高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册3 气体的等压变化和等容变化练习题

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册3 气体的等压变化和等容变化练习题，共20页。试卷主要包含了5 ℃　　　　　　　　D等内容，欢迎下载使用。

第二章　气体、固体和液体
3　气体的等压变化和等容变化
基础过关练
题组一　气体的等压变化与盖-吕萨克定律
1.(多选)一定质量的气体在等压变化中体积增大了12,若气体原来的温度是27 ℃,则温度的变化是(　　)
A.升高到450 K　　　　　　　　B.升高了150 ℃
C.升高到40.5 ℃　　　　　　　　D.升高到450 ℃
2.(2019重庆一中高二下检测)(多选)如图所示,竖直放置的导热汽缸内用活塞封闭着一定质量的理想气体,活塞的质量为m,横截面积为S,缸内气体高度为2h。现在活塞上缓慢添加砂粒,直至缸内气体的高度变为h。然后再对汽缸缓慢加热,以使缸内气体温度逐渐升高,让活塞恰好回到原来位置。已知大气压强为p0,大气温度恒为T0,重力加速度为g,不计活塞与汽缸间摩擦。下列说法正确的是(　　)

A.所添加砂粒的总质量为m+p0Sg
B.所添加砂粒的总质量为2m+p0Sg
C.活塞返回至原来位置时缸内气体的温度为32T0
D.活塞返回至原来位置时缸内气体的温度为2T0
3.(2020山东枣庄三中高二下检测)一个水平放置的汽缸,由两个截面积不同的圆筒连接而成。活塞A、B用一长为4L的刚性细杆连接,L=0.5 m,它们可以在筒内无摩擦地左右滑动。A、B的截面积分别为SA=40 cm2,SB=20 cm2,A、B之间封闭着一定质量的理想气体,两活塞外侧(A的左方和B的右方)是压强为p0=1.0×105 Pa的大气。当汽缸内气体温度为T1=525 K时两活塞静止于如图所示的位置。现使汽缸内气体的温度缓慢下降,当温度降为多少时活塞A恰好移到两圆筒连接处?








题组二　气体的等容变化与查理定律
4.某同学家一台新电冰箱能显示冷藏室的温度。存放食物之前,该同学关闭冰箱密封门并给冰箱通电。若大气压为1.0×105 Pa,通电时显示温度为27 ℃,通电一段时间后显示温度为6 ℃,则此时冷藏室中气体的压强是　(　　)
A.2.2×104 Pa　　　　　　　　B.9.3×105 Pa
C.1.0×105 Pa　　　　　　　　D.9.3×104 Pa
5.对于一定质量的气体,在体积不变时,压强增大到原来的二倍,则气体温度的变化情况是(　　)
A.气体的摄氏温度升高到原来的二倍
B.气体的热力学温度升高到原来的二倍
C.气体的摄氏温度降为原来的一半
D.气体的热力学温度降为原来的一半
6.在冬季,剩有半瓶热水的暖水瓶经过一个夜晚后,第二天拔瓶口的软木塞时觉得很紧,不易拔出来,出现这种现象的主要原因是(　　)
A.软木塞受潮膨胀
B.瓶口因温度降低而收缩变小
C.白天气温升高,大气压强变大
D.瓶内气体因温度降低而压强减小
7.(2020湖北武汉高二下联考)如图所示,A是容积很大的玻璃容器,B是内径很小的玻璃管(忽略玻璃管体积),B的左端与A相通,右端开口,B中有一段水银柱将一定质量的理想气体封闭在A中,当把A放在冰水混合物里,开始时B的左管比右管中水银高20 cm;当B的左管比右管的水银面低20 cm时:
(1)A中气体前后的气压分别是多少?
(2)当B的左管比右管的水银面低20 cm时,A中气体的温度是多少?(设大气压强p0=76 cmHg)










8.(2020江苏南京中华中学高二下段考)如图所示,一内壁光滑的汽缸固定于水平地面上,在距汽缸底部L=54 cm处有一固定于汽缸上的卡环,活塞与汽缸底部之间封闭着一定质量的理想气体,活塞在图示位置时封闭气体的温度t1=267 ℃,压强p1=1.5 atm,设大气压强p0恒为1 atm,汽缸导热性能良好,不计活塞的厚度,由于汽缸缓慢放热,活塞最终会左移到某一位置而平衡,求:
(1)活塞刚要离开卡环处时封闭气体的温度t2;
(2)封闭气体温度下降到t3=27 ℃时活塞与汽缸底部之间的距离。









