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解答题 适中0.65 引用1 组卷329
地球是我们赖以生存的家园,这颗漂亮的蓝色星球之所以这么迷人,是因为地球上存在着丰富的水资源。如图所示,是水存在的三种形态:

【小题1】冰是水的固态形式,固体分为晶体和非晶体两种,请问冰是晶体还是非晶体?请你说出判断依据。
【小题2】由液态变为气态的过程,称为汽化。请根据液体和气体的微观结构区别,说一说为什么水汽化成水蒸气的过程需要吸收热量?
【小题3】下左图是分子间相互作用力随分子间距的变化示意图,请你在该图的基础上,画出分子势能随分子间距变化的示意图。

【小题4】利用液体热胀冷缩的性质,伽利略制作了第一支温度计。已知标准大气压下,20℃时水的密度为,36℃时水的密度为,请结合以上图像,说一说温度升高时,水的内能的变化情况。
【小题5】已知标准状况下,水的密度为,水蒸气的摩尔体积为,阿伏加德罗常数为。请根据以上数据,估算的水中所含水分子数与的水蒸气中所含水分子数,并根据结果分析气体和液体中分子间距的大小关系。
【小题6】一定质量的水蒸气(可看做理想气体)经过如图所示的一系列状态变化过程。

(1)比较c状态与a的状态的体积大小,写出你的判断依据。
(2)比较b状态与c状态的内能大小,写出你的判断依据。
(3)分析从a状态到b状态的过程,气体应该吸热还是放热?(要求写出分析过程)
(4)经过abca的循环过程,气体是对外做功了,还是外界对气体做功了?
【小题7】水不但是生命之源,还为我们提供了大量的能源,三峡大坝(如图所示)年发电量超过1000亿千瓦时。随着科技与生产力的不断进步,人类对能源的需求也在不断增长,请你结合热力学第二定律,简要说说人类在开发与利用能源时有哪些需要注意的事情。
19-20高二下·北京海淀·期末
知识点:分子间的引力、斥力合力与距离的关系图像分子势能随间距的变化E-r图应用理想气体状态方程处理实际问题热力学第二定律的微观意义 答案解析 【答案】很抱歉,登录后才可免费查看答案和解析!
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同一个物理问题,常常可以宏观和微观两个不同角度流行研究,找出其内在联系,从而更加深刻地理解其物理本质。
(1)如图所示,正方体密闭容器中有大量运动粒子,每个粒子质量为m,单位体积内粒子数量为恒量。为简化问题,我们假定:粒子大小可以忽略,粒子自由运动时彼此之间及粒子与器壁间没有作用力,其速率均为,且与器壁各面碰撞的机会均等,与器壁碰撞前后瞬间,粒子速度方向都与器壁垂直,且速率不变。利用所学力学知识。
a. 求一个粒子与器壁碰撞一次动量改变量的大小和方向;
b. 导出器壁单位面积所受的大量粒子的撞击压力的关系。(注意:解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量,要在解题时做必要的说明)
(2)理想气体的分子可视为质点,分子间除了相互碰撞外,无相互作用力,理想气体分子朝各个方向运动的概率均等,气体分子的速率按特定规律分布,其平均动能对应的速率为v(称为方均根速率),其产生的压强p与(1)中粒子的对器壁的f有相似之处,根据分子动理论的相关知识,理想气体分子的平均动能与温度成正比。
a.写出(不必推导)理想气体压强p与气体密度,方均根速率v的关系式,并定性解释定质量理想气体等温压缩过程压强增大的原因;
b.北京的春天昼夜温差大,气温从早晨到中午缓慢升高,但大气压强几乎不变,爱思考的小袁同学假定:教室中的空气视为单一组分的理想气体,人员进出教室对教室容积影响很小忽略不计,教室中各处的气温是均匀的。在这样的假定下,小袁提出了一个问题,在气温缓慢上升的过程中,未密封的教室中的空气的内能如何变化呢?
参与讨论的三位同学对该问题分别有如下不同的观点;
小军:由于气温升高,教室里的空气的内能会升高。
小水:由于教室的气体会随着温度升高而溢出一部分,教室里的空气的内能会减小。
小莹:气温升高过程,空气分子的平均分子动能增加,但是空气分子总量减少,教室里的空气的内能可能增大、可能减小,无法确定结论,需结合实验给出结论。
针对小袁同学提出的问题,请给出你的观点(是否同意三位同学的观点或另外提出观点),并简要写出你的推理过程。
科学家在探究完微观粒子后,逐渐开始研究宏观与微观的联系,在高中阶段,最为典型的为气体。如图,一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上,用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为fgh三部分,活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长,三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热,停止加热并达到稳定。

【小题1】能否比较fgh中气体的温度与压强的大小关系,如果可以,写出分析过程与结论,如果不能,写出部分可以写出的结论并说明为何无法判断。
【小题2】如图所示,一定质量的理想气体从状态A经过状态BC又回到状态A,下列说法正确的是(  )

