十年高考(2003—2012）物理试题分类解析——专题22 气体定律

十年高考(2003—2012）物理试题分类解析
专题22 气体定律
一．2012年高考题
1.（2012·福建理综）空气压缩机的储气罐中储有1.0atm的空气6.0L，,现再充入1.0 atm的空气9.0L。设充气过程为等温过程，空气可看作理想气体，则充气后储气罐中气体压强为_____。（填选项前的字母）
A．2.5 atm B.2.0 atm C.1.5 atm D.1.0 atm
【答案】：A
【解析】：由波意耳定律，p1(V+V’)= p2V，解得充气后储气罐中气体压强为p2=2.5 atm，选项A正确。
2（9分）（2012·新课标理综）如图，由U形管和细管连接的玻璃泡A、B和C浸泡在温度均为0°C的水槽中，B的容积是A的3倍。阀门S将A和B两部分隔开。A内为真空，B和C内都充有气体。U形管内左边水银柱比右边的低60mm。打开阀门S，整个系统稳定后，U形管内左右水银柱高度相等。假设U形管和细管中的气体体积远小于玻璃泡的容积。
（i）求玻璃泡C中气体的压强（以mmHg为单位）
（ii）将右侧水槽的水从0°C加热到一定温度时，U形管内左右水银柱高度差又为60mm，求加热后右侧水槽的水温。
2.【解析】（i）在打开阀门S前，两水槽水温均为T0=273K。设玻璃泡B中气体的压强为p1，体积为VB，玻璃泡C中气体的压强为pC，依题意有
①
式中Δp=60mmHg，打开阀门S后，两水槽水温仍为T0，设玻璃泡B中气体的压强为pB。依题意，有
②
玻璃泡A和B中气体的体积为
V2=VA+VB ③
根据玻意耳定律得
p1VB=pBV2 ④
联立①②③④式，并代入题给数据得
pC=△p=180mmHg ⑤
3.（2012·山东理综）如图所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U型管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长l1=20cm（可视为理想气体），两管中水银面等高。先将右端与一低压舱（未画出）接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h=10cm。（环境温度不变，大气压强p0=75cmHg）
①求稳定后低压舱内的压强（用“cmHg”做单位）
②此过程中左管内的气体对外界 （填“做正功”“做负功”“不做功”），气体将 （填“吸热”或放热“）。
p2=p+ ph
V1=l1S
V2=l2S
由几何关系得h=2(l2-l1)
联立上述各式，代入数据得p=50cmHg。
②做正功；吸热
【考点定位】此题考查玻意耳定律。
4．（6分）（2012·上海物理）右图为“研究一定质量气体在压强不变的条件下，体积变化与温度变化关系”的实验装置示意图。粗细均匀的弯曲玻璃管A臂插入烧瓶，B臂与玻璃管C下部用橡胶管连接，C管开口向上，一定质量的气体被水银封闭于烧瓶内。开始时，B、C内的水银面等高。
（1）若气体温度升高，为使瓶内气体的压强不变，应将C管____________（填：“向上”或“向下”）移动，直至____________；
（2）（单选）实验中多次改变气体温度，用Δt表示气体升高的摄氏温度，用Δh表示B管内水银面高度的改变量。根据测量数据作出的图线是 （ ）
【答案】：（1）向下 B、C两管内水银面等高（2）A
【解析】：（1）若气体温度升高，气体体积增大，为使瓶内气体的压强不变，应将C管向下移动，直至B、C两管内水银面等高,，说明瓶内气体的压强仍然等于大气压。
5．（13分）（2012·上海物理）如图，长L=100cm，粗细均匀的玻璃管一端封闭。水平放置时，长L0=50cm的空气柱被水银封住，水银柱长h=30cm。将玻璃管缓慢地转到开口向下的竖直位置，然后竖直插入水银槽，插入后有Δh=15cm的水银柱进入玻璃管。设整个过程中温度始终保持不变，大气压强p0=75cmHg。求：
（1）插入水银槽后管内气体的压强p；
（2）管口距水银槽液面的距离H。
h)=100cm-(25+15)cm=60cm。
由玻意耳定律得，插入后管内气体的压强
p=p0=×75 cmHg =62.5cmHg。；
（2）设管内水银与槽内水银面间高度差为h’， h’=75cm-62.5cm=12.5cm。
管口距水银槽液面的距离H=L-L’-h’=100cm-60cm-12.5cm=27.5cm。
【考点定位】此题考查玻意耳定律及其相关知识。
6（2012·海南物理）如图，一气缸水平固定在静止的小车上，一质量为m、面积为S的活塞将一定量的气体封闭在气缸内，平衡时活塞与气缸底相距L。现让小车以一较小的水平恒定加速度向右运动，稳定时发现活塞相对于气缸移动了距离d。已知大气压强为p0，不计气缸和活塞间的摩擦，且小车运动时，大气对活塞的压强仍可视为p0，整个过程中温度保持不变。求小车的加速度的大小。
