-2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册-2.2气体的等温变化同步练习(Word版含答案)

2.2气体的等温变化
一、选择题（共14题）
1．一只轮胎容积为10L，装有压强为1.5atm的空气．现用打气筒给它打气,已知打气筒每打一次都把体积为1L、压强与大气压相同的气体打进轮胎，要使轮胎内气体压强达到2.5atm，应至少打多少次气(打气过程中轮胎容积及气体温度保持不变)
A．8次 B．10次 C．12次 D．14次
2．一定质量的理想气体，由状态A经状态B沿直线AC变化到状态C，如图所示，气体在A、B、C三个状态中的温度之比是（ ）
A．1：3：5 B．2：4：6 C．3：4：3 D．4：3：4
3．某同学借助铅笔把气球塞进一只瓶子里，并拉大气球的吹气口，反扣在瓶口上，然后，给气球吹气，发现要把气球吹大，非常困难，不管怎么吹，气球不过大了一丁点，这主要是因为（　　）
A．瓶和气球之间密封着的空气体积缩小，压强增大，阻碍了气球的膨胀
B．气球里气体质量增大压强增大
C．气球一部分与瓶接触受到瓶的阻力
D．气球和嘴连通的部分狭小，压强很大，阻碍了人往气球里吹气
4．呼吸机在抗击新冠肺炎的战疫中发挥了重要的作用。呼吸机的工作原理可以简述为：吸气时会将气体压入患者的肺内，当压力上升到一定值时，呼吸机会停止供气，呼气阀也会相继打开，患者的胸廓和肺就会产生被动性的收缩，进行呼气。若吸气前肺内气体的体积为，肺内气体压强为（大气压强）。吸入一些压强为的气体后肺内气体的体积变为，压强为，若空气视为理想气体，整个过程温度保持不变，则吸入气体的体积为（　　）
A． B． C． D．
5．如图所示，粗细均匀的U形管竖直放置，管内由水银柱封住一段空气柱．如果沿虚线所示的位置把开口一侧的部分截掉，保持弯曲部分管子位置不动，则封闭在管内的空气柱将（ ）
A．体积变小
B．体积变大
C．压强变小
D．压强不变
6．现有一个容积为400L的医用氧气罐，内部气体可视为理想气体，压强为15MPa，为了使用方便，用一批相同规格的小型氧气瓶（瓶内视为真空）进行分装，发现恰好能装满40个小氧气瓶，分装完成后原医用氧气罐及每个小氧气瓶内气体的压强均为3MPa，不考虑分装过程中温度的变化，则每个小氧气瓶的容积为（　　）
A．20L B．40L C．50L D．60L
7．如图所示，玻璃管内的水银柱的高度h=70 cm，大气压是一个标准大气压，现在我们将玻璃管向上提起一段，在上提的过程中管口不离开水银面，那么管内水银柱的高度将（ ）
A．增加 B．减少 C．不变 D．无法确定
8．做托里拆利实验时，玻璃管内残留了空气，此时玻璃管竖直放置如图所示。假如把玻璃管倾斜适当角度，玻璃管下端仍浸没在水银中（视空气温度、大气压强不变，空气中的玻璃管长度不变），下列变化符合实际的是（　　）
A．管内水银长度变长，管内空气压强增大
B．水银高度差变大，管内空气压强减小
C．水银高度差不变，管内空气体积变小
D．管内水银长度变短，管内空气体积变大
9．用活塞气筒向一个容积为V的容器内打气，每次把体积为、压强为的空气打入容器内，若容器内原有空气的压强为p，打气过程中温度不变，则打了n次气后容器内气体的压强为（　　）
A． B． C． D．
10．如图所示，活塞的质量为m，缸套的质量为M，通过弹簧吊在天花板上，汽缸内封住一定质量的气体，缸套和活塞间无摩擦，活塞面积为S，大气压强为p0，则封闭气体的压强为( )
A．p＝p0＋ B．p＝p0＋
C．p＝p0－ D．p＝mg/S
11．如图所示，当玻璃管与水平面成30°角时，汞面上玻璃管内汞柱的长为厘米，已知大气压是76厘米汞柱，那么当沿着30°的方位把玻璃管往上拔时（　　）
A．汞柱的长度不变 B．汞柱的长度变短
C．汞柱的长度变长 D．以上三种情况都有可能（系统的温度恒定）
12．如图所示，开口向上的气缸内用质量为m的活塞封闭一定质量的理想气体，现让气缸做自由落体运动。气缸导热良好，不计活塞与气缸间的摩擦，环境温度不变。在下落过程中当活塞再次相对气缸静止时，下列说法正确的是（　　）
A．活塞仍在原位置
B．活塞在原位置上方
C．活塞在原位置下方
