人教版 (2019)选择性必修 第三册2 气体的等温变化课后复习题

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1．(2023年南通调研)用图示装置探究气体做等温变化的规律，将一定质量的空气封闭在导热性能良好的注射器内，注射器与压强传感器相连．实验中( )
A．活塞涂润滑油可减小摩擦，便于气体压强的测量
B．注射器内装入少量空气进行实验，可以减小实验误差
C．0 ℃和20 ℃环境下完成实验，对实验结论没有影响
D．外界大气压强发生变化，会影响实验结论
【答案】C
【解析】实验之前，在注射器的内壁和活塞之间涂一些润滑油，除了可以减小两者之间的摩擦之外，主要作用是提高活塞密封性，防止漏气，与气体压强的测量无关，A错误；被封气体体积越小，压缩气体时体积的变化量越小，会造成更大的实验误差，B错误；实验探究气体做等温变化的规律，在温度一定时，气体的压强和体积成反比，与环境温度的高低无关，C正确；压强传感器测量的是被封气体的压强，与外界大气压强无关，故外界大气压强发生变化，不会影响实验结论，D错误．
2．如图所示，一端开口的玻璃管，水平放置在桌面上，玻璃管内有一段10 cm的水银柱封闭了长为8 cm的气体．以玻璃管底端为支点，向上缓慢抬起30°角，则空气柱的长度变为(外界大压强为75 cmHg)( )
A．8.6 cmB．7.5 cm
C．7.2 cmD．7.1 cm
【答案】B
【解析】封闭气体的初始压强为p1＝p0＝75 cmHg，向上抬起30°角，设封闭气体的压强为p2，根据受力平衡可得p2S＝p0S＋ρghSsin 30°，解得p2＝80 cmHg，根据玻意耳定律可得p1l1S＝p2l2S，解得l2＝ eq \f(p1l1,p2) ＝ eq \f(75×8,80) cm＝7.5 cm，故选B．
3．(2023年江西开学考)比赛用排球的球内气压为1.3×105～1.4×105 Pa，球内气体体积为5 L．某次比赛时周围环境大气压强为1×105 Pa，赛前球内气体压强为1.1×105 Pa．充气筒每次能将外界0.23 L的空气充入排球，充气过程气体的温度不变，气体视为理想气体，赛前至少充气的次数为( )
A．29次B．28次
C．5次D．4次
【答案】C
【解析】气体做等温变化，有pV＝p1V＋np0ΔV，代入数据解得n≈4.35，故赛前至少充气的次数为5次．故C正确．
4．如图是一定质量的某种气体在p－V图中的等温线，A、B是等温线上的两点，△OAD和△OBC的面积分别为S1和S2，则( )
A．S1＞S2B．S1＝S2
C．S1＜S2D．无法比较
【答案】B
【解析】△OBC的面积S2＝ eq \f(1,2)BC·OC＝ eq \f(1,2)pBVB，同理，△OAD的面积S1＝ eq \f(1,2)pAVA，根据玻意耳定律pAVA＝pBVB，可知两个三角形面积相等．
5．(多选)如图所示为一定质量的气体的两条等温线，则下列关于各状态温度的说法正确的有( )
A．tA＝tBB．tB＝tC
C．tC＞tAD．tD＞tA
【答案】ACD
【解析】两条等温线，故tA＝tB，tC＝tD，A正确；两条等温线比较，tD＞tA，tC＞tA，B错误，C、D正确．
6．(多选)如图，p表示压强，V表示体积，T为热力学温度，各图中正确描述一定质量的气体发生等温变化的是( )

【答案】AB
【解析】A图中可以直接看出温度不变；B图说明p∝ eq \f(1,V)，即p·V＝常数，是等温过程；C图是双曲线，但横坐标不是体积V，不是等温线，D图的p－V图线不是双曲线，故也不是等温线．
7．(多选)一定质量的气体，在温度不变的条件下，将其压强变为原来的2倍，则( )
A．气体分子的平均动能增大
B．气体的密度变为原来的2倍
C．气体的体积变为原来的一半
D．气体的分子总数变为原来的2倍
【答案】BC
【解析】温度是分子平均动能的标志，由于温度不变，故分子的平均动能不变，据玻意耳定律得p1V1＝2p1V2，解得V2＝ eq \f(1,2)V1，ρ1＝ eq \f(m,V1)，ρ2＝ eq \f(m,V2)，可得ρ1＝ eq \f(1,2)ρ2，即ρ2＝2ρ1，故B、C正确．
8．(多选)某同学做“验证玻意耳定律”实验时，将注射器竖直放置，测得的数据如下表所示，发现第5组数据中的pV乘积有较大偏差，如果读数和计算无误，那么造成此偏差的原因可能是( )
A．温度升高B．温度降低
C．漏入气体D．漏出气体
【答案】AC
【解析】若pV值变大，可能是温度升高使p增大；当温度一定时，也可能是气体变多使p变大，即气体质量变大．温度升高，与结论相符，A正确；温度降低，与结论不相符，B错误；漏入气体，与结论相符，C正确；D漏出气体，与结论不相符，D错误．
9．汽车行驶时轮胎的胎压太高或太低都容易造成安全隐患．某型号轮胎的容积为30 L，充气前内部温度为27 ℃、压强为2.0个大气压(1 atm)的空气(可视为理想气体)．现通过充气泵对其充气，要求轮胎内部压强达到2.5个大气压，不考虑充气过程气体温度的变化．则需充入压强为1个大气压的空气的体积为( )
A．8 LB．10 L
C．13 LD．15 L
【答案】D
【解析】充气前，设压强为p1＝2 atm时，胎内气体体积为V1，压强为p0＝1 atm时，胎内气体体积为V1′，由玻意耳定律有p1V1＝p0V1′．充气后，当轮胎内的压强为p2＝2.5 atm时，设胎内气体体积为V2，当轮胎内的压强为p0＝1 atm时，设胎内气体体积为V2′，则有p2V2＝p0V2′，故需要充入压强为1个大气压的气体体积为ΔV＝V2′－V1′＝15 L，故选D．
10．(2023年北京期中)某同学用如图所示装置探究气体做等温变化的规律．
(1)在实验中，下列操作正确的是______．
A．用橡胶塞密封注射器
B．用游标卡尺测量柱塞的直径
C．读取刻度尺上显示的空气柱长度
D．气体的压强和体积必须用国际单位
(2)下列图像中，最能直观反映气体做等温变化的规律的是______．

