(完整word版)全国中学生物理竞赛真题汇编(热学)
历届全国初中物理竞赛(热与能)
最近十年初中应用物理知识竞赛题分类解析专题13--热和能一、选择题典例3〔2011##第25界初中物理竞赛〕当物体中存在温度差时,热量会从温度高的地方向温度低的地方传递.对于一长度为L 、横截面积为S 的均匀金属棒,当两端的温度差稳定为△T 时,△t 时间内从高温端向低温端传递的热量△Q 满足关系式：t L T kS Q ∆∆=∆.；其中k 为棒的导热系数.如图所示,长度分别为L 1、L 2,导热系数分别为k 1、k 2,的两个横截面积相等的细棒在D 处紧密对接,两金属棒各自另一端分别与温度为400开、300开的恒定热源良好接触.若L 1∶L 2=1∶2,k 1∶k 2=3∶2,则在稳定状态下,D 处的温度为〔〕A ．375开B ．360开C ．350开D ．325开解析：设在稳定状态下,D 处的温度为T,则对于长度为L 1的细棒,()11400-k S T Q t L ∆=∆,对于长度为L 2的细棒,()22300k S T Q t L -∆=∆,联立解得T=375K,选项A 正确. .答案：A [点评]此题考查热传递与其相关知识.典例4．〔2011##第25界初中物理竞赛复赛〕将一功率为P=500瓦的加热器置于装有水的碗中,经过2.0分钟后,碗中水温从T 1=85℃上升到T 2=90℃,之后将加热器关掉1.0分钟,发现水温下降1.0℃.试估算碗中所装水的质量.解答：加热器在2分钟内所供应的总热量,等于水温升高所吸收的热量,加上散失到周围环境的热量,即Pt=cm <T 2-T 1>+Q若水温变化不大,则散失到周围环境的热量与时间成正比.因此加热器关掉1分钟,从热水散失的热量等于Q/2,此热量等于热水温度下降1.0℃所放出的热量,即Q/2=cm △T从以上两式可以解得Pt=cm <T 2-T 1+2△T>m=()212Pt c T T T -+∆=()35001204.210 5.0+2 1.0⨯⨯⨯⨯kg=2.0kg.[点评]此题考查热量、能量守恒定律与其相关知识.[竞赛实战训练]1．<2009全国初中应用物理知识竞赛题>炎热无风的夏天,小宇走在被晒得发烫的柏油路上,看见前面的路面已被一辆洒水车洒水淋湿了.他认为走在淋湿了的路面上一定比走在干燥的路面上感到凉爽,于是赶快走过去,结果在洒过水的路面上,他却感到更加闷热了.你认为产生这种感觉的主要原因是< >A．洒水车中的水经过曝晒后,内能增大,温度很高B．地面上的水使被反射的阳光增多,身体获得更多热量C．洒水后使附近的空气湿度增加,身上的汗液蒸发变慢D．地面上的水蒸发时把热量带到了人的身上1. 答案：C 解析：由于柏油路被晒得发烫,洒水后路面上水蒸发,使路面附近的空气湿度增加,身上的汗液蒸发变慢,使他感到更加闷热,选项C正确.2．<2009全国初中应用物理知识竞赛题>修补被扎破的自行车内胎时,修车师傅通常用一把周身是刺的锉将内胎扎破处的外表面锉毛,再把要补上去的橡胶补丁贴在内胎上的一面也锉毛,然后再将锉毛的两个表面涂上胶水,待胶水晾一会儿之后,对准、压紧…….对于下列锉毛橡胶表面的主要目的的分析,你认为最可能的是〔〕A．使补胎处的橡胶更膨松,以增强补胎处橡胶的弹性B．增大内胎和橡胶补丁接触的表面积,以充分发挥胶水的粘合作用c．增大内胎与橡胶补丁之间的摩擦,防止错位D．防止因补胎处太厚而导致内胎对外胎的压强不均匀,避免外胎爆胎2. 答案：B 解析：锉毛的两个表面的表面积增大,涂上胶水,增大内胎和橡胶补丁接触的表面积,以充分发挥胶水的粘合作用,选项B正确.3．<2009全国初中应用物理知识竞赛题>在水泥路面的道路施工中,其中有一道工序是：大约每隔8m 在水泥中插入一根长木条,将水泥路面割断成一块一块的.然后再趁水泥还未完全固化时用带有齿的轮在铺设好的路面划出一道道的横线<如右图所示>.对上述做法的分析,你认为下列说法中最可能的是< >A．用带有齿的轮在铺设好的路面上划出一道道的横线,是为了使路面更加美观B．用长木条将水泥路面割断成一块一块的,是为了节约铺设路面的水泥材料C．用长木条将水泥路面割断成一块一块的,是为了防止由于热膨胀导致路面损坏D．用长木条将水泥路面割断成一块一块的,是为了增大路面的摩擦3. 答案：C 解析：水泥路面暴露在太阳下,冬夏温度相差约50度,水泥路面热胀冷缩.用长木条将水泥路面割断成一块一块的,是为了防止由于热膨胀导致路面损坏,选项C正确.4.<2010全国初中应用物理知识竞赛题>晴朗无风的早晨,当飞机从空中飞过,在蔚蓝的天空中会留下一条长长的"尾巴",如图1所示,这种现象俗称为"飞机拉烟".产生这一现象的原因之一是飞机在飞行过程中排出的暖湿气体遇冷所致.在这一过程中,暖湿气体发生的物态变化是< > A.熔化B.液化C.蒸发D.升华4.答案：B 暖湿气体遇冷液化,水蒸气液化为小水珠,看似白烟,选项B正确.5. <2010全国初中应用物理知识竞赛题>20XX1月2日起,我国北方大部地区遭遇大范围降雪天气袭击.大雪严重影响了民航、铁路和高速公路等交通,如图2所示.在遇到这种天气时,为了尽快清除积雪,常用的办法是撤"融雪盐" ,这是因为〔〕 A. "融雪盐"与少量水发生化学反应,产生的热量使周围的冰雪熔化 B. "融雪盐"产生"保暖层",使冰雪吸收足够的"地热"而熔化 C.使雪形成"含融雪盐的雪","含融雪盐的雪"熔点低于当地温度,使雪熔化D．"融雪盐"有利于冰雪对阳光的吸收,从而加快冰雪的熔化5.答案：C解析：使雪形成"含融雪盐的雪","含融雪盐的雪"熔点低于当地温度,使雪熔化,选项C正确.6. <2010全国初中应用物理知识竞赛题>小明发现户外地面以上的冬季供热管道每隔一段距离总呈现型,如图3所示.其主要原因是< > A.为了避开行人和建筑物 B.为了美观 C. 为了避免管道因热胀冷缩导致的损坏 D.为了方便工人师傅安装和检修6.答案：C 供热管道每隔一段距离总呈现型的目的是为了避免管道因热胀冷缩导致的损坏,选项C正确.7.<2009##初中物理知识竞赛复赛题>.现有一扇形的均质金属物体,该材料具有热胀冷缩的性质,如图所示.室温状态下AB、CD边所成的圆心角为α.若使物体温度均匀升高,则α角的变化情况是：< ><A>变大<B>不变<D>无法确定7.答案：B解析：物体温度均匀升高,物体均匀增大,α角不变,选项B正确.8．〔2007青岛竞赛题〕炎热的夏天,当你走在晒得发烫的柏油路上时,刚好来了一辆洒水车,洒湿了路面.这时你会感到更加闷热,产生这种感觉的主要原因是〔〕A．洒水车中的水经过曝晒,内能增加,温度很高B．洒水后空气的湿度增加,身上的汗较难蒸发C．地面上的水反射了阳光,使身体得到更多的热量D．水蒸发时把地面上的热带到了人的身上8. .答案：B解析：洒水后地面温度降低,但空气的湿度增加,身上的汗较难蒸发,你会感到更加闷热,选项B正确.9、〔2007##初中物理知识竞赛〕将一杯热水倒入容器内的冷水中,冷水温度升高10％,又向容器内倒入同样一杯热水,冷水温度又升高6℃,若再向容器内倒入同样一杯热水,则冷水温度将再升高<不计热损失> < ><A>4．5℃<B>4℃<C>3．5℃<D>3℃9.答案：B解析：设一杯热水质量m,初始水温为T1,容器内冷水质量M,初始水温为T2,则有mc〔T1—T2—10℃〕=Mc×10℃,mc〔T1—T2—16℃〕=〔M+m〕c×6℃,mc〔T1—T2—16℃—t℃〕=〔M+2m〕×t℃,联立解得t℃=4℃,选项B正确.10、〔2008河南初中应用物理知识竞赛预赛题〕餐馆在烹炸食品时有三种食用油可供选择,分别是沸点较高的豆油,沸点较低的色拉油,沸点低的菜子油.那么最好选用< >A．豆油B．色拉油C．菜子油D．都一样10.答案：A解析：选用沸点较高的豆油烹炸食品可在豆油温度低于沸点时烹炸食品,减少油的蒸发,节约用油.二．填空题1．〔2013全国初中应用物理知识竞赛预赛题〕"可燃冰"作为新型能源,有着巨大的开发使用潜力.同等条件下,"可燃冰"完全燃烧放出的热量可达煤气的数十倍,这说明"可燃冰"的很大.1kg"可燃冰"完全燃烧大约放出4.2×108 J 热量,可使㎏的水从20℃加热至60℃.[水的比热容为4.2×103kg/m3].答案：热值2500解析："可燃冰"完全燃烧放出的热量可达煤气的数十倍,这说明"可燃冰"的热值很大.由Q=cm△t解得2〔2011##第25界初中物理竞赛复赛〕因为环境污染,北极的冰山上常年沉积着灰尘,使冰山表面吸收了更多太阳光,加速了冰山的熔化.假设覆盖着灰尘的冰山上表面每单位时间单位面积所吸收的太阳光为98瓦/米2<此数据已将太阳光白天和黑夜的不同日照量平均计算在内>.若有厚度为30米的冰山,如图所示,则仅靠阳光的暴晒,在0℃的海水中,需要约___________天才能将此冰山熔化.2、答案： 1062解析：冰的密度0.9×103 kg/m3,冰的熔化热3.33×105J/kg.底面积为1m2、厚度为30米的冰山质量为m=ρSh= 0.9×103 kg/m3×1m2×30m=2.7×104 kg,熔化需要热量Q=qm=3.33×105J/kg×2.7×104 kg=9×109 J,由98瓦/米2×n×24×3600×1m=9×109 J解得n=1062天.三．简答题1. 〔2013全国初中应用物理知识竞赛〕民航客机在飞行过程中,飞行高度可达1Okm左右,在这种情况下,飞机外部的气温可达-60℃左右,气压也低至26～28kPa.但是座舱内却是温暖如春,气压和地面大气压相近.请应用物理知识分析飞机座舱内是如何获得如此舒适环境的.解析：〔1〕为了维持座舱内的气压与地面大气压接近,需要压缩机不断地将空气压入座舱内,在这一过程中,压缩机对空气做功,使空气的内能增大,温度升高.〔2〕为了保持座舱内适宜的温度,还需要空调机来降温.2.<2010全国初中应用物理知识竞赛题>露天放置的大型石油液化气罐,为了防止因温度过高而造成爆炸等事故,罐体外表面通常漆成银白色,如图11所示.而露天安装的电力变压器,同样为了防止因温度过高而造成火灾等事故,在采用加注冷却油、安装散热管等一系列散热措施的同时,却把其外表面漆成颜色很深的灰黑色,如图12所示.同样是为了防止温度过高,一个外表面漆成颜色很浅灼银白色,另一个外表面却漆成颜色很深的灰黑色,这是为什么呢?2..答案三个要点：〔1〕物体表面颜色越浅,反射热辐射的能力越强,进行热辐射的能力越差；物体表面颜色越深,反射热辐射的能力越差,进行热辐射的能力越强.〔2〕石油液化气在罐中贮存,本身不产生热.其温度升高主要是因为吸收来自环境中通过热辐射传递的热量.因此,为了避免温度升得过高,而将表面漆成银白色,增强其反射热辐射能力,减少吸收的热量.〔3〕正常运行中的电力变压器,会有极少部分电能转化为内能,导致其温度升高.当变压器的温度比环境温度高时,将其漆成颜色很深的灰黑色,有利于将热量通过热辐射的方式传递到环境中,从而避免自身温度升得过高.3．<2010全国初中应用物理知识竞赛题>"鸳鸯火锅"是用金属片将锅的内部空间隔成相等的两部分,一边放清汤卤,一边放红汤卤,清汤和红汤的质量、主要成分以与初温几乎相同,但是清汤卤一侧液面没有油层,红汤卤一侧液面有一层麻辣风味的油,如图8所示.吃饭的人们可根据自己的喜好把食物放入不同的汤料中进行烫涮.但小新注意到每次使用这种"鸳鸯火锅"吃烫涮食品时,总是红汤卤一侧首先沸腾.最初,小新认为这是由于红汤卤一侧的火更大些,但观察发现,两边的火焰相同.试分析为什么总是红汤卤一侧先沸腾.3.答案三个要点：〔1〕锅体两侧火焰相同,在相同时间内,汤料吸收的热量近似相同.〔2〕但由于红汤一侧液面上方有一层油,使蒸发减慢,带走的热量较少.〔3〕两边汤料的质量、主要成分以与初温度几乎相同,所以红汤温度升高得快,首先沸腾.4．<2009全国初中应用物理知识竞赛题>豆腐本来是光滑细嫩的<如图甲所示>,经冰冻再解冻以后,就会出现许多小孔,成为美味的"冻豆腐"<如图乙所示>.请你说明"冻豆腐"中产生许多小孔的道理.4. 答案：有三个要点：〔1〕水结冰后,体积变大.〔2〕豆腐中含有水,冰冻以后,豆腐中的小冰块把豆腐挤压成蜂窝形状.〔3〕待冰熔化成水后,豆腐中就留下了许多孔洞.四．综合应用题1.<2011全国初中应用物理知识竞赛题>"米线"是一种特色小吃.端上餐桌的有:一碗热汤,上面浮着一层油:一碟切成薄片的鲜肉:一碗已煮熟的米线.食客先把肉片放进汤内,稍候再加入米线.现有以下资料:汤的初温97°C,比热容4.2×103J/<kg·℃>;肉片的质量为0.2kg,初温22℃,比热容3.5×l03J/< kg·℃>.基于健康缘故,肉片必须至少在大于80℃的汤中保持2min,在这2 min 时间里,由于向外界散热整体温度将下降约2℃ .问:〔1〕.碗中油层的作用是什么?〔2〕.为实现上述的温度要求,碗中汤的质量多少应满足什么条件?解：〔1〕.减慢蒸发,从而减慢热量损失.〔2〕.因为肉片必须至少在大于80℃的汤中保持2min,在此期间,整体温度将下降约2℃,所以汤和肉混合后的温度至少为t=82℃.根据Q吸=Q放以与Q=cm△t可得c肉m肉<t-t肉>= c汤m汤<t汤-t>至少需要汤的质量m汤=()()-c m t tc t t-肉肉肉汤汤=()()333.5100.282-224.21097-82⨯⨯⨯⨯⨯kg=0.67kg.2.<2010全国初中应用物理知识竞赛复赛题>单位质量的某种液体变为同温度的气体所需要吸收的热量,叫做这种液体的汽化热.通常情况下,同种液体在不同温度下的汽化热是不同的.某课外活动小组设计了如图7所示的装置,可以用来测定100℃时水的汽化热.该装置的测量原理是：用电压可调的电加热器使玻璃容器内的水沸腾,用电子天平分别测量沸腾一段时间前后水的质量,同时测量所用的时间与在该段时间内电加热器的电压和电流,根据相关的数据和能量守恒关系即可求出水的汽化热λ.由于这个装置工作时的散热损失是不可忽略的,该组同学实验时测量了两组数据,如下表所示：电压／V 电流／A 时间／s 水的初质量／g 水的末质量／g第一组20 1 300 70 68第二组40 2 300 70 60〔1〕．试简单说明该装置的散热功率是否随加热功率的改变而改变.〔2〕．根据以上数据,求水的汽化热λ〔3〕．针对此实验提出一些减少实验误差的措施.2．解析：〔1〕.该装置的散热功率不随加热功率的改变而改变.因为加热功率发生改变后,水温并不会改变,与周围环境的温度差也将不变,而其它条件也都未发生变化,所以散热功率不会变化.〔2〕.由能量守恒定律可知：P电t=P散t+Q吸= P散t+mλ.根据题意可得：U1I1t1= P散t1+m1λ；U2I2t2= P散t2+m2λ；代入数据,解得：λ=2.25×106J/kg.〔3.〕增大加热功率〔或电压〕、增大汽化水的质量、换用更保温的容器〔减小散热功率〕、适当增大环境温度、减小测量时间、多测几组数取平均值.3.<2010全国初中应用物理知识竞赛复赛题>小亮家有一辆家用轿车,爸爸在给他说车的性能时,总是说"2．0的排量",却很少说"功率",为此小亮特地从网上查到了排量的定义：活塞从上止点移动到下止点所通过的空间容积称为汽缸排量.如果发动机有若干个气缸,所有气缸工作容积之和称为发动机排量.从说明书上查到：小亮家的汽车采用的是LFX直列四缸发动机,排量为2.0L；从网上查找到了其输出特性曲线〔如图8所示〕；小亮又向爸爸询问了一些实测数据：由于汽车行驶的路况很好,所以平均车速为90km／h,此时发动机转速为2000r/min,平均行驶百公里油耗为9L；从物理书上查得汽油的热值为4．6×107J/kg,密度为0．71×103kg/m3〔1〕．由这台发动机输出特性曲线可以看出,在发动机转速为1000~5000 r/min范围内,它的输出功率与转速大致有什么关系？〔2〕．试通过公式推导出在其他参数相同时,发动机的输出功率与其排量的关系.〔3〕．这辆汽车以90km／h行驶时,发动机的效率约为多少？每个做功冲程汽缸内的平均压强是约为多少？解析：〔1〕.由这台发动机输出特性曲线可以看出在发动机转速为1000~5000r/min范围内,它的输出功率与转速大致成正比.〔2〕.设做功冲程燃气对活塞的平均压强为p0,发动机排量为V排,做功冲程燃气对一个活塞的平均压力F= p0S,每个做功冲程燃气对一个活塞做的功W0=FL= p0SL= p0V排/4发动机转速为n时燃气对活塞做功的功率P=W/t=2n·p0V排/4= np0V排/2所以,在发动机转速为n,做功冲程气缸平均压强p0大致相同时,燃气对活塞做功的功率P与发动机排量V排成正比.〔3〕. 由这台发动机输出特性曲线可知,发动机转速n=200r/min时,其输出功率约为37kW.η=WW有总×100%=PtQ放×100%=Psvq m汽油×100%=Psvq V汽油油油×100%=50.4%.由P= np0V排/2可得p0=2PnV排=1.11×106Pa.4.<2009##初中物理知识竞赛复赛题>在一搅拌机的容器内装有质量m为0.5千克的水,把水加热到70℃后让其在室温下自动冷却.其温度随时间变化的关系如图所示.现开动电动搅拌机对该冷却的水不停地搅拌,电动机的功率P为900瓦,其做的功有80%转化为水的内能.若不考虑容器的内能变化,水最终的温度是多少℃？解：搅拌机每秒钟使水增加的内能：E=Ptη=900×l×0.8J=720J.水吸收热量Q=E,由Q=cm△t可知,这些能量可以使水温度升高：△t=Qcm=37204.2100.5⨯⨯℃=0.343℃.只需在图中找出水冷却时温度随时间变化的快慢等于0.343℃/秒的位置,对应的点所表示的温度即为水的最终温度.在图中作直线AB,使沿AB的温度变化快慢等于0.343℃／秒,作AB的平行线A'B'与图线相切,读出切点P的纵坐标,可知水的最终温度为30℃.说明根据作图的情况,答案在27℃～33℃均给分. …………<4分〕5．〔9分〕<2009##初中物理知识竞赛复赛题>图为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上,并使各汽缸的做功过程错开.曲轴与飞轮相连,飞轮每转动半周,有一个汽缸在做功,其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作.现有一台四缸发动机,其主要技术指标如下表所示,其中排量等于四个汽缸工作容积的总和,汽缸工作容积等于活塞的面积与活塞上下运动的距离〔即冲程长〕的乘积,转速表示每分钟飞轮所转的周数.求：<1>飞轮每转动半周,发动机做功多少？<2>若在做功冲程里,燃气对活塞压强可以看作恒压,则压强多大？5.解答：〔9分〕该发动机每秒钟做功：W 1=P.t=120千焦每秒钟曲轴完成6000／60= 100转<1>飞轮每转动半周里,发动机做的功W=11002W ⨯=600J. <2>每个气缸工作容积△V=0.5L,每个做功冲程里,气体做功为W= p △V= p×0.5L=600焦可得p=1.2×106帕6〔10分〕<2009##初中物理知识竞赛复赛题>如图所示的装置,可以测定每千克I00 ℃的水,在大气压下汽化成100 ℃的水蒸气所需吸收的热量Q.该装置的测量原理是：用加热器使水沸腾,汽化的水蒸气通过凝聚器液化后被收集在量杯中；测量加热器的发热功率与一段时间内在量杯中收集到的水的质量,根据能量守恒关系即可求出Q 的值.这个汽化装置工作时的散热功率恒定不变,但散热功率的值未知.测得加热器的功率为285.0瓦时,在300秒时间内被冷凝和收集的液体质量为28.0克；加热器的功率为100.0瓦时,在300秒时间内被冷凝和收集的液体质量为4.0克.根据以上数据,求每千克100℃的水在大气压下汽化成100 ℃的水蒸气所需吸收的热量Q.6. 解析：由能量守恒定律知加热系统产生的功率P=m tQ+P 0. 其中m 为300秒内收集到的水的质量,Q 为每千克l00摄氏度的水汽化所需吸收的热量,P 0为损失的功率.利用表中数据可以得到两个方程：285×10-3=-32810300⨯Q+P 0. 