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第二章 气体、固体和液体测评卷2021-2022学年物理选择性必修第三册人教版2019（Word含解析）
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册全册综合随堂练习题，共7页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
第二章 气体、固体和液体
(本试卷满分100分,考试用时75分钟)
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.(2021吉林长春外国语学校高二下期中)下列热力学温度,最接近室温的是 ( )
A.100 K B.200 K C.300 K D.400 K
2.(2021山东泰安高二下期中)对下列几种固体物质的认识,不正确的有 ( )
A.食盐熔化过程中,温度保持不变,说明食盐是晶体
B.烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明云母片是晶体
C.天然石英表现为各向异性,是由于该物质的微粒在空间的排列不规则
D.石墨和金刚石的物理性质不同,是由于组成它们的物质微粒排列结构不相同
3.(2021山东泰安高三三模)下列说法正确的是 ( )
A.若某种固体在光学上具有各向异性,则该固体可能为多晶体
B.液体表面张力的成因是表面层分子间的作用力表现为斥力
C.若液体P滴在固体Q上很难擦去,则说明液体P浸润固体Q
D.只有浸润液体在细管中才能发生毛细现象
4.(2021上海师大附中高三上月考)如图,一汽缸开口向右固定于水平地面,一活塞将一定质量的气体封闭在汽缸内。汽缸中间位置有小挡板。开始时,外界大气压为p0,活塞紧压于小挡板右侧。缓慢升高封闭气体的温度T,封闭气体压强p随T变化图像可能正确的是 ( )
A. B.
C. D.
5.(2021吉林长春高二下期中)某自行车轮胎的容积为V,里面已有压强为p0的空气,现在要使轮胎内的气压增大到p,设充气过程为等温过程,空气可看作理想气体,轮胎容积保持不变,则还要向轮胎充入温度相同、压强也是p0的空气体积为 ( )
A.p0pV B.pp0V C.pp0-1V D.pp0+1V
6.(2021河北宣化一中高二下月考)如图所示,容积为100 cm3的球形容器与一粗细均匀的竖直长管相连,管上均匀刻有从0到100刻度,两个相邻刻度之间的管道的容积等于0.25 cm3,有一滴水银(体积可忽略)将球内气体与外界隔开。当温度为20 ℃时,该滴水银位于刻度40处。若不计容器及管的热膨胀,将0到100的刻度替换成相应的温度刻度,则相邻刻度线所表示的温度之差及在此温度计刻度内可测量的温度范围分别是 ( )
A.相等;266.4 K~333 K B.相等;233 K~393.3 K
C.不相等;233 K~393.3 K D.不相等;266.4 K~333 K
7.(2021湖北石首一中高二下月考)活塞式抽气机汽缸容积为V,用它给容积为2V的容器抽气,抽气机抽动两次(抽气过程可视为等温变化),容器内剩余气体压强是原来的 ( )
A.14 B.12 C.49 D.59
8.(2021湖南师大附中高二下月考)研究表明,新冠病毒耐寒不耐热,温度在超过56 ℃时,30分钟就可以灭活。如图所示,含有新冠病毒的气体被轻质绝热活塞封闭在粗细均匀的绝热汽缸下部a内,汽缸顶端有一绝热阀门K,汽缸底部接有电热丝E,汽缸的总高度h=90 cm。a内被封闭气体初始温度t1=27 ℃,活塞与底部的距离h1=60 cm,活塞和汽缸间的摩擦不计。若阀门K始终打开,电热丝通电一段时间,稳定后活塞与底部的距离h2=66 cm,关于上述变化过程,下列说法正确的是 ( )
A.b中逸出的气体占原来b中气体的16
B.a中的气体吸收热量,压强增大
C.稳定后,a内的气体温度为50 ℃
D.稳定后,保持该温度不变再持续30分钟,a内新冠病毒能够被灭活
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。全选对得4分,选对但不全得2分,选错或不选得0分)
9.(2020吉林长春二中高二下月考)下列现象中,能说明液体存在表面张力的有 ( )
A.悬浮在水中的花粉做无规则运动 B.叶面上的露珠呈球形
C.绸布伞有缝隙但不漏雨水 D.滴入水中的红墨水很快散开
10.(2020黑龙江哈尔滨三中高二下月考改编)一定质量的气体在等容变化过程中,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
11.(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,温度升高
12.(2021福建厦门高二下期中)如图所示,左端封闭、右侧开口的U形管内分别用水银封有两部分气体,右侧部分封闭气体的压强为p1,水银面高度差为h。当左侧部分气体温度升高较小的Δt,重新达到平衡后,h和p1的变化是 ( )
A.h变小 B.h不变 C.p1变小 D.p1不变
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(6分)(2021上海虹口高三二模)如图是用DIS研究“在温度不变时,一定质量的气体压强与体积的关系”的部分实验装置。
主要步骤如下:
①将压强传感器调零;
②把活塞移至注射器满刻度处;
③逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器、计算机;
④推动活塞,记录多组注射器内气体的体积V以及相应的压强传感器示数p。
(1)实验操作中,除了保证封闭气体的温度恒定以外,还需保证 不变。为此,在封入气体前,应 。
(2)一小组根据测量的数据,绘出p-1V图像如图所示。图线的上端出现了一小段弯曲,产生这一现象的可能原因是: 。
(3)另一小组实验时缓慢推动活塞,记录4组注射器上的刻度数值V,以及相应的压强传感器示数p。在采集第5组数据时,压强传感器的软管脱落,重新接上后继续实验,又采集了4组数据,其余操作无误。绘出的V-1p关系图像应是 。
