鲁科版（2019）高中物理选择性必修第三册 1.5《气体实验定律》练习

2024鲁科版高中物理选择性必修第三册同步第5节　气体实验定律基础过关练题组一　玻意耳定律1.各种卡通形状的氢气球受到孩子们的喜欢,若孩子一不小心松手,氢气球会飞向天空,上升到一定高度会胀破,关于其胀破的原因,下列说法中正确的是 (　　)　　　　　 　　　　　 　　　　　 A.球内氢气温度升高B.球内氢气压强增大C.球内气体体积增大D.球内外的压力差超过球的承受限度2.如图所示为一定质量的气体在不同温度下的两条等温线,则下列说法中正确的是(　　)A.一定质量的气体在发生等温变化时,其压强与体积成反比B.一定质量的气体,在不同温度下的等温线是不同的C.T1>T2D.T1Tb,水银柱应向左移动;D图中,Ta>Tb,水银柱应向左移动,A、B错误,C、D正确。8.D　当温度升高时,管内气体体积变大,B管液面降低,则B管上所刻的温度数值上低下高,故A错误;B管的体积与大玻璃泡A的体积相比可忽略不计,可认为气体做等容变化,则当温度为7 ℃时,有T1=273 K+7 K=280 K,玻璃泡A内气体压强为p1=76 cmHg-20 cmHg=56 cmHg,温度改变为T2时,气体压强为p2=76 cmHg-16 cmHg=60 cmHg,根据p1T1=p2T2可得T2=300 K=27 ℃,选项B错误;温度改变为T时,气体压强为p=76-x(cmHg),根据p1T1=pT可得T=380-5x(K),则B管上所标的温度数值间隔是均匀的,选项C错误;若把这个已经刻好温度值的装置移到高山上,大气压强比地面偏小,导致A内体积偏大,管内液面下降,则测出的温度比实际温度偏高,故D正确。9.答案　16p0S+mg解析　茶杯内气体初始温度为T1=(87+273)K=360 K气体末状态温度为T2=(27+273)K=300 K杯内封闭气体发生等容变化,由查理定律有p0T1=p'T2代入数据解得,末态杯内气体的压强p'=56p0对杯盖,由平衡条件有p'S+N=p0S+mg解得N=16p0S+mg10.B　设绝对零度为T0 ,则T1=-T0+30 ℃,V1=30 cm×S,T2=-T0+90 ℃,V2=36 cm×S ,由盖—吕萨克定律得V1T1=V2T2,代入数据解得T0=-270 ℃ ,故B正确。11.ACD　由题意可知,罐内气体做等压变化,由盖—吕萨克定律V1T1=V2T2可知,当罐内气体温度升高时,气体的体积增大,吸管内的液滴向右移动,则吸管上的温度刻度值左小右大。由V=Sl可得,当易拉罐不变,温度变化相同时,体积变化相同,吸管越细,液滴移动距离越大,所以装置越灵敏,A正确;当液滴向右移动时,气体的体积增大,由盖—吕萨克定律可知,环境温度升高,则易拉罐内气体分子运动激烈程度增大,B错误,D正确;当液滴向左移动时,气体的体积减小,由盖—吕萨克定律可知,环境温度降低,则易拉罐内气体内能减少,C正确。故选A、C、D。12.B　根据盖—吕萨克定律可知V0(273+7)K=V(273+47)K解得V0V=78则容器内的气体质量减少了V−V0V=18=12.5%故选B。13.答案　(1)p0+mgS　(2)273 K+t解析　(1)设气体的压强为p,以活塞为研究对象,受力分析得:pS=p0S+mg解得气体的压强为p=p0+mgS。(2)设加热后气体的摄氏温度为t',以被封闭的气体为研究对象,气体经历等压变化初状态:V1=hS,T1=273 K+t末状态:V2=2hS,T2=273 K+t'由盖—吕萨克定律V1T1=V2T2得:ℎS273K+t=2ℎS273K+t'解得t'=273 K+2tΔt=t'-t=273 K+t。14.答案　(1)380 K　(2)6 cm或18 cm解析　(1)被封闭气体从初始状态到水银上表面恰好与小孔平齐的过程中,压强p1不变,设右侧试管横截面积为S,则根据盖—吕萨克定律L1ST1=(L1+ΔL)ST2,解得T2=380 K。(2)假设右侧水银不会进入左侧,则封闭气体从T1升到T3是等压过程,则根据盖—吕萨克定律得L1ST1=L3ST3,解得L3=77.08 cm,因为77.08 cm+24 cm>60 cm+16 cm+24 cm,所以此时右边试管中水银柱上表面已经超过了小孔的位置,即假设不成立,实际有一部分水银流到了左侧,设右边试管中水银柱剩余长度为x,封闭气体长度为L4,压强为p4,则p1L1ST1=p4L4ST3p1=76cmHg+24cmHg=100cmHgp4=76cmHg+xcmHgL4+x=L1+L0+ΔL联立解得x=6 cm或x=18 cm能力提升练1.答案　(1)66 cmHg　(2)0　(3)15 cm解析　(1)由题意知B部分气体稳定状态下的压强pB=pA-ρgh=p0-ρgh=66 cmHg。