【答案】a=。
p0 V
式中V=SL，V1=S(L-d)，
联立解得：a=。
【考点定位】此题考查玻意耳定律和牛顿第二定律及其相关知识。
二．2011年高考题
1．（2011·上海物理）某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示，图中表示处单位速率区间内的分子数百分率，所对应的温度分别为TI，TII，TIII，则
(A) TI>TII>TIII (B) TIII> TII >TI，
(C) TII >TI，TII> TIII (D) TI=TII=TIII
答案：B 解析：根据气体分子速率分布曲线物理意义可知，TIII> TII >TI，选项B正确。
2（2011·新课标理综）如图，一上端开口，下端封闭的细长玻璃管，下部有长l1=66cm的水银柱，中间封有长l2=6.6cm的空气柱，上部有长l3=44cm的水银柱，此时水银面恰好与管口平齐。已知大气压强为p0=70cmHg。如果使玻璃管绕低端在竖直平面内缓慢地转动一周，求在开口向下和转回到原来位置时管中空气柱的长度。封入的气体可视为理想气体，在转动过程中没有发生漏气。
解析：设玻璃管开口向上时，空气柱压强为p1= p0+ ρgl3 　 ① 　
式中，ρ和g分别表示水银的密度和重力加速度。
3（8分）（2011·海南物理）如图，容积为的容器内充有压缩空气。容器与水银压强计相连，压强计左右两管下部由软胶管相连。气阀关闭时，两管中水银面登高，左管中水银面上方到气阀之间空气的体积为。打开气阀，左管中水银下降；缓慢地向上提右管，使左管中水银面回到原来高度，此时右管与左管中水银面的高度差为h。已λ求气阀打开前容器中压缩空气的压强P1。
解析：(2)由气体实验定律及其相关知识可得p1 V1 +p0 V2=( p0+ρgh)( V1+ V2)，
解得p1= p0+ρgh(1+ V2 /V1)
4.（2011·山东理综）气体温度计结构如图所示。玻璃测温泡A内充有理想气体，通过细玻璃管B和水银压强计相连。开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在O点处，右管D中水银面高出O点=14cm。后将A放入待测恒温槽中，上下移动D，使C中水银面仍在O点处，测得D中水银面高出O点=44cm。（已知外界大气压为1个标准大气压，1标准大气压相当于76cmHg）
①求恒温槽的温度。
②此过程A内气体内能 （填“增大”或“减小”），气体不对外做功，气体将 (填“吸热”或“放热”)。
5.（2011·上海物理）如图，绝热气缸A与导热气缸B均固定于地面，由刚性杆连接的绝热活塞与两气缸间均无摩擦。两气缸内装有处于平衡状态的理想气体，开始时体积均为、温度均为。缓慢加热A中气体，停止加热达到稳定后，A中气体压强为原来的1.2倍。设环境温度始终保持不变，求气缸A中气体的体积和温度。
A部分气体满足
（4分）
∴ （1分）
三．2010年高考题
1. （2010·上海物理）如图，玻璃管内封闭了一段气体，气柱长度为l，管内外水银面高度差为h，若温度保持不变，把玻璃管稍向上提起一段距离，则
（A）h、l均变大 （B）h、l均变小
（C）变大l变小 （D）变小l变大
答案：D【解析】根据玻意耳定律，plS=C，把玻璃管稍向上提起一段距离，p变小，l变大；根据，可知变大，选项D正确。
2（2010江苏物理）(1)为了将空气装入气瓶内，现将一定质量的空气等温压缩，空气可视为理想气体．下列图象能正确表示该过程中空气的压强p和体积V关系的是 ．
（2）在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24kJ的功．现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5kJ的热量．在上述两个过程中，空气的内能共减小 kJ，空气 （选填“吸收”或“放出”）的总能量为 kJ．
【解析】根据理想气体状态方程，空气等温压缩，pV=C，p与1/V成正比，所以该过程中空气的压强p和体积V关系的是图B。
将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，气体内能保持不变；外界做了24kJ的功，空气放出24kJ能量．气瓶缓慢地潜入海底的过程中，放出了5kJ的热量，所以在上述两个过程中，空气的内能共减小5kJ，空气放出的总能量为24kJ+5kJ=29kJ。
【答案】.(1)B (2)5；放出；29
3．（2010山东理综）一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为v0，开始时内部封闭气体的压强为p0。经过太阳曝晒，气体温度由T0=300K升至T1=350K。
