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训练题

第二章分层作业11　气体变质量问题和关联气体问题

A级 必备知识基础练

1.用打气筒将压强为1×105 Pa的空气打进自行车轮胎内,如果打气筒容积ΔV=500 cm3,轮胎容积V=3 L,原来压强p=1.5×105 Pa。现要使轮胎内压强变为p'=4×105 Pa,若用这个打气筒给自行车轮胎打气,则要打气次数为(设打气过程中空气的温度不变)(　　)

A.10次 B.15次 C.20次 D.25次

2.如图所示,汽缸上下两侧气体由绝热活塞隔开,活塞与汽缸光滑接触。初始时活塞和两侧气体均处于平衡态,因活塞有质量,所以下侧气体压强是上侧气体压强的两倍,上下气体体积之比V1∶V2=1∶2,温度之比T1∶T2=2∶5。保持上侧气体温度不变,改变下侧气体温度,使两侧气体体积相同,此时上下两侧气体的温度之比为(　　)

A.4∶5 B.5∶9 C.7∶24 D.16∶25

3.(2023山东滨州高二期中)物体受热时会膨胀,遇冷时会收缩。这是由于物体内的分子(原子)运动会随温度改变,当温度上升时,分子的振动幅度加大,令物体膨胀;但当温度下降时,分子的振动幅度便会减小,使物体收缩。气体温度变化时热胀冷缩现象尤为明显,若未封闭的室内生炉子后温度从7 ℃升到27 ℃,而整个环境气压不变,计算跑到室外的气体的质量占原来气体质量的百分比为(　　)

A.3.3% B.6.7% C.7.1% D.9.4%

4.如图所示,一端封闭的玻璃管,开口向下竖直插在水银槽里,管内封有长度分别为L1和L2的两段气体。若把玻璃管缓慢向上提起,但管口不离开液面,则管内气体的长度(　　)

A.L1和 L2都变小 B.L1和 L2都变大

C.L1变大,L2变小 D.L1变小,L2变大

5.桶装纯净水及压水装置原理如图所示。柱形水桶直径为24 cm,高为35 cm;柱压水蒸气囊直径为6 cm,高为8 cm,水桶颈部的长度为10 cm。当人用力向下压气囊时,气囊中的空气被压入桶内,桶内气体的压强增大,水通过细出水管流出。已知水桶所在处大气压强相当于10 m水压产生的压强,当桶内的水还剩5 cm高时,桶内气体的压强等于大气压强,忽略水桶颈部的体积。至少需要把气囊完全压下几次,才能有水从出水管流出?(不考虑温度的变化)(　　)

A.2次 B.3次 C.4次 D.5次

6.活塞式真空泵的工作原理如图所示,抽气筒与被抽密闭容器通过自动阀门相连,当活塞从抽气筒的左端移动到右端过程中,阀门自动开启,密闭容器内的气体流入抽气筒,活塞从抽气筒的右端移动到左端过程中,阀门自动关闭,抽气筒内活塞左侧的气体被排出,即完成一次抽气过程,如此往复,密闭容器内的气体压强越来越小。密闭容器的容积为V,抽气筒的容积为0.1V,抽气前密闭容器内气体的压强为p0。抽气过程中气体的温度不变,若第1次抽气过程中被抽出的气体压强为p1,第2次抽气过程中被抽出的气体压强为p2,则p2∶p1为(　　)

A.1 B.0.9∶1.1

C.1∶1.1 D.1∶1.12

7.(2023山西朔州怀仁第一中学模拟)资料显示“成年人安静时每分钟的耗氧量约为250 mL”,这是常温、常压下的数据。潜水员潜入水下活动时的耗氧量可达上述数据的两倍,即27 ℃、1×105 Pa情况下每分钟可达500 mL。某型号潜水用氧气瓶充气容积为10 L,在室温27 ℃时充好气,瓶内气压为3×106 Pa,氧气瓶在使用时,内部压强降至1.4×105 Pa时,氧气不能有效输出。假如潜水爱好者携带该氧气瓶潜入温度为7 ℃的水下,求他在水下最多能停留的时间。

