪中叶，由德国医生迈尔、英国物理学家焦尔、德国学者亥姆霍兹最后确定能量守恒定律。 21、1642年，科学家托里拆利提出大气会产生压强，并测定了大气压强的值。 四年后，帕斯卡的研究表明，大气压随高度增加而减小。 1654年，为了证实大气压的存在，德国的马德堡市做了一个轰动一时的实验——马德堡半球实验。 《高中物理选修3-5》二轮专题复习 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 《高中物理选修3-5》二轮专题复习 一、考纲要求与考题特点分析 （一）经过一轮复习，大部分学生对本模块基本概念、基本规律都有较好的把握。尤其是动量守恒定律、光电效应、能级与光谱、核反应方程及规律等重点内容，有较强的得分能力。原子物理部分的相关选择题，只要是常规题，一般能得分。但这一部分知识点细而杂，涉及到的微观领域，学生又缺少直接经验；有关考题，跟物理学的前沿容易发生联系，如夸克、黑洞等，而且往往是多项选择题，会有部分学生因细节关注不够，造成不能拿满分。动量守恒定律部分内容，相对难度大些，且跟能量、电磁学的内容综合考查的概率很大，对于普通高中学生或者一些物理相对薄弱的学生来说，涉及动量的综合题，总是一筹莫展，甚至干脆放弃。而有关动量守恒的实验题也是高考热点，所以，争对3-5的二轮复习，重点内容还是要加强，细杂知识要突破、要点拨，加强解题方法、解题能力的指导和训练。力保学生不失基础题的分、不失中档题的分、少失难题的分。 （二）高考物理学科要考查的五个能力（理解能力、推理能力、分析综合能力、应用数学处理物理问题的能力、实验能力）的要求1.理解能力理解物理概念、物理规律的确切含义，理解物理规律的适用条件，以及它们在简单情况下的应用;能够清楚认识概念和规律的表达形式(包括文字表述和数学表述);能够鉴别关于概念和规律的似是而非的说法;理解相关知识的区别和联系。 2.推理能力能够根据已知的知识和物理事实、条件，对物理问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断，并能把推理过程正确地表达出来。 3.分析综合能力能够独立地对所遇的问题进行具体分析、研究，弄清其中的物理状态、物理过程和物理情境，找出其中起重要作用的因素及有关条件;能够把一个复杂问题分解为若干较简单的问题，找出它们之间的联系;能够提出解决问题的方法，运用物理知识综合解决所遇到的问题。 4.应用数学处理物理问题的能力能够根据具体问题列出物理量之间的关系式，进行推导和求解，并根据结果得出物理结论;必要时能运用几何图形、函数图像进行表达、分析。 5.实验能力能独立的完成表2、表3中所列的实验，能明确实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观 高考物理第二轮专题——斜面模型 斜面模型时中学物理中常见的物理模型之一。物理中的斜面，通常不是题目的主体，而只是一个载体，即处于斜面上的物体通常才是真正的主体．由于斜面问题的千变万化，既可能光滑，也可以粗糙；既可能固定，也可以运动，即使运动，也可能匀速或变速；既可能是一个斜面，也可能是多个斜面；斜面上的物体同样五花八门，可能是质点，也可能是连接体，可能是带电小球，也可能是导体棒，因此在处理斜面问题时，要根据题目的具体条件，综合应用力学、电磁学的相关规律进行求解。 1．自由释放的滑块在斜面上(如图所示)： 对下面几种情形分析（斜面静止）： ＶＦ 2.(1)静止或匀速下滑时，斜面M 对水平地面的静摩擦力为零； 自由释放的滑块在斜面上(如图所示)匀速下滑时，M 对水平地面的静摩擦力为零，这一过程中再在m 上加上任何方向的作用力，(在m 停止前)M 对水平地面的静摩擦力依然为零． 拓展： 3．悬挂有物体的小车在斜面上滑行(如图所示)： (1)向下的加速度a ＝g sin θ时，悬绳稳定时将垂直于斜面； (2)向下的加速度a ＞g sin θ时，悬绳稳定时将偏离垂直方向向上； (3)向下的加速度a ＜g sin θ时，悬绳将偏离垂直方向向下． 4．在倾角为θ的斜面上以速度v 0平抛一小球(如图所示)： (1)落到斜面上的时间t ＝2v 0tan θ g ； (2)落到斜面上时，速度的方向与水平方向的夹角α恒定， 且tan α＝2tan θ，与初速度无关； (3)经过t c ＝v 0tan θg 小球距斜面最远，最大距离d ＝(v 0sin θ)2 2g cos θ ． 5．如图所示，当整体有向右的加速度a ＝g tan θ时，m 能在斜面上保持相对静止． 6．