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 精选练习2（解析版）
一、选择题
1．如图所示为两端开口的形直管，右侧直管中有一部分空气被一段水银柱与外界隔开，若在右侧直管中再注入一些水银，则平衡后（外界温度恒定）（　　）
A．两侧水银面A、高度差减小 B．两侧水银面A、高度差增大
C．右侧封闭气柱体积变大 D．两侧水银面A、高度差不变
2．如图所示，为一种演示气体实验定律的仪器——哈勃瓶，它是一个底部开有圆孔，瓶颈很短的导热平底大烧瓶。瓶内塞有一气球，气球的吹气口反扣在瓶口上，瓶底的圆孔上配有一个橡皮塞。在一次实验中，瓶内由气球和橡皮塞封闭一定质量的气体，封闭气体的压强为，在对气球缓慢吹气过程中，当瓶内气体体积减小时，压强增大，若使瓶内气体体积减小，则其压强为（　　）
A． B． C． D．
3．如图所示，一竖直放置的气缸被轻活塞AB和固定隔板CD分成两个气室，CD上安装一单向阀门，当气室2中的压强大于气室1中的压强时，单向阀门向下开启。已知开始时，气室1内气体压强为2p0，气室2内气体压强为p0，气柱长均为L，活塞面积为S，活塞与气缸间无摩擦，气缸导热性能良好，重力加速度为g。现在活塞上方缓慢放置质量为m的细砂后，下列说法正确的是（　　）
A．当时，气室1的压强为4p0
B．当时，气室2的压强为
C．当时，活塞向下移动
D．当时，活塞向下移动
4．如图所示，一竖直放置的型玻璃管，各段粗细均匀，上端均开口。内部左右两侧有水银，水银柱竖直高度均为，底部水平管内封闭一段长的气柱，气柱紧贴左侧竖直管。已知管导热良好，周围环境温度不变，大气压强为。现在右侧管中再缓慢加入长的水银柱，稳定后，下列判断正确的是（　　）
A．两侧水银面最上端仍然齐平
B．气柱的压强为，且长度变小
C．两侧水银面最上端高度差为
D．左侧再加入长的水银柱，则气柱将到达左侧竖直管最低端
5．桶装纯净水及压水装置原理如图所示。柱形水桶直径为24cm，高为35cm；柱压水蒸气囊直径为6cm，高为8cm，水桶颈部的长度为10cm。当人用力向下压气囊时，气囊中的空气被压入桶内，桶内气体的压强增大，水通过细出水管流出。已知水桶所在处大气压强相当于10m水压产生的压强，当桶内的水还剩5cm高时，桶内气体的压强等于大气压强，忽略水桶颈部的体积。至少需要把气囊完全压下几次，才能有水从出水管流出？〔不考虑温度的变化）（　　）
A．2次 B．3次 C．4次 D．5次
6．一上端开口，下端封闭的细长玻璃管用水银柱封闭一段理想气体，初始时玻璃管竖直放置，各段长度如图所示，现将玻璃管在竖直平面内沿顺时针方向缓慢转，水银未流出管口，已知大气压强为p=75cmHg，环境温度不变，则此时气体的长度为（　　）
A． B． C．17cm D．25cm
7．如图所示，开口向下插入水银槽的玻璃管内封闭着长为H的空气柱，管内水银面比管外高，管内外水银面高度差为h，若将玻璃管向上提起一小段距离，则空气柱的压强和密度变化情况是（　　）
A．压强和密度都变大 B．压强和密度都变小
C．压强变大而密度变小 D．压强变小而密度变大
8．如图所示为某同学设计的喷药装置，内部装有8L药液，上部密封1atm的空气1L，保持阀门关闭，再充入1atm的空气0.2L，设在所有过程中空气可看成理想气体，且温度不变，下列说法错误的是（　　）
A．充气后，密封气体的压强增大为1.2atm
B．充气后，密封气体的分子平均动能不变
C．打开阀门后，密封气体对外界做正功
D．打开阀门后，不再充气也能把药液喷光
9．如图所示，一端开口，一端封闭的玻璃管，封闭端有一定质量的气体，开口端置于水银槽中，用弹簧测力计拉着玻璃试管而平衡，此时管内外水银面高度差为，弹簧测力计示数为，若在水银槽中缓慢地倒入部分水银，使槽内水银面升高一些，稳定后管内外水银面高度差为，弹簧测力计示数为，则（　　）
A． B．
C． D．
10．如图，一端封闭的玻璃管，开口向下竖直插在水银槽里，管内封有长度分别为L1和L2的两段气体。若把玻璃管缓慢向上提起，但管口不离开液面，则管内气体的长度（　　）
A．L1和 L2都变小 B．L1和 L2都变大
C．L1变大，L2变小 D．L1变小，L2变大
11．如图，两端封闭的直玻璃管竖直放置，一段水银将管内气体分隔为上下两部分，已知上部分气体压强等于大气压强。若水银柱所在玻璃管处开一个小孔，则短时间内（　　）
A．上部气体体积减小
B．下部分气体压强增大
C．上端水银面下降，下端水银面上升
