2025年高考物理二轮复习专题强化练二十二 气体实验定律的综合应用（含解析）

这是一份2025年高考物理二轮复习专题强化练二十二 气体实验定律的综合应用（含解析），共12页。试卷主要包含了选择题，计算题等内容，欢迎下载使用。
一、选择题
1.(6分)(2023·天津河西区模拟)若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变,则在此过程中关于气泡中的气体,下列说法正确的是( )
A.气体压强减小体积增大
B.气体分子的平均速率增大
C.气体分子的平均动能减小
D.气体分子间的作用力增大
2.(6分)导热性能良好的活塞和汽缸封闭了一定质量的理想气体,弹簧竖直放置,一端固定于地面,一端连接活塞,在弹簧作用下活塞和汽缸处于静止状态,现缓慢升高外界温度,此过程中不变的物理量是( )
A.封闭气体的分子数密度
B.封闭气体的分子的平均动能
C.封闭气体的内能
D.弹簧形变量
3.(6分) 一个篮球的容积是5 L。用打气筒给这个篮球打气,每打一次都把体积为200 mL、压强与大气压相同的气体打进篮球内。如果在打气前篮球就已经是球形并且里面的压强与大气压相同,正常情况下,篮球内的气压最大为大气压的1.6倍,不然篮球会变形。若打气过程气体温度保持不变,则给此篮球打气的最多次数是( )
A.5次B.10次C.15次D.20次
4.(6分)竖直放置的粗细均匀、两端封闭的细长玻璃管中,有一段水银柱将管中气体分为A和B两部分,如图所示。已知两部分气体A和B的体积关系是VB=3VA,温度相同,将玻璃管温度均升高相同温度的过程中,水银将( )
A.向A移动
B.向B移动
C.始终不动
D.以上三种情况都有可能
5.(6分)(多选)(2023·晋城模拟)一U形玻璃管竖直放置,左端开口,右端封闭,左端上部有一光滑的轻活塞。初始时,管内汞柱及空气柱长度如图所示。用力向下缓慢推活塞,直至管内两边汞柱高度相等时为止。已知玻璃管的横截面积处处相同。在活塞向下移动的过程中,没有发生气体泄漏,大气压强p0=75.0 cmHg,环境温度不变。下列说法正确的是( )
A.两边汞柱高度相等时右侧管内气体的压强为90 cmHg
B.两边汞柱高度相等时右侧管内气体的压强为144 cmHg
C.活塞向下移动的距离约为9.58 cm
D.活塞向下移动的距离约为9.42 cm
6.(6分)血压仪由加压气囊、臂带、压强计等构成,如图所示。加压气囊可将外界空气充入臂带,压强计示数为臂带内气体的压强高于大气压强的数值,充气前臂带内气体压强为大气压强,体积为V;每次挤压气囊都能将60 cm3的外界空气充入臂带中,经5次充气后,臂带内气体体积变为5V,压强计示数为150 mmHg。已知大气压强等于750 mmHg,气体温度不变。忽略细管和压强计内的气体体积。则V等于( )
A.30 cm3B.40 cm3
C.50 cm3D.60 cm3
7.(6分)如图,容积为2V的汽缸固定在水平地面上,汽缸壁及活塞导热性能良好,活塞横截面积为S,厚度不计。汽缸两侧的单向阀门(气体只进不出)均与打气筒相连,开始活塞两侧封闭空气的体积均为V,压强均为p0。现用打气筒向活塞左侧打气25次后固定活塞,再向活塞右侧打气5次。已知打气筒每次能打入压强为p0、体积为15V的空气,外界温度恒定,空气视为理想气体,不计活塞与汽缸间的摩擦。则稳定后活塞右侧空气的压强为( )
A.7p0B.4p0C.2p0D.p0
二、计算题
8.(12分)(2023·白山模拟)如图所示,底部带有阀门的导热汽缸静置在水平地面上,横截面积为S的活塞上方封闭有一部分空气。阀门K打开稳定时,活塞上、下两部分空气的高度均为h,现用打气筒从阀门K处缓慢充入空气,使活塞缓慢上升。已知大气压强为p0,重力加速度大小为g,活塞的质量m=p0S5g,活塞可在汽缸内无摩擦滑动且不漏气,空气可视为理想气体,不考虑封闭空气温度的变化,当活塞上升h2时,求:
(1)活塞上方封闭空气的压强p;
(2)汽缸内活塞上、下封闭空气的质量之比k。
9.(16分)(2023·重庆模拟)如图所示,有一开口向上的足够高的汽缸固定在水平面上,质量为m=4 kg、横截面积为S=40 cm2的活塞放在大小可忽略的固定挡板上,固定挡板距离汽缸底部H=33 cm。将一定质量的理想气体封闭在汽缸中,最初汽缸内气体的温度为t1=27 ℃、压强为p0=1.0×105 Pa。已知大气压强为p0=1.0×105Pa,重力加速度为g=10 m/s2,T=t+273 K。
(1)现将汽缸内气体温度缓慢升高,当活塞刚好离开挡板时,温度为多少摄氏度?
