2024-2025學(xué)年新教材高中物理第二章氣體固體和液體3氣體的等壓變化和等容變化課時(shí)練習(xí)含解析新人教版選擇性必修3

PAGE8-氣體的等壓變更和等容變更(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.肯定質(zhì)量的志向氣體,經(jīng)等溫壓縮,氣體的壓強(qiáng)增大,用分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)分析,這是因?yàn)?()A.氣體分子每次碰撞器壁的平均沖力增大B.單位時(shí)間內(nèi)單位面積器壁上受到氣體分子碰撞的次數(shù)增多C.氣體分子的總數(shù)增加D.分子的平均速率增加【解析】選B。氣體經(jīng)等溫壓縮,溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)記,溫度不變,分子平均動(dòng)能不變,故氣體分子每次碰撞器壁的沖力不變,A錯(cuò);由玻意耳定律知?dú)怏w體積減小、分子的數(shù)密度增加,故單位時(shí)間內(nèi)單位面積器壁上受到氣體分子碰撞的次數(shù)增多,B對(duì);氣體體積減小、分子的數(shù)密度增大,但分子總數(shù)不變,C錯(cuò);分子的平均速率與溫度有關(guān),溫度不變,分子的平均速率不變,D錯(cuò)。2.一房間內(nèi),上午10時(shí)的溫度為15℃,下午2時(shí)的溫度為25℃,假設(shè)大氣壓強(qiáng)無變更,則下午2時(shí)與上午10時(shí)相比較,房間內(nèi)的 ()A.空氣密度增大B.空氣分子的平均動(dòng)能增大C.空氣的壓強(qiáng)增大D.空氣質(zhì)量增大【解析】選B。溫度上升,空氣分子的平均動(dòng)能增大,平均每個(gè)分子對(duì)器壁的作用力將變大,房間的空氣與外界相同,氣壓并未變更,可見單位體積內(nèi)的分子數(shù)肯定減小,所以有ρ空減小,m空=ρ空·V隨之減小,故B正確。3.一個(gè)密閉的鋼管內(nèi)裝有空氣,在溫度為20℃時(shí),壓強(qiáng)為1atm,若溫度上升到80℃,管內(nèi)空氣的壓強(qiáng)約為 ()A.4atmB.atmC.1.2atm D.atm【解析】選C。由查理定律知=,T=t+273K,代入數(shù)據(jù)解得p2≈1.2atm,所以C正確。【補(bǔ)償訓(xùn)練】對(duì)于肯定質(zhì)量的氣體,取T=t+273K,以下說法正確的是 ()A.氣體做等容變更時(shí),氣體的壓強(qiáng)和攝氏溫度成正比B.氣體做等容變更時(shí),溫度上升1℃,增加的壓強(qiáng)是原來壓強(qiáng)的C.氣體做等容變更時(shí),氣體壓強(qiáng)的變更量與溫度的變更量成正比D.由查理定律可知,等容變更中,氣體溫度從t1升高到t2時(shí),氣體壓強(qiáng)由p1增加到p2,且p2=p1【解析】選C。肯定質(zhì)量的氣體做等容變更,氣體的壓強(qiáng)跟熱力學(xué)溫度成正比,跟攝氏溫度不是正比關(guān)系,A錯(cuò)誤;依據(jù)Δp=p知,B錯(cuò)誤;氣體做等容變更時(shí),氣體壓強(qiáng)的變更量總是跟溫度的變更量成正比,無論是攝氏溫度,還是熱力學(xué)溫度,C正確;=,解得p2=p1,故D錯(cuò)誤。4.(多選)如圖所示,在一只燒瓶上連一根玻璃管,把它跟一個(gè)水銀壓強(qiáng)計(jì)連在一起,燒瓶里封閉著肯定質(zhì)量的氣體,起先時(shí)水銀壓強(qiáng)計(jì)U形管兩端水銀面一樣高。下列狀況下,為使U形管兩端水銀面一樣高,管A的移動(dòng)方向是 ()A.假如把燒瓶浸在熱水中,應(yīng)把A向下移B.假如把燒瓶浸在熱水中,應(yīng)把A向上移C.假如把燒瓶浸在冷水中,應(yīng)把A向下移D.假如把燒瓶浸在冷水中,應(yīng)把A向上移【解析】選A、D。使U形管兩端水銀面一樣高,即保持封閉氣體的壓強(qiáng)始終等于外界大氣壓且不變,若把燒瓶浸在熱水中,氣體體積增大,A中水銀面上升,為使兩管水銀面等高,應(yīng)把A向下移,故A對(duì),B錯(cuò);若把燒瓶浸在冷水中,氣體體積減小,B管中水銀面上升,為使兩管水銀面等高,應(yīng)把A向上移,故C錯(cuò),D對(duì)。5.