新高考物理一轮复习小题多维练习第15章热学第02练　固体、液体和气体（2份打包，原卷版+解析版）

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1．某容积为的氧气瓶装有的氧气，现把氧气分装到容积为的小钢瓶中，使每个小钢瓶中氧气的压强为，若每个小钢瓶中原有氧气压强为，能分装的瓶数是设分装过程中无漏气，且温度不变( )
A. 瓶B. 瓶C. 瓶D. 瓶
【答案】C
【解析】
【分析】
设能够分装个小钢瓶，则以氧气瓶中的氧气和个小钢瓶中的氧气整体为研究对象，分装过程中温度不变，故遵守玻意耳定律。
本题考查了玻意耳定律。利用整体法思想把的氧气瓶和瓶看成一个整体，根据玻意耳定律是本题的关键。
【解答】
根据玻意耳定律，代入数值，，
解得，即能分装瓶。故C正确，ABD错误，故选C。
2．如图所示，内壁光滑的绝热气缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时气缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将气缸缓慢转动过程中，缸内气体( )
A. 温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少
B. 内能减小，所有分子热运动速率都减小
C. 内能增加，外界对气体做正功
D. 温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加
【答案】A
【解析】解：初始时气缸开口向上，活塞处于平衡状态，气缸内外气体对活塞的压力差与活塞的重力平衡，设初始时气缸内的压强为，活塞的面积为，则有：，气缸在缓慢转动的过程中，气缸内外气体对活塞的压力差大于重力沿气缸壁的分力，故气缸内气体缓慢的将活塞往外推，最后气缸水平，缸内气压等于大气压。
、气缸、活塞都是绝热的，故缸内气体与外界没有发生热传递，气缸内气体压强作用将活塞往外推，气体对外做功，根据热力学第一定律得，气体内能减小，故缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，并不是所有分子热运动的速率都减小，故BC错误；
、气体内能减小，缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，故速率大的分子数占总分子数的比例减小，A正确，D错误。
故选：。
气缸与活塞均绝热，故不与外界进行热量交换，根据热力学第一定律可知，当时，，通过分析气体的体积变化就能判断外界对气体的做功情况，从而得到内能的变化情况；根据理想气体内能与温度的关系判断温度的变化情况，再根据温度与理想气体的分子平均动能的关系判断气体分子的速率分布情况。
该题考查一定质量的理想气体在发生相应变化时气体的各状态参数的变化以及热力学第一定律等知识点，属于常规考点。
3．如图所示，表示一定质量的理想气体沿箭头所示的方向发生状态变化的过程，则该气体压强变化情况是( )
A. 从状态到状态，压强减小B. 从状态到状态，压强增大
C. 从状态到状态，压强增大D. 从状态到状态，压强不变
【答案】A
【解析】解：在图像中等压线是过坐标原点的直线，由理想气体状态方程：，变形得：，各点与原点连线的斜率：，斜率越大，表示压强越小，由题图可确定。
A、因为，所以从状态到状态，压强减小，故A正确。
B、因为，所以从状态到状态，压强减小，故B错误。
C、因为，所以从状态到状态，压强减小，故C错误。
D、因为，所以从状态到状态，压强增大，故D错误。
故选A。
4．关于图中实验及现象的说法，正确的是( )
A. 图甲说明薄板是非晶体
B. 图乙说明气体速率分布随温度变化且
C. 图丙说明气体压强的大小既与分子动能有关也与分子的密集程度有关
D. 图丁说明水黾受到了浮力作用
【答案】C
【解析】
【分析】
本题考查晶体与非晶体的性质、气体分子速率的分布、气体压强的决定因数和表面张力等内容，要求能用相关物理规律解释相关的现象。
【解答】
