新教材同步輔導(dǎo)2023年高中物理第二章氣體固體和液體2.2氣體的等溫變化同步練習(xí)新人教版選擇性必修第三冊

2氣體的等溫變化【基礎(chǔ)鞏固】1.一端封閉的玻璃管倒插入水銀槽中,管豎直放置時,管內(nèi)水銀面比管外的高h(yuǎn),上端空氣柱長為l,如圖所示,已知大氣壓強(qiáng)相當(dāng)于高度為h'的水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng),用ph'表示.下列說法正確的是 ()A.此時封閉氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)是pl-phB.此時封閉氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)是ph'-phC.此時封閉氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)是ph'+phD.此時封閉氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)是ph'-pl解析:利用等壓法,選管外水銀面為等壓面,則封閉氣體壓強(qiáng)p=ph'-ph,故B正確.答案:B2.如圖所示,用彈簧將封閉有一定質(zhì)量氣體(不計(jì)重力)的汽缸通過活塞懸掛起來,不計(jì)活塞與缸壁間的摩擦,汽缸質(zhì)量為m,保持溫度不變,當(dāng)外界大氣壓強(qiáng)變化時,不發(fā)生改變的是 ()A.封閉氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)B.封閉氣體的體積C.彈簧的彈力D.汽缸底部離地面的高度解析:以汽缸為研究對象,設(shè)大氣壓強(qiáng)為p0,汽缸截面積為S,則有p0S=pS+mg,大氣壓強(qiáng)p0變化,則封閉氣體的壓強(qiáng)p變化,因?yàn)闇囟炔蛔?根據(jù)玻意耳定律知封閉氣體的體積V變化,A、B錯誤.對整體有kx=G總,彈簧的彈力不變,故活塞高度不變,又因?yàn)榉忾]氣體體積變化,所以汽缸底部離地面的高度發(fā)生變化,C正確,D錯誤.答案:C3.一個氣泡由湖面下20m深處緩慢上升到離湖面10m深處.若湖水各處的溫度相同,則氣泡的體積約變?yōu)樵瓉眢w積的 ()A.3倍B.2倍C.1.5倍 D.7解析:氣泡緩慢上升過程中,溫度不變,氣泡內(nèi)氣體做等溫變化,湖面下20m深處,水的壓強(qiáng)約為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的2倍(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓p0相當(dāng)于10m高的水柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)),故p1=3p0,p2=2p0,由p1V1=p2V2得V2V1=p1p2=1答案:C4.(多選)如圖所示,p表示壓強(qiáng),V表示體積,T為熱力學(xué)溫度,能正確描述一定質(zhì)量的氣體發(fā)生等溫變化的是 ()ABCD解析:由A圖可以直接看出溫度不變,故A圖描述的是等溫變化;B圖說明p∝1V,即pV=常數(shù),B描述的是等溫變化過程;C圖溫度在變化,故描述的不是等溫變化;D圖的p-V圖線不是雙曲線,故描述的不是等溫變化答案:AB5.(多選)如圖所示,一端封閉的玻璃管,開口向下,豎直插在水銀槽內(nèi),管內(nèi)長度為h的水銀柱將一段空氣柱封閉,現(xiàn)保持槽內(nèi)水銀面上方的玻璃管的長度l不變,將管向右傾斜30°.若水銀槽內(nèi)水銀面的高度保持不變,待再次達(dá)到穩(wěn)定時 ()A.管內(nèi)空氣柱的密度變大B.管內(nèi)空氣柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)變大C.管內(nèi)水銀柱的長度變大D.管內(nèi)水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)變大解析:設(shè)大氣壓強(qiáng)為p0,玻璃管傾斜前,管內(nèi)空氣柱的壓強(qiáng)為p1,長度為h的水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)為ph,有p1+ph=p0.試管傾斜后,假定管內(nèi)水銀柱的長度h不變,因l不變,管內(nèi)空氣柱的體積也不變,其壓強(qiáng)仍為p1,但由于管的傾斜,管內(nèi)水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)ph1小于傾斜前的壓強(qiáng)ph,使p1+ph1<p0,故假設(shè)不成立.由此判斷,隨著試管的傾斜,大氣壓強(qiáng)使管內(nèi)水銀面上移,管內(nèi)水銀柱上升,被封閉氣體體積減小,空氣柱的密度增大.再由玻意耳定律知,管內(nèi)空氣柱的壓強(qiáng)隨體積的減小而增大,當(dāng)再次達(dá)到穩(wěn)定時,設(shè)管內(nèi)空氣壓強(qiáng)為p2,管內(nèi)水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)變?yōu)閜h2,有p2+ph2=p0,因p2>p1,故有ph2<ph答案:ABC6.(多選)如圖所示,D→A→B→C表示一定質(zhì)量的某種氣體狀態(tài)變化的一個過程,下列說法正確的是()A.D→A是一個等溫變化過程B.A→B是一個等溫變化過程C.TA>TBD.B→C過程中,氣體體積增大、壓強(qiáng)減小、溫度不變解析:D→A是一個等溫變化過程,A正確.B→C是一個等溫變化過程,氣體體積V增大、壓強(qiáng)p減小,D正確.A到B溫度升高,B、C錯誤.答案:AD7.如圖所示,兩端開口的均勻玻璃管豎直插入水銀槽中,管中有一段高為h1的水銀柱封閉一定質(zhì)量的氣體,這時管下端開口處內(nèi)、外水銀面高度差為h2,若保持環(huán)境溫度不變,當(dāng)外界壓強(qiáng)增大時,下列分析正確的是 ()A.h2變長B.h2變短C.高為h1的水銀柱上升D.高為h1的水銀柱下降解析:被封閉氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)p=p0+ρ水銀gh1=p0+ρ水銀gh2,故h1=h2,隨著大氣壓強(qiáng)的增大,被封閉氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)也增大,由玻意耳定律知?dú)怏w的體積減小,空氣柱長度變短,但h1、h2長度不變,故高為h1的水銀柱下降,D正確.答案:D8.用如圖所示的裝置研究在溫度不變時,一定質(zhì)量的某種氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系.本實(shí)驗(yàn)通過壓強(qiáng)傳感器測得氣體的壓強(qiáng)值,氣體體積是通過得到的.