肯定質(zhì)量的志向氣體,在壓強(qiáng)不變的狀況下,溫度由5℃上升到10℃,體積的增量為ΔV1;溫度由10℃上升到15℃,體積的增量為ΔV2。取T=273K+t,則()A.ΔV1=ΔV2 B.ΔV1>ΔV2C.ΔV1<ΔV2 D.無法確定【解析】選A。由蓋-呂薩克定律可得=,即ΔV=·V1,所以ΔV1=×V1,ΔV2=×V2(V1、V2分別是氣體在5℃和10℃時(shí)的體積),而=,所以ΔV1=ΔV2,A正確。6.如圖所示,一向右開口的汽缸放置在水平地面上,活塞可無摩擦移動(dòng)且不漏氣,汽缸中間位置有小擋板,初始時(shí),外界大氣壓為p0,活塞緊壓小擋板,現(xiàn)緩慢上升缸內(nèi)氣體溫度,則能正確反應(yīng)缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)變更狀況的p-T圖像是 ()【解析】選B。當(dāng)緩慢上升缸內(nèi)氣體溫度時(shí),氣體先發(fā)生等容變更,依據(jù)查理定律,缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T成正比,圖線是過原點(diǎn)的傾斜的直線,故C、D錯(cuò)誤;當(dāng)缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)等于外界的大氣壓時(shí),氣體發(fā)生等壓膨脹,圖線是平行于T軸的直線,故A錯(cuò)誤,B正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】對(duì)肯定質(zhì)量的志向氣體,從狀態(tài)A起先按下列依次變更,先等壓降溫,再等溫膨脹,最終等容升溫回到狀態(tài)A,圖D中曲線為雙曲線,下列曲線中能正確表示這一過程的是 ()【解析】選A。依據(jù)氣體狀態(tài)變更的圖像特點(diǎn)分析,A正確;B圖中,C→A過程非等容升溫;C圖中A→B為等容降溫,B→C為等溫升壓,C→A為等壓升溫;D圖中A→B為等壓升溫,B→C為等容降溫,C→A為等溫壓縮,故B、C、D錯(cuò)誤。二、非選擇題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位)7.(12分)如圖甲所示,汽缸內(nèi)底部面積為0.002m2,被活塞封閉在汽缸內(nèi)的空氣溫度為-5℃,活塞質(zhì)量為8kg,當(dāng)汽缸缸筒與水平面成60°角時(shí),活塞距缸底為L,現(xiàn)將汽缸直立如圖乙所示,欲使活塞距缸底仍為L,應(yīng)使缸內(nèi)氣體溫度上升到多少?(大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa,g取10m/s2,≈1.7)【解題指南】解答本題應(yīng)留意兩點(diǎn):(1)汽缸在直立前后,缸內(nèi)的氣體體積不變,應(yīng)用查理定律解決問題。(2)對(duì)活塞受力分析,由力的平衡條件可以求出氣體初末狀態(tài)的壓強(qiáng),從而由查理定律求得缸內(nèi)氣體上升的溫度?！窘馕觥科字绷⑶?對(duì)活塞受力分析如圖所示,則有mgcos30°+p0S=p1S所以氣體的壓強(qiáng)為p1=p0+=1.0×105Pa+Pa=1.34×105Pa,此時(shí)氣體的溫度為T1=(t+273)K=268K,汽缸直立后,對(duì)活塞受力分析,依據(jù)平衡條件可得:mg+p0S=p2S,所以氣體壓強(qiáng)為p2=p0+=1.0×105Pa+Pa=1.4×105Pa,由于汽缸直立前后,氣體體積不變,則由查理定律=得T2=T1=×268K=280K,所以汽缸直立后,氣體的溫度為t=(T2-273)℃=7℃答案:78.(12分)如圖,一固定的豎直汽缸由一大一小兩個(gè)同軸圓筒組成,兩圓筒中各有一個(gè)活塞。已知大活塞的質(zhì)量為m1=2.50kg,橫截面積為S1=80.0cm2;小活塞的質(zhì)量為m2=1.50kg,橫截面積為S2=40.0cm2;兩活塞用剛性輕桿連接,間距保持為l=40.0cm;汽缸外大氣的壓強(qiáng)為p=1.00×105Pa,溫度為T=303K。初始時(shí)大活塞與大圓筒底部相距,兩活塞間封閉氣體的溫度為T1=495K?，F(xiàn)汽缸內(nèi)氣體溫度緩慢下降,活塞緩慢下移。忽視兩活塞與汽缸壁之間的摩擦,重力加速度g取10m/s2。