高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 气体的等温变化巩固练习

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 气体的等温变化巩固练习，共15页。试卷主要包含了某实验等内容，欢迎下载使用。

第二章　气体、固体和液体

2　气体的等温变化
基础过关练
题组一　气体状态参量及压强的计算
1.(2021福建莆田七中高二下期中)关于气体的体积,下列说法正确的是 (　　)
A.气体的体积就是所有气体分子体积的总和
B.气体的体积与气体的质量成正比
C.气体的体积与气体的密度成反比
D.气体的体积等于气体所在容器的容积
2.(2020黑龙江哈尔滨三中高二下月考)(多选)一定质量的气体在等温变化过程中,下列物理量中将发生变化的是 (　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.分子的平均动能 B.单位体积内的分子数
C.气体的压强 D.分子总数
3.(2021吉林长春北师大附属学校高二下期中)(多选)如图所示,竖直放置一根上端开口、下端封闭的细玻璃管,内有两段长均为15 cm的水银柱,封闭了长度均为15 cm的A、B两段空气柱,已知大气压强p0=75 cmHg,

环境温度保持不变。则A、B两段空气柱的压强为 (　　)
A.pA =60 cmHg
B.pA =90 cmHg
C.pB=105 cmHg
D.pB=120 cmHg
4.(2020黑龙江哈尔滨三十二中高二下期末)如图所示为内壁光滑的导热汽缸,一质量为m=2 kg、横截面积S=40 cm2的活塞封闭一定质量的气体,开始时汽缸如图甲放置,之后将其竖直放置(如图乙),大气压强p0=1×105 Pa,重力加速度g取10 m/s2,求:
(1)如甲图放置时,汽缸内气体的压强为多少?
(2)如乙图放置时,汽缸内气体的压强为多少?


题组二　探究气体等温变化的规律
5.(多选)关于“探究气体等温变化的规律”实验,下列说法正确的是 (　　)
A.实验过程中应保持被封闭气体的质量和温度不发生变化
B.实验中为找到体积与压强的关系,一定要测量空气柱的横截面积
C.为了减小实验误差,可以在柱塞上涂润滑油,不仅减小摩擦还可以防止漏气
D.处理数据时采用p-1V图像,是因为p-1V图像比p-V图像更直观
6.(2021山东青岛高二下期中,节选)某实验

小组用如图所示装置探究气体做等温变化的规律。已知压力表通过细管与注射器内的空气柱相连,细管隐藏在柱塞内部未在图中标明。
(1)从压力表中读取空气柱的　　　　,从注射器旁的　　　　中读取空气柱的长度。 
(2)为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主要措施是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)实验过程中,下列操作正确的是　　　　。 
A.推拉柱塞时,动作要快,以免气体进入或漏出
B.推拉柱塞时,手不可以握住整个注射器
C.柱塞移至某位置时,应迅速记录此时注射器内空气柱的长度和压力表的压强值
题组三　玻意耳定律的理解及应用
7.(2020山东济南外国语学校高二下测试)一定质量的气体,压强为3 atm,保持温度不变,当压强减小2 atm时,体积变化了4 L,则该气体原来的体积为 (　　)
A.43 L B.2 L C.83 L D.3 L
8.

(2021辽宁沈阳高二下期中)(多选)如图所示,两端开口的均匀玻璃管竖直插入水银槽中,管中有一段高为h1的水银柱封闭一定质量的气体,这时管下端开口处内、外水银面高度差为h2,若保持环境温度不变,当外界压强增大时,下列分析正确的是 (　　)
A.h2变长 B.h2不变
C.水银柱上升 D.水银柱下降
9.(2021江苏常州华罗庚中学高三月考)如图所示是某排水管道的侧面剖视图。井盖上的泄水孔因故堵塞,井盖与管口间密封良好但不粘连。暴雨期间,水位迅速上涨,该井盖可能会不断跳跃。设井盖质量为m=20.0 kg,圆柱形竖直井内水面面积为S=0.300 m2,图示时刻水面与井盖之间的距离为h=2.00 m,井内密封有压强刚好等于大气压强p0=1.01×105 Pa、温度为T=300 K的空气,重力加速度g取10 m/s2。密闭空气的温度始终不变。求(结果均保留三位有效数字):
(1)密闭空气的压强为多大时井盖刚好被顶起。
(2)从图示位置起,水面上涨多少后井盖会第一次被顶起。