D．上端水银面下降，下端水银面下降
12．一定质量的气体在温度保持不变时，压强增大到原来的4倍，则气体的体积变为原来的（　　）
A．4 B．2 C． D．
13．在室内，将装有5atm的6L气体的容器阀门打开后，从容器中逸出的气体相当于（设室内大气压强p0＝1atm）（　　）
A．5atm，4.8L B．1atm，24L C．5atm，3L D．1atm，30L
14．一个开口玻璃瓶内有空气，现将瓶口向下按入水中，在水面下0.8m深处恰能保持静止不动，下列说法正确的是（　　）
A．将瓶稍向下按，放手后保持静止不动
B．将瓶稍向下按，放手后加速下沉
C．将瓶稍向上提，放手后保持静止不动
D．将瓶稍向上提，放手后加速上升
15．如图所示为充气泵气室的工作原理图。设大气压强为p0，气室中的气体压强为p，气室通过阀门S1、S2与空气导管相连接。以下选项中正确的是（　　）
A．当橡皮碗被拉伸时，p>p0，S1关闭，S2开通
B．当橡皮碗被拉伸时，pC．当橡皮碗被压缩时，p>p0，S1关闭，S2开通
D．当橡皮碗被压缩时，p二、解答题
16．2021年7月4日中空间站的刘伯明成功开启了天和号核心舱出舱舱门，两位宇航员先后从核心舱成功出舱。气闸舱是载人航天器中供航天员进人太空或由太空返回时用的气密性装置。气闸舱有两个气闸门，一个与密封座舱连接，称内闸门：另一个是可通向太空的外闸门。航天员出舱进入太空活动前，在座舱内穿好航天服，走出内闸门后关闭内闸门，使用真空泵把气闸舱内空气抽入座舱内，当气闸舱内和外界空间的压力相等时才能打开外闸门进入太空。航天员返回气闸舱时按相反的顺序操作。假设座舱容积为，宇航员进入气闸舱前压强为，气闸舱容积为。真空泵进行一次抽气中可把体积为的气体送入对应仓内。已知空间站正常运行时气闸舱与座舱气压相等，不考虑漏气、新鲜气体注入及航天员体积。求：
（1）把气闸舱内气体全部抽入到座舱内，座舱内气体压强；
（2）出舱时，抽气机把气闸舱内气体抽入到座舱，完成两次抽气时气闸舱内气体压强。
17．如图所示，竖直放置的导热气缸A和B底面积相同，高度都为L，气缸侧壁分别安装阀门和。两气缸通过长度也为L的绝热管道连接，厚度不计的绝热轻活塞a、b可以上下无摩擦地移动，活塞a的横截面积为b的两倍。气缸外面大气压强为、温度恒为，开始时A、B内都封闭有压强为、温度为的空气，活塞a在气缸A最上端活塞在管道最上端。若先用一细软管（软管图中未画出）将阀门和连在一起后再分别打开，用力向下缓慢推动活塞a，使活塞a先向下移动，而后关闭阀门和，继续向下缓慢推动活塞a，当活塞b移动到管道中时（活塞a仍在阀门的上端），停止推动活塞a并将其固定，接着缓慢加热气缸B中的气体，直到活塞回到最初始的位置。求
（1）从气缸A移动到气缸B中气体质量占气缸A、B内气体总质量的比值；
（2）活塞a向下移动的总位移；
（3）活塞b回到初始位置时，气缸B中气体的温度。
参考答案
1．B
【详解】
设大气压为，由题图可知，右侧封闭气体压强
向右管内注入一些水银，变大，则变大，不变，由
可知，变大，气体温度不变，压强变大，由玻意耳定律可知，气体体积减小，故ACD错误，B正确。
故选B。
2．D
【详解】
气体做的是等温变化，由玻意耳定律得：
，
解得：
p′=2p0
故选D。
3．D
【详解】
A．当活塞刚好到达CD位置时，对气室1，2内的气体，根据玻意耳定律可得
解得
对活塞受力分析，根据共点力平衡可得
解得
若
此时，单向阀门已向下开启且活塞已经到达CD位置，故气室1的压强为，故A错误；
BCD．当气室2内的压强刚好到达时，对活塞受力分析，根据共点力平衡可得
解得
当
时，单向阀门开启且活塞稳定时，对于气室1，2内气体，等温变化有
对活塞受力分析，由共点力平衡可得
联立解得
所以，活塞下降
故BC错误，D正确。
故选D。
4．C
【详解】
ABC．依题意可知，向右侧管中缓慢加入长的水银柱，稳定后，由于左侧管中水银柱长度不变，则封闭气体的压强不变，又温度不变，所以封闭气柱长度不变；若右侧管中水银刚好进入左侧管中，由于空气柱长度为4cm，则可知此时，右侧管中水银柱高度为16cm，则封闭气体压强为
显然，右侧管中有水银进入左侧管中，最终封闭气体压强为，所以右侧管中水银有3cm进入左侧管中，此时左侧水银柱加空气柱总长度为
右侧侧水银柱总长度为
所以，稳定后两侧水银面最上端高度差为
故AB错误，C正确；
D．若左侧再加入长的水银柱，稳定后，由于封闭气体温度不变，根据玻意耳定律有