在如图所示的物理模型中，当回路的总电阻恒定、导轨光滑时，ab 棒所能达到的稳定速度 7．如图所示，当各接触面均光滑时，在小球从斜面顶端滑下的过程中，斜面后退的位移s ＝m/(m ＋M) L ． 8.物体在斜面运动的速度和时间问题 （1）在竖直平面内有若干倾角不同的光滑轨道，质量不等的物体同时从最高点A 沿不同的轨 道由静止下滑，到某一时刻，各物体所在的位置一定在同一圆周上。试证明。 2020年高三物理二轮复习力学专题复习 ▲不定项选择题 1．2019年1月3日，“嫦娥四号”探测器成功着陆在月球背面。着陆前的部分运动过程简化如下：在距月面15km高处绕月做匀速圆周运动，然后减速下降至距月面100m处悬停，再缓慢降落到月面。己知万有引 力常量和月球的第一宇宙速度，月球半径约为1.7×103km，由上述条件不能 ．．估算出（） A．月球质量B．月球表面的重力加速度 C．探测器在15km高处绕月运动的周期D．探测器悬停时发动机产生的推力 2．“民生在勤”，劳动是幸福的源泉。如图，疫情期间某同学做家务时，使用浸湿的拖把清理地板上的油渍。假设湿拖把的质量为2kg，拖把杆与水平方向成53°角，当对拖把施加一个沿拖把杆向下、大小为10N 的力F1时，恰好能推动拖把向前匀速运动并将灰尘清理干净。如果想要把地板上的油渍清理干净，需将沿拖把杆向下的力增大到F2=25N。设拖把与地板、油渍间的动摩擦因数相等且始终不变（可认为油渍与地板间的附着力等于拖把与地板间的滑动摩擦力，重力加速度g取10m/s2，sin53°=0.8，cos53°=0.6），那么油渍与地板间的附着力约为（） A．7.7N B．8.6N C．13.3N D．20N 3．如图所示，物块A静止在粗糙水平面上，其上表面为四分之一光滑圆弧。一小滑块B在水平外力F的作用下从圆弧底端缓慢向上移动一小段距离，在此过程中，A始终静止。设A对B的支持力为F N，地面对A 的摩擦力为F f，则两力的变化情况是（） A．F N减小，F f增大B．F N增大，F f增大C．F N减小，F f不变D．F N增大，F f不变 4．如图所示，一轻绳跨过光滑的定滑轮，一端与质量为10kg的吊篮相连，向另一端被站在吊篮里质量为 50kg的人握住，整个系统悬于空中并处于静止状态。重力加速度g=10m/s2，则该人对吊篮的压力大小为（） 专题七 1．(2014·北京)下列说法中正确的是( ) A ．物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大 B ．物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大 C ．物体温度降低，其内能一定增大 D ．物体温度不变，其内能一定不变 [答案] B [解析] 本题考查温度与分子平均动能和内能的关系，要明确温度是平均动能的标志，分子平均动能由温度决定，温度越高，平均动能越大，A 错，B 对。内能包括分子动能和分子势能。温度发生变化，内能不一定变化，C 、D 不正确。解答本题要明确，平均动能由温度决定，内能由温度、体积和分子数共同决定。 2．(2014·大纲全国)对于一定量的稀薄气体，下列说法正确的是( ) A ．压强变大时，分子热运动必然变得剧烈 B ．保持压强不变时，分子热运动可能变得剧烈 C ．压强变大时，分子间的平均距离必然变小 D ．压强变小时，分子间的平均距离可能变小 [答案] BD [解析] 本题考查气体压强的微观意义要明确在微观上，气体的压强由单位体积内的分子数和分子的平均动能决定。压强变大平均动能不一定增大，分子间的平均距离也不一定减小，A 、C 正确，由于压强由单位体积内的分子数和平均动能共同决定，所以B 、D 选项正 确。本题可以根据压强的微观表达式p ＝23 nE k 分析。 3．(2014·广东)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体( ) A ．体积减小，内能增大 B ．体积减小，压强减小 C ．对外界做负功，内能增大 D ．对外界做正功，压强减小 [答案] AC [解析] 本题考查热力学第一定律，要明确题目中气体与外界光热交换的条件。根据热力学第一定律，ΔU ＝W ＋Q ，Q ＝0，外界压缩气体，气体体积减小，外界对气体做正功， 内能增大，温度升高，由pV T ＝C 可知压强增大，A 、C 正确，B 、D 错。解决此类问题一般高中物理二轮复习
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