10.(2021湖北石首一中高二下测试)如图所示,在一根一端封闭且粗细均匀的长玻璃管中,用长为h=10 cm的水银柱将一部分空气密封,当管开口向上竖直放置时,管内空气柱的长度L1=0.3 m;若温度保持不变,玻璃管开口向下放置,水银没有流出玻璃管。待水银柱稳定后,空气柱的长度L2为多少?(大气压强p0=76 cmHg,结果保留2位有效数字)


题组四　气体等温变化的图像
11.(2021河北石家庄二中高二下测试)如图所示,空的薄金属筒开口向下静止于恒温透明液体中,筒中液面与A点齐平。现缓慢将其压到更深处,筒中液面与B点齐平,不计气体分子间相互作用,且筒内气体无泄漏(液体温度不变)。下列图像中能体现筒内气体状态变化过程的是 (　　)

A. B.
C. D.
12.(2020湖北黄冈高二下期末)为了直观地描述一定质量气体在等温变化时压强p与体积V的关系,通常建立p-V坐标系来研究。该气体在T1、T2温度下的等温线(为双曲线的一支)如图所示,则它的p-1V图像应为 (深度解析)

A. B.
C. D.
13.(2021吉林长春北师大附属学校高二下期中)(多选)如图所示,D→A→B→C表示一定质量的某种气体状态变化的一个过程,气体处于A状态和B状态时,气体温度分别为T1和T2,则下列说法正确的是 (　　)

A.D→A是一个等温过程
B.A→B是一个等温过程
C.A与B的各状态参量均相同
D.B→C体积增大,压强减小,温度不变

能力提升练

题组一　气体压强的计算
1.(2021江西南昌高安中学高二下测试,)有一段12 cm长水银柱,在均匀玻璃管中封住一定质量的气体。若管口向上将玻璃管放置在一个倾角为30°的光滑斜面上(如图所示),在下滑过程中被封闭气体的压强为(设大气压强为p0=76 cmHg) (　　)

　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.76 cmHg B.82 cmHg
C.88 cmHg D.70 cmHg
2.(2020安徽太和中学高二下期末,)如图所示,一定质量的空气被活塞封闭在竖直放置的导热汽缸内,活塞的质量不可忽略,下列可使被封闭气体压强变大的是 (　　)

A.环境温度升高 B.汽缸向上加速运动
C.汽缸自由下落 D.将汽缸开口向下放置
题组二　探究气体等温变化的规律
3.(2021山东新泰一中高二下期中,)用图甲所示装置探究气体等温变化的规律。
(1)关于该实验,下列说法正确的有　　　　。 
A.该实验用控制变量法研究气体的变化规律
B.应快速推拉柱塞
C.为方便推拉柱塞,应用手握注射器再推拉柱塞
D.注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可,可以不标注单位

(2)测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后,为直观反映压强与体积之间的关系,以p为纵坐标,以1V为横坐标在坐标系中描点作图。小明所在的小组压缩气体时漏气,则用上述方法作出的图线应为图乙中的　　　　(选填“①”或“②”)。 
(3)为更准确地测出气体的压强,小华用压强传感器和注射器相连,得到某次实验的p-V图如图丙所示,究其原因,气体由状态A变化到状态B的过程中温度发生了怎样的变化:　　　　。 

A.一直下降 B.先上升后下降
C.先下降后上升 D.一直上升
4.(2020上海青浦中学高三上期末,)在“用DIS研究温度不变时,一定质量的气体压强与体积的关系”实验中:

(1)图中A是　　　　传感器。 
(2)实验过程中,手不能接触注射器有封闭气体部分,这样做的目的是:　　　　　　　　。 
(3)某同学在做实验时,按实验要求组装好实验装置,然后缓慢推动活塞,使注射器内空气从初始体积20.0 mL减为12.0 mL。实验共测五次,每次体积值直接从注射器的刻度读出并输入计算机,同时测得对应体积的压强值。实验完成后,计算机屏幕上显示出如下表所示的实验结果:
序号
V/mL
p/(×105 Pa)
pV/(×105 Pa·mL)
1
20.0
1.001 0
20.020
2
18.0
1.095 2
19.714
3
16.0
1.231 3
19.701
4
14.0
1.403 0
19.642
5
12.0
1.635 1
19.621
仔细观察发现pV/(×105Pa·mL)一栏中的数值越来越小,造成这一现象的可能原因是　　　　。 
A.实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力增大了
B.实验时环境温度升高了
C.实验时外界大气压强发生了变化
D.实验时注射器内的空气向外发生了泄漏
(4)由于在实验时,未考虑软管中气体的体积,则实验得到的p-V图线可能为(图中实线是实验所得图线,虚线为实际曲线)　　　　。 
A. B.
C. D.
题组三　玻意耳定律的应用
5.(2021安徽淮南一中高二下期中,)(多选)如图所示,汽缸内用厚度不计、质量为m的活塞封闭一定质量的气体,活塞横截面积为S,到汽缸底部的距离为L,活塞与汽缸壁间的摩擦不计,汽缸导热性能良好。现缓慢地在活塞上加一定质量的细沙,活塞下移L3达到稳定,环境温度保持不变,大气压强为p0,重力加速度为g,则 (　　)

