完整word版全国中学生物理竞赛真题汇编热学doc.docx

1、完整word版全国中学生物理竞赛真题汇编热学doc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 K1、K2 的绝热细管连通， 相邻两球球心的高度差h1.00 m 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 、K ，三种气体相互混合，12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

2、He4.00310 3 kg mol 1Kr83.810 3kg mol 1Xe131.310 3 kg mol 1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3R/ 2，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 90.0 oC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 10.0 oC升温到66.0 oC 以上 ( 含 66.0 oC)，并通过计算验证你的方案已知铝合金的比热容 c0.880 103 J (k goC)1，

3、 水的比热容 c4.20 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1K时，该气体的内能的增加量为5R2(R 为普适气

4、体常量 ) ，大气压强为po，现令细杆沿导轨方向以初速V0 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 V0 ，其中盛有 2 mol 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 3.0 atm ，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2.0 atm 。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

5、以上的那部分玻璃管的长度 76，管内封闭有 1010 3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76，每摩尔空气的内能 ，其中为绝对温度，常量 205 （） 1，普适气体常量 831（） 1全国中学生物理竞赛专题汇编 第1页 共10页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

6、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 pw (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t 27时

7、 t 27 pw (27 ) 3.6 103 Pa ； t 27 z 0 处 p(0) 1.013 105 Pa7（ 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 h1 和 h2 ，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

8、，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。全国中学生物理竞赛专题汇编 第2页 共10页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。

9、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CP ，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 = 1 LI2， I 为通过线圈的电流，其值可通过电流表A

10、 测量。现利用此装置及合理的步骤测量线圈2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、 rL、C 、 p 、 d 等）及直接测量的量导出L 的表达式。P9（ 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SA1.022，SC 2.02计己知三部分的截面积分别为10 2 cm，SB 3.010 2 cm10 2 cm ，在 C 管中有一段空气柱，两侧被水银封闭当温度为t127 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，

11、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p0 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t97时空气的体积全国中学生物理竞赛专题汇编 第3页 共10页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，EI在一定温度下， 某种气体通过薄膜渗透过的气体分子数NkPSt ，其中 t为渗透持P0 V0K3d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CP1 V1C?图为测定薄膜材料

12、对空气的透气系数的一种实验装置示意图EFGI 为渗透室， UFG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 0.150cm2实验中，首先测得薄膜的厚度d =0.66mm，再将薄膜固定于图中CC处，从而把渗透室分为上2K下两部分， 上面部分的容积 V025.00cm 3 ，下面部分连同U 形管左管水面以上部分的K1H总容积为 V1，薄膜能够透气的面积S =1.00cm 2打开开关K1、 K2 与大气相通，大气的压强 P1 1.00atm ，此时 U 形管右管中气柱长度H20.00cm ， V15.00cm 3 关闭K1、K2 后，打开开关K3 ，对渗透室上部分迅速充气至气体压强P02.00atm ，关闭 K3并开始计时 两小时后， U 形管左管中的水面高度下降了H2.00cm 实验过程中，始终保持温度为 0C 求该薄膜材料在 0 C 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 =