A. B.
C. D.
14.(8分) (2020山东德州高二下期末)某小组利用如图所示装置研究“一定质量气体温度不变时,压强与体积的关系”。
如图所示,带刻度的注射器内封闭了一定质量的气体,推动活塞可以改变气体体积V。实验时所用测量压强的装置较特殊,测量的是注射器内部气体和外部大气(压强为p0)的压强差Δp,在内部气体和外部大气压强相等时注射器内部气体的体积为V0,在多次改变体积后,得到如下数据:
Δp/(×105 Pa)
0.11
0.25
0.43
0.67
V/mL
9
8
7
6
(1)图中装置1为压强传感器,装置2为数据采集器。每次气体的状态调整后,都要等一会儿再记录数据,这是为了 ;
(2)研究小组基于数据,以Δp为纵轴,作出的函数图线为直线,则横轴是 ;
(3)该直线的函数表达式是 (用题中所给字母符号表示),图像纵轴截距的绝对值的物理含义是 。
15.(10分)(2021山东泰安高三三模)如图所示,一导热性能良好的圆柱形储气瓶水平固定,瓶内有用光滑活塞分成的A、B两部分理想气体。开始时,A、B两部分气体的体积之比为3∶2,压强均为p,活塞与储气瓶的内壁间气密性良好。
(1)请通过计算判断当环境温度缓慢升高时,活塞是否移动;
(2)若环境温度不变,因阀门封闭不严,B中气体向外缓慢泄漏,活塞将缓慢向右移动,求当B中气体体积减为原来的一半时,A中气体的压强。
16.(10分)(2021河南百强校高二下联考)如图所示,一定质量的理想气体,被长度为76 cm的水银柱封闭在粗细均匀、足够长的玻璃管中,将玻璃管平放在水平面上处于静止状态时,气体的长度为l0;现在缓慢竖起玻璃管,管口向上直到玻璃管竖直立在水平面上处于静止状态。已知大气压强为p0=76 cmHg,重力加速度为g,玻璃管导热性能良好,环境温度不变,求:
(1)当玻璃管竖直放置时,气体的长度为多少;
(2)当玻璃管的倾角为37°时,向玻璃管中注入多长的水银柱,气体的长度才等于玻璃管竖直放置时气体的长度(结果保留1位小数)。
17. (13分)(2021黑龙江哈尔滨九中高二下月考)如图所示,开口向上竖直放置的内壁光滑汽缸,其侧壁是绝热的,底部导热,内有两个质量均为m的密闭活塞,活塞A导热,活塞B绝热,将缸内理想气体分成Ⅰ、Ⅱ两部分。初状态整个装置静止不动且处于平衡状态,Ⅰ、Ⅱ两部分气体的高度均为l0,温度为T0。设外界大气压强为p0保持不变,活塞横截面积为S,且mg=p0S,环境温度保持不变。求:在活塞A上逐渐添加铁砂,当铁砂质量等于3m时,两活塞在某位置重新处于平衡状态,求活塞A下降的高度。
18.(13分)(2020湖南衡阳模拟)内径均匀、导热良好的“T”形细管竖直放置,管的水平部分左、右两端封闭,竖直管足够长且上端开口与大气相通,水银将水平管中的理想气体分为两部分,各部分长度如图所示,设外界温度不变,外界气压p0=75 cmHg。
(1)现再向竖直管中缓慢注入水银,直到B中气柱长度变为4.5 cm,求注入管中的水银柱的长度;
(2)如果让整个装置从图示状态开始做自由落体运动,求稳定时竖直管内水银的高度。
答案
第二章 气体、固体和液体
1.C 一般室温在27 ℃左右,根据热力学温度与摄氏温度的关系有T=273 K+t=273 K+27 ℃=300 K,故C正确。
2.C 食盐熔化过程中,温度保持不变,即熔点一定,说明食盐是晶体.选项A说法正确;烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明云母具有各向异性,云母片是晶体,选项B说法正确;天然石英表现为各向异性,是由于该物质的微粒在空间的排列规则,选项C说法错误;组成石墨和金刚石的化学元素是相同的,都是碳,但石墨和金刚石的物理性质不同,是由于碳原子排列结构不同,选项D说法正确。
3.C 若某种固体在光学上具有各向异性,则该固体为单晶体,故A错误;液体表面张力的成因是表面层分子间的作用力表现为吸引力,故B错误;若液体P滴在固体Q上很难擦去,根据浸润的定义可知液体P浸润固体Q,故C正确;不论液体是否浸润细管,细管中都能产生毛细现象,细管插入浸润液体中,管内液体上升,高于管外液面;细管插入不浸润液体中,管内液体下降,低于管外液面。故D错误。
4.B 当缓慢升高缸内气体温度时,开始气体发生等容变化,根据查理定律可知缸内气体的压强p与热力学温度T成正比,图线是过原点的倾斜的直线;当缸内气体的压强等于外界的大气压时,气体发生等压膨胀,图线是平行于T轴的直线,故B正确。