D．从开始运动到活塞再次相对气缸静止的过程中，气体放热
13．如图，竖直放置的右管上端开口的U型玻璃管内用水银封闭了一段气体，右管内水银面高于左管内水银面，若U型管匀减速下降，管内气体（ ）
A．压强增大，体积增大 B．压强增大，体积减小
C．压强减小，体积增大 D．压强减小，体积减小
14．如图所示的装置，气缸分上、下两部分，下部分的横截面积大于上部分的横截面积，大小活塞分别在上、下气缸内用一根硬杆相连，两活塞可在气缸内一起上下移动．缸内封有一定质量的气体，活塞与缸壁无摩擦且不漏气，起初，在小活塞上的杯子里放有大量钢球，请问哪些情况下能使两活塞相对气缸向上移动（　　）
A．给气缸内缓慢加热
B．增加几个钢球
C．大气压变小
D．让整个装置自由下落
二、综合题（共8题）
15．在高空飞行的客机上某乘客喝完一瓶矿泉水后，把瓶盖拧紧。下飞机后发现矿泉水瓶变瘪了，机场地面温度与高空客舱内温度相同。由此可判断，高空客舱内的气体压强______（选填“大于”、“小于”或“等于”）机场地面大气压强：从高空客舱到机场地面，矿泉水瓶内气体的分子平均动能______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
16．若一条鱼儿正在水下10m处戏水，吐出的一个体积为1cm3的气泡。气泡内的气体视为理想气体，且气体质量保持不变，大气压强为p0=1.0×105Pa，g=10m/s2，湖水温度保持不变，气泡在上升的过程中，气体______（填“吸热”或者“放热”）；气泡到达湖面时的体积为______cm3。
17．如图所示为“探究气体等温变化规律”的实验装置，气体的压强可从仪表上读出，一段空气柱被橡胶塞和柱塞封闭在针筒内，从刻度尺上可读出空气柱的长度．实验过程中气体压缩太快会使气体温度________（选填“升高”、“不变”或“降低”）。若实验中气体向外漏气，测得气体的体积与压强的乘积_________（选填“变大”、“不变”或“变小”）。
18．如图所示，甲、乙、丙图中的玻璃管内都灌有水银，丁图中的小玻璃管浸没在水中。大气压强p0=76cmHg，（p0=1.01×105Pa，g取10m/s2，ρ水=1×103kg/m3），则以下四幅图中封闭气体A的压强p甲=________，p乙=________，p丙=________，p丁=________。
19．如图甲所示，水平放置汽缸由导热材料制成，总体积为V，内部被一光滑活塞分为体积相等的两部分，活塞的面积为S，开始时两部分的气体压强为p0。现在把汽缸由水平缓慢旋转90°竖直放置，活塞下移，设环境温度不变，求活塞的质量。
20．如图所示，在长为L＝61 cm的一端封闭、另一端开口向上的竖直细玻璃管内，用4 cm高的水银柱封闭着38cm长的理想气体，管内外气体的温度均为27，大气压强p0＝76cmHg。求：若保持管内温度始终为27，现将玻璃管缓慢放至水平时，求管中气体的长度。
21．如图所示，用打气筒通过细导管向一容器打气。向上提打气筒活塞时，空气自由进入打气筒内部；当活塞下压到一定程度时，打气筒内气体全部被压到容器内部。已知打气之前，容器内原有空气的压强与外界大气压强p0相同、体积为V，活塞每次上提后进入打气筒内的气体体积为0.5V，打气过程中气体温度不变，容器内部体积不变，气体只能单向从打气筒中进入容器，细导管内气体体积可忽略不计。求：
(1)第1次打气完成后，容器内气体压强；
(2)若打气筒活塞每次上提的高度为h，第n次打气时，下压活塞到离筒底高度为多少时才能将气体打入容器内部？
22．如图，一带有活塞的气缸通过底部的水平细管与一个上端封闭的竖直管相连，气缸和竖直管均导热，气缸与竖直管的横截面积之比为3：1，初始时，该装置底部盛有水银；左右两边均封闭有一定质量的理想气体，左边气柱高24cm，右边气柱高22cm；两边液面的高度差为4cm．竖直管内气体压强为76cmHg，现使活塞缓慢向下移动，使气缸和竖直管内的水银面高度相差8cm，活塞与气缸间摩擦不计．求
①此时竖直管内气体的压强；
②活塞向下移动的距离．
参考答案
1．B
【解析】
设打入n此后轮胎内气体压强达到2.5atm，则由玻意耳定律：，即，解得n=10次，故选B.
