人教版高中物理选择性必修第三册第二章气体的等压变化和等容变化习题含答案
展开3.气体的等压变化和等容变化
A级 必备知识基础练
1.在冬季,剩有半瓶热水的暖水瓶经过一个夜晚后,第二天拔瓶口的软木塞时觉得很紧,不易拔出来,这种现象的主要原因是( )
A.软木塞受潮膨胀
B.瓶口因温度降低而收缩变小
C.白天气温升高,大气压强变大
D.瓶内气体因温度降低而压强减小
2.一个密闭容器中装有气体,当温度变化时气体压强减小了(不考虑容器热胀冷缩),则气体的( )
A.密度增大
B.密度减小
C.分子平均动能增大
D.分子平均动能减小
3.(多选)(2022甘肃舟曲高二期末)下列过程可能发生的是( )
A.气体的温度变化,但压强、体积保持不变
B.气体的温度、压强保持不变,而体积发生变化
C.气体的温度保持不变,而压强、体积发生变化
D.气体的温度、压强、体积都发生变化
4.(2022北京房山一模)一定质量的理想气体经过一系列变化过程,p-T图像如图所示,下列说法正确的是( )
A.a→b过程中,气体体积增大,温度降低
B.b→c过程中,气体温度降低,体积减小
C.c→a过程中,气体体积减小,压强增大
D.c→a过程中,气体压强增大,体积增大
5.(2022山东淄博一模)一根足够长的试管开口竖直向下,中间用水银封闭了一定质量的理想气体,如图所示。现将试管绕定点缓慢向右转到虚线处,则下列图像可能正确的是( )
6.如图所示,一导热性能良好的汽缸内用活塞封住一定质量的气体(不计活塞与缸壁的摩擦),缸底离地高度为H,活塞距地高度为h,当温度降低时,下列说法正确的是( )
A.气体压强减小 B.汽缸高度H减小
C.活塞高度h减小 D.气体体积增大
7.如图所示,空的饮料罐中插入一根粗细均匀的透明吸管,罐口处密封,吸管内注入一小段油柱(长度可以忽略),制成简易气温计,已知饮料罐的容积为V,吸管内部横截面积为S,罐口外吸管长度为L0。当温度为T1时,油柱与罐口相距L1,不计大气压的变化。
(1)简要说明吸管上标示的气温刻度是否均匀;
(2)求气温计能测量的最高温度Tm。
B级 关键能力提升练
8.如图所示,上端开口的光滑圆柱形汽缸竖直放置,活塞将气体封闭在汽缸内。设有a、b两卡环,使活塞只能向上滑动。开始时活塞搁在a、b上,现缓慢加热缸内气体,直到活塞刚要离开卡环。能正确反映缸内气体体积压强变化的V-图像是 ( )
9.如图所示p-V图像,1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态,对应的温度分别是T1、T2、T3。用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数,则下列说法正确的是( )
A.T1=T2>T3 B.T1=T3>T2
C.N1=N2>N3 D.N1=N3>N2
10.(2022山东日照一模)一定质量的理想气体经历两个不同过程,分别由压强—体积(p-V)图像上的两条曲线Ⅰ和Ⅱ表示,如图所示,曲线均为反比例函数曲线的一部分。a、b为曲线Ⅰ上的两点,气体在状态a和b的压强分别为pa、pb,温度分别为Ta、Tb。c、d为曲线Ⅱ上的两点,气体在状态c和d的压强分别为pc、pd,温度分别为Tc、Td。下列关系式正确的是( )