(2)设U形管的横截面积为S,B气体的温度TB=627 K时,右管水银柱下降ΔhB部分气体初状态压强pB=66 cmHg,体积VB=lBS,温度T0=297 K末状态压强p'B=p0-ρg(h-2Δh),体积V'B=(lB+Δh)S由理想气体状态方程得pBVBT0=p' BV' BTB联立解得Δh=5 cm,由初始状态两管内水银面的高度差h=10 cm知,此时左右管水银柱液面高度差为0。(3)A部分气体初状态压强pA=76 cmHg,体积为VA=lAS末状态压强为p'A,体积V'A=l'ASB部分气体初状态压强pB=66 cmHg,体积为VB=lBS末状态压强pB2=p'A,体积VB2=lB+ℎ2S根据玻意耳定律有pAVA=p'AV'A,pBVB=pB2VB2解得l'A=19 cm所以活塞在管中移动的距离x=l'A-lA+ℎ2=19 cm-9 cm+102 cm=15 cm。2.答案　60 cm　47 cm解析　升降机静止时,水银柱产生的压强p=mgS=ρgh升降机加速下降时水银柱产生的压强p1=m(g−a)S=ρ(g-a)h解得p1=g−agp=29.9 cmHg气体发生等温变化,由玻意耳定律可得(p0+p)L1S=(p0+p1)L2S解得L2≈58 cm,由于L2+h>L因此升降机加速下降时,玻璃管内有水银溢出,设剩余水银长度为x,则剩余水银在静止时产生的压强为px=ρgx,由玻意耳定律可得(p0+p)L1S=p0+ρgxg−ag(L-x)S解得x=40 cm,此时空气柱长度为L3=L-x=60 cm若升降机静止,x=40 cm的水银柱产生的压强为px=40 cmHg,升降机匀减速下降时,水银柱产生的压强为p3=g+agpx=54 cmHg气体发生等温变化,由玻意耳定律可得(p0+p)L1S=(p0+p3)L4S联立解得L4≈47 cm。3.答案　(1)34p0　(2)76L解析　(1)活塞重新静止时,对活塞B受力分析可知pS+mg=p0S解得p=34p0。(2)对活塞A,由平衡条件得p0·2S=p·2S+kΔx解得弹簧的形变量Δx=16L对缸内气体,根据玻意耳定律有p0L·2S+L2S=p(L−Δx)·2S+L2+xS解得x=76L4.答案　1+ℎH1+mgp0ST0　(p0S+mg)h解析　开始时活塞位于a处,加热后,气缸中的气体先经历等容过程,直至活塞开始运动。设活塞刚要运动时气缸中气体的温度为T1,压强为p1,根据查理定律有p0T0=p1T1 ①根据力的平衡条件有p1S=p0S+mg ②联立可得T1=1+mgp0ST0 ③此后,气缸中的气体经历等压过程,直至活塞刚好到达b处,设此时气缸中气体的温度为T2;设活塞位于a处和b处时气体的体积分别为V1和V2。根据盖—吕萨克定律有V1T1=V2T2 ④式中V1=SH,V2=S(H+h) ⑤联立③④⑤式解得T2=1+ℎH1+mgp0ST0从开始加热到活塞到达b处的过程中,气缸中的气体对外做的功为W=(p0S+mg)h方法技巧　本题可直接对气缸内的理想气体用理想气体状态方程,p0HST0=p1(H+ℎ)ST2,结合活塞的平衡条件p1S=p0S+mg,能更简便获得结果。5.答案　(1)40　(2)42 ℃解析　(1)在室温下对轮胎充气,由玻意耳定律可得np0×0.1V0=4p0V0解得n=40次(2)设运动员坐上轮椅后轮胎内气体压强为p',由玻意耳定律可得4p0V0=p'×1415V0行驶过程中胎内气体体积不变,由查理定律可得p'(273+27)K=4.5p0273K+t联立可得t=42 ℃6.答案　(1)48　(2)剩不下　13解析　(1)设需打压n次才能使消毒桶内气体压强变为5 atm,由玻意耳定律得p1(V1+nΔV)=p2V1其中p1=1 atm,p2=5 atm,V1=10 L-7 L=3 L,ΔV=250 cm3=0.25 L将已知量代入得n=48(次)(2)停止喷雾时,桶内气体压强变为1 atm,此时气体体积为V2由玻意耳定律得p2V1=p1V2即5 atm×3 L=1 atm×V2解得V2=15 L大于消毒桶的总容积10 L,故消毒桶里没有剩下消毒液。喷出去气体体积ΔV=15 L-10 L=5 L则Δmm=ΔVV2=13方法技巧　充气、放气和分装问题的处理技巧(1)充气问题向球、轮胎中充气是一个典型的变质量的气体问题。只要选择球内原有气体和即将打入的气体作为研究对象,就可把充气过程中气体质量变化的问题转化为定质量问题。(2)抽气问题从容器内抽气的过程中,容器内的气体质量不断减小,这属于变质量问题。分析时,将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象,质量不变,故抽气过程可看作是等温膨胀过程。(3)分装问题将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是一个典型的变质量问题。分析这类问题时,可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体看作整体研究,可将变质量问题转化为定质量问题,运用相关规律求解。1.CD2.ABD5.A6.ABD7.CD8.D10.B11.ACD12.B