2.1气体的状态 学科素养提升练(解析版)
一、选择题
1.如图所示是医院里给病人输液的示意图,假设药液瓶挂在高处的位置不变,则在输液过程中(即瓶中液体未流尽之前)a、b两处气体的压强的变化是:a处气体的压强,b处气体的压强,药液进入人体的速度将如何变化( )
A.变大 不变 不变
B.变大 变小 变大
C.不变 不变 变小
D.变小 变小 不变
2.一些问题你可能不会求解,但是你仍有可能对这些问题的解是否合理进行分析和判断,例如从解得物理量单位,解随某些已知量变化的趋势,解在一些特殊条件下的结果等方面进行分析,并与预期结果、实验结论等进行比较,从而判断解的合理性或正确性,举例如下:声音在空气中的传播速度v与空气的密度、压强p有关,下列速度表达式中,k为比例系数,无单位,则这四个表达式中可能正确的是( )
A. B. C. D.
3.如图,两端开口的弯管,左管插入水银槽中,右管有一小段水银柱,中间封有一段空气。能使得左管内部水银面相对水银槽上升的操作是( )
A.环境温度降低少许 B.把弯管向右侧倾斜一点
C.把弯管竖直向上提一点 D.把弯管竖直向下压一点
4.关于气体,下列说法中正确的是( )
A.气体的体积等于气体分子的体积之和
B.实际气体在温度不太高,压强不太低的情况下可以看作理想气体
C.高温下自行车爆胎现象说明轮胎内气体温度升高,气体分子间的斥力增大
D.当某一容器自由下落时,容器中气体的压强不变
5.2010年南非世界杯谁最火 章鱼帝保罗实至名归.来自德国奥博豪森水族馆的章鱼帝保罗7猜7中,并成就了自己本届世界杯100%的命中率.有关足球和足球比赛中存在着广泛的物理知识的应用,下列表述中正确的是
A.用打气筒向足球打气时,越打越费力是因分子间的斥力的缘故
B.通常可用二维坐标系描述主裁的位置变化
C.发出的弧线球,其位移大小可能等于路程
D.在点球大战中,发出的点球在空中运动中处于超重状态
6.在没有外界影响的情况下,密闭容器内的理想气体静置足够长时间后,该气体( )
A.分子的无规则运动停息下来 B.每个分子的速度大小均相等
C.每个分子的动能保持不变 D.分子的密集程度保持不变
7.如图所示,一个横截面积为S的内壁光滑圆筒形容器竖直固定放置,容器中静止的金属圆板A的上表面水平,下表面倾斜,下表面与水平面的夹角为。已知圆板质量为M,大气压强为,则容器内气体压强等于( )
A. B.
C. D.
8.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
9.如图所示,一定质量的理想气体被质量为m的活塞封闭在竖直放置的导热气缸内(活塞与气缸间的摩擦不计),下列操作可使理想气体压强变大的是( )
A.缓慢升高环境温度 B.将整体倒置,气缸开口向下
C.用力推气缸,让整体向上加速运动 D.气缸自由下落
10.如图所示为模拟气体压强产生机理的演示实验。操作步骤如下:①把一颗豆粒从距秤盘20cm处松手让它落到秤盘上,观察指针摆动的情况;②再把100 颗左右的豆粒从相同高度均匀连续地倒在秤盘上,观察指针摆动的情况;③使这些豆粒从更高的位置均匀连续倒在秤盘上,观察指针摆动的情况。下列说法正确的是( )
A.步骤①和②模拟的是气体压强与气体分子平均动能的关系
B.步骤②和③模拟的是气体压强与分子密集程度的关系
C.步骤②和③模拟的是大量气体分子分布所服从的统计规律
D.步骤①和②模拟的是大量气体分子频繁碰撞器壁产生压力的持续性
11.两端开口的U型管,用两段水银封闭了一段空气,下列那个做法能使两管液面差h增大
A.环境温度升高
B.大气压强减小
C.从管口A注入水银
