高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第二章 气体、固体和液体综合与测试当堂检测题

第二章　气体、固体和液体

本章达标检测

(满分:100分;时间:75分钟)

一、单项选择题(本题共6小题,每小题5分,共30分)

1.(2021重庆一中高二下期中)以下说法正确的是 (　　)

A.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,说明蜂蜡是晶体

B.大颗粒的盐磨成了细盐,就变成了非晶体

C.晶体熔化时吸收热量,分子的平均动能一定增大,内能增加

D.浸润现象中,附着层的液体分子比液体内部更密集,液体分子之间的作用力表现为斥力

2.(2021江苏高考模拟)如图所示,一定质量的理想气体由状态A沿平行纵轴的直线变化到状态B,则关于它的状态变化过程,下列说法正确的是              (　　)

A.气体的温度不变

B.气体的内能增加

C.气体分子的平均速率减小

D.气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数不变

3.(2021重庆巴蜀中学高二下月考)做托里拆利实验时,玻璃管内残留了空气,此时玻璃管竖直放置如图所示。假如把玻璃管倾斜适当角度,玻璃管下端仍浸没在水银中(视空气温度、大气压强不变,空气中的玻璃管长度不变),下列变化符合实际的是              (　　)

A.管内水银长度变长,管内空气压强增大

B.水银高度差变大,管内空气压强减小

C.水银高度差不变,管内空气体积变小

D.管内水银长度变短,管内空气体积变大

4.(2021江苏泰州高三月考)用DIS研究“在温度不变时,一定质量气体压强与体积关系”的实验装置如图甲所示。小张同学某次实验中作出的p-图线如图乙所示,关于图线弯曲的可能原因,下列说法错误的是              (　　)

A.压强传感器与注射器的连接处漏气

B.未在注射器活塞上涂润滑油

C.未考虑注射器与压强传感器连接部位的气体体积

D.实验过程中用手握住了注射器前端

5.(2020黑龙江哈尔滨三中高二下月考)如图甲所示,玻璃管上端封闭下端开口,管中通过两段水银柱封闭两段空气柱。轻弹玻璃管,使两段水银柱及被两段水银柱封闭的空气柱合在一起(如图乙所示)。若此过程中温度不变,水银柱与管壁密封很好,则乙图中水银柱的下端面

A'与甲图中水银柱的下端面A相比 (　　)

A.在同一高度

B.A'比A稍高

C.A'比A稍低

D.条件不足,无法判断

6.(2021辽宁大连八中高二下期中)两端封闭的U形管中有一些水银将空气隔为两部分,环境温度为10 ℃。U形管竖直放置,左、右两气柱的长度分别为L1和L2,如图所示。现将环境温度逐渐升高,则              (　　)

A.L1变长,L2变短 B.L2变长,L1变短

C.L1和L2不变化 D.条件不足,无法判定

二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。全选对得6分,选对但不全得3分,选错或不选得0分)

7.(2020河北张家口高二下期末)关于热力学温度和摄氏温度,以下说法正确的是              (　　)

A.热力学温度的单位“K”是国际单位制中的基本单位

B.某物体的摄氏温度为10 ℃,则其热力学温度为10 K

C.0 ℃可用热力学温度粗略地表示为273 K

D.热力学温度和摄氏温度的温标不同,两者表示的温度无法比较

8.(2021江西吉安高三上月考)下列说法中正确的是 (　　)

A.单晶体的所有物理性质都是各向同性的

B.液晶是液体和晶体的混合物

C.露珠呈球形是因为液体表面张力的作用

D.在毛细现象中,毛细管中的液面有的升高,有的可能降低

9.(2021湖北石首一中高二下月考)如图所示,一导热性能良好的汽缸内用活塞封住一定质量的气体(不计活塞与缸壁摩擦),温度升高时,没有改变的量有              (　　)

A.活塞高度h B.汽缸高度H

C.气体压强p D.弹簧长度L

三、非选择题(本题共5小题,共52分)

10.(12分) (2021山东德州高三上期末)某实验小组用注射器和压强传感器探究一定质量的气体发生等温变化时遵循的规律,实验装置如图1所示。用活塞和注射器外筒封闭一定质量的气体,其压强可由左侧的压强传感器测得。

(1)关于该实验,下列说法正确的是　　　　。 

A.该实验用控制变量法研究气体的变化规律

B.实验时注射器必须水平放置

C.注射器内部的横截面积没必要测量

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)进行实验操作时,不能推拉活塞过快,其原因是　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)该实验小组首先在甲实验室进行了实验,下表为记录的实验数据,其中有一次记录的实验数据错误,记录错误的是　　　　(填错误数据对应的实验序号)。 

(4)该实验小组又利用同一装置对同一封闭气体在另一温度稍高的乙实验室进行了实验,根据在甲、乙实验室记录的数据用正确的方法画出的p-图像如图2所示,根据在乙实验室记录的数据画出的图像应为　　　　(填图线代号“①”或“②”)。 