(2)继续升高汽缸内气体的温度至127 ℃,此时活塞到汽缸底部的距离h是多少?
【加固训练】
(2023·葫芦岛模拟)如图甲所示,一水平固定放置的汽缸由两个粗细不同的圆柱形筒组成,汽缸中活塞Ⅰ与活塞Ⅱ之间封闭有一定量的理想气体,两活塞用长度为2L、不可伸长的轻质细线连接,活塞Ⅱ恰好位于汽缸的粗细缸连接处,此时细线拉直且无张力。现把汽缸竖立放置,如图乙所示,活塞Ⅰ在上方,稳定后活塞Ⅰ、Ⅱ到汽缸的粗细缸连接处的距离均为L。已知活塞Ⅰ与活塞Ⅱ的质量分别为2m、m,面积分别为2S、S,重力加速度大小为g,大气压强和环境温度保持不变,忽略活塞与汽缸壁的摩擦,汽缸不漏气,汽缸与活塞导热性良好,不计细线的体积。求:大气压强和图乙状态时细线上的张力。
解析版
一、选择题
1.(6分)(2023·天津河西区模拟)若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变,则在此过程中关于气泡中的气体,下列说法正确的是( )
A.气体压强减小体积增大
B.气体分子的平均速率增大
C.气体分子的平均动能减小
D.气体分子间的作用力增大
【解析】选A。气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变,则气体分子的平均动能不变,气体分子的平均速率不变;气体压强减小,根据玻意耳定律pV=C可知气体体积增大,故A正确,B、C错误;气体分子间的距离比较大,分子间的作用力可忽略不计,故D错误。
2.(6分)导热性能良好的活塞和汽缸封闭了一定质量的理想气体,弹簧竖直放置,一端固定于地面,一端连接活塞,在弹簧作用下活塞和汽缸处于静止状态,现缓慢升高外界温度,此过程中不变的物理量是( )
A.封闭气体的分子数密度
B.封闭气体的分子的平均动能
C.封闭气体的内能
D.弹簧形变量
【解析】选D。设缸内气体的压强为p,汽缸的横截面积为S,汽缸的质量为m,外界大气压为p0,则初始状态有p0S+mg=pS,可得p=p0+mgS,由此可知,当温度升高,封闭气体做等压变化,体积增大,分子数密度减小,故A错误;温度升高,封闭气体的分子的平均动能增大,故B错误;理想气体,温度升高,内能增大,故C错误;汽缸和活塞组成的系统在温度缓慢升高的过程中,始终处于受力平衡状态,弹簧的弹力大小始终等于活塞和汽缸的重力大小,可知弹簧的形变量不变,故D正确。
3.(6分) 一个篮球的容积是5 L。用打气筒给这个篮球打气,每打一次都把体积为200 mL、压强与大气压相同的气体打进篮球内。如果在打气前篮球就已经是球形并且里面的压强与大气压相同,正常情况下,篮球内的气压最大为大气压的1.6倍,不然篮球会变形。若打气过程气体温度保持不变,则给此篮球打气的最多次数是( )
A.5次B.10次C.15次D.20次
【解析】选C。打气过程温度保持不变,为等温变化,研究全部气体,设大气压强为p0,根据玻意耳定律有p0V0=p1V1,代入数据得p0×(5+n×0.2)=5×1.6p0,解得n=15次,故选C。
4.(6分)竖直放置的粗细均匀、两端封闭的细长玻璃管中,有一段水银柱将管中气体分为A和B两部分,如图所示。已知两部分气体A和B的体积关系是VB=3VA,温度相同,将玻璃管温度均升高相同温度的过程中,水银将( )
A.向A移动
B.向B移动
C.始终不动
