1.5气体实验定律 课后作业（word版含解析）

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第三册
1.5气体实验定律 课后作业（解析版）
1．如图所示，竖直放置的粗细相同的玻璃管A、B底部由橡皮软管连接，橡皮管内充满水银。一定质量的空气被水银柱封闭在A管内。B管上方与大气相通。初始时两管水银面向平。A管固定不动，环境温度不变的情况下，为使A管内水银面上升，则应缓慢（　　）
A．上移B管 B．下移B管
C．右移B管 D．左移B管
2．如图，两端封闭、上粗下细的导热玻璃管竖直放置，中间用一段水银柱封闭了A、B两部分气体。现环境温度略有上升，重新稳定后A、B两部分气体压强的增量分别为ΔpA、ΔpB，则（　　）
A．水银柱略向上移动，ΔpA＜ΔpB
B．水银柱略向上移动，ΔpA＞ΔpB
C．水银柱略向下移动，ΔpA＜ΔpB
D．水银柱略向下移动，ΔpA＞ΔpB
3．一定质量的理想气体从状态M经历过程1或者过程2到达状态N，其p—V图像如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化。状态M、N的温度分别为TM、TN，在过程1、2中气体对外做功分别为W1、W2，则（　　）
A．TM=TN B．TMW2 D．W14．某同学设计了一种温度计，结构如图所示，大玻璃泡A封装一定质量气体，与A相连的B管（内径可忽略）插在水槽中，管内有长度为x的水柱，可根据水柱长度来判断环境温度。下列分析正确的是（　　）
A．若大气压强不变，温度升高，x增大
B．若大气压强不变，温度降低，x增大
C．若气温不变，大气压强增大，x减小
D．若气温不变，大气压强减小，x增大
5．将质量相同的同种气体A、B分别密封在体积不同的两容器中，保持两部分气体体积不变，A、B两部分气体的压强随温度t的变化曲线如图所示。则不正确的是（　　）
A．A部分气体的体积比B部分小
B．A、B直线的延长线将相交于t轴上的同一点
C．A、B气体温度改变量相同时，压强改变量相同
D．A、B气体温度改变量相同时，A部分气体压强改变量较大
6．某同学用如图装置“研究一定质量气体在体积不变时，其压强与温度的关系”。测得初始状态的压强为 ，温度为。现逐渐加入热水使水温升高，同时测量压强和温度， 并记录下每次测量结果与初始值的差值和。该过程中下列图像一定正确的是（　　）
A． B．C．D．
7．如图所示是一种火炮的复位装置示意图，开炮时，炮管反冲带动连杆活塞使油压缩空气，此过程空气跟外界没有热传递，反冲结束后，被压缩的空气推动活塞使炮管复位，设开炮前封闭空气的压强为，热力学温度为，体积为，炮管反冲使空气的热力学温度为，体积压缩为，则反冲后空气的压强为（　　）
A． B． C． D．
8．一定质量的理想气体经历了A→B→C的三个变化过程，其压强随摄氏温度变化的p-t图如图所示，A、B、C三个状态时气体的体积分别为VA、VB、VC，则通过图象可以判断它们的大小关系是（　　）
A．VA=VB＞VC B．VA=VB＜VC
C．VA=＜VB＜VC D．VA＞VB＞VC
9．研究表明，新冠病毒耐寒不耐热，温度在超过56℃时，30分钟就可以灭活。如图所示，含有新冠病毒的气体被轻质绝热活塞封闭在粗细均匀的绝热汽缸下部a内，汽缸顶端有一绝热阀门K，汽缸底部接有电热丝E，汽缸的总高度。a缸内被封闭气体初始温度℃，活塞与底部的距离，活塞和汽缸间的摩擦不计。若阀门K始终打开，电热丝通电一段时间，稳定后活塞与底部的距离，关于上述变化过程，下列说法正确的是（　　）
A．b汽缸中逸出的气体占原b汽缸中气体的
B．a汽缸中的气体吸收热量，压强增大
C．稳定后，a汽缸内的气体温度为50℃
D．稳定后，保持该温度不变再持续30分钟，a汽缸内新冠病毒能够被灭活