A B C D
(3)某组同学处理数据时发现p－ eq \f(1,V)图像向下弯曲，请分析可能的原因__________．
【答案】(1)AC (2)C (3)实验过程中存在漏气现象(或者温度降低)
【解析】(1)为了保证实验过程的气密性，确保气体质量不变，实验时，需要用橡胶塞密封注射器，A正确；由于注射器的直径均匀恒定，根据V＝LS可知，气体体积和空气柱的长度成正比，因此不需要利用游标卡尺测量柱塞的直径，只需要读取刻度尺上显示的空气柱长度，B错误，C正确；根据玻意耳定律有p1V1＝p2V2，其中体积的单位可用mL，也可以用cm3、dm3、m3，压强单位可以用国际单位Pa，也可以用单位cmHg，D错误．
(2)温度不变，根据玻意耳定律可知，压强与体积成反比，p－V图像是一条双曲线，其描述气体做等温变化的规律不够直观，由于压强与体积成反比，则压强与体积的倒数成正比，可知p－ eq \f(1,V)图像是一条过原点的倾斜直线，该图像能够直观反映出气体做等温变化的规律，故选C．
(3)由于p－ eq \f(1,V)图像向下弯曲，表明压强与体积的乘积pV减小，根据pV＝nRT＝ eq \f(m,M)RT温度一定，可知原因可能是气体质量减小，即实验过程中可能存在漏气现象，也有可能是环境温度降低．
B组·能力提升
11．请回答下列有关“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积关系”实验的问题．
(1)如图所示，用一个带有刻度的注射器及DIS实验系统来探究气体的压强与体积关系．实验中气体的质量保持不变，气体的体积V直接读出，气体的压强p是由图中________传感器测量得到．
(2)完成本实验的基本要求是________．
A．在等温条件下操作
B．封闭气体的容器密封良好
C．必须弄清所封闭气体的质量
D．气体的压强和体积必须用国际单位
(3)甲同学在做本实验时，缓慢推动活塞，使注射器内空气柱体积减小，且pV eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(×105 Pa·mL))数值越来越小，造成这一现象的原因可能是________．
A．实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不断增大
B．实验时环境温度增大了
C．实验时外界大气压强发生了变化
D．实验时注射器内的空气向外发生了泄漏
(4)乙同学实验数据用图像处理，但如图所示的V－ eq \f(1,p)图线不过原点，则造成这一现象的原因可能是__．
【答案】(1)压强 (2)AB (3)D (4)见解析
【解析】(1)气体的压强p是由图中压强传感器测量得到；
(2)玻意耳定律成立的前提条件是等温且质量一定，气体质量的具体值不需要测量，故A、B正确，C错误；单位可以不用国际单位，故D错误．
(3)实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不断增大，不会影响气压与体积，A错误；若实验时环境温度升高，根据理想气体状态方程 eq \f(pV,T)＝C，可知pV会变大，B错误；封闭气体的压强与外界大气压无关，C错误；实验时注射器的空气向外发生了泄漏，根据理想气体状态方程 eq \f(pV,T)＝C，常数C与质量有关，若质量变小，则pV乘积减小，D正确．
(4)图线与横坐标的交点表示体积为0时压强不为0，这种情况是不存在的．说明试管内的体积小于实际封闭气体的体积．结合实验器材可知，图线不过原点是由于注射器与压强传感器连接部位的气体体积导致的．
12．气站的氢气储气钢瓶体积为5 L，在27 ℃的恒温环境下，储气钢瓶上的气压计的示数为5 atm．由于阀门老化稍微有些漏气，一段时间后气压计的示数为4 atm．求在此时间段内，储气钢瓶漏出的氢气在压强为1 atm、27 ℃的恒温环境下的体积是多少？
解：设漏去的氢气在降压到4 atm后的体积为ΔV．以钢瓶内全部氢气为研究对象，设想漏出的氢气盛于一个无形的容器内，其压强和钢瓶中剩余部分相同．初状态压强为p＝5 atm、体积为V＝5 L；降压后状态压强为p1＝4 atm、体积为V1．由等温关系有pV＝p1V1，ΔV＝V1－V，
解得ΔV＝1.25 L．
取漏去的氢气为研究对象，初状态压强为p2＝p1＝4 atm、体积为V2＝ΔV；末状态压强为p3＝1 atm、体积为V3，由等温关系有p2V2＝p3V3，解得V3＝5 L，
所以储气钢瓶漏去的氢气在压强为1 atm下的体积是5 L．
实验次序
1
2
3
4
5
p/(×105 Pa)
1.21
1.06
0.93
0.80
0.66
V/mL
33.2
37.8
43.8
50.4
69.2
pV/(×105 Pa·mL)
40.2
40.1
40.7
40.3
45.7