2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册-2.3气体的等压变化和等容变化 同步练习 (Word版含答案)

2.3气体的等压变化和等容变化 精选练习2（解析版）
一、选择题
1．下列关于温度及内能的说法中，正确的是（　　）
A．质量和温度相同的冰和水，内能是相同的
B．理想气体的温度升高，每个气体分子的动能增大
C．一定质量的某种物质，即使温度不变，内能也可能发生变化
D．质量相同，温度相同，可看成理想气体的氢气和氧气，它们的内能相同
2．如图所示，一根竖直的弹簧支持着一倒立汽缸的活塞，使汽缸在两个固定的竖直光滑挡板之间悬空而静止。设活塞和缸壁间无摩擦且可以在缸内自由移动，缸壁导热性能良好，汽缸始终不接触地面。使缸内气体温度总能与外界大气的温度相同，则下列结论中正确的是（　　）
A．若外界大气压强增大，则弹簧将压缩一些
B．若外界大气压强增大，则汽缸的上底离地面的高度将增大
C．若大气压强不变，降低缸内气体温度，则活塞距地面的高度将不变
D．若大气压强不变，升高缸内气体温度，则汽缸的上底面距地面的高度将减小
3．在水平桌面上放置一水槽，质量为（不包括管内气体质量）的一薄壁玻璃管长、横截面积，整个管内封有压强为、温度为的一定质量的理想气体，现将玻璃管开口向下竖直插入27℃的水中，打开封口，会有一部分水进入玻璃管内，最终管内气体的温度同水温一致即27℃（不考虑水升温因素），玻璃管可以竖直地浮在水中（未没入水中）如图所示。已知大气压强，水的密度，重力加速度，热力学温度与摄氏温度间的关系为，则玻璃管内气柱的长度和玻璃管露出水面的高度分别为（　　）
A．； B．；
C．； D．；
4．一定质量的理想气体状态变化如图所示，其中AB段与t轴平行，已知在状态A时气体的体积为1.0L，下列说法正确的是（　　）
A．由A到B的过程，气体的体积减小
B．由B到C的过程，气体的体积增大
C．由A到B的过程，气体对外做功200J
D．由B到C的过程，外界对气体做功300J
5．两端封闭的绝热气缸，内有一绝热的活塞将气缸分为左、右两部分，当活塞左侧部分充入77℃的气体，右侧部分充入27℃的气体时，活塞恰好静止不动。现让两部分气体同时升高或降低相同温度，那么（　　）（取）
A．活塞均向右移动
B．活塞均向左移动
C．升高相同温度活塞向右移动，降低相同温度活塞向左移动
D．升高相同温度活塞向左移动，降低相同温度活塞向右移动
6．对于一定质量的理想气体，下列叙述正确的是（　　）
A．当分子热运动变剧烈且分子平均距离变大时，气体压强一定变大
B．当分子热运动变剧烈且分子平均距离变小时，气体压强一定变大
C．当分子间的平均距离变大时，气体压强一定变小
D．当分子热运动变剧烈时，气体压强一定变大
7．如图所示，两个容器A和B容积不同，内部装有气体，其间用细管相连，管中有一小段水银柱将两部分气体隔开。当A中气体温度为tA，B中气体温度为tB，且tA>tB，水银柱恰好在管的中央静止。若对两部分气体加热，使它们的温度都升高相同的温度，下列说法正确的是（　　）
A．水银柱将向上移动
B．水银柱一定保持不动
C．水银柱将向下移动
D．水银柱的移动情况无法判断
8．一个瓶子里装有空气，瓶上有一个小孔跟外面大气相通，原来瓶里气体的温度是7℃，如果把它加热到47℃，瓶里留下的空气的质量是原来质量的（　　）
A． B． C． D．
9．在玻璃瓶中装入半瓶热水盖紧瓶盖，一段时间后发现瓶盖很难拧开，由此可推断瓶内气体可能发生的变化是（　　）
A．温度降低，压强减小 B．温度降低，压强不变
C．温度降低，压强增大 D．温度升高，压强减小
10．两端封闭的均匀玻璃管，竖直放置，管内有一小段水银将气体分成上下两部分，体积分别为V上和V下，它们的温度均为T1。现将两部分气体的温度同时缓慢地升高到T2，在升温过程中（　　）
A．若V上>V下，则水银柱将向下移动
B．若V上C．若V上=V下，则水银柱不动
D．无论V上、V下大小如何，水银柱都将向上移动
11．下列关于温度及内能的说法中，正确的是（　　）
A．质量和温度相同的冰和水，内能是相同的
B．理想气体的温度升高，每个气体分子的动能增大
C．一定质量的某种物质，即使温度不变，内能也可能发生变化
D．质量相同，温度相同，可看成理想气体的氢气和氧气，它们的内能相同
12．光滑绝热的活塞把密封的圆筒容器分成水平、两部分，这两部分充有温度相同的气体，平衡时，现将中气体温度加热到，中气体温度降低到，待重新平衡后，这两部分气体体积之比为（　　）
A． B． C． D．
