新教材2023高中物理第二章气体固体和液体2.3气体的等压变化和等容变化同步测试新人教版选择性必修第三册

第二章  气体、固体和液体

3  气体的等压变化和等容变化

【基础巩固】

1.下列说法正确的是 (　　)

A.一定质量的某种理想气体被压缩时,气体压强不一定增大

B.一定质量的某种理想气体温度不变,压强增大时,其体积也增大

C.气体压强是由气体分子间的斥力引起的

D.在失重的情况下,密闭容器内的气体对器壁没有压强

解析:理想气体质量一定时,=常量,显然A正确,B错误.由气体压强产生的原因知C错误.在失重的情况下,密闭容器中的分子仍做永不停息的无规则运动,气体对器壁有压强,D错误.

答案:A

2.我国传统医学常用“拔火罐”来治疗某些疾病,方法是先用点燃的酒精棉球加热罐中气体,然后将火罐迅速按在皮肤上,火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上.忽略火罐容积的变化,火罐会紧紧地“吸”在皮肤上的原因是火罐内的气体

(　　)

A.温度不变时,体积减小,压强增大

B.体积不变时,温度降低,压强减小

C.压强不变时,温度降低,体积减小

D.质量不变时,压强增大,体积减小

解析:由题知火罐内气体体积不变,当温度降低时,由查理定律可知,压强减小,故B正确.

答案:B

3.一定质量的某种理想气体的p-图像如图所示,图中BC为过原点的直线,A、B、C为气体的三个状态,则下列说法正确的是              (　　)

A.TA>TB=TC　　　       　B.TA>TB>TC

C.TA=TB>TC              D.TA<TB<TC

解析:由题图可知A→B为等容变化,pA>pB,根据查理定律知,TA>TB.B→C为等温变化,即TB=TC.所以TA>TB=TC,选项A正确.

答案:A

4.一定质量的某种理想气体保持压强不变,温度从0 ℃升到5 ℃时体积增加量为ΔV1;从10 ℃升到15 ℃时体积增加量为ΔV2,则              (　　)

A.ΔV1=ΔV2               B.ΔV1>ΔV2

C.ΔV1<ΔV2               D.无法确定

解析:由盖-吕萨克定律==可知ΔV1=ΔV2.

答案:A

5.已知理想气体的内能与温度成正比.图中的实线为汽缸内一定质量的某种理想气体由状态1到状态2的变化曲线,则在整个过程中汽缸内气体的内能

 (　　)

A.先增大后减小         B.先减小后增大

C.单调变化               D.保持不变

解析:由题图知汽缸内的理想气体的状态参量p1、V的乘积的变化特点是先减小后增大,由=C(常量)可知,温度T先减小后增大,故气体内能先减小后增大,B正确.

答案:B

6.0.3 mol的某种理想气体的压强和温度的关系图线如图所示.p0表示标准大气压,则在状态B时气体的体积为              (　　)

A.5.6 L    B.3.2 L         C.1.2 L        D.8.4 L

解析:题中气体在0 ℃、压强为标准大气压时,体积为22.4×0.3 L=6.72 L,根据图线可知,从压强为p0的状态到A状态,气体经历等容变化,A状态的体积为6.72 L,温度为(127+273) K=400 K,从A状态到B状态为等压变化,B状态的温度为(227+273) K=500 K,根据盖-吕萨克定律得=,所以VB==

L=8.4 L.

答案:D

7.如图所示,内壁光滑的汽缸和活塞都是绝热的,缸内被封闭的理想气体原来体积为V,压强为p,若用力将活塞向右推,使封闭的气体体积变为,缸内被封闭气体的              (　　)

A.压强等于2p            B.压强大于2p

C.压强小于2p            D.分子势能增大了

解析:汽缸绝热,压缩气体,气体温度必然升高,由状态方程=常量可知,T增大,体积变为,则压强大于2p,故B正确,A、C错误.理想气体分子无分子势能,D错误.

