步步高 学案导学设计2014-2015学年高中物理(教科版，选修3-3)模块综合检测（含解析）

15.

图5

(10分)如图5所示为火灾报警器的原理图，竖直放置的玻璃试管中装入水银，当温度升高时，水银柱上升，使电路导通，蜂鸣器发出响声，在27℃时，下端封闭的空气柱长为L1＝20 cm，水银柱上表面与导线端点的距离为L2＝10 cm，管内水银柱的重量为10 N，横截面积为1 cm2，大气压强p0＝1.0×105 Pa，问： (1)当温度达到多少时报警器会报警？

(2)如果温度从27℃升到报警温度的过程中，封闭空气柱从外界吸收的热量为20 J，则空气柱的内能增加了多少？

16．(14分)如图6甲所示，水平放置的汽缸内壁光滑，活塞厚度不计，在A、B两处设有限制装置，使活塞只能在A、B之间运动，B左面汽缸的容积为V0，A、B之间的容积为0.1V0.开始时活塞在B处，缸内气体的压强为0.9p0(p0为大气压强)，温度为297 K，现缓慢加热汽缸内气体，直至温度为399.3 K．求：

(1)活塞刚离开B处时的温度TB；(2)缸内气体最后的压强p；(3)在图乙中画出整个过程的p－V图线．

图6

模块综合检测

1．BC 2.A

3．B [温度T是分子热运动的平均动能的标志，分子间平均距离的变化对应着气体的体积V的变化，根据理想气体状态方程判断知只有B不可能．]

4．CD [先等压膨胀，体积增大，再等容降温，压强会减小，但温度不一定低于初温，故A错误；同理，等温膨胀，压强减小，等压压缩，温度又减小，难以确定体积变化，故B错误；先等容升温，压强增大，又体积减小，故温度可能等于起始温度，故C正确；先等容加热，再绝热压缩，气体的温度始终升高，内能一定增加，故D正确．]

5．B [只有单晶体有天然的规则外形，多晶体没有天然的规则外形，故A错误；晶体一定有熔点，非晶体一定没有熔点，故B正确；只有单晶体物理性质表现为各向异性，C错误；玻璃是非晶体，D错误．]

6．D [A是等温变化，温度不变，内能不变，体积变小，外界对气体做功，气体放热；BpV

中paVa>pbVb，由＝C(常数)，知Ta>Tb，Ea>Eb，又Va>Vb，外界对气体做功，故气体放热；

TC是等容变化，体积不变，不伴随做功，因Ta>Tb，Ea>Eb，故气体放热；D温度不变，内能不变，由pa>pb知Va

7．CD [由图可知B→C，体积增大，密度减小，A错；C→A等温变化，分子平均速率vA＝vC，B错；B→C为等压过程，pB＝pC，而气体分子对器壁产生作用力，FB＝FC，FA>FB，则C正确；A→B为等容降压过程，密度不变，温度降低，NA>NB，C→A为等温压缩过程，温度不变，密度增大，应有NA>NC，D正确．]

8．D [四则信息均为与当今科技发展前沿相关的信息，但①项违背了热力学第三定律，即

绝对零度不可达到；②项中同步卫星只能定点在赤道正上方；③项中光速与介质有关，光在不同介质中传播速度不相同；④项中叙述符合能量守恒定律而且不违背物理原理．] 9．CD [系统重力不变，弹簧伸长不变，故活塞不移动，对缸套受力分析可知，封闭气体压强不变，气体做等压膨胀，缸套下移，气体对外做功，温度随环境温度升高而升高，内能增加，C、D正确．]

10．A [自然界中所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性，如下表：] 方向性 热传导的 方向性 机械能转 化为内能 过程的方 向性 11.(1)D (2)吸收 0.6 0.2 解析 (1)气体体积增大，分子间的距离增大，则气体分子间作用力减小，A错；温度不变，则气体分子的平均速率、平均动能均不变，B、C错；根据熵增加原理，D正确． (2)气体视为理想气体，内能由温度决定，气泡上升时内能不变，ΔU＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，气泡吸收热量，Q＝－W＝0.6 J；到达湖面后，W＝－0.1 J，Q＝0.3 J，则ΔU＝W＋Q＝0.2 J.

12．下降 上升 回到原处 (H＋h) 13．4.8×10

－26

详解 热量可以自发地从高温物体传给低温物体 举例 要将热量从低温物体传给高温物体，必须有外界的帮助，即外界对其做功 机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能而不引起其他变化 第二类永动机不可能实现 kg 5.8×106 kg 1.2×1020个

－

－

3

M29×10－26

解析 空气中气体分子的平均质量m＝＝ kg 23 kg＝4.8×10NA6.02×10

V′4.5×106－3－做一次深呼吸吸入空气的质量m′＝M＝ kg＝5.8×106 kg －3×29×10V22.4×10

－

V′4.5×10623做一次深呼吸所吸入的分子个数n＝NA＝个＝1.2×1020个 －3×6.02×10V22.4×10

－

2?ΔU＋W?14．(1)ΔU＋W (2) St

解析 (1)设吸收的热量为Q，根据热力学第一定律得： ΔU＝－W＋Q，Q＝ΔU＋W

(2)在垂直集热板单位面积上的辐射功率： QΔU＋W2?ΔU＋W?P＝＝＝ StηSt×50%St

15．(1)177℃ (2)18 J

V1V2V2

解析 (1)由＝得T2＝T1＝450 K

T1T2V1t2＝177℃ (2)气体对外做功 W′＝(p0S＋mg)L2＝2 J 由热力学第一定律

ΔU＝W＋Q＝－W′＋Q＝18 J 16．(1)330 K (2)1.1p0 (3)见解析图

0.9p0p0T0297

解析 (1)活塞离开B之前，气体做等容变化，据查理定律有＝，得TB＝＝ K

T0TB0.90.9＝330 K.

(2)考虑气体各状态间的关系，设活塞最终可以移动到A处，从活塞刚离开B处到刚到达A处，气体做等压变化，由盖·吕萨克定律有 V01.1V0＝，解得TA＝1.1TB＝363 K TBTA

从活塞刚到达A处到升温至399.3 K的过程中， p0p气体做等容变化，由查理定律有＝，

TATp0T399.3

解得p＝＝p＝1.1p0.

TA3630

由结果p>p0可知，活塞可以移动到A处的假设成立． (3)整个过程的p－V图线如图所示