D.从管口B注入水银
12.直倒立的U形玻璃管一端封闭,另一端开口向下,如图所示,用水银柱封闭一定质量的理想气体,在保持温度不变的情况下,假设在管子的D处钻一小孔,则管内被封闭的气体压强p和气体体积V变化的情况为
A.p、V都不变
B.V减小,p增大
C.V增大,p减小
D.无法确定
13.正方体密闭容器中有大量运动粒子,每个粒子质量为m,单位体积内粒子数量n为恒量。为简化问题,我们假定:粒子大小可以忽略;其速率均为v,且与器壁各面碰撞的机会均等;与器壁碰撞前后瞬间,粒子速度方向都与器壁垂直,且速率不变。利用所学力学知识,导出器壁单位面积所受粒子压力大小为f,则( )
A.一个粒子每与器壁碰撞一次给器壁的冲量大小为
B.时间内粒子给面积为S的器壁冲量大小为
C.器壁单位面积所受粒子压力大小为
D.器壁所受的压强大小为
E.气体对容器的压强是大量气体分子对容器壁频繁碰撞引起的
14.在热学中,要描述一定气体的宏观状态,需要确定下列哪些物理量 ( )
A.每个气体分子的运动速率
B.压强
C.体积
D.温度
15.如图所示,活塞质量为m,缸套质量为M,通过弹簧吊在天花板上,气缸内封住一定质量的空气 ,缸套与活塞无摩擦,活塞截面积为S,大气压强为p0,则 ( )
A.气缸内空气的压强为p0-Mg/S
B.气缸内空气的压强为p0+mg/S
C.内外空气对活塞的作用力为Mg
D.内外空气对缸套的作用力为(M+m)g
二、解答题
16.如图所示,质量为的内壁光滑的横截面积为S的玻璃管内装有质量为的水银,管外壁与斜面的动摩擦因数为,斜面倾角为30°,当玻璃管与水银共同沿斜面下滑时,求被封闭气体压强为多少?
17.如图所示,一根重力为G的上端封闭下端开口的横截面积为S的薄壁玻璃管静止直立于可视为无限大无限深的水槽中,已知水的密度为p,重力加速度为g,管内空气柱的长度为L,空气柱长度大于管内外液面高度差。大气压强为,求:
(1)管内外液面高度差;
(2)若在A端施加竖直向下大小也为G的作用力,待平衡后,A端下移的高度。(A端依然在水面上)
参考答案
1.A
【详解】
a部分气体压强与液体产生的压强之和等于大气压,液面下降,产生的压强减小,故a处气体的压强变大;b处压强为大气压与输液管中液体产生的压强之和保持不变,所以在输液完成前b处压强不变;当输液瓶的悬挂高度与输液软管的内径确定时,由于A管上端处的压强与人体血管中的压强都保持不变,故B管中的气体的压强也不变,所以药液滴注的速度是恒定不变的,故选A.
2.B
【详解】
传播速度v的单位m/s,密度ρ的单位kg/m3,p的单位,所以的单位是,的单位是m/s,k无单位,所以的单位与v的单位相同。
故选B。
3.B
【详解】
左管内水银面相对水银槽内的水银的高度差等于右管中水银柱的高度h,则要使得左管内部水银面相对水银槽上升,则必须要减小h,可把弯管向右侧倾斜一点,将水银柱的竖直高度减小。另外三个方法均不能使左管内部水银面相对水银槽上升。
故选B。
4.D
【详解】
A.气体的体积等于气体分子所能达到的空间体积,故A错误;
B.实际气体在温度不太低,压强不太大的情况下可以看着理想气体,故B错误;
C.高温下自行车爆胎现象说明轮胎内气体温度升高,气体压强增大,气体分子之间的吃力可以忽略不计,故C错误;
D.气体压强是由大量气体分子频繁碰撞容器壁产生的,当容器自由下落时,分子的运动没有影响,容器中气体的压强不变,故D正确。
故选D。
5.B
【详解】
本题考查气体压强、运动问题
用打气筒向足球打气时,越打越费力是因气体压强的缘故;物体位置变化由二维坐标描述;曲线运动位移大小小于路程;在空中飞行的足球处于失重状态.