5.C 设充入气体的体积为V',在等温变化过程中,由玻意耳定律有p0V+p0V'=pV,解得V'=p-p0p0V=pp0-1V,故C正确。
6.A 因为容器内气体发生的是等压变化,由盖-吕萨克定律可得V1T1=V2T2=ΔVΔT,可知温度变化与体积变化的比值恒定,或温度数值与0到100的刻度数值成线性关系,相邻刻度线所表示的温度之差相等。水银由0刻度到40刻度处,由等压变化规律有V1T1=V2T2,且T2=(273+20)K=293 K,得出T1=V1T2V2=100×293100+40×0.25 K=266.4 K;水银由0刻度到100刻度过程,由等压变化规律有V1T1=V3T3,得出T3=V3T1V1=(100+100×0.25)×266.4100 K=333 K,所以温度测量的范围是266.4 K~333 K,A正确。
7.C 设抽气前容器内气体压强为p,则气体初状态参量为p1=p,V1=2V,第一次抽气后,气体体积为V2=3V,由玻意耳定律有p1V1=p2V2,即p×2V=p2×3V,解得p2=23p;第二次抽气过程,气体初状态参量p2=23p,V2'=2V,第二次抽气后气体体积V3=3V,由玻意耳定律得p2V2'=p3V3,即23p×2V=p3×3V,解得p3=49p,故C正确。
8.D 由题意可知,原来b的高度h1'=h-h1=30 cm,稳定后,活塞与底部的距离h2=66 cm,此时b的高度h2'=h-h2=24 cm,设活塞的面积为S,那么b中逸出的气体占原来b中气体的ℎ1'S-ℎ2'Sℎ1'S=15,故A错误;由于K始终打开,a中气体的压强不变,由盖-吕萨克定律可得V1t1+273=V2t2+273,其中V1=h1S、V2=h2S,求得t2=57 ℃,故B、C错误,D正确。
9.BC 悬浮在水中的花粉做无规则运动是布朗运动,是水分子无规则热运动的反映,与表面张力无关,故A错误;表面张力有使液体表面收缩的趋势,使液体表面积最小,叶面上的露珠呈球形,就是水的表面张力作用的结果,故B正确;雨水表面存在表面张力,使雨水表面绷紧、收缩,虽然绸布伞有缝隙,但不漏水,故C正确;滴入水中的红墨水很快散开是扩散现象,是分子无规则热运动的反映,故D错误。
10.BC 一定质量的气体,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,压强随体积的变化关系,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。
11.AD 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,D正确。
12.AD 设大气压强为p0,右侧水银柱的高度为h1,则右侧部分封闭气体的压强p1=p0+ρgh1;由于p0和h1均不变,所以p1不变,故C错误,D正确。设左侧气体压强为p2,当左侧部分气体温度升高时,假设气体体积不变,根据理想气体状态方程pVT=C可知p2增大;由于p1=ρgh+p2,可知h变小,故A正确,B错误。
13.答案 (1)质量(1分) 在活塞上均匀涂抹润滑油(1分) (2)注射器内的气体向外泄漏(2分) (3)D(2分)
解析 (1)研究在温度不变时,一定质量的气体压强与体积的关系,即质量、温度不变时气体的压强与体积的关系,所以本实验保持温度不变,还需保证封闭气体质量不变;为了防止漏气,需要在活塞上均匀涂抹润滑油。
(2)p-1V图线的上端出现了一小段弯曲,即当1V增大,V减小时,p增加的量与1V增加的量不是线性关系,斜率减小,说明压强增加程度减小,其原因可能是注射器存在漏气现象。
(3)测量时,由于注射器与压强传感器连接部分气体的体积V0未计入,所以纵轴存在截距-V0;当软管脱落后,由于气体向外漏出,p的测量值偏小,相应的横坐标1p偏大,但V-1p的延长线与纵轴的交点仍为-V0,则前后两条图线应相交在此处,所以绘出的V-1p关系图像应是D。
14.答案 (1)使封闭气体与外界进行充分的热交换,保持封闭气体的温度不变(2分)
(2)1V (2分) (3)Δp=p0V0V-p0 (3分) 大气压强(1分)
解析 (1)由于推动活塞的时候气体的温度会发生变化,因而需要等一会儿,使封闭气体与外界进行充分的热交换,即保持封闭气体的温度不变,再记录数据。
(2)根据pV=C,p=p0+Δp,可得Δp=C·1V-p0,所以横轴为1V。
(3)由于pV=p0V0,所以Δp=p0V0V-p0,由一次函数知识可知,图像纵轴截距的绝对值是p0,即表示大气压强。