（1）求此时气体的压强。
（2）保持T1=350K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p0。求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值。判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因。
4．(10分)（2010·新课标理综）如图所示，一开口气缸内盛有密度为ρ的某种液体；一长为l的粗细均匀的小瓶底朝上漂浮在液体中，平衡时小瓶露出液面的部分和进入小瓶中液柱的长度均为l/4。一用活塞将气缸封闭（图中未画出），使活塞缓慢向下运动，各部分气体的温度均保持不变。当小瓶的底部恰好与液面相平时，进入小瓶中的液柱长度为l/2，求此时气缸内气体的压强。大气压强为p0，重力加速度为g。
解：设当小瓶内气体的长度为l时，压强为p1；当小瓶的底部恰好与液面相平时，瓶内气体的压强为p2，气缸内气体的压强为p3，依题意 p1=p0+ρgl ①
5.（2010海南物理)如右图，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热气缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；气缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体．p0和T0分别为大气的压强和温度．已知：气体内能U与温度T的关系为U=αT，α为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的．求
(i)气缸内气体与大气达到平衡时的体积V1：
(ii)在活塞下降过程中，气缸内气体放出的热量Q .
【解析】(ⅰ)在气体由压强p=1.2p0下降到p0的过程中，气体体积不变，温度由T=2.4T0变为T1，由查理定律得 ； ①
在气体温度由T1变为T0的过程中，体积由V减小到V1，气体压强不变，由盖·吕萨克定律得 ； ②
由①②式得 V1=V/2 .。 ③
【点评】此题考查热力学第一定律和气体实验定律等知识点。注意应用查理定律时温度必须变换成热力学温度。
四．2009年高考题
1．（2009年山东卷）．一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C，其中A→B过程为等压变化，B→C过程为等容变化。已知VA=0.3m3，TA=TB=300K、TB=400K。
（1）求气体在状态B时的体积。
（2）说明B→C过程压强变化的微观原因。
（3）没A→B过程气体吸收热量为Q，B→C过程气体放出热量为Q2，比较Q1、Q2的大小说明原因。
于Q2。
【点评】此题考查盖·吕萨克定律、压强变化的微观原因和热力学第一定律。注意应用盖·吕萨克定律时，温度必须变换成热力学温度，而体积只要两边单位相同即可。
2．（2009年海南物理）一气象探测气球，在充有压强为1.00atm（即76.0cmHg）、温度为27.0℃的氦气时，体积为3.50m3。在上升至海拔6.50km高空的过程中，气球内氦气逐渐减小到此高度上的大气压36.0cmGg，气球内部因启动一持续加热过程而维持其温度不变。此后停止加热，保持高度不变。已知在这一海拔高度气温为-48.0℃。求：
（1）氦气在停止加热前的体积；
（2）氦气在停止加热较长一段时间后的体积。
【解析】（1）在气球上升至海拔6.50km高空的过程中，气球内氦气经历一等温过程。
根据玻意耳—马略特定律有p1 V1= p2 V2，
式中，p1=76.0cmHg，V1=3.50m3，p2=36.0cmHg，V2是在此等温过程末氦气的体积。
【点评】此题考查玻意耳—马略特定律和盖·吕萨克定律的应用。在应用玻意耳—马略特定律列式时，只要两边压强和体积的单位相同即可，而应用盖·吕萨克定律和查理定律时，温度必须变换成热力学温度。
3．（2009年宁夏卷）（1）带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体。气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到状态c，b、c状态温度相同，如V-T图所示。设气体在状态b和状态c的压强分别为pb、和pc,在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则 （填入选项前的字母，有填错的不得分）