10．如图，一气缸开口向右、固定于水平地面，一活塞将一定质量的气体封闭在气缸内。汽缸中间位置有小挡板。开始时，外界大气压为，活塞紧压于小挡板右侧。缓慢升高封闭气体温度，封闭气体压强随变化图像可能正确的是（　　）
A．B．C．D．
11．2020年1月1日（胎压监测系统）强制安装法规已开始执行。汽车行驶时显示某一轮胎内的气体温度为27℃，压强为240，已知该轮胎的容积为30L，阿伏加德罗常数为，0℃、1下1任何气体的体积均为22.4L，。则该轮胎内气体的分子数约为（　　）
A． B． C． D．
12．如图，一内壁光滑、竖直放置的密闭气缸内，有一个质量为m的活塞将气缸内气体分为上、下两部分：气体A和B，原来活塞恰好静止，两部分气体的温度相同，现在将两部分气体同时缓慢升高相同温度，则（　　）
A．活塞将静止不动
B．活塞将向上移动
C．A气体的压强改变量比B气体的压强改变量大
D．A气体的压强改变量与B气体的压强改变量相同
13．如图，一两端封闭的玻璃管在竖直平面内倾斜放置，与水平面间的夹角为，一段水银柱将管内一定质量气体分割成两部分。在下列各种情况中，能使管中水银柱相对玻璃管向a端移动的情况是（　　）
A．降低环境温度
B．在竖直平面内以b点为轴逆时针缓慢转动玻璃管
C．保持角不变，使玻璃管减速上升
D．以过b端的竖直轴为转动轴转动玻璃管
14．如图所示是一定质量的理想气体的三种升温过程，那么，以下四种解释中，正确的是（　　）
A．ad的过程气体体积增大 B．bd的过程气体体积不变
C．cd的过程气体体积增大 D．ad的过程气体体积减小
15．对一定质量的理想气体，以下状态变化中可以实现的是（　　）
A．降低温度时，压强不变，体积增大
B．升高温度时，压强增大，体积减小
C．温度不变时，压强体积都增大
D．升高温度时，体积不变，压强增大
16．粗细均匀的细玻璃管一端开口，一端封闭，内有被水银柱封闭的气柱。水银柱长，气体温度，大气压强。当玻璃管水平放置时（图甲），气柱长。当玻璃管开口向上竖直放置（图乙）时
（1）若气柱的温度仍为，求气柱的长度；
（2）改变气柱的温度，使气柱的长度恢复成，求此时气柱的温度。
17．我国“天问一号”探测器成功着陆火星，使人类移居火星成为了可能。设想人们把一个气缸带到了火星表面，如图所示，气缸开口向上竖直放置，活塞的质量为，活塞横截面积为，活塞与气缸间密闭了一定质量的火星气体（可以看作理想气体），气缸导热性能良好，活塞与气缸之间摩擦不计，且不漏气。当气温为时，活塞静止于距气缸底部处；当火星表面该处气温达到最低气温时，活塞又下降了，重新静止。摄氏温度与热力学温度的关系为，取火星表面的重力加速度。
（1）火星表面该处的最低气温是多少摄氏度？
（2）当气温为时，让气缸开口向下竖直静置，此时活塞静止于距气缸底部处（未脱离气缸），求气缸所在处的大气压强。
18．如图所示，固定的绝热汽缸内有一质量为m的“T”型绝热活塞（体积可忽略），距汽缸底部h0处连接一U形管（管内气体的体积忽略不计）。初始时，封闭气体温度为T0，活塞距离汽缸底部为1.5h0，两边水银柱存在高度差，已知水银的密度为ρ，大气压强为p0，汽缸横截面积为S，活塞竖直部分长为1.2h0，重力加速度为g，求：
①初始时，水银柱两液面高度差；
②通过制冷装置缓慢降低气体温度，当温度为多少时两水银面相平。
19．高空气象探测要用热气球，热气球下端开口与大气相通，加热球内气体的加热源在开口处。某一次气象探测时，气球外面大气温度为t0=27?C，大气压强为p0=1.013×105Pa，大气密度ρ0=1.2kg/m3。用加热源对球内气体缓慢加热直至气球开始上浮，加热过程中气球体积恒为V=1m3。热气球的质量m=0.2kg，重力加速度取g=10m/s2。求
