2.3气体的等圧変化和等容变化 课时提升练-2021—2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册（word含答案）

2.3气体的等圧変化和等容变化 课时提升练（含解析）
一、选择题
1．如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，A→B和C→D为等温过程，B→C为等压过程，D→A为等容过程。关于该循环过程中，下列说法正确的是（　　）
A．A→B过程中，气体密度减小
B．B→C过程中，气体分子的平均动能减小
C．C→D过程中，气体分子间平均距离增大
D．D→A过程中，气体分子的热运动更剧烈
2．图示为一定质量的某种气体的等容或等压变化图象，下列关于这两个图象的说法正确是（　　）
A．甲是等容线，乙是等压线
B．乙图中线与t轴交点对应的温度是273.15℃，而甲图中线与t轴的交点不一定是273.15℃
C．由乙图可知，一定质量的气体，在任何情况下都是P与t成直线关系
D．乙图表明温度每升高1℃，压强增加相同，但甲图表明随温度的升高压强不变
3．下列各图中，p表示压强，V表示体积，T表示热力学温度，t表示摄氏温度，各图中正确描述一定质量理想气体等温变化规律的是（　　）
A． B．
C． D．
4．如图，一玻璃管上端开口下端封闭，上管内径小于下管内径，管内用水银封住一定质量的气体，在大气压强不变的情况下，气体温度缓慢升高，水银全部进入上管且未溢出，此过程中气体压强p随体积V的变化关系可能是（　　）
A． B． C．D．
5．一定质量的气体在等容变化过程中，温度每升高1℃，压强的增加量等于它在27℃时压强的（　　）
A． B． C． D．
6．一定质量的理想气体经过一系列变化过程，如图所示。下列说法中正确的是（ ）
A．b→c过程中，气体压强不变，体积增大
B．a→b过程中，气体体积增大，压强减小
C．c→a过程中，气体压强增大，体积变小
D．c→a过程中，气体内能增大，体积变小
7．如图所示，a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ad平行于横坐标轴，ab的延长线过原点，以下说法错误的是（　　）
A．从状态d到c，气体不吸热也不放热
B．从状态c到b，气体放热
C．从状态a到d，气体对外做功
D．从状态b到a，气体吸热
8．一定质量的理想气体的压强与热力学温度的关系图像如图所示，其中图线的段平行于纵轴，段平行于横轴。设状态、、对应的体积分别为、、，下列关系式中正确的是（　　）
A． B．
C． D．
9．一定质量的理想气体，状态变化过程如V—T图像中ABC图线所示，由图线可知（ ）
A．A→B过程，气体吸热、压强增大
B．B→C过程，气体放热、压强增大
C．C→A过程，分子密度减小，分子平均动能增大
D．C→A过程，分子在单位时间内撞击单位面积容器壁的次数增加
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．如图所示，两根粗细相同、两端开口的直玻璃管A和B，竖直插入同一水银槽中，各用一段水银柱封闭着温度相同的空气，空气柱长度H1>H2，水银柱长度h1>h2，今使封闭气柱升高相同的温度（外界大气压保持不变），则两管中气柱上方水银柱的移动情况是（　　）
A．均向上移动，B中水银柱移动较多
B．均向上移动，A中水银柱移动较多
C．均向下移动，B中水银柱移动较多
D．均向上移动，两管中水银柱移动情况相同
12．压强的微观原因是气体分子对容器壁的作用，关于气体的压强，下列说法正确的是（　　）
A．气体压强的大小只与分子平均动能有关
B．单位体积内的分子数越多，分子平均速率越大，压强就越大
C．一定质量的气体，体积越小，温度越高，压强就越小
D．气体膨胀对外做功且温度降低，气体的压强可能不变
13．一定质量的某种气体自状态A经状态C变化到状态B，这一过程如图所示，则（　　）
A．在过程AC中，气体的压强不断变大
B．在过程CB中，气体的压强不断变小
C．在状态A时，气体的压强最大
D．在状态B时，气体的压强最大
14．如图所示，一定质量的理想气体经历ab、bc、cd、da四个过程，下列说法中正确的是（　　）
A．过程中气体压强减小 B．过程中气体压强减小
C．过程中气体压强增大 D．过程中气体压强减小
