高三物理選修3-3(理科生)_《氣體的等溫變化》素養(yǎng)評(píng)價(jià)

1、- 1 - / 10課時(shí)素養(yǎng)評(píng)價(jià)氣體的等溫變化一、選擇題 ( 本題共 7 小題, 每小題 8 分, 共 56 分) 1. 如圖, 玻璃管內(nèi)封閉了一段氣體 , 氣柱長(zhǎng)度為 l, 管內(nèi)外水銀面高度差為h。若溫度保持不變 ,把玻璃管稍向上提起一段距離, 則( ) a.h、l 均變大b.h、l 均變小c.h 變大,l變小d.h 變小,l變大【解析】選 a。水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)加上封閉空氣柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)等于外界大氣壓。如果將玻璃管向上提 , 則管內(nèi)水銀柱上方空氣的體積增大, 因?yàn)闇囟缺３植蛔?, 所以壓強(qiáng)減小 , 而此時(shí)外界的大氣壓不變 , 根據(jù)上述等量關(guān)系 , 管內(nèi)水銀柱的壓強(qiáng)須增大才能重新平衡, 故管內(nèi)水

2、銀柱的高度增大。故選 a。2. 如圖所示 , 活塞的質(zhì)量為 m,缸套的質(zhì)量為 m,通過(guò)彈簧吊在天花板上 , 汽缸內(nèi)封住一定質(zhì)量的氣體, 缸套和活塞間無(wú)摩擦 , 活塞面積為 s,大氣壓強(qiáng)為 p0, 則封閉氣體的壓強(qiáng)為( ) a.p=p0+b.p=p0+c.p=p0-d.p=【解析】選 c。以缸套為研究對(duì)象 , 有 ps+mg=p0s,所以封閉氣體的壓強(qiáng)p=p0-, 故應(yīng)選 c。- 2 - / 10【補(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示 , 一橫截面積為 s的圓柱形容器豎直放置 , 圓板 a的上表面是水平的 , 下表面是傾斜的, 且下表面與水平面的夾角為, 圓板的質(zhì)量為 m,不計(jì)一切摩擦 , 大氣壓為 p0, 則被

3、圓板封閉在容器中的氣體的壓強(qiáng)為( ) a.p0+b.+c.p0+d.p0+【解析】選 d。以圓板為研究對(duì)象 , 如圖所示 , 豎直方向受力平衡 ,pascos=p0s+mg,s =, 所以 pa()cos =p0s+mg,所以 pa=p0+。故 d選項(xiàng)正確?！究偨Y(jié)提升】計(jì)算氣體壓強(qiáng)的基本方法以封閉氣體的液柱 ( 或活塞、缸體等 )為力學(xué)研究對(duì)象 , 分析受力 , 列出牛頓第二定律方程 ( 靜止時(shí)即 a=0)即可求解。對(duì)于靜止情形 , 常用到初中物理學(xué)到的流體知識(shí): (1) 靜止液體壓強(qiáng)公式p=hg。(2) 若液面與外界大氣壓接觸時(shí), 靜止液體深 h 處壓強(qiáng)為 p=p0+hg。(3) 帕斯卡定律

4、 : 加在密閉液體上的壓強(qiáng) , 能夠大小不變地由液體向各個(gè)方向傳遞。(4) 連通器原理 : 連通的同一種液體中同一水平面上的壓強(qiáng)相等。(5) 利用“液片”分析壓強(qiáng)。- 3 - / 103.( 多選) 如圖所示 , 一定質(zhì)量的氣體由狀態(tài)a變到狀態(tài) b 再變到狀態(tài) c的過(guò)程 ,a、c兩點(diǎn)在同一條雙曲線上 , 則此變化過(guò)程中 ( ) a.從 a到 b的過(guò)程溫度升高b.從 b到 c的過(guò)程溫度升高c.從 a到 c的過(guò)程溫度先降低再升高d.a、c兩點(diǎn)的溫度相等【解析】選 a、 d。 作出過(guò) b點(diǎn)的等溫線如圖所示 , 可知 tbta=tc, 可知從 a 到 b的過(guò)程溫度升高 ,a項(xiàng)正確 ; 從 b到 c的過(guò)