15.答案 (1)不移动,计算过程见解析 (2)34p
解析 (1)假设温度升高过程中活塞不动,气体发生等容变化,由查理定律有pT=p'T' (1分)
解得p'=T'Tp (1分)
气体压强的变化量Δp=p'-p=T'-TTp=ΔTTp (2分)
由于p、ΔT、T都相同,A、B两部分气体压强的变化量Δp相同,所以当环境温度缓慢升高时,活塞不移动。 (2分)
(2)设开始时A部分气体的体积为3V,则B部分气体的体积为2V,由题意可知,A部分气体后来的体积为4V,气体发生等温变化,由玻意耳定律有:p×3V=p″×4V (2分)
解得p″=34p (2分)
16.答案 (1) l02 (2)50.7 cm
解析 (1)设玻璃管的横截面积为S,当玻璃管水平放置时,气体的压强p1=p0,气体的体积V1=l0S
设玻璃管竖直放置时气体的长度为l,气体的压强p2=p0+ρgh=2p0 (1分)
气体的体积V2=lS
气体发生等温变化,由玻意耳定律有:p1l0S=p2lS (2分)
解得l=l02 (1分)
(2)当玻璃管的倾角为37°时,向玻璃管中注入的水银柱长度设为Δl,此时气体的长度变为l02,气体的压强p3=p0+p0 sin 37°+ρgΔl sin 37°(cmHg) (2分)
气体的体积V3= l02S
气体发生等温变化,由玻意耳定律有:p2V2= p3V3 (2分)
解得p3=p2 (1分)
即p0+p0 sin 37°+ρgΔl sin 37°=2p0
解得Δl=1523 cm≈50.7 cm(1分)
17.答案 1110l0
解析 对Ⅰ内气体,初状态:p1=p0+mgS=2p0 (2分)
末状态:p1'=p0+4mgS=5p0 (2分)
Ⅰ内气体发生等温变化,由玻意耳定律有:p1l0S=p1'l1S (1分)
解得l1=25l0 (1分)
对Ⅱ内气体,初状态:p2=p1+mgS=3p0 (2分)
末状态:p2'=p1'+mgS=6p0 (2分)
Ⅱ内气体发生等温变化,由玻意耳定律有:p2l0S=p2'l2S (1分)
解得l2=12l0 (1分)
所以活塞A下降的高度Δl=(l0-l1)+(l0-l2)=1110l0 (1分)
18.答案 (1)11.5 cm (2)18 cm
(1)设细管的横截面积为S,A、B气体之间的关系为
pA1=pB1=(75+15) cmHg=90 cmHg,pA2=pB2
且LB1=5 cm,LB2=4.5 cm,LA1=10 cm
对A中气体,由玻意耳定律有pA1LA1S=pA2LA2S
对B中气体,由玻意耳定律有pB1LB1S=pB2LB2S
解得LA2=9 cm,pA2=pB2=100 cmHg
又pB2=p0+p竖2,得p竖2=25 cmHg
所以注入管中的水银柱的长度为L=25 cm-15 cm+(5-4.5) cm+(10-9) cm=11.5 cm
(2)自由落体时,A、B气体之间的关系为pA3=pB3=75 cmHg
对A中气体,由玻意耳定律有pA1LA1S=pA3LA3S
对B中气体,由玻意耳定律有pB2LB2S=pB3LB3S
得出LA3=12 cm,LB3=6 cm
可得竖直管内水银柱的高度为15 cm+(6-5) cm+(12-10) cm=18 cm。
第二章 气体、固体和液体
(本试卷满分100分,考试用时75分钟)
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.(2021吉林长春外国语学校高二下期中)下列热力学温度,最接近室温的是 ( )
A.100 K B.200 K C.300 K D.400 K
2.(2021山东泰安高二下期中)对下列几种固体物质的认识,不正确的有 ( )
A.食盐熔化过程中,温度保持不变,说明食盐是晶体
B.烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明云母片是晶体
C.天然石英表现为各向异性,是由于该物质的微粒在空间的排列不规则
D.石墨和金刚石的物理性质不同,是由于组成它们的物质微粒排列结构不相同
3.(2021山东泰安高三三模)下列说法正确的是 ( )
A.若某种固体在光学上具有各向异性,则该固体可能为多晶体
B.液体表面张力的成因是表面层分子间的作用力表现为斥力
C.若液体P滴在固体Q上很难擦去,则说明液体P浸润固体Q
D.只有浸润液体在细管中才能发生毛细现象