A.图甲说明薄板具有各向同性，多晶体和非晶体都具有各向同性，说明薄板可能是多晶体，也可能是非晶体，故A错误；
B.图乙看出温度越高，各速率区间的分子数占总分子数的百分比的最大值向速度大的方向迁移，可知，故B错误；
C.如图丙可以说明，气体压强的大小既与分子动能有关，也与分子的密集程度有关，故C正确；
D.水黾停在水面上的原因是水黾受到了水的表面张力的作用，故D错误。
故选C。
5．水对玻璃是浸润液体，而水银对玻璃是不浸润液体，它们在毛细管中将发生上升或下降的现象，现把粗细不同的三根毛细管插入水和水银中，液柱如图所示，其中正确的现象应是：
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【分析】
浸润液体在毛细管上升和不浸润液体在毛细管下降的现象称为毛细现象，且在玻璃试管中，如果液体能够浸润器壁，管的内径越细，液体所能达到的高低越高，且液面呈凹形。
本题考查毛细现象，知道什么是毛细现象，并能从现象区分是浸润和不浸润。
【解答】
水银对玻璃是不浸润液体，细管中液面应下降，且管的内径越细，液面下降应越多，故AC错误；
水对玻璃是浸润液体，细管中液面应上升，且管的内径越细，液面上升应越多，故B错误，D正确。
故选D。
6．如图所示，两根粗细相同的玻璃管下端用橡皮管相连，左管内封有一段长的气体，右管开口，左管水银面比右管内水银面高，大气压强为，现移动右侧玻璃管，使两侧管内水银面相平，此时气体柱的长度为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】解：设玻璃管横截面积为，初始状态气柱长度为，密闭气体初始状态：压强，体积，移动右侧玻璃管后，压强，体积，根据玻意耳定律得：
代入数据解得：，
故A正确，BCD错误。
故选A。
左管内封闭气体温度不变，根据题意求出封闭气体的状态参量，应用玻意耳定律可求出气体末状态的长度。
本题考查了一定质量理想状态气体方程的应用，根据题意分析清楚气体状态变化过程，求出气体状态参量，应用玻意耳定律与几何关系即可解题。
1．如图所示，内壁光滑的绝热气缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时气缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将气缸缓慢转动过程中，缸内气体( )
A. 内能增加，外界对气体做正功
B. 内能减小，所有分子热运动速率都减小
C. 温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少
D. 温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加
【答案】C
【解析】
【分析】
根据题意气缸与活塞均为绝热，根据题意分析可知气体体积增大，根据热力学第一定律可知气体内能减小，分子平均动能减小，温度降低，速率大的分子数占总分子数的比例减小。
该题考查一定质量的理想气体在发生相应变化时气体的各状态参数的变化以及热力学第一定律等知识点，属于常规考点。
【解答】
设大气压强为，活塞的质量为。初始时缸内气体的压强为，对活塞受力分析，因为活塞处于平衡状态，则有，气缸在缓慢转动的过程中，气缸内外气体对活塞的压力差大于重力沿气缸壁的分力，故气缸内气体缓慢的将活塞往外推，最后气缸水平，缸内气压等于大气压。
因为气缸、活塞都是绝热的，故气体与外界没有发生热传递，即。由于在缓慢转动过程中，气缸内外气体对活塞的压力差大于重力沿气缸壁的分力，所以活塞向外运动，气体体积增大，气体对外做功，即，根据热力学第一定律可知：气体内能减小，故缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，但并不是所有分子热运动的速率都减小，AB错误；
因为气体的内能减小，所以缸内气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，即速率大的分子数占总分子数的比例减小，C正确，D错误。
故选C。