100×10-3=-3410300⨯Q+P 0. 联立解得Q=2.3125×106J.7．<10分> <2009全国初中应用物理知识竞赛题>为了缓解用电高峰电力紧张的矛盾,我国一些地区使用了"分时电〔能〕表".下表是采用分时计费前、后电费价目表：小明家每天要用电水壶将质量为3 kg、初温为20℃的水烧开,已知气压为1标准大气压,水的比热容为4.2×103J／<kg·℃>.求：〔1〕．这些水被烧开需要吸收多少热量?〔2〕．使用分时电表后,小明家把烧水时间安排在低谷期,若不计热量损失,仅此一项,一个月<以30天计>比原来节省多少元电费?解析：〔1〕.这些水需要吸收热量：Q=cm<t2—t1>= 4.2×103×3×<100—20>J=1.0×106J.〔2〕. 1.0×106J=0.28度,可以节省电费：0.28×<0.48—0.30>×30元=1.5元.8 <2009全国初中应用物理知识竞赛题>在一些农村地区建造的沼气池,通过将农村大量的秸秆、人畜粪便发酵来获取沼气,利用沼气来烧火做饭,点灯照明.沼气池的应用,不仅使上述资源得以更好的利用,同时也给生活带来了诸多便利,使环境得以改善.这是一个一举多得的惠民工程.图9所示为一农户的水压式沼气池的剖面简图.说明：1．沼气池2．水压池3．进料口4．密封盖5．输气管6．贮气室7．沼气压力显示器8．总阀门9．U形管压强计<里面装有染成红色的水> l0．出料口盖板<不密封水压池,水压池仍与外面大气相通> 11．阀门已知该农户家燃气灶的相关技术数据如下：取g=10 N／kg,水的比热容c水=4.2×l03J／<kg·℃>〔1〕．根据图9所示,通过计算说明,该农户此时能否使用这个沼气池中的沼气来正常烧火做饭?〔2〕．有一天,该农户发现,沼气压强小于燃气灶的要求.为了能尽快利用沼气生火做饭,从物理学的角度看,可采取哪些措施?〔3〕．若该农户所用的燃气灶是普通炉,通常情况下,普通炉中的右炉单独正常工作时,将一壶质量为2.5 kg 、温度为20℃的水烧开,耗时约10 min.试估算右炉烧水的效率.〔4〕．请你就如何提高燃气灶的效率问题谈淡你的设想.解析：〔1〕.灶前沼气的压强p=ρ水g h 水=1.0×103kg/m 3×10N/kg ×0.06m=6.0×102Pa=0.6kPa 因为p>0.5kPa,因此可以使用这个沼气池中的沼气来正常烧火做饭.〔2〕.可采取的措施有：通过进料口向沼气池中加水、加料或向水压池中加水等.如果通过进料口向沼气池中加适量的热水,则效果更佳.<3>.一般说来,燃气灶正常工作时,燃气的燃烧是很充分的,我们可以视为燃气完全燃烧；再把当时的大气压看作是1标准大气压.水吸收的热量 Q 吸=c 水m 水△t 水=4.2×103×2.5×〔100—20〕J=8.4×105J.燃气灶所放出的热量 Q 放=Pt=4.0×103×10×60J=2.4×106右炉烧水的效率η=放吸Q Q ×100%=65104.2104.8⨯⨯×100%=35%. <4.>提高燃气灶热效率的设想如下：适当选用额定流量较大的炉具以缩短加热时间,从而缩短向环境散热时间,以减少热损失；与时清除水壶底部的水垢,以加快热传递；烧水时,水壶最好加盖.9、〔18分〕<2009全国初中应用物理知识竞赛复赛题>阅读资料并回答问题：干湿温度计是一种既能测量空气温度,又能测量空气相对湿度的常用测量仪器<某一温度下,空气中水蒸气量与该温度下饱和水蒸气量的比值叫做该温度下的空气相对湿度,以百分数表示；饱和气是指一定温度下,一定数量空气中所能最大限度容纳的水蒸气量>.如图4甲所示,仪器上有两支相同的温度计并列地安装在同一刻度板上<图4乙为其背面>,其中一支温度计的测温泡外面裹有被水浸湿的棉纱,这一支温度计即为"湿"温度计；另一支温度计的测温泡直接裸露在空气中,这一支温度计即为"干"温度计.还有一个可根据干、湿温度计的示数来确定空气相对湿度的转盘式标尺.<1>．通常情况下,湿温度计的示数比干温度计的示数稍低一些,这是为什么?<2>．转盘式标尺由两个同轴的圆盘组成,其中外盘是固定的,上面标有对应"湿温度计"温度值的0～40刻度线与表示相对湿度值的10～100刻度线；内盘可以绕轴转动,上面标有对应"干温度计"温度值的0～40刻度线与"相对湿度％"字样.转动内盘,当内、外盘上的相同温度值对准时,"相对湿度"的箭头正好指向100,表明空气的相对湿度为100％,如图4丙所示.。
高中物理竞赛十年预赛真题热学纯手打word版含答案
十年真题－热学（预赛）1．（34届预赛2）系统1和系统2质量相等，比热容分别为C 1和C 2，两系统接触后达到够达到共同的温度T ，整个过程中与外界（两系统之外）无热交换．两系统初始温度T 1和T 2的关系为A ．T 1＝C 2C 1(T －T 2)－TB ．T 1＝C 1C 2(T －T 2)－T C ．T 1＝C 1C 2(T －T 2)＋T D ．T 1＝C 2C 1(T －T 2)＋T 2．（31届预赛1）一线膨胀系数为α的正立方体物块，当膨胀量较小时，其体膨胀系数等于A ．αB ．α1/3C ．α3D ．3α3．（29届预赛1）下列说法中正确的是A ．水在0℃时密度最大B ．一个绝热容器中盛有气体，假设把气体中分子速率很大的如大于v A 的分子全部取走，则气体的温度会下降，此后气体中不再存在速率大于v A 的分子C ．杜瓦瓶的器壁是由两层玻璃制成的，两层玻璃之间抽成真空，抽成真空的主要作用是既可降低热传导，又可降低热辐射D ．图示为一绝热容器，中间有一隔板，隔板左边盛有温度为T 的理想气体，右边为真空．现抽掉隔板，则气体的最终温度仍为T4．(28届预赛2)下面列出的一些说法中正确的是A ．在温度为20ºC 和压强为1个大气压时，一定量的水蒸发为同温度的水蒸气，在此过程中，它所吸收的热量等于其内能的增量．B ．有人用水银和酒精制成两种温度计，他都把水的冰点定为0度，水的沸点定为100度，并都把0刻度与100刻度之间均匀等分成同数量的刻度，若用这两种温度计去测量同一环境的温度（大于0度小于100度）时，两者测得的温度数值必定相同．C ．一定量的理想气体分别经过不同的过程后，压强都减小了，体积都增大了，则从每个过程中气体与外界交换的总热量看，在有的过程中气体可能是吸收了热量，在有的过程中气体可能是放出了热量，在有的过程中气体与外界交换的热量为零.D ．地球表面一平方米所受的大气的压力，其大小等于这一平方米表面单位时间内受上方作热运动的空气分子对它碰撞的冲量，加上这一平方米以上的大气的重量．5．（27届预赛2）烧杯内盛有0℃的水，一块0℃的冰浮在水面上，水面正好在杯口处．最后冰全部融化成0℃的水．在这过程中A ．无水溢出杯口，但最后水面下降了B ．有水溢出杯口，但最后水面仍在杯口处C ．无水溢出杯口，水面始终在杯口处D ．有水溢出杯口，但最后水面低于杯口6．（27届预赛3）如图所示，a和b是绝热气缸中的两个活塞，它们把气缸分成甲和乙两部分，两部分中都封有等量的理想气体．a是导热的，其热容量可不计，与气缸壁固连．b 是绝热的，可在气缸内无摩擦滑动，但不漏气，其右方为大气．图中k为加热用的电炉丝．开始时，系统处于平衡状态，两部分中气体的温度和压强皆相同．现接通电源，缓慢加热一段时间后停止加热，系统又达到新的平衡，则A．甲、乙中气体的温度有可能不变B．甲、乙中气体的压强都增加了C．甲、乙中气体的内能的增加量相等D．电炉丝放出的总热量等于甲、乙中气体增加内能的总和7．（27届预赛4）一杯水放在炉上加热烧开后，水面上方有“白色气”；夏天一块冰放在桌面上，冰的上方也有“白色气”．A．前者主要是由杯中水变来的“水的气态物质”B．前者主要是由杯中水变来的“水的液态物质”C．后者主要是由冰变来的“水的气态物质”D．后者主要是由冰变来的“水的液态物质”8．（26届预赛3）一根内径均匀、两端开中的细长玻璃管，竖直插在水中，管的一部分在水面上．现用手指封住管的上端，把一定量的空气密封在玻璃管中，以V0表示其体积；然后把玻璃管沿竖直方向提出水面，设此时封在玻璃管中的气体体积为V1；最后把玻璃管在竖直平面内转过900，让玻璃管处于水平位置，设此时封在玻璃管中的气体体积为V2．则有A．V1＞V0≥V2B．V1＞V0＞V2C．V1=V2＞V0D．V1＞V0，V2＞V09．（25届预赛4）如图所示，放置在升降机地板上的盛有水的容器中，插有两根相对容器的位置是固定的玻璃管a和b，管的上端都是封闭的，下端都是开口的．管内被水各封有一定质量的气体．平衡时，a管内的水面比管外低，b管内的水面比管外高．现令升降机从静止开始加速下降，已知在此过程中管内气体仍被封闭在管内，且经历的过程可视为绝热过程，则在此过程中A．a中气体内能将增加，b中气体内能将减少B．a中气体内能将减少，b中气体内能将增加C．a、b中气体内能都将增加D．a、b中气体内能都将减少10．（25届预赛5）图示为由粗细均匀的细玻璃管弯曲成的“双U形管”，a、b、c、d 为其四段竖直的部分，其中a、d上端是开口的，处在大气中．管中的水银把一段气体柱密封在b、c内，达到平衡时，管内水银面的位置如图所示．现缓慢地降低气柱中气体的温度，若c中的水银面上升了一小段高度Δh，则A．b中的水银面也上升ΔhB．b中的水银面也上升，但上升的高度小于ΔhC ．气柱中气体压强的减少量等于高为Δh 的水银柱所产生的压强D ．气柱中气体压强的减少量等于高为2Δh 的水银柱所产生的压强11．（31届预赛9）图中所示的气缸壁是绝热的．缸内隔板A 是导热的，它固定在缸壁上．活塞B 是绝热的，它与缸壁的接触是光滑的，但不漏气.B 的上方为大气.A 与B 之间以及A 与缸底之间都盛有n mol 的同种理想气体．系统在开始时处于平衡状态，现通过电炉丝E 对气体缓慢加热．在加热过程中，A 、B 之间的气体经历_________过程，A 以下气体经历________过程；气体温度每上升1K ，A 、B 之间的气体吸收的热量与A 以下气体净吸收的热量之差等于_____________．已知普适气体常量为R ．答案：等压、等容、nR解析：在加热过程中，AB 之间的气体的压强始终等于大气压强与B 活塞的重力产生的压强之和，故进行的是等压变化，由于隔板A 是固定在气缸内的，所以，A 以下的气体进行的是等容变化，当气体温度升高1K 时，AB 之间的气体吸收的热量为Q 1＝P ΔV +ΔU ，A以下的气体吸收的热量为Q 2＝ΔU ，又根据克拉伯龙方程p ΔV ＝nR ΔT ，所以Q 1－Q 2＝p ΔV＝nR .12．（28届预赛6）在大气中，将一容积为0.50m 3的一端封闭一端开口的圆筒筒底朝上筒口朝下竖直插人水池中，然后放手，平衡时，筒内空气的体积为0.40m 3.设大气的压强与10.0m 高的水柱产生的压强相同，则筒内外水面的高度差为 ．答案：2.5m13．（34届预赛13）横截面积为S 和2S 的两圆柱形容器按图示方式连接成一气缸，每隔圆筒中各置有一活塞，两活塞间的距离为l ，用硬杆相连，形成“工”字形活塞，它把整个气缸分隔成三个气室，其中Ⅰ、Ⅲ室密闭摩尔数分别为ν和2ν的同种理想气体，两个气室内都有电加热器；Ⅱ室的缸壁上开有一个小孔，与大气相通；1mol 该种气体内能为CT（C 是气体摩尔热容量，T 是气体的绝对温度）．当三个气室中气体的温度均为T 1时，“工”字形活塞在气缸中恰好在图所示的位置处于平衡状态，这时Ⅰ室内空气柱长亦为l ，Ⅱ室内空气的摩尔数为32ν．已知大气压不变，气缸壁和活塞都是绝热的，不计活塞与气缸之间的摩擦．现通过电热器对Ⅰ、Ⅲ两室中的气体缓慢加热，直至Ⅰ室内气体的温度升为其初始状态温度的2倍，活塞左移距离d ．已知理想气体常量为R ，求：（1）Ⅲ室内气体初态气柱的长度；（2）Ⅲ室内气体末态的温度；（3）此过程中ⅠⅢ室密闭气体吸收的总热量．解析：（1）设大气压强为p 0．初态：Ⅰ室内气体压强为p 1；Ⅲ室内气体压强为p 1′，气柱的长度为l ′．末态：Ⅰ室内气体压强为p 2；Ⅲ室内气体压强为p 2′．由初态到末态：活塞左移距离为d ．对初态应用气体状态方程，对Ⅰ室气体有：p 1lS ＝νRT 1 ①对Ⅱ室内气体有：p 0(l 2×S ＋l 2×2S )＝32ν0RT 1②对Ⅲ室内气体有：p1′l′(2S)＝(2ν)RT1③由力学平衡条件有：p1′(2S)＝p1S＋p0(2S－S) ④由题给条件和①②③④式得：l′＝ν2ν1+ν0l＝2νν+ν0l⑤（2）对末态应用气体状态方程，对Ⅰ室内气体有：p2(l－d)S＝νRT2＝νR·2T1⑥对Ⅲ室内气体有：p2′(l′＋d)(2S)＝(2ν)RT2′⑦由力学平衡条件有：p2′(2S)＝p2S＋p0(2S－S) ⑧联立②⑤⑥⑦⑧和题给条件得：T2′＝2νl+(ν+ν0)d(l－d)(ν+ν0)⎝⎛⎭⎫1＋ν02νl－dl T1⑨（3）大气对密闭气体系统做的功为W＝p0(2S－S)(－d)＝－p0Sd＝－dlν0RT1⑩已利用②式．系统密闭气体内能增加量为：ΔU＝νC(T2－T1)＋(2ν)C(T2′－T1)＝νC(2T2′－T1) ⑪由⑨⑩式得：ΔU＝2νl+(ν+ν0)d(l－d)(ν+ν0)⎝⎛⎭⎫2ν＋l－dlν0CT1－νCT1⑫系统吸收的热量为：Q＝ΔU－W＝2νl+(ν+ν0)d(l－d)(ν+ν0)⎝⎛⎭⎫2ν＋l－dlν0CT1－νCT1＋dlν0RT1⑬参考评分：第（1）问9分，①②③④式各2分，⑤式1分．第（2）问4分，⑥⑦⑧⑨式各1分．第（3）问7分，⑩⑪式各2分，⑫式1分，⑬式2分．14．（33届预赛16）充有水的连通软管常常用来检验建筑物的水平度．但软管中气泡会使得该软管两边管口水面不在同一水平面上．为了说明这一现象的物理原理，考虑如图所示的连通水管（由三段内径相同的U形管密接而成），其中封有一段空气（可视为理想气体），与空气接触的四段水管均在竖直方向；且两个有水的U形管两边水面分别等高．此时被封闭的空气柱的长度为L a ．已知大气压强P 0、水的密度ρ、重力加速度大小为g ，L 0≡P 0/(ρg)．现由左管口添加体积为ΔV ＝xS 的水，S 为水管的横截面积，在稳定后：（1）求两个有水的U 形管两边水面的高度的变化和左管添水后封闭的空气柱的长度；（2）当x <<L 0、L a<<L 0时，求两个有水的U 形管两边水面的高度的变化（用x 表出）以及空气柱的长度．已知1+z ≈1+12z ，当z <<1． 解析：解法（一）（1）设在左管添加水之前左右两个U 形管两边水面的高度分贝为h 1和h 2，添加水之后左右两个U 形管两边水面的高度分别为h 1L 和h 1R 、h 2L 和h 2R ．如图所示，设被封闭的空气的压强为p ，空气柱的长度为L b ．水在常温常压下可视为不可被压缩的流体，故：2h 1＋x ＝h 1L ＋h 1R ①2h 2＝h 2L ＋h 2R ②由力学平衡条件有：p 0＋ρgh 1L ＝p ＋ρgh 1R ③p 0＋ρgh 2R ＝p ＋ρgh 2L④由于连通管中间高度不变，有：h 1＋h 2＋L a ＝h 1R ＋h 2L ＋L b ⑤由玻意耳定律得：p 0L a ＝pL b ⑥联立①②③④⑤⑥式得p 满足的方程：L 0p 0p 2＋⎝⎛⎭⎫L a －L 0－x 2p －p 0L a ＝0 解得：p ＝p 02L 0⎣⎡⎦⎤L 0－L a ＋x 2＋⎝⎛⎭⎫L a －L 0－x 22+4L a L 0 ⑦ 将⑦式带入⑥式得：L b ＝12⎣⎡⎦⎤L a －L 0－x 2＋⎝⎛⎭⎫L a －L 0－x 22+4L a L 0 ⑧ 由①②③④⑦式得：Δh 1L ≡h 1L －h 1＝x －Δh 1R＝x －L 02＋14[L 0－L a ＋x 2＋⎝⎛⎭⎫L a －L 0－x 22+4L a L 0] ⑨ ＝5x －2L a －2L 08＋14⎝⎛⎭⎫L a －L 0－x 22+4L a L 0 Δh 1R ≡h 1R －h 1＝L 0+x 2－p 2ρg＝L 0+x 2－14⎣⎡⎦⎤L 0－L a ＋x 2＋⎝⎛⎭⎫L a －L 0－x 22+4L a L 0 ⑩＝3x +2L a +2L 08－14⎝⎛⎭⎫L a －L 0－x 22+4L a L 0 Δh 2L ≡h 2L －h 2＝L 02－p 2ρg ＝L 02－14⎣⎡⎦⎤L 0－L a ＋x 2＋⎝⎛⎭⎫L a －L 0－x 22+4L a L 0 ⑪ ＝2L a +2L 0－x 8－14⎝⎛⎭⎫L a －L 0－x 22+4L a L 0 Δh 2R ≡h 2R －h 2＝－Δh 2L＝x －2L a －2L 08＋14⎝⎛⎭⎫L a －L 0－x 22+4L a L 0 ⑫ （2）在x <<L 0和L a <<L 0的情形下，由⑧式得：L b ≈L a ⑬⑦式成为：p ≈p 0(1＋x 2L 0) ⑭ 由⑨⑩⑪⑫⑬⑭式得：Δh 1L ≈34x ⑮ Δh 1R ≈－Δh 2L ＝Δh 2R ≈14x ⑯ 参考评分：第（1）问14分，①②③④⑤⑥⑦⑧式各1分，⑨⑩式各2分，⑪⑫式各1分；第（2）问6分，⑬⑭式各1分，⑮⑯式各2分．解法（二）（1）设U 形管1左侧末态水面比初态上升x 2＋y ，右侧末态水面比初态上升x 2－y ，U 形管2左侧末态水面比初态下降y ，右侧末态水面比初态上升y ．由玻意耳定律得： L a L 0＝L b (L 0＋2y ) ①由几何关系有：L a －x 2＋2y ＝L b ②将②式带入①式得：L a L 0＝(L a －x 2＋2y ) (L 0＋2y ) ③解得： y ＝x 8－L 04－L a 4＋14⎝⎛⎭⎫L 0＋L a －x 22＋2xL 0 ④ 此即U 形管2左侧末态比初态水面下降值，也是右侧末态比初态水面上升值（负根y＝x 8－L 04－L a 4－14⎝⎛⎭⎫L 0＋L a －x 22＋2xL 0不符合题意，已舍去）．U 形管1左侧末态比初态水面上升：x 2＋y ＝5x －2L a －2L 08＋14⎝⎛⎭⎫L a ＋L 0－x 22＋2xL 0 ⑤ 右侧末态比初态水面上升：x 2－y ＝3x ＋2L a ＋2L 08－14⎝⎛⎭⎫L a ＋L 0－x 2 2＋2xL 0 ⑥ 将④式带入②式得：L b ＝L a －x 2＋2y ＝2L a －2L 0－x 4＋12⎝⎛⎭⎫L a ＋L 0－x 22＋2xL 0 ⑦ （2）在x <<L 0和L a <<L 0的情形下，④⑤⑥⑦式中的根号部分⎝⎛⎭⎫L a ＋L 0－x 22＋2xL 0＝L a 2＋L 02＋x 24＋2L 0L a －xL 0－xL a ＋2xL 0 ＝L 01+L a 2L 02＋x 24L 02＋2L a L 0－xL a 2L 02＋x L 0≈L 0⎣⎡⎦⎤1＋12（L a 2L 02＋x 24L 02＋2L a L 0－xL a L 02＋x L 0 ＝L 0＋12⎣⎡⎦⎤L a 2L 0＋x 24L 0＋2L a －xL a L 0＋x ⑧ ≈L 0＋12(2L a ＋x ) ＝L a ＋L 0＋x 2⑧式在推导过程中用到了1+z ≈1+12z ，当z <<1． 将⑧式带入④⑤⑥⑦式中分别得到：y ≈x 8－L 04－L a 4＋14⎝⎛⎭⎫L 0＋L a ＋x 2＝x 4⑨ x 2＋y ≈x 2＋x 4＝3x 4⑩ x 2－y ≈x 2－x 4＝x 4⑪ L b ≈L a 2－L 02－x 4＋12⎝⎛⎭⎫L 0＋L a ＋x 2＝L a ⑫参考评分：第（1）问14分，①式4分，②③式各1分，④式3分，⑤式2分，⑥式1分．第（2）问6分，⑨⑩式各2分，⑪⑫式各1分．15．(32届预赛15)如图，导热性能良好的气缸A 和B 高度均为h （已除开活塞的厚度），横截面积不同，竖直浸没在温度为T 0的恒温槽内，它们的底部由一细管连通（细管容积可忽略）．两气缸内各有一个活塞，质量分别为m A ＝2m 和m B ＝m ，活塞与气缸之间无摩擦，两活塞的下方为理想气体，上方为真空．当两活塞下方气体处于平衡状态时，两活塞底面相对于气缸底的高度均为h /2．