(2)在實(shí)驗(yàn)過程中,推動活塞時要(選填“迅速”或“緩慢”),且手不能接觸注射器部分.

(3)若大氣壓強(qiáng)為p0,壓強(qiáng)傳感器和注射器連接時封閉氣體的初始體積為5cm3,則其體積變?yōu)?0cm3時,理論上氣體壓強(qiáng)大小應(yīng)變?yōu)?

(4)某同學(xué)實(shí)驗(yàn)中得到了如圖所示圖線,若他的實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范、正確,則圖線不過原點(diǎn)的原因可能是.

A.注射器中有異物B.連接軟管中存在氣體C.注射器內(nèi)氣體溫度升高D.注射器內(nèi)氣體溫度降低解析:(1)用題圖所示裝置做實(shí)驗(yàn)時,氣體的壓強(qiáng)用壓強(qiáng)傳感器通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)得到,氣體體積通過注射器的刻度得到.(2)在實(shí)驗(yàn)過程中,推動活塞時要緩慢,這樣做氣體的溫度不會發(fā)生變化;同時手不能接觸注射器封閉氣體部分,避免氣體的溫度發(fā)生變化.(3)若大氣壓強(qiáng)為p0,壓強(qiáng)傳感器和注射器連接時封閉氣體的初始體積為5cm3,則其體積變?yōu)?0cm3時,根據(jù)玻意耳定律p1V1=p2V2,代入數(shù)據(jù)可得理論上氣體壓強(qiáng)大小p2=12p0(4)根據(jù)玻意耳定律知pV=C,得V與1p成正比,圖線不經(jīng)過原點(diǎn)的原因可能是注射器中有異物,該異物占據(jù)一定的體積,故A正確.設(shè)V0代表連接軟管中的氣體體積,根據(jù)p(V+V0)=C,C為定值,得V=Cp-V0.如果實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范、正確,得到的V-1p圖線不過原點(diǎn),1p=0時,V為負(fù)值,與題圖不符,故B錯誤.注射器內(nèi)氣體溫度升高或降低,圖線為曲線,故C答案:(1)注射器的刻度(2)緩慢封閉氣體(3)p029.(2021·廣東卷)為方便抽取密封藥瓶里的藥液,護(hù)士一般先用注射器注入少量氣體到藥瓶里后再抽取藥液,如圖所示,某種藥瓶的容積為0.9mL,內(nèi)裝有0.5mL的藥液,瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)為1.0×105Pa.護(hù)士把注射器內(nèi)橫截面積為0.3cm2、長度為0.4cm、壓強(qiáng)為1.0×105Pa的氣體注入藥瓶,若瓶內(nèi)外溫度相同且保持不變,氣體視為理想氣體,求此時藥瓶內(nèi)氣體的壓強(qiáng).解析:設(shè)瓶內(nèi)的氣體體積為V1,則V1=0.9mL-0.5mL=0.4mL,設(shè)注射的氣體體積為V2,則V2=0.3×0.4cm3=0.12mL,設(shè)氣體壓強(qiáng)為p0,此時瓶內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為p1,根據(jù)玻意耳定律有p0(V1+V2)=p1V1,解得p1=1.3×105Pa.答案:1.3×105Pa【拓展提高】10.大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa,某容器的容積為20L,裝有壓強(qiáng)為20×105Pa的氣體,如果保持氣體溫度不變,把容器的開關(guān)打開,待氣體達(dá)到新的平衡時,容器內(nèi)剩下氣體的質(zhì)量與原來氣體的質(zhì)量之比為 ()A.1∶19 B.1∶20C.2∶39 D.1∶18解析:由p1V1=p2V2得p1V0=p0V0+p0V,其中V0=20L,則V=380L,即容器中剩余20L壓強(qiáng)為p0的氣體,而同樣壓強(qiáng)下氣體的總體積為400L,所以剩下氣體的質(zhì)量與原來氣體的質(zhì)量之比等于同壓下氣體的體積之比,即20400=120,B答案:B11.