4.(2021上海师大附中高三上月考)如图,一汽缸开口向右固定于水平地面,一活塞将一定质量的气体封闭在汽缸内。汽缸中间位置有小挡板。开始时,外界大气压为p0,活塞紧压于小挡板右侧。缓慢升高封闭气体的温度T,封闭气体压强p随T变化图像可能正确的是 ( )
A. B.
C. D.
5.(2021吉林长春高二下期中)某自行车轮胎的容积为V,里面已有压强为p0的空气,现在要使轮胎内的气压增大到p,设充气过程为等温过程,空气可看作理想气体,轮胎容积保持不变,则还要向轮胎充入温度相同、压强也是p0的空气体积为 ( )
A.p0pV B.pp0V C.pp0-1V D.pp0+1V
6.(2021河北宣化一中高二下月考)如图所示,容积为100 cm3的球形容器与一粗细均匀的竖直长管相连,管上均匀刻有从0到100刻度,两个相邻刻度之间的管道的容积等于0.25 cm3,有一滴水银(体积可忽略)将球内气体与外界隔开。当温度为20 ℃时,该滴水银位于刻度40处。若不计容器及管的热膨胀,将0到100的刻度替换成相应的温度刻度,则相邻刻度线所表示的温度之差及在此温度计刻度内可测量的温度范围分别是 ( )
A.相等;266.4 K~333 K B.相等;233 K~393.3 K
C.不相等;233 K~393.3 K D.不相等;266.4 K~333 K
7.(2021湖北石首一中高二下月考)活塞式抽气机汽缸容积为V,用它给容积为2V的容器抽气,抽气机抽动两次(抽气过程可视为等温变化),容器内剩余气体压强是原来的 ( )
A.14 B.12 C.49 D.59
8.(2021湖南师大附中高二下月考)研究表明,新冠病毒耐寒不耐热,温度在超过56 ℃时,30分钟就可以灭活。如图所示,含有新冠病毒的气体被轻质绝热活塞封闭在粗细均匀的绝热汽缸下部a内,汽缸顶端有一绝热阀门K,汽缸底部接有电热丝E,汽缸的总高度h=90 cm。a内被封闭气体初始温度t1=27 ℃,活塞与底部的距离h1=60 cm,活塞和汽缸间的摩擦不计。若阀门K始终打开,电热丝通电一段时间,稳定后活塞与底部的距离h2=66 cm,关于上述变化过程,下列说法正确的是 ( )
A.b中逸出的气体占原来b中气体的16
B.a中的气体吸收热量,压强增大
C.稳定后,a内的气体温度为50 ℃
D.稳定后,保持该温度不变再持续30分钟,a内新冠病毒能够被灭活
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。全选对得4分,选对但不全得2分,选错或不选得0分)
9.(2020吉林长春二中高二下月考)下列现象中,能说明液体存在表面张力的有 ( )
A.悬浮在水中的花粉做无规则运动 B.叶面上的露珠呈球形
C.绸布伞有缝隙但不漏雨水 D.滴入水中的红墨水很快散开
10.(2020黑龙江哈尔滨三中高二下月考改编)一定质量的气体在等容变化过程中,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
11.(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,温度升高
12.(2021福建厦门高二下期中)如图所示,左端封闭、右侧开口的U形管内分别用水银封有两部分气体,右侧部分封闭气体的压强为p1,水银面高度差为h。当左侧部分气体温度升高较小的Δt,重新达到平衡后,h和p1的变化是 ( )
A.h变小 B.h不变 C.p1变小 D.p1不变
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(6分)(2021上海虹口高三二模)如图是用DIS研究“在温度不变时,一定质量的气体压强与体积的关系”的部分实验装置。
主要步骤如下:
①将压强传感器调零;
②把活塞移至注射器满刻度处;
③逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器、计算机;
④推动活塞,记录多组注射器内气体的体积V以及相应的压强传感器示数p。
(1)实验操作中,除了保证封闭气体的温度恒定以外,还需保证 不变。为此,在封入气体前,应 。
(2)一小组根据测量的数据,绘出p-1V图像如图所示。图线的上端出现了一小段弯曲,产生这一现象的可能原因是: 。
(3)另一小组实验时缓慢推动活塞,记录4组注射器上的刻度数值V,以及相应的压强传感器示数p。在采集第5组数据时,压强传感器的软管脱落,重新接上后继续实验,又采集了4组数据,其余操作无误。绘出的V-1p关系图像应是 。