现保持恒温槽温度不变，在两活塞上面同时各缓慢加上同样大小的压力，让压力从零缓慢增加，直至其大小等于2m g （g 为重力加速度）为止，并一直保持两活塞上的压力不变；系统再次达到平衡后，缓慢升高恒温槽的温度，对气体加热，直至气缸B 中活塞底面恰好回到高度为h /2处．求：（1）两个活塞的横截面积之比S A ∶S B ．（2）气缸内气体的最后的温度．（3）在加热气体的过程中，气体对活塞所做的总功．解析：（1）平衡时气缸A 、B 内气体的压强相等，故：m A g S A ＝m B g S B① 由①式和题给条件得： S A ∶S B ＝2∶1 ②（2）两活塞上各放一质量为2m 的质点前，气体的压强p 1和体积V 1分别为：p 1＝2mg S A ＝mg S B③ V 1＝32S B h ④ 两活塞上各放一质量为2m 的质点后，B 中活塞所受到的气体压力小于它和质点所受重力之和，B 中活塞将一直下降至气缸底部为之，B 中气体全部进入气缸A ．假设此时气缸A 中活塞并未上升到气缸顶部，气体的压强p 2＝4mg S A ＝2mg S B⑤ 设平衡时气体体积为V 2，由于初态末态都是平衡态，由理想气体状态方程有：p 1V 1T 0＝p 2V 2T 0⑥ 由③④⑤⑥式得： V 2＝34S 0h ＝38S A h ⑦ 这时气体的体积小于气缸A 的体积，与活塞未上升到气缸顶部的假设一致．缓慢加热时，气体先等压膨胀，B 中活塞不动，A 中活塞上升；A 中活塞上升至顶部后，气体等容升压；压强升至3mg S B时，B 中活塞开始上升，气体等压膨胀．设当温度升至T 时，该活塞恰好位于h 2处．此时气体的体积变为V 3＝52S B h ⑧ 气体压强 p 3＝3mg S B⑨ 设此时气缸内气体的温度为T ，由状态方程有：p 2V 2T 0＝p 3V 3T⑩ 由⑤⑦⑧⑨⑩式得： T ＝5T 0 ⑪（3）升高恒温槽的温度后，加热过程中，A 活塞上升量为h －38h ＝58h ⑫ 气体对活塞所做的总功为W ＝4mg ·58h ＋3mg ·h 2＝4mgh ⑬ 参考评分：第（1）问3分，①式2分，②式1分；第（2）问13分，③④⑤⑥式各2分，⑦⑧⑨⑩⑪式各1分；第（3）问4分，⑫⑬式各2分．16．（31届预赛14）1mol 的理想气体经历一循环过程1-2-3-1，如p -T 图示所示，过程1-2是等压过程，过程3-1是通过p -T 图原点的直线上的一段，描述过程2-3的方程为c 1p 2+c 2p =T ，式中c 1和c 2都是待定的常量，p 和T 分别是气体的压强和绝对温度．已知，气体在状态1的压强、绝对温度分别为P 1和T 1，气体在状态2的绝对温度以及在状态3的压强和绝对温度分别为T 2以及p 3和T 3．气体常量R 也是已知的．(1)求常量c 1和c 2的值；(2)将过程1-2 -3 -1在p -v 图示上表示出来；(3)求该气体在一次循环过程中对外做的总功．解析：（1）设气体在状态i （i ＝1、2、3）下的压强、体积和温度分别为p i 、V i 和T i ，由题设条件有：c 1p 22＋c 2p 2＝T 2 ①c 1p 32＋c 2p 3＝T 3 ②由此解得：c 1＝T 2p 3－T 3p 2p 22p 3－p 32p 2＝T 2p 3－T 3p 1p 12p 3－p 32p 1③ c 2＝T 2p 32－T 3p 22p 2p 32－p 22p 3＝T 2p 32－T 3p 12p 1p 32－p 12p 3④ （2）利用气体状态方程pV ＝RT 以及V 1＝R T 1p 1、V 2＝R T 2p 2、V 3＝R T 3p 3⑤ 可将过程2—3的方程写为p V 2－V 3p 2－p 3＝V ＋V 2p 3－V 3p 2p 2－p 3⑥ 可见，在p －V 图上过程2－3是以（p 2，V 2）和（p 3，V 3）为状态端点的直线，过程3－1是通过原点直线上的一段，因而描述其过程的方程为：p T ＝c 3 ⑦ 式中c 3是一常量，利用气体状态方程pV ＝RT ，可将过程3－1的方程改写为：V ＝R c 3＝V 3＝V 1 ⑧ 这是以（p 3，V 1）和（p 1，V 1）为状态端点的等容降压过程．综上所述，过程1－2－3－1在p －V 图上是一直角三角形，如图所示．（3）气体在一次循环过程中对外做的总功为：W ＝－12(p 3－p 1)(V 2－V 1) ⑨ 利用气体状态方程pV ＝RT 和⑤式，上式即：W ＝－12R (T 2－T 1)⎝⎛⎭⎫p 3p 1－1 ⑩ 参考评分：第（1）问8分，①②③④式各2分；第（2）问10分，⑤⑥式各2分，过程1－2－3－1在p －V 上的图示正确得6分；第（3）问2分，⑩式2分．17．(30届预赛14)如图所示，1摩尔理想气体，由压强与体积关系的p-V 图中的状态A 出发，经过一缓慢的直线过程到达状态B ，已知状态B 的压强与状态A 的压强之比为12，若要使整个过程的最终结果是气体从外界吸收了热量，则状态B 与状态A 的体积之比应满足什么条件？已知此理想气体每摩尔的内能为32RT ，R 为普适气体常量，T 为热力学温度．解析：令ΔU 表示系统内能的增量，Q 和W 分别表示系统吸收的热量和外界对系统所做的功，由热力学第一定律有：ΔU ＝Q ＋W ①令T 1和T 2分别表示状态A 和状态B 的温度，有：ΔU ＝32R (T 2－T 1) ②令p 1、p 2和V 1、V 2分别表示状态A 、B 的压强和体积，由②式和状态方程可得： ΔU＝32(p 2V 2－p 1V 1) ③由状态图可知，做功等于图线下所围面积，即：W ＝－12(p 1＋p 2)(V 2－V 1) ④要系统吸热，即Q ＞0，由以上格式可得：32(p 2V 2－p 1V 1)＋12(p 1＋p 2)(V 2－V 1)＞0⑤按题意，p 2p 1＝12，带入上式，可得：V 2V 1＞32 ⑥参考评分：①②③式各3分，④式4分，⑤式3分，⑥式2分．18．(29届预赛14)由双原子分子构成的气体，当温度升高时，一部分双原子分子会分解成两个单原子分子，温度越高，被分解的双原子分子的比例越大，于是整个气体可视为由单原子分子构成的气体与由双原子分子构成的气体的混合气体．这种混合气体的每一种成分气体都可视作理想气体．在体积V ＝0.045m 3的坚固的容器中，盛有一定质量的碘蒸气，现于不同温度下测得容器中蒸气的压强如下：试求温度分别为1073K 和1473K 时该碘蒸气中单原子分子碘蒸气的质量与碘的总质量之比值．已知碘蒸气的总质量与一个摩尔的双原子碘分子的质量相同，普适气体常量R ＝8.31J·mol －1·K －1解析：以m 表示碘蒸气的总之，m 1表示蒸气的温度为T 时单原子分子的碘蒸气的质量，μ1、μ2分别表示单原子分子碘蒸气和双原子分子碘蒸气的摩尔质量，p 1、p 2分别表示容器中单原子分子碘蒸气和双原子分子碘蒸气的分压强，则由理想气体的状态方程有：p 1V ＝m 1μ1RT ① p 2V＝m －m 1μ2RT②其中，R 为理想气体常量． 根据道尔顿分压定律，容器中碘蒸气的总压强p 满足：p ＝p 1＋p 2 ③设α＝m 1m 为单原子分子碘蒸气的质量与碘蒸气的总质量的比值，注意到μ1＝12μ2 ④ 由以上各式解得：α＝μ2V mR ·p T－1 ⑤ 带入有关数据可得，当温度为1073K 时，α＝0.06 ⑥ 当温度为1473K 时，α＝0051 ⑦ 参考评分：①②③⑤式各4分，⑥⑦式各2分．19．（26届预赛15）图中M 1和M 2是绝热气缸中的两个活塞，用轻质刚性细杆连结，活塞与气缸壁的接触是光滑的、不漏气的，M 1是导热的，M 2是绝热的，且M 2的横截面积是M 1的2倍．M 1把一定质量的气体封闭在气缸为L 1部分，M 1和M 2把一定质量的气体封闭在气缸的L 2部分，M 2的右侧为大气，大气的压强p 0是恒定的．K 是加热L 2中气体用的电热丝．初始时，两个活塞和气体都处在平衡状态，分别以V 10和V 20表示L 1和L 2中气体的体积．现通过K 对气体缓慢加热一段时间后停止加热，让气体重新达到平衡太，这时，活塞未被气缸壁挡住．加热后与加热前比，L 1和L 2中气体的压强是增大了、减小还是未变？要求进行定量论证．解析：解法（一）用n 1和n 2分别表示L 1和L 2中气体的摩尔数，p 1、p 2和V 1、V 2分别表示L 1和L 2中气体处在平衡状态时的压强和体积，T 表示气体的温度（因为M 1是导热的，两部分气体的温度相等），由理想气体状态方程有：p 1V 1＝n 1RT ①p 2V 2＝n 2RT ②式中R 为普适气体常量．若以两个活塞和轻杆构成的系统为研究对象，处在平衡状态时有：p 1S 1－p 2S 1＋p 2S 2－p 0S 2＝0 ③已知S 2＝2S 1 ④有③④式得：p 1＋p 2＝2p 0 ⑤由①②⑤三式得：p 1＝2n 1n 2p 0V 2V 1＋n 1n 2V 2 ⑥若⑥式中的V 1、V 2是加热后L 1和L 2中气体的体积，则p 1就是加热后L 1中气体的压强．加热前L 1中气体的压强则为p 10＝2n 1n 2p 0V 20V 10＋n 1n 2V 2 ⑦ 设加热后L 1中气体体积的增加量为ΔV 1，L 2中气体体积的增加量为ΔV 2，因连接两活塞的杆是刚性的，活塞M 2的横截面积是M 1的2倍，故有：ΔV 1＝ΔV 2＝ΔV ⑧加热后L 1和L 2中气体的体积都是增大的，即ΔV ＞0．（若ΔV ＜0，即加热后活塞是向左移动的，则大气将对封闭在气缸中的气体做功，电热丝又对气体加热，根据热力学第一定律，气体的内能增加，温度将上升，而体积是减小的，故L 1和L 2中气体的压强p 1和p 2都将增大，这违反力学平衡条件⑤式）于是有V 1＝V 10＋ΔV ⑨V 2＝V 20＋ΔV ⑩由⑥⑦⑨⑩四式得：p 1－p 10＝2n 1n 2p 0(V 10－V 20)ΔV ⎣⎡⎦⎤V 10＋ΔV ＋n 1n 2(V 20＋ΔV )⎝⎛⎭⎫V 10＋n 1n 2V 20 ⑪由⑪式可知：若加热前V 10＝V 20，则p 1＝p 10，即加热后p 1不变，由⑤式知p 2亦不变；若加热前V 10＜V 20，则p 1＜p 10，即加热后p 1必减小，由⑤式知p 2必增大；若加热前V 10＞V 20，则p 1＞p 10，即加热后p 1必增大，由⑤式知p 2必减小．参考评分：得到⑤式3分，得到⑧式3分，得到⑪式8分，最后结论6分． 解法（二）设加热前L 1和L 2中气体的压强和体积分别为p 10、p 20和V 10、V 20，以p 1、p 2和V 1、V 2分别表示加热后L 1和L 2中气体的压强和体积，由于M 1是导热的，加热前L 1和L 2中气体的温度是相等的，设为T 0，加热后L 1和L 2中气体的温度也相等，设为T ．因为加热前、后两个活塞和轻杆构成的系统都处在力学平衡状态，注意到S 2＝2S 1，力学平衡条件分别为：p 10＋p 20＝2p 0 ①p 1＋p 2＝2p 0 ②由①②两式得：p 1－p 10＝－(p 2－p 20) ③根据理想气体状态方程，对L 1中的气体有：p 1V 1p 10V 10＝T T 0④ 对L 2中气体有：p 2V 2p 20V 20＝T T 0⑤ 由④⑤两式得：p 1V 1p 10V 10＝p 2V 2p 20V 20⑥ ⑥式可改写成：⎝⎛⎭⎫1＋p 1－p 10p 10⎝⎛⎭⎫1＋V 1－V 10V 10＝⎝⎛⎭⎫1＋p 2－p 20p 20⎝⎛⎭⎫1＋V 2－V 20V 20 ⑦ 因连接两活塞的杆是刚性的，活塞M 2的横截面积是M 1的2倍，故有：V 1－V 10＝V 2－V 20 ⑧把③⑧式带入⑦式得：⎝⎛⎭⎫1＋p 1－p 10p 10⎝⎛⎭⎫1＋V 1－V 10V 10＝⎝⎛⎭⎫1－p 1－p 10p 20⎝⎛⎭⎫1＋V 1－V 10V 20 ⑨ 若V 10＝V 20，则由⑨式得p 1＝p 10，若加热前L 1中气体的体积等于L 2中气体的体积，则加热后L 1中气体的压强不变，由②式可知加热后L 2中气体的压强亦不变；若V 10＜V 20，则由⑨式得p 1＜p 10，若加热前L 1中气体的体积小于L 2中气体的体积，则加热后L 1中气体的压强必减小，由②式可知加热后L 2中气体的压强必增大；若V 10＞V 20，则由⑨式得p 1＞p 10，若加热前L 1中气体的体积大于L 2中气体的体积，则加热后L 1中气体的压强必增大，由②式可知加热后L 2中气体的压强必减小；参考评分：得到①式和②式或得到③式得3分，得到⑧式得3分，得到⑨式得8分，最后结论得6分．。
全国中学生物理竞赛集锦(热学)答案
全国中学生物理竞赛集锦（热学）答案 第21届预赛2004.9.5一、1.e. 2.7×1019第21届复赛一、开始时U 形管右管中空气的体积和压强分别为 V 2 = HA （1）p 2= p 1经过2小时，U 形管右管中空气的体积和压强分别为A H H V )(2∆-='（2）2222V V p p '=' （3）渗透室下部连同U 形管左管水面以上部分气体的总体积和压强分别为 HAV V ∆+='11 （4）H g p p Δ221ρ+'=（5）式中ρ 为水的密度，g 为重力加速度．由理想气体状态方程nRT pV =可知，经过2小时，薄膜下部增加的空气的摩尔数RTV p RT V p n 1111-''=∆ （6）在2个小时内，通过薄膜渗透过去的分子数A nN N ∆=（7）式中N A 为阿伏伽德罗常量．渗透室上部空气的摩尔数减少，压强下降．下降了∆pV ΔnRTp =∆ （8）经过2小时渗透室上部分中空气的压强为p p p ∆-='00（9）测试过程的平均压强差 [])(211010p p ()p p p '-'+-=∆（10）根据定义，由以上各式和有关数据，可求得该薄膜材料在0℃时对空气的透气系数11111s m Pa 104.2---⨯=∆=tSp Nd k（11）评分标准：本题20分．(1)、(2)、(3)、(4)、(5)式各1分，(6)式3分，(7)、(8)、(9)、(10) 式各2分，(11) 式4分．第20届预赛三、参考解答1. 操作方案：将保温瓶中90.0t =℃的热水分若干次倒出来。
第一次先倒出一部分，与温度为010.0t =℃的构件充分接触，并达到热平衡，构件温度已升高到1t ，将这部分温度为1t 的水倒掉。
再从保温瓶倒出一部分热水，再次与温度为1t 的构件充分接触，并达到热平衡，此时构件温度已升高到2t ，再将这些温度为2t 的水倒掉。
高中物理竞赛十年复赛真题-热学(纯手打word版含答案)
十年真题－热学（复赛）1．（34届复赛7）如气体压强-体积图所示，摩尔数为ν的双原子理想气体构成的系统经历一正循环过程（正循环指沿图中箭头所示的循环），其中自A 到B 为直线过程，自B到A 为等温过程．双原子理想气体的定容摩尔热容为52R ，R 为气体常量． （1）求直线AB 过程中的最高温度； （2）求直线AB 过程中气体的摩尔热容量随气体体积变化的关系式，说明气体在直线AB 过程各段体积范围内是吸热过程还是放热过程，确定吸热和放热过程发生转变时的温度T c ； （3）求整个直线AB 过程中所吸收的净热量和一个正循环过程中气体对外所作的净功． 解析：（1）直线AB 过程中任一平衡态气体的压强p 和体积V 满足方程p －p 0p 0－p 02＝V －V 02V 02－V 0 此即 p ＝32p 0－p 0V 0V ① 根据理想气体状态方程有：pV ＝νRT ② 由①②式得： T ＝1νR ⎝⎛⎭⎫－p 0V 0V 2＋32p 0V ＝－p 0νR ⎝⎛⎭⎫V －34V 02＋9p 0V 016νR③ 由③式知，当V ＝34V 0时， ④ 气体达到直线AB 过程中的最高温度为：T max ＝9p 0V 016νR⑤ （2）由直线AB 过程的摩尔热容C m 的定义有：dQ ＝νC m dT ⑥ 由热力学第一定律有： dU ＝dQ －pdV ⑦由理想气体内能公式和题给数据有：dU ＝νC V dT ＝ν52RdT ⑧ 由①⑥⑦⑧式得：C m ＝C V ＋p ν dV dT ＝52R ＋⎝⎛⎭⎫32p 0－p 0V 0V 1ν dV dT ⑨ 由③式两边微分得：dV dT ＝2νRV 0p 0(3V 0－4V )⑩ 由⑩式带入⑨式得：C m ＝21V 0－24V 3V 0－4V R 2⑪ 由⑥⑩⑪式得，直线AB 过程中，在V 从V 02增大到3V 04的过程中，C m ＞0，dV dT ＞0，故dQ dV＞0，吸热 ⑫ 在V 从3V 04增大到21V 024的过程中，C m ＜0，dV dT ＜0，故dQ dV＞0，吸热 ⑬ 在V 从21V 024增大到V 0的过程中，C m ＞0，dV dT ＜0，故dQ dV＜0，放热 ⑭由⑫⑬⑭式可知，系统从吸热到放热转折点发生在V ＝V c ＝21V 024处 由③式和上式得：T c ＝1νR ⎝⎛⎭⎫－p 0V 0V 2＋32p 0V ＝35p 0V 064νR⑮ （3）对于直线AB 过程，由⑥⑩式得：dQ ＝νC m dT dV dV ＝21V 0－24V 4V 0p 0dV ＝⎝⎛⎭⎫214－6V V 0p 0dV ⑯ 将上式两边对直线过程积分得，整个直线AB 过程中所吸收的净热量为：Q 直线=⎠⎛V 0/2V 0⎝⎛⎭⎫214－6V V 0p 0dV ＝p 0⎝⎛⎭⎫21V 4－3V 2V 0⎪⎪V 0V 02＝38p 0V 0 ⑰ 直线AB 过程中气体对外所做的功为：W 直线＝12⎝⎛⎭⎫p 0＋p 02⎝⎛⎭⎫V 0－V 02＝38p 0V 0 ⑱ 等温过程中气体对外所做的功为：W 等温＝⎠⎛V 0V 0/2pdV ＝⎠⎛V 0V 0/2p 0V 02dV V ＝－p 0V 02ln2 ⑲ 一个正循环过程中气体对外所做的净功为：W ＝W 直线＋W 等温＝⎝⎛⎭⎫38－ln22p 0V 0 ⑳ 参考评分：第（1）问10分，①②式各3分，④⑤式各2分；第（2）问20分，⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮式各2分；第（3）问10分，⑯⑰⑱⑲⑳式各2分．2．（33届复赛2）秋天清晨，气温为4.0℃，一加水员到实验园区给一内径为2.00m 、高为2.00m 的圆柱形不锈钢蒸馏水罐加水．罐体导热良好．罐外有一内径为4.00cm 的透明圆柱形观察柱，底部与罐相连（连接处很短），与大气相通，如图所示．加完水后，加水员在水面上覆盖一层轻质防蒸发膜（不溶于水，与罐壁无摩擦），闭了罐顶的加水口．此时加水 员通过观察柱上的刻度看到罐内水高为1.00m ．（1）从清晨到中午，气温缓慢升至24.0℃，问此时观察柱内水位为多少？假设中间无人用水，水的蒸发及罐和观察柱体积随温度的变化可忽略．（2）从密闭水罐后至中午，罐内空气对外做的功和吸收的热量分别为多少？求这个过程中罐内空气的热容量．已知罐外气压始终为标准大气压p 0＝1.01×105pa ，水在4.0℃时的密度为ρ0=1.00×103kg·m -3，水在温度变化过程中的平均体积膨胀系数为3.03×10-4K -1，重力加速度大小为g ＝9.80m/s 2，绝对零度为－273.15℃.解析：（1）清晨加完水封闭后，罐内空气的状态方程为p 0V 0＝nRT 0 ① 至中午时由于气温升高，罐内空气压强增大，设此时罐内空气的压强、体积和温度分别为p 1、V 1、T 1，相应的状态方程为：p 1V 1＝nRT 1 ②此时观察柱和罐内水位之差为：Δh ＝V 1－V 0S 1＋V 1－V 0S 2＋κ(T 1－T 0)(S 1＋S 2)l 0S 2③ 式中右端第三项是由原罐内和观察柱内水的膨胀引起的贡献，l 0＝1.00m 为早上加水后观察柱内水面的高度，S 1＝πm 2，S 2＝4π×10－4m 2分别为罐、观察柱的横截面积．由力平衡条件有：p 1＝p 0＋ρ1g Δh 1 ④式中ρ1＝ρ01＋κ(T 1－T 0)是水在温度为T 1时的密度． ⑤联立①②③④⑤式得：ρ1gS ′(Δh )2＋(p 0S 1＋λρ1gV 0)－⎝⎛⎭⎫T 1T 0－λp 0V 0＝0 ⑥ 式中S ′＝S 1S 2S 1＋S 2，λ＝1－κ(T 1－T 0) ⑦ 解⑥得：Δh ＝－(p 0S 1＋λρ1gV 0)＋(p 0S 1＋λρ1gV 0)2＋4ρ1gS ′p 0V 0⎝⎛⎭⎫T 1T 0－λ2ρ1gS ′＝0.812m ⑧另一解不合题意，舍去．