13．一导热良好的气缸内用活塞封住一定量的理想气体（不计活塞厚度及与缸壁之间的摩擦），用一弹簧连接活塞，将整个气缸悬挂在天花板上，如图所示。弹簧长度为L，活塞距地面的高度为h，气缸底部距地面的高度为H，活塞内气体压强为p，体积为V，下列说法正确的是（　　）
A．当外界大气压变小（温度不变）时，L不变、H变大、p减小、V不变
B．当外界温度升高（大气压不变）时，h减小、H变大、p变大、V减小
C．当外界大气压变小（温度不变）时，h不变、H减小、p减小、V变大
D．当外界温度升高（大气压不变）时，L不变、H减小、p不变、V变大
14．装有两种不同气体的容积相同的两个容器A、B，用均匀的长直玻璃管水平连接，管内有一段水银柱，将两部分气体隔开，当A的温度低于B的温度17℃时，水银恰好平衡，位于管中央，如图所示。为使水银柱保持在中央，则两容器的温度变化是（　　）
A．升高相同温度
B．使A、B升高到相同温度
C．使两容器升温后的热力学温度之比等于它们的初状态的热力学温度之比
D．使两容器温度变化量之比等于它们的初状态的热力学温度之比
15．一定质量的理想气体，从初始状态经状态再回到，它的压强与热力学温度的变化关系如图所示，其中和的延长线过坐标原点，状态的温度相等。下列判断正确的是（　　）
A．气体在状态的体积小于在状态的体积
B．从状态到，气体与外界无热交换
C．从状态到，气体吸收的热量大于它对外界做的功
D．从状态到，气体吸收的热量不等于它增加的内能
E.从状态到，气体吸收的热量不等于从状态到放出的热量
二、解答题
16．如图所示，一根内径均匀，下端封闭，上端开口的直玻璃管竖直放置，长，用一段长的水银柱将一部分空气封在管内，稳定时被封住的气柱长。这时外部的大气压，外界大气压保持不变，环境温度且保持不变。
（1）若从玻璃管上部缓慢注入水银，新注入的水银与内部的水银柱形成一段水银柱，再注入过程中假设被封住的气体温度保持不变，求最多能注入玻璃管内的水银长度？
（2）将玻璃管内的气体升温，若不想玻璃管内的水银全部流出，求气体温度能升高的最大值？
17．如图所示，在圆柱形汽缸中用具有质量的光滑导热活塞密闭有一定质量的理想气体，在汽缸底部开有一小孔，与U形水银管相连（U形水银管体积忽略不计），已知外界大气压为p0＝75cmHg，室温t0＝27℃，稳定后两边水银面的高度差为Δh＝1.5cm，此时活塞离容器底部的高度为L＝50cm。已知柱形容器横截面积S＝0.01m2 ， 75cmHg＝1.0×105Pa，重力加速度g取10m/s2。
①求活塞的质量；
②使容器内温度降至零下63℃，求此时U形管两侧水银面的高度差和活塞离容器底部的高度L′。
参考答案
1．C
【详解】
A．冰融化成水的过程温度不变，但要吸收热量，故质量和温度相同的冰和水，水的内能较大，A错误；
B．理想气体的温度升高，分子的平均动能增大，但并不是每个气体分子的动能都增大，B错误；
C．结合A的解析可知，一定质量的某种物质，即使温度不变，内能也可能发生变化，C正确；
D．理想气体的内能是所有分子的动能的总和，质量相同，温度相同，可看成理想气体的氢气和氧气，由于摩尔质量的不同，物质的量不同，分子数不同，故它们的内能不相同，D错误。
故选C。
2．C
【详解】
A．由图可知，弹簧的弹力与整个气缸所受的重力大小相等，外界大气压强增大时，整个气缸所受的重力大小不变，所以弹簧的长度保持不变，故A错误；
B．外界大气压强增大时，气缸内气体的体积将减小，则气缸将向下移动，汽缸的上底离地面的高度将减小，故B错误；
C．若大气压强不变，降低缸内气体温度，则气缸内气体的体积将减小，气缸将向下移动，但活塞距地面的高度保持不变，故C正确；
D．若大气压强不变，升高缸内气体温度，则气缸内气体的体积将增大，汽缸的上底面距地面的高度将增大，故D错误。
故选C。
3．D
【详解】
设平衡时，玻璃管内气体压强为，由平衡条件得
可得
由理想气体状态方程
由题意知
联立解得
管漂浮时，浮力与重力平衡，由
即
可得
可得玻璃管露出水面的高度
故D正确，ABC错误。
故选D。
4．C
【详解】
A．由A到B的过程中，压强不变，根据理想气体状态方程，则有
所以温度升高，体积变大，A错误。
B．由B到C的过程中，先将横轴的温度换算成开式温度，则BC直线过原点，所以体积不变，B错误。
C．由A到B的过程中，压强不变，根据理想气体状态方程，则有
温度从273K变成546K，变大2倍，所以体积也变大2倍，变成2L，根据公式
C正确。
D．由B到C的过程中，体积不发生改变，不做功，D错误。
故选C。
5．D
【详解】
开始时两边压强相等设为p，若活塞不发生移动，据查理定律对左边气体有