点睛：此题关键是知道打入的气体的质量与原来气体质量之和等于最后轮胎内气体的质量，因PV与质量成正比，故可进行列式.
2．C
【详解】
由图可求得A、B、C三个状态pV之比为：
pAVA：pBVB：pCVC=（3×2）：（2×4）：（1×6）=3：4：3
根据理想气体状态方程，温度T与pV成正比，求出pV之比，则得A、B、C三个状态中的温度之比：
TA：TB：TC=3：4：3。
A．1：3：5，与结论不相符，选项A错误；
B．2：4：6，与结论不相符，选项B错误；
C．3：4：3，与结论相符，选项C正确；
D．4：3：4，与结论不相符，选项D错误；
3．A
【详解】
由题意可知，要将气球吹大很困难，其主要原因是气球和瓶之间密封着空气，当气球体积增大时瓶和气球之间密封着的空气体积缩小，压强增大，阻碍了气球的膨胀。
故选A。
4．D
【详解】
设压入的气体体积为，气体做等温变化，则
解得
故D正确，ABC错误。
故选D。
5．A
【详解】
设玻璃管两侧水银面高度差是，大气压为，则封闭气体压强
沿虚线所示的位置把开口一侧的部分截掉，假设水银柱不移动，变小，封闭气体压强变大，气体温度不变，由玻意耳定律可知，封闭气体体积将变小，水银柱将由右侧玻璃管向左侧玻璃管移动少许．故A项正确，BCD三项错误．
6．B
【详解】
设每个小氧气瓶的容积为V0，以医用氧气罐中所有氧气为研究对象，初态：p1＝15MPa，V1＝400L；末态：p2＝3MPa，V2＝40V0＋400L；因为不考虑温度变化，由玻意耳定律有
代入数据得V0＝40L，B正确。
故选B。
7．A
【详解】
大气压是一个标准大气压，故封闭气体压强为：
；
在上提的过程中，假设管内水银面高度不变，则封闭气体体积变大，根据玻意耳定律，得到气压减小，故水银柱会向上移动；
A.与分析结果一致，故A正确；
B.与分析结果不符，故B错误；
C.与分析结果不符，故C错误；
D.与分析结果不符，故D错误；
8．A
【详解】
假设玻璃管内水银长度不变，则空气柱长度也不变。但是玻璃管倾斜后，管内水银柱高度减小，压强减小，所以管内空气压强与水银柱压强之和小于大气压强，则水银槽内水银会进入玻璃管，则管内水银长度变长，空气体积减小，压强增大。达到新的平衡后，因为后来的封闭气体压强变大，所以水银柱的压强较开始要小，即水银高度差变小。
故选A。
9．C
【详解】
以容器内原有的气体和打进的气体为研究对象如图，初态是，末态是，由玻意耳定律得
所以
故选C。
10．C
【详解】
以气缸底为研究对象进行受力分析，根据平衡条件有：，解得：，C正确；ABD错误；
故选C．
11．A
【详解】
玻璃管内汞柱产生的压强
厘米汞柱
从而玻璃管内为真空，那么当沿着30°的方位把玻璃管往上拔时，汞柱的长度不变。
故选A。
12．B
【详解】
ABC．气缸导热良好，气体变化为等温变化，整体静止时对活塞受力分析
得
整体做自由落体时对活塞进行受力分析，由牛顿第二定律得
得
由波义尔等温变化定律
可知压强减小，体积增大，活塞向上运动，故AC错误，B正确；
D．从开始运动到活塞再次相对气缸静止的过程中，由热力学第一定律
温度不变，为零；膨胀对外做功，为负值； 为正值，说明气体吸热。故D错误。
故选B。
13．B
【详解】
初始状态
若匀减速下降，加速度向上，超重，则右侧水银对气体的压力增大，增大，变大，由玻意耳定律知
pV=C
故V减小，B正确，ACD错误。