6.D
【详解】
A.物体中分子永不停息地做无规则运动,与放置时间长短无关,故A错误;
BC.物体中分子热运动的速率大小不一,各个分子的动能也有大有小,而且在不断改变,故BC错误。
D.由于容器密闭,所以气体体积不变,则分子的密集程度保持不变,故D正确。
故选D。
7.A
【详解】
以活塞为研究对象,分析受力:重力Mg、外界大气压力p0S,气缸壁的压力N和气缸内气体的压力F;
其中
根据平衡条件得
p0S+Mg=Fcosα
联立得
故选A。
8.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。
9.C
【详解】
A.缸内气体的压强为
则缓慢升高环境温度,缸内气体压强不变,选项A错误;
B.将整体倒置,气缸开口向下,则缸内气体的压强变为
即压强减小,选项B错误;
C.用力推气缸,让整体向上加速运动,则对活塞
解得
则压强变大,选项C正确;
D.气缸自由下落,则活塞完全失重,则缸内气体的压强变为p0减小了,选项D错误。
故选C。
10.D
【详解】
步骤①和②都从相同的高度下落,不同的是豆粒的个数,故它模拟的气体压强与分子密集程度的关系,也说明大量的豆粒连续地作用在盘子上能产生持续的作用力;而步骤②和③的豆粒个数相同,让它们从不同的高度落下,豆粒撞击的速率不同,所以它们模拟的是分子的速率与气体压强的关系,或者说是气体的分子平均动能与气体压强的关系;
故选D。
11.C
【详解】
以左侧管中封闭气体做为研究对象,封闭气体的压强P=P0+h=P0+h左,要使两侧水银面高度差h增大,封闭气体的压强P=P0+h变大; A、使气体升温,h左不变,封闭气体压强P=P0+h左不变,两侧水银面高度差h不变,故A错误;B、减小大气压强,封闭气体的压强P=P0+h=P0+h左,h=h左不变,故B错误;C、从左侧管口滴入水银,h左变大,封闭气体压强P=P0+h左变大,由P=P0+h可知,两侧水银高度差h增大,故C正确; D、从右侧管口滴入水银,h左不变,封闭气体压强P=P0+h左不变,两侧水银面高度差h不变,故D错误;故选C.
【点睛】封闭气体的压强等于大气压与左侧水银柱h产生的压强之和,使两侧水银面高度差变大,则封闭气体压强变大,分析各选项能否使封闭气体压强变大是正确解题的关键.
12.B
【详解】
未钻孔时,D处的压强和封闭气体的压强一样,等于外界大气压减去水银柱产生的压强;钻孔后,D处的压强和外界大气压一样,在大气压的作用下,导致封闭气体的压强增大,体积减小,
故选B。
13.CDE
【详解】
A.由题意,根据动量定理可知一个粒子每与器壁碰撞一次给器壁的冲量是
故A错误;
B.在Δt时间内面积为S的容器壁上的粒子所占据的体积为
因为粒子与器壁各面碰撞的机会均等,即可能撞击到某一个器壁面的粒子数为
根据动量定理得Δt时间内粒子给面积为S的器壁冲量大小为
故B错误;
CD.根据动量定理可得面积为S的器壁所受粒子的压力大小为
所以器壁单位面积所受粒子压力大小为
根据压强的定义可知器壁所受的压强大小即为器壁单位面积所受的压力大小,故CD正确;
E. 气体对容器的压强是大量气体分子对容器壁频繁碰撞引起的,故E正确。
故选CDE。
14.BCD
【详解】
描述系统的宏观状态,其参量是宏观量,每个气体分子的运动速率是微观量,不是气体的宏观状态参量。气体的压强、体积和温度分别是从力学、几何、热学三个角度对气体的性质进行的宏观描述,是确定气体宏观状态的三个状态参量。
故选BCD。
15.AC
【详解】
以缸套为研究对象受力分析,由平衡条件得:PS+Mg=P0S,解得:,故A正确,B错误;以气缸与活塞组成的系统为研究对象,由平衡条件得:绳子拉力为:F=(M+m)g;以活塞为研究对象,由平衡条件得:内外空气对活塞的作用力为等于绳子的拉力与活塞重力的差,即Mg.故C正确;以缸套为研究对象,由平衡条件得:内外空气对缸套的作用力等于缸套的重力为Mg.故D错误.所以AC正确,BD错误.
16.
【详解】
以水银柱和玻璃管为研究对象,根据牛顿第二定律得
整理得
以水银柱为研究对象,根据牛顿第二定律得
所以管内气体压强为
17.(1);(2)
【详解】
(1)设空气柱压强为p,大气压强为,对玻璃管则有
另外又有
联立两式得到
(2)设空气柱压强为,大气压强为,对玻璃管则有
此时的管内外液面高度差为,亦有
又有
A端下移高度为
解得