气柱长度将变短，所以可知气柱将不能到达左侧竖直管最低端，故D错误。
故选C。
5．B
【详解】
设至少需要把气囊完全压n次，才能有水从出水管流出，设大气压强为p0，水桶内气体体积为V0，气囊体积为V1，根据玻意耳定律可得
其中
联立解得
即至少需要把气囊完全压3次
故选B。
6．A
【详解】
对用水银柱封闭的一定质量的理想气体，初态有
，
末态为
，
玻璃管转动过程温度不变，则有
解得
故选A。
7．B
【详解】
假设玻璃管上提时水银柱长度不变，则封闭气体压强减小，在大气压的作用下水银柱将上升，所以h增大；而根据可知封闭气体压强减小，由玻意耳定律可知气体体积增大，由于气体的质量不变，根据可知密度变小。
故选B。
8．D
【详解】
A．把充入的气体和原气体作为整体：气体做等温变化，根据玻意耳定律可得
解得
故A正确，不符合题意；
B．温度是平均动能的标志，温度不变，所以分子的平均动能不变，故B正确，不符合题意；
C．充气后封闭气体压强变为1.2atm，大于大气压强，所以打开阀门后，气体膨胀，对外界做功，故C正确，不符合题意；
D．膨胀过程温度不变属于等温变化，若都喷完容器中的水，由
得喷完容器中的水后，容器的气体压强小于外界气体压强，所以水不能喷完，故D错误，符合题意。
故选D。
9．B
【详解】
管内气体压强为
p=p0-ρgh
测力计拉力为
F=G玻+(p0-p)S
加入部分水银后，液面升高，h减小，p增大，F减小，即满足
，
B正确。
故选B。
10．B
【详解】
由玻意耳定律
把玻璃管缓慢向上提起，L2增大，P2减小，P1减小，L1增大，B正确，ACD错误。
故选B。
11．C
【详解】
设开孔处上方水银柱高度为h1，下方水银柱高度为h2，则开始时下部分气体的压强为
①
开孔后，孔上方水银在孔处的压强为
②
孔下方水银在孔处的压强为
③
所以在短时间内孔上下方的水银都将从孔中溢出，即上端水银面下降，上部分气体体积增大，下端水银面上升。设末状态时孔下方剩余的水银柱高度为h2′，则此时下部分气体压强为
④
根据①④两式可知下部分气体压强减小，综上所述可知ABD错误，C正确。
故选C。
12．D
【详解】
根据玻意耳定律得温度一定时，气体的压强与体积成反比，所以体积变为原来的。
故选D。
13．AB
【详解】
BD．当气体从阀门跑出时，温度不变，所以
p1V1=p2V2
当p2=1atm时，得
V2=30L
逸出气体30L-6L=24L，故B正确，D错误；
AC．根据玻意耳定律可得
p2（V2-V1）=p1V1′
得
V1′=4.8L
所以逸出的气体相当于5atm下的4.8L气体，故C错误，A正确。
故选AB。
14．BD
【详解】
瓶保持静止不动，受力平衡
mg=ρgV
由玻意耳定律可知，
AB．将瓶下按后，该过程可视为等温过程，由玻意耳定律，p增大V减小，
mg＞ρgV
故放手后加速下沉，故A错误，B正确；
CD．若将瓶子提起，该过程可视为等温过程，由玻意耳定律，则压强减小，空气体积增大，排水量增大
ρgV＞mg
瓶子会加速上升，故 C错误，D正确。
故选BD。
15．BC
【详解】
气室内的气体做等温变化，由玻意耳定律得
PV=C
故当橡皮碗被拉伸时封闭气体体积增大，压强减小，被压缩时体积减小，压强增大。
AB．当橡皮碗被拉伸时，pCD．当橡皮碗被压缩时，p>p0，S1关闭，S2开通，故D错误，C正确。
故选BC。
16．（1）；（2）
【详解】
（1）对气闸舱和座舱内气体分析，由玻意耳定律得
解得
（2）对气闸舱内气体，完成第一次抽气时，由玻意耳定律得
完成第二次抽气时，由玻意耳定律得
解得
17．（1）3:20；（2）；（3）3T0
【详解】
（1）活塞a在气缸A最上端时，A中气体质量和总质量的比值为
活塞a向下移动0.5L后，A中剩余气体质量和总质量的比值为
（2）设活塞a又向下移动x时，活塞b到达管道中央
对活塞b上部分气体，由玻意耳定律可得：
p1×0.5LS=p2（0.75L-x）S
对活塞b下部分气体，由玻意耳定律可得：
p1×1.5LS=p2×1.25LS
解得
x=
活塞a向下移动的总位移为
△x==
（3）设活塞a向下移动0.5L后，气缸A、B中气体的压强为p1
p0 （2LS+0.5LS）= p1 （1.5LS+0.5LS）
p1=
p2=
设活塞b回到初始位置时，气缸A、B中气体压强为p3
对活塞b上部分气体，由玻意耳定律可得：
p1×0.5LS=p3（L-）S
p3=
对B中气体，由理想气体状态方程可得：
T=3T0