（1）热气球开始上浮时内部气体的密度为多大？
（2）热气球开始上浮时内部气体温度为多少？
20．“沉浮子”是一种神奇的益智玩具，如图甲所示，在密封的矿泉水瓶中，漂浮一开口向下的玻璃瓶，玻璃瓶内上方空间密封一定质量的气体，水面上方密封一定质量的气体B。当用外力挤压矿泉水瓶时，瓶内压强增大，玻璃瓶内的气体被压缩，浮力减小，玻璃瓶将下沉；松手后，矿泉水瓶内压强减小，玻璃瓶内气体膨胀，浮力增大，玻璃瓶将上浮。
某同学先将一注射器的活塞移动至处（与外界大气相通），然后通过细管与矿泉水瓶相连后密封，不计细管的体积，如图乙所示。密封前后矿泉水瓶内水面上方气体压强为，体积为（不包含注射器内的气体），玻璃瓶底高出水面。然后缓慢将活塞推至最左端时，玻璃瓶恰好悬浮在水面上（瓶底与水面相平），如图丙所示。已知玻璃瓶的质量，横截面积，大气压强，重力加速度，水的密度。不计玻璃瓶壁的厚度，环境温度保持不变，所研究的气体均为空气，并可视为理想气体。
（1）求初始状态时，玻璃瓶内外液面的高度差；
（2）求矿泉水瓶内上方气体B的体积（计算结果以为单位，保留1位小数）；
（3）在图甲所示的状态下，当环境温度缓慢升高时，玻璃瓶将如何移动？（回答“上浮”、“下沉”或“不动”），并说明理由。
参考答案
1．A
【详解】
为了使A管内水银面上升，即使封闭空气的体积减小，根据玻意耳定律可知应使封闭空气的压强增大，所以应缓慢上移B管，使B中水银面比A中水银面高，故A正确。
故选A。
2．B
【详解】
CD．假设水银柱不动，根据等容变化规律可得
解得
由于初始状态有
， ，
则有
则水银柱略向上移动，所以CD错误；
AB．重新稳定后A、B两部分气体压强，有
开始时，有
两式相减可得
因为上面的表面积较大，则有
则有
所以A错误；B正确；
故选B。
3．C
【详解】
AB．在1的过程中，从M到N，体积变大，对外做功，由于与外界无热交换，可知内能减小，温度降低，即TM>TN，AB错误；
CD．根据可知气体对外做功等于p-V图像与坐标轴围成的面积大小，由图像可知W1>W2，C正确，D错误。
故选C。
4．B
【详解】
设玻璃泡A中气体压强为p，外界大气压强为p'，则p'=p+pgx，且玻璃泡中气体与外界大气温度相同。
AB．根据理想气体的状态方程可知，当大气压强不变，温度升高，A压强增大，x减小，温度降低，x增大，A错误，B正确；
CD．气温不变，大气压强增大，x增大，大气压强减小，x减小，CD错误。
故选B。
5．C
【详解】
AB．由图可知，A、B两部分气体都发生等容变化，P-t图线都过t轴上-273℃的点(绝对零度)。由理想气体状态方程
可得
图像的斜率越大，则气体的体积越小，故A部分气体的体积比B部分小，AB正确，不符合题意；
CD．A图线的斜率较大，由数学知识可知温度改变量相同时，A气体压强改变量较大。C错误，符合题意，D正确，不符合题意。
故选C。
6．C
【详解】
CD.由公式 可知
则
，
故C正确，D错误；
AB.由公式 可知
若横坐标是摄氏温度，则B正确，若横坐标是绝对温度，则A正确，
本题选一定正确的故选C。
7．C
【详解】
根据理想气体状态方程
解得反冲后空气的压强为
故选C。
8．D
【详解】
过A、B两点分别做等容变化的图象，由可得
可知，B点对应的图线斜率较大，体积较小，即
VA＞VB
B到C等温升压，可知体积减小，即
VB＞VC
D正确。
故选D。
9．D
【详解】
由题意可知，原b汽缸的高度
当a汽缸稳定后活塞与底部的距离
此时b汽缸的高度
设S为活塞的面积，那么b汽缸中逸出的气体占原b汽缸中气体为
故A错误；
BCD．由于K始终打开，a汽缸中的气体的压强不变，可得
代值求得
B错误，C错误，D正确。
故选D。
10．B
【详解】