B级 关键能力提升练

8.如图所示,A、B是体积相同的汽缸,B内有一导热的可在汽缸内无摩擦滑动且体积不计的活塞C,D为不导热的阀门。起初阀门关闭,A内装有压强p1=2.0×105 Pa,温度T1=300 K的氮气;B内装有压强p2=1.0×105 Pa,温度T2=600 K的氧气。打开阀门D,活塞C向右移动,最后达到平衡。以V1和V2分别表示平衡后氮气和氧气的体积(假定氮气和氧气均为理想气体,并与外界无热交换,连接汽缸的管道体积可忽略),则V1与V2之比为(　　)

A.1∶2 B.1∶4

C.1∶1 D.4∶1

9.(多选)中医拔火罐的物理原理是利用火罐内外的气压差使罐吸附在人体上,进而可以养疗。如图所示,是治疗常用的一种火罐,使用时,先加热罐中气体,然后迅速按到皮肤上,降温后火罐内部气压低于外部,从而吸附在皮肤上。某次使用时,先将气体由300 K加热到400 K,按在皮肤上后又降至300 K,由于皮肤凸起,罐内气体体积变为罐容积的,以下说法正确的是(　　)

A.加热后罐内气体质量是加热前的

B.加热后罐内气体质量是加热前的

C.温度降至300 K时,罐内气体压强变为原来的

D.温度降至300 K时,罐内气体压强变为原来的

10.用活塞式抽气机抽气,在温度不变的情况下,从玻璃瓶中抽气,第一次抽气后,瓶内气体的压强减小到原来的,要使容器内剩余气体的压强减为原来的,抽气次数应为(　　)

A.2 B.3 C.4 D.5

11.(多选)(2023山东滨州高二期末)王亚平身穿我国自主研发的舱外航天服“走出”太空舱,成为我国第一位在太空“漫步”的女性。舱外航天服密封一定质量的气体,用来提供适合人体生存的气压。王亚平先在节点舱(航天员出舱前的气闸舱)穿上舱外航天服,航天服密闭气体的体积约为V1=1.4 L,压强p1=1.0×105 Pa,温度t1=27 ℃。她穿好航天服后,需要把节点舱的气压不断降低,以便打开舱门。若节点舱气压降低到能打开舱门时,航天服内气体体积膨胀到V2=2.0 L,温度变为t2=-3 ℃,此时航天服内气体压强为p2。为便于舱外活动,航天员把航天服内的一部分气体缓慢放出。出舱后气压降到p3=2.1×104 Pa,假设释放气体过程中温度不变,航天服内剩余气体体积变为V3=3.0 L,航天服内封闭气体可视为理想气体。下列说法正确的是(　　)

A.p2=7.2×104 Pa

B.p2=6.3×104 Pa

C.航天服需要放出的气体与原来气体的质量比为

D.航天服需要放出的气体与原来气体的质量比为

12.(2023山东枣庄高二期末)如图所示,长度为2L的导热汽缸放置在压强为p0、温度为T0的环境中,汽缸的左上角通过开口C与外界相通,汽缸内壁的正中间固定一薄卡环,汽缸内的两活塞将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三部分,左侧活塞到卡环的距离为L,右侧活塞到卡环的距离为L。环境压强保持不变,不计活塞的体积,忽略摩擦。

(1)将环境温度缓慢升高,求右侧活塞刚到达卡环位置时的温度。

(2)将环境温度缓慢改变至2T0后保持不变,然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体,求左侧活塞到达卡环位置后,第Ⅲ部分气体的压强和右侧活塞到卡环的距离。