答案:B

8.一定质量的某种理想气体,从状态A开始按下列顺序变化:先等压降温,再等温膨胀,最后等容升温回到状态A.选项D中曲线为双曲线的一部分.下图能正确表示这一过程的是              (　　)

A             B            C             D

解析:根据气体状态变化的图像特点分析,A正确.B图中,C→A过程为非等容升温;C图中,A→B为等容降温,B→C为等温压缩,C→A为等压升温;D图中A→B为等压升温,B→C为等容降温,C→A为等温压缩.B、C、D错误.

答案:A

9.(多选)如图所示,四个两端封闭、粗细均匀的玻璃管内的空气被一段水银柱隔开,按图中标明的条件,当玻璃管水平放置时,水银柱处于静止状态.如果管内两端的空气都升高相同的温度,那么水银柱向左移动的是              (　　)

　Va<Vb,Ta<Tb　　　　　　　Va>Vb,Ta=Tb

　　　　         　A　　　　　　　　　　　B

　Va=Vb,Ta>Tb　　　　　　　Va<Vb,Ta>Tb

　　　　　         C　　　　　　　　　　　D

解析:假设水银柱不动,则两端封闭气体发生等容变化,根据查理定律有Δp=p,要使水银柱向左移动,右侧气体压强应增大,p与ΔT相同,只要右侧气体的T小即可,根据各选项条件判断,选项C、D正确.

答案:CD

10.灯泡内充有氮、氩混合气体,如果要使灯泡内的混合气体在500 ℃时的压强不超过标准大气压p0,在20 ℃下充气,灯泡内气体的压强最大为多少?设T=t+273 K.

解析:混合气体的初状态:T1=773 K　p1=p0,

末状态:T2=293 K,

根据查理定律=得p2=T2=0.38p0.

答案:0.38p0

【拓展提高】

11.(多选)一定质量的某种理想气体在等压变化中体积增大了,设T=t+273 K.若气体原来温度是27 ℃,则温度的变化情况是              (　　)

A.升高到450 K           B.升高了150 ℃

C.升高到40.5 ℃           D.升高到450 ℃

解析:等压变化中,有=,即=,解得T2=450 K,故温度会升高到

450 K,即升高了150 ℃.

答案:AB

12.(多选)图甲、乙为一定质量的某种气体的等容或等压变化图像.关于这两个图像,正确的说法是              (　　)

　　　　　　         甲　　　　　　　　　　乙

A.甲是等压线,乙是等容线

B.乙图中p-t线的延长线与t轴的交点对应的温度是-273.15 ℃,而甲图中V-t线的延长线与t轴的交点不一定是-273.15 ℃

C.由乙图可知,一定质量的气体,在任何情况下p与t均呈线性关系

D.乙图表明温度每升高1 ℃,压强增加量相同,但甲图表明随温度的升高压强不变

解析:由查理定律p=CT=C(t+273.15 K)及盖-吕萨克定律V=CT=C(t+273.15 K)可知,甲图是等压线,乙图是等容线,故选项A正确.两种图线的反向延长线与t轴的交点对应的温度都为-273.15 ℃,即热力学温度的0 K,故选项B错误.查理定律及盖-吕萨克定律是气体的实验定律,都是在温度不太低,压强不太大的条件下得出的,当压强很大,温度很低时,这些定律就不成立了,故选项C错误.图线是直线,故选项D正确.

答案:AD

13.(多选)一定质量的某种理想气体的状态变化过程的p-V图线如图甲所示,其中A是初始状态,B、C是中间状态.A→B为双曲线的一部分,B→C与纵轴平行,C→A与横轴平行.若将上述变化过程改用p-T图线和V-T图线表示,则图乙中正确的是              (　　)

甲

A           B           C           D

乙

解析:在p-V图像中,气体由A→B是等温过程,气体压强减小,体积增大;由B→C是等容过程,气体压强增大,温度升高;由C→A是等压过程,气体体积减小,温度降低.由此可判断A、C错误,B、D正确.