题组三　理想气体与理想气体的状态方程
9.(多选)对于理想气体的认识,下列说法正确的是(　　)
A.它是一种能够在任何条件下都严格遵守气体实验定律的气体
B.它是一种从实际气体中忽略次要因素,简化抽象出来的理想化模型
C.在温度不太高,压强不太低的情况下,气体可视为理想气体
D.被压缩的气体,不能作为理想气体
10.(多选)对一定质量的理想气体(　　)
A.若保持气体的温度不变,则当气体的压强减小时,气体的体积一定会增大
B.若保持气体的压强不变,则当气体的温度减小时,气体的体积一定会增大
C.若保持气体的体积不变,则当气体的温度减小时,气体的压强一定会增大
D.若保持气体的温度和压强都不变,则气体的体积一定不变
11.(多选)关于理想气体的状态变化,下列说法中正确的是　(　　)
A.一定质量的理想气体,当压强不变而温度由100 ℃上升到200 ℃时,其体积增大为原来的2倍
B.一定质量的理想气体由状态1变到状态2时,一定满足方程p1V1T1=p2V2T2
C.一定质量的理想气体体积增大到原来的4倍,可能是压强减半、热力学温度加倍
D.一定质量的理想气体压强增大到原来的4倍,可能是体积加倍、热力学温度减半
12.(2020黑龙江哈尔滨三中高二下月考)已知湖水深度为20 m,湖底水温为4 ℃,水面温度为17 ℃,大气压强为1.0×105 Pa。当一气泡从湖底缓慢升到水面时,其体积约为原来的(取g=10 m/s2,ρ水=1.0×103 kg/m3)(　　)
A.12.8倍　　　　　　　　B.8.5倍
C.3.1倍　　　　　　　　D.2.1倍
13.(2020黑龙江哈尔滨九中高三模拟)如图所示,竖直放置的圆柱形汽缸内有一不计质量的活塞,可在汽缸内做无摩擦滑动,活塞下方封闭一定质量的气体。已知活塞截面积为100 cm2,大气压强为1×105 Pa,汽缸内气体温度为27 ℃。
(1)若保持温度不变,在活塞上放一重物,使汽缸内气体的体积减小一半,求这时气体的压强和所加重物的重力;
(2)在加压重物的情况下,要使汽缸内的气体恢复原来体积,应对气体加热,使温度升高到多少摄氏度。










题组四　气体实验定律的微观解释
14.(2019黑龙江大庆铁人中学高二下期中)如图所示,一定质量的理想气体由状态A沿平行于纵轴的直线变化到状态B,则它的状态变化过程是(　　)

A.气体的温度不变
B.气体的内能增加
C.气体分子的平均速率减小
D.气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数不变

能力提升练
题组一　p-T图像与V-T图像的应用
1.(2020黑龙江哈尔滨三中高二下月考,)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,气体体积变小,温度降低
B.b→c过程中,气体温度不变,体积变小
C.c→a过程中,气体体积变小,压强增大
D.c→a过程中,气体压强增大,温度降低
2.(2020山东济南外国语学校高二下测试,)如图所示,一定量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b,在此过程中,其压强(　　)

A.逐渐增大　　　　　　　　B.逐渐减小
C.始终不变　　　　　　　　D.先增大后减小
3.(2020上海金山中学高三期中,)如图为一定质量理想气体的体积V与温度T的关系图像,气体由状态A经等温变化到状态B,再经等容变化到状态C,设A、B、C状态对应的压强分别为pA、pB、pC,则(　　)

A.pApB,pB=pC
C.pApC　　　　　　　　D.pA>pB,pB 题组二　气体实验定律的应用
4.(2020湖北武汉高二下联考,)(多选)如图所示,一导热良好的汽缸内用活塞封住一定量的理想气体(不计活塞厚度及与缸壁之间的摩擦),用一弹簧连接活塞,将整个汽缸悬挂在天花板上。弹簧长度为L,活塞距地面的高度为h,汽缸底部距地面的高度为H,活塞内气体压强为p,体积为V,下列说法正确的是(　易错　)