2．一定质量的理想气体从状态开始，经历、、三个过程回到原状态，其图像如图所示，下列判断正确的是( )
A. 状态的体积小于状态的体积B. 状态的体积小于状态的体积
C. 状态分子的平均动能最大D. 状态分子的平均动能最小
【答案】B
【解析】
【分析】
由图示图象判断气体的状态变化过程，应用理想气体的状态方程判断气体体积如何变化；气体分子平均动能只由温度决定。
本题考查气体的状态方程中对应的图象，要抓住在图象中等容线为过原点的直线，还有要记住气体分子平均动能只由温度决定。
【解答】
A.由图示可知，过程，气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，所以，故A错误；
B.由图示图象可知，过程气体发生等温变化，气体压强与体积成反比，的压强大，所以的体积小，故B正确；
由图象可知，、和三个状态中，状态温度最低，分子平均动能最小，则故CD错误。
故选：。
3．一定质量的理想气体从状态沿过程到状态，其图象如图，其中连线的延长线过原点则在整个过程中气体的内能( )
A. 先增大后不变
B. 先不变后减小
C. 先增大后减小
D. 先减小后增大
【答案】B
【解析】解：由图可知，由到为等温变化，温度不变，则内能不变；
由到过程中温度降低，内能减小，故B正确，ACD错误。
故选：。
明确图象的性质，根据理想气体状态方程可分析温度的变化，从而确定内能的变化。
本题考查对图象的理解以及对气体内能的理解，要注意明确理想气体分子势能忽略不计，温度是分子平均动能的标志，根据温度变化即可确定内能的变化。
4．一定质量的理想气体从状态开始，经、、三个过程后回到初始状态，其图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为、、。以下判断正确的是( )
A. 气体在过程中对外界做的功小于在过程中对外界做的功
B. 气体在过程中从外界吸收的热量大于在过程中从外界吸收的热量
C. 在过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量
D. 气体在过程中内能的减少量大于过程中内能的增加量
【答案】C
【解析】
【分析】本题考查气体的状态方程中对应的图象，分析清楚图示图象、知道理想气体内能由气体的温度决定即可解题，解题时要抓住图象的面积表示气体做功。
【解答】
A、根据图象的面积表示气体做功，得气体在过程中对外界做的功为：，过程中气体对外界做的功为：，所以气体在过程中对外界做的功等于在过程中对外界做的功故A错误；
B、气体在过程中，因为、两个状态的相等，所以，即，根据热力学第一定律可知，从外界吸收的热量为；气体在过程中，因为状态的大于状态的，所以，即，根据热力学第一定律可知，在过程中从外界吸收的热量为：，则有：，故B错误；
C、在过程中，气体等压压缩，温度降低，即，根据热力学第一定律可知，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量，故C正确；
D、因为，而一定质量理想气体的内能只与温度有关，所以气体在过程中内能的减少量等于过程中内能的增加量，故D错误。
5．水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示，汽缸中间有一固定隔板，将汽缸内一定质量的某种理想气体分为两部分，“”型连杆活塞的刚性连杆从隔板中央圆孔穿过，连杆与隔板之间密封良好。设汽缸内、外压强均为大气压强，活塞面积为，隔板两侧气体体积均为，各接触面光滑，连杆的截面积忽略不计。现将整个装置缓慢旋转至竖直方向，稳定后，上部气体的体积为原来的，设整个过程温度保持不变，求：
此时上、下两部分气体的压强；
“”型连杆活塞的质量重力加速度大小为。
【答案】
解：旋转前后，上部分气体发生等温变化，根据玻意尔定律可知：
解得旋转后上部分气体压强为：
旋转前后，下部分气体发生等温变化，下部分气体体积增大为，则：
解得旋转后下部分气体压强为：；
对“”型连杆活塞整体受力分析，活塞的重力竖直向下，上部分气体对活塞的作用力竖直向上，下部分气体对活塞的作用力竖直向下，大气压力上下部分抵消，根据平衡条件可知：
