高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册气体的等压变化和等容变化第1课时测试题

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【核心素养目标】
知识点一 气体的等压变化
【情境导入】
如图所示，用水银柱封闭了一定质量的气体．当给封闭气体缓慢加热时能看到什么现象？说明了什么？
答案 水银柱向上移动．说明了在保持气体压强不变的情况下，封闭气体的体积随温度的升高而增大．
【重难诠释】
1．盖－吕萨克定律及推论
表示一定质量的某种气体从初状态(V、T)开始发生等压变化，其体积的变化量ΔV与热力学温度的变化量ΔT成正比．
2．V－T图像和V－t图像
一定质量的某种气体，在等压变化过程中
(1)V－T图像：气体的体积V随热力学温度T变化的图线是过原点的倾斜直线，如图甲所示，且p1V1
D．两图线必不会交于t轴上的同一点
【答案】C
【解析】ABC．一定质量的气体的等容线，体积不同，图线不同，在图线1、2上取温度相同的两点，可得
则
所以C正确，AB错误；
D．图线1、2都交于t轴上-273℃处，即热力学温度0K处，故D错误。
故选C。
2．如图所示，孔明灯在中国有非常悠久的历史，其“会飞”原因是，灯内燃料燃烧使内部空气升温膨胀，一部分空气从灯内排出，使孔明灯及内部气体的总重力变小，空气浮力将其托起。某盏孔明灯灯体（包括燃料、气袋）的质量为M，气袋体积恒为，重力加速度为g，大气密度，环境温度恒为，忽略燃料的质量变化，大气压强不变。是衡量孔明灯升空性能的参量，记，若气袋内气体温度最高不能超过，则为了使孔明灯顺利升空，k应满足（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【解析】设刚好从地面浮起时气袋内的气体密度为，则升起时浮力等于孔明灯和内部气体的总重力，有
将气袋内的气体温度升高时，气体视为等压変化，原来的气体温度升高时体积为V0，升高后体积为V1（有V0留在气袋内），根据质量相等则有
原来的气体温度升高后压强不变，体积从变为，由等压变化得
根据题意
联立解得
故选C。
3．某同学家一台新电冰箱能显示冷藏室内的温度。存放食物之前，该同学关闭冰箱密封门并给冰箱通电。若大气压为1.0×105 Pa，则通电时显示温度为27 ℃，通电一段时间后显示温度为6 ℃，则此时冷藏室中气体的压强是（ ）
A．2.2×104 PaB．9.3×105 PaC．1.0×105 PaD．9.3×104 Pa
【答案】D
【解析】由查理定律有
解得
ABC错误，D正确。
故选D。
4．一定质量的理想气体经历如图所示的一系列过程，ab、bc、cd和da这四段过程在p-T图像中都是直线段，ab和dc的延长线通过坐标原点O，bc垂直于ab，ad平行于纵轴。由图可以判断（ ）
A．ab过程中气体体积不断减小
B．bc过程中气体体积不断减小
C．cd过程中气体体积不断增大
D．da过程中气体体积不断减小
【答案】B
【解析】由
即
可知a→b、c→d都是等容变化，且图像斜率越大，气体体积越小，即bc过程中气体体积不断减小，da过程中气体体积不断增大，故B正确，ACD错误。
故选B。
5．如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积－温度（V－t）图上的两条直线I和Ⅱ表示，V1和V2分别为两直线与纵轴交点的纵坐标；t0为它们的延长线与横轴交点的横坐标，t0＝﹣273.15℃；a、b为直线I上的两点。由图可知，气体在状态a和b的压强之比及气体在状态b和c的压强之比分别为（ ）
A．1∶1；V1∶V2B．2∶1；V1∶V2
C．1∶2；V2∶V1D．1∶1；V2∶V1
【答案】D
【解析】根据盖－吕萨克定律有
＝k
整理得
V＝kt+273k
由体积－温度（V－t）图像可知，直线Ⅰ为等压线，则a、b两点压强相等，则有
＝1
设t＝0℃时，当气体体积为V1时其压强为p1，当气体体积为V2时其压强为p2，根据等温变化，有p1V1＝p2V2，由于直线Ⅰ和Ⅱ各为两条等压线，则有p1＝pb，p2＝pc，联立解得
故选D。
6．如图，向一个空的铝制饮料罐中插入一根透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱（长度可以忽略）。如果不计大气压的变化，这就是一个简易的气温计。通过实验，将温度值画在吸管上，以下说法正确的是（ ）
A．吸管右端的刻度对应更低的温度
B．温度的刻度并不是均匀的
C．若换体积更大的空饮料罐，其余条件不变，则测温范围会增大