D.以上三种情况都有可能
【解析】选B。假设水银柱不动,两部分气体都做等容变化,根据查理定律有pT=ΔpΔT,所以Δp=pTΔT,两部分气体初状态温度T相同,升高的温度ΔT相同,初状态气体A的p大,则ΔpA>ΔpB,水银柱所受合外力方向向上,应向上移动,即向B移动,故选B。
5.(6分)(多选)(2023·晋城模拟)一U形玻璃管竖直放置,左端开口,右端封闭,左端上部有一光滑的轻活塞。初始时,管内汞柱及空气柱长度如图所示。用力向下缓慢推活塞,直至管内两边汞柱高度相等时为止。已知玻璃管的横截面积处处相同。在活塞向下移动的过程中,没有发生气体泄漏,大气压强p0=75.0 cmHg,环境温度不变。下列说法正确的是( )
A.两边汞柱高度相等时右侧管内气体的压强为90 cmHg
B.两边汞柱高度相等时右侧管内气体的压强为144 cmHg
C.活塞向下移动的距离约为9.58 cm
D.活塞向下移动的距离约为9.42 cm
【解析】选B、D。设初始时,右管中空气柱的压强为p1,长度为l1;左管中空气柱的压强为p2= p0;长度为l2,活塞被下推后,右管中空气柱的压强为p1',长度为l1',左管中空气柱的压强为p2',长度为l2';以cmHg为压强单位,由题给条件可得p1=p0+(20.0-5.00) cmHg=90 cmHg,l1'=(20.0-20.0-5.002) cm=12.5 cm。由玻意耳定律得p1l1S=p1'l1'S,解得p1'=144 cmHg,A错误,B正确;依题意l2'=4.00 cm+20.0-5.002 cm
-h=11.5 cm-h,由玻意耳定律得p2l2S=p2'l2'S,解得活塞向下移动的距离为h≈9.42cm,C错误,D正确。
6.(6分)血压仪由加压气囊、臂带、压强计等构成,如图所示。加压气囊可将外界空气充入臂带,压强计示数为臂带内气体的压强高于大气压强的数值,充气前臂带内气体压强为大气压强,体积为V;每次挤压气囊都能将60 cm3的外界空气充入臂带中,经5次充气后,臂带内气体体积变为5V,压强计示数为150 mmHg。已知大气压强等于750 mmHg,气体温度不变。忽略细管和压强计内的气体体积。则V等于( )
A.30 cm3B.40 cm3
C.50 cm3D.60 cm3
【解析】选D。根据玻意耳定律可知p0V+5p0V0=p1×5V,已知p0=750 mmHg,V0=
60 cm3,p1=750 mmHg+150 mmHg=900 mmHg,代入数据整理得V=60 cm3,故选D。
7.(6分)如图,容积为2V的汽缸固定在水平地面上,汽缸壁及活塞导热性能良好,活塞横截面积为S,厚度不计。汽缸两侧的单向阀门(气体只进不出)均与打气筒相连,开始活塞两侧封闭空气的体积均为V,压强均为p0。现用打气筒向活塞左侧打气25次后固定活塞,再向活塞右侧打气5次。已知打气筒每次能打入压强为p0、体积为15V的空气,外界温度恒定,空气视为理想气体,不计活塞与汽缸间的摩擦。则稳定后活塞右侧空气的压强为( )
A.7p0B.4p0C.2p0D.p0
【解析】选A。根据题意可知,设向活塞左侧打气25次后汽缸内空气的压强为p,左侧气体体积为V1,则右侧气体体积为2V-V1,由玻意耳定律,对左侧气体有p0V+255V=pV1,对右侧气体有p0V=p2V-V1,联立解得V1=127V,p=72p0。活塞固定后再向活塞右侧打气5次,则p2V-V1+p0V=p'2V-V1,p'=7p0,故选A。
