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 同步训练（word版含答案）

2.2气体的等温变化
一、选择题（共15题）
1．如图所示的四个图像，有一个是表示一定质量的某种理想气体从状态a等温压缩到状态b的过程，这个图像是 (　 　)
A． B．
C． D．
2．如图所示，一导热良好的足够长气缸水平放置在光滑水平桌面上，桌面足够高，气缸内有一活塞封闭了一定质量的理想气体。一足够长轻绳跨过定滑轮，一端连接在活塞上，另一端挂一钩码，滑轮与活塞间的轻绳与桌面平行，不计一切摩擦。已知当地重力加速度为g，大气压为p0，钩码质量为m1，活塞质量为m2，气缸质量为m3，活塞横截面积为S。则释放钩码，气缸稳定运动过程中，气缸内理想气体的压强为（　　）
A． B．
C．p0 D．
3．现将一定质量的空气等温压缩，空气可视为理想气体．下列图象能正确表示该过程中空气的压强p和体积V关系的是
A． B．
C． D．
4．如图，开口向上且足够长的玻璃管竖直放置，管内长为5cm的水银柱封闭了一段长为6cm的气柱。保持温度不变，将管缓慢转动至水平位置，气柱长度变为（大气压强为75cmHg）（　　）
A．5.6cm B．6.0cm C．6.4cm D．7.1cm
5．把一根两端开口、粗细均匀的玻璃管竖直插入水银槽中，之后将玻璃管上端封闭，如图所示。现将玻璃管缓慢地继续向下插入水银槽内，则管内水银柱的长度、管内水银面的升降情况是
A．变短、上升 B．变长、下降
C．变短、下降 D．变长、上升
6．图甲是浇花的一种喷壶，图乙是喷壶的切面图，假设喷壶中装有一部分酒精但未装满，里面有一部分大气压为p0的空气。现将喷壶的盖盖好并密封阀门后，再通过打气筒向喷壶内充入一部分大气压也为p0的气体，并保持阀门关闭，假设此充气过程中壶内气体温度保持不变。研究的气体可视为理想气体，不考虑酒精的蒸发，下列说法正确的是（　　）

A．壶内充入气体，壶内气体的分子的平均动能增加
B．阀门打开后喷嘴中有雾状酒精喷出是由瓶内酒精分子存在斥力
C．阀门打开后壶内气体的压强不断减小
D．从喷壶中喷出的酒精水雾飘在空中后，水雾的运动为布朗运动
7．空气压缩机的储气罐中储有1.0 atm的空气6.0 L，现再充入1.0 atm的空气9.0 L。设充气过程为等温过程，空气可看作理想气体，则充气后储气罐中气体压强为（　　）
A．2.5 atm B．2.0 atm C．1.5 atm D．1.0 atm
8．如图所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U型管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长l1 =20cm（可视为理想气体），两管中水银面等高．现将右端与一低压舱（未画出）接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h=10cm(环境温度不变，大气压强po=75cmHg)．则稳定后低压舱内的压强为（ ）cmHg．
A．40 B．50 C．60 D．70
9．跳跳球是一种锻炼身体、平衡训练的玩具，由橡胶球、踏板和扶手构成，在人未站上踏板前，橡胶球内气体压强为p，体积为V，当质量为m的人站在跳跳球上保持平衡不动时，橡胶球内气体体积变为V′，若橡胶球膜厚度和玩具的重力均忽略不计，橡胶球内气体可看成理想气体且温度保持不变，重力加速度为g，则此时橡胶球和地面的接触面积为（　　）
A． B． C． D．
10．新冠肺炎疫情期间，某班级用于消毒的喷壶示意图如图所示。闭合阀门K，向下压压杆A可向瓶内储气室充气，多次充气后按下按柄B打开阀门K，消毒液会自动经导管从喷嘴处喷出。储气室内气体可视为理想气体，充气和喷液过程中温度均保持不变，则下列说法正确的是（　　）
A．充气过程中储气室内气体分子数增多且分子运动剧烈程度增加
B．喷液过程中，储气室内气体对外界做功并吸收热量
C．充气过程中，储气室内气体内能不变
D．喷液过程中，储气室内气体分子对器壁单位面积的平均作用力增大
11．某容积为40 L的氧气瓶装有30 atm的氧气，现把氧气分装到容积为5 L的小钢瓶中，使每个小钢瓶中氧气的压强为5 atm，若每个小钢瓶中原有氧气压强为1 atm，能分装的瓶数是(设分装过程中无漏气，且温度不变)
A．40瓶 B．48瓶 C．50瓶 D．60瓶
12．关于分子动理论，下列说法中不正确的是（　　）
A．水和酒精混合后的总体积小于二者原来的体积之和，说明分子间有空隙
B．扩散现象不仅可以在液体内进行，在固体间也可以进行
C．在r>r0范围内，当分子间距离增大时，分子势能一定增大