答案:BD

14.如图所示,两根粗细相同、两端开口的直玻璃管A和B,竖直插入同一水银槽中,各用一段水银柱封闭着一定质量、相同温度的空气,空气柱长度l1>l2,水银柱长度h1>h2.现使封闭空气柱降低相同的温度(大气压强保持不变),则两管中空气柱上方水银柱的移动情况是              (　　)

A.均向下移动,A管移动较多

B.均向上移动,A管移动较多

C.A管向上移动,B管向下移动

D.无法判断

解析:在温度降低的过程中,被封闭空气柱的压强恒等于大气压强与水银柱因自身重力而产生的压强之和,故封闭空气柱均做等压变化,由此推知,封闭空气柱下端的水银面高度不变.根据盖-吕萨克定律的变形式=,可得ΔV=·V.因为A、B管中的封闭空气柱的初温T相同,温度降低量ΔT也相同,且ΔT<0,所以ΔV<0,即A、B管中空气柱的体积都减小;又因为l1>l2,A管中空气柱的体积较大,所以|ΔV1|>|ΔV2|,A管中空气柱体积减小得较多.综上,A、B两管空气柱上方的水银柱均向下移动,且A管中的水银柱下移得较多,故A正确.

答案:A

15.下图是一定质量的某种理想气体从状态A经状态B、C到状态D的p-T图像,已知气体在状态B时的体积是8 L,求气体在其他状态时的体积VA、VC和VD,并画出此过程的V-T图像.

解析:A→B为等温变化过程

pAVA=pBVB,

解得VA== L=4 L.

B→C为等容变化过程

VC=VB=8 L.

C→D为等压变化过程

=,

解得VD=VC=×8 L=10.7 L.

此过程的V-T图像如图所示.

答案:4 L　8 L　10.7 L　V-T图像见解析图.

16.如图所示,用销钉固定的活塞把容器分成A、B两部分,其容积之比

VA∶VB=2∶1.起初A中有温度为127 ℃、压强为1.8×105 Pa的空气,B中有温度为27 ℃、压强为1.2×105 Pa的空气,拔去销钉,活塞可以无摩擦地移动但不漏气,由于容器壁缓慢导热,最后两部分空气都变成室温27 ℃,活塞也静止,求最后A、B中气体的压强.设T=t+273 K.

解析:对A部分空气,

初状态:pA=1.8×105 Pa,VA,TA=400 K,

末状态:pA',VA',TA'=300 K,

待求量pA',VA',VA,

由理想气体状态方程得=,

对B部分空气,

初状态:pB=1.2×105 Pa,VB,TB=300 K,

末状态:pB',VB',TB'=300 K,

待求量VB,pB',VB',

由理想气体状态方程得=,

由题意可知

VA+VB=VA'+VB',

VA∶VB=2∶1,

pA'=pB',

联立以上各式得pA'=pB'=1.3×105 Pa.

答案:均为1.3×105 Pa

【挑战创新】

17.下图是一种测定“肺活量”(标准大气压下人一次呼出气体的体积)的装置,A为开口薄壁圆筒,排尽其中的空气,倒扣在水中.测量时,被测者尽力吸足空气,再通过B管用力将气体吹入A中,使A浮起,设整个过程中呼出气体的温度保持不变.

(1)呼出气体的分子热运动的平均动能　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”). 

(2)设圆筒A的横截面积为S,大气压强为p0(标准大气压),水的密度为ρ,筒底浮出水面的高度为h,筒内外水面的高度差为Δh,重力加速度为g,则被测者的

“肺活量”V0=　　　　. 

解析:(1)因为温度是分子热运动的平均动能的标志,气体温度不变,所以分子热运动的平均动能不变.

(2)设A中气体压强为p,该部分气体在标准大气压下的体积为V0,整个过程中温度不变,由玻意耳定律可得p0V0=pV,即p0V0=(p0+ρgΔh)·(h+Δh)S,被测者的“肺活量” V0=.

答案:(1)不变　(2)