一只活塞式氣筒的容積為V0,另一體積為V的容器中的空氣的壓強(qiáng)與外界大氣壓強(qiáng)p0相等.用此氣筒對容器打n次氣后(設(shè)打氣時空氣溫度保持不變),容器中空氣的壓強(qiáng)是 ()A.1+nV0Vp0 B.C.1+V0Vp0 D.V0V解析:打n次氣,對容器內(nèi)所有的空氣有p0(V+nV0)=pnV,所以pn=V+nV0Vp0答案:A12.在一端封閉的粗細(xì)均勻的玻璃管內(nèi),用水銀柱封閉一部分空氣,玻璃管開口向下,如圖所示,當(dāng)玻璃管做自由落體運(yùn)動時,空氣柱長度將 ()A.增大 B.減小C.不變 D.無法確定解析:設(shè)空氣柱原來的長度為l1,水銀柱原來是平衡的,后來因?yàn)樽鲎杂陕潴w運(yùn)動而失去平衡,發(fā)生移動.開始時氣體壓強(qiáng)p1=p0-ρgl,氣體體積V1=l1S.自由下落后,設(shè)空氣柱長度為l2,水銀柱受到的管內(nèi)氣體向下的壓力為p2S、重力為G和大氣向上的壓力為p0S.根據(jù)牛頓第二定律可得p2S+G-p0S=mg,因?yàn)镚=ρlSg,m=ρlS,所以p2S+ρlSg-p0S=ρlSg,解得p2=p0,即p2>p1.再由玻意耳定律p1V1=p2V2得p1l1S=p2l2S,因?yàn)閜2>p1,所以l2<l1,所以空氣柱長度將減小.答案:B13.一定質(zhì)量的某種氣體狀態(tài)變化的p-V圖像如圖所示,氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中,氣體分子平均速率的變化情況是 ()A.一直保持不變 B.一直增大C.先減小后增大 D.先增大后減小解析:由題圖可知,pAVA=pBVB,所以A、B兩狀態(tài)的溫度相等,在同一等溫線上.離原點(diǎn)越遠(yuǎn)的等溫線表示的溫度越高,所以從狀態(tài)A到狀態(tài)B,氣體溫度先升高后降低,氣體分子平均速率先增大后減小.答案:D14.如圖所示,一定質(zhì)量的氣體被活塞封閉在導(dǎo)熱的汽缸內(nèi),活塞相對于底部的高度為h,可沿汽缸無摩擦地滑動.取一小盒沙子緩慢地倒在活塞的上表面上,沙子倒完時,活塞下降了h4;再取相同質(zhì)量的一小盒沙子緩慢地倒在活塞的上表面上,外界大氣的壓強(qiáng)和溫度始終保持不變,求此次沙子倒完時活塞到汽缸底部的距離解析:設(shè)大氣和活塞對氣體的總壓強(qiáng)為p1,加一小盒沙子,氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)增大p,活塞的橫截面積為S,由玻意耳定律得p1hS=(p1+p)·h-1解得p=13p1再加一小盒沙子后,氣體的壓強(qiáng)變?yōu)閜1+2p.設(shè)第二次加沙子后,活塞的高度為h',則p1hS=(p1+2p)h'S,聯(lián)立以上各式解得h'=35答案:35【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】15.(2021·全國卷)如圖,一汽缸中由活塞封閉有一定量的理想氣體,中間的隔板將氣體分為A、B兩部分;初始時,A、B的體積均為V,壓強(qiáng)均等于大氣壓p0,隔板上裝有壓力傳感器和控制裝置,當(dāng)隔板兩邊壓強(qiáng)差超過0.5p0時隔板就會滑動,否則隔板停止運(yùn)動,氣體溫度始終保持不變.向右緩慢推動活塞,使B的體積減小為V2(1)求A的體積和B的壓強(qiáng);(2)再使活塞向左緩慢回到初始位置,求此時A的體積和B的壓強(qiáng).解析:(1)對B氣體分析,等溫變化,根據(jù)玻意耳定律有p0V=pB12V解得pB=2p0,對A氣體分析,根據(jù)玻意耳定律有p0V=pAVA,pA=pB+0.5p0,聯(lián)立解得VA=0.4V;(2)再使活塞向左緩慢回到初始位置,