D．用气筒给自行车车胎打气时要用力才能压缩空气，这说明空气分子间存在斥力
13．如图所示，D→A→B→C表示一定质量的某种气体状态变化的一个过程。则下列说法正确的是（　　）
A．D→A是一个等温过程
B．A→B是一个等温过程
C．A与B的各状态参量均相同
D．B→C体积增大，压强减小，温度不变
14．如图水银柱上面封闭一段气体，管内外水银面高度差h=72 cm，大气压强为76
cmHg，下列说法正确的是（ ）
A．将管稍上提，h不变
B．将管稍上提，h变大
C．将管下插至管顶与管外水银面高度差为70 cm时，管内外水银面高度差也是70 cm
D．将管下插至C项所述位置时，管内外水银面高度差小于70 cm
15．如图所示，两端开门、内径均匀的玻璃弯管竖直固定，两段水银柱将空气柱B封闭在玻璃管左侧的竖直部分。左侧水银柱A有一部分在水平管中。若保持温度不变。向右管缓缓注入少量水则稳定后（　　）
A．右侧水银面高度差h1增大 B．空气柱B的长度增大
C．空气柱B的压强增大 D．左侧水银面高度差h2减小
二、填空题
16．如图所示，一段封闭的粗细均匀的细玻璃管，开口向下竖直放置，一段长为15cm的水银柱在管中封有15cm长的空气柱，大气压强是75cmHg，此时气体的压强为 ______cmHg，在距管顶20cm处的A点，玻璃管出现了一个小孔，则稳定时空气柱的长度是 _____ cm（温度保持不变）．
17．如图所示，一端封闭、粗细均匀的薄壁玻璃管开口向下竖直插在水银槽内， 管内封闭有一定质量的空气。开始时管内空气柱长度为 10cm，管内外水银面高度差为 60cm。已知水银槽的截面积是玻璃管截面积的 4 倍，大气压强相当于 75cm 高水银柱产生的压强。现将玻璃管沿竖直方向缓慢下移，使管内外水银面的高度差变为
50cm，此时管内空气柱的长度为______cm，浸入水银槽内的玻璃管长度增加了______cm。
18．小朋友画了一幅鱼儿在水中吐气泡的图画，如图所示。假设湖水的温度恒定不变，你认为他画得_________（填“对”或“不对”），你的理由是：__________________（请运用物理原理简要说明）。
19．一定质量的理想气体，从初始状态A经状态B、C再回到状态A，变化过程如图所示，其中A到B曲线为双曲线．图中V0和P0为已知量．
①从状态A到B，气体经历的是________（选填“等温”“等容”或“等压”）过程；
②从B到C的过程中，气体做功大小为________；
③从A经状态B、C再回到状态A的过程中，气体吸放热情况为____（选填“吸热”、“放热”或“无吸放热”）．
三、综合题
20．如图所示，一大型水银槽内漂浮着一支上端封闭下端开口玻璃管，玻璃管内封闭一定质量的理想气体，玻璃管的质量为m、横截面积为S。现在缓慢下压玻璃管到水银槽内，当玻璃管恰好悬浮时，内外液面高度差为H。已知外界大气压强恒定为P0、水银的密度为、重力加速度为g，不考虑温度的变化，不计玻璃管的厚度及气体的质量。求:
(i)玻璃管漂浮在水银槽上时，封闭气体的压强；
(ii)玻璃管漂浮在水银槽上时，玻璃管露出水银面的长度。
21．如图所示，有一竖直放置的圆筒，导热性能良好，两端开口且足够长，它由a、b、c三段粗细不同的部分连接而成，各部分的横截面积分别为2S、S、S。两活塞A、B的质量分别为2m、m，用长为4l的不可伸长的轻绳相连，把一定质量的气体密封在两活塞之间，活塞静止在图示的位置。已知外界大气压强为P0，被封闭气体可视为理想气体，外界环境温度不变，忽略活塞与圆筒之间的摩擦，重力加速度为g，求：
（i）图示位置轻绳的拉力为多少；
（ii）慢慢把圆筒旋转至水平位置时，密封气体的压强可能为多少。
22．如图所示，两端封闭、粗细均匀的竖直玻璃管内有 A、B 两段长度均为， 的理想气体气柱和一段长为 h 的水银柱，且气柱 A 的压强等于 （ρ 为水银的 密度、g 为重力加速度）．当玻璃管以某一加速度 a 做竖直向上的匀加速运动， 稳定后，上部空气柱长度是下部空气柱的 3 倍，求这个加速度 a 的大小．已知运 动过程中整个管内各处的温度不变．
23．最近一个阶段我国中东部一些地区空气污染严重，出现了持续的雾霾天气．一位同学受桶装纯净水的启发，提出用桶装的净化压缩空气供气，设每人1min内呼吸16次，每次吸入1 atm的净化空气500 mL，而每个桶能装10 atm的净化空气20L，假定这些空气可以全部被使用，设温度不变，估算一下每人每天需要吸多少桶净化空气．
参考答案：
1．B
【详解】
A．该图表示气体从a到b的等温膨胀过程，选项A错误；
B．该图表示气体从a到b的等温压缩过程，选项B正确；
C．该图表示气体从a到b的等容降温过程，选项C错误；
D．该图表示气体从a到b的等温膨胀过程，选项D错误；
故选B.