11.(8分)(2021湖南师大附中高三月考)一定质量的理想气体经历了温度缓慢升高的变化,如图所示,p-T图像和V-T图像各记录了其部分变化过程,试求:

(1)温度为600 K时气体的压强。

(2)在p-T图像中将温度从400 K升高到600 K的变化过程补充完整。

12.(8分) (2021辽宁朝阳高三三模)某同学家里有一台三门冰箱,该冰箱分上、中、下三个门,上门是冷藏室,中门是变温室,下门是冷冻室。冰箱空置。

(1)若该冰箱冷藏室的容积为V1,变温室的容积为V2,冷冻室的容积为V3,每摩尔空气的体积为V0,阿伏加德罗常数为NA,求关闭冰箱密封门后,冰箱的冷藏室、变温室和冷冻室内的总空气分子数N;

(2)若室内温度t0=27 ℃,空气压强p0=1×105 Pa,该冰箱变温室的温度可在-18 ℃~6 ℃范围内调节,取绝对零度为-273 ℃,关闭冰箱门后变温室不漏气,其内的空气视为理想气体,求该冰箱通电工作时,变温室内空气的压强变化的最大值Δp。

13.(12分) (2021湖北荆州高三月考)导热性能良好的汽缸内壁顶部有一固定卡环,卡环到汽缸底部的距离为20 cm,一个质量为1 kg的活塞将汽缸内气体封闭,汽缸内壁光滑,活塞与汽缸内壁气密性好,静止时,活塞与卡环接触,已知大气压强为1×105 Pa,环境温度为300 K。当环境温度降为280 K时,卡环对活塞的压力刚好为零,重力加速度g取10 m/s2,活塞的横截面积为5 cm2,不计活塞的厚度,求:

(1)开始时,卡环对活塞的压力;

(2)当环境温度为200 K时,在活塞上放一个质量为2 kg的重物,当活塞稳定时,活塞离缸底的距离(结果保留1位小数)。

14.(12分) (2021山东济南高三二模)如图甲所示,汽缸左右侧壁导热,其他侧壁绝热,平放在水平面上。质量为m、横截面积为S的绝热活塞将汽缸分隔成A、B两部分,每部分都封闭有气体,此时两部分气体体积相等。外界温度T0保持不变,重力加速度为g(不计活塞和汽缸间的摩擦)。

(1)若将汽缸缓慢转动,直到汽缸竖直,如图乙所示,稳定后A、B两部分气体体积之比变为2∶1,整个过程不漏气,求此时B部分气体的压强。

(2)将丙图中B的底端加一绝热层,对B部分气体缓慢加热,使A、B两部分气体体积再次相等,求此时B部分气体的温度T。

答案全解全析

第二章　气体、固体和液体

本章达标检测

1.D　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,A错误;大颗粒的盐磨成了细盐,仍然是晶体,B错误;晶体熔化时吸收热量,温度不变,所以分子的平均动能不变,故C错误;浸润现象中,附着层的液体分子比液体内部更密集,液体分子之间的作用力表现为斥力,故D正确。

2.B　从p-V图像中的AB图线可知,气体由状态A变化到状态B为等容变化,压强增大,根据查理定律可知气体温度升高,A错误;一定质量的理想气体的内能仅由温度决定,所以气体的温度升高,内能增加,B正确;气体的温度升高,分子的平均动能增大,平均速率增大,C错误;气体体积不变,压强增大,则气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数增加,D错误。

3.A　假设空气柱长度不变,则玻璃管内水银长度不变,玻璃管倾斜后,管内水银柱高度减小,空气柱的压强增大,根据玻意耳定律可知空气柱体积减小,水银槽内水银会进入玻璃管,管内水银长度变长,故A正确,B、C、D错误。

4.D　对于一定质量的气体,在温度不变时,其p-图像是过原点的直线,若压强传感器与注射器的连接处漏气,或未考虑注射器与压强传感器连接部位的气体体积,则p与V的乘积的值减小,或者说p-图像的斜率减小,故选项A、C说法正确,不符合题意。为了防止漏气,应该在注射器活塞上涂润滑油,故选项B说法正确,不符合题意。实验过程中用手握住注射器前端,会导致注射器中气体温度升高,则p-图像的斜率会增大,故选项D说法错误,符合题意。

5.C　两段水银柱合在一起前后的总压强差是相等的,所以最上面的那部分气体的压强始终没变,那么它的体积也保持不变;夹在中间的这部分气体向上移动后,它的压强减小,根据玻意耳定律可知它的体积将增大,所以水银柱的下端面将下降,即A'比A稍低,故A、B、D错误,C正确。

6.B　假设左、右两气柱的长度不变,两气柱在最初状态的压强关系p2>p1,由查理定律有==,则压强的增大量分别为Δp1=、Δp2=;由于升高相同温度,起始温度也相同,且p2>p1,则Δp2>Δp1,所以L2变长,L1变短,故B正确。