A.细沙质量为12p0Sg+m
B.汽缸内分子的平均动能增大
C.汽缸内气体分子的数密度不变
D.单位时间内撞击到单位面积汽缸壁上的分子数增多
6.(2021山东德州高三一模,)如图所示,将一厚度不计的金属筒移至水面上方,使其开口向下轻轻释放,金属筒下沉过程中不歪斜,最终漂浮在水中。已知金属筒的质量m=25 kg,长度L=1.512 m,横截面积S=0.05 m2;水的密度ρ=1.0×103 kg/m3;大气压强p0=1.0×105 Pa。空气和水的温度相同且保持不变,重力加速度g=10 m/s2。求:
(1)金属筒漂浮在水中时,内外水面的高度差;
(2)金属筒漂浮在水中时,露出水面的长度。

7.(2020江苏南京中华中学高二下段考,)如图所示,粗细均匀的弯曲玻璃管A、B两端开口,管内有一段水银柱,右管内气体柱长为39 cm,中管内水银面与管口A之间气体柱长为40 cm,先将管口B封闭,再将左管竖直插入水银槽中,设整个过程温度不变,稳定后右管内水银面比中管内水银面高2 cm,大气压强p0=76 cmHg,求:
(1)稳定后右管内的气体压强p;
(2)左管A端插入水银槽的深度h。




8.(2020山东济南四中高三上模拟,)如图所示,一开口向上的汽缸固定在水平地面上,质量均为m、横截面积均为S的活塞A、B将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ两部分。在活塞A的上方放置一质量为2m的物块,整个装置处于平衡状态,此时Ⅰ、Ⅱ两部分气体的长度均为l0。已知大气压强与活塞质量的关系为p0=3mgS,气体质量、温度始终保持不变,不计一切摩擦,汽缸足够高。当把活塞A上面的物块取走时,活塞A将向上移动,求系统重新达到平衡状态时,A活塞上升的高度。深度解析