2．A
【详解】
对钩码、活塞和气缸的整体，由牛顿第二定律可知
对气缸
联立解得
故选A。
3．B
【详解】
根据气体定律，空气等温压缩过程中，即压强与体积成反比，压强与体积的倒数成正比．
A．图线不过原点．故A不符合题意．
BD．图线是过原点的倾斜直线．故B符合题意，D不符合题意．
C．压强与体积的倒数成反比．故C不符合题意．
4．C
【详解】
初状态气体压强为
末状态气体压强为
由玻意耳定律得
解得
故ABD错误，C正确。
故选C。
5．D
【详解】
采用极限法处理：设想把管压得较深，可直观判断气体内部的压强p增大，气体体积V减小，故管内水银面上升，管内水银柱的长度变长。
故选D。
6．C
【详解】
A．充气过程中壶内气体温度保持不变，分子的平均动能不变，故选项A错误；
B．阀门打开后喷嘴中有雾状酒精喷出是因为瓶内的气体压强大于外界压强，故选项B错误；
C．将阀门打开后壶内气体膨胀，气体从壶中逸出，壶内气体分子数减小，故压强减小，因此选项C正确；
D．从喷壶中喷出的酒精水雾不属于布朗运动，布朗运动人眼看不到，选项D错误。
故选C。
7．A
【详解】
取全部气体为研究对象，可视为将15L的气体等温压缩为6L，由玻意耳定律可得
得
故选A。
8．B
【详解】
设该U型管的横截面积大小为S，
则左端被封闭的气体初状态为：，
左端被封闭的气体末状态为：，
该过程为等温过程，满足玻意耳定律，即：
代入数据得：
=60cmHg
则低压舱的压强：
=60-10cmHg=50cmHg
故选B。
9．A
【详解】
对橡胶球内的气体由玻意耳定律可得
解得
对整体由平衡知识可知
解得
故选A。
10．B
【详解】
A．充气过程中储气室内气体分子数增多，但是充气过程中气体温度保持不变，则分子运动剧烈程度不变，所以A错误；
B．喷液过程中，储气室内气体对外界做功，喷液过程中温度保持不变，则气体的内能保持不变 ，根据热力学第一定律
可知 ，则气体吸收热量，所以B正确；
C．充气过程中，储气室内气体内能增大，因为气体的质量增大，分子数增大，总动能增大，则内能增大，所以C错误；
D．喷液过程中，根据等温变化，可知气体的体积增大，压强减小，则储气室内气体分子对器壁单位面积的平均作用力减小，所以D错误；
故选B。
11．C
【详解】
初态：P1=30atm 、V1=40L；P1＇=1 atm、V1＇=5nL；末态：P2=5atm、V2=（V1+n×5）L（n为瓶数）；由 P1V1 +P1＇V1＇=P2V2 ；代入数据解得n=50，故选C.
