高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第二章 气体、固体和液体综合与测试习题

第二章　气体、固体和液体

专题强化练3　气体状态变化的图像问题

一、选择题

1.(2021江苏盐城高二下期末,)一定质量的理想气体,经历如图所示的状态变化A→B→C,则这三个状态的热力学温度之比TA∶TB∶TC为              (　　)

A.1∶3∶5 B.3∶2∶1 C.5∶6∶3 D.3∶6∶5

2.(2021山东潍坊高三质检,)如图所示,一定质量的理想气体经历了A→B→C→A的状态变化过程,则下列说法正确的是              (　　)

A.A→B过程中,气体分子间距减小

B.A→B过程中,气体内能增加

C.B→C过程中,气体压强减小

D.C→A过程中,气体压强增大

二、非选择题

3.(2021吉林江城中学高二下期中,)一定质量的理想气体,其体积V与热力学温度T的关系图像如图所示,气体在状态A时的压强pA=p0,温度TA=T0,线段AB与V轴平行,BC的延长线过原点。求:

(1)气体在状态B时的压强pB。

(2)气体在状态C时的压强pC和温度TC。深度解析

4.(2020上海交大附中高二下期末,)图1为一个长、宽均为l=0.2 m,高h=0.5 m的矩形容器,图2为一个硬质活塞,活塞质量m=100 kg,下表面水平且能与容器紧密贴合,活塞的上表面倾斜,活塞部分尺寸如图2标注。现将活塞轻轻放入容器中(状态A),忽略活塞与容器间的摩擦。已知室温为t0=27 ℃,大气压强p0=1.0×105 Pa,重力加速度g取10 m/s2。

(1)活塞缓慢下降,待活塞停止运动且系统的温度恢复到t0后(状态B),求容器中气体的体积VB;

(2)在活塞斜面上轻轻放置一个质量为M=50 kg的物体,物体不与容器接触且能与活塞相对静止,若想保持活塞的位置与状态B相同(状态C),应将气体加热到多少摄氏度(tC)?

(3)在上一问的基础上,将气体冷却至室温,等活塞再次保持稳定(状态D)。请在图3中定性表示上述4个气体状态及相关辅助线。

答案全解全析

第二章　气体、固体和液体

专题强化练3　气体状态变化的图像问题

1.D　根据理想气体状态方程=C可知,温度之比等于p、V乘积之比,故TA∶TB∶TC=(3×1)∶(2×3)∶(1×5)=3∶6∶5,故D正确。

2.B　A→B过程中,气体体积不变,温度升高,气体分子间距不变,气体分子的平均动能增大,气体内能增加,故选项A错误,B正确;根据理想气体的状态方程=C可得V=T,可知B→C过程是等压变化过程,故选项C错误;C→A过程中,气体温度降低,体积增大,由=C可知压强减小,故选项D错误。

3.答案　(1)　(2)　T0

解析　(1)气体从A状态到B状态发生等温变化,故pc=pb=,根据玻意耳定律有:pAVA=pBVB

解得pB=

(2)气体由B状态到C状态发生等压变化,故pC=pB=,根据盖-吕萨克定律有:=

解得TC=T0

方法技巧

分析气体图像问题的方法技巧

(1)要根据图像直接读出气体各个状态的参量的值或表达式,以便于运用气体实验定律来解答。

(2)根据横、纵坐标表示的物理量、图像的形状判断各物理量的变化规律,例如,判断变化过程是等温变化,还是等压变化,或是等容变化等。

(3)要将图像与实际情况相结合。

4.答案　(1) 0.016 m3　(2) 57 ℃　(3)图见解析

解析　(1)开始时容器内气体的压强为pA=p0=1.0×105 Pa

体积为VA=hl2=0.02 m3

放入活塞后容器内气体的压强为pB=p0+=1.25×105 Pa

气体从状态A到状态B温度不变,则由玻意耳定律有pAVA=pBVB

解得VB=0.016 m3

(2)在活塞斜面上轻轻放置一个质量为M=50 kg的物体,则气体的压强pC=p0+=1.375×105 Pa

气体从状态B到状态C发生等容变化,由查理定律有=

解得TC=330 K

tC=57 ℃

(3)气体从A到B发生等温变化,体积减小;从B到C发生等容变化,温度升高;从C到D,发生等压变化,温度降低;变化图像如图所示。