由③⑤⑦⑧式和题给数据得：V 1－V 0＝S ′Δh －κ(T 1－T 0)S 1l 0＝－0.0180m 3由上式和题给数据得，中午观察柱内水位为：l 1＝Δh －V 1－V 0S 1＋l 0＝1.82m ⑨ （2）先求罐内空气从清晨至中午对外所做的功．解法（一）早上罐内空气压强p 0＝1.01×105pa ，中午观察柱内水位相对于此时罐内水位升高Δh ，罐内空气压强升高了Δp ＝ρ1g Δh ＝7.91×103pa ⑩因Δp <<p 0，认为在准静态升温过程中罐内平均压强p －＝p 0＋12Δp ＝11.05×105pa ⑪ 罐内空气体积缩小了ΔV ＝0.0180m 3 ⑫可见ΔV V <<1，这说明⑪式是合理的．罐内空气对外做功W ＝p －ΔV ＝－1.9×103J ⑬ 解法（二）缓慢升温是一个准静态过程，在封闭水罐后至中午之间的任意时刻，设罐内空气都处于热平衡状态，设其体积、温度和压强分别为V 、T 和p ．水温为T 时水的密度为ρ＝ρ01＋κ(T －T 0) ⑩ 将②③④式中的V 1、T 1和p 1换为V 、T 和p ，利用⑩式得罐内空气在温度为T 时的状态方程为：p ＝p 0＋ρg S ′[V 1－V 0＋κ(T 1－T 0)S 1l 0]＝p 0＋ρgS 1l 0S ′ V 1－V 0S 1l 0＋κ(T 1－T 0)1＋κ(T 1－T 0) ⑪ 由题设数据和前门计算结果可知，κ(T －T 0)＜κ(T 1－T 0)＝0.0060V －V 0S 1l 0＜V 1－V 0S 1l 0＝0.0057这说⑪式右端分子中与T 有关的项不可略去，而右端分母中与T 有关的项可略去．于是⑪式：p ＝p 0＋ρg S ′[V 1－V 0＋κ(T 1－T 0)S 1l 0]＝p 0＋ρgS 1l 0S ′⎣⎡⎦⎤V 1－V 0S 1l 0＋κ(T 1－T 0) 利用状态方程，上式可改写成p ＝p 0－ρg S ′(V 0＋κT 0S 1l 0)＋nR κS 1l 01－κρ0gl 0nR S 1S ′V－nR κS 1l 0 ⑫ 从封闭水罐后至中午，罐内空气对外界做的功为W ＝⎠⎛V 0V 1pdV＝⎠⎜⎛V 0V 1⎝ ⎛⎭⎪⎫p 0－ρg S ′(V 0＋κT 0S 1l 0)＋nRκS 1l 01－κρ0gl 0nR S 1S ′V －nR κS 1l 0dV ＝－nR κS 1l 0⎩⎨⎧⎭⎬⎫(V 1－V 0)－S ′ρ0g ⎣⎡⎦⎤p 0－ρ0g S ′(V 0＋κT 0S 1l 0)＋nR κS 1l 0ln 1－κρ0gl 0nR S 1S ′V 11－κρ0gl 0nR S 1S ′V 0 ⑬ ＝－1.9×103J解法（三）缓慢升温是一个准静态过程，在封闭水罐后至中午的任意时刻，罐内空气都处于热平衡状态，设其体积、温度和压强分别为V 、T 和p ．水在温度为T 时的密度为ρ＝ρ01＋κ(T －T 0) ⑩ 将②③④式中的V 1、T 1和p 1换为V 、T 和p ，利用⑩式得罐内空气在温度为T 时的状态方程为p ＝p 0＋ρg S ′[V －V 0＋κ(T 1－T 0)S 1l 0]＝p 0＋ρ0g S ′ V －V 0＋κ(T －T 0)S 1l 01＋κ(T －T 0) ＝p 0＋ρ0g S ′S 1l 0＋ρ0g S ′ V －V 0－S 1l 01＋κ(T －T 0) ≈p 0＋ρ0gS 1l 0S ′＋ρ0g S ′(V －V 0－S 1l 0)[1－κ(T －T 0)]＝p 0＋ρ0gS 1l 0S ′＋ρ0g S ′⎣⎡⎦⎤(V －V 0－S 1l 0)(1＋κT 0)－κnR PV (V －V 0－S 1l 0) ⑪ ≈p 0＋ρ0gS 1l 0S ′＋ρ0g S ′(V －V 0－S 1l 0)(1＋κT 0)＋ρ0g S ′ κS 1l 0nR PV＝p 0＋ρ0gS 1l 0S ′＋ρ0g S ′(V －2V 0)(1＋κT 0)＋ρ0g S ′ κV 0nR PV＝p 0＋ρ0gS 1l 0S ′＋ρ0g S ′(V －2V 0)(1＋κT 0)＋ρ0g S ′ κT 0p 0PV 式中应用了κ(T －T 0)＜κ(T 1－T 0)＝0.0060，V －V 0S 1l 0＜V 1－V 0S 1l 0＝0.0057 ⑪式可改写成p ＝p 0＋ρ0gS 1l 0S ′＋ρ0g S ′(V －2V 0)(1＋κT 0)1－ρ0g S ′ κT 0p 0V ＝－(1＋κT 0)p 0κT 0＋1＋2κT 02κT 0p 0－ρ0gV 0S ′(1+2κT 0)1－ρ0g S ′ κT 0p 0V ⑫ 从封闭水罐后至中午，罐内空气对外界做的功为W ＝⎠⎛V 0V 1pdV ＝⎠⎜⎛V 0V 1⎣⎢⎡⎦⎥⎤－1＋2κT 02κT 0p 0－ρ0gV 0S ′(1+2κT 0)1－ρ0g S ′ κT 0p 0V dV＝－(1＋κT 0)p 0κT 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤V －V 0＋⎝⎛⎭⎫S ′p 0ρ0gκT 0－V 0ln S ′p 0－ρ0gκT 0V 1S ′p 0－ρ0gκT 0V 0 ⑬ ＝－1.9×103J现计算罐内空气的内能变化．由能量均分定理知，罐内空气中午相对于清晨的内能改变为：ΔU ＝52nR (T 1－T 0)＝52 p 0V 0T 0(T 1－T 0)＝5.72×104J ⑭ 式中5是常温下空气分子的自由度．由热力学第一定律得罐内空气的吸热为：ΔQ ＝W ＋ΔU ＝5.54×104J ⑮从封闭水罐后至中午，罐内空气在这个过程中的热容量为：C ＝ΔQ T 1－T 0＝2.77×103J/K ⑯ 参考评分：第（1）问10分，①②③④⑤⑥⑦⑧式各1分，⑨式2分；第（2）问10分，⑩⑪⑫式各1分，⑬⑭⑮式各2分，⑯式1分．3．（32届复赛7）如图，1mol 单原子理想气体构成的系统分别经历循环过程abcda 和abc ′a ．已知理想气体在任一缓慢变化过程中，压强p 和体积V 满足函数关系p ＝f (V )．（1）试证明：理想气体在任一缓慢变化过程的摩尔热容可表示为C π＝C V ＋pR p +V dp dV，式中，C V 和R 分别为定容摩尔热容和理想气体常数；（2）计算系统经bc ′直线变化过程中的摩尔热容；（3）分别计算系统经bc ′直线过程中升降温的转折点在p-V 图中的坐标A 和吸放热的转折点在p-V 图中的坐标B ；（4）定量比较系统在两种循环过程的循环效率．解析：（1）根据热力学第一定律有：dU ＝δQ ＋δW ① 这里对于1mol 理想气体经历的任一缓慢变化过程中，δQ 、δW 和dU 可分别表示为δQ ＝C πdT 、δW ＝－pdV 、dU ＝C V dT ②将理想气体状态方程pV ＝RT 两边求导得p dV dT ＋V dp dV dV dT＝R ③ 式中利用了dp dT ＝dp dV dV dT ，根据③式有：dV dT ＝R p ＋V dp dV④ 联立①②③④式得：C π＝C V ＋pR p +V dp dV⑤ （2）设bc ′过程方程为p ＝α－βV ⑥根据C π＝C V ＋pR p +V dp dV 可得该直线过程的摩尔热容为：C π＝C V ＋α－βV α－2βV )R ⑦ 式中C V ＝32R 是单原子理想气体的定容摩尔热容． 对bc ′过程的初态(3p 1,V 1)和终态(p 1,5V 1)有：3p 1＝α－βV 1、p 1＝α－5βV 1 ⑧由⑧式得：α＝72p 1、β＝p 12V 1⑨ 由⑥⑦⑧⑨式得：C π＝8V －35V 14V －14V 1R ⑩ （3）根据过程热容的定义有：C π＝ΔQ ΔT⑪ 式中，ΔQ 是气体在此直线过程中，温度升高ΔT 时从外界吸收的热量．由⑩⑪式得：ΔT ＝4V －14V 18V －35V 1R ΔQ ⑫ ΔQ ＝8V －35V 14V －14V 1ΔT R ⑬ 由⑫式可知，bc ′过程中的升降温的转折点A 在p -V 图上的坐标为A (72V 1,74p 1) ⑭ 由⑩式可知，bc ′过程中的吸放热的转折点B 在p -V 图上的坐标为B (358V 1,2116p 1) ⑮ （4）对于abcda 循环过程，ab 和bc 过程吸热，cd 和da 过程放热Q ab ＝nC V (T b －T a )＝1.5(RT b －RT a )＝3p 1V 1Q bc ＝nC p (T c －T b )＝2.5(RT c －RT b )＝15p 1V 1 ⑯式中已知n ＝1mol ，单原子理想气体定容摩尔热容C V ＝32R ，定压摩尔热容C V ＝52R 气体在abcda 循环过程中的效率可表示为循环过程中对外做的功处以总吸热，即ηabcda ＝W abcda Q ab ＋Q bc ＝4p 1V 118p 1V 1＝0.22 ⑰ 对于abc ′a 循环过程，ab 和bB 过程吸热，Bc ′和c ′a 过程放热．由热力学第一定律可得bB 过程吸热为：Q bc′＝ΔU bB －W bB ＝nC V (T B －T b )＋12(p B ＋3p 1)(V B －V 1)＝11.39p 1V 1 ⑱ 所以循环过程abc ′a 的效率为ηabc′a ＝W abc′a Q ab ＋Q bc′＝4p 1V 114.39p 1V 1＝0.278 ⑲ 由⑰⑲式可知，ηabc′a ＞ηabcda ⑳ 参考评分：第（1）问5分，①②③④⑤式各1分；第（2）问5分，⑥⑦⑧⑨⑩式各1分；第（3）问7分，⑪式1分，⑫⑬式各2分，⑭⑮式各1分；第（4）问5分，⑯⑰⑱⑲⑳式各1分．4．（31届复赛2）一种测量理想气体的摩尔热容比γ＝C p /C V 的方法（Clement-Desormes 方法）如图所示：大瓶G 内装满某种理想气体，瓶盖上通有一个灌气（放气）开关H ，另接出一根U 形管作为压强计M ．瓶内外的压强差通过U 形管右、左两管液面的高度差来确定．初始时，瓶内外的温度相等，瓶内气体的压强比外面的大气压强稍高，记录此时U 形管液面的高度差h i ．然后打开H ，放出少量气体，当瓶内外压强相等时，即刻关闭H ．等待瓶内外温度又相等时，记录此时U 形管液面的高度差h f ．试由这两次记录的实验数据h i 和h f ，导出瓶内气体的摩尔热容比γ的表达式．（提示：放气过程时间很短，可视为无热量交换；且U 形管很细，可忽略由高差变化引起的瓶内气体在状态变化前后的体积变化）→解析：解法（一）瓶内理想气体经历如下两个气体过程：(p i ,V 0,T 0,N i )——――——→放气(绝热膨胀)(p 0,V 0,T ,N f )—―——→等容升温(p f ,V 0,T 0,N f )其中，(p i ,V 0,T 0,N i )、(p 0,V 0,T ,N f )、(p f ,V 0,T 0,N f )分别是瓶内气体在初态、中间态与末态的压强、体积、温度和摩尔数．根据理想气体方程pV ＝NkT ，考虑到由于气体初、末态的体积和温度相等，有p f p i ＝N f N i① 另一方面，设V ′是初态气体在保持其摩尔数不变的条件下绝热膨胀到压强为p 0时的体积，即：(p i ,V 0,T ,N i )—―——→绝热膨胀(p 0,V ′,T 0,N i )此绝热过程满足V 0V ′＝⎝⎛⎭⎫p 0p i 1γ ② 由状态方程有p 0V ′＝N i kT 和p 0V 0＝N f kT ，所以N f N i ＝V 0V ′③ 联立①②③式得p f p i ＝⎝⎛⎭⎫p 0p i 1γ ④ 此即γ＝ln p i p 0ln p i p f⑤ 由力学平衡条件有p i ＝p 0＋ρgh i ⑥ p f ＝p 0＋ρgh f ⑦ 式中，p 0＋ρgh 0为瓶外的大气压强，ρ是U 形管中液体的密度，g 是重力加速度的大小．由⑤⑥⑦式得γ＝ln ⎝⎛⎭⎫1＋h i h 0ln ⎝⎛⎭⎫1＋h i h 0－ln ⎝⎛⎭⎫1＋h f h 0 ⑧ 利用近似关系式：当x <<1，ln(1＋x )≈x ，以及h i h 0<<1，h f h 0<<1有 γ＝h ih 0h i h 0－h f h 0＝h i h i －h f ⑨ 参考评分：本题16分．①②③⑤⑥⑦⑧⑨式各2分．解法（二）若仅考虑留在容器内的气体：它首先经历了一个绝热膨胀过程ab ，再通过等容升温过程bc 达到末态(p i ,V 1,T 0)绝热膨胀ab ——————→(p 0,V 0,T )等容升温bc —————→(p f ,V 0,T 0) 其中，(p i ,V 1,T 0)、(p 0,V 0,T )、和(p f ,V 0,T 0)分别是留在瓶内的气体在初态、中间态和末态的压强、体积与温度．留在瓶内的气体先后满足绝热方程和等容过程方程ab ：p 1γ－1T 0γ＝p 0γ－1T γ ①bc ：p 0T ＝p f T 0② 由①②式得： p f p i ＝⎝⎛⎭⎫p 0p i 1γ ③此即γ＝ln p i p 0ln p i p f ④ 由力学平衡条件有p i ＝p 0＋ρgh i ⑤ p f ＝p 0＋ρgh f ⑥ 式中，p 0＋ρgh 0为瓶外的大气压强，ρ是U 形管中液体的密度，g 是重力加速度的大小．由④⑤⑥式得ln ⎝⎛⎭⎫1＋h i h 0ln ⎝⎛⎭⎫1＋h i h 0－ln ⎝⎛⎭⎫1＋h f h 0 ⑦ 利用近似关系式：当x <<1，ln(1＋x )≈x ，以及h i h 0<<1，h f h 0<<1有 γ＝h ih 0h i h 0－h f h 0＝h i h i －h f ⑧ 参考评分：本题16分．①②式各3分，④⑤⑥⑦⑧式各2分．5．（30届复赛6）温度开关用厚度均为0.20mm 的钢片和青铜片作感温元件；在温度为20℃时，将它们紧贴，两端焊接在一起，成为等长的平直双金属片．若钢和青铜的线膨胀系数分别为 1.0×10-5/度和2.0×10-5/度．当温度升高到120℃时，双金属片将自动弯成圆弧形，如图所示．试求双金属片弯曲的曲率半径．(忽略加热时金属片厚度的变化．)解析：设弯成的圆弧半径为r ，金属片原长为l ，圆弧所对的圆心角为φ，钢和青铜的线膨胀系数分别为α1和α2，钢片和青铜片温度由T 1＝20℃升高到T 2＝120℃时的伸长量分别为Δl 1和Δl 2. 对于钢片 (r －d 2)φ＝l ＋Δl 1 ① Δl 1＝lα1(T 2－T 1) ②式中，d ＝0.20mm ．对于青铜片(r ＋d 2)φ＝l ＋Δl 2 ③ Δl 2＝lα2(T 2－T 1) ④联立以上各式得r ＝2＋(α1＋α2)(T 2－T 1)2(α2－α1)(T 2－T 1)d ＝2.0×102mm ⑤ 参考评分：本题15分．①式3分，②式3分，③式3分，④式3分，⑤式3分． 6．（29届复赛6）如图所示，刚性绝热容器A 和B 水平放置，一根带有绝热阀门和多孔塞的绝热刚性细短管把容器A 、B 相互连通．初始时阀门是关闭的，A 内装有某种理想气体，温度为T 1；B 内为真空．现将阀门打开，气体缓慢通过多孔塞后进入容器B 中．当容器A 中气体的压强降到与初始时A 中气体压强之比为α时，重新关闭阀门．设最后留在容器A 内的那部分气体与进入容器B 中的气体之间始终无热量交换，求容器B 中气体质量与气体总质量之比．已知：1mol 理想气体的内能为u ＝CT ，其中C 是已知常量，T 为绝对温度；一定质量的理想气体经历缓慢的绝热过程时，其压强p 与体积V 满足过程方程常量=+CR C pV ，其中R 为普适气体常量．重力影响和连接管体积均忽略不计．解析：设重新关闭阀门后容器A 中气体的摩尔数为n 1，B 中气体的摩尔数为n 2，则气体总摩尔数为n ＝n 1＋n 2 ① 把两容器中的气体作为整体考虑，设重新关闭阀门后容器A 中气体温度为T 1′，B 中气体温度为T 2，重新关闭阀门之后与打开阀门之前气体内能的变化可表示为 ΔU ＝n 1C (T 1′－T 1)＋n 2C (T 2－T 1) ② 由于容器是刚性绝热的，按热力学第一定律有ΔU ＝0 ③ 令V 1表示容器A 的体积, 初始时A 中气体的压强为p 1，关闭阀门后A 中气体压强为αp 1，由理想气体状态方程可知n ＝p 1V 1RT 1 ④n 1＝(αp 1)V 1RT 1′ ⑤ 由以上各式可解得：T 2＝(1－α)T 1T 1′T 1′－αT 1由于进入容器B 中的气体与仍留在容器A 中的气体之间没有热量交换，因而在阀门打开到重新关闭的过程中留在容器A 中的那部分气体经历了一个绝热过程，设这部分气体初始时体积为V 10 (压强为p 1时)，则有 p 1V 10C ＋R C ＝(αp 1)V 1C ＋R C ⑥ 利用状态方程可得p 1V 10T 1＝(αp 1)V 1T 1′⑦ 由①②③④⑤⑥⑦式得，阀门重新关闭后容器B 中气体质量与气体总质量之比n 2n ＝2－αR C ＋R －αCC ＋R2―α―αR C ＋R⑧ 参考评分：本题15分．①式1分，②式3分，③式2分，④⑤式各1分，⑥式3分，⑦式1分，⑧式3分．7．（28届复赛6）如图所示为圆柱形气缸，气缸壁绝热，气缸的右端有一小孔与大气相通，大气的压强为P 0．用一热容量可忽略的导热隔板N 和一绝热活塞M 将气缸分为A 、B 、C 三室，隔板与气缸固连，活塞相对气缸可以无摩擦地移动但不漏气．气缸的左端A 室中有一电加热器Ω．已知在A 、B 室中均盛有1摩尔同种理想气体，电加热器加热前，系统处于平衡状态，A 、B 两室中气体的温度均为T 0，A 、B 、C 三室的体积均为V 0．现通过电加热器对A 室中气体缓慢加热，若提供的总热量为Q 0，试求B 室中气体的末态体积和A 室中气体的末态温度．（设A 、B 两室中气体1摩尔的内能为U ＝52RT ，式中R 为普适气体常量，T 为绝对温度）在电加热器对A 室中气体加热的过程中，由于隔板N 是导热的，B 室中气体的温度要升高，活塞M 将向右移动.当加热停止时，活塞M 有可能刚移到气缸最右端，亦可能尚未移到气缸最右端. 当然亦可能活塞已移到气缸最右端但加热过程尚未停止．解析：（1）设加热恰好能使活塞M 移到气缸的最右端，则B 室气体末态的体积 V B ＝2V 0 ① 根据题意，活塞M 向右移动过程中，B 中气体压强不变，用T B 表示B 室中气体末态的温度，有V 0T 0＝V B T B② 由①②式得 T B ＝2T 0 ③由于隔板N 是导热的，故A 室中气体末态的温度 T A ＝2T 0 ④ 下面计算此过程中的热量Q m ．在加热过程中，A 室中气体经历的是等容过程，根据热力学第一定律，气体吸收的热量等于其内能的增加量，即Q A ＝52R (T A －T 0) ⑤ 由④⑤两式得 Q A ＝52RT 0 ⑥ B 室中气体经历的是等压过程，在过程中B 室气体对外做功为W B ＝p 0(V B －V 0) ⑦ 由①⑦式及理想气体状态方程得W B ＝RT 0 ⑧内能改变为ΔU B ＝52R (T B －T 0) ⑨ 由④⑨两式得ΔU B ＝52RT 0 ⑩ 根据热力学第一定律和⑧⑩两式， B 室气体吸收的热量为Q B ＝ΔU B ＋W B ＝72RT 0 ⑪ 由⑥⑪两式可知电加热器提供的热量为Q m ＝Q A ＋Q B ＝6RT 0 ⑫ 若Q 0＝Q m ，B 室中气体末态体积为2V 0，A 室中气体的末态温度2T 0．（2）若Q 0＞Q m ，则当加热器供应的热量达到Q m 时，活塞刚好到达气缸最右端，但这时加热尚未停止，只是在以后的加热过程中气体的体积保持不变，故热量Q 0－Q m 是A 、B 中气体在等容升温过程中吸收的热量．由于等容过程中气体不做功，根据热力学第一定律，若A 室中气体末态的温度为T A ′，有Q 0－Q m ＝52R (T A ′－2T 0)＋52R (T A ′－2T 0) ⑬ 由⑫⑬两式可求得T A ′＝Q 05R ＋45T 0 ⑭ B 中气体的末态的体积V B ′＝2V 0 ⑮（3）若Q 0＜Q m ，则隔板尚未移到气缸最右端，加热停止，故B 室中气体末态的体积V B ″＜2V 0．