人教版高中物理选择性必修第三册第二章气体、固体和液体2-3气体的等压变化和等容变化练习含答案

第二章  气体、固体和液体

3  气体的等压变化和等容变化

【基础巩固】

1.下列说法正确的是 (　　)

A.一定质量的某种理想气体被压缩时,气体压强不一定增大

B.一定质量的某种理想气体温度不变,压强增大时,其体积也增大

C.气体压强是由气体分子间的斥力引起的

D.在失重的情况下,密闭容器内的气体对器壁没有压强

解析:理想气体质量一定时,=常量,显然A正确,B错误.由气体压强产生的原因知C错误.在失重的情况下,密闭容器中的分子仍做永不停息的无规则运动,气体对器壁有压强,D错误.

答案:A

2. (2023·广东)将烧瓶中的水加热至沸腾,将酒精灯移走,停止沸腾后用烧瓶塞将烧瓶口堵住,倒扣烧瓶,往烧瓶上浇冷水,发现水再次沸腾,下列说法正确的是 (　　)

A.往烧瓶上浇冷水,烧瓶中的气体温度降低,内能不变

B.往烧瓶上浇冷水,烧瓶中的气体内能减少,压强增大

C.烧瓶冷却后,瓶塞可以更轻松地拔出

D.海拔高的地方水的沸点比较低与上述现象涉及的原理相同

解析: 烧瓶中的水加热至沸腾后堵住瓶口,倒扣烧瓶,往烧瓶上浇冷水,瓶中气体遇冷,温度降低,内能减少,压强降低,故A、B错误;烧瓶冷却后,瓶中气体压强比外界大气压强低,所以瓶塞更难被拔出,故C错误;水再次沸腾是由于气体压强降低,沸点降低,海拔高的地方,气体压强较低,沸点较低,所以两个现象所涉及的原理相同,故D正确.

答案:D

3.一定质量的某种理想气体的p-图像如图所示,图中BC为过原点的直线,A、B、C为气体的三个状态,则下列说法正确的是              (　　)

A.TA>TB=TC　　　       　B.TA>TB>TC

C.TA=TB>TC              D.TA<TB<TC

解析:由题图可知A→B为等容变化,pA>pB,根据查理定律知,TA>TB.B→C为等温变化,即TB=TC.所以TA>TB=TC,选项A正确.

答案:A

4.一定质量的某种理想气体保持压强不变,温度从0 ℃升到5 ℃时体积增加量为ΔV1;从10 ℃升到15 ℃时体积增加量为ΔV2,则              (　　)

A.ΔV1=ΔV2               B.ΔV1>ΔV2

C.ΔV1<ΔV2               D.无法确定

解析:由盖-吕萨克定律==可知ΔV1=ΔV2.

答案:A

5.已知理想气体的内能与温度成正比.图中的实线为汽缸内一定质量的某种理想气体由状态1到状态2的变化曲线,则在整个过程中汽缸内气体的内能

 (　　)

A.先增大后减小         B.先减小后增大

C.单调变化               D.保持不变

解析:由题图知汽缸内的理想气体的状态参量p1、V的乘积的变化特点是先减小后增大,由=C(常量)可知,温度T先减小后增大,故气体内能先减小后增大,B正确.

答案:B

6.0.3 mol的某种理想气体的压强和温度的关系图线如图所示.p0表示标准大气压,则在状态B时气体的体积为              (　　)

A.5.6 L    B.3.2 L         C.1.2 L        D.8.4 L

解析:题中气体在0 ℃、压强为标准大气压时,体积为22.4×0.3 L=6.72 L,根据图线可知,从压强为p0的状态到A状态,气体经历等容变化,A状态的体积为6.72 L,温度为(127+273) K=400 K,从A状态到B状态为等压变化,B状态的温度为(227+273) K=500 K,根据盖-吕萨克定律得=,所以VB==

L=8.4 L.

答案:D

7.如图所示,内壁光滑的汽缸和活塞都是绝热的,缸内被封闭的理想气体原来体积为V,压强为p,若用力将活塞向右推,使封闭的气体体积变为,缸内被封闭气体的              (　　)

A.压强等于2p            B.压强大于2p

C.压强小于2p            D.分子势能增大了

解析:汽缸绝热,压缩气体,气体温度必然升高,由状态方程=常量可知,T增大,体积变为,则压强大于2p,故B正确,A、C错误.理想气体分子无分子势能,D错误.

答案:B

8.一定质量的某种理想气体,从状态A开始按下列顺序变化:先等压降温,再等温膨胀,最后等容升温回到状态A.选项D中曲线为双曲线的一部分.下图能正确表示这一过程的是              (　　)

A             B            C             D

解析:根据气体状态变化的图像特点分析,A正确.B图中,C→A过程为非等容升温;C图中,A→B为等容降温,B→C为等温压缩,C→A为等压升温;D图中A→B为等压升温,B→C为等容降温,C→A为等温压缩.B、C、D错误.

答案:A

9.灯泡内充有氮、氩混合气体,如果要使灯泡内的混合气体在500 ℃时的压强不超过标准大气压p0,在20 ℃下充气,灯泡内气体的压强最大为多少?设T=t+273 K.

解析:混合气体的初状态:T1=773 K,p1=p0,

末状态:T2=293 K,

根据查理定律=得p2=T2=0.38p0.