5、程溫度降低 ,b 項(xiàng)錯(cuò)誤 ; 從 a到 c的過(guò)程溫度不變 ,c 項(xiàng)錯(cuò)誤 ;a、c兩點(diǎn)在同一等溫線上 ,d 項(xiàng)正確。【補(bǔ)償訓(xùn)練】如圖表示一定質(zhì)量的某氣體在不同溫度下的兩條等溫線。圖中等溫線對(duì)應(yīng)的溫度比等溫線對(duì)應(yīng)的溫度要( ) a.高b.低c.相等d.不能確定【解析】選 b。一定質(zhì)量的某氣體的等溫線, 離原點(diǎn)越遠(yuǎn) , 對(duì)應(yīng)的溫度越高 , 所以 b正確。4.(2019 新鄉(xiāng)高二檢測(cè) )某自行車(chē)輪胎的容積為v,里面已有壓強(qiáng)為p0的空氣 , 現(xiàn)在要使輪胎內(nèi)的氣壓增大到 p, 設(shè)充氣過(guò)程為等溫過(guò)程 , 空氣可看作理想氣體 , 輪胎容積保持不變 , 則還要向輪胎充入溫度相同 , 壓強(qiáng)也是 p0的空氣的體積為

6、( ) - 4 - / 10a.v b.v c.(-1)v d.(+1)v 【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)理解以下兩點(diǎn): (1) 理想氣體的等溫過(guò)程利用玻意耳定律。(2) 將要充入的氣體和輪胎內(nèi)的氣體作為研究對(duì)象, 滿(mǎn)足質(zhì)量不變條件。【解析】選 c。設(shè)將要充入的氣體的體積為v, 據(jù)玻意耳定律有 p0(v+v)=pv, 解得 v=(-1)v, 故選 c。5.( 多選) 在室溫下用注射器做驗(yàn)證玻意耳定律的實(shí)驗(yàn), 三個(gè)實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到圖象分別為圖中所示的p-圖, 分析可能的原因是( ) a.組實(shí)驗(yàn)中 , 用手握住注射器 , 造成氣體溫度升高b.組實(shí)驗(yàn)中 , 封閉在注射器內(nèi)氣體的質(zhì)量太大c.組實(shí)驗(yàn)中

7、 , 氣體壓強(qiáng)測(cè)量值小于實(shí)際值d.組實(shí)驗(yàn)中 , 沒(méi)有給活塞抹油而造成漏氣【解析】選 a、c、d。p-圖的斜率是 ct,應(yīng)該是常數(shù) , 但圖中斜率變大 , 是 t 變大, 故可能是用手握住注射器 , 造成氣體溫度升高 , 故 a正確,b 錯(cuò)誤; 圖線向上平移就正常, 即 p 偏小, 故可能是氣體壓強(qiáng)測(cè)量值小于實(shí)際值, 故 c正確; 圖線中的斜率變小 ,p-圖的斜率是 ct,故可能是沒(méi)有給活塞抹油而造成漏氣, 導(dǎo)致 p 減小, 從而 ct減小, 故 d正確。6. 一個(gè)氣泡由湖面下 20m深處上升到湖面下10m深處, 它的體積約變?yōu)樵瓉?lái)體積的( 溫度不變 )( ) a.3 倍b.2 倍- 5 - /

8、 10c.1.5 倍d.0.7 倍【解析】選 c。外界大氣壓相當(dāng)于10m水柱產(chǎn)生的壓強(qiáng) , 對(duì)氣泡 p1=3p0,p2=2p0, 由 p1v1=p2v2知v2=1.5v1, 故 c項(xiàng)正確。7. 如圖, 粗細(xì)均勻的玻璃管a和 b由一橡皮管連接 , 一定質(zhì)量的空氣被水銀柱封閉在a管內(nèi), 初始時(shí)兩管水銀面等高 ,b 管上方與大氣相通。 若固定 a管, 將 b管沿豎直方向緩慢下移一小段距離 h,a 管內(nèi)的水銀面高度相應(yīng)變化h, 則 ( ) a.h=h b.hc.h=d. hh 【解題指南】解答本題應(yīng)注意: (1) 先分析 b管下降前 , 封閉氣體壓強(qiáng)與大氣壓相等,pa=p0。(2) 再分析 b管下降后