解得活塞的质量为：。
【解析】本题考查玻意耳定律的应用以及气体实验定律与力学的综合问题的解法。
根据上下气体前后状态参量的变化，运用玻意耳定律求上下压强；
对活塞受力分析，根据平衡方程求解。
6．如图，一容器由横截面积分别为和的两个汽缸连通而成，容器平放在水平地面上，汽缸内壁光滑。整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分，分别充有氢气、空气和氮气。平衡时，氮气的压强和体积分别为和，氢气的体积为，空气的压强为。现缓慢地将中部的空气全部抽出，抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变，活塞没有到达两汽缸的连接处。求：
抽气前氢气的压强；
抽气后氢气的压强和体积。
【答案】

【解析】设抽气前氢气的压强为，根据力的平衡条件得
得。
设抽气后氢气的压强和体积分别为和，氮气的压强和体积分别为和。根据力的平衡条件有
由玻意耳定律得
由于两活塞用刚性杆连接，故
联立式解得
。
1．一定质量的理想气体由状态变为状态，其过程如图中直线段所示，状态对应该线段的中点。下列说法正确的是( )
A. 是等温过程B. 过程中气体吸热
C. 过程中状态的温度最低D. 过程中外界对气体做正功
【答案】B
【解析】
【分析】
本题主要考查对一定质量的理想气体的图的理解和应用，解题的关键是要明白图像中任意一点的横纵坐标的面积反映气体温度的高低，同时还要清楚对于理想气体其内能只与气体的温度有关且当气体的体积增加时，外界对气体做负功，反之外界对气体做正功。
【解答】
由理想状态方程，可知在图像中任意一点的横纵坐标的乘积反映了温度的大小，且两者的乘积越大对应的温度越高；对点，点：，点：，由此可知：；由此可知，选项错误；
D.对于一定质量的理想气体，当气体的体积增大时，气体对外做功，即外界对气体做负功；当气体的体积缩小时，外界对气体做正功，由此可知当气体由、过程中，气体的体积都在增大，也就是外界对气体做负功，故D错误；
B.对于一定质量的理想气体其内能只与温度有关，温度越高内能越大再结合热力学第一定律 可知，当气体由的过程中，气体的内能增加，即 ，而根据上面的分析知，故必有，也就是说在过程中，气体要从外界吸热，故B正确。
2．如图，两端封闭的直玻璃管竖直放置，一段水银将管内气体分隔为上下两部分，已知上部分气体压强等于大气压强。若水银柱所在玻璃管处开一个小孔，则( )
A. 上端水银面上升，下端水银面上升
B. 上端水银面上升，下端水银面下降
C. 上端水银面下降，下端水银面上升
D. 上端水银面下降，下端水银面下降
【答案】C
【解析】解：分析题意可知，初态时，上部分气体压强等于大气压强，下部分气体压强等于大气压强与水银柱产生的压强之和，
当水银柱所在玻璃管处开一个小孔，则此位置的压强等于大气压强，上部分气体会推动水银柱向外溢出，设上部分气体压强与开口上方水银柱产生的压强之和等于大气压强，则上端水银面下降；
下部分气体也会推动水银柱向外溢出，使大气压强与开口下方水银柱产生的压强之和等于下部分气体的压强，则下端水银面上升，故C正确，ABD错误。
故选：。
3．如图所示为一定质量气体状态变化时的图象，由图象可知，此气体的温度( )
A. 先不变后升高
B. 先不变后降低
C. 先降低后不变
D. 先升高后不变
【答案】D
【解析】解：根据可得：
则第一阶段为等容变化，体积不变，温度随着压强增大而升高；
第二阶段等温变化，压强变大，体积减小，
所以气体的温度先升高后不变，故D正确、ABC错误。
故选：。
逐步分析各状态的状态参量的变化，利用理想状态方程定性分析即可得知气体温度的变化。
该题考查了理想气体状态方程的应用，解答此类问题要注意会对图象的观察和分析，并还能知道、、以及图的特点。会用理想气体状态方程进行定性的分析和定量的计算。
4．一定质量的理想气体从状态变化到状态，其体积和热力学温度变化图像如图所示，此过程中该系统( )
A. 对外界做正功B. 压强保持不变C. 向外界放热D. 内能减少