D．若更换更粗的透明吸管，其余条件不变，则测温范围会增大
【答案】D
【解析】A．根据题意可知，罐内气体做等压变化，根据盖吕萨克定律可知，罐内气体温度越高，体积越大，吸管内油柱越靠近吸管的右端，则吸管上的温度刻度值应左低右高，故A错误；
B．根据盖吕萨克定律可知，空气的体积和温度成正比，即
根据题意，假定初始温度为T1、罐中空气体积为V0、吸管内空气柱长变为L1、其横截面积为S，则有
则
可知温度的变化量与距离的变化量成正比，则吸管上的温度刻度分布均匀，故B错误；
C．根据题意及B分析可知，油柱距离的变化量与温度变化量关系为
可知，若换体积更大的空饮料罐，其余条件不变，即在温度变化相同的情况下，吸管中的油柱左右移动距离也会变大，则其测温范围会减小，故C错误；
D．根据题意及B分析可知，油柱距离的变化量与温度变化量关系为
可知，若更换更粗的透明吸管，其余条件不变，即在温度变化相同的情况下，吸管中的油柱左右移动距离会变小，则测温范围会增大，故D正确。
故选D。
7．登山队员在攀登高峰的时候必须带上专业的登山装备，某队员戴了登山手表攀登珠穆朗玛峰，手表是密封的，表内温度27℃时气体压强为1.0×105Pa（常温下的大气压强值），当他登上峰顶时，峰顶气压为4.0×104Pa，表内温度为-23℃，则此登山手表表面玻璃可以承受的内外压强差至少为（ ）
A．8.3×104PaB．8.3×105Pa
C．4.3×104PaD．1.23×105Pa
【答案】C
【解析】取表内封闭气体为研究对象，初状态的压强为
p1＝1.0×105 Pa
温度为
末状态的温度为
根据查理定律有
解得
所以此登山手表表面玻璃可以承受的内外压强差至少为
故选C。
8．盛有氧气的钢瓶，在27 ℃的室内测得钢瓶内的压强是9.31×106 Pa。当钢瓶搬到－23 ℃的工地上时，瓶内的压强变为（ ）
A．4.65×106 Pa
B．7.76×106 Pa
C．9.31×106 Pa
D．12.0×106 Pa
【答案】B
【解析】钢瓶内气体发生等容变化，由
解得
故选B。
9．一定质量理想气体的压强与体积关系的图像如图所示，该气体从状态A经历A→B，B→C两个状态变化过程，有关A、B、C三个状态的温度、和的关系，下列说法正确的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】B
【解析】A到B为等压变化，有
即
B到C为等容变化，有
即
故选B。
10．如图所示，竖直放置的两端开口的U形管，一段空气柱被水银柱a和水银柱b封闭在右管内，水银柱b的两个水银面的高度差为h。现将U形管放入热水槽中，则系统再度达到平衡的过程中（水银没有溢出，外界大气压保持不变）（ ）
A．空气柱的长度不变
B．空气柱的压强不变
C．水银柱b左边液面要上升
D．水银柱b的两个水银面的高度差h变大
【答案】B
【解析】B．空气柱的压强，其中为a水银柱的高度，由于的大小不变，故空气柱的压强不变，故B正确；
A．被封闭气体做等压变化，由于气体温度升高，根据盖—吕萨克定律可得，气体的体积增大，故空气柱的长度增大，故A错误；
CD．被封闭气体的压强可知，h不变，水银柱b的两个水银面的高度差h不变，水银柱b左边液面不变，故CD错误。
故选B。
二、多选题
11．有人设计了一种测温装置，其结构如图所示。玻璃泡A内封有一定质量的理想气体，与A连通的B管插在水银槽中。由管内水银面的 A高度x可知A内气体的温度（即环境温度），并可由B管上的刻度直接读出。在标准大气压下，当温度为27°C时， ，将此高度处标记为27°C的刻度线。该温度计在标准大气压下标记好温度后，将其带到海拔很高的高山上测量当地温度。设B管的体积与玻璃泡A的体积相比可忽略。下列说法正确的是（ ）
A．在标准大气压下，当温度为27°C时，玻璃泡A内气体的压强
B．在标准大气压下，为—3°C的刻度线标记在处
C．由于高山上的真实压强比标准大气压小，则温度的测量值比实际温度高
D．由于高山上的真实压强比标准大气压小，则温度的测量值比实际温度低
【答案】AC
【解析】A．温度时，玻璃泡A内的气体压强
A正确；
B．由于B管的体积与A泡的体积相比可略去不计，因此可认为A泡内气体发生等容变化，由题可知
为—3°C 时
根据查理定律
得
气体末状态压强
解得
即水银面的高度为22cm。B错误；
C D．当管内水银面的高度为x时，地面上标准大气压下温度为T，设高山上压强为，水银密度为，温度为，由查理定律得
高山上压强减小，故温度的测量值比实际温度高。C正确，D错误。
故选AC。