9、 , 封閉氣體壓強(qiáng)與大氣壓關(guān)系:p a+g(h-2h)=p0。(3) 分析時(shí)注意 a管和 b管內(nèi)水銀下降的高度和等于h這個(gè)關(guān)系 ,h=2h+h1。【解析】選 b。根據(jù)題意 , 原來(lái) a、b管內(nèi)的水銀高度相同 , 有 pa=p0;b 管下移后 , 設(shè) a管水銀下移高度為 h,b 管內(nèi)水銀末位置高度如圖所示, a、b管內(nèi)末位置水銀高度差為h1, 則 b管內(nèi)水銀初、末位置高度差為:h+h1, 可以計(jì)算 b管下降的高度為 :h=2h+h1, 此時(shí)由于 a管內(nèi)水銀下降 , 則 a管氣體體積增加 , 壓強(qiáng)減小 , 即 pap0, 此時(shí)有:pa+p1=p0, 計(jì)算得 pa+g(h-2h)=p0, 最后有 :

10、h=+ , 由于 pap0, 所以 h , 故選項(xiàng)b正確。- 6 - / 10二、非選擇題 (14 分) 8. 今有一質(zhì)量為 m的汽缸 , 用質(zhì)量為 m的活塞封有一定質(zhì)量的理想氣體, 當(dāng)汽缸水平橫放時(shí) , 空氣柱長(zhǎng)為 l0( 如圖甲所示 ), 若汽缸按如圖乙懸掛保持靜止時(shí), 求氣柱長(zhǎng)度為多少。 已知大氣壓強(qiáng)為 p0, 活塞的橫截面積為 s,它與汽缸之間無(wú)摩擦且不漏氣, 且氣體溫度保持不變?！窘馕觥繉?duì)缸內(nèi)理想氣體, 平放初態(tài)p1=p0,v1=l0s 懸掛末態(tài) : 對(duì)缸體 ,mg+p2s=p0s 即 p2=p0-,v2=ls 由玻意耳定律 :p1v1=p2v2即 p0l0s=ls 得: 氣柱長(zhǎng)度為

11、 l=答案:【補(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示 , 導(dǎo)熱汽缸平放在水平地面上, 用橫截面積為 s=0.110-2m2的光滑活塞 a和 b封閉兩部分理想氣體和, 活塞 a、b的質(zhì)量分別為 ma=2kg,mb=4kg,活塞 a、b到汽缸底部的距離分別為 20cm和 8cm ?，F(xiàn)將汽缸轉(zhuǎn)至開(kāi)口向上, 環(huán)境溫度不變 , 外界大氣壓強(qiáng) p0=1.0105pa。待狀態(tài)穩(wěn)定時(shí) , 求活塞 a移動(dòng)的距離。- 7 - / 10【解析】對(duì)理想氣體 , 由玻意耳定律p0l1s=p1l1s p1=p0+代入數(shù)據(jù)得 l1=0.1m 對(duì)理想氣體 , 由玻意耳定律 p0l2s=p2l2s p2=p1+代入數(shù)據(jù)得 l2=0.05m 故活塞

12、 a移動(dòng)的距離d=(l1+l2)-(l 1+l2)=0.05m 答案:0.05m 9.(15 分) 現(xiàn)用“驗(yàn)證玻意耳定律” 的儀器來(lái)測(cè)量大氣壓強(qiáng)p。注射器針筒已被固定在豎直方向上, 針筒上所標(biāo)刻度是注射器的容積, 最大刻度 vm=10ml 。注射器活塞已裝上鉤碼框架, 如圖所示。此外 , 還有一架托盤(pán)天平、若干鉤碼、一把米尺、一個(gè)針孔橡皮帽和少許潤(rùn)滑油。(1) 下面是實(shí)驗(yàn)步驟 , 試填寫(xiě)所缺的和。用米尺測(cè)出注射器針筒上全部刻度的長(zhǎng)度l。把適量的潤(rùn)滑油抹在注射器的活塞上, 將活塞插入外筒中 , 上下拉動(dòng)活塞 , 使活塞與針筒的間隙內(nèi)均勻地涂上潤(rùn)滑油。將活塞插到適當(dāng)?shù)奈恢谩? 8 - / 10在鉤