A. B.
C. D.
14.(8分) (2020山东德州高二下期末)某小组利用如图所示装置研究“一定质量气体温度不变时,压强与体积的关系”。
如图所示,带刻度的注射器内封闭了一定质量的气体,推动活塞可以改变气体体积V。实验时所用测量压强的装置较特殊,测量的是注射器内部气体和外部大气(压强为p0)的压强差Δp,在内部气体和外部大气压强相等时注射器内部气体的体积为V0,在多次改变体积后,得到如下数据:
Δp/(×105 Pa)
0.11
0.25
0.43
0.67
V/mL
9
8
7
6
(1)图中装置1为压强传感器,装置2为数据采集器。每次气体的状态调整后,都要等一会儿再记录数据,这是为了 ;
(2)研究小组基于数据,以Δp为纵轴,作出的函数图线为直线,则横轴是 ;
(3)该直线的函数表达式是 (用题中所给字母符号表示),图像纵轴截距的绝对值的物理含义是 。
15.(10分)(2021山东泰安高三三模)如图所示,一导热性能良好的圆柱形储气瓶水平固定,瓶内有用光滑活塞分成的A、B两部分理想气体。开始时,A、B两部分气体的体积之比为3∶2,压强均为p,活塞与储气瓶的内壁间气密性良好。
(1)请通过计算判断当环境温度缓慢升高时,活塞是否移动;
(2)若环境温度不变,因阀门封闭不严,B中气体向外缓慢泄漏,活塞将缓慢向右移动,求当B中气体体积减为原来的一半时,A中气体的压强。
16.(10分)(2021河南百强校高二下联考)如图所示,一定质量的理想气体,被长度为76 cm的水银柱封闭在粗细均匀、足够长的玻璃管中,将玻璃管平放在水平面上处于静止状态时,气体的长度为l0;现在缓慢竖起玻璃管,管口向上直到玻璃管竖直立在水平面上处于静止状态。已知大气压强为p0=76 cmHg,重力加速度为g,玻璃管导热性能良好,环境温度不变,求:
(1)当玻璃管竖直放置时,气体的长度为多少;
(2)当玻璃管的倾角为37°时,向玻璃管中注入多长的水银柱,气体的长度才等于玻璃管竖直放置时气体的长度(结果保留1位小数)。
17. (13分)(2021黑龙江哈尔滨九中高二下月考)如图所示,开口向上竖直放置的内壁光滑汽缸,其侧壁是绝热的,底部导热,内有两个质量均为m的密闭活塞,活塞A导热,活塞B绝热,将缸内理想气体分成Ⅰ、Ⅱ两部分。初状态整个装置静止不动且处于平衡状态,Ⅰ、Ⅱ两部分气体的高度均为l0,温度为T0。设外界大气压强为p0保持不变,活塞横截面积为S,且mg=p0S,环境温度保持不变。求:在活塞A上逐渐添加铁砂,当铁砂质量等于3m时,两活塞在某位置重新处于平衡状态,求活塞A下降的高度。
18.(13分)(2020湖南衡阳模拟)内径均匀、导热良好的“T”形细管竖直放置,管的水平部分左、右两端封闭,竖直管足够长且上端开口与大气相通,水银将水平管中的理想气体分为两部分,各部分长度如图所示,设外界温度不变,外界气压p0=75 cmHg。
(1)现再向竖直管中缓慢注入水银,直到B中气柱长度变为4.5 cm,求注入管中的水银柱的长度;
(2)如果让整个装置从图示状态开始做自由落体运动,求稳定时竖直管内水银的高度。
答案
第二章 气体、固体和液体
1.C 一般室温在27 ℃左右,根据热力学温度与摄氏温度的关系有T=273 K+t=273 K+27 ℃=300 K,故C正确。
2.C 食盐熔化过程中,温度保持不变,即熔点一定,说明食盐是晶体.选项A说法正确;烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明云母具有各向异性,云母片是晶体,选项B说法正确;天然石英表现为各向异性,是由于该物质的微粒在空间的排列规则,选项C说法错误;组成石墨和金刚石的化学元素是相同的,都是碳,但石墨和金刚石的物理性质不同,是由于碳原子排列结构不同,选项D说法正确。
3.C 若某种固体在光学上具有各向异性,则该固体为单晶体,故A错误;液体表面张力的成因是表面层分子间的作用力表现为吸引力,故B错误;若液体P滴在固体Q上很难擦去,根据浸润的定义可知液体P浸润固体Q,故C正确;不论液体是否浸润细管,细管中都能产生毛细现象,细管插入浸润液体中,管内液体上升,高于管外液面;细管插入不浸润液体中,管内液体下降,低于管外液面。故D错误。