二、计算题
8.(12分)(2023·白山模拟)如图所示,底部带有阀门的导热汽缸静置在水平地面上,横截面积为S的活塞上方封闭有一部分空气。阀门K打开稳定时,活塞上、下两部分空气的高度均为h,现用打气筒从阀门K处缓慢充入空气,使活塞缓慢上升。已知大气压强为p0,重力加速度大小为g,活塞的质量m=p0S5g,活塞可在汽缸内无摩擦滑动且不漏气,空气可视为理想气体,不考虑封闭空气温度的变化,当活塞上升h2时,求:
(1)活塞上方封闭空气的压强p;
答案:(1)8p05
【解析】(1)设充气前活塞上方封闭空气的压强为p1,
有p1S+mg=p0S,p1hS=ph2S
解得p=8p05。
(2)汽缸内活塞上、下封闭空气的质量之比k。
答案: (2)827
【解析】(2)设活塞下方封闭空气的压强为p2,
假设活塞下方的空气等温膨胀到压强为p时的体积为V,
则有p2=p+mgS,p23h2S=pV,
k=hS2V,解得k=827。
9.(16分)(2023·重庆模拟)如图所示,有一开口向上的足够高的汽缸固定在水平面上,质量为m=4 kg、横截面积为S=40 cm2的活塞放在大小可忽略的固定挡板上,固定挡板距离汽缸底部H=33 cm。将一定质量的理想气体封闭在汽缸中,最初汽缸内气体的温度为t1=27 ℃、压强为p0=1.0×105 Pa。已知大气压强为p0=1.0×105Pa,重力加速度为g=10 m/s2,T=t+273 K。
(1)现将汽缸内气体温度缓慢升高,当活塞刚好离开挡板时,温度为多少摄氏度?
答案:(1)57 ℃
【解析】(1)初始时,气体状态参量p0=1.0×105 Pa,
T1=(27+273) K=300 K
当活塞刚好离开挡板时,对活塞由平衡条件得p2S=p0S+mg,
解得p2=1.1×105 Pa
由查理定律得p1T1=p2T2,
解得T2=330 K=57 ℃
(2)继续升高汽缸内气体的温度至127 ℃,此时活塞到汽缸底部的距离h是多少?
答案: (2)40 cm
【解析】(2)气体继续升温时,
压强不变,V2=HS,T2=330 K
气体升温后的状态参量V3=hS,
T3=(127+273) K=400 K
根据盖-吕萨克定律V2T2=V3T3,
解得h=40 cm
【加固训练】
(2023·葫芦岛模拟)如图甲所示,一水平固定放置的汽缸由两个粗细不同的圆柱形筒组成,汽缸中活塞Ⅰ与活塞Ⅱ之间封闭有一定量的理想气体,两活塞用长度为2L、不可伸长的轻质细线连接,活塞Ⅱ恰好位于汽缸的粗细缸连接处,此时细线拉直且无张力。现把汽缸竖立放置,如图乙所示,活塞Ⅰ在上方,稳定后活塞Ⅰ、Ⅱ到汽缸的粗细缸连接处的距离均为L。已知活塞Ⅰ与活塞Ⅱ的质量分别为2m、m,面积分别为2S、S,重力加速度大小为g,大气压强和环境温度保持不变,忽略活塞与汽缸壁的摩擦,汽缸不漏气,汽缸与活塞导热性良好,不计细线的体积。求:大气压强和图乙状态时细线上的张力。
【解析】设大气压强为p0,图乙时细线张力为F,气体做等温变化,由玻意耳定律可得p0·4LS=p1·3LS
图乙时活塞受力平衡,对活塞Ⅰ
p12S=2mg+p02S+F
对活塞Ⅱ p1S+mg=p0S+F,
联立解得大气压强p0=9mgS,
线上张力F=4mg
答案:9mgS 4mg