A. pb > pc，Qab>Qac B. pb > pc，QabC. pb < pc，Qab>Qac D. pb < pc，Qab（2）图中系统由左右连个侧壁绝热、底部、截面均为S的容器组成。左容器足够高，上端敞开，右容器上端由导热材料封闭。两个容器的下端由可忽略容积的细管连通。
容器内两个绝热的活塞A、B下方封有氮气，B上方封有氢气。大气的压强p0，温度为T0=273K，两个活塞因自身重量对下方气体产生的附加压强均为0.1 p0。系统平衡时，各气体柱的高度如图所示。现将系统的底部浸入恒温热水槽中，再次平衡时A上升了一定的高度。用外力将A缓慢推回第一次平衡时的位置并固定，第三次达到平衡后，氢气柱高度为0.8h。氮气和氢气均可视为理想气体。求
（i）第二次平衡时氮气的体积；
（ii）水的温度。
【解析】（1）由V-T图象可知，状态b的体积大于状态c的体积，状态b的温度等于状态c的温度，根据理想气体状态方程pV/T=C可知，状态b的压强小于状态c的压强，即pb < pc。气体由状态a经过过程ab到达状态b，温度升高，内能为1.1 p0，体积为V；末态的压强为p’，体积为V’，则p’= p+0.1p0=1.35p0 ②
V’=2.2hS ③
由玻意耳定律1.1 p0V= p’ V’得V=2.7 hS ④
(ii) 活塞A从最初位置升到最高点的过程为等压过程。该过程的初态体积和温度分别为V’=2 hS和T0=273K，末态体积为V=2.7 hS。设末态温度为T，由盖-吕萨克定律V’/ T0=V/T
得 T=368.55K。
即水的温度为368.55K。
【点评】此题涉及的研究对象有氢气和氮气两部分气体，过程有三个，需要分别应用相关气体实验定律解答。要注意，应用理想气体状态方程列方程解题时，体积、压强只要两边单位相同即可，而温度必须变换成热力学温度。
五．2008年高考题
1（8分）（2008·海南物理）如图，一根粗细均匀、内壁光滑、竖直放置的玻璃管下端密封，上端封闭但留有一抽气孔．管内下部被活塞封住一定量的气体（可视为理想气体），气体温度为T1．开始时，将活塞上方的气体缓慢抽出，当活塞上方的压强达到p0时，活塞下方气体的体积为V1，活塞上方玻璃管的容积为2.6V1。活塞因重力而产生的压强为0.5p0。继续将活塞上方抽成真空并密封．整个抽气过程中管内气体温度始终保持不变．然后将密封的气体缓慢加热．求：
①活塞刚碰到玻璃管顶部时气体的温度；
③当气体温度达到1.8T1时气体的压强．
解得：p2＝0.75p0
2（2008·山东理综）喷雾器内有10 L水，上部封闭有1 atm的空气2 L．关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入1 atm的空气3 L（设外界环境温度一定，空气可看作理想气体）．
⑴当水面上方气体温度与外界温度相等时，求气体压强，并从微观上解释气体压强变化的原因．
⑵打开喷雾阀门，喷雾过程中封闭气体可以看成等温膨胀，此过程气体是吸热还是放热？简要说明理由．
3（2008·宁夏理综）一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的气缸内，活塞相对于底部的高度为h，可沿气缸无摩擦地滑动．取一小盒沙子缓慢地倒在活塞的上表面上．沙子倒完时，活塞下降了h/4．再取相同质量的一小盒沙子缓慢地倒在活塞的上表面上．外界天气的压强和温度始终保持不变，求此次沙子倒完时活塞距气缸底部的高度．
六．2007年高考题
（2007年高考海南物理）如图，在大气中有一水平放置的固定圆筒，它由a、b和c三个粗细不同的部分连接而成的，各部分的横截面积分别为、和。已知大气压强为po，温度为Ｔo。两活塞Ａ和Ｂ用一根长为４l的不可伸长的轻线相连，把温度为To的空气密封在两活塞之间，此时两活塞的位置如图所示。现对被密封的气体加热，使其温度缓慢上升到Ｔ。若活塞与圆筒壁之间的摩擦可忽略，此时两活塞之间气体的压强可能为多少？
解析：设加热前，被密封气体的压强为p1,轻线的张力为f。因而活塞处在静止状态，对Ａ活塞有2p1S—2p0S—f=0　　　　　　　　　　　　①
对Ｂ活塞有p1S—p0S—f=0 ②　
　　　　　　　　　　　　　　
由①②式得
　　　　p1 =p0 ③
f=0 ④　
设此时气体的温度为Ｔ2,由盖－吕萨克定律V2∝T2有
　　　　=　　　　　　　　　　　　　　　　⑦
由③⑥⑦式得T2 =5T0/4　⑧
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
由此可知，当Ｔ≤T2=Ｔ0时，气体的压强
　　　　p2 =p0 ⑨
当Ｔ＞Ｔ2时，活塞已无法移动，被密封气体的体积保持Ｖ２不变，气体经历一等容升压过程。当气体的温度为Ｔ时，设其压强为p，由查理定律p∝T，即有　　　　　　p/T=p0/T2　　　　　　　　　　　　　　　⑩
由⑧⑨⑩式得p =p0.