答案全解全析
第二章　气体、固体和液体
2　气体的等温变化
基础过关练
1.D　气体的体积就是所有气体分子运动占据的空间的体积的总和,选项A错误;只有当气体的密度一定时,气体的体积才与气体的质量成正比,选项B错误;只有当气体的质量一定时,气体的体积才与气体的密度成反比,选项C错误;气体总是充满整个容器,则气体的体积等于气体所在容器的容积,选项D正确。
2.BC　气体在等温变化过程中,温度不变,所以分子的平均动能不变,故A错误;等温变化过程研究的是一定质量的气体,压强随体积变化的规律,一定质量的气体,其分子总数一定,单位体积内的分子数改变,故B、C正确,D错误。
3.BC　对上面一段水银柱进行分析,有pA=p0+ρgh=75 cmHg+15 cmHg=90 cmHg,故选项A错误,B正确;对下面的一段水银柱进行分析,有pB=pA+ρgh=90 cmHg+15 cmHg=105 cmHg,故选项C正确,D错误。
4.答案　(1)1×105 Pa　(2)1.05×105 Pa
解析　(1)汽缸如甲图放置时,根据活塞受力平衡可知,汽缸内气体的压强等于外界大气压强,有p=p0=1×105 Pa。
(2)汽缸如乙图放置时,根据活塞受力平衡有pS=p0S+mg,可得p=1.05×105 Pa。
5.ACD　本实验探究采用的方法是控制变量法,所以要保持被封闭气体的质量和温度不变,故A正确;由于注射器是圆柱形的,横截面积不变,所以只需测出空气柱的长度即可,故B错误;涂润滑油可以防止漏气,使被封闭气体的质量不发生变化,也可以减小摩擦,故C正确;当p与V成反比时,p-1V图像是一条过原点的直线,而p-V图像是曲线,所以p-1V图像更直观,故D正确。
6.答案　(1)压强　刻度尺　(2)柱塞上涂上润滑油(保证封闭气体质量不变的措施都可以)　(3)B
解析　(2)为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主要措施是在柱塞上涂上润滑油防止漏气;
(3)若急速推拉柱塞,则有可能造成等温条件的不满足,所以应缓慢推拉柱塞,故A错误;手握注射器会造成温度变化,故B正确;应等状态稳定后,记录此时注射器内空气柱的长度和压力表的压强值,故C错误。
7.B　气体初状态的压强p1=3 atm,体积V1=V;末状态的压强p2=1 atm,体积V2=V+4 L。由玻意耳定律得p1V1=p2V2,即3 atm×V=1 atm×(V+4 L),解得V=2 L,故B正确。
8.BD　以管中高h1的水银柱为研究对象,可得管内封闭气体的压强为p=p0+ρgh1,取管下端开口处液片为研究对象,有p=p0+ρgh2,则h1=h2,h1不变,则h2不变,故A错误,B正确;当外界压强增大时,管内封闭气体的压强p增大,根据玻意耳定律pV=C可知气体的体积减小,则水银柱下降,故C错误,D正确。
9.答案　(1)1.02×105 Pa　(2)1.96 cm
解析　(1)井盖刚好被顶起时,有pS=p0S+mg
解得p=1.02×105 Pa
(2)设水面上涨x时,井盖第一次被顶起,根据玻意耳定律有:
p(h-x)S=p0hS
解得x=1.96 cm
10.答案　0.39 m
解析　设玻璃管的横截面积为S,以管内封闭的气体为研究对象,
当玻璃管开口向上时,管内气体的压强p1=p0+ρgh,气体体积V1=L1S
当玻璃管开口向下时,管内气体的压强p2=p0-ρgh,气体体积V2=L2S
由于温度不变,由玻意耳定律有(p0+ρgh)L1S=(p0-ρgh)L2S
解得L2=0.39 m
11.C　筒内气体发生等温变化,由玻意耳定律可知气体的压强与体积成反比,金属筒从A下降到B的过程中,气体压强p变大,体积V变小,故C正确。
12.B　根据玻意耳定律pV=C,C与温度有关,温度越高,C越大,可知p与V之积越大表示温度越高,则T2>T1;根据pV=C可知p=1V·C,故p与1V成正比,p-1V图线的延长线过原点,且温度越高图线的斜率越大,故B正确。
导师点睛
由不同等温线的分布情况可以判断温度的高低
(1)在p-V图像中,等温线离坐标原点越远,温度越高。
(2)在p-1V图像中,等温线的斜率越大,温度越高。
13.AD　在p-1V图像中,D→A是过原点直线的一部分,所以D→A是一个等温过程,故选项A对;直线BC是过原点的直线,所以直线BC是等温线,因为直线BC的斜率大于直线AD,所以T2>T1,则A到B温度升高,故选项B、C错;B→C是一个等温过程,由玻意耳定律可知,V增大,则p减小,故选项D正确。
能力提升练
1.A　对玻璃管和水银柱组成的系统,根据牛顿第二定律可得mg·sin 30°=ma,解得整体的加速度a=12g,对水银柱,由牛顿第二定律得p0S+m'g sin 30°-pS=m'a,解得p=p0,故选A。
2.B　设活塞的质量为m,横截面积为S,大气压强为p0。开始时,对活塞,由平衡条件有p0S+mg=p1S,则p1=p0+mgS。当环境温度升高时,封闭气体的温度也升高,但压强不变,故A错误。设汽缸的加速度大小为a,对活塞,由牛顿第二定律有p2S-p0S-mg=ma,得p2=p0+mgS+maS>p1 ,即压强增大,故B正确。当汽缸自由下落处于完全失重状态时,封闭气体的压强等于大气压强,则压强减小,故C错误。汽缸开口向下时,对活塞,由平衡条件有p0S=mg+p4S,则p4=p0-mgS,可知压强减小,故D错误。
3.答案　(1)AD　(2)②　(3)B
解析　(1)该实验是研究质量一定的气体在温度不变的情况下,压强跟体积的关系,采用了控制变量法,故A正确;快速推拉柱塞或用手握住注射器,会导致气体温度发生变化,不符合实验条件,故B、C错误;注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可,可以不标注单位,故D正确。
(2)一定质量的气体,在温度不变时,p-1V图线是一条过原点的直线的一部分;压缩气体时漏气,气体质量减小,当横坐标1V变大时,图线将偏离直线,且图线上的点与原点连线的斜率是减小的,故选②。
(3)由题图可知,pAVA=pBVB,所以A、B两状态的温度相同,在同一等温线上。可在p-V图上作出几条等温线,如图所示。由于离原点越远的等温线温度越高,可知从状态A到状态B气体温度先升高再降低,故选B。

