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    2.2《 气体的等温变化》分层练习(原卷版+解析版)-人教版高中物理选修三
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    高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第二章 气体、固体和液体2 气体的等温变化优秀课时练习

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    这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第二章 气体、固体和液体2 气体的等温变化优秀课时练习,文件包含22《气体的等温变化》分层练习原卷版-人教版高中物理选修三docx、22《气体的等温变化》分层练习解析版-人教版高中物理选修三docx等2份试卷配套教学资源,其中试卷共19页, 欢迎下载使用。

    基础篇
    一、单选题
    1.如图所示,某种自动洗衣机进水时,与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气,通过压力传感器感知管中的空气压力,从而控制进水量.设温度不变,洗衣缸内水位升高,则细管中被封闭的空气( )
    A.体积不变,压强变小
    B.体积变小,压强变大
    C.体积不变,压强变大
    D.体积变小,压强变小
    【答案】B
    【解析】由图可知空气被封闭在细管内,缸内水位升高时,气体体积减小,根据玻意耳定律,气体压强增大,B项正确。
    故选:B。
    2.一个气泡由湖面下20 m深处缓慢上升到湖面下10 m深处,它的体积约变为原来体积的( )
    A.3倍 B.2倍
    C.1.5倍 D.0.7倍
    【答案】C
    【解析】气泡缓慢上升过程中,温度不变,气体等温变化,湖面下20 m处,水的压强约为2个标准大气压(1个标准大气压相当于10 m水产生的压强),故p1=3 atm,p2=2 atm,由p1V1=p2V2,得:eq \f(V2,V1)=eq \f(p1,p2)=eq \f(3 atm,2 atm)=1.5,故C项正确。
    故选:C。
    3.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60cm3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150mmHg。已知大气压强等于750mmHg,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.30cm3 B.40cm3 C.50cm3 D.60cm3
    【答案】D
    【解析】取5次充气后,臂带内所有气体为研究对象,初态压强为p0=750mmHg,体积为V0=V+5ΔV,其中ΔV=60cm3;末态压强计示数为150mmHg,则气体压强p1=p0+150mmHg=900mmHg,体积为V1=5V,根据玻意耳定律得p0V0=p1V1,解得V=60cm3,D正确。
    故选:D。
    4.桶装纯净水及压水装置原理如图所示。柱形水桶直径为24cm,高为35cm;柱压水蒸气囊直径为6cm,高为8cm,水桶颈部的长度为10cm。当人用力向下压气囊时,气囊中的空气被压入桶内,桶内气体的压强增大,水通过细出水管流出。已知水桶所在处大气压强相当于10m水压产生的压强,当桶内的水还剩5cm高时,桶内气体的压强等于大气压强,忽略水桶颈部的体积。至少需要把气囊完全压下几次,才能有水从出水管流出?〔不考虑温度的变化)( )
    A.2次B.3次C.4次D.5次
    【答案】B
    【解析】设至少需要把气囊完全压n次,才能有水从出水管流出,设大气压强为p0,水桶内气体体积为V0,气囊体积为V1,根据玻意耳定律可得,其中,,
    ,,联立解得,即至少需要把气囊完全压3次。
    故选:B。
    5.已知两端开口的“”型管,且水平部分足够长,一开始如图所示,若将玻璃管稍微上提一点,或稍微下降一点时,被封闭的空气柱的长度分别会如何变化( )
    A.变大;变小 B.变大;不变