A.当外界温度升高(大气压不变)时,L不变、H减小、p不变、V变大
B.当外界温度升高(大气压不变)时,h减小、H变大、p变大、V减小
C.当外界大气压变小(温度不变)时,h不变、H减小、p减小、V变大
D.当外界大气压变小(温度不变)时,L不变、H变大、p减小、V不变
5.(2020广东汕头潮阳南侨中学高三上月考,)如图所示,总容积为3V0、内壁光滑的汽缸水平放置,一面积为S的轻质薄活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内,活塞左侧由跨过光滑定滑轮的细绳与一质量为m的重物相连,汽缸右侧封闭且留有抽气孔。活塞右侧气体的压强为p0,活塞左侧气体的体积为V0,温度为T0。将活塞右侧抽成真空并密封,整个抽气过程中缸内气体温度始终保持不变。然后将密封的气体缓慢加热。已知重物的质量满足关系式mg=p0S,重力加速度为g。求:

(1)活塞刚碰到汽缸右侧时气体的温度;
(2)当气体温度达到2T0时气体的压强。





6.(2020山东济南外国语学校高二下测试,)如图,一竖直放置的汽缸上端开口,汽缸壁内有卡口a和b,a、b间距为h,a距缸底的高度为H;活塞只能在a、b间移动,其下方密封有一定质量的理想气体。已知活塞质量为m,面积为S,厚度可忽略;活塞和汽缸壁均绝热,不计他们之间的摩擦。开始时活塞处于静止状态,上、下方气体压强均为p0,温度均为T0。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体,直至活塞刚好到达b处。求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功。重力加速度大小为g。



题组三　理想气体状态方程的应用
7.(2020江苏徐州一中高二下月考,)(多选)一定质量的理想气体,在某一状态下的压强、体积和温度分别为p0、V0、T0,在另一状态下的压强、体积和温度分别为p1、V1、T1,则下列关系错误的是(　　)
A.若p0=p1,V0=2V1,则T0=12T1
B.若p0=p1,V0=12V1,则T0=2T1
C.若p0=2p1,V0=2V1,则T0=2T1
D.若p0=2p1,V0=V1,则T0=2T1
8.(2019江苏南通中学高二期末,)如图所示,粗细均匀的细U形管竖直放置,左右两侧管中各有一段水银柱,长度如图所示,水平管中封闭10 cm长的空气柱,设大气压强为76 cmHg,环境温度为27 ℃,此时管中气体的压强等于　　　　cmHg,温度升到　　　　℃,左侧水银柱刚好全部进入竖直管。 

9.(2020山东济南章丘四中高三上模拟,)如图所示,开口向上的汽缸C静置于水平桌面上,用一横截面积S=50 cm2的轻质活塞封闭了一定质量的理想气体,一轻绳一端系在活塞上,另一端跨过两个定滑轮连着一劲度系数k=1 400 N/m的竖直轻弹簧A,A下端系有一质量m=14 kg的物块B。开始时,缸内气体的温度t=27 ℃,活塞到缸底的距离L1=120 cm,弹簧恰好处于原长状态。已知外界大气压强恒为p=1.0×105 Pa,取重力加速度g=10 m/s2,不计一切摩擦。现使缸内气体缓慢冷却,求:
(1)当B刚要离开桌面时汽缸内封闭气体的温度;
(2)气体的温度冷却到-93 ℃时,B离桌面的高度H。