15．如图所示，两端封闭的U形管中装有水银，分别封闭住A、B两部分气体，当它们温度相同且A、B端竖直向上放置，静止时左右液面高度差为h，以下说法中正确的是（　　）
A．当U形管由图示位置开始自由下落时，则水银柱高度差h变大
B．U形管在下落过程中，两部分气体的压强差比静止时大
C．使A、B两部分气体降低相同的温度，则水银柱高度差h变大
D．两部分气体升高到相同的温度后，两部分气体的压强差比升温前大
二、解答题
16．如图所示，一导热性能良好的气缸放置在水平面上，左端开口，其横截面积，内壁光滑，固定的卡口A、B与缸底的距离，厚度不计，质量为的活塞在气缸内封闭了一段长为、温度为的理想气体。现缓慢调整气缸开口至竖直向上，取重力加速度，大气压强为。求：
（1）稳定时活塞到气缸底部的高度。
（2）当红内温度逐渐降到时，活塞所处的位置。
17．如图所示，导热气缸开口向上竖直放置，气缸内P、Q两个活塞把气缸分成A、B两部分，两部分均封闭有一定质量的理想气体，气柱的长度均为L，气缸的横截面积为S，两活塞的质量均为m，外界大气压强（g为重力加速度），环境温度为T0，若在活塞Q上缓慢倒入质量为m的沙子，活塞与气缸之间无摩擦且不漏气。
（i）求稳定后活塞Q下降的距离x；
（ii）若环境温度缓慢升高，当活塞Q恰回到原来位置时，求此时气体的温度T。
参考答案
1．C
【详解】
A．A→B过程中，气体体积减小，质量不变，所以密度增大，故A错误；
B．B→C过程中，气体经历等压过程，体积增大，根据盖—吕萨克定律可知气体温度升高，分子的平均动能增大，故B错误；
C．C→D过程中，气体体积增大，分子间平均距离增大，故C正确；
D．D→A过程中，气体经历等容过程，压强减小，根据查理定律可知气体温度降低，分子的热运动更平和，故D错误。
故选C。
2．D
【详解】
A．由查理定律
p=CT=C(t＋273.15)
及盖—吕萨克定律
V=CT=C(t＋273.15)
可知，甲图是等压线，乙图是等容线，故A错误；
B．由“外推法”可知两种图线的反向延长线与t轴的交点温度为-273.15℃，即热力学温度的0K，故B错误；
C．查理定律及盖—吕萨克定律是气体的实验定律，都是在温度不太低、压强不太大的条件下得出的，当压强很大，温度很低时，这些定律就不成立了，即一定质量的气体，不是在任何情况下都是P与t成直线关系，故C错误；
D．由于图线是直线，乙图表明温度每升高1℃，压强增加相同，但甲图表明随温度的升高压强不变，故D正确。
故选D。
3．B
【详解】
A．横轴代表热力学温度，纵轴代表压强，图像与横轴平行，纵坐标为定值，表示压强一定，是气体等压变化规律，不是等温变化规律，故A错误；
B．横轴代表体积，纵轴代表压强，图像表示随着体积增大压强减小的变化规律，根据质量一定的理想气体状态方程
（恒量）
知若不变，则图线为一条双曲线，所以是等温变化规律，故B正确；
C．根据质量一定的理想气体状态方程
（恒量）
可得
如果气体是等压变化，则是常数，所以V—T图像为过原点的直线，是等压变化规律，不是等温变化规律，故C错误；
D．横轴代表摄氏温度，图像中表示随着温度增大气体压强增大，显然气体不是等温变化规律，故D错误。
故选B。
4．A
【详解】
设玻璃上部的横截面积为S1，下部的横截面积S2，当水银还未全部进入上管时，上管水银柱增加，下管水银柱就减少，气体体积增加
气体压强的变化量为
可知，p-V是一条斜率不变的倾斜直线，当水银全部进入上管后，气体温度再升高，气体体积膨胀，但压强p保持不变，气体发生等压变化，故A正确， BCD错误。
故选A。
5．C
【详解】
一定质量的气体，在压强不变时有
设27℃时的体积为，故有
故有
即温度每升高1℃，增加的体积等于它在27℃时体积的。
故选C。
6．B
【详解】
A．由图可知b→c过程中，气体压强不变，温度降低即Tb > Tc，根据
=
可得Vb > Vc，即体积减小，A错误；
B．由图可知a→b过程中气体的温度保持不变，即气体发生等温变化，由图可知Pa > Pb，根据玻意耳定律
PaVa = PbVb
可得Va < Vb，即压强减小，体积增大，B正确；
CD．根据
C =
可得
=
可知c→a过程中气体的体积保持不变，即发生等容变化，CD错误。
故选B。
7．A
【详解】
A．从状态d到c，温度不变，理想气体内能不变，但是由于压强减小，所以体积增大，对外做功，还要保持内能不变，一定要吸收热量，故A错误；
B．气体从状态c到状态b是一个降压、降温过程，在p-T图像中，由
