Question

物理--選修3-3
（1）科學家在“哥倫比亞”號航天飛機上進行了一次在微重力條件（即失重狀態）下制造泡沫金屬的實驗．把鋰、鎂、鋁、鈦等輕金屬放在一個石英瓶內，用太陽能將這些金屬融化成液體，然后在融化的金屬中沖進氫氣，使金屬內產生大量氣泡，金屬冷凝后就形成到處是微孔的泡沫金屬．下列說法正確的是

 

．
A．失重條件下液態金屬呈現球狀是由于液體表面分子間只存在引力
B．在失重條件下充入金屬液體 內的氣體氣泡不能無限地膨脹是因為液體表面張力的約束
C．在金屬冷凝過程中，氣泡收縮變小，外界對氣體做功，氣體內能增加
D．泡沫金屬物理性質各向異性，說明它是非晶體
（2）如圖所示，上粗下細的圓筒豎直固定放置，粗筒部分的半徑是細筒的2倍，筒足夠長．細筒中兩輕質活塞M、N間封有一定質量的理想空氣，氣柱長L=19.1cm，活塞M上方的水銀深H=24.0cm，兩活塞與筒壁間的摩擦不計．開始時用外力向上托住活塞N，使之處于靜止狀態，水銀面與細筒上端相平．現使下方活塞緩慢上移，直至M上方水銀的

1

4

被推入粗筒中，求此過程中活塞N移動的距離．（設在整個過程中氣柱的溫度不變，大氣壓強P₀相當于76.0cm高的水銀柱產生的壓強，不計輕質活塞的重力．）

Answer 1

分析：（1）正確解答本題需要掌握：表面張力的理解和應用；氣體分子之間距離較大，分子力為零，一定質量的理想氣體內能只要溫度有關；正確理解晶體與非晶體區別．
（2）以被封閉氣體為研究對象，氣體做等溫變化，尤其注意被封閉氣體壓強的變化．

解答：解：（1）A、分子之間同時存在引力和斥力，當r＞r₀時，分子力表現為引力，r＜r₀時分子力表現為斥力，故A錯誤；
B、由于表面張力的約束使充入金屬液體內的氣體氣泡不能無限地膨脹，故B正確；
C、一定質量的氣體內能由溫度決定，因此金屬冷凝過程中，溫度降低，氣體內能減小，故C錯誤；
D、各向異性或者各向異性不是晶體與非晶體的區別，如有的多晶體具有各向異性有的則各向同性，故D錯誤．
故選B．
 （2）氣體變化是等溫過程，該過程的初態壓強為P₁，設末態的壓強為P₂，有：
P₁=P₀+H  ①
水銀的

1

4

被推入粗筒中，有：

s

4

×

H

4

=s×h   ②
p2=p0+

3

4

H+h         ③
由玻意耳定律得：
 P₁ LS=P₂ L′S₂ ④
下方活塞移動的距離：d=L-L/+

1

4

H   ⑤
聯立①②②③④⑤解得：d=5.1cm．
故此過程中活塞N移動的距離為：d=5.1cm．

點評：（1）題考查了分子力、內能、晶體與非晶體等知識點，注意平時多加記憶和積累．
（2）題考查了理想氣體狀態方程的應用，難點在于求第二個狀態的壓強，注意由于橫截面積不同導致的液面高度變化是不同的．