13、碼框架兩側(cè)掛上鉤碼, 記下掛上的鉤碼的質(zhì)量m1。 在達(dá)到平衡后 , 記下注射器中空氣柱的體積 v1。在這個(gè)過(guò)程中不要用手接觸注射器以保證空氣柱溫度不變。增加鉤碼的個(gè)數(shù) , 使鉤碼的質(zhì)量增大為m2, 達(dá)到平衡后 , 記下空氣柱的體積 v2。(2) 求出計(jì)算大氣壓強(qiáng)p 的公式。 ( 用已給的和測(cè)得的物理量表示) 【解析】(1) 實(shí)驗(yàn)步驟 : 用米尺測(cè)出注射器針筒上全部刻度的長(zhǎng)度l。稱(chēng)出活塞和鉤碼框架的總質(zhì)量 m 。把適量的潤(rùn)滑油抹在注射器的活塞上, 將活塞插入外筒中 , 上下拉動(dòng)活塞 , 使活塞與針筒的間隙內(nèi)均勻地涂上潤(rùn)滑油。將活塞插到適當(dāng)?shù)奈恢谩?將注射器針筒上的小孔用橡皮帽堵住。在鉤碼框架兩側(cè)

14、掛上鉤碼, 記下掛上的鉤碼的質(zhì)量m1, 在達(dá)到平衡后 , 記下注射器中空氣柱的體積v1, 在這個(gè)過(guò)程中不要用手接觸注射器以保證空氣柱溫度不變。增加鉤碼的個(gè)數(shù) , 使鉤碼的質(zhì)量增大為m2, 達(dá)到平衡后 , 記下空氣柱的體積v2。(2) 活塞的橫截面積為 :s=由力學(xué)平衡條件得 :p1=p+g p2=p+g 由玻意耳定律得 :p1v1=p2v2聯(lián)立解得大氣壓強(qiáng) : p=(-m)。答案:(1) 稱(chēng)出活塞和鉤碼框架的總質(zhì)量m 將注射器針筒上的小孔用橡皮帽堵住(2)p=(-m) 10.(15 分)(1)( 多選)如圖所示是某氣體狀態(tài)變化的p-v 圖象, 則下列說(shuō)法中正確的是 ( ) a.氣體做的是等溫變

15、化- 9 - / 10b.從 a至 b氣體的壓強(qiáng)一直減小c.從 a至 b氣體的體積一直增大d.氣體的三個(gè)狀態(tài)參量一直都在變e.a 狀態(tài)的溫度一定等于b狀態(tài)的溫度(2) 如圖所示 , 玻璃管粗細(xì)均勻 ( 粗細(xì)可忽略不計(jì) ), 豎直管兩封閉端內(nèi)理想氣體長(zhǎng)分別為上端30cm 、下端 27cm,中間水銀柱長(zhǎng) 10cm 。在豎直管如圖位置接一水平玻璃管, 右端開(kāi)口與大氣相通, 用光滑活塞封閉 5cm長(zhǎng)水銀柱。大氣壓p0=75cmhg 。求活塞上不施加外力時(shí)兩封閉氣體的壓強(qiáng)各為多少? 現(xiàn)用外力緩慢推活塞恰好將水平管中水銀全部推入豎直管中, 求這時(shí)上下兩部分氣體的長(zhǎng)度各為多少 ? 【解析】 (1) 選 b、

16、c、d。一定質(zhì)量的氣體的p-v 圖象的等溫曲線是雙曲線,a 錯(cuò)誤; 從 ab圖線可知?dú)怏w從 a狀態(tài)變?yōu)?b狀態(tài)的過(guò)程中 , 壓強(qiáng) p 在逐漸減小 , 體積 v在不斷增大 ,b、c正確; 該過(guò)程中氣體的三個(gè)狀態(tài)參量一直都在變化,d 正確;a 狀態(tài) pava的乘積不一定等于b狀態(tài) pbvb的乘積,e 錯(cuò)誤。(2) 上部分氣體 p1=p0-ph=(75-5)cmhg=70cmhg 下端封閉氣體的壓強(qiáng)p2=p0+ph=(75+5)cmhg=80cmhg 對(duì)上端封閉氣體 , 等溫變化 (設(shè)玻璃管橫截面積為s)p1l1s=p1l1s 對(duì)下端封閉氣體 , 等溫變化 p2l2s=p2l2s 且 p1+15cmhg=p2,l1+l2=52cm 以上四個(gè)方程聯(lián)立解得 :l1=28cm,l2