A. B.
C. D.
11.扣在水平桌面上的热杯盖有时会发生被顶起的现象。如图所示,横截面积为S的热杯盖扣在水平桌面上,开始时内部封闭气体的温度为300 K,压强为大气压强p0。当封闭气体温度上升至303 K时,杯盖恰好被整体顶起,放出少许气体后又落回桌面,其内部气体压强立刻减为p0,温度仍为303 K。再经过一段时间,内部气体温度恢复到300 K。求:
(1)当温度上升至303 K且尚未放出气体时,封闭气体的压强;
(2)当温度恢复到300 K时,竖直向上提起杯盖所需的最小外力。
3.气体的等压变化和等容变化
1.D 冬季气温较低,瓶中的气体体积V不变时,由查理定律知温度T减小而使压强p减小,这样瓶外的大气压力将瓶塞往下推,使瓶塞盖得紧紧的,所以拔起来就感到很吃力,故D项正确。
2.D 一个密闭容器,又不考虑容器热胀冷缩,所以体积不变,质量不变,根据ρ=,可知密度不变,故A、B错误;气体的体积不变,压强减小,根据查理定律=C,可知温度降低,分子平均动能减小,故C错误,D正确。
3.CD 根据理想气体状态方程=C可知气体的温度变化,压强和体积至少有一个量变化,故A错误;根据理想气体状态方程=C可知气体的温度、压强保持不变,则体积也保持不变,故B错误;根据理想气体状态方程=C可知气体的温度保持不变,而压强、体积发生变化,但压强和体积的乘积不变是可能的,故C正确;根据理想气体状态方程=C可知气体的温度、压强、体积可以同时都发生变化,故D正确。
4.B a→b过程为等温变化,根据paVa=pbVb知,压强减小,则气体体积增大,故A错误;b→c过程为等压变化,根据知,温度降低,则体积减小,故B正确;由图可知,c→a过程为等容变化,气体压强增大,温度升高,体积不变,故C、D错误。
5.D 设管内气体的压强为p、体积为V,水银柱的长度为h,转过的角度为θ。则p=p0-phcos θ,当θ增大时,cos θ减小,封闭气体的压强增大、体积减小、温度不变。V-T图像中,体积增大、温度增大,故A错误;p-T图像中,压强减小、温度不变,故B错误;p-图像中,压强减小、体积增大、温度不变,箭头方向反了,故C错误;p-V图像的等温线为双曲线的一支,封闭气体的压强增大、体积减小、温度不变,故D正确。
6.B 对汽缸受力分析可知:Mg+p0S=pS,可知当温度降低时,气体的压强不变;对活塞和汽缸的整体受力分析可知:(m+M)g=kx,可知当温度变化时,x不变,即h不变;根据盖-吕萨克定律可得,故温度降低时,气体的体积减小,因h不变,则汽缸高度H减小,选项B正确,A、C、D错误。
7.答案 (1)刻度是均匀的 (2)
解析 (1)根据盖-吕萨克定律=C,得V=CT,
所以ΔV=CΔT,即体积的变化量与温度的变化量成正比,吸管上标的刻度是均匀的。
(2)罐内气体压强保持不变,
有,
解得Tm=。
8.C 由题可知,气体做等容变化,由查理定律=C可知,当气体的体积不变,温度升高时,气体的压强增大,则减小。由此可知,图像A、B、D错误,C正确。
9.B 从“1”到“2”是等容变化,根据查理定理可知“2”状态温度低,分子平均动能小,所以单位时间内撞击器壁上单位面积的平均次数少,即T1>T2,N1>N2;从“1”到“3”,因为1点状态压强与体积的积与3点状态压强与体积的积相等,说明T1=T3;从“2”到“3”是等压膨胀,气体分子在单位时间内撞击器壁单位面积的个数减少,即N2>N3,故B正确,A、C、D错误。
10.B 根据理想气体状态方程,及曲线均为反比例函数曲线的一部分,可得曲线Ⅰ为等温变化,故可得a、b两点的温度相同,A错误;根据理想气体状态方程,a到c为等压变化,即有,B正确;根据理想气体状态方程,由图像可知pa=pc,又,故,C错误;根据理想气体状态方程,由图像可知=3,又,故=2,D错误。
11.答案 (1)p0 (2)p0S
解析 (1)以开始时封闭的气体为研究对象,由题意可知,初状态温度T0=300 K,压强为p0;末状态温度T1=303 K,压强设为p1,由查理定律得
代入数据得p1=p0。
(2)设杯盖的质量为m,刚好被顶起时,由平衡条件得p1S=p0S+mg
放出少许气体后,以杯盖内的剩余气体为研究对象,由题意可知,初状态温度T2=303 K,压强p2=p0,末状态温度T3=300 K,压强设为p3,由查理定律得
设提起杯盖所需的最小外力为F,由平衡条件得
F+p3S=p0S+mg
联立各式,代入数据得F=p0S。