4.答案　(1)压强　(2)保持温度不变　(3)D　(4)B
解析　(1)本实验需要测量气体的体积和压强,体积由注射器的刻度直接读出,实验器材A是压强传感器,可测出压强。
(2)本实验要求温度不变,用手握住注射器有气体的部分,会使气体温度升高,所以手不能握住注射器。
(3)活塞与注射器筒壁间的摩擦力增大,但是由于是缓慢推动活塞,则气体的温度是不变的,不影响探究气体的压强跟体积的关系,故A错误;实验时若环境温度升高,则p与V乘积的值变大,而实验数据p、V的乘积在变小,故B错误;由于使用了压强传感器,外界大气压强发生变化不影响压强测量,故C错误;实验时,若注射器内的空气向外发生了泄漏,参与实验的只是原有气体的一部分,所以p与V乘积的值变小,故D正确。
(4)若压强测量值正确,体积测量值偏小,则实验得到的曲线(实线)应该在实际曲线(虚线)的下方,故A、D错误;实际曲线(虚线)为双曲线的一支,由于体积变化时,软管中气体的体积占总体积的百分比会变化,即注射器中气体质量会变化,所以实验得到的曲线(实线)不是双曲线,故B正确,C错误。
5.AD　在初状态有p1S=mg+p0S,在末状态有p2S=mg+m沙g+p0S,气体发生等温变化,由玻意耳定律有p1SL=p2S×23L,联立解得m沙=12p0Sg+m,故A正确。由于汽缸导热性能良好且环境温度保持不变,即气体温度不变,则分子的平均动能不变,故B错误。汽缸内封闭气体被压缩,体积减小,则汽缸内气体分子的数密度增大,故C错误。由于温度不变,则气体分子的平均动能不变,平均速率不变;在等温压缩时压强增大,则单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多,故D正确。
6.答案　(1)0.5 m　(2)0.94 m
解析　(1)当金属筒漂浮在水中时,设其内外水面的高度差为h,有ρSh·g=mg
解得h=0.5 m。
(2)金属筒漂浮在水中时p0S+mg=pS
由玻意耳定律可得p0SL=pSL'
代入数据解得L'=1.44 m,则露出水面的长度ΔL=L'-h=0.94 m。
7.答案　(1)78 cmHg　(2)7 cm
解析　(1)设均匀玻璃管的横截面积为S,插入水银槽后,右管内气体等温变化,由玻意耳定律得p0l0S=p(l0-Δℎ2)S
代入数据解得p=78 cmHg。
(2)插入水银槽后左管内气体压强p'=p+ρgΔh=80 cmHg
左管内、外水银面高度差h1=p'-p0ρg=4 cm
对中、左管内气体,由玻意耳定律得p0lS=p'l'S,解得l'=38 cm
左管插入水银槽的深度h=l+Δℎ2-l'+h1=7 cm。
8.答案　0.9l0
解析　对Ⅰ气体,初状态压强p1=p0+3mgS
末状态压强为p1'=p0+mgS
设末状态时Ⅰ气体的长度为l1,由玻意耳定律得p1l0S=p1'l1S
解得l1=32l0
对Ⅱ气体,初状态压强p2=p0+4mgS
末状态压强p2'=p0+2mgS
设末状态时Ⅱ气体的长度为l2,由玻意耳定律得p2l0S=p2'l2S
解得l2=75l0
所以活塞A上升的高度为Δh=l1+l2-2l0
解得Δh=0.9l0。
导师点睛
本题综合考查了压强的计算、气体等温变化的规律。应用玻意耳定律时,要分析研究对象的初、末状态的参量。Ⅰ气体与Ⅱ气体之间的压强存在着一定的关系,这是联系两部分气体的纽带。