可知斜率的倒数表示体积的大小，图由可知斜率变大，体积减小，外界对气体做功，而气体的内能还要减小（降温）就一定要伴随放热的过程，故B正确；
C．气体从状态a到状态d是一个等压升温的过程，同时体积增大，所以气体要对外做功，C正确；
D．气体从状态b到状态a是个等容变化过程，随压强的增大，气体的温度升高，内能增大，而在这个过程中气体的体积没有变化，就没有做功，气体内能的增大是因为气体吸热，故D正确。
本题选错误的，故选A。
8．B
【详解】
AB．由图像可知气体在、两状态时的温度相同，故，又因为可得，选项A错误、B正确；
CD．气体在、两状态时的压强相同，故，又因为可得，故CD错误；
故选B。
9．B
【详解】
A．理想气体的内能只由温度决定，A→B过程，等压膨胀，内能增大，气体吸热，A错误；
B．B→C过程，等温压缩，内能不变，对气体做功，气体放热、压强增大，B正确；
CD．C→A过程，体积增大，分子密度减小，分子在单位时间内撞击单位面积容器壁的次数减少，温度降低，分子平均动能减小，CD错误；
故选B。
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．B
【详解】
管内封闭气柱的压强恒等于外界大气压与水银柱因自身重力而产生的压强之和，因外界大气压不变，则管内气体做等压变化，并由此推知，封闭气柱下端的水银柱高度不变。根据盖—吕萨克定律可知
整理得
因A、B管中的封闭气体初温相同，温度升高也相同，且，推导出
即A、B管中的封闭气体体积均增大，又因为H1>H2，A管中气体体积较大，所以
即A管中气体长度增加得多一些，故A、B管中的封闭气体均向上移动，A中水银柱移动较多。
故选B。
12．B
【详解】
A．气体压强的大小与分子平均动能和分子的数密度有关，故A错误；
B．单位体积内的分子数越多，分子平均速率越大，压强就越大，故B正确；
C．一定质量的气体，体积越小，温度越高，压强就越大，故C错误；
D．根据理想气体状态方程可知，气体膨胀对外做功且温度降低，气体的压强一定变小，故D错误。
故选B。
13．AD
【详解】
A．气体在过程A→C中发生等温变化，由pV=C（恒量）可知，体积减小，压强增大，故A正确；
B．在C→B变化过程中，气体的体积不发生变化，即为等容变化，由（恒量）可知，温度升高，压强增大，故B错误；
CD．在A→C→B过程中气体的压强始终增大，所以气体在状态B时的压强最大，故C错误，D正确。
故选AD。
14．BC
【详解】
A．根据理想气体状态方程
可知
在V-T图像中，图线上各点与坐标原点连线的斜率与压强有关，斜率越大压强越小， ab过程的延长线过V-T图像坐标原点，为等压线，所以压强不变，故A错误；
B．bc图线上各点与坐标原点的连线斜率越来越大，压强越来越小，故B正确；
C．cd图线上各点与坐标原点的连线斜率越来越小，压强越来越大，故C正确；
D．da图线上各点与坐标原点的连线斜率越来越小，压强越来越大，故D错误。
故选BC。
15．AD
【详解】
A．A管气压为，B管气压为
此时
自由落体时，失重状态，左边的消失，由于，所以右边的压强要把水银柱向左压，所以h变大，A正确；
B．A的体积减小，压强增大；B的体积增大，压强减小，两部分气体的压强差比静止时小，B错误；
C．升高相同温度，根据
可知右边管中气体的摩尔数高于左边，所以升高同样温度，右边的膨胀会大于左边，所以h变大；反之降低相同的温度，则水银柱高度差h变小，C错误，D正确；
故选AD。
16．（1）；（2）活塞距离汽缸底部
【详解】
（1）以活塞为研究对象，有
气体初态压强为
体积为
设稳定时缸内气体高度为，则气体末态
由玻意耳定律
解得
（2）当温度降到时，若气体发生等压变化，缸内气体高度为h，体积为
由盖-吕萨克定律
解得
因为
故活塞落在卡口A、B上，活塞距离汽缸底部。
17．（i）；（ii）
【详解】
（i）开始时B中气体的压强为
①
倒入沙子稳定后B中气体的压强为
②
设稳定后B的高度为LB，根据玻意耳定律可得
③
开始时A中气体的压强为
④
倒入沙子稳定后B中气体的压强为
⑤
设稳定后A的高度为LA，根据玻意耳定律有
⑥
活塞Q下降的距离为
⑦
联立①②③④⑤⑥⑦解得
⑧
（ii）环境温度缓慢升高时，A、B中气体均经历等压变化，设当活塞Q恰回到原来位置时A、B的高度分别为LA′、LB′，对A、B根据盖—吕萨克定律分别有
⑨
⑩
当活塞Q回到原来的位置时有

联立①②③④⑤⑥⑨⑩ 解得