12．如图所示为一套茶杯和杯盖，从消毒碗柜里高温消毒后取出，放在水平桌面上并立刻盖上杯盖，假定密封效果很好，则过一段时间后，下列说法正确的是（ ）
A．杯内气体分子的平均动能增大B．杯内气体分子的平均动能减小
C．杯内气体的压强增大D．杯内气体的压强减小
【答案】BD
【解析】高温的茶杯放置一段时间后，由于热传递作用杯子和杯内气体的温度降低，故杯内气体的内能减小，气体分子的平均动能减小，此过程中气体发生的是等容变化，根据查理定律得
可得杯内气体的压强减小。
故选BD。
13．某校外学习小组在进行实验探讨。如图所示，在烧瓶上连着一根玻璃管，用橡皮管把它跟一个水银压强计连在一起，在烧瓶中封入了一定质量的理想气体，整个烧瓶浸没在温水中、用这个实验装置来研究一定质量的气体在体积不变时，压强随温度变化的情况。开始时水银压强计U形管两端水银面一样高，在下列几种做法中，能使U形管左侧水银面保持原先位置（即保持瓶内气体体积不变）的是（ ）
A．甲同学：把烧瓶浸在热水中，同时把A向下移
B．乙同学：把烧瓶浸在热水中，同时把A向上移
C．丙同学：把烧瓶浸在冷水中，同时把A向下移
D．丁同学：把烧瓶浸在冷水中，同时把A向上移
【答案】BC
【解析】AB．浸在热水中，温度升高，由于气体体积不变，所以瓶内压强增大
p＝p0＋h
上移A管保持体积不变，故A错误，B正确；
CD．浸在冷水中，温度降低，由于气体体积不变，所以瓶内压强减小
p＝p0－h
下移A管保持体积不变。故C正确，D错误。
故选BC。
14．如图所示，截面积分别为S甲=1cm2、S乙=0.5cm2的两个上部开口的柱形气缸甲、乙，底部通过体积可以忽略不计的细管连通，甲、乙两个气缸内分别有两个不计厚度的活塞，质量分别为m甲=1.4kg、m乙=0.7kg。甲气缸内壁粗糙，活塞与气缸间的最大静摩擦力为f=3N；乙气缸内壁光滑，且离底部2h高处有一活塞销。当气缸内充有某种理想气体时，甲、乙中的活塞距底部均为h，此时气体温度为T0=300K，外界大气压为p0=1.0×105Pa。现缓慢升高气体温度，g取10m/s2，下列说法正确的是（ ）
A．当气缸乙中的活塞刚好被活塞销卡住时，气体的温度是300K
B．当气缸乙中的活塞刚好被活塞销卡住时，气体的温度是400K
C．当气缸甲中的活塞刚要滑动时，气体的温度是450K
D．当气缸甲中的活塞刚要滑动时，气体的温度是500K
【答案】BC
【解析】AB．乙中活塞被卡住前，气体为等压变化过程，由盖—吕萨克定律可得
=
其中
V0=S甲h+S乙h
乙中活塞刚好被卡住时
V1=S甲h+2S乙h
得
T1=400K
A错误，B正确；
CD．乙中活塞被卡住至甲中活塞刚要滑动的过程，气体做等容变化，由查理定律得
=
最初对活塞乙有
p1S乙=p0S乙+m乙g
得
p1=2.4×105Pa
甲中活塞要动时，对活塞甲有
p2S甲=p0S甲+m甲g+f
得
p2=2.7×105Pa
解得
T2=450K
C正确，D错误。
故选BC。
15．如图所示，容器A和容器B分别盛有氢气和氧气，用一段水平细玻璃管相通，管内有一段水银柱将两种气体隔开，当氢气的温度为0 ℃， 氧气温度是20 ℃时，水银柱静止。下列说法正确的是（ ）
A．两气体均升高温度20℃时，水银柱向右边移动
B．两气体均升高温度20℃时，水银柱向左边移动
C．如果将容器在竖直平面内缓慢逆时针转动90°，保持各自温度不变（水银全部在细管中），现让温度都升高10℃，则水银柱向下移动
D．如果将容器在竖直平面内缓慢逆时针转动90°，保持各自温度不变（水银全部在细管中），现让温度都升高10℃，则水银柱向上移动
【答案】AD
【解析】AB.假设两个容器体积不变，根据查理定律
可知两气体均升高温度20℃时，氢气压强的增加量
氧气压强的增加量
可知两气体均升高温度20℃时，氢气压强的增加量大于氧气压强的增加量，所以水银柱向右边移动，故A正确，B错误；
CD．如果将容器在竖直平面内缓慢逆时针转动90°，稳定时氢气的压强大于氧气，假设两个容器体积不变，根据查理定律
现让温度都升高10℃，氢气压强的增加量
氧气压强的增加量
初始时氢气的压强大于氧气，可知两气体均升高温度10℃时，氢气压强的增加量大于氧气压强的增加量，所以水银柱向上边移动，故D正确，C错误。
故选AD。
物理观念
知道什么是等压变化和等容变化.
科学思维
知道盖－吕萨克定律和查理定律的内容和表达式，并会进行相关计算.
科学探究
了解p－T图像和V－T图像及其物理意义．
科学态度与责任
通过气体的等压变化和等容变化知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。
不同点
图像
纵坐标
压强p
体积V
斜率意义
斜率越大，体积越小，V4