设A 、B 两室中气体末态的温度为T A ″，根据热力学第一定律，注意到A 室中气体经历的是等容过程，其吸收的热量Q A ＝52R (T A ″－T 0) ⑯ B 室中气体经历的是等压过程，吸收热量Q B ＝52R (T A ″－T 0)＋p 0(V B ″－V 0) ⑰ 利用理想气体状态方程，上式变为Q B ＝72R (T A ″－T 0) ⑱ 由上可知Q 0＝Q A ＋Q B ＝6R (T A ″－T 0)T 0 ⑲所以A 室中气体的末态温度T A ″＝Q 06R＋T 0 ⑳ B 室中气体的末态体积V B ″＝V 0T 0T A ″＝⎝⎛⎭⎫Q 06RT 0＋1V 0 ○21 参考评分：本题20分．得到Q 0＝Q m 的条件下①④式各1分；⑫式6分，得到Q 0＞Q m 的条件下的⑭式4分，⑮式2分；得到Q 0＜Q m 的条件下的⑳式4分，○21式2分． 8．（27届复赛7）地球上的能量从源头上说来自太阳辐射到达地面的太阳辐射（假定不计大气对太阳辐射的吸收）一部分被地球表面反射到太空，其余部分被地球吸收．被吸收的部分最终转换成为地球热辐射（红外波段的电磁波）．热辐射在向外传播过程中，其中一部分会被温室气体反射回地面，地球以此方式保持了总能量平衡．作为一个简单的理想模型，假定地球表面的温度处处相同，且太阳和地球的辐射都遵从斯忒蕃一玻尔兹曼定律：单位面积的辐射功率J 与表面的热力学温度T 的四次方成正比，即J ＝σT 4，其中σ是一个常量．已知太阳表面温度T s ＝5.78×103K ，太阳半径R s ＝6.69×105km ，地球到太阳的平均距离d ＝1.50×108km ．假设温室气体在大气层中集中形成一个均匀的薄层，并设它对热辐射能量的反射率为ρ＝0.38．（1）如果地球表面对太阳辐射的平均反射率α＝0.30，试问考虑了温室气体对热辐射的反射作用后，地球表面的温度是多少？（2）如果地球表面一部分被冰雪覆盖，覆盖部分对太阳辐射的反射率为α1=0.85，其余部分的反射率处α2＝0.25．间冰雪被盖面占总面积多少时地球表面温度为273K ． 解析：（1）根据题意，太阳辐射的总功率P S ＝4πR 2S σT 4S ，太阳辐射各向同性的向外传播．设地球半径为r E ，可以认为地球所在处的太阳辐射是均匀的，故地球接收太阳辐射的总功率为：P I ＝σT 4S ⎝⎛⎭⎫R S d 2πr 2E ① 地球表面反射太阳辐射的总功率为αP I ．设地球表面的温度为T E ，则地球的热辐射总功率为：P E ＝4πr 2E σT 4E ② 考虑到温室气体向地球表面释放的热辐射，则输入地球表面的总功率为P I ＋βP E ．当达到热平衡时，输入的能量与输出的能量相等，有：P I ＋βP E ＝αP I ＋P E ③ 由以上各式得：T E ＝T S 22⎝ ⎛⎭⎪⎫1－α1－β14⎝⎛⎭⎫R S d 12 错误！未定义书签。
物理竞赛热学专题精编大全(带答案详解)
物理竞赛热学专题精编大全（带答案详解)一、多选题1．如图所示为一种简易温度计构造示意图，左右两根内径粗细均匀的竖直玻玻璃管下端通过软管相连接，在管中灌入某种液体后环境的温度。
重复上述操作，便可在左管上方标注出不同的温度刻，将左管上端通过橡皮塞插入小烧瓶中。
调节右管的高度，使左右两管的液面相平，在左管液面位置标上相应的温度刻度。
多次改变烧瓶所在度，为了增大这个温度计在相同温度变化时液面变化的髙度，下列措施中可行的是（)A．增大液体的密度B．增大烧瓶的体积C．减小左管的内径D．减小右管的内径【答案】BC2．如图所示为两端封闭的U形玻璃管，竖直放置，管内左、右两段封闭空气柱A、B 被一段水银柱隔开，设原来温度分别为T A和T B，当温度分别升高△T A和△T B时，关于水银柱高度差的变化情况，下列说法中正确的是（）A．当T A＝T B，且△T A＝△T B时，h一定不变B．当T A＝T B，且△T A＝△T B时，h一定增大C．当T A＜T B，且△T A＜△T B时，h一定增大D．当T A＞T B，且△T A＝△T B时，h一定增大【答案】BD【解析】【详解】AB.由于左边的水银比右边的高ℎ，所以右边的气体的压强比左边气体的压强大，即P B> P A，设在变化的前后AB两部分气体的体积都不发生变化，即AB做的都是等容变化，则根据PT =ΔPΔT可知，气体的压强的变化为ΔP=PΔTT，当T A=T B，且ΔT A=ΔT B时，由于P B>P A，根据ΔP=PΔTT可知ΔP B>ΔP A，ℎ一定增大，故选项A错误，B正确；C.当T A<T B，且ΔT A<ΔT B时，由于P B>P A，根据ΔP=PΔTT可知不能判断ΔP B和ΔP A变化的大小，所以不能判断ℎ的变化情况，故选项C错误；D.当T A>T，且ΔT A=ΔT B时，由于P B>P A，根据ΔP=PΔTT可知ΔP B>ΔP A，ℎ一定增大，故选项D正确；3．下列叙述正确的是（）A．温度升高，物体内每个分子的热运动速率都增大B．气体压强越大，气体分子的平均动能就越大C．在绝热过程中外界对气体做功，气体的内能必然增加D．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性【答案】CDA.温度升高，气体分子的平均动能增大，但是个别分子运动速率可能减小，故A错误；B.温度是气体分子的平均动能变化的标志。
第29届全国中学生物理竞赛决赛试题及答案(word版)
For personal use only in study and research; not for commercial use29届全国中学生物理竞赛决赛试题panxinw 整理一、(15分)如图，竖直的光滑墙面上有A 和B 两个钉子，二者处于同一水平高度，间距为l ，有一原长为l 、劲度系数为k 的轻橡皮筋，一端由A 钉固定，另一端系有一质量为m=gkl 4的小球，其中g 为重力加速度．钉子和小球都可视为质点，小球和任何物体碰撞都是完全非弹性碰撞而且不发生粘连．现将小球水平向右拉伸到与A 钉距离为2l 的C 点，B 钉恰好处于橡皮筋下面并始终与之光滑接触．初始时刻小球获得大小为20gl v 、方向竖直向下的速度，试确定此后小球沿竖直方向的速度为零的时刻．二、(20分)如图所示，三个质量均为m 的小球固定于由刚性轻质杆构成的丁字形架的三个顶点A 、B 和C 处．AD ⊥BC ，且AD=BD=CD=a ，小球可视为质点，整个杆球体系置于水平桌面上，三个小球和桌面接触，轻质杆架悬空．桌面和三小球之间的静摩擦和滑动摩擦因数均为μ，在AD 杆上距A 点a ／4和3a ／4两处分别施加一垂直于此杆的推力，且两推力大小相等、方向相反．1．试论证在上述推力作用下，杆球体系处于由静止转变为运动的临界状态时，三球所受桌面的摩擦力都达到最大静摩擦力；2．如果在AD 杆上有一转轴，随推力由零逐渐增加，整个装置将从静止开始绕该转轴转动．问转轴在AD 杆上什么位置时，推动该体系所需的推力最小，并求出该推力的大小．正视图如图所示，正视图下部为一高度为h的矩形，上部为一半径为R的半圆形．柱体上表面静置一质量同为m的均匀柔软的链条，链条两端距地面的高度均为h／2，链条和柱体表面始终光滑接触．初始时，链条受到微小扰动而沿柱体右侧面下滑．试求在链条开始下滑直至其右端接触地面之前的过程中，当题中所给参数满足什么关系时，1．柱体能在地面上滑动；2．柱体能向一侧倾倒；3．在前两条件满足的情形下，柱体滑动先于倾倒发生．四、(20分)如图所示，在一光滑水平圆桌面上有两个质量、电荷都均匀分布的介质球，两球半径均为a，A球质量为m，所带电荷量为Q，B球质量为4m，所带电荷量为-4Q．在初始时刻，两球球心距为4a，各有一定的初速度，以使得两球在以后的运动过程中不发生碰撞，且都不会从圆桌面掉落．现要求在此前提下尽量减小桌面面积，试求1．两球初速度的方向和大小；假设两球在运动过程中，其所带电荷量始终保持均匀分布：桌面也不发生极化效应．已知两个均匀带电球之间的静电相互作用力，等于电荷集中在球心的两个点电荷之间的相互作用力；静电力常量为k e．如图所示，一半径为R 的轻质绝缘塑料薄圆盘水平放置，可绕过圆盘中心的竖直固定轴无摩擦地自由转动．一半径为a 的轻质小圆线圈(a<<R)固定在盘面上，圆线圈与圆盘共轴．在盘边缘处等间隔地固定4个质量均为m 的带正电的金属小球，每个小球所带电荷量均为q ．此装置处在一磁感应强度大小为B 0、方向竖直向上的均匀强磁场中．初始时圆盘静止，圆线圈中通有恒定电流I ．方向沿顺时针方向(从上往下看)．若切断圆线圈中的电流，则圆盘将发生转动．求薄圆盘稳定转动后，圆盘在水平方向对每个金属球小的作用力的大小．假设金属小球可视为质点，不计小圆线圈的自感和带电金属小球因运动所产生的磁场．已知固定在圆盘面上的半径为a 、通有电流I 的圆线圈在圆盘面内、距线圈圆心的距离为r 处(r>>a)产生的磁场的磁感应强度的大小为B=322r Ia k m ，式中k m 为已知常量，当线圈中的电流沿顺时针方向时，磁场方向垂直于圆盘平面且竖直向上．静电力常量为k e ．如图，一水平放置的刚性密闭气缸，缸壁是绝热的，活塞把气缸内空间分为两个体积相同的密闭室A 和B ．活塞由一层热容量很小(略去其影响)、导热良好的材料(与气缸壁有摩擦)和一薄层绝热材料(与气缸壁没有摩擦)压制而成，绝热层在A 室一侧．初始时，A 室和B 室充有绝对温度均为T 0的同种多原子分子理想气体，A 室气体压强是B 室气体压强的4倍．现释放活塞，活塞由于其导热部分与汽缸壁之间存在摩擦而运动缓慢，最后停止在平衡位置(此时活塞与缸壁间无静摩擦)．已知气缸中的气体具有如下特性：在温度高于某个临界温度T d (>T 0)时，部分多原子气体分子将发生分解，一个多原子分子可以分解为另外两个相同的多原子分子．被分解的气体摩尔数与发生分解前气体总摩尔数之比a 满足关系a=)(d T T -β，其中β=2.00T 0-1．分解过程是可逆的，分解1摩尔分子所需能量φ=CT 0／l0，1摩尔气体的内能与绝对温度T 的关系为u=CT(C 是与气体的种类无关的常量)．已知当压强为P 、体积为V 的这种气体绝热缓慢膨胀时，PV γ=常量，其中γ=4／3．1．对于具有上述特性的某种气体，若实验测得在上述过程结束时没有任何分子发生了分解，求这种分子发生分解的临界温度T d 的可能值；2．对于具有上述特性的另一种气体，若实验测得在上述过程结束时有a=l0.0％的分子分解了，求这种分子发生分解的临界温度T d ．如图一所示的光学系统是由平行光管、载物台和望远镜组成．已知望远镜物镜L 0的焦距为l6.OOcm ．在L 0的焦平面P 处，放置带十字叉丝线的分划板和亮十字物，如图二所示．在载物台上放置双面平行的平面镜M ，通过望远镜的目镜Le 观察时，能同时清楚地看到分划板上的十字叉丝线和十字物经过L 0折射、M 反射、再经L 0折射后在分划板上所成的十字像，十字像位于A 点，与上十字叉丝线的距离为5.2mm ．绕载物台转轴(沿竖直方向)转动载物台，使平面镜转l80°，此时十字像位于B 点，与上十字叉丝线的距离为18.8mm ．根据以上情况和数据可计算出，此时望远镜光轴与水平面的夹角为 rad ；据此结果，调节望返镜，使其光轴与载物台的转轴垂直．平行光管是由十字缝S 和凸透镜L 组成．去掉光学系统中的平面镜M ，并用钠光灯照亮S ．沿水平方向移动S ，当S 到平行光管中的透镜L 距离为8.25cm 时，通过望远镜目镜能清楚地看到十字缝的像恰好成在分划板中心十字叉丝线上，由此可以推知，L 的焦距等于 cm ．将载物台平面调至与载物台的转轴垂直，在载物台上放置长、宽、高均为3.OOcm 、折射率为1.52的分束棱镜abed(分束棱镜是由两块直角三棱镜密接而成，接触面既能透光又能反光)和待测凹球面镜0，0到L 的距离为l5.OOcm ，并保证分束棱镜的ab 面与图三中的XX ′轴垂直、凹球面镜的光轴与图三中的XX ′轴重合；再将望远镜绕载物台的中心轴转90°，如图三所示。
全国中学生物理竞赛集锦(热学)
全国中学生物理竞赛集锦（热学）第21届预赛2004.9.5 一、（15分）填空e ．在标准状态下，1cm 3 气体中的分子数约为____________。
（阿伏加德罗常量 N A ＝6.02×1023 mol －1） 第21届复赛一、(20分)薄膜材料气密性能的优劣常用其透气系数来加以评判．对于均匀薄膜材料，在一定温度下，某种气体通过薄膜渗透过的气体分子数，其中t 为渗透持续时间，S 为薄膜的面积，d 为薄膜的厚度，为薄膜两侧气体的压强差．k 称为该薄膜材料在该温度下对该气体的透气系数．透气系数愈小，材料的气密性能愈好．图为测定薄膜材料对空气的透气系数的一种实验装置示意图．EFGI 为渗透室，U 形管左管上端与渗透室相通，右管上端封闭；U 形管内横截面积A ＝0.150cm 2．实验中，首先测得薄膜的厚度d =0.66mm ，再将薄膜固定于图中处，从而把渗透室分为上下两部分，上面部分的容积，下面部分连同U 形管左管水面以上部分的总容积为V 1，薄膜能够透气的面积S =1.00cm 2．打开开关K 1、K 2与大气相通，大气的压强P 1＝1.00atm ，此时U 形管右管中气柱长度，．关闭K1、K 2后，打开开关K 3，对渗透室上部分迅速充气至气体压强，关闭K 3并开始计时．两小时后， U 形管左管中的水面高度下降了．实验过程中，始终保持温度为．求该薄膜材料在时对空气的透气系数．（本实验中由于薄膜两侧的压强差在实验过程中不能保持恒定，在压强差变化不太大的情况下，可用计时开始时的压强差和计时结束时的压强差的平均值来代替公式中的．普适气体常量R = 8.31Jmol-1K-1，1.00atm = 1.013×105Pa）．第20届预赛三、(20分)在野外施工中，需要使质量 m＝4.20 kg的铝合金构件升温。
除了保温瓶中尚存有温度t＝90.0℃的1.200 kg的热水外，无其他热源．试提出一个操作方案，能利用这些热水使构件从温度 t0=10℃升温到66.0℃以上（含66.0℃），并通过计算验证你的方案．已知铝合金的比热容 c＝0.880×l03J·(Kg·℃)-1，水的比热容c0=4.20×103J·(Kg·℃)-1，不计向周围环境散失的热量。
全国中学生高中物理竞赛第16届—22届预赛热学题集锦(含答案)
全国中学生高中物理竞赛第16届—22届预赛热学题集锦（含答案）一、第16届预赛题. （15分）如图预16-3所示，两个截面相同的圆柱形容器，右边容器高为H ，上端封闭，左边容器上端是一个可以在容器内无摩擦滑动的活塞。
两容器由装有阀门的极细管道相连通，容器、活塞和细管都是绝热的。
开始时，阀门关闭，左边容器中装有热力学温度为0T 的单原子理想气体，平衡时活塞到容器底的距离为H ，右边容器内为真空。
现将阀门缓慢打开，活塞便缓慢下降，直至系统达到平衡。
求此时左边容器中活塞的高度和缸内气体的温度。
提示：一摩尔单原子理想气体的内能为32RT ，其中R 为摩尔气体常量，T 为气体的热力学温度。
参考解答设容器的截面积为A ，封闭在容器中的气体为ν摩尔，阀门打开前，气体的压强为0p 。
由理想气体状态方程有00p AH RT ν= （1） 打开阀门后，气体通过细管进入右边容器，活塞缓慢向下移动，气体作用于活塞的压强仍为0p 。
活塞对气体的压强也是0p 。
设达到平衡时活塞的高度为x ，气体的温度为T ，则有0()p H x A RT ν+= （2） 根据热力学第一定律，活塞对气体所做的功等于气体内能的增量，即003()()2p H x A R T T ν-=- （3） 由（1）、（2）、（3）式解得25x H =（4） 075T T = （5）二、第17届预赛题.（20分）绝热容器A 经一阀门与另一容积比A 的容积大得很多的绝热容器B 相连。
开始时阀门关闭，两容器中盛有同种理想气体，温度均为30℃，B 中气体的压强为A 中的2倍。
现将阀门缓慢打开，直至压强相等时关闭。
问此时容器A 中气体的温度为多少？假设在打开到关闭阀门的过程中处在A 中的气体与处在B 中的气体之间无热交换．已知每摩尔该气体的内能为52U RT =，式中R 为普适气体恒量，T 是热力学温度． 参考解答设气体的摩尔质量为μ，容器A 的体积为V ，阀门打开前，其中气体的质量为M 。
初中物理竞赛题及答案(热学计算题、综合题),提分神器
初中物理竞赛题及答案（热学计算题、综合题），提分神器四、计算题（96第六届复）六、（20）小明有一只温度计，虽然它的玻璃管的内径和刻度都是均匀的，标度却不准确。
它在冰水混合物中的读数是－0.7℃，在沸水中的读数是102.3℃。
(l)当它指示的气温是－6℃时，实际的温度是多少？(2)它在什么温度附近误差很小，可以当作刻度正确的温度计使用？答案：实际温度记为t，温度计的读数记为t＇。
按题意，t和t＇为线性关系，因此t=at＇+b ①分别把t＇=-0.7℃、t=0℃和t＇=102.3℃、t=100℃代入，解出a=0.97，b=0.68再将a、b值代入①式得t=0.97t＇+0.68℃②(1)把t＇=-6℃代入②式，得t=-5.14℃．(2)令t＇=t，则②式变为t=0.97t+0.68℃解出t=22.7℃（97第七届复）五、（15）小明有一只温度计，虽然它的玻璃管的内径和刻度都是均匀的，标度却不准确。
它在冰水中的读数是-0.7℃，在沸水中的读数是102.3℃。
（1）当它指示的气温是-6℃时，实际的温度是多少？（2）它在什么温度附近误差很小，可以当作刻度正确的温度计使用？答案： (1)设温度计的读数为t＇时，实际温度为t。
由于t由0°→100℃时，温度计的读数由-0.7℃→102.3℃。
故有t＇=（t×1.03）-0.7℃，或 t=0.97t＇+0.68℃，当t＇=-6℃时，有t=-5.1℃。
(2)当温度计的读数恰等于实际温度时有 t=t＇，则t-0.97t=0.68℃，∴t=22.7℃。
（99第九届复）四、(20分)小红做实验时发现一支温度计不准确．把它和标准温度计一同插入水中，发现当实际温度为2℃时它的示数是4℃，82℃时的示数是80℃．仔细观察，它的刻度是均匀的．(1)请以x表示任意温度时这支温度计的示数，以y表示这时的实际温度，导出用x表示y的公式．(2)这支温度计的示数为26℃时，实际温度是多少?(3)在什么温度时这支温度计的示数等于实际温度?答案：(1)因为刻度是均匀的，所以温度计每增加相同的示数时，实际温度的增加也是相同的．根据这一点，可以试探性地写出y=ax(a 为某一常量)．但是根据题中所述的实际情况，当x=0℃时．y不可能也是0℃，设这时y=b，于是y和x的关系在形式上应为y=ax+b ①由于x=4℃时，y=2℃，x=80℃时y=82℃，把这两组数据分别代入①式得到4℃×a+b=2℃80℃×a+b=82℃解这个联立方程得a=1.05 b=-2．2 1℃即：y=1．05 x-2．2 1℃②(2)把x=26℃代人②式得y=25℃．这表示当这支温度计示数为26℃时，实际温度为25℃．(3)在②式中令x=y即x=1．05x-2．2 1℃解之得 x=44℃，即表示在44℃时温度计的示数与实际温度相同．（99第九届复B）五、（25分）小红做实验时发现一只温度计不准确。
学科竞赛-初中物理竞赛-热学试题(高难度_需谨慎)
初中物理竞赛-热学试题(高难度_需谨慎)A9\A10A 班初中物理竞赛热学训练试题班级________学号_________姓名_________得分________（时间：60分满分100分）1.液体表面分界线单位长度上的表面张力叫作表面张力系数，用下面方法可以测量液体的表面张力从而求得液体的表面张力系数.如图所示，容器内盛有肥皂液，AB 为一杠杆，AC=15cm ，BC=12cm.在其A 端挂一细钢丝框，在B 端加砝码使杠杆平衡.然后先将钢丝框浸于肥皂液中，再慢慢地将它拉起一小段距离(不脱离肥皂液)，使钢丝框被拉起的部分蒙卜一层肥皂膜，这时需将杠杆B 端砝码的质量增加5.0×10－4kg ，杠杆才重新平衡(钢丝框的钢丝很细，在肥皂中受到的浮力可不计).则肥皂液的表面张力为( ).c(A)6×10－3N (B)14×10－3N (C)4×10－3N (D)3×10－3N2.如图所示，若玻璃在空气中重为G 1，排开的水重为G 2，则图中弹簧秤的示数为( ).(A )等于G 1 (B )等于G 2(C )等于(G 1－G 2) (D )大于(G 1－G 2)3. 两个相同的轻金属容器里装有同样质量的水。
一个重球挂在不导热的细线上。
放入其中一个容器内，使球位于容器内水的体积中心。
球的质量等于水的质量，球的密度比水的密度大得多。
两个容器加热到水的沸点，再冷却。
已知：放有球的容器冷却到室温所需时间为未放球的容器冷却到室温所需时间的k 倍。
试求制作球的物质的比热与水的比热之比c 球:c两个完全相同的金属球a 、b,其中a 球放在不导热的水平面上,b 球用不导热的细线悬挂起来。
现供给两球相同的热量，他们的温度分别升高了△ta 、△tb ，假设两球热膨胀的体积相等，则A.△ta>△tbB.△taC.△ta=△tbD.无法比较4.水和油边界的表面张力系数为σ=1.8×10-2N ／m ，为了使1.0×103kg 的油在水内散成半径为r =10－6m 的小油滴，若油的密度为900kg ／m 3，问至少做多少功?5.炎热的夏季，人们通过空调来降低并维持房间较低的温度，在室外的温度为1T 时，要维持房间0T 的温度，空调每小时工作0n 次。
全国初中物理竞赛试题专项(热学综合)精编(2024版)(附答案)
全国初中物理竞赛试题专项（热学综合）精编（2024版）一、单选题1．将盛水的烧瓶加热，水沸腾后把烧瓶从火焰上拿开，并迅速塞上瓶塞，再把烧瓶倒置后向瓶底浇上冷水，如图所示。
关于烧瓶内的水，下列分析正确的是（ ）A．一直沸腾，浇上冷水时，水面气压增大，水会停止沸腾B．先停止沸腾，浇上冷水时，水面气压增大，水会再次沸腾C．因没有继续加热，浇上冷水时，水的温度降低，不会沸腾D．先停止沸腾，浇上冷水时，水面气压减小，水会再次沸腾2．小牛同学用一个功率为1000W的电加热器给lkg冰加热，研究不同状态的水的吸热能力。
图中，甲乙丙三条图线中的一条，是他依据实验数据绘制而成。
若相同时间内水和冰吸收的热量相同。
已知c水=4.2×103J/（kg ℃），c冰＜c水下列说法正确的是（ ）A．小牛绘制的是甲图线B．冰熔化过程中加热器消耗的电能为2000JC．0~1min冰吸收的热量是6×104JD．3~5nin时间内，电加热器的热效率为35%3．下列事实中，能说明物质吸收热量的本领跟物质的种类有关的是（）．A．体积相等的两瓶水，温度都升高了10 ℃，它们吸收的热量相等B．质量不同的两块铁，温度都升高了10 ℃，它们吸收的热量不相等C．体积相等的水和酒精，温度都升高了10 ℃，它们吸收的热量不相等D．质量相等的水和酒精，温度都升高了10 ℃，它们吸收的热量不相等二、多选题4．有一支温度计，刻度均匀但读数不准，将它放在1标准大气压下的冰水混合物中，示数为4℃；将它放在1标准大气压下的沸水中，示数为94℃，下列说法正确的是（ ）A．将其放在1标准大气压下的沸水中，实际温度应为100℃B．将它放在某房间内，其示数为22℃，该房间的实际温度应为20℃C．在40℃附近，该温度计读数最准确D．在温度大于50℃时，该温度计显示的温度比实际温度要大5．小明在探究“水蒸发快慢与水上方空气流速、水与空气的接触面积和水的温度是否有关”实验中。
全国初中物理竞赛试题精编(2024年)(附答案)
全国初中物理竞赛试题精编（2024年）一、单选题1．如图所示，足够高的柱形容器底面积为200cm 2。
容器内放有一密度为0.4g/cm 3、边长为10cm 的正方体木块A ，将一物块B 放在A 的正上方，用一条质量可忽略不计的细绳，两端分别系于木块底部中心和柱形容器中心。
现缓慢向容器中加水，当加入2.4kg 的水后停止加水，此时木块A 有五分之一的体积露出水面，细绳受到的拉力为1N ，容器中水的深度为h 1；再将物块B 取下并缓慢放入水中直到浸没时，细绳刚好断掉，液面稳定后容器中水的深度为h 2。
已知细绳能承受的最大拉力为5N 。
则下列说法中错误的是（ ）A ．细绳的长度为8cmB ．物体B 的密度为3g/cm 3C ．h 1:h 2=16:17D ．物块B 最终对容器底部的压力为2N 2．如图甲是西南大学校内的一座塑像，其基座结构类似于图乙和丙的模型。
若A 、B 是质量分布均匀的正方体物块，其边长分别是20cm ，30cm 、密度之比A B :3:1ρρ=。
将A 放在水平地面上，B 放在A 的上面，A 对水平地面的压强为5100Pa （如图乙），下列说法正确的是（ ）①图乙中，物块A 的重力为204N ：②物块A 的密度为331.210kg /m ⨯；③图丙中，要使B 对地面的压强为2800Pa ，应将物块B 沿竖直方向切去23；④图丙中，将A沿水平方向截取1726，将截取部分放在水平地面上，此时余下部分和截取部分对水平地面的压强相等A．只有①、②正确B．只有②、④正确C．只有①、③正确D．只有②、③正确3．如图甲所示，一个滑轮组竖直固定在水平支架上，已知每个滑轮均重20N，滑轮组下端挂有重为G的物体A，用力F通过滑轮组绳的末端竖直向上匀速提升重物A，重物A向上运动的速度为v，力F做功的功率P随物体上升速度v 之间的关系图象如图乙所示。
滑轮与轴的摩擦、绳的质量忽略不计，g取10N/kg。
则下列说法正确的是（ ）A．拉力F的大小为120NB．滑轮组对水平支架的拉力为140NC．拉力F的功率为1.2W时，10s内滑轮组对物体A做功12JD．若在物体A下再加挂30N的重物，滑轮组的机械效率可以达到86.7％4．如图甲所示，边长为10cm的均匀实心正方体用轻质细杆固定在容器底部，容器内底面积为400cm2。
全国初中物理竞赛题及答案精编WORD版
全国初中物理竞赛题及答案精编W O R D版 IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】全国初中物理竞赛精选题及答案初中物理知识要点一览与初中物理基本概念概要（一）初中物理知识要点一览速度：V（m/S）?v=?S：路程/t：时间?重力G?（N）?G=mg（?m：质量；?g：9.8N或者10N?）密度：ρ?（kg/m3）?ρ=?m?（m：质量；?V：体积?）合力：F合?（N）?方向相同：F合=F1+F2?；?方向相反：F合=F1—F2?方向相反时,F1>F2? 浮力：F浮?(N)?F浮=G物—G视?（G视：物体在液体的重力?）浮力：F浮?(N)?F浮=G物?（此公式只适用?物体漂浮或悬浮?）浮力：F浮?(N)?F浮=G排=m排g=ρ液gV排?（G排：排开液体的重力?；m排：排开液体的质量?；ρ液：液体的密度?；?V排：排开液体的体积?(即浸入液体中的体积)?）杠杆的平衡条件：?F1L1=?F2L2?（?F1：动力?；L1：动力臂；F2：阻力；?L2：阻力臂?）定滑轮：?F=G物?S=h?（F：绳子自由端受到的拉力；?G物：物体的重力；?S：绳子自由端移动的距离；?h：物体升高的距离）动滑轮：?F=?（G物+G轮)/2?S=2?h?（G物：物体的重力；?G轮：动滑轮的重力）滑轮组：?F=?（G物+G轮）?S=n?h?（n：通过动滑轮绳子的段数）机械功：W?（J）?W=Fs?（F：力；?s：在力的方向上移动的距离?）有用功：W有?=G物h?总功：W总?W总=Fs?适用滑轮组竖直放置时?机械效率:?η=W有/W总?×100%?功率:P?（w）?P=?w/t?(W：功;?t：时间)压强p?（Pa）?P=?F/s?(F：压力;?S：受力面积）液体压强：p?（Pa）?P=ρgh?（ρ：液体的密度；?h：深度【从液面到所求点的竖直距离】?）热量：Q?（J）?Q=cm△t?（c：物质的比热容；?m：质量?；△t：温度的变化值?）燃料燃烧放出的热量：Q（J）?Q=mq?（m：质量；?q：热值）?串联电路?电流I（A）?I=I1=I2=……?电流处处相等?串联电路?电压U（V）?U=U1+U2+……?串联电路起分压作用?串联电路?电阻R（Ω）?R=R1+R2+……?并联电路?电流I（A）?I=I1+I2+……?干路电流等于各支路电流之和（分流）?并联电路?电压U（V）?U=U1=U2=……?并联电路?电阻R（Ω）1/R?=1/R1?+1/R2?+……?欧姆定律：?I=?U/I?电路中的电流与电压成正比,与电阻成反比?电流定义式?I=?Q/t?（Q：电荷量（库仑）；t：时间（S）?）电功：W?（J）?W=UIt=Pt?（U：电压；?I：电流；?t：时间；?P：电功率?）电功率：?P=UI=I2R=U2/R?（U:电压；?I：电流；?R：电阻?）电磁波波速与波?长、频率的关系：?C=λν?（C：波速（电磁波的波速是不变的,等于3×108m/s）；?λ：波长；?ν：频率?）（二）初中物理基本概念概要一、测量⒈长度L：主单位:米；测量工具:刻度尺；测量时要估读到最小刻度的下一位；光年的单位是长度单位.⒉时间t：主单位:秒；测量工具:钟表；实验室中用停表.1时＝3600秒,1秒＝1000毫秒.⒊质量m：物体中所含物质的多少叫质量.主单位：千克；?测量工具：秤；实验室用托盘天平.二、机械运动⒈机械运动：物体位置发生变化的运动.参照物：判断一个物体运动必须选取另一个物体作标准,这个被选作标准的物体叫参照物.⒉匀速直线运动：①比较运动快慢的两种方法：a?比较在相等时间里通过的路程.b?比较通过相等路程所需的时间.②公式：?1米／秒＝3.6千米／时.三、力⒈力F：力是物体对物体的作用.物体间力的作用总是相互的.力的单位：牛顿（N）.测量力的仪器：测力器；实验室使用弹簧秤.力的作用效果：使物体发生形变或使物体的运动状态发生改变.物体运动状态改变是指物体的速度大小或运动方向改变.⒉力的三要素：力的大小、方向、作用点叫做力的三要素.力的图示,要作标度；力的示意图,不作标度.⒊重力G：由于地球吸引而使物体受到的力.方向：竖直向下.重力和质量关系：G=mg?m=G/gg=9.8牛／千克.读法：9.8牛每千克,表示质量为1千克物体所受重力为9.8牛.重心：重力的作用点叫做物体的重心.规则物体的重心在物体的几何中心.⒋二力平衡条件：作用在同一物体；两力大小相等,方向相反；作用在一直线上.物体在二力平衡下,可以静止,也可以作匀速直线运动.物体的平衡状态是指物体处于静止或匀速直线运动状态.处于平衡状态的物体所受外力的合力为零.⒌同一直线二力合成：方向相同：合力F=F1+F2?;合力方向与F1、F2方向相同；方向相反：合力F=F1-F2,合力方向与大的力方向相同.⒍相同条件下,滚动摩擦力比滑动摩擦力小得多.滑动摩擦力与正压力,接触面材料性质和粗糙程度有关.【滑动摩擦、滚动摩擦、静摩擦】7．牛顿第一定律也称为惯性定律其内容是：一切物体在不受外力作用时,总保持静止或匀速直线运动状态.?惯性：物体具有保持原来的静止或匀速直线运动状态的性质叫做惯性.四、密度⒈密度ρ：某种物质单位体积的质量,密度是物质的一种特性.公式：?m=ρV?国际单位：千克／米3?,常用单位：克／厘米3,关系：1克／厘米3＝1×103千克／米3；ρ水＝1×103千克／米3；读法：103千克每立方米,表示1立方米水的质量为103千克.⒉密度测定：用托盘天平测质量,量筒测固体或液体的体积.面积单位换算：1厘米2=1×10-4米2,1毫米2=1×10-6米2.五、压强⒈压强P：物体单位面积上受到的压力叫做压强.压力F：垂直作用在物体表面上的力,单位：牛（N）.压力产生的效果用压强大小表示,跟压力大小、受力面积大小有关.压强单位：牛/米2；专门名称：帕斯卡（Pa）公式：?F=PS?【S：受力面积,两物体接触的公共部分；单位：米2.】改变压强大小方法：①减小压力或增大受力面积,可以减小压强；②增大压力或减小受力面积,可以增大压强.⒉液体内部压强：【测量液体内部压强：使用液体压强计（U型管压强计）.】产生原因：由于液体有重力,对容器底产生压强；由于液体流动性,对器壁产生压强.规律：①同一深度处,各个方向上压强大小相等②深度越大,压强也越大③不同液体同一深度处,液体密度大的,压强也大.?[深度h,液面到液体某点的竖直高度.]公式：P=ρgh?h：单位：米；?ρ：千克／米3；?g=9.8牛／千克.⒊大气压强：大气受到重力作用产生压强,证明大气压存在且很大的是马德堡半球实验,测定大气压强数值的是托里拆利（意大利科学家）.托里拆利管倾斜后,水银柱高度不变,长度变长.1个标准大气压＝76厘米水银柱高＝1.01×105帕＝10.336米水柱高测定大气压的仪器：气压计（水银气压计、盒式气压计）.大气压强随高度变化规律：海拔越高,气压越小,即随高度增加而减小,沸点也降低.六、浮力1．浮力及产生原因：浸在液体（或气体）中的物体受到液体（或气体）对它向上托的力叫浮力.方向：竖直向上；原因：液体对物体的上、下压力差.2．阿基米德原理：浸在液体里的物体受到向上的浮力,浮力大小等于物体排开液体所受重力.即F浮＝G液排＝ρ液gV排.?（V排表示物体排开液体的体积）3．浮力计算公式：F浮＝G-T＝ρ液gV排＝F上、下压力差4．当物体漂浮时：F浮＝G物?且?ρ物G物?且?ρ物2f?f。
全国中学生物理竞赛集锦(热学)标准答案
全国中学生物理竞赛集锦（热学)答案 第21届预赛２004.９．5一、1.e. ２．7×１0１9第21届复赛一、开始时U 形管右管中空气的体积和压强分别为 V 2 = H Ａ （１)p 2= ｐ1 ﻩ 经过2小时,Ｕ形管右管中空气的体积和压强分别为ﻩ A H H V )(2∆-='（2）2222V V p p '=' (3)渗透室下部连同U 形管左管水面以上部分气体的总体积和压强分别为ﻩﻩHAV V ∆+='11（4）ﻩH g p p Δ221ρ+'=ﻩ(5) 式中ρ 为水的密度，g 为重力加速度.由理想气体状态方程nRT pV =可知，经过2小时,薄膜下部增加的空气的摩尔数ﻩRTV p RT V p n 1111-''=∆ （6)在2个小时内，通过薄膜渗透过去的分子数A nN N ∆=ﻩ（７)式中ＮA 为阿伏伽德罗常量．渗透室上部空气的摩尔数减少，压强下降．下降了∆p ﻩ0V ΔnRTp =∆ﻩ（８) 经过2小时渗透室上部分中空气的压强为ﻩp p p ∆-='00ﻩ(９） 测试过程的平均压强差 [])(211010p p ()p p p '-'+-=∆（10)根据定义，由以上各式和有关数据，可求得该薄膜材料在０℃时对空气的透气系数ﻩﻩ11111s m Pa 104.2---⨯=∆=tSp Nd k(１1)评分标准:本题20分.(１)、(２)、(３)、(４）、(5)式各1分，（6)式３分,(7)、(8)、(9)、(1０) 式各2分,（１1) 式４分．第20届预赛三、参考解答1. 操作方案:将保温瓶中90.0t =℃的热水分若干次倒出来。
第一次先倒出一部分，与温度为010.0t =℃的构件充分接触，并达到热平衡,构件温度已升高到1t ,将这部分温度为1t 的水倒掉。
再从保温瓶倒出一部分热水，再次与温度为1t 的构件充分接触，并达到热平衡,此时构件温度已升高到2t ，再将这些温度为2t 的水倒掉。
全国中学生物理竞赛集锦 热学
全国中学生物理竞赛集锦（热学）第21届预赛2020.9.5一、（15分）填空e ．在标准状态下，1cm 3气体中的分子数约为____________。
（阿伏加德罗常量 N A ＝6.02×1023 mol －1）第21届复赛一、(20分)薄膜材料气密性能的优劣常用其透气系数来加以评判．对于均匀薄膜材料，在一定温度下，某种气体通过薄膜渗透过的气体分子数dPStkN ∆=，其中t 为渗透持续时间，S 为薄膜的面积，d 为薄膜的厚度，P ∆为薄膜两侧气体的压强差．k 称为该薄膜材料在该温度下对该气体的透气系数．透气系数愈小，材料的气密性能愈好．图为测定薄膜材料对空气的透气系数的一种实验装置示意图．EFGI 为渗透室，U 形管左管上端与渗透室相通，右管上端封闭；U 形管内横截面积A ＝0.150cm 2．实验中，首先测得薄膜的厚度d =0.66mm ，再将薄膜固定于图中C C '处，从而把渗透室分为上下两部分，上面部分的容积30cm 00.25=V ，下面部分连同U 形管左管水面以上部分的总容积为V 1，薄膜能够透气的面积S =1.00cm 2．打开开关K 1、K 2与大气相通，大气的压强P 1＝1.00atm ，此时U 形管右管中气柱长度cm 00.20=H ，31cm 00.5=V ．关闭K 1、K 2后，打开开关K 3，对渗透室上部分迅速充气至气体压强atm 00.20=P ，关闭K 3并开始计时．两小时后， U 形管左管中的水面高度下降了cm 00.2=∆H ．实验过程中，始终保持温度为C 0ο．求该薄膜材料在C 0ο时对空气的透气系数．（本实验中由于薄膜两侧的压强差在实验过程中不能保持恒定，在压强差变化不太大的情况下，可用计时开始时的压强差和计时结束时的压强差的平均值P ∆来代替公式中的P ∆．普适气体常量R = 8.31Jmol -1K -1，1.00atm = 1.013×105Pa ）．第20届预赛三、(20分)在野外施工中，需要使质量 m ＝4.20 kg 的铝合金构件升温。
物理竞赛热学专题精编大全(带答案详解)
物理竞赛热学专题精编大全（带答案详解）一、多选题1．如图所示为一种简易温度计构造示意图，左右两根内径粗细均匀的竖直玻玻璃管下端通过软管相连接，在管中灌入某种液体后环境的温度。
重复上述操作，便可在左管上方标注出不同的温度刻，将左管上端通过橡皮塞插入小烧瓶中。
调节右管的高度，使左右两管的液面相平，在左管液面位置标上相应的温度刻度。
多次改变烧瓶所在度，为了增大这个温度计在相同温度变化时液面变化的髙度，下列措施中可行的是（）A ．增大液体的密度B．增大烧瓶的体积C．减小左管的内径 D ．减小右管的内径【答案】BC2．如图所示为两端封闭的U 形玻璃管，竖直放置，管内左、右两段封闭空气柱A、B 被一段水银柱隔开，设原来温度分别为T A和T B，当温度分别升高△ T A和△ T B时，关于水银柱高度差的变化情况，下列说法中正确的是（）A．当T A＝T B，且△ T A＝△ T B时，h一定不变B．当T A＝T B，且△ T A＝△ T B时，h一定增大C．当T A<T B，且△ T A<△ T B时，h一定增大D．当T A>T B，且△ T A＝△ T B时，h 一定增大【答案】BD【解析】【详解】AB. 由于左边的水银比右边的高?，所以右边的气体的压强比左边气体的压强大，即???> ???，设在变化的前后???两? 部分气体的体积都不发生变化，即???做?的都是等容变化，则?? ???? ??????根据????= ??????可??知，气体的压强的变化为 ????= ??????，??当????= ???，且????= ?? ??时，由于???>??????C. 当????< ???，且 ????< ????时，由于 ???> ???，根据 ????= ??????可??知不能判断 ?? ??和?? ??变化的大小，所以不能判断 ?的变化情况，故选项 C 错误；??????D. 当???? > ??，且?????= ?????时，由于 ???> ???，根据????=??????可??知 ????> ????，?一定增大， 故选项 D 正确；3．下列叙述正确的是（）A ．温度升高，物体内每个分子的热运动速率都增大B ．气体压强越大，气体分子的平均动能就越大C ．在绝热过程中外界对气体做功，气体的内能必然增加D ．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 【答案】 CDA .温度升高，气体分子的平均动能增大， 但是个别分子运动速率可能减小， 故 A 错误； B.温度是气体分子的平均动能变化的标志。
高中物理竞赛十年复赛真题-热学(纯手打word版含问题详解)
十年真题－热学（复赛）1．（34届复赛7）如气体压强-体积图所示，摩尔数为ν的双原子理想气体构成的系统经历一正循环过程（正循环指沿图中箭头所示的循环），其中自A 到B 为直线过程，自B 到A 为等温过程．双原子理想气体的定容摩尔热容为52R ，R 为气体常量．（1）求直线AB 过程中的最高温度；（2）求直线AB 过程中气体的摩尔热容量随气体体积变化的关系式，说明气体在直线AB 过程各段体积围是吸热过程还是放热过程，确定吸热和放热过程发生转变时的温度T c ；（3）求整个直线AB 过程中所吸收的净热量和一个正循环过程中气体对外所作的净功．解析：（1）直线AB 过程中任一平衡态气体的压强p 和体积V 满足方程p －p 0p 0－p 02＝V －V 02V 02－V 0此即 p ＝32p 0－p 0V 0V ①根据理想气体状态方程有：pV ＝νRT ② 由①②式得： T ＝1νR ⎝ ⎛⎭⎪⎫－p 0V 0V 2＋32p 0V ＝－p 0νR ⎝ ⎛⎭⎪⎫V －34V 02＋9p 0V 016νR ③ 由③式知，当V ＝34V 0时， ④气体达到直线AB 过程中的最高温度为：T max ＝9p 0V 016νR ⑤（2）由直线AB 过程的摩尔热容C m 的定义有：dQ ＝νC m dT ⑥ 由热力学第一定律有： dU ＝dQ －pdV ⑦由理想气体能公式和题给数据有：dU ＝νC V dT ＝ν52RdT ⑧由①⑥⑦⑧式得：C m ＝C V ＋p ν dV dT ＝52R ＋⎝ ⎛⎭⎪⎫32p 0－p 0V 0V 1ν dVdT ⑨由③式两边微分得：dV dT ＝2νRV 0p 0(3V 0－4V )⑩由⑩式带入⑨式得：C m ＝21V 0－24V 3V 0－4V R2 ⑪由⑥⑩⑪式得，直线AB 过程中，在V 从V 02增大到3V 04的过程中，C m ＞0，dV dT ＞0，故dQ dV ＞0，吸热 ⑫在V 从3V 04增大到21V 024的过程中，C m ＜0，dV dT ＜0，故dQdV ＞0，吸热 ⑬在V 从21V 024增大到V 0的过程中，C m ＞0，dV dT ＜0，故dQdV ＜0，放热 ⑭由⑫⑬⑭式可知，系统从吸热到放热转折点发生在V ＝V c ＝21V 024处由③式和上式得：T c ＝1νR ⎝ ⎛⎭⎪⎫－p 0V 0V 2＋32p 0V ＝35p 0V 064νR ⑮ （3）对于直线AB 过程，由⑥⑩式得： dQ ＝νC mdT dVdV ＝21V 0－24V4V 0p 0dV ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫214－6V V 0p 0dV⑯将上式两边对直线过程积分得，整个直线AB 过程中所吸收的净热量为：Q直线=⎠⎜⎛V 0/2V 0⎝⎛⎭⎪⎫214－6V V 0p 0dV ＝p 0⎝ ⎛⎭⎪⎫21V 4－3V 2V 0⎪⎪⎪V 0V 02＝38p 0V 0 ⑰直线AB 过程中气体对外所做的功为：W 直线＝12⎝⎛⎭⎪⎫p 0＋p 02⎝⎛⎭⎪⎫V 0－V 02＝38p 0V 0 ⑱等温过程中气体对外所做的功为：W 等温＝⎠⎛V 0V 0/2pdV ＝⎠⎜⎛V 0V 0/2p 0V 02dV V＝－p 0V 02ln2 ⑲一个正循环过程中气体对外所做的净功为：W ＝W 直线＋W 等温＝⎝ ⎛⎭⎪⎫38－ln22p 0V 0 ⑳参考评分：第（1）问10分，①②式各3分，④⑤式各2分；第（2）问20分，⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮式各2分；第（3）问10分，⑯⑰⑱⑲⑳式各2分．2．（33届复赛2）秋天清晨，气温为4.0℃，一加水员到实验园区给一径为2.00m 、高为2.00m 的圆柱形不锈钢蒸馏水罐加水．罐体导热良好．罐外有一径为4.00cm 的透明圆柱形观察柱，底部与罐相连（连接处很短），与大气相通，如图所示．加完水后，加水员在水面上覆盖一层轻质防蒸发膜（不溶于水，与罐壁无摩擦），闭了罐顶的加水口．此时加水 员通过观察柱上的刻度看到罐水高为1.00m ． （1）从清晨到中午，气温缓慢升至24.0℃，问此时观察柱水位为多少？假设中间无人用水，水的蒸发及罐和观察柱体积随温度的变化可忽略．（2）从密闭水罐后至中午，罐空气对外做的功和吸收的热量分别为多少？求这个过程中罐空气的热容量．已知罐外气压始终为标准大气压p 0＝1.01×105pa ，水在4.0℃时的密度为ρ0=1.00×103kg ·m -3，水在温度变化过程中的平均体积膨胀系数为3.03×10-4K -1，重力加速度大小为g ＝9.80m/s 2，绝对零度为－273.15℃.解析：（1）清晨加完水封闭后，罐空气的状态方程为p 0V 0＝nRT 0 ① 至中午时由于气温升高，罐空气压强增大，设此时罐空气的压强、体积和温度分别为p 1、V 1、T 1，相应的状态方程为：p 1V 1＝nRT 1 ②此时观察柱和罐水位之差为：Δh ＝V 1－V 0S 1＋V 1－V 0S 2＋κ(T 1－T 0)(S 1＋S 2)l 0S 2③式中右端第三项是由原罐和观察柱水的膨胀引起的贡献，l 0＝1.00m 为早上加水后观察柱水面的高度，S 1＝πm 2，S 2＝4π×10－4m 2分别为罐、观察柱的横截面积． 由力平衡条件有：p 1＝p 0＋ρ1g Δh 1 ④ 式中ρ1＝ρ01＋κ(T 1－T 0)是水在温度为T 1时的密度． ⑤联立①②③④⑤式得：ρ1gS ′(Δh )2＋(p 0S 1＋λρ1gV 0)－⎝ ⎛⎭⎪⎫T 1T 0－λp 0V 0＝0⑥ 式中S ′＝S 1S 2S 1＋S 2，λ＝1－κ(T 1－T 0) ⑦解⑥得：Δh ＝－(p 0S 1＋λρ1gV 0)＋(p 0S 1＋λρ1gV 0)2＋4ρ1gS ′p 0V 0⎝ ⎛⎭⎪⎫T 1T 0－λ2ρ1gS ′＝0.812m ⑧另一解不合题意，舍去．由③⑤⑦⑧式和题给数据得：V 1－V 0＝S ′Δh －κ(T 1－T 0)S 1l 0＝－0.0180m 3 由上式和题给数据得，中午观察柱水位为：l 1＝Δh －V 1－V 0S 1＋l 0＝1.82m ⑨（2）先求罐空气从清晨至中午对外所做的功．解法（一）早上罐空气压强p 0＝1.01×105pa ，中午观察柱水位相对于此时罐水位升高Δh ，罐空气压强升高了Δp ＝ρ1g Δh ＝7.91×103pa ⑩ 因Δp <<p 0，认为在准静态升温过程中罐平均压强p －＝p 0＋12Δp ＝11.05×105pa⑪罐空气体积缩小了ΔV ＝0.0180m 3 ⑫ 可见ΔVV<<1，这说明⑪式是合理的．罐空气对外做功W ＝p －ΔV ＝－1.9×103J ⑬ 解法（二）缓慢升温是一个准静态过程，在封闭水罐后至中午之间的任意时刻，设罐空气都处于热平衡状态，设其体积、温度和压强分别为V 、T 和p ．水温为T 时水的密度为ρ＝ρ01＋κ(T －T 0) ⑩将②③④式中的V 1、T 1和p 1换为V 、T 和p ，利用⑩式得罐空气在温度为T 时的状态方程为：p ＝p 0＋ρg S ′[V 1－V 0＋κ(T 1－T 0)S 1l 0]＝p 0＋ρgS 1l 0S ′V 1－V 0S 1l 0＋κ(T 1－T 0)1＋κ(T 1－T 0)⑪由题设数据和前门计算结果可知，κ(T －T 0)＜κ(T 1－T 0)＝0.0060V －V 0S 1l 0＜V 1－V 0S 1l 0＝0.0057这说⑪式右端分子中与T 有关的项不可略去，而右端分母中与T 有关的项可略去．于是⑪式：p ＝p 0＋ρg S ′[V 1－V 0＋κ(T 1－T 0)S 1l 0]＝p 0＋ρgS 1l 0S ′⎣⎢⎡⎦⎥⎤V 1－V 0S 1l 0＋κ(T 1－T 0)利用状态方程，上式可改写成p ＝p 0－ρg S ′(V 0＋κT 0S 1l 0)＋nRκS 1l 01－κρ0gl 0nRS 1S ′V－nR κS 1l 0⑫从封闭水罐后至中午，罐空气对外界做的功为W ＝⎠⎛V 0V 1pdV＝⎠⎜⎛V 0V 1⎝⎛⎭⎪⎫p 0－ρg S ′(V 0＋κT 0S 1l 0)＋nRκS 1l 01－κρ0gl 0nR S 1S ′V －nR κS 1l 0dV＝－nR κS 1l 0⎩⎨⎧⎭⎬⎫(V 1－V 0)－S ′ρ0g ⎣⎢⎡⎦⎥⎤p 0－ρ0g S ′(V 0＋κT 0S 1l 0)＋nR κS 1l 0ln 1－κρ0gl 0nR S 1S ′V 11－κρ0gl 0nR S 1S ′V⑬＝－1.9×103J解法（三）缓慢升温是一个准静态过程，在封闭水罐后至中午的任意时刻，罐空气都处于热平衡状态，设其体积、温度和压强分别为V 、T 和p ．水在温度为T 时的密度为ρ＝ρ01＋κ(T －T 0) ⑩将②③④式中的V 1、T 1和p 1换为V 、T 和p ，利用⑩式得罐空气在温度为T 时的状态方程为p ＝p 0＋ρg S ′[V －V 0＋κ(T 1－T 0)S 1l 0]＝p 0＋ρ0g S ′V －V 0＋κ(T －T 0)S 1l 01＋κ(T －T 0)＝p 0＋ρ0g S ′S 1l 0＋ρ0g S ′ V －V 0－S 1l 01＋κ(T －T 0)≈p 0＋ρ0gS 1l 0S ′＋ρ0g S ′(V －V 0－S 1l 0)[1－κ(T －T 0)]＝p 0＋ρ0gS 1l 0S ′＋ρ0g S ′⎣⎢⎡⎦⎥⎤(V －V 0－S 1l 0)(1＋κT 0)－κnR PV (V －V 0－S 1l 0) ⑪ ≈p 0＋ρ0gS 1l 0S ′＋ρ0g S ′(V －V 0－S 1l 0)(1＋κT 0)＋ρ0g S ′κS 1l 0nRPV＝p 0＋ρ0gS 1l 0S ′＋ρ0g S ′(V －2V 0)(1＋κT 0)＋ρ0g S ′ κV 0nRPV ＝p 0＋ρ0gS 1l 0S ′＋ρ0g S ′(V －2V 0)(1＋κT 0)＋ρ0g S ′κT 0p 0PV 式中应用了κ(T －T 0)＜κ(T 1－T 0)＝0.0060，V －V 0S 1l 0＜V 1－V 0S 1l 0＝0.0057⑪式可改写成p ＝p 0＋ρ0gS 1l 0S ′＋ρ0g S ′(V －2V 0)(1＋κT 0)1－ρ0g S ′κT 0p 0V＝－(1＋κT 0)p 0κT 0＋1＋2κT 02κT 0p 0－ρ0gV 0S ′(1+2κT 0)1－ρ0g S ′κT 0p 0V⑫从封闭水罐后至中午，罐空气对外界做的功为W ＝⎠⎛V 0V 1pdV ＝⎠⎜⎛V 0V 1⎣⎢⎡⎦⎥⎤－1＋2κT 02κT 0p 0－ρ0gV 0S ′(1+2κT 0)1－ρ0g S ′κT 0p 0VdV＝－(1＋κT 0)p 0κT 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤V －V 0＋⎝ ⎛⎭⎪⎫S ′p 0ρ0g κT 0－V 0lnS ′p 0－ρ0g κT 0V 1S ′p 0－ρ0g κT 0V 0 ⑬＝－1.9×103J现计算罐空气的能变化．由能量均分定理知，罐空气中午相对于清晨的能改变为：ΔU ＝52nR (T 1－T 0)＝52 p 0V 0T 0(T 1－T 0)＝5.72×104J ⑭式中5是常温下空气分子的自由度．由热力学第一定律得罐空气的吸热为：ΔQ ＝W ＋ΔU ＝5.54×104J ⑮ 从封闭水罐后至中午，罐空气在这个过程中的热容量为：C ＝ΔQT 1－T 0＝2.77×103J/K ⑯参考评分：第（1）问10分，①②③④⑤⑥⑦⑧式各1分，⑨式2分；第（2）问10分，⑩⑪⑫式各1分，⑬⑭⑮式各2分，⑯式1分．3．（32届复赛7）如图，1mol 单原子理想气体构成的系统分别经历循环过程abcda 和abc ′a ．已知理想气体在任一缓慢变化过程中，压强p 和体积V 满足函数关系p ＝f (V )．（1）试证明：理想气体在任一缓慢变化过程的摩尔热容可表示为C π＝C V ＋pR p +VdpdV，式中，C V 和R 分别为定容摩尔热容和理想气体常数；（2）计算系统经bc ′直线变化过程中的摩尔热容；（3）分别计算系统经bc ′直线过程中升降温的转折点在p-V 图中的坐标A 和吸放热的转折点在p-V 图中的坐标B ；（4）定量比较系统在两种循环过程的循环效率．解析：（1）根据热力学第一定律有：dU ＝δQ ＋δW ① 这里对于1mol 理想气体经历的任一缓慢变化过程中，δQ 、δW 和dU 可分别表示为δQ ＝CπdT 、δW ＝－pdV 、dU ＝C V dT②将理想气体状态方程pV ＝RT 两边求导得p dV dT＋Vdp dVdV dT＝R③式中利用了dp dT ＝dp dVdV dT，根据③式有：dV dT＝R p ＋VdpdV④联立①②③④式得：C π＝C V ＋pR p +VdpdV⑤（2）设bc ′过程方程为p ＝α－βV ⑥ 根据C π＝C V ＋pR p +VdpdV可得该直线过程的摩尔热容为：C π＝C V ＋α－βVα－2βV)R⑦式中C V ＝32R 是单原子理想气体的定容摩尔热容．对bc ′过程的初态(3p 1,V 1)和终态(p 1,5V 1)有：3p 1＝α－βV 1、p 1＝α－5βV 1 ⑧由⑧式得：α＝72p 1、β＝p 12V 1 ⑨由⑥⑦⑧⑨式得：C π＝8V －35V 14V －14V 1R ⑩（3）根据过程热容的定义有：C π＝ΔQΔT ⑪式中，ΔQ 是气体在此直线过程中，温度升高ΔT 时从外界吸收的热量．由⑩⑪式得：ΔT ＝4V －14V 18V －35V 1RΔQ⑫ΔQ ＝8V －35V 14V －14V 1 ΔTR⑬由⑫式可知，bc ′过程中的升降温的转折点A 在p -V 图上的坐标为A (72V 1,74p 1) ⑭由⑩式可知，bc ′过程中的吸放热的转折点B 在p -V 图上的坐标为B (358V 1,2116p 1)⑮（4）对于abcda 循环过程，ab 和bc 过程吸热，cd 和da 过程放热 Q ab ＝nC V (T b －T a )＝1.5(RT b －RT a )＝3p 1V 1 Q bc ＝nC p (T c －T b )＝ 2.5(RT c －RT b )＝15p 1V 1⑯式中已知n ＝1mol ，单原子理想气体定容摩尔热容C V ＝32R ，定压摩尔热容C V ＝52R气体在abcda 循环过程中的效率可表示为循环过程中对外做的功处以总吸热，即ηabcda＝W abcda Q ab ＋Q bc＝4p 1V 118p 1V 1＝0.22⑰对于abc ′a 循环过程，ab 和bB 过程吸热，Bc ′和c ′a 过程放热．由热力学第一定律可得bB 过程吸热为：Q bc ′＝ΔU bB －W bB ＝nC V (T B －T b )＋12(p B ＋3p 1)(V B －V 1)＝11.39p 1V 1 ⑱所以循环过程abc ′a 的效率为ηabc ′a＝W abc ′a Q ab ＋Q bc ′＝4p 1V 114.39p 1V 1＝0.278⑲由⑰⑲式可知，ηabc ′a ＞ηabcda ⑳ 参考评分：第（1）问5分，①②③④⑤式各1分；第（2）问5分，⑥⑦⑧⑨⑩式各1分；第（3）问7分，⑪式1分，⑫⑬式各2分，⑭⑮式各1分；第（4）问5分，⑯⑰⑱⑲⑳式各1分．4．（31届复赛2）一种测量理想气体的摩尔热容比γ＝C p /C V 的方法（Clement-Desormes方法）如图所示：大瓶G 装满某种理想气体，瓶盖上通有一个灌气（放气）开关H ，另接出一根U 形管作为压强计M ．瓶外的压强差通过U 形管右、左两管液面的高度差来确定．初始时，瓶外的温度相等，瓶气体的压强比外面的大气压强稍高，记录此时U 形管液面的高度差h i ．然后打开H ，放出少量气体，当瓶外压强相等时，即刻关闭H ．等待瓶外温度又相等时，记录此时U 形管液面的高度差h f ．试由这两次记录的实验数据h i 和h f ，导出瓶气体的摩尔热容比γ的表达式．（提示：放气过程时间很短，可视为无热量交换；且U 形管很细，可忽略由高差变化引起的瓶气体在状态变化前后的体积变化）→解析：解法（一）瓶理想气体经历如下两个气体过程：(p i ,V 0,T 0,N i )——――——→放气(绝热膨胀)(p 0,V 0,T ,N f )—―——→等容升温(p f ,V 0,T 0,N f )其中，(p i ,V 0,T 0,N i )、(p 0,V 0,T ,N f )、(p f ,V 0,T 0,N f )分别是瓶气体在初态、中间态与末态的压强、体积、温度和摩尔数．根据理想气体方程pV ＝NkT ，考虑到由于气体初、末态的体积和温度相等，有p f p i ＝N fN i ①另一方面，设V ′是初态气体在保持其摩尔数不变的条件下绝热膨胀到压强为p 0时的体积，即：(p i ,V 0,T ,N i )—―——→绝热膨胀(p 0,V ′,T 0,N i )此绝热过程满足V 0V ′＝⎝ ⎛⎭⎪⎫p 0p i 1γ ②由状态方程有p 0V ′＝N i kT 和p 0V 0＝N f kT ，所以N f N i ＝V 0V ′ ③ 联立①②③式得p f p i ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫p 0p i 1γ ④此即γ＝lnp i p 0lnp i p f ⑤ 由力学平衡条件有p i ＝p 0＋ρgh i ⑥ p f ＝p 0＋ρgh f ⑦ 式中，p 0＋ρgh 0为瓶外的大气压强，ρ是U 形管中液体的密度，g 是重力加速度的大小．由⑤⑥⑦式得γ＝ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋h i h 0ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋h i h 0－ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋h f h 0 ⑧ 利用近似关系式：当x <<1，ln(1＋x )≈x ，以及h i h 0<<1，h fh 0<<1有γ＝h ih 0h i h 0－h f h 0＝h i h i －h f ⑨参考评分：本题16分．①②③⑤⑥⑦⑧⑨式各2分．解法（二）若仅考虑留在容器的气体：它首先经历了一个绝热膨胀过程ab ，再通过等容升温过程bc 达到末态(p i ,V 1,T 0)绝热膨胀ab ——————→(p 0,V 0,T )等容升温bc —————→(p f ,V 0,T 0) 其中，(p i ,V 1,T 0)、(p 0,V 0,T )、和(p f ,V 0,T 0)分别是留在瓶的气体在初态、中间态和末态的压强、体积与温度．留在瓶的气体先后满足绝热方程和等容过程方程ab ：p 1γ－1T 0γ＝p 0γ－1T γ ①bc ：p 0T ＝p f T 0② 由①②式得：p f p i ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫p 0p i 1γ ③此即γ＝lnp i p 0lnp i p f ④ 由力学平衡条件有p i ＝p 0＋ρgh i ⑤ p f ＝p 0＋ρgh f ⑥ 式中，p 0＋ρgh 0为瓶外的大气压强，ρ是U 形管中液体的密度，g 是重力加速度的大小．由④⑤⑥式得ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋h i h 0ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋h i h 0－ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋h f h 0 ⑦ 利用近似关系式：当x <<1，ln(1＋x )≈x ，以及h i h 0<<1，h fh 0<<1有γ＝h ih 0h i h 0－h f h 0＝h i h i －h f ⑧参考评分：本题16分．①②式各3分，④⑤⑥⑦⑧式各2分．5．（30届复赛6）温度开关用厚度均为0.20mm 的钢片和青铜片作感温元件；在温度为20℃时，将它们紧贴，两端焊接在一起，成为等长的平直双金属片．若钢和青铜的线膨胀系数分别为1.0×10-5/度和2.0×10-5/度．当温度升高到120℃时，双金属片将自动弯成圆弧形，如图所示．试求双金属片弯曲的曲率半径．(忽略加热时金属片厚度的变化．) 解析：设弯成的圆弧半径为r ，金属片原长为l ，圆弧所对的圆心角为φ，钢和青铜的线膨胀系数分别为α1和α2，钢片和青铜片温度由T 1＝20℃升高到T 2＝120℃时的伸长量分别为Δl 1和Δl 2. 对于钢片 (r －d 2)φ＝l ＋Δl 1 ① Δl 1＝l α1(T 2－T 1) ②式中，d ＝0.20mm ．对于青铜片(r ＋d 2)φ＝l ＋Δl 2 ③ Δl 2＝l α2(T 2－T 1) ④联立以上各式得r ＝2＋(α1＋α2)(T 2－T 1)2(α2－α1)(T 2－T 1)d ＝2.0×102mm ⑤ 参考评分：本题15分．①式3分，②式3分，③式3分，④式3分，⑤式3分． 6．（29届复赛6）如图所示，刚性绝热容器A 和B 水平放置，一根带有绝热阀门和多孔塞的绝热刚性细短管把容器A 、B 相互连通．初始时阀门是关闭的，A 装有某种理想气体，温度为T 1；B 为真空．现将阀门打开，气体缓慢通过多孔塞后进入容器B 中．当容器A 中气体的压强降到与初始时A 中气体压强之比为α时，重新关闭阀门．设最后留在容器A 的那部分气体与进入容器B 中的气体之间始终无热量交换，求容器B 中气体质量与气体总质量之比．已知：1mol 理想气体的能为u ＝CT ，其中C 是已知常量，T 为绝对温度；一定质量的理想气体经历缓慢的绝热过程时，其压强p 与体积V 满足过程方程常量=+C RC pV ，其中R 为普适气体常量．重力影响和连接管体积均忽略不计．解析：设重新关闭阀门后容器A中气体的摩尔数为n1，B中气体的摩尔数为n2，则气体总摩尔数为n＝n1＋n2①把两容器中的气体作为整体考虑，设重新关闭阀门后容器A中气体温度为T1′，B中气体温度为T2，重新关闭阀门之后与打开阀门之前气体能的变化可表示为ΔU＝n1C(T1′－T1)＋n2C(T2－T1) ②由于容器是刚性绝热的，按热力学第一定律有ΔU＝0 ③令V1表示容器A的体积, 初始时A中气体的压强为p1，关闭阀门后A中气体压强为αp1，由理想气体状态方程可知n＝p1V1RT1④n1＝(αp1)V1RT1′⑤由以上各式可解得：T2＝(1－α)T1T1′T1′－αT1由于进入容器B中的气体与仍留在容器A中的气体之间没有热量交换，因而在阀门打开到重新关闭的过程中留在容器A中的那部分气体经历了一个绝热过程，设这部分气体初始时体积为V10(压强为p1时)，则有p1V10C＋RC＝(αp1)V1C＋RC⑥利用状态方程可得p1V10T1＝(αp1)V1T1′⑦由①②③④⑤⑥⑦式得，阀门重新关闭后容器B中气体质量与气体总质量之比n2n＝2－αRC＋R－αCC＋R2―α―αRC＋R⑧参考评分：本题15分．①式1分，②式3分，③式2分，④⑤式各1分，⑥式3分，⑦式1分，⑧式3分．7．（28届复赛6）如图所示为圆柱形气缸，气缸壁绝热，气缸的右端有一小孔与大气相通，大气的压强为P 0．用一热容量可忽略的导热隔板N和一绝热活塞M 将气缸分为A 、B 、C 三室，隔板与气缸固连，活塞相对气缸可以无摩擦地移动但不漏气．气缸的左端A 室中有一电加热器Ω．已知在A 、B 室中均盛有1摩尔同种理想气体，电加热器加热前，系统处于平衡状态，A 、B 两室中气体的温度均为T 0，A 、B 、C 三室的体积均为V 0．现通过电加热器对A 室中气体缓慢加热，若提供的总热量为Q 0，试求B 室中气体的末态体积和A 室中气体的末态温度．（设A 、B 两室中气体1摩尔的能为U ＝52RT ，式中R 为普适气体常量，T 为绝对温度）在电加热器对A 室中气体加热的过程中，由于隔板N 是导热的，B 室中气体的温度要升高，活塞M 将向右移动.当加热停止时，活塞M 有可能刚移到气缸最右端，亦可能尚未移到气缸最右端. 当然亦可能活塞已移到气缸最右端但加热过程尚未停止．解析：（1）设加热恰好能使活塞M 移到气缸的最右端，则B 室气体末态的体积V B ＝2V 0 ① 根据题意，活塞M 向右移动过程中，B 中气体压强不变，用T B 表示B 室中气体末态的温度，有V 0T 0＝V BT B ②由①②式得 T B ＝2T 0 ③ 由于隔板N 是导热的，故A 室中气体末态的温度 T A ＝2T 0 ④ 下面计算此过程中的热量Q m ．在加热过程中，A室中气体经历的是等容过程，根据热力学第一定律，气体吸收的热量等于其能的增加量，即Q A ＝52R (T A －T 0) ⑤ 由④⑤两式得 Q A ＝52RT 0 ⑥ B 室中气体经历的是等压过程，在过程中B 室气体对外做功为W B ＝p 0(V B －V 0) ⑦ 由①⑦式及理想气体状态方程得W B ＝RT 0 ⑧能改变为ΔU B ＝52R (T B －T 0) ⑨ 由④⑨两式得ΔU B ＝52RT 0 ⑩ 根据热力学第一定律和⑧⑩两式， B 室气体吸收的热量为Q B ＝ΔU B ＋W B ＝72RT 0 ⑪ 由⑥⑪两式可知电加热器提供的热量为Q m ＝Q A ＋Q B ＝6RT 0 ⑫ 若Q 0＝Q m ，B 室中气体末态体积为2V 0，A 室中气体的末态温度2T 0．（2）若Q 0＞Q m ，则当加热器供应的热量达到Q m 时，活塞刚好到达气缸最右端，但这时加热尚未停止，只是在以后的加热过程中气体的体积保持不变，故热量Q 0－Q m 是A 、B 中气体在等容升温过程中吸收的热量．由于等容过程中气体不做功，根据热力学第一定律，若A 室中气体末态的温度为T A ′，有Q 0－Q m ＝52R (T A ′－2T 0)＋52R (T A ′－2T 0) ⑬ 由⑫⑬两式可求得T A ′＝Q 05R ＋45T 0 ⑭ B 中气体的末态的体积V B ′＝2V 0 ⑮（3）若Q 0＜Q m ，则隔板尚未移到气缸最右端，加热停止，故B 室中气体末态的体积V B ″＜2V 0．设A 、B 两室中气体末态的温度为T A ″，根据热力学第一定律，注意到A 室中气体经历的是等容过程，其吸收的热量Q A ＝52R (T A ″－T 0) ⑯ B 室中气体经历的是等压过程，吸收热量Q B ＝52R (T A ″－T 0)＋p 0(V B ″－V 0) ⑰ 利用理想气体状态方程，上式变为Q B ＝72R (T A ″－T 0) ⑱ 由上可知Q 0＝Q A ＋Q B ＝6R (T A ″－T 0)T 0 ⑲ 所以A 室中气体的末态温度T A ″＝Q 06R ＋T 0 ⑳ B 室中气体的末态体积V B ″＝V 0T 0T A ″＝⎝ ⎛⎭⎪⎫Q 06RT 0＋1V 0 ○21 参考评分：本题20分．得到Q 0＝Q m 的条件下①④式各1分；⑫式6分，得到Q 0＞Q m 的条件下的⑭式4分，⑮式2分；得到Q 0＜Q m 的条件下的⑳式4分，○21式2分． 8．（27届复赛7）地球上的能量从源头上说来自太阳辐射到达地面的太阳辐射（假定不计大气对太阳辐射的吸收）一部分被地球表面反射到太空，其余部分被地球吸收．被吸收的部分最终转换成为地球热辐射（红外波段的电磁波）．热辐射在向外传播过程中，其中一部分会被温室气体反射回地面，地球以此方式保持了总能量平衡．作为一个简单的理想模型，假定地球表面的温度处处相同，且太阳和地球的辐射都遵从斯忒蕃一玻尔兹曼定律：单位面积的辐射功率J 与表面的热力学温度T 的四次方成正比，即J ＝σT 4，其中σ是一个常量．已知太阳表面温度T s ＝5.78×103K ，太阳半径R s ＝6.69×105km ，地球到太阳的平均距离d ＝1.50×108km ．假设温室气体在大气层中集中形成一个均匀的薄层，并设它对热辐射能量的反射率为ρ＝0.38．（1）如果地球表面对太阳辐射的平均反射率α＝0.30，试问考虑了温室气体对热辐射的反射作用后，地球表面的温度是多少？（2）如果地球表面一部分被冰雪覆盖，覆盖部分对太阳辐射的反射率为α1=0.85，其余部分的反射率处α2＝0.25．间冰雪被盖面占总面积多少时地球表面温度为273K ．解析：（1）根据题意，太阳辐射的总功率P S ＝4πR 2S σT 4S ，太阳辐射各向同性的向外传播．设地球半径为r E ，可以认为地球所在处的太阳辐射是均匀的，故地球接收太阳辐射的总功率为：P I ＝σT 4S ⎝ ⎛⎭⎪⎫R S d 2πr 2E①地球表面反射太阳辐射的总功率为αP I ．设地球表面的温度为T E ，则地球的热辐射总功率为：P E ＝4πr 2E σT 4E ② 考虑到温室气体向地球表面释放的热辐射，则输入地球表面的总功率为P I ＋βP E ．当达到热平衡时，输入的能量与输出的能量相等，有：P I ＋βP E ＝αP I ＋P E ③由以上各式得：T E ＝T S22⎝ ⎛⎭⎪⎫1－α1－β14⎝ ⎛⎭⎪⎫R S d 12 错误！未定义书签。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
全国中学生物理竞赛真题汇编---热学1.（19Y4） 四、（20分）如图预19-4所示，三个绝热的、容积相同的球状容器A 、B 、C ，用带有阀门K 1、K 2的绝热细管连通，相邻两球球心的高度差 1.00m h =．初始时，阀门是关闭的，A 中装有1mol 的氦（He ）,B 中装有1mol 的氪（Kr ）,C 中装有lmol 的氙（Xe ），三者的温度和压强都相同．气体均可视为理想气体．现打开阀门K 1、K 2，三种气体相互混合，最终每一种气体在整个容器中均匀分布，三个容器中气体的温度相同．求气体温度的改变量．已知三种气体的摩尔质量分别为31He 4.00310kg mol μ--=⨯⋅在体积不变时，这三种气体任何一种每摩尔温度升高1K ，所吸收的热量均为 3/2R ，R 为普适气体常量． 2．（20Y3）（20分）在野外施工中，需要使质量m ＝4.20 kg 的铝合金构件升温；除了保温瓶中尚存有温度t ＝90.0ºC 的1.200kg 的热水外，无其他热源。
试提出一个操作方案，能利用这些热水使构件从温度t 0＝10.0ºC 升温到66.0ºC 以上(含66.0ºC)，并通过计算验证你的方案．已知铝合金的比热容c ＝0.880×103J ·(k g·ºC)－1， 水的比热容c ＝4.20×103J ·(kg ·ºC)－1，不计向周围环境散失的热量． 3．（22Y6）(25分)如图所示。
两根位于同一水平面内的平行的直长金属导轨，处于恒定磁场中。
磁场方向与导轨所在平面垂直．一质量为m 的均匀导体细杆，放在导轨上，并与导轨垂 直，可沿导轨无摩擦地滑动，细杆与导轨的电阻均可忽略不计．导轨的左端与一根阻值为尺0的电阻丝相连，电阻丝置于一绝热容器中，电阻丝的热容量不计．容器与一水平放置的开口细管相通，细管内有一截面为S 的小液柱(质量不计)，液柱将l mol 气体(可视为理想气体)封闭在容器中．已知温度升高1 K 时，该气体的内能的增加量为5R ／2(R 为普适气体常量)，大气压强为po ，现令细杆沿导轨方向以初速V 0向右运动，试求达到平衡时细管中液柱的位移． 4．（16F1）20分）一汽缸的初始体积为0V ，其中盛有2mol 的空气和少量的水（水的体积可以忽略）。
平衡时气体的总压强是3.0atm ，经做等温膨胀后使其体积加倍，在膨胀结束时，其中的水刚好全部消失，此时的总压强为2.0atm 。
若让其继续作等温膨胀，使体积再次加倍。
试计算此时：1.汽缸中气体的温度；2.汽缸中水蒸气的摩尔数；3.汽缸中气体的总压强。
假定空气和水蒸气均可以当作理想气体处理。
5．（17F1）在一大水银槽中竖直插有一根玻璃管，管上端封闭，下端开口．已知槽中水银液面以上的那部分玻璃管的长度ｌ＝76ｃｍ，管内封闭有ｎ＝1．0×10－3ｍｏｌ的空气，保持水银槽与玻璃管都不动而设法使玻璃管内空气的温度缓慢地降低10℃，问在此过程中管内空气放出的热量为多少?已知管外大气的压强为76ｃｍＨｇ，每摩尔空气的内能Ｕ＝ＣＶＴ，其中Ｔ为绝对温度，常量ＣＶ＝20．5Ｊ·（ｍｏｌ·Ｋ）－1，普适气体常量Ｒ＝8．31Ｊ·（ｍｏｌ·Ｋ）－131Kr 83.810kg mol μ--=⨯⋅31Xe 131.310kg mol μ--=⨯⋅6．（18F2）(22分)正确使用压力锅的方法是：将己盖好密封锅盖的压力锅(如图复18-2-1)加热，当锅内水沸腾时再加盖压力阀S ，此时可以认为锅内只有水的饱和蒸气，空气己全部排除．然后继续加热，直到压力阀被锅内的水蒸气顶起时，锅内即已达到预期温度(即设计时希望达到的温度)，现有一压力锅，在海平面处加热能达到的预期温度为120℃．某人在海拔5000m 的高山上使用此压力锅，锅内有足量的水．1．若不加盖压力阀，锅内水的温度最高可达多少？ 2．若按正确方法使用压力锅，锅内水的温度最高可达多少？3．若未按正确方法使用压力锅，即盖好密封锅盖一段时间后，在点火前就加上压力阀。
此时水温为27℃，那么加热到压力阀刚被顶起时，锅内水的温度是多少？若继续加热，锅内水的温度最高可达多少？假设空气不溶于水． 已知：水的饱和蒸气压w ()p t 与温度t 的关系图线如图复18-2-2所示．大气压强()p z 与高度z 的关系的简化图线如图复18-2-3所示．27t =℃时27t =3w (27) 3.610Pa p ︒=⨯；27t =0z =处5(0) 1.01310Pa p =⨯7．（19F1）（20分）某甲设计了一个如图复19-1所示的“自动喷泉”装置，其中A 、B 、C 为三个容器，D 、E 、F 为三根细管。
管栓K 是关闭的。
A 、B 、C 及细管均盛有水，容器水面的高度差分别为h 1和h 2 ，如图所示。
A 、B 、C 的截面半径为12cm ，D 的半径为0.2cm .甲向同伴乙说：“我若拧开管栓K ，会有水从细管口喷出。
”乙认为不可能。
理由是：“低处的水自动走向高处，能量从哪儿来？”甲当即拧开K ，果然见到有水喷出，乙哑口无言，但不能明白自己的错误何在。
甲又进一步演示。
在拧开管栓K 前，先将喷管D 的上端加长到足够长，然后拧开K ，管中水面即上升，最后水面静止于某个高度。
1．论拧开K 后水柱上升的原因。
2．当D 管上端足够长时，求拧开K 后D 中静止水面与A 中水面的高度差。
3．论证水柱上升所需的能量来源。
8。
（19F4）18分）有人设计了下述装置用以测量线圈的自感系数。
在图复19-4-1中，E 为可调的直流电源，K 为电键，L 为待测线圈的自感系数，r L 为线圈的直流电阻，D 为理想二极管，r 为用电阻丝做成的电阻器，A 为电流表。
将图复19-4-1中a 、b 之间的电阻丝装进图复19-4-2中，其它装置见图下说明。
其中注射器筒5和试管1组成的密闭容器内装有某种气体（可视为理想气体），通过活塞6的上下移动可调节毛细管8中有色液柱的初始位置，调节后将阀门10关闭，使两边气体隔开。
毛细管8的内直径为d 。
已知在压强不变的条件下每摩尔试管中的气体温度升高1K 时，需要吸收热量为C P ，大气压强为p 。
设试管、三通管、注射器和毛细管皆为绝热的，电阻丝的热容不计。
当接通电键K 后，线圈L 中将产生磁场，已知线圈中储存的磁场能量W = 21LI 2，I 为通过线圈的电流，其值可通过电流表A 测量。
现利用此装置及合理的步骤测量线圈的自感系数L 。
1．简要写出此实验的步骤。
2．用题中所给出的各已知量（r 、r L 、C P 、p 、d 等）及直接测量的量导出L 的表达式。
9．（20F2）（15分）U 形管的两支管 A 、B 和水平管C 都是由内径均匀的细玻璃管做成的，它们的内径与管长相比都可忽略不计．己知三部分的截面积分别为 2A 1.010S -=⨯cm 2，2B 3.010S -=⨯cm 2，2C 2.010S -=⨯cm 2，在 C 管中有一段空气柱，两侧被水银封闭．当温度为127t =℃时，空气柱长为l ＝30 cm （如图所示），C 中气柱两侧的水银柱长分别为 a ＝2.0cm ，b ＝3.0cm ，A 、B 两支管都很长，其中的水银柱高均为h ＝12 cm ．大气压强保持为 0p ＝76 cmHg 不变．不考虑温度变化时管和水银的热膨胀．试求气柱中空气温度缓慢升高到 t ＝97℃时空气的体积．10．（21F1）（20分)薄膜材料气密性能的优劣常用其透气系数来加以评判．对于均匀薄膜材料，在一定温度下，某种气体通过薄膜渗透过的气体分子数dPStkN ∆=，其中t 为渗透持续时间，S 为薄膜的面积，d 为薄膜的厚度，P ∆为薄膜两侧气体的压强差．k 称为该薄膜材料在该温度下对该气体的透气系数．透气系数愈小，材料的气密性能愈好． 图为测定薄膜材料对空气的透气系数的一种实验装置示意图．EFGI 为渗透室，U 形管左管上端与渗透室相通，右管上端封闭；U 形管内横截面积A ＝0.150cm 2．实验中，首先测得薄膜的厚度 d =0.66mm ，再将薄膜固定于图中C C '处，从而把渗透室分为上下两部分，上面部分的容积30cm 00.25=V ，下面部分连同U 形管左管水面以上部分的总容积为V 1，薄膜能够透气的面积S =1.00cm 2．打开开关K 1、K 2与大气相通，大气的压强P 1＝1.00atm ，此时U 形管右管中气柱长度cm 00.20=H ，31cm 00.5=V ．关闭K 1、K 2后，打开开关K 3，对渗透室上部分迅速充气至气体压强atm 00.20=P ，关闭K 3并开始计时．两小时后， U 形管左管中的水面高度下降了cm 00.2=∆H ．实验过程中，始终保持温度为C 0ο．求该薄膜材料在C 0ο时对空气的透气系数．（本实验中由于薄膜两侧的压强差在实验过程中不能保持恒定，在压强差变化不太大的情况下，可用计时开始时的压强差和计时结束时的压强差的平均值P ∆来代替公式中的P ∆．普适气体常量R = 8.31Jmol -1K -1，1.00atm = 1.013×105Pa ）． 11．（22F3）(22分) 如图所示，水平放置的横截面积为S 的带有活塞的圆筒形绝热容器中盛有1mol 的理想气体．其内能CT U =，C 为已知常量，T 为热力学温度．器壁和活塞之间不漏气且存在摩擦，最大静摩擦力与滑动摩擦力相等且皆为F ．图中r 为电阻丝，通电时可对气体缓慢加热．起始时，气体压强与外界大气压强p 0相等，气体的温度为T 0．现开始对r 通电，已知当活塞运动时克服摩擦力做功所产生热量的一半被容器中的气体吸收．若用Q 表示气体从电阻丝吸收的热量，T 表示气体的温度，试以T 为纵坐标，Q 为横坐标，画出在Q 不断增加的过程中T 和Q 的关系图线．并在图中用题给的已知量及普适气体常量R 标出反映图线特征的各量（不要求写出推导过程）．12．（23F3）23分）有一带活塞的气缸，如图1所示。
缸内盛有一定质量的气体。
缸内还有一可随轴转动的叶片，转轴伸到气缸外，外界可使轴和叶片一起转动，叶片和轴以及气缸壁和活塞都是绝热的，它们的热容量都不计。
轴穿过气缸处不漏气。
如果叶片和轴不转动，而令活塞缓慢移动，则在这种过程中，由实验测得，气体的压强p 和体积V 遵从以下的过程方程式 k pVa=其中a ,k 均为常量, a ＞1（其值已知）。
可以由上式导出，在此过程中外界对气体做的功为⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=--1112111a a V V a k W 式中2V 和1V ,分别表示末态和初态的体积。