则
对右边气体有
则
若升高相同温度，则
活塞向左移动，若降低相同温度，则
活塞向右移动。
故选D。
6．B
【详解】
AB．分子热运动变剧烈说明温度T升高，分子平均距离变大，则气体体积V变大，但并不知道V与T的具体大小关系，根据理想气体状态方程
可知，气体的压强变化并不确定，但是当T升高、V变小时，压强p一定变大，故A错误，B正确；
CD．根据理想气体状态方程
可知，当分子间平均距离变大时，即气体体积V变大，但不确定温度T的变化，所以气体压强p变化不能判断，同理，分子热运动变剧烈时，即温度T升高，但不知道体积V的变化，气体压强p的变化也不确定，故CD错误。
故选B。
7．C
【详解】
假设水银柱不动，对气体A，有
解得
对气体B，有
解得
因为tA>tB，所以
所以
即水银柱向下移动，故C正确，ABD错误。
故选C。
8．D
【详解】
取原来瓶中气体为研究对象，初态时
V1=V，T1=280K
末态时
V2=V＋ΔV，T2=320K
由盖-吕萨克定律得
又
联立解得
D正确。
故选D。
9．A
【详解】
瓶内气体的体积不变，经过一段时间后，气体的温度降低，根据
可知，气体压强减小，内外压强差变大，则瓶盖很难拧开。
故选A。
10．D
【详解】
假设水银柱不动，则两段空气柱的体积均不变，即V上和V下不变，温度由T1
升高到T2，温度变化，上方空气柱的压强由变为，变化量为，下方空气柱的压强由变为，变化量为，由查理定律得
因为
所以
即水银柱应向上移动，故ABC错误，D正确。
故选D。
11．C
【详解】
A．冰融化成水的过程温度不变，但要吸收热量，故质量和温度相同的冰和水，水的内能较大，A错误；
B．理想气体的温度升高，分子的平均动能增大，但并不是每个气体分子的动能都增大，B错误；
C．结合A的解析可知，一定质量的某种物质，即使温度不变，内能也可能发生变化，C正确；
D．理想气体的内能是所有分子的动能的总和，质量相同，温度相同，可看成理想气体的氢气和氧气，由于摩尔质量的不同，物质的量不同，分子数不同，故它们的内能不相同，D错误。
故选C。
12．B
【详解】
根据理想气体状态方程，对部分气体有
对部分气体有
因为
，，
所以
故选B。
13．CD
【详解】
BD．根据平衡条件
解得
当外界温度升高（大气压不变）时，气体的压强P不变；根据
温度升高时，气体的体积V增大，活塞不动，气缸向下移动，L不变、H减小，B错误，D正确；
AC．根据
当外界大气压P0变小（温度不变）时，P减小，V变大，活塞不动，h不变，气缸向下移动，L不变、H减小，A错误，C正确。
故选CD。
14．CD
【详解】
假设水银柱不动，对A
同理对B得
A．如果升高相同温度，有
，
所以
水银柱会向右移动。A错误；
B．如果使A、B升高到相同温度，有
，
所以
水银柱会向右移动。B错误；
C．如果两容器升温后的热力学温度之比等于它们的初状态的热力学温度之比，即
而
所以有
水银柱不会移动，C正确；
D．如果使两容器温度变化量之比等于它们的初状态的热力学温度之比，即
据此有
水银柱不会移动，D正确。
故选CD。
15．ACE
【详解】
A．对于p-T图像，因为ab、cd延长线经过原点，因此ab、cd分别体积恒定。因为ad过程是等温降压，因此体积变大，即，从而得到 ，故A正确；
B．从d到a，气体温度不变，则内能不变。体积变小，则外界对气体做功，所以气体需要放出热量，故有热交换。故B错误；
C．从b到c，温度升高，体积变大，因此气体吸收的热量抵消对外界做功后仍使其内能增加，故C正确；
D．从a到b，气体等体积升温升压，气体内能的变化等于它吸收的热量，故D错误；
E．气体吸收与放出的热量与过程有关，同时热量吸收和放出的效率有差异，所以从状态a到c，气体吸收的热量不等于从状态c到a放出的热量，故E正确。
故选ACE。
16．（1）；（2）
【详解】
（1）等温变化
（2）理想气体状态方程，设剩余水银柱长度为
由数学知识得，当时，取得最大值，且最大值
17．①m＝2kg；②1.5cm，35cm
【详解】
①根据U形管两侧水银面的高度差为Δh＝1.5cm，可知A中气体压强
pA1＝p0＋pΔh＝75cmHg＋1.5cmHg＝76.5cmHg
而
pA1＝p0＋p塞
所以活塞产生的压强
由
解得
m＝2kg
②由于活塞光滑，所以气体等压变化，U形管两侧水银面的高度差不变，仍为Δh＝1.5cm
初状态：温度T1＝300K，体积V1＝50cm·S
末状态：温度T2＝210K，体积V2＝L′S
由盖吕萨克定律，得
解得活塞离容器底部的高度
L′＝35cm