    C.不变;不变 D.不变;变大
    【答案】D
    【解析】上提时空气柱压强不变,空气柱的长度不变;下降时h减小,空气柱压强变小,空气柱长度变大,所以D选项正确。
    故选:D。
    6.如图所示,竖直放置的弯曲管A端开口,B端封闭,密度为ρ的液体将两段空气封闭在管内,管内液面高度差分别为h1、h2和h3,则B端气体的压强为(已知大气压强为p0)( )
    A.p0-ρg(h1+h2-h3) B.p0-ρg(h1+h3)
    C.p0-ρg(h1+h3-h2) D.p0-ρg(h1+h2)
    【答案】B
    【解析】需要从管口依次向左分析,中间气室压强比管口低ρgh3,B端气体压强比中间气室低ρgh1,所以B端气体压强为p0-ρgh3-ρgh1,选B项。
    故选:B。
    7.如图所示,活塞的质量为m,缸套的质量为M,通过弹簧吊在天花板上,汽缸内封有一定质量的气体,缸套和活塞间无摩擦,活塞面积为S,则(大气压强为p0,重力加速度为g)( )
    A.封闭气体的压强p=p0+eq \f(mg,S)
    B.封闭气体的压强p=p0+eq \f((M+m)g,S)
    C.封闭气体的压强p=p0-eq \f(Mg,S)
    D.封闭气体的压强p=eq \f(mg,S)
    【答案】C
    【解析】研究缸套的受力情况,受到重力和上下气体压力的作用,根据平衡条件可知,Mg+pS=p0S,解得p=p0-eq \f(Mg,S),C正确,A、B、D错误。
    故选:C。
    8.一个气泡由湖面下20 m深处上升到湖面下10 m深处,它的体积约变为原来体积的(温度不变,水的密度为1.0×103 kg/m3,g取10 m/s2)( )
    A.3倍 B.2倍 C.1.5倍 D.eq \f(7,10)
    【答案】C
    【解析】根据玻意耳定律有eq \f(V2,V1)=eq \f(p1,p2)=eq \f(p0+ρgh1,p0+ρgh2)=eq \f(p0+2p0,p0+p0)=eq \f(3p0,2p0)=eq \f(3,2),故C正确。
    故选:C。
    9.如图所示,一端开口、另一端封闭的玻璃管内用水银柱封闭一定质量的气体,保持温度不变,把管子以封闭端为圆心,从开口向上的竖直位置逆时针缓慢转到水平位置的过程中,可用来说明气体状态变化的p­V图像是( )
    【答案】C
    【解析】水平方向上有p1=p0,竖直方向上有p2=p0+ρgh,开口向上的竖直位置逆时针缓慢转到水平位置的过程中,气体的压强减小,体积增大,又因为温度不变,所以p­V图线应为双曲线的一支.故C正确。
    故选:C。
    10.风箱是中国传统的鼓风设备,公元前4世纪的《道德经》中曾写到“天地之间,其犹橐龠(tuyue)乎?虚而不屈,动而愈出。”橐龠即当时的鼓风用具,在古代既应用于熔炼金属,又应用于家庭炉灶,后逐渐演变制成风箱,其构造如图甲所示,剖面图如图乙所示,无论向左推进拉杆还是向右拉出拉杆过程中都有气流从出气口排出,从而可以一直鼓风,吹旺炉火。已知大气压强为,以下说法正确的是( )
    A.往左推动拉杆时,进气口A闭合,进气口打开;阀门闭合,阀门打开,气流可以从出气口排出
    B.往右拉动拉杆时,进气口A打开,进气口闭合;阀门闭合,阀门打开,气流可以从出气口排出
    C.若堵住出气口,往左推动拉杆,则左边气体压强大于,右边气体压强小于
    D.若堵住出气口,往右拉动拉杆,则左边气体压强小于,右边气体压强大于
    【答案】B
    【解析】A.由图可知,往左推动拉杆时,进气口A闭合,进气口打开;阀门打开,阀门闭合,气流可以从出气口排出,故A错误;
    B.往右拉动拉杆时,进气口A打开,进气口闭合;阀门闭合,阀门打开,气流可以从出气口排出,故B正确;
    C.若堵住出气口,往左推动拉杆,则左边气体压强大于,右边气体压强等于,故C错误;
    D.若堵住出气口,往右拉动拉杆,则左边气体压强等于,右边气体压强大于,故D错误。
    故选:B。
    提升篇
    一、多选题
    1.如图所示,一试管开口朝下插入盛水的广口瓶中,在某一深度静止时,管内有一定的空气.若向广口瓶中缓慢倒入一些水,则下列说法错误的是( )
    A.试管将加速上浮
    B.试管将加速下沉