12．D
【详解】
A．水和酒精混合后的总体积小于二者原来的体积之和，说明分子间有空隙，选项A正确；
B．扩散现象就是物质分子的无规则运动。扩散现象不仅可以在液体内进行，在固体间也可以进行，选项B正确；
C．在r>r0范围内，分子力表现为引力，分子间距离增大时，分子力做负功，分子势能一定增大，选项C正确；
D．用气筒给自行车车胎打气时要用力才能压缩空气，这是因为压强增大的原因，选项D错误。
本题选择错误的，故选D。
13．AD
【详解】
A．图线D→A的斜率不变，由数学知识可知图线的斜率等于pV，斜率不变，则pV不变由气态方程
分析可知温度不变，所以D→A是一个等温过程，故选项A正确；
BC．由图可知A→B过程中，压强变大，体积变大，根据
可知，气体的温度升高，A与B的各状态参量均不相同，故选项BC错误；
D．同理，B→C过程气体的温度不变，而压强减小，根据玻意耳定律
可知体积增大，故选项D正确。
故选AD。
14．BD
【详解】
AB．将管稍上提，假设气体体积不变，则说明，说明压强减小，由于整个过程可以看作等温变化，所以PV=常数，所以体积变大，即h高度差变大，B正确；
CD．由于考虑外界大气压对容器内理想气体的压强，根据PV=常数可知，气体的压强超过70cm，所以将管下插至C项所述位置时，管内外水银面高度差小于70cm，D正确。
15．BD
【详解】
AD．设水银密度为ρ，向右管注入少量水银，右侧的压强就增大，右侧的水银就会向左移动，从而左侧的水银A向上运动，h2就会变小，根据平衡B段气柱的压强
可知，右侧水银面高度差h1减小，故A错误，D正确；
BC．由于h2变小，则B段气柱的压强减小，因为温度不变，根据玻意耳定律：pV为定值，可知：空气柱B的体积变大，长度将增大，故B正确，C错误。
故选BD。
16． 60 12.86
【详解】
封闭气体压强为：P=P0-15cmHg=60cmHg；在距管顶20cm处的A点，玻璃管出现了一个小孔，小孔下方10cm长水银柱会漏去，气压增加了10cmHg，变为P′=70cmHg；此后经历等压压缩过程，根据玻意耳定律，有：PLS=P′L′S，解得：
17． 6cm 13cm
【详解】
玻璃管内的空气作等温变化，根据波尔定律
（p0-ρgH1）L1=（p0-ρgH2）L2
解得
L2=6cm
故此时管内空气柱的长度为6cm；
由上分析可知玻璃管原来空气柱内水银面上升4cm，水银体积不变，因为水银槽的截面积是玻璃管截面积的 4 倍，所以水银槽内水银面下降了1cm，玻璃管相比没有下移时浸没的深度增加
L1=60+10-50-6cm=14cm
而水银槽内水银面下降高度为1cm，浸入水银槽内的玻璃管长度增加了
L2=14-1cm=13cm
18． 不对 见解析
【详解】
不对
根据湖水的温度恒定不变，由等温变化有
可知，气泡在水里上升过程中压强逐渐减小时，气泡的体积逐渐增大，所以画的不对。
19． 等温 3P0V0/2 放热;
【详解】
试题分析：①从状态A到B过程中是定值，所以气体经历等温变化；
②根据公式，,可得气体做的功为梯形的面积，所以有,
③A到B到c围城的面积小，这个面积是对外做的功，c到a放热，面积大，也就是说放的热多
20．(i)(ii)
【详解】
(i)对玻璃管由平衡有
得
(ii)玻璃管在水银槽内漂浮时，有
玻璃管在水银槽内悬浮时，有
封闭气体压强
封闭气体等温变化有
液面以上玻璃管的长度
可得
21．（i）4mg；（ii）或
【详解】
(i)设密封气体的压强为p，对两活塞整体受力分析如图1所示，由平衡条件可得
取活塞B受力分析，如图2所示，由平衡条件
解得
FT=4mg，
(ii)圆筒转至水平位置时，密封气体的压强显然减小，体积膨胀，两活塞整体向a部分平移，若平移的位移小于l，对活塞分析，易知此时密封气体的压强为p0，由玻意耳定律得
且
解得
若不满足上述条件，活塞平移的位移也只能为l，由玻意耳定律得
解得
即:若满足
筒旋转至水平位置时，密封气体的压强
若满足
筒旋转至水平位置时，密封气体的压强
22．
【详解】
设玻璃管的横截面积为S，依题意温度不变，AB段气体的状态参量分别为：A气体：初态： 末态：pA′；
依据玻意耳定律：
解得
对气体B：初态： VB=lS
末态：pB′；
依据玻意耳定律：
解得
对水银柱，由牛顿第二定律
解得
23．58桶
【详解】
根据题意可知：每人每天吸入的净化空气的体积为:
设每桶10 atm 的净化空气转化为的体积为V',
由玻意耳定律可以知道: 计算得出
故每人每天需要净化空气的桶数为: