高中物理 第7章 第一节 追寻守恒量能量学案 新人教版必修2.docx

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高中物理第7章第一节追寻守恒量能量学案新人教版必修2

2019-2020年高中物理第7章第一节追寻守恒量-能量学案新人教版必修2

《满江红·游览刘家峡水电站》中说:

“成绩辉煌,叹人力,真正伟大.回忆处,新安鸭绿,都成次亚.自力更生遵教导,施工设计凭华夏.使黄河驯服成电流,兆千瓦.绿水库,高大坝;龙门吊,千钧闸.看奔腾泄水,何殊万马.一艇风驰过洮口,千岩壁立疑巫峡.想将来,高峡出平湖,更惊讶!

随着库区绿化和游览项目的不断完善,库区周围山岭塬台,绿树成荫,游人如织.地处高原峡谷的刘家峡水库,被誉为“高原明珠”.

 

 

1.知道守恒是自然界的重要规律,初步领会能量转化,变中有恒的思想.

2.了解势能、动能的概念.

3.领会寻找守恒量是科学研究中的重要思想.

 

1.伽利略的实验探究:

如图所示.

(1)过程:

让小球从斜面A滚落,它会继续滚上斜面B.

(2)现象:

无论斜面B比斜面A陡些或缓些,小球的速度最后总会在斜面上的某点变为0,这一点距斜面底端的高度与它出发时的高度相等.

(3)结论:

这一事实说明某个量是守恒的.在物理学中我们把这个量叫做能量或能.

2.势能:

相互作用的物体凭借其位置而具有的能量.

3.动能:

物体由于运动而具有的能量.

4.热能和动能的转化:

从伽利略的斜面实验我们可以看出,势能和动能可以相互转化.小球从斜面上某一高度滚落至斜面底端的过程中重力势能转化为动能;小球从斜面底端沿斜面升高时,动能又转化为重力势能,若忽略空气阻力和摩擦,在动能与势能转化过程中能量是守恒的.

 

1.下列物体具有动能的有(A)

A.运动的空气

B.被压缩的弹簧

C.发射架上的导弹

D.弓上的箭

2.在伽利略的斜面实验中,如果空气阻力和摩擦阻力不能忽略不计,则下列说法正确的是(C)

A.动能和势能之和仍守恒

B.动能和势能之和将增大

C.动能和势能之和将逐渐减小,但总的能量还是守恒的

D.以上说法均不对

3.下列关于物体分别具有什么形式能的说法正确的是(AD)

A.奔驰的骏马具有动能

B.停在空中的直升飞机的机身具有动能

C.被压缩的弹簧具有动能

D.运行中的人造卫星既具有势能,又具有动能

4.关于能量概念的说法正确的是(CD)

A.能量的概念是牛顿首先提出的一个力学概念

B.能量的概念是伽利略首先提出的一个力学概念

C.人类从伽利略斜面理想实验得到启发,认识到引入能量概念的重要性

D.能量是在人类追寻“运动中的守恒量是什么”的过程中发展起来的一个重要概念

5.如图所示光滑地面上,弹簧一端固定在竖直墙上,另一端连着一个小球,用力压缩弹簧释放后,试分析能量转化关系.

解析:

弹簧被压缩,将其他形式的能量转化为弹簧的弹性势能.释放后弹簧的弹性势能又转化为小球的动能,当恢复到原长时弹性势能为零,动能最大;之后弹簧伸长弹性势能增大,小球动能减小,动能转化为弹簧的弹性势能.

答案:

见解析

 

2019-2020年高中物理第8章气体限时检测新人教版选修3-3

一、选择题(共10小题,每小题4分,共40分,在每小题给出的四个选项中,第1~6小题只有一个选项符合题目要求,第7~10小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)

1.(三亚市xx~xx学年高二检测)对一定量的理想气体,下列说法正确的是(  )

A.气体体积是指所有气体分子的体积之和

B.气体分子的热运动越剧烈,气体的温度就越高

C.当气体膨胀时,气体的分子势能减小,因而气体的内能一定减少

D.气体的压强是由气体分子的重力产生的,在失重的情况下,密闭容器内的气体对器壁没有压强

答案:

B

解析:

由于气体分子间的距离较大,分子间距离不能忽略,所以气体体积要比所有气体分子的体积之和要大,A错误;气体分子的热运动越剧烈,分子的平均速率就越大,平均动能越大,温度就越高,B正确;理想气体的内能只与气体的温度有关,只要气体的温度不变,则内能不变,C错误;气体压强是由气体分子对容器壁频繁地撞击而产生的,与气体的重力没有关系,所以在失重的情况下,气体对器壁仍然有压强,D错误。

2.

(湛江市xx~xx学年高二下学期期中)一定质量的理想气体经过一系列变化过程,如图所示,下列说法中正确的是(  )

A.a→b过程中,气体体积增大,压强减小

B.b→c过程中,气体压强不变,体积增大

C.c→a过程中,气体压强增大,体积变小

D.c→a过程中,气体内能增大,体积变小

答案:

A

解析:

由图知a→b为等温膨胀过程,b→c为等压收缩过程,c→a为等容升压过程,所以A选项正确。

3.(吉林一中xx~xx学年高二下学期期末)如图所示为充气泵气室的工作原理图。

设大气压强为p0,气室中的气体压强为p,气室通过阀门S1、S2与空气导管相连接。

以下选项中正确的是(  )

A.当橡皮碗被拉伸时,p>p0,S1关闭,S2开通

B.当橡皮碗被拉伸时,p

C.当橡皮碗被压缩时,p>p0,S1关闭,S2开通

D.当橡皮碗被压缩时,p

答案:

C

解析:

当橡皮碗被拉伸时,气室内空气体积增大,气室内气体压强减小,pp0,S1关闭,S2打开,C选项正确。

4.下图是氧气分子在不同温度(0℃和100℃)下的速率分布,由图可得信息(  )

A.同一温度下,氧气分子呈现出“中间多,两头少”的分布规律

B.随着温度的升高,每一个氧气分子的速率都增大

C.随着温度的升高,氧气分子中速率小的分子所占的比例高

D.随着温度的升高,氧气分子的平均速率变小

答案:

A

解析:

温度升高,分子的平均动能增大,质量不变,分子的平均速率增大,每个分子的速率不一定增大,A正确,B、C、D错误。

5.温度计是生活、生产中常用的测温装置。

图为一个简易温度计,一根装有一小段有色水柱的细玻璃管穿过橡皮塞插入烧瓶内,封闭一定质量的气体。

当外界温度发生变化时,水柱位置将上下变化。

已知A、D间的测量范围为20℃~80℃,A、D间刻度均匀分布。

由图可知,A、D及有色水柱下端所示温度分别为(  )

A.20℃、80℃、64℃ B.20℃、80℃、68℃

C.80℃、20℃、32℃D.80℃、20℃、34℃

答案:

C

解析:

由热胀冷缩原理可知A点为80℃,D点为20℃,由题意可知,每格表示4℃,则有色水柱下端表示32℃,选C。

6.(青岛市xx~xx学年高二下学期检测)2011年9月29日中国发射的第一个目标飞行器“天宫一号”在11月顺利实现与“神舟八号”飞船的对接任务。

假设高空实验火箭起飞前,仪器舱内气体的压强p0=1atm,温度t0=27℃,在火箭加速竖直向上飞行的过程中,加速度的大小等于重力加速度g,仪器舱内水银气压计的示数为p=0.6p0,已知仪器舱是密封的,那么,这段过程中舱内的温度是(  )

A.16.2℃B.32.4℃

C.360KD.180K

答案:

C

解析:

加速前后,仪器舱内气体做的是等容变化,可以用查理定律求加速时舱内的温度。

取舱内气体为研究对象,由查理定律得

取气压计内水银面差为研究对象,由牛顿第二定律得p2S-m水银g=m水银a,其中a=g,则p2=2ρgh,又p=ρgh=0.6p0,解得p2=1.2p0,T2=360K,故C正确。

7.如图所示,内径均匀、两端开口的V形管,B支管竖直插入水银槽中,A支管与B支管之间的夹角为θ,A支管中有一段长为h的水银柱保持静止,下列说法中正确的是(  )

A.B管内水银面比管外水银面高A

B.B管内水银面比管外水银面高hcosθ

C.B管内水银面比管外水银面低hcosθ

D.管内封闭气体的压强比大气压强小hcosθ高水银柱

答案:

BD

解析:

以A管中的水银柱为研究对象,则有pS+hcosθS=p0S,B管内压强p=p0-hcosθ,显然p

B、D正确。

8.某同学用带有刻度的注射器做验证玻意耳定律的实验,温度计表明在整个实验过程中都是等温的,他根据实验数据绘出了p-

的关系图线EF,从图中的图线可以得出(  )

A.如果实验是从E状态→F状态,则表示外界有空气进入注射器内

B.如果实验是从E状态→F状态,则表示注射器内有部分空气漏了出来

C.如果实验是从F状态→E状态,则表示注射器内有部分空气漏了出来

D.如果实验是从F状态→E状态,则表示外界有空气进入注射器内

答案:

AC

解析:

连接OE、OF,因斜率KOF>KOE,表示(pV)F>(pV)E,知E→F,m增大,F→E,m减小,所以B、D错。

9.

如图所示,在柱形容器中装有部分水,容器上方有一可自由移动的活塞。

容器水面浮有一个木块和一个一端封闭、开口向下的玻璃管,玻璃管中有部分空气,系统稳定时,玻璃管内空气柱在管外水面上方的长度为a,空气柱在管外水面下方的长度为b,水面上方木块的高度为c,水面下方木块的高度为d。

现在活塞上方施加竖直向下且缓缓增大的力F,使活塞下降一小段距离(未碰及玻璃管和木块),下列说法中正确的是(  )

A.d和b都不变B.只有b减小

C.只有a减小D.a和c都减小

答案:

AC

解析:

活塞下降一小段距离,则容器中的气体体积减小,压强增大,对于木块露出的部分决定于上、下压强差,故c、d不变;对于玻璃管,浮力等于重力,排开水的体积不变,b不变,玻璃管内气体压强增大,又b不变,故a减小,A、C正确。

10.在室内,将装有5atm的6L气体的容器的阀门打开后,从容器中逸出的气体相当于(设室内大气压强p0=1atm)(  )

A.5atm,3LB.1atm,24L

C.5atm,4.8LD.1atm,30L

答案:

BC

解析:

当气体从阀门跑出时,温度不变,所以p1V1=p2V2,当p2=1atm时,得V2=30L,逸出气体30L-6L=24L,B正确。

据p2(V2-V1)=p1V1′得V1′=4.8L,所以逸出的气体相当于5atm下的4.8L气体。

C正确,故应选B、C。

第Ⅱ卷(非选择题 共60分)

二、填空题(共3小题,共18分。

把答案直接填在横线上)

11.(5分)(上海市松江二中xx~xx学年高二检测)如图1所示为验证查理定律的DIS实验装置,其基本原理是,对一定质量的气体,当体积不变时,压强与______________成正比。

所用到的传感器有______________传感器和________________传感器。

若在实验操作使水温升高的过程中没有密封的措施,则可能出现图2图象的第______________种情况。

答案:

热力学温度 压强 温度 3

解析:

(1)研究一定质量的气体在体积不变时,其压强与温度的关系,应测出气体的压强与温度,因此需要压强传感器与温度传感器,当体积不变时,压强与热力学温度成正比。

(2)由理想气体状态方程可知,在体积一定时,理想气体的压强与热力学温度成正比,若在实验操作使水温升高的过程中没有做好密封的措施,则压强会增加的比较慢,则可能出现图2图象的第3种情况。

12.(6分)

如图所示为一种测定“肺活量”(标准大气压下人一次呼出气体的体积)的装置,A为开口薄壁圆筒,排尽其中的空气,倒扣在水中。

测量时,被测者尽力吸尽空气,再通过B管用力将气体吹入A中,使A浮起。

设整个过程中呼出气体的温度保持不变。

(1)呼出气体的分子热运动的平均动能________________(填“增大”“减小”或“不变”)。

(2)设圆筒A的横截面积为S,大气压强为p0,水的密度为ρ,桶底浮出水面的高度为h,桶内外水面的高度差为Δh,被测者的“肺活量”,即V0=______________。

答案:

(1)不变 

(2)

解析:

(1)由于温度是分子平均动能大小的标志,因为气体温度不变,所以分子平均动能不变。

(2)设A中气体压强为p,该部分气体在标准大气压下的体积为V0,由于整个过程中温度不变,由玻意耳定律可得:

p0V0=pV,即p0V0=(p0+ρgΔh)(h+Δh)S

被测者的肺活量V0=

13.(7分)(临朐一中xx~xx学年高二下学期期末)用DIS研究一定质量气体在温度不变时,压强与体积关系的实验装置如图1所示,实验步骤如下:

①把注射器活塞移至注射器中间位置,将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接;

②移动活塞,记录注射器的刻度值V,同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p;

③用V-1/p图象处理实验数据,得出如图2所示图线。

(1)为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主要措施是________________;

(2)为了保持封闭气体的温度不变,实验中采取的主要措施是________________和________________;

(3)如果实验操作规范正确,但如图所示的V-1/p图线不过原点,则V0代表________________。

答案:

(1)用润滑油涂活塞 

(2)缓慢抽动活塞 不能用手握住注射器封闭气体部分 (3)注射器与压强传感器连接部位的气体体积

解析:

(1)为了保证气体的质量不变,要用润滑油涂活塞达到封闭效果。

(2)要让气体与外界进行足够的热交换,一要时间长,也就是动作缓慢,二要活塞导热性能好,再者,不能用手握住封闭气体部分的注射器。

(3)根据p(V+V0)=C,C为定值,则V=

-V0,体积读数值比实际值大V0。

三、论述·计算题(共4小题,共42分。

解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)

14.(9分)(辽宁师大附中xx~xx学年高二下学期期中)

如图所示,一定质量的理想气体,处在A状态时,温度为tA=27℃,气体从状态A等容变化到状态M,再等压变化到状态B,A、M、B的状态参量如图所示,求:

(1)状态B的温度;

(2)从A到B气体对外所做的功。

(取1atm=1.0×105Pa)

答案:

(1)-33℃ 

(2)3.0×105J

解析:

(1)设A状态和状态B的温度、体积、压强分别为:

T1、V1、p1、T2、V2、p2,由已知可得T1=300K,V1=3m3,p1=2.5atm,V2=6m3,p2=1atm,

从A到B由理想气体状态方程,有:

解得:

T2=

=240K

故t2=T2-273=-33℃

(2)从A到M是等容变化,不做功;

从M到B是等压变化,做的功为:

W=p·Δv=1.0×105×3J=3.0×105J

所以从A到B气体对外做的功为:

WAB=W=3.0×105J

15.(10分)

如图所示,一开口气缸内盛有密度为ρ的某种液体;一长为l的粗细均匀的小瓶底朝上漂浮在液体中,平衡时小瓶露出液面的部分和进入小瓶中液柱的长度均为l/4。

现用活塞将气缸封闭(图中未画出),使活塞缓慢向下运动,各部分气体的温度均保持不变。

当小瓶的底部恰好与液面相平时,进入小瓶中的液柱长度为l/2,求此时气缸内气体的压强。

大气压强为p0,重力加速度为g。

答案:

p0+

解析:

设当小瓶内气体的长度为

l时,压强为p1;当小瓶的底部恰好与液面相平时,瓶内气体的压强为p2,气缸内气体的压强为p3。

依题意p1=p0+

ρgl①

由玻意耳定律p1

S=p2(l-

)S②

式中S为小瓶的横截面积,联立①②得:

p2=

(p0+

ρgl)③

又有p2=p3+

ρgl④

联立③④式,得p3=

p0+

16.(11分)

春节期间,哈尔滨海洋极地馆向游客献上了一次精彩大戏——双人双鲸“海洋之心”表演(如图)。

据了解,这种表演在世界上尚属首次。

在表演“海洋之心”之余,可爱的极地白鲸近日还学会了一项新本领——向观众吐泡泡,据工作人员介绍,每次驯养师背着氧气瓶训练白鲸时,白鲸总是对驯养师身上的氧气瓶格外好奇,于是驯养师就把呼吸嘴放入白鲸口中,白鲸吸几口后,就顽皮地吐起了泡泡。

假设驯养师携带的氧气瓶的容积是12L,其中氧气的压强是1.5×107Pa。

规定瓶内氧气压强降到1.0×106Pa时就要重新充氧。

如果驯养师每次表演时需要用1×105Pa的氧气400L,那么一瓶氧气驯养师可以用几次?

假定在使用过程中温度不变。

答案:

4次

解析:

取原来氧气瓶中的氧气为研究对象,因为温度不变,故p1V1=p2V2。

V2=

L=180L。

这些氧气一部分留在氧气瓶中,压强为1.0×106Pa,另一部分被使用,选取被使用的那部分氧气为研究对象。

p2(V2-V1)=p3V3

V3=

L=1680L

驯养师使用的次数n=

=4.2次。

17.(12分)如图,两个侧壁绝热、顶部和底部都导热的相同气缸直立放置,气缸底部和顶部均有细管连通,顶部的细管带有阀门K。

两气缸的容积均为V0,气缸中各有一个绝热活塞(质量不同,厚度可忽略)。

开始时K关闭,两活塞下方和右活塞上方充有气体(可视为理想气体),压强分别为p0和p0/3;左活塞在气缸正中间,其上方为真空,右活塞上方气体体积为V0/4。

现使气缸底与一恒温热源接触,平衡后左活塞升至气缸顶部。

且与顶部刚好没有接触;然后打开K,经过一段时间,重新达到平衡。

已知外界温度为T0,不计活塞与气缸壁间的摩擦,求:

(1)恒温热源的温度T;

(2)重新达到平衡后左气缸中活塞上方气体的体积Vx。

答案:

(1)

T0 

(2)

V0

解析:

(1)

与恒温热源接触后,在K未打开时,右活塞不动,两活塞下方的气体经历等压过程,由盖·吕萨克定律得

由此得T=

T0②

(2)由初始状态的力学平衡条件可知,左活塞的质量比右活塞的大,打开K后,左活塞下降至某一位置,右活塞必须升至气缸顶,才能满足力学平衡条件。

气缸顶部与外界接触,底部与恒温热源接触,两部分气体各自经历等温过程,设左活塞上方气体压强为p,左气缸中活塞上方气体的体积为Vx,由玻意耳定律得

pVx=

·

(p+p0)(2V0-Vx)=p0·

联立③④得6V

-V0Vx-V

=0

其解为Vx=

V0⑤

另一解Vx=-

V0,不合题意,舍去。

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