第十五章　138.气体实验定律　理想气体状态方程---高中物理人教版（2019）高三 课后同步加练半小时 练习（解析版）

这是一份第十五章　138.气体实验定律　理想气体状态方程---高中物理人教版（2019）高三 课后同步加练半小时 练习（解析版），共13页。试卷主要包含了2 m时封闭气体的压强等内容，欢迎下载使用。
1题5分
1.(多选)(2025·山东济南市一模)如图所示粗细相同、导热良好的薄壁U形管竖直放置，左管开口，右管封闭。管中装有水银，左管内水银面比右管内水银面高Δh=12 cm，左管内水银面到管口的距离h1=56 cm，右管内封闭的空气柱长度h2=28 cm。现用活塞把开口端封住，并缓慢推动活塞，使左、右管内水银面齐平。已知大气压强恒为p0=76 cmHg，活塞可沿左管壁无摩擦地滑动，推动过程中气体温度始终不变，下列说法正确的是( )
A.左管内水银面向下移动的距离为12 cm
B.活塞向下移动的距离为24 cm
C.稳定后右管中气体的压强为112 cmHg
D.稳定后固定活塞，若环境温度缓慢降低，则左管内水银面逐渐低于右管
答案 BC
解析 当左、右管内水银面齐平时，左管内水银面向下移动的距离为Δh1=6 cm，右侧上升Δh1=6 cm，选项A错误；
设U形管横截面积为S，对右侧气体，根据玻意耳定律(p0+Δh)h2S=p1(h2-Δh1)S，解得p1=112 cmHg，则左侧气体压强也为112 cmHg，对左侧气体p0h1S=p1h3S，解得h3=38 cm，活塞向下移动的距离为56 cm+6 cm-38 cm=24 cm，选项B、C正确；
假设环境温度降低时两边液面仍平齐，则由查理定律pT=ΔpΔT，因稳定后两管中气体压强相等，温度相同若环境温度缓慢降低，则两管中气压减小量相等，所以两管中气压仍然相等，水银面不动，选项D错误。
2.(6分)(2025·辽宁葫芦岛市二模)如图所示是监测化工厂反应器工作温度的装置。导热良好且容积为V=5.0×10-3 m3的容器固定在反应器中，上方安装一截面积为S=1.5×10-3 m2的透明导管，导管上端与大气相通，内有一绝热轻质薄活塞。初始时，容器中密闭气体温度为T1=300 K，活塞位于下端口A位置。发生反应时，活塞位置随温度升高缓慢上升。导管顶部固定一处于原长状态、劲度系数为k=300 N/m的轻弹簧，下端B与A位置活塞上表面的距离为l1=0.3 m，当弹簧压缩量达到0.2 m时将触发高温报警。容器内气体视为理想气体，大气压强为p0=1.0×105 Pa。求：
(1)活塞上升到B时的封闭气体的温度T2；
(2)当弹簧压缩量达到0.2 m时封闭气体的压强。
答案 (1)327 K (2)1.4×105 Pa
解析 (1)活塞上升至B过程中气体压强不变，初状态V1=5.0×10-3 m3，T1=300 K，末状态V2=Sl1+V1
由盖—吕萨克定律知V1T1=V2T2
解得T2=327 K
(2)当弹簧压缩量达到0.2 m时，对活塞受力分析得pS=p0S+kx
解得此时气体压强p=1.4×105 Pa。
3.(11分)(2025·河北秦皇岛市模拟)一个圆柱形细玻璃管长度L=40 cm，厚度不计，一端封闭，另一端开口，玻璃管只能在竖直方向运动。当开口向上漂浮在水银中时，封闭端到水银面的距离为h1=25 cm，如图中甲所示。当开口向下缓慢插入水银中一定深度时，玻璃管恰好处于平衡状态。若从平衡位置沿竖直方向移动一小段距离，松开后，若玻璃管所受合力方向指向平衡位置，则该平衡称为稳定平衡，反之则称为不稳定平衡。管中封闭的为理想气体，不考虑温度的变化，大气压强p0=75 cmHg。
(1)(5分)当封闭端在水银面上方时，如图中乙所示。求封闭端到水银面的距离h2，判断平衡类型；
(2)(6分)当封闭端在水银面下方时，如图中丙所示。求封闭端到水银面的距离h3，判断平衡类型。
答案 (1)5 cm 稳定平衡 (2)20 cm 不稳定平衡
解析 (1)大气压强p0=ρgH0
则H0=75 cm
设玻璃管质量为m，横截面积为S，当玻璃管开口向上漂浮在水银中时，由力的平衡条件有ρgh1S=mg
当封闭端在水银面上方且稳定时，设水银面下方玻璃管内气体的高度为L2，管内气体压强为p2=p0+ρgL2
气体体积为V2=(h2+L2)S
玻璃管刚接触水银面至达到平衡的过程，由玻意耳定律有p0LS=(p0+ρgL2)(h2+L2)S
由受力平衡有ρgL2S=mg
可得L2=h1
故h2=H0LH0+ℎ1-h1=5 cm
玻璃管从该平衡位置向下移动一点，管中气体压强变大，管中液面会再下降一点，浮力增加，松开后，合力向上，所以该平衡是稳定平衡；
(2)当封闭端在水银面下方时，设玻璃管内气体的高度为L3，气体压强为p3=p0+ρg(h3+L3)
气体体积为V3=L3S
玻璃管刚接触水银面至达到平衡的过程，由玻意耳定律有p0LS=［p0+ρg(h3+L3)］L3S
由受力平衡有ρgL3S=mg
可得L3=h1
故h3=H0Lℎ1-(H0+h1)=20 cm
玻璃管从该平衡位置再向下移动一点，管中气体压强变大，体积减小，浮力减小，松开后，合力向下，所以该平衡是不稳定平衡。