即当Ｔ＞Ｔ0时，气体的压强为=p0.。
七．2006年高考题
1.（2006·上海物理）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-h2+h3）
D.p0-ρg（h1+h2）
2．（2006·四川理综）对一定质量的气体，下列说法正确的是
A．温度升高，压强一定增大
B．温度升高，分子热运动的平均动能一定增大
C．压强增大，体积一定减小
D．吸收热量，可能使分子热运动加剧、气体体积增大
3（2006·上海物理）一活塞将一定质量的理想气体封闭在水平固定放置的气缸内，开始时气体体积为V0，温度为27 ℃.在活塞上施加压力，将气体体积压缩到V0，温度升高到57 ℃.设大气压强p0=1.0×105 Pa，活塞与气缸壁摩擦不计.
（1）求此时气体的压强；
（2）保持温度不变，缓慢减小施加在活塞上的压力使气体体积恢复到V0，求此时气体的压强.
答案：（1）1.65×105 Pa (2)1.1×105 Pa
4（2006·上海物理）一活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内，初始时气体体积为3.0×10-3 m3.用DIS实验系统测得此时气体的温度和压强分别为300 K 和1.0×105 Pa.推动活塞压缩气体，测得气体的温度和压强分别为320 K和1.6×105 Pa.
(1)求此时气体的体积；
(2)保持温度不变，缓慢改变作用在活塞上的力，使气体压强变为8.0×104 Pa，求此时气体的体积.
答案：(1)2.0×10-3 m3 (2)4.0×10-3 m3
解析：(1)气体从状态Ⅰ到状态Ⅱ的变化符合理想气体状态方程
①
八．2005年高考题
（2005上海物理卷）一同学用下图2装置研究一定质量气体的压强与体积的关系实验过程中温度保持不变．最初，U形管两臂中的水银面齐
气体体积V(ml) 800 674 600 531 500
水银面高度差h(cm) 0 14.0 25.0 38.0 45.0
平，烧瓶中无水．当用注射器往烧瓶中注入水时，U形管两臂中的水银面出现高度差．实验的部分数据记录在右表．
(1)根据表中数据，在右图3中画出该实验的h－l／V关系图线．
(2)实验时，大气压强P0＝__________cmHg．
答案(1)如右图所示 (2)75.0cmHg
解析：（1）根据表中数据，先计算出1/V，画出该实验的h－l/V关系图线如图4所示．
（2）设左管水银面与右管水银面的高度差为h，压强单位用cmHg表示，则被封闭气体的压强为p0+h。由玻意耳定律有（p0+h）V=k，其中k为常量，解得h=k/V-p0，为一次函数，图象与纵轴的截距的绝对值即为大气压强P0，所以P0＝75.0cmHg。
【点评】玻意耳定律中的常量k是与定质量气体的质量、温度相关的常量。
九．2004年高考题
（2004·上海物理）如图所示，一端封闭、粗细均匀的薄壁玻璃管开口向下竖直插在装有水银的水银槽内，管内封闭有一定质量的空气，水银槽的截而积上下相同，是玻璃管截面积的5倍，开始时管内空气柱长度为6cm，管内外水银面高度差为50cm.将玻璃管沿竖直方向缓慢上移（管口未离开槽中水银），使管内外水银而高度差变成60cm.（大气压强相当于75cmHg）求：
（1）此时管内空气柱的长度；
（2）水银槽内水银面下降的高度；
十．2003年高考题
1．（2003·北京春招）一根粗细均匀长1.0m的直玻璃管，上端封闭，下端开口，将它竖直地缓慢插入深水池中，直到管内水面距管上端0.50m为止。已知水的密度为1.0×103kg/m3，重力加速度为10m/s2，大气压强1.0×105Pa，则这时管内、外水面的高度差为
A 9m B 9.5m C 10m D 10.5m
答案：解析：由玻意耳定律，p0L= pL/2，解得p=2.0×105Pa。p= p0+ρgh解得h=10m，选项C正确。
2.（2003江苏广东物理）一定质量的理想气体
A.先等压膨胀，再等容降温，其温度必低于其始温度
B.先等温膨胀，再等压压缩，其体积必小于起始体积
C.先等容升温，再等压压缩，其温度有可能等于起始温度
D.先等容加热，再绝热压缩，其内能必大于起始内能
答案：CD解析：一定质量的理想气体先等压膨胀，吸收热量，对外做功，温正确。
h
图3
图3
图4
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