答案全解全析
基础过关练
1.AB　等压变化中,有V1T1=V2T2,即V1(273+27)K=32V1T2,解得T2=450 K;原来的温度是300 K,所以温度升高了150 ℃,故A、B正确。
2.AD　设添加砂粒的总质量为m'。初态气体压强p1=p0+mgS,添加砂粒后气体压强p2=p0+(m+m')gS,由玻意耳定律得p1S·2h=p2Sh,解得m'=m+p0Sg,故A正确,B错误;设活塞回到原来位置时气体温度为T1,该过程为等压变化,有V1T1=V2T0,解得T1=2T0,故C错误,D正确。
3.答案　300 K
解析　活塞向右缓慢移动过程中,气体发生等压变化,由盖-吕萨克定律得
3LSA+LSBT1=4LSBT2
解得T2=300 K
当温度降为300 K时活塞A恰好移到两圆筒连接处。
4.D　由查理定律得p2=T2T1p1=279300×1.0×105 Pa=9.3×104 Pa,故D正确。
5.B　一定质量的气体体积不变时,压强与热力学温度成正比,即p1T1=p2T2,得T2=p2T1p1=2T1,故B正确。
6.D　冬季气温较低,瓶中的气体在体积V不变时,因温度T降低而使压强p减小,则气体对瓶塞向外的压力减小,所以第二天不易拔出来,故D正确。
7.答案　(1)56 cmHg　96 cmHg　(2)468 K
解析　(1)A中气体初状态压强p1=p0-ρgh=56 cmHg
末状态压强p2=p0+ρgh=96 cmHg。
(2)由于A的体积很大而B管很细,所以A容器的体积可认为不变。以A中气体为研究对象,已知T1=273 K,由查理定律有
p1T1=p2T2
解得T2=468 K。
8.答案　(1)87 ℃　(2)45 cm
解析　(1)汽缸内封闭气体的初状态p1=1.5 atm、T1=(267+273) K=540 K,压强p2=p0=1 atm
此过程发生等容变化,由查理定律得p1T1=p2T2
解得T2=p2T1p1=1×5401.5 K=360 K
所以t2=T2-273 K=(360-273) ℃=87 ℃
(2)活塞离开卡环后做等压变化,根据盖-吕萨克定律有
LST2=L3ST3
解得L3=T3T2L=300360×54 cm=45 cm
9.AB　气体分子大小和相互作用力可以忽略不计,也可以不计气体分子与器壁碰撞的动能损失,这样的气体称为理想气体。它是理论上假想的一种把实际气体的性质加以简化的气体。理想气体在任何情况下都严格遵守气体实验定律,也就是说,实际气体并不严格遵循这些定律,只有在温度不太低,压强不太大时,才可近似处理。一般可认为温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时的气体为理想气体。故A、B正确,C、D错误。
10.AD　气体的三个状态参量变化时,至少有两个同时参与变化,故D对;T不变时,由pV为恒量知A对;p不变时,由VT为恒量知B错;V不变时,由pT为恒量知C错。
11.BC　理想气体的状态方程pVT=C中的温度是热力学温度,不是摄氏温度,A错误,B正确;由理想气体的状态方程及各量的变化情况可判断C正确,D错误。
12.C　将气泡内气体视为理想气体。气泡在湖底时为初状态,压强p1=p0+ρ水gh=(1.0×105+1.0×103×10×20) Pa=3.0×105 Pa,温度T1=(273+4) K=277 K;气泡到水面时为末状态,压强p2=p0=1.0×105 Pa,温度T2=(273+17) K=290 K;根据理想气体的状态方程有p1V1T1=p2V2T2,解得V2V1=p1p2·T2T1=3.0×105Pa1.0×105Pa×290K277K≈3.1。
13.答案　(1)2×105 Pa　1 000 N　(2)327 ℃
解析　(1)第一状态:p1=1×105 Pa,V1=V
第二状态:V2=V2
由玻意耳定律得p1V1=p2V2
解得p2=2×105 Pa
又p2=p0+GS,S=100 cm2=1×10-2 m2,p0=1×105 Pa
解得G=1 000 N。
(2)第三状态:p3=2×105 Pa,V3=V
根据理想气体的状态方程有p3V3T3=p1V1T1
解得T3=600 K
所以t=327 ℃。
14.B　由p-V图像可知,气体状态由A变到B为等容升压过程,根据查理定律,一定质量的气体,当体积不变时,压强跟热力学温度成正比,所以压强增大温度升高,故选项A错误;一定质量的理想气体的内能仅由温度决定,所以气体的温度升高,内能增加,分子的平均速率增大,故选项B正确,C错误;气体温度升高,则气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数增加,故选项D错误。