【答案】A
【解析】
【分析】
根据一定质量的理想气体的状态方程分析出气体压强的变化，结合热力学第一定律完成分析。
本题主要考查了一定质量的理想气体的状态方程，结合公式以及图像分析出压强的变化，同时利用热力学第一定律即可完成解答。
【解答】
A.理想气体从状态变化到状态，体积增大，理想气体对外界做正功，A正确；
B.由题图可知
根据理想气体的状态方程有
联立有
可看出增大，增大，B错误；
D.理想气体从状态变化到状态，温度升高，内能增大，D错误；
C.理想气体从状态变化到状态，由选项AD可知，理想气体对外界做正功且内能增大，则根据热力学第一定律可知气体向外界吸收热量，C错误。
故选A。
5．如图，容积均为的汽缸、下端有细管容积可忽略连通，阀门位于细管的中部，、的顶部各有一阀门、，中有一可自由滑动的活塞质量、体积均可忽略。初始时，三个阀门均打开，活塞在的底部关闭、，通过给汽缸充气，使中气体的压强达到大气压的倍后关闭。已知室温为，汽缸导热。
打开，求稳定时活塞上方气体的体积和压强。
接着打开，求稳定时活塞的位置。
再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高，求此时活塞下方气体的压强。
【答案】
解：打开之前，缸内气体，缸内气体，体积均为，温度均为，打开后，缸内气体活塞上方等温压缩，设压缩后体积为，缸内气体活塞下方等温膨胀，膨胀后体积为，活塞上下方压强相等均为，
则：对缸内活塞下方气体：，
对缸内活塞上方气体：，
联立以上两式得：，；
即稳定时活塞上方体积为，压强为；
(ⅱ)打开，活塞上方与大气相连通，压强变为，则活塞下方气体等温膨胀，假设活塞下方气体压强可降为，则降为时活塞下方气体体积为，则，
得，即活塞下方气体压强不会降至，此时活塞将处于气缸顶端，缸内气压为，，得，即稳定时活塞位于气缸最顶端；
(ⅲ)缓慢加热汽缸内气体使其温度升高，等容升温过程，升温后温度为，由得：，即此时活塞下方压强为。
答：打开，稳定时活塞上方气体的体积为，压强为；
打开，稳定时位于气缸最顶端；
缓慢加热汽缸内气体使其温度升高，此时活塞下方气体的压强为。
【解析】分析打开之前和打开后，、缸内气体的压强、体积和温度，根据玻意尔定律列方程求解；
(ⅱ)打开，分析活塞下方气体压强会不会降至，确定活塞所处位置；
(ⅲ)缓慢加热汽缸内气体使其温度升高，等容升温过程，由求解此时活塞下方气体的压强。
本题主要是考查了理想气体的状态变化；解答此类问题的方法是：找出不同状态下的三个状态参量，分析理想气体发生的是何种变化，利用相应的气体实验定律列方程求解；本题要能用静力学观点分析各处压强的关系，要注意研究过程中哪些量不变，哪些量变化，选择合适的气体实验定律解决问题。
6．如图，两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为的型管，左管上端封闭，右管上端开口。右管中有高的水银柱，水银柱上表面离管口的距离。管底水平段的体积可忽略。环境温度为，大气压强。
现从右侧端口缓慢注入水银与原水银柱之间无气隙，恰好使水银柱下端到达右管底部。此时水银柱的高度为多少？
再将左管中密封气体缓慢加热，使水银柱上表面恰与右管口平齐，此时密封气体的温度为多少？
【答案】
解：设左、右管的截面积为。
密封气体初始体积为，压强为
经等温压缩过程，密闭气体体积变为，压强变为，
由玻意耳定律有：，
解得：，
此时水银柱的高度为：；
密封气体再经等压膨胀过程体积变为，温度变为，由盖吕萨克定律有：
，
代入数据解得：。
【解析】求出密封气体初始体积和压强，将密封气体等温压缩，由玻意耳定律列方程求解压强，再求出此时水银柱的高度；
密封气体再经等压膨胀过程体积变为，由盖吕萨克定律求解温度。
本题主要是考查了理想气体的状态方程；解答此类问题的方法是：找出不同状态下的三个状态参量，分析理想气体发生的是何种变化，利用理想气体的状态方程列方程求解。
知识目标
知识点
目标一
固体和液体性质的理解
目标二
气体压强的计算及微观解释
目标三
气体实验定律及应用
目标四
气体状态变化的图像问题