答案:0.38p0

【拓展提高】

10.(多选)图甲、乙为一定质量的某种气体的等容或等压变化图像.关于这两个图像,正确的说法是              (　　)

　　　　　　         甲　　　　　　　　　　乙

A.甲是等压线,乙是等容线

B.乙图中p-t线的延长线与t轴的交点对应的温度是-273.15 ℃,而甲图中V-t线的延长线与t轴的交点不一定是-273.15 ℃

C.由乙图可知,一定质量的气体,在任何情况下p与t均呈线性关系

D.乙图表明温度每升高1 ℃,压强增加量相同,但甲图表明随温度的升高压强不变

解析:由查理定律p=CT=C(t+273.15 K)及盖-吕萨克定律V=CT=C(t+273.15 K)可知,甲图是等压线,乙图是等容线,故选项A正确.两种图线的反向延长线与t轴的交点对应的温度都为-273.15 ℃,即热力学温度的0 K,故选项B错误.查理定律及盖-吕萨克定律是气体的实验定律,都是在温度不太低,压强不太大的条件下得出的,当压强很大,温度很低时,这些定律就不成立了,故选项C错误.图线是直线,故选项D正确.

答案:AD

11.(多选)一定质量的某种理想气体的状态变化过程的p-V图线如图甲所示,其中A是初始状态,B、C是中间状态.A→B为双曲线的一部分,B→C与纵轴平行,C→A与横轴平行.若将上述变化过程改用p-T图线和V-T图线表示,则图乙中正确的是              (　　)

甲

A           B           C           D

乙

解析:在p-V图像中,气体由A→B是等温过程,气体压强减小,体积增大;由B→C是等容过程,气体压强增大,温度升高;由C→A是等压过程,气体体积减小,温度降低.由此可判断A、C错误,B、D正确.

答案:BD

12.如图所示,两根粗细相同、两端开口的直玻璃管A和B,竖直插入同一水银槽中,各用一段水银柱封闭着一定质量、相同温度的空气,空气柱长度l1>l2,水银柱长度h1>h2.现使封闭空气柱降低相同的温度(大气压强保持不变),则两管中空气柱上方水银柱的移动情况是              (　　)

A.均向下移动,A管移动较多

B.均向上移动,A管移动较多

C.A管向上移动,B管向下移动

D.无法判断

解析:在温度降低的过程中,被封闭空气柱的压强恒等于大气压强与水银柱因自身重力而产生的压强之和,故封闭空气柱均做等压变化,由此推知,封闭空气柱下端的水银面高度不变.根据盖-吕萨克定律的变形式=,可得ΔV=·V.因为A、B管中的封闭空气柱的初温T相同,温度降低量ΔT也相同,且ΔT<0,所以ΔV<0,即A、B管中空气柱的体积都减小;又因为l1>l2,A管中空气柱的体积较大,所以|ΔV1|>|ΔV2|,A管中空气柱体积减小得较多.综上,A、B两管空气柱上方的水银柱均向下移动,且A管中的水银柱下移得较多,故A正确.

答案:A

13.下图是一定质量的某种理想气体从状态A经状态B、C到状态D的p-T图像,已知气体在状态B时的体积是8 L,求气体在其他状态时的体积VA、VC和VD,并画出此过程的V-T图像.

解析:A→B为等温变化过程

pAVA=pBVB,

解得VA== L=4 L.

B→C为等容变化过程

VC=VB=8 L.

C→D为等压变化过程

=,

解得VD=VC=×8 L=10.7 L.

此过程的V-T图像如图所示.

答案:4 L　8 L　10.7 L　V-T图像见解析图.

14. (2023·广东佛山)某个可显示温度的水杯容积为500 mL,倒入200 mL热水后,拧紧杯盖,此时显示温度为87 ℃,压强与外界相同.已知外界大气压强p0为1.0×105 Pa,温度为27 ℃.杯中气体可视为理想气体,不计水蒸气产生的压强,取T0=-273 ℃.

(1)求杯内温度降到27 ℃时,杯内气体的压强.

(2)杯内温度降到27 ℃时稍拧松杯盖,外界空气进入杯中,直至稳定.求此过程中外界进入水杯中的空气体积.

解析: (1)杯内气体做等容变化,有=,

其中p1=p0=1.0×105 Pa,T1=(273+87) K=360 K,T2=(273+27) K=300 K,

解得p2=×104 Pa≈8.33×104 Pa.

(2)设打开杯盖后进入杯内的气体在大气压强下的体积为ΔV,以杯内原有气体为研究对象,则p2V2=p0V3,

ΔV=V2-V3,

其中V2=(500-200) mL=300 mL,

代入数据解得ΔV=50 mL.

答案: (1)8.33×104 Pa　(2)50 mL

【挑战创新】

15.下图是一种测定“肺活量”(标准大气压下人一次呼出气体的体积)的装置,A为开口薄壁圆筒,排尽其中的空气,倒扣在水中.测量时,被测者尽力吸足空气,再通过B管用力将气体吹入A中,使A浮起,设整个过程中呼出气体的温度保持不变.

(1)呼出气体的分子热运动的平均动能　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”). 

(2)设圆筒A的横截面积为S,大气压强为p0(标准大气压),水的密度为ρ,筒底浮出水面的高度为h,筒内外水面的高度差为Δh,重力加速度为g,则被测者的

“肺活量”V0=　　　　. 

解析:(1)因为温度是分子热运动的平均动能的标志,气体温度不变,所以分子热运动的平均动能不变.

(2)设A中气体压强为p,该部分气体在标准大气压下的体积为V0,整个过程中温度不变,由玻意耳定律可得p0V0=pV,即p0V0=(p0+ρgΔh)·(h+Δh)S,被测者的“肺活量” V0=.

答案:(1)不变　(2)