能力提升练
1.A　a→b过程中,气体发生等压变化,根据盖-吕萨克定律VT=C可知气体温度降低,体积变小,故A正确;b→c过程中,气体发生等温变化,根据玻意耳定律pV=C可知压强减小,体积增大,故B错误;c→a过程中,由题图可知p与T成正比,则气体发生等容变化,根据查理定律pT=C可知压强增大,温度升高,故C、D错误。
2.A　理想气体沿直线从状态a变化到状态b,V逐渐变小,T逐渐变大,根据理想气体状态方程pVT=C可知p逐渐变大,故A正确。
3.A　气体从状态A变化到状态B,发生等温变化,p与V成反比,VA>VB,所以pA 4.AC　对汽缸、气体和活塞构成的整体受力分析,受到竖直向下的重力和竖直向上的弹力,所以弹簧的弹力恒定,形变量恒定,活塞位置不变,则L、h不变。对汽缸受力分析Mg+pS=p0S,大气压不变时,汽缸内理想气体的压强恒定,当外界温度升高,根据盖-吕萨克定律VT=C可知气体体积V增大,则H减小,故选项A正确,B错误;对汽缸受力分析Mg+pS=p0S,外界大气压p0减小时,气体压强p减小,根据玻意耳定律pV=C可知气体体积V增大,则H减小,故选项C正确,D错误。
易错警示
气体的温度升高,在压强不变的情况下,体积变大;不少同学对于气体体积变大的情境,错误地认为一定是活塞上移;可以采用先整体,后隔离的方法,判断出汽缸的活塞不会移动,气体体积增大,汽缸的缸体下移。
5.答案　(1)1.5T0　(2)43p0
解析　(1)活塞右侧的压强为p0时,设左侧气体压强为p1,则
p1=mgS+p0=2p0
右侧抽成真空,则p1V0=p2V2,p2=mgS=p0,解得V2=2V0。
缓慢加热气体,气体发生等压变化,活塞与汽缸右侧接触时,体积V3=3V0,气体的温度为T3,则V2T0=V3T3
解得T3=1.5T0。
(2)气体温度由1.5T0升高到2T0,气体发生等容变化,则
p0T3=p42T0
解得p4=43p0。
6.答案　1+hH1+mgp0ST0　(p0S+mg)h
解析　开始时活塞位于a处,加热后,汽缸中的气体先等容升温,直至活塞开始运动。设此时汽缸中气体的温度为T1,压强为p1,根据力的平衡条件有
p1S=p0S+mg①
根据查理定律有
p0T0=p1T1②
联立①②式可得
T1=(1+mgp0S)T0③
此后,汽缸中的气体经历等压过程,直至活塞刚好到达b处。设此时汽缸中气体的温度为T2;活塞位于a处和b处时气体的体积分别为V1和V2,则
V1=SH④
V2=S(H+h)⑤
根据盖-吕萨克定律有V1T1=V2T2⑥
联立③④⑤⑥式解得T2=1+hH1+mgp0ST0
从开始加热到活塞到达b处的过程中,汽缸中的气体对外做的功为W=(p0S+mg)h
7.ABC　若p0=p1,V0=2V1,根据p0V0T0=p1V1T1得T0=2T1,选项A错误,符合题意;若p0=p1,V0=12V1,根据p0V0T0=p1V1T1得2T0=T1,选项B错误,符合题意;若p0=2p1,V0=2V1,根据p0V0T0=p1V1T1得T0=4T1,选项C错误,符合题意;若p0=2p1,V0=V1,根据p0V0T0=p1V1T1得T0=2T1,选项D正确,不符合题意。
8.答案　80　294
解析　封闭气体在加热前为初状态,体积V1=10S,温度T1=(27+273) K=300 K,压强p1=p0+4 cmHg=80 cmHg。左侧水银柱刚好全部进入竖直管为末状态,此时左侧水银柱进入竖直管的长度为8 cm,所以压强p2=p0+8 cmHg=84 cmHg,则右侧水银柱进入竖直管的长度也为8 cm,水平部分的水银柱减少了8 cm,所以封闭气体的体积V2=(10+8)S=18S;由理想气体的状态方程有p1V1T1=p2V2T2,解得T2=567 K,所以t2=(567-273) ℃=294 ℃。
名师点睛
本题综合考查了气体压强的计算,理想气体的状态方程的应用。在计算气体压强时,由于左右两侧的竖直管是开口的,所以左右两侧水银柱的高度始终是相等的。
9.答案　(1)198 K　(2)10 cm
解析　(1)设B刚要离开桌面时弹簧的伸长量为x1,弹簧拉力kx1=mg,解得x1=0.1 m=10 cm
活塞受力平衡,有p2S+kx1=pS
根据理想气体的状态方程有pL1ST1=p2(L1-x1)ST2
解得T2=198 K。
(2)当温度降至198 K之后,若继续降温,则缸内气体的压强不变,根据盖-吕萨克定律有(L1-x1)ST2=(L1-x1-H)ST3
解得H=10 cm。