A.AB过程中气体分子的平均动能增加,单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增加
B.AB过程中气体吸收的热量大于BC过程中气体放出的热量
C.CA过程中单位体积内分子数增加,单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少
D.AB过程中气体对外做的功大于CA过程中外界对气体做的功
【小题3】水银气压计在超失重情况下不能显示准确的气压。若某次火箭发射中携带了一只水银气压计。发射的火箭舱密封,起飞前舱内温度,水银气压计显示舱内气体压强为1个大气压。当火箭以加速度a=g竖直向上起飞时,舱内水银气压计示数稳定在,已知水银气压计的示数与液柱高度成正比,如图所示。可视为起飞时重力加速度恒为g,求起飞时舱内气体的温度

【小题4】同样的,电磁感应定律也是构建微观世界与宏观世界的必不可缺的桥梁,在高中教材中我们就了解到安培力即为洛伦兹力的宏观表现,下列四种情境中说法中正确的是(  )

A.图甲中,奥斯特利用该装置发现了电磁感应现象
B.图乙中,线圈穿过磁铁从M运动到L的过程中,穿过线圈的磁通量先减小后增大
C.图丙中,闭合线框绕垂直于磁场方向的轴转动的过程中,线框中没有感应电流产生
D.图丁中,线框在与通电导线在同一平面内向右平移的过程中,线框中有感应电流产生
【小题5】如图所示,绝缘的水平面上固定两根相互垂直的光滑金属杆,沿两金属杆方向分别建立x轴和y轴。另有两光滑金属杆1、2,t=0时刻与两固定杆围成正方形,金属杆间彼此接触良好,空间存在竖直向上的匀强磁场。分别沿x轴正向和y轴负向以相同大小的速度匀速移动金属杆1、2,已知四根金属杆完全相同且足够长,回路中的电流为I(以逆时针为电流正方向),通过金属杆截面的电荷量为q。请用相关大致图像描述某段运动过程中电流I与电荷量q关于时间t变化的规律。

【小题6】如图,电阻不计的光滑水平导轨,其内有竖直向下的匀强磁场,导轨左侧接一电容的电容器,初始时刻电容器带电量,电性如图所示。质量、电阻不计的金属棒ab垂直架在导轨上,闭合开关S后,ab棒向右运动,且离开时已匀速。下方光滑绝缘轨道间距也为L,正对放置,其中为半径、圆心角的圆弧,与水平轨道相切于MN两点,其中NOMP两边长度,以O点为坐标原点,沿导轨向右建立坐标系,OP右侧处存在磁感应强度大小为的磁场,磁场方向竖直向下。质量、电阻的“U”型金属框静止于水平导轨NOPM处。导体棒ab抛出后恰好能从处沿切线进入圆弧轨道,并于MN处与金属框发生完全非弹性碰撞,碰后组成闭合线框一起向右运动。完成下列小题:
(1)求导体棒ab离开时的速度大小
(2)若闭合线框进入磁场区域时,立刻给线框施加一个水平向右的外力F,使线框匀速穿过磁场区域,求此过程中线框产生的焦耳热;
(3)闭合线框进入磁场区域后由于安培力作用而减速,试讨论线框能否穿过区域,若能,求出离开磁场时的速度:若不能,求出线框停止时ab边的位置坐标x

磁力缓降的奥秘
2017年6月20日,高475米的武汉绿地中心高楼旁的公寓楼外墙上,试验人员利用依附于建筑外墙的逃生轨道,从高处以较慢的速度下降,并安全抵达地面,标志着中建三局工程技术研究院历时两年研发的磁力缓降高楼安全逃生装置试验成功。
【小题1】我们可以将下降过程进行如下建模:一根足够长的空心铜管竖直放置,使一枚直径略小于铜管内径,质量为M的圆柱形强磁铁从管内某处由静止开始下落,如图2所示。已知重力加速度g,强磁铁在管内运动时,不与内壁摩擦,不计空气阻力。

(1)结合楞次定律进行分析,并说明强磁铁开始下落一小段距离的加速度a方向:________;以及ag的大小关系a___g
(2)实验中已经测得强磁铁在铜管中下落的最大速度为;设强磁铁从静止开始下落时t=0,其下落过程中,速度大小v随时间 t变化的关系图线是如图(      )
A.B. C. D.
【小题2】该装置原理可等效为:间距L=0.5m的两根竖直导轨上部连通,人和磁铁固定在一起沿导轨共同下滑,磁铁产生磁感应强度B=0.2T的匀强磁场。人和磁铁所经位置处,可等效为有一固定导体棒cd与导轨相连,整个装置总电阻始终为R,如图3所示。
(1)在某次逃生试验中,质量的测试者利用该装置以的速度匀速下降,已知与人一起下滑部分装置的质量m=20kg,本次试验过程中忽略摩擦。判断导体棒 cd 中电流的方向,总电阻R多大;
(2)如要使一个质量的测试者利用该装置以的速度匀速下滑,其摩擦力f多大?
(3)保持第(2)问中的摩擦力不变,让质量测试者从静止开始下滑,测试者的加速度将会如何变化?当其速度为时,加速度a多大?要想在随后一小段时间内保持加速度不变,则必需调控摩擦力,请写出摩擦力大小

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