求:(1)在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間,汽缸內(nèi)封閉氣體的溫度;(2)缸內(nèi)封閉的氣體與缸外大氣達(dá)到熱平衡時(shí),缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)。【解析】(1)設(shè)初始時(shí)氣體體積為V1,在大活塞與大圓筒底部剛接觸時(shí),缸內(nèi)封閉氣體的體積為V2,溫度為T2。由題給條件得V1=S1+S2(l-), ①V2=S2l, 在活塞緩慢下移的過程中,用p1表示缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng),由力的平衡條件得S1(p1-p)=m1g+m2g+S2(p1故缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不變。由蓋-呂薩克定律有=, ④聯(lián)立①②④式并代入題給數(shù)據(jù)得T2=330K, ⑤(2)在大活塞與大圓筒底部剛接觸時(shí),被封閉氣體的壓強(qiáng)為p1。在此后與汽缸外大氣達(dá)到熱平衡的過程中,被封閉氣體的體積不變。設(shè)達(dá)到熱平衡時(shí)被封閉氣體的壓強(qiáng)為p′,由查理定律有=, ⑥聯(lián)立③⑤⑥式并代入題給數(shù)據(jù)得p′=1.01×105Pa。答案:(1)330K(2)1.01×105Pa(15分鐘·40分)9.(7分)某一密閉氣體,分別以兩個(gè)不同的體積做等容變更,這兩個(gè)等容過程對(duì)應(yīng)的p-t圖像如圖中的①②所示。則相對(duì)應(yīng)的V-T圖像或p-V圖像可能是 ()【解析】選D。同一部分密閉氣體在體積不同的狀況下的p-t圖像中,0℃時(shí)圖線①壓強(qiáng)大,說明其對(duì)應(yīng)的體積小,兩條圖線都是等容變更,且圖線①對(duì)應(yīng)體積小,故A、B、C錯(cuò)誤,D正確。10.(7分)如圖所示,左邊的體積是右邊的4倍,兩邊充以同種氣體,溫度分別為20℃和10℃,此時(shí)連接兩容器的細(xì)玻璃管的水銀柱保持靜止,假如容器兩邊的氣體溫度各上升10℃,忽視水銀柱及容器的膨脹,則水銀柱將 ()A.向左移動(dòng) B.向右移動(dòng)C.靜止不動(dòng) D.條件不足,無法推斷【解析】選A。水銀柱的移動(dòng)是由于受力不平衡而引起的,水銀柱受力變更是兩段空氣柱壓強(qiáng)增量的不同造成的。假定兩個(gè)容器的體積不變,即V1,V2不變,所裝氣體溫度分別為293K和283K。當(dāng)溫度上升ΔT時(shí),左邊的壓強(qiáng)由p1增至p1′,Δp1=p1′-p1,右邊的壓強(qiáng)由p2增至p2′,Δp2=p2′-p2,依據(jù)查理定律可知,Δp1=·ΔT,Δp2=·ΔT,因?yàn)閜2=p1,所以Δp1<Δp2,即水銀柱應(yīng)向左移動(dòng),A選項(xiàng)正確。11.(7分)如圖所示,兩根粗細(xì)相同、兩端開口的直玻璃管A和B豎直插入同一水銀槽中,各用一段水銀柱封閉著肯定質(zhì)量同溫度的空氣,空氣柱長度H1>H2,水銀柱長度h1>h2,今使封閉氣柱降低相同的溫度(大氣壓保持不變),則兩管中氣柱上方水銀柱的移動(dòng)狀況是 ()A.均向下移動(dòng),A管移動(dòng)較多B.均向下移動(dòng),B管移動(dòng)較多C.A管向上移動(dòng),B管向下移動(dòng)D.無法推斷【解析】選A。依據(jù)蓋-呂薩克定律得ΔV=·V,因A、B管中的封閉氣柱初溫T相同,溫度降低量相同,且ΔT<0,所以ΔV<0,即A、B管中氣柱的體積都減小;ΔV1=·ΔT,ΔV2=ΔT,又因?yàn)镠1>H2,V1>V2,又T1=T2,則|ΔV1|>|ΔV2|,A管中氣柱減小得較多,故A、B兩管氣柱上方的水銀柱均向下移動(dòng),且A管中的水銀柱下移得較多,故選項(xiàng)A正確,B、C、D錯(cuò)誤。12.(19分)如圖所示,A汽缸橫截面積為500cm2,A、B兩個(gè)汽缸中裝有體積均為10L、壓強(qiáng)均為1atm、溫度均為27℃的志向氣體,中間用細(xì)管連接。細(xì)管中有一絕熱活塞M,細(xì)管容積不計(jì),現(xiàn)給左邊的活塞N施加一個(gè)推力,使其緩慢向右移動(dòng),同時(shí)給B中氣體加熱,使此過程中A汽缸中的氣體溫度保持不變,活塞M保持在原位置不動(dòng)。不計(jì)活塞與器壁、細(xì)管間的摩擦,四周大氣壓強(qiáng)為