    C.试管将保持静止
    D.试管将以原静止位置为平衡位置上下振动
    【答案】ACD
    【解析】题图中试管在水下某深度处于静止状态,浮力(等于排开水的重力)与试管重力相平衡.当试管中空气压强稍大些,即试管稍下移或向广口瓶中加水时,试管内的空气被压缩,浮力将减小,试管将下沉,在下沉的过程中,空气所受压强越来越大,浮力越来越小,试管将加速下沉。
    故选:ACD。
    2.如图所示,为一定质量的气体在不同温度下的两条p­eq \f(1,V)图线,由图可知( )
    A.一定质量的气体在发生等温变化时,其压强与体积成正比
    B.一定质量的气体在发生等温变化时,其p­eq \f(1,V)图线的延长线是经过坐标原点的
    C.T1>T2
    D.T1【答案】BD
    【解析】这是一定质量的气体在发生等温变化时的p­eq \f(1,V)图线,由图线过原点可知斜率k=pV为恒量,所以p与V成反比,A错误,B正确;根据p­eq \f(1,V)图线斜率的物理意义可知C错误,D正确。
    故选:BD。
    3.在室内,将装有5 atm的6 L气体的容器的阀门打开后,下列各组数据与从容器中逸出的气体不相当的是(设室内大气压强p0=1 atm)( )
    A.5 atm,3 L B.1 atm,24 L
    C.5 atm,4.8 L D.1 atm,30 L
    【答案】AD
    【解析】当气体从阀门跑出时,温度不变,所以p1V1=p2V2,当p2=1 atm时,得V2=30 L,逸出气体30 L-6 L=24 L,B正确;当p1′=5 atm时,据p2(V2-V1)=p1′V1′得V1′=4.8 L,所以逸出的气体相当于5 atm下的4.8 L气体,C正确.故A、D符合题意。
    故选:AD。
    疫情防控,人人有责,增强体质,共抗病毒,如今增强体质对抗病毒已成为人们的共识,有人设计了一款健身器材如图所示,一定质量的理想气体密封在导热良好的容器中,容器上有刻度,容器内装有一可上下移动的活塞,活塞的面积为,厚度可以忽略,人们可以使用上方的把手拉动活塞达到锻炼身体的目的,已知在锻炼时,器材下方固定在地面上防止容器离开地面,活塞初始高度为,当地大气压强为,活塞、把手和连接杆的质量都可忽略,不计活塞与容器间的摩擦,外界气温不变。下列说法正确的是( )

    A.当用的力往上拉,稳定时活塞高度为
    B.当用的力往下压,稳定时活塞高度为
    C.若要使活塞稳定在高度处,则拉力应为
    D.若要使活塞稳定在高度处,则拉力应为
    【答案】AD
    【解析】A.容器导热良好,说明容器内外温度相等,而外界气温不变,说明容器内气体处于恒温状态,由理想气体状态方程可知,容器内气体压强与气体体积成反比。当用 500N 的力往上拉时,由压强公式可得,相当于给活塞施加一个向上的压强p,稳定后容器内气体的压强为,刚开始时,容器内的气压为大气压,施加拉力后,容器内的气压变成大气压的一半,则容器内气体的体积应该变为开始时的2倍,即稳定时活塞高度为60cm,故A正确;
    B.由A中分析可知,当用 500N 的力往下压时,稳定后容器内气体的压强
    施加压力后,容器内的气压变成大气压的倍,则容器内气体的体积应该变为开始时的,即活塞高度为20cm,故B错误;CD.若活塞稳定在 120cm 高度处,则容器内气体的体积应该变为开始时的4倍,容器内的气压变成大气压的倍,即 由压强公式可得故C错误,D正确。
    故选:AD。
    5.如图甲所示,一端封闭且粗细均匀的足够长直玻璃管水平放置,用长为15cm的水银柱封闭了一定质量的理想气体,封闭气柱长度为30cm,大气压强恒为75cmHg。现将玻璃管顺时针缓慢旋转,如图乙所示。再将玻璃管顺时针缓慢旋转,如图丙所示。已知气体温度始终不变,取,,下列说法正确的是( )
    A.图丙状态的气体压强大于图乙
    B.若玻璃管从图乙状态自由下落,气柱长度将增加
    C.图乙气柱长度为37.5cm
    D.图丙气柱长度约为26.8cm
    【答案】AC
    【解析】A.大气压强由图知乙图中封闭空气柱的压强
    设图丙中气柱的压强为P3,则即,故A正确;
    B.若玻璃管从图乙状态做自由下落,玻璃管中水银柱由于重力而产生的压强变为0,管内封闭气体压强变为P0,气体温度不变,由玻意耳定律知由于,所以,故B错误;