当缓慢升高缸内气体温度时，气体先发生等容变化，根据查理定律，缸内气体的压强P与热力学温度T成正比，图线是过原点的倾斜的直线；当缸内气体的压强等于外界的大气压时，气体发生等压膨胀，图线是平行于T轴的直线。
故选B。
11．B
【详解】
设胎内气体经过一定过程后温度变为，压强变为，体积变为，则由理想气体方程得
所以
该状态下气体的物质的量为
所以气体的分子数约为
故选B。
12．BD
【详解】
AB．假设活塞不动，则两部分气体都发生等容变化。根据可得
因为两部分气体的温度相同，现在将两部分气体同时缓慢升高相同温度，但下面气体初态压强大，则下面气体增加压强大，故活塞将向上移动，A错误B正确；
CD．初态 ，最终稳定后，，所以
A气体的压强改变量与B气体的压强改变量相同，故C错误D正确。
故选BD。
13．CD
【详解】
A．假定两段空气柱的体积不变，即V1，V2不变，初始温度为T，当温度降低△T时，空气柱1的压强由p1减至p'1，则
空气柱2的压强由p2减至p′2
由查理定律得
、
因为p2=p1+h＞p1，所以△p1＜△p2，即水银柱应向b移动。故A错误；
B．在竖直平面内以b点为轴逆时针缓慢转动玻璃管，使θ角变大，如果将玻璃管竖直的时候，很明显增大了对下部气体的压力，向b端移动，故B错误；
C．玻璃管竖直向上减速运动，加速度向下，把加速度沿管方向分解和垂直方向分解，有沿管向下的加速度，说明上部分气体压强增大，体积应减小，故水银柱向a端移动，故C正确；
D．以竖直轴转动，水银柱做圆周运动，需要向心力，根据牛顿第二定律得上部气体对水银柱的压力要增大，所以水银柱应向a移动。故D正确。
故选CD。
14．AB
【详解】
图像中的状态与原点的连续的斜率表示体积的倒数。所以ad的过程气体体积增大，bd的过程气体体积不变，cd的过程气体体积减小。
故选AB。
15．BD
【详解】
A．降低温度时，压强不变，根据=C知V减小，故A错误；
B．升高温度时，压强增大，根据=C知V可能减小也可能增大，故B正确；
C．温度不变时，压强增大，根据=C知V减小，故C错误；
D．升高温度时，体积不变，根据=C知压强增大，故D正确。
故选BD。
16．(1)9.375cm；(2)320K
【详解】
(1)玻璃管平放时，管内气体压强为
当玻璃管开口向上竖直放置时，管内气体压强为
若气柱的温度仍为，则由玻意耳定律得
即
带入数值可得
(2) 气柱的长度恢复成10cm稳定后，气体压强回复到，气体的变化可以看成等圧変化，则有
即
可求得
17．（1）；（2）
【详解】
（1）当气温为
即
时，体积
压强
当温度最低时，设为，体积
压强
可知为等圧変化，由盖—吕萨克定律
代入数据解得
（2）当气温为
即
时，体积
压强
温度不变，让气缸开口向下竖直静置时，体积
设压强为，则
温度不变为，由玻意耳定律得
代入数据联立解得
18．①；②
【详解】
①对活塞平衡
得封闭气体压强
设初始时水银柱液面高度差为h，则气体压强
得
②降低温度直至两液面相平的过程中，封闭气体先等压变化，后等容变化，则初状态有
，，
末状态有
，，
根据理想气体状态方程
得
19．（2）；（2）87℃
【详解】
（1）时球内气体密度为，竖直方向受力平衡有
解得
①
（2）底部开口，则加热过程中球内原有气体外溢，取全部气体为研究对象，压强不变。
初态：温度
体积；
开始上浮时状态：温度T，体积由盖—吕萨克定律得
②
球内原有全部气体质量不变，有
③
解①②③式得
20．(1)；(2) ； (3)上浮
【详解】
(1)对玻璃瓶，有
解得
(2)对于矿泉水瓶内的气体有
因为玻璃瓶的重力不变，所以玻璃瓶排开水的体积不变，即玻璃瓶内空气柱的长度为，对玻璃瓶内的空气有
联立解得
(3)假设空气体积均不变，根据查理定律得

解得

因为升温前
所以有
因此玻璃瓶内空气柱变长，玻璃瓶将上浮。