故选B。
14．D
【详解】
设缸内气体压强P，外界大气压为P0，大活塞面积S，小活塞面积s，活塞和钢球的总重力为G，以活塞和气体整体为研究对象，由物体平衡条件知：（P0﹣P）（S﹣s）=G…①
A.给气缸缓慢加热，气体温度升高，由盖吕萨克定律知气体体积要增大，从气缸结构上看活塞应向下移动，故A错误；
B.增加几个钢球后，整体的重力变大，由①式知容器内气体压强必须减小，由玻意耳定律知气体体积要增大，所以活塞应向下移动，故B错误；
C.大气压变小时，由①式知道缸内气体压强要减小，由玻意耳定律知气体体积要增大，所以活塞应向下移动，故C错误；
D. 让整个装置自由下落时，钢球完全失重，由①式知道缸内气体压强要增大，由玻意耳定律知气体体积要减小，所以活塞应向上移动，故D正确。
15．小于 不变
【详解】
机场地面温度与高空客舱温度相同，由题意知瓶内气体体积变小，以瓶内气体为研究对象，根据理想气体状态方程
故可知高空客舱内的气体压强小于机场地面大气压强；
由于温度是平均动能的标志，气体的平均动能只与温度有关，机场地面温度与高空客舱温度相同，故从高空客舱到机场地面，瓶内气体的分子平均动能不变。
16．吸热 2cm3
【详解】
气泡上升的过程中体积增大，对外做功，由于保持温度不变，故内能不变，由热力学第一定律可得，气泡需要吸热。
气泡初始时的压强
p1=p0+ρgh=2.0×105Pa
气泡浮到水面时的压强
p2=p0=1.0×105Pa
根据气体的等温变化规律p1V1=p2V2，代入数据得
V2=2cm3
17．升高 变小
【详解】
实验过程中气体压缩太快，外界对气体做功，会使气体温度升高；
实验中气体向外漏气，质量减小，测得气体的体积与压强的乘积变小。
18．66cmHg 71cmHg 81cmHg 1.05×105Pa
【详解】
甲图中以高的水银柱为研究对象可知
乙图中
丙图中B气体的压强
则A气体压强
丁图中气体压强为
19．
【详解】
左右两部分气体的体积都为，压强都为p0，竖直放置后对上部气体列等温变化方程
解得
对下部气体列等温气态方程
解得
对活塞受力分析
解得
20．40cm
【详解】
开始时气体压强p1＝(76＋4)cmHg=80 cmHg，V1=38S；
气体等温变化，管水平放置时，压强为p2=p0=76cmHg，气体长度为Lcm，V2＝LS，
由玻意耳定律
p1V1＝p2V2
得
L＝40cm
21．(1) 1.5p0 ；(2)
【详解】
(1)由于是等温变化，把V和0.5V中气体作为一定质量的气体，根据玻意耳定律得：
p0（V+0.5V)=p1V
解得
p1=1.5p0
(2) 第n次打气时，已经打入了n-1次气体，则此时的压强为pn-1，则
p0[V+0.5V（n-1）]=pn-1V
第n次打气时必须要把气筒内的气体压缩到压强pn-1才能打入容器内部，设下压活塞到离筒底高度为x，则
联立解得
22．① ②
【详解】
试题分析：①先以右侧气体为研究对象，找出初末状态的参量，根据根据玻意尔定律求压强；②再以左侧气体为研究对象，找出初末状态的参量，根据根据玻意尔定律求气柱的长度，然后根据几何关系求解活塞向下移动的距离．
①若右侧竖直管的横截面积为,左侧气缸的横截面积则为
以右侧气体为研究对象：
若左侧液面下降，右侧液面升高
，
根据玻意尔定律得：
解得：
②以左边气体为研究对象：
根据玻意尔定律得：
解得：
活塞下降的高度