分层作业11　气体变质量问题和关联气体问题

1.B　打气过程中空气的温度不变,由玻意耳定律的气态方程得pV+np0ΔV=p'V,代入数据解得n=15。

2.D　设V1=V,由题意可知V2=2V

设T1=2T,则T2=5T

气体压强p2=p1+=2p1

则=p1,最终两部分气体体积相等

则V1'=V2'=V

上部分气体温度不变,由玻意耳定律p1V1=p1'V1'

解得p1'=p1

下部分气体的压强p2'=p1'+p1

对下部分气体,由理想气体状态方程得

解得T2'=T

上下两侧气体的温度之比。

故选项D正确。

3.B　以温度为7℃时室内的所有气体为研究对象,发生等压变化时,根据盖-吕萨克定律有,可得V1=V0,则跑到室外的气体的质量占原来气体质量的百分比为=6.7%,故选B。

4.B　由玻意耳定律p2L2S=C2,p2=p1+ρgh,p1L1S=C1,把玻璃管缓慢向上提起,L2增大,p2减小,p1减小,L1增大,B正确,A、C、D错误。

5.B　设至少需要把气囊完全压下n次,才能有水从出水管流出,大气压强为p0,水桶内气体体积为V0,气囊体积为V1,根据玻意耳定律可得p0(V0+nV1)=p1V0,其中p0=ρgh=10ρg,V0=4320πcm3,V1=72πcm3,p1=10.4ρg,代入解得n=2.4,所以至少需要把气囊完全压下3次,才能有水从出水管流出,故B正确。

6.C　根据玻意耳定律,第1次抽气过程p0V=p1(V+0.1V),第2次抽气过程p1V=p2(V+0.1V),所以p2∶p1=1∶1.1,故选C。

7.答案 9.5 h

解析 对氧气瓶中所有气体,初态p0=3×106Pa,V0=10L,T0=(273+27)K=300K

末态p1=1.4×105Pa,T1=(273+7)K=280K

由理想气体状态方程有

得V1=200L

氧气的有效输出V1'=V1-V0=190L

由理想气体状态方程有

又p2=1×105Pa

得V2=285L

所以潜水爱好者水下停留时间t=h=9.5h。

8.D　设A、B汽缸的体积均为V,最后共同的温度为T,压强为p,由理想气体状态方程可知,

对A部分气体有,

对B部分气体有

将两式相除得,故选D。

9.AD　由等压变化有,得V2=V1,气体总体积变为原来的,总质量不变,则火罐内气体的密度变为原来的,所以加热后罐内气体质量是加热前的,故A正确,B错误;由理想气体状态方程可得,即,则罐内气体压强变为原来的,故C错误,D正确。

10.C　设玻璃瓶的容积是V,抽气机的容积是V0,

气体发生等温变化,由玻意耳定律可得

pV=p(V+V0),解得V0=V,

设抽n次后,气体压强变为原来的,

由玻意耳定律可得,

抽一次时pV=p1(V+V0),解得p1=p,

抽两次时p1V=p2(V+V0),解得p2=p,

抽n次时pn=p,又pn=p,则n=4,C正确。

11.BC　由题意可知航天服内气体初、末状态温度分别为T1=300K、T2=270K,根据理想气体状态方程有,解得p2=6.3×104Pa,故A错误,B正确;设航天服需要放出的气体在压强为p3状态下的体积为ΔV,根据玻意耳定律有p2V2=p3(V3+ΔV),解得ΔV=3L,则放出的气体与原来气体的质量比为,故C正确,D错误。

12.答案 (1)T0

(2)p0　L

解析 (1)设活塞的面积为S,此过程为等压变化,由盖-吕萨克定律有

解得T=T0。

(2)当左侧活塞到达卡环位置时,设Ⅱ中气体的压强为p,则此时Ⅲ内的气体压强也等于p,设此时Ⅲ内的气体的长度为L',则Ⅱ内气体的长度为L-L',则

对气体Ⅲ,由理想气体状态方程得

对气体Ⅱ,由理想气体状态方程得

联立解得p=p0,L'=L

故右侧活塞到卡环的距离为L右=L-L'=L。