7.AC　热力学温度的单位“K”是国际单位制中七个基本单位之一,故A正确;热力学温度与摄氏温度两者大小关系为T=t+273.15 K,某物体的摄氏温度为10 ℃,则其热力学温度为283.15 K,0 ℃可用热力学温度粗略地表示为273 K,用热力学温标和摄氏温标表示的温度可以在换算单位之后进行比较,故C正确,B、D错误。

8.CD　单晶体的物理性质都是各向异性的,故A错误;液晶是介于固态和液态之间的一种物质状态,不是液体和晶体的混合物,B错误;液体表面张力有使液体表面收缩的趋势,露珠呈球形是由于液体表面张力的作用,故C正确;由于液体的浸润与不浸润,毛细管中的液面有的升高,有的可能降低,故D正确。

9.ACD　对活塞、汽缸以及封闭气体整体进行分析,弹簧的拉力大小等于整体的重力,根据胡克定律可知弹簧伸长量始终不变,弹簧长度L始终不变,活塞的位置不变,则活塞高度h也不变,故A、D符合题意;对活塞进行受力分析,可知活塞受力情况不变,则气体压强p不变,故C符合题意;因为气体压强p不变,根据盖-吕萨克定律可知,当T增大时,气体体积V增大,又由于活塞的位置不变动,所以汽缸将向下运动,则汽缸高度H减小,故B不符合题意。

10.答案　(1)ACD(3分)　(2)防止封闭气体温度发生改变(3分)　(3)5(3分)　(4)①(3分)

解析　(1)该实验过程中控制气体的质量、温度不变,运用了控制变量法;实验时注射器如何放置对实验结果没有影响;实验中要探究的是压强与体积之间的比例关系,不需要测量气体体积的具体值,所以只需测量注射器内部装有气体部分的长度即可,而内部的横截面积没有必要测量;注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可,便于等量地改变体积,可以不标注单位,故A、C、D正确。

(2)如果活塞推拉过快,气体的温度将产生显著的变化,实验误差将增大。

(3)由实验数据计算可知气柱长度与气柱压强的乘积基本恒定,前四组数据符合得很好,乘积在11.9~12.1范围,第5组数据的乘积较大,为15.2,说明第5组数据记录错误。

(4)气体压强与气体的温度有关,一定质量的气体,在相同体积下,温度越高,压强越大,所以图像①是在温度稍高的乙实验室中测量获得的。

11.答案　(1)1.25×105 Pa　(2)图见解析

解析　(1)理想气体的初状态: p1=1.0×105 Pa,V1=2.5 m3,T1=400 K(1分)

末状态:V2=3 m3,T2=600 K(1分)

由理想气体状态方程有:= (1分)

解得p2==1.25×105 Pa(2分)

(2)由V-T图像可知,400 K~500 K范围内气体做等容变化,故在p-T图像中将图线延长到500 K处,此时气体压强为1.25×105 Pa;在500 K~600 K范围内,气体做等压变化,压强为1.25×105 Pa,故500 K~600 K内的p-T图线为水平直线,则温度从400 K升高到600 K的变化过程的p-T图像如图所示

(3分)

12.答案　(1)NA　(2)8×103 Pa

解析　(1)冰箱的总容积V=V1+V2+V3 (1分)

总空气分子数N=NA=NA(2分)

(2)变温室内的气体发生等容变化,若温度为t1=6 ℃,由查理定律得

= (1分)

若温度为t2=-18 ℃,由查理定律得

= (1分)

Δp=p1-p2 (1分)

解得Δp=8×103 Pa(2分)

13.答案　(1) N　(2)10.7 cm

解析　(1)设当环境温度为T1=300 K时,缸内气体的压强为p1,

当环境温度降为T2=280 K时,缸内气体的压强为

p2=p0+=1.2×105 Pa(2分)

气体发生等容变化,由查理定律得= (1分)

解得p1=×105 Pa(1分)

开始时活塞受力平衡,有F+p0S+mg=p1S (1分)

解得F= N(1分)

(2)初态:p2=1.2×105 Pa,T2=280 K,V2=HS (1分)

在活塞上加上重物后,最后稳定时,缸内气体的压强

p3=p0+=1.6×105 Pa(2分)

T3=200 K,V3=hS

根据理想气体状态方程,有= (2分)

解得h=10.7 cm(1分)

14.答案　(1)　(2)T0

解析　(1)设A、B两部分的总体积为V,图甲状态:pA=pB=p、TA=TB=T0、VA=VB=V              (1分)

图乙状态:设A部分气体压强为pA',则B部分气体压强为pB'=pA'+,TA'=TB'=T0,VA'=V,VB'=V              (1分)

对A部分气体,由玻意耳定律有:pA·V=pA'·V (2分)

对B部分气体,由玻意耳定律有:pB·V=pB'·V (2分)

解得p=,pB'= (1分)

(2)图丙状态:A、B两部分气体体积再次相等,A回到最初状态,则pB″=p+= (2分)

从图乙状态到图丙状态的过程,对B部分气体,由理想气体状态方程有:= (2分)

解得T=T0 (1分)