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2 气体的等温变化同步测试题

2.2　气体的等温变化

一、选择题(本题共6小题，每题6分，共36分)

1．如图所示，汽缸内封闭一定质量的气体，不计活塞与缸壁间的摩擦，当外界大气压变化时，以下物理量中发生改变的有：①弹簧弹力的大小，②密封气体的体积，③密封气体的压强(　D　)

A．①　　　　　　 B．①②

C．①③ D．②③

解析：以汽缸和活塞组成的系统为研究对象，系统处于平衡状态，因此弹簧弹力等于系统重力，由于重力不变，因此弹簧弹力不变，故①错误；以汽缸为研究对象，设大气压强为p0，则有p0S＝mg＋pS，当大气压强变化时，气体压强发生变化，气体体积发生变化，故②③正确。故选D。

2．一个气泡由湖面下20 m深处缓慢上升到湖面下10 m深处，它的体积约变为原来体积的(　C　)

A．3倍 B．2倍

C．1.5倍  D．0.7倍

解析：设大气压强为：p0＝1.0×105 Pa，气体变化过程为等温变化，又气泡内压强p＝ρ水gH＋p0，

则湖面下20 m深处：p1＝ρ水g×20＋p0＝3.0×105 Pa，

湖面下10 m深处：p2＝ρ水g×10＋p0＝2.0×105 Pa，

由玻意耳定律：p1V1＝p2V2

V2＝＝1.5 V1，C正确。

3．如图所示，D→A→B→C表示一定质量的某种气体状态变化的一个过程，则下列说法正确的是(　A　)

A．D→A是一个等温过程 B．A→B是一个等温过程

C．A与B的状态参量相同 D．B→C体积减小，压强减小，温度不变

解析：D→A是一个等温过程，A对；A、B两状态温度不同，A→B的过程中不变，则体积V不变，此过程中气体的压强、温度会发生变化，B、C错，B→C是一个等温过程，V增大，p减小，D错。

4．如图所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量。设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气(　B　)

A．体积不变，压强变小 B．体积变小，压强变大

C．体积不变，压强变大  D．体积变小，压强变小

解析：以细管中封闭气体为研究对象，当洗衣缸内水位升高时，细管中封闭气体压强变大，而气体温度不变，则由玻意耳定律知，气体体积变小，故B项正确。

5．(多选)下列图中，p表示压强，V表示体积，T为热力学温度，各图中正确描述一定质量的气体是等温变化的是(　ABC　)

解析：气体的等温变化指的是一定质量的气体在温度不变的情况下，气体压强与体积成反比，BC正确，D错误；温度不变，A正确。

6．(多选)如图所示，内径均匀、两端开口的V形管，B支管竖直插入水银槽中，A支管与B支管之间的夹角为θ，A支管中有一段长为h的水银柱保持静止，下列说法中正确的是(　BD　)

A．B管内水银面比管外水银面高h

B．B管内水银面比管外水银面高hcos θ

C．B管内水银面比管外水银面低hcos θ

D．管内封闭气体的压强比大气压强小hcos θ高水银柱

解析：以A管中的水银柱为研究对象，则有pS＋hcos θS＝p0S，B管内气体的压强p＝p0－hcos θ，显然p<p0，且B管内水银面要比槽内水银面高出hcos θ。B、D正确。

二、非选择题(共24分)

7．(8分)采用验证玻马定律实验的主要器材针管及其附件，来测定大气压强的值，实验步骤如下：

(1)将针管水平固定，拔下橡皮帽，向右将活塞从针管中抽出；

(2)用天平称出活塞与固定在其上的支架的总质量为M；

(3)用卡尺测出活塞直径d；

(4)再将活塞插入针管中，保持针管中有一定质量的气体，并盖上橡皮帽，此时，从针管上可读出气柱体积为V1，如图所示；

(5)将弹簧秤挂钩钩在活塞支架上，向右水平缓慢拉动活塞到一定位置，此时，弹簧秤读数为F，气柱体积为V2。

试用以上的直接测量数据，写出大气压强的最终表达式p0＝____，本实验中第__(2)__实验步骤是多余的。

解析：开始时气体的压强为p0，向右水平缓慢拉动活塞到一定位置，弹簧秤读数为F时气体的压强p1：

p1＝p0－＝p0－＝p0－

该过程中温度不变，则：p0V1＝p1V2

整理得：p0＝

由上面的式子可知，在表达式中，与活塞及固定在其上的支架的总质量无关，所以步骤(2)是多余的。

8．(16分)如图所示，连通器中盛有密度为ρ的部分液体，两活塞与液面的距离均为l，其中密封了压强为p0的空气，现将右活塞固定，要使容器内的液面之差为l，求左活塞需要上升的距离x。

答案：

解析：右侧发生等温变化，初态：压强p1＝p0，体积：V1＝lS，末态：压强p2，体积：V2＝S

根据玻意耳定律可得：p1V1＝p2V2即：p0lS＝p2S

左侧发生等温变化，初态：压强p3＝p0，体积：V3＝lS。末态：压强p4，体积：V3＝S

根据玻意耳定律可得：p3V3＝p4V4。

即：p0lS＝p4S

活塞上升x后，根据平衡可得：p4＋ρgl＝p2 。联立可得左活塞需要上升的距离：x＝。