4.B 当缓慢升高缸内气体温度时,开始气体发生等容变化,根据查理定律可知缸内气体的压强p与热力学温度T成正比,图线是过原点的倾斜的直线;当缸内气体的压强等于外界的大气压时,气体发生等压膨胀,图线是平行于T轴的直线,故B正确。
5.C 设充入气体的体积为V',在等温变化过程中,由玻意耳定律有p0V+p0V'=pV,解得V'=p-p0p0V=pp0-1V,故C正确。
6.A 因为容器内气体发生的是等压变化,由盖-吕萨克定律可得V1T1=V2T2=ΔVΔT,可知温度变化与体积变化的比值恒定,或温度数值与0到100的刻度数值成线性关系,相邻刻度线所表示的温度之差相等。水银由0刻度到40刻度处,由等压变化规律有V1T1=V2T2,且T2=(273+20)K=293 K,得出T1=V1T2V2=100×293100+40×0.25 K=266.4 K;水银由0刻度到100刻度过程,由等压变化规律有V1T1=V3T3,得出T3=V3T1V1=(100+100×0.25)×266.4100 K=333 K,所以温度测量的范围是266.4 K~333 K,A正确。
7.C 设抽气前容器内气体压强为p,则气体初状态参量为p1=p,V1=2V,第一次抽气后,气体体积为V2=3V,由玻意耳定律有p1V1=p2V2,即p×2V=p2×3V,解得p2=23p;第二次抽气过程,气体初状态参量p2=23p,V2'=2V,第二次抽气后气体体积V3=3V,由玻意耳定律得p2V2'=p3V3,即23p×2V=p3×3V,解得p3=49p,故C正确。
8.D 由题意可知,原来b的高度h1'=h-h1=30 cm,稳定后,活塞与底部的距离h2=66 cm,此时b的高度h2'=h-h2=24 cm,设活塞的面积为S,那么b中逸出的气体占原来b中气体的ℎ1'S-ℎ2'Sℎ1'S=15,故A错误;由于K始终打开,a中气体的压强不变,由盖-吕萨克定律可得V1t1+273=V2t2+273,其中V1=h1S、V2=h2S,求得t2=57 ℃,故B、C错误,D正确。
9.BC 悬浮在水中的花粉做无规则运动是布朗运动,是水分子无规则热运动的反映,与表面张力无关,故A错误;表面张力有使液体表面收缩的趋势,使液体表面积最小,叶面上的露珠呈球形,就是水的表面张力作用的结果,故B正确;雨水表面存在表面张力,使雨水表面绷紧、收缩,虽然绸布伞有缝隙,但不漏水,故C正确;滴入水中的红墨水很快散开是扩散现象,是分子无规则热运动的反映,故D错误。
10.BC 一定质量的气体,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,压强随体积的变化关系,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。
11.AD 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,D正确。
12.AD 设大气压强为p0,右侧水银柱的高度为h1,则右侧部分封闭气体的压强p1=p0+ρgh1;由于p0和h1均不变,所以p1不变,故C错误,D正确。设左侧气体压强为p2,当左侧部分气体温度升高时,假设气体体积不变,根据理想气体状态方程pVT=C可知p2增大;由于p1=ρgh+p2,可知h变小,故A正确,B错误。
13.答案 (1)质量(1分) 在活塞上均匀涂抹润滑油(1分) (2)注射器内的气体向外泄漏(2分) (3)D(2分)
解析 (1)研究在温度不变时,一定质量的气体压强与体积的关系,即质量、温度不变时气体的压强与体积的关系,所以本实验保持温度不变,还需保证封闭气体质量不变;为了防止漏气,需要在活塞上均匀涂抹润滑油。
(2)p-1V图线的上端出现了一小段弯曲,即当1V增大,V减小时,p增加的量与1V增加的量不是线性关系,斜率减小,说明压强增加程度减小,其原因可能是注射器存在漏气现象。