    C.设玻璃管的横截面积为S,则甲图中空气柱的体积为V1=L1S空气柱的压强P1=P0=75cmHg
    设乙图中空气柱长度为L2,则V2=L2S
    由玻意耳定律得 代入数据得,故C正确;
    D.设丙图中空气柱的长度为L3,由 代入数据,解得,故D错误。
    故选:AC。
    6.某民航客机在高空飞行时,需利用空气压缩机来保持机舱内外气压之比为。机舱内有一导热气缸,活塞质量、横截面积,活塞与气缸壁之间密封良好且无摩擦。客机在地面静止时,气缸如图(a)所示竖直放置,平衡时活塞与缸底相距;客机在高度h处匀速飞行时,气缸如图(b)所示水平放置,平衡时活塞与缸底相距。气缸内气体可视为理想气体,机舱内温度可认为不变。已知大气压强随高度的变化规律如图(c)所示,地面大气压强,地面重力加速度。下列说法正确的是( )
    A.气缸内气体由图(a)状态到图(b)状态的过程中放热
    B.气缸内气体由图(a)状态到图(b)状态的过程中吸热
    C.高度h处的大气压强为
    D.根据图(c)估测出此时客机的飞行高度为
    【答案】BD
    【解析】AB.图(a)所示平衡时活塞与缸底相距,图(b)所示平衡时活塞与缸底相距,气缸内气体由图(a)到图(b)状态的过程气体体积变大,对外做功,,气体的温度不变,由热力学第一定律,可知,气体需要从外界吸热,故B正确,A错误;
    CD.设气体初状态压强为,对活塞,由平衡条件得,带入数据解得,气体温度不变,由玻意耳定律得,带入解得,机舱内外气体压强之比是,因此舱外气体,由图(c)出此时客机的飞行高度为,故D正确,C错误。
    故选:BD。
    二、非选择题:
    1.粗细均匀的玻璃管,一端封闭,长为12 cm,一个潜水员手持玻璃管开口向下潜入水中,当潜到水下某深度时看到水进入玻璃管中2 cm,求潜水员潜入水中的深度.(取水面上大气压强p0=1.0×105 Pa,取g=10 m/s2)
    【答案】2 m
    【解析】设潜水员潜入水下的深度为h,玻璃管的横截面积为S,管内气体的初状态:p0、12S,末状态:p0+ρgh、10S,
    由玻意耳定律,得p0·12S=(p0+ρgh)·10S,得h=eq \f(0.2p0,ρg)=2 m。
    2.今有一质量为M的汽缸,用质量为m的活塞封有一定质量的理想气体,当汽缸水平横放时,空气柱长为L0(如图甲所示),若汽缸按图乙悬挂保持静止时,求气柱长度为多少.已知大气压强为p0,活塞的横截面积为S,它与汽缸之间无摩擦且不漏气,且气体温度保持不变.
    【答案】eq \f(p0L0S,p0S-Mg)
    【解析】对缸内理想气体,横放初态p1=p0,V1=L0S
    悬挂末态:对缸体,Mg+p2S=p0S,即p2=p0-eq \f(Mg,S),V=LS
    由玻意耳定律:p1V1=p2V2,即p0L0S=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(p0-\f(Mg,S)))LS,得:气柱长度为L=eq \f(p0L0S,p0S-Mg)
    3.如图所示,一粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U形管竖直放置,右端与大气相通,左端封闭长l1=20 cm气柱,两管中水银面等高.现将右端与一低压舱(未画出)接通,稳定后右管水银面高出左管水银面h=10 cm.环境温度不变,大气压强p0=75 cmHg,求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位).
    【答案】50 cmHg
    【解析】设U形管横截面积为S,则初始状态左端封闭气柱体积可记为V1=l1S,由两管中水银面等高,可知初始状态其压强为p0.当右管水银面高出左管10 cm时,左管水银面下降5 cm,气柱长度增加5 cm,此时气柱体积可记为V2=(l1+5 cm)S,右管低压舱内的压强记为p,则左管气柱压强p2=p+10 cmHg,根据玻意耳定律得p0V1=p2V2,即p0l1S=(p+10 cmHg)(l1+5 cm)S,代入数据,解得p=50 cmHg。
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