(3)测量时,由于注射器与压强传感器连接部分气体的体积V0未计入,所以纵轴存在截距-V0;当软管脱落后,由于气体向外漏出,p的测量值偏小,相应的横坐标1p偏大,但V-1p的延长线与纵轴的交点仍为-V0,则前后两条图线应相交在此处,所以绘出的V-1p关系图像应是D。
14.答案 (1)使封闭气体与外界进行充分的热交换,保持封闭气体的温度不变(2分)
(2)1V (2分) (3)Δp=p0V0V-p0 (3分) 大气压强(1分)
解析 (1)由于推动活塞的时候气体的温度会发生变化,因而需要等一会儿,使封闭气体与外界进行充分的热交换,即保持封闭气体的温度不变,再记录数据。
(2)根据pV=C,p=p0+Δp,可得Δp=C·1V-p0,所以横轴为1V。
(3)由于pV=p0V0,所以Δp=p0V0V-p0,由一次函数知识可知,图像纵轴截距的绝对值是p0,即表示大气压强。
15.答案 (1)不移动,计算过程见解析 (2)34p
解析 (1)假设温度升高过程中活塞不动,气体发生等容变化,由查理定律有pT=p'T' (1分)
解得p'=T'Tp (1分)
气体压强的变化量Δp=p'-p=T'-TTp=ΔTTp (2分)
由于p、ΔT、T都相同,A、B两部分气体压强的变化量Δp相同,所以当环境温度缓慢升高时,活塞不移动。 (2分)
(2)设开始时A部分气体的体积为3V,则B部分气体的体积为2V,由题意可知,A部分气体后来的体积为4V,气体发生等温变化,由玻意耳定律有:p×3V=p″×4V (2分)
解得p″=34p (2分)
16.答案 (1) l02 (2)50.7 cm
解析 (1)设玻璃管的横截面积为S,当玻璃管水平放置时,气体的压强p1=p0,气体的体积V1=l0S
设玻璃管竖直放置时气体的长度为l,气体的压强p2=p0+ρgh=2p0 (1分)
气体的体积V2=lS
气体发生等温变化,由玻意耳定律有:p1l0S=p2lS (2分)
解得l=l02 (1分)
(2)当玻璃管的倾角为37°时,向玻璃管中注入的水银柱长度设为Δl,此时气体的长度变为l02,气体的压强p3=p0+p0 sin 37°+ρgΔl sin 37°(cmHg) (2分)
气体的体积V3= l02S
气体发生等温变化,由玻意耳定律有:p2V2= p3V3 (2分)
解得p3=p2 (1分)
即p0+p0 sin 37°+ρgΔl sin 37°=2p0
解得Δl=1523 cm≈50.7 cm(1分)
17.答案 1110l0
解析 对Ⅰ内气体,初状态:p1=p0+mgS=2p0 (2分)
末状态:p1'=p0+4mgS=5p0 (2分)
Ⅰ内气体发生等温变化,由玻意耳定律有:p1l0S=p1'l1S (1分)
解得l1=25l0 (1分)
对Ⅱ内气体,初状态:p2=p1+mgS=3p0 (2分)
末状态:p2'=p1'+mgS=6p0 (2分)
Ⅱ内气体发生等温变化,由玻意耳定律有:p2l0S=p2'l2S (1分)
解得l2=12l0 (1分)
所以活塞A下降的高度Δl=(l0-l1)+(l0-l2)=1110l0 (1分)
18.答案 (1)11.5 cm (2)18 cm
(1)设细管的横截面积为S,A、B气体之间的关系为
pA1=pB1=(75+15) cmHg=90 cmHg,pA2=pB2
且LB1=5 cm,LB2=4.5 cm,LA1=10 cm
对A中气体,由玻意耳定律有pA1LA1S=pA2LA2S
对B中气体,由玻意耳定律有pB1LB1S=pB2LB2S
解得LA2=9 cm,pA2=pB2=100 cmHg
又pB2=p0+p竖2,得p竖2=25 cmHg
所以注入管中的水银柱的长度为L=25 cm-15 cm+(5-4.5) cm+(10-9) cm=11.5 cm
(2)自由落体时,A、B气体之间的关系为pA3=pB3=75 cmHg
对A中气体,由玻意耳定律有pA1LA1S=pA3LA3S
对B中气体,由玻意耳定律有pB2LB2S=pB3LB3S
得出LA3=12 cm,LB3=6 cm
可得竖直管内水银柱的高度为15 cm+(6-5) cm+(12-10) cm=18 cm。
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