2.2气体的等温变化专项测试-2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册（Word版含答案）

2.2、气体的等温变化
一、选择题（共17题）
1．如图，粗细均匀且相同的玻璃管A和B由一橡皮管连接，构成连通器，一定质量的空气被水银柱封闭在A管内，此时两管水银面一样高，B管上方与大气相通．若固定A管，保持温度不变，将B管沿竖直方向缓慢移动H，使A管内的水银面升高h，则B管的移动方向及移动距离H大小为
A．向上移动 B．向上移动
C．向下移动 D．向下移动
2．物理学家通过大量的实验总结出很多物理学定律，有些定律有适用条件；有些定律在任何情况下都适用。经典物理学中，以下定律在任何情况下都适用的是（　　）
A．牛顿第三定律 B．机械能守恒定律 C．库仑定律 D．玻意耳定律
3．有一段12cm长汞柱，在均匀玻璃管中封住一定质量的气体。若管口向上将玻璃管放置在一个倾角为30°的光滑斜面上（如图所示），在下滑过程中被封闭气体的压强（设大气压强为p0=76cmHg）为（　　）
A．76cmHg B．82cmHg C．88cmHg D．70cmHg
4．如图所示，两端封闭粗细均匀的玻璃管中有两段等体积的气柱，中间夹着一段水银柱，水平放置在桌面上。现使玻璃管始终保持竖直状态并做某种运动，维持气体温度不变，在运动过程中发现两部分气体的体积仍相等，则该玻璃管的运动不可能的是（　　）
A．平抛运动 B．自由落体运动
C．竖直上抛运动 D．匀速直线运动
5．如图所示,粗细均匀的 U 形管竖直放置,管内有水银柱封住一段空气柱,如果沿虚线所示的位置把开口一侧的部分截掉,保持弯曲部分管子位置不动,则封闭在管内的空气柱将( )
A．体积不变 B．体积变大
C．压强变大 D．压强不变
6．如图所示，集气瓶内封闭着压强为p的空气。已知外界空气的压强为大气压p0，打开瓶塞待稳定后，从集气瓶溢出空气的质量与原封闭空气质量的比值为（ ）
A． B． C． D．
7．一定质量的理想气体，经历如图所示的状态变化，，则这三个状态的热力学温度之比为（　　）
A． B． C． D．
8．某压缩式喷雾器储液桶的容量是5.710－3m3。往桶内倒入4.210－3m3的药液后开始打气，打气过程中药液不会向外喷出。如果每次能打进3.010－4m3的空气，要使喷雾器内药液能全部喷完，且整个过程中温度不变，则至少需要打气的次数是（　　）
A．13次 B．14次 C．15次 D．16次
9．如图所示，开口向上的气缸内用质量为m的活塞封闭一定质量的理想气体，现让气缸做自由落体运动。气缸导热良好，不计活塞与气缸间的摩擦，环境温度不变。在下落过程中当活塞再次相对气缸静止时，下列说法正确的是（　　）
A．活塞仍在原位置
B．活塞在原位置上方
C．活塞在原位置下方
D．从开始运动到活塞再次相对气缸静止的过程中，气体放热
10．图甲是浇花的一种喷壶，图乙是喷壶的切面简化图，假设喷壶中装有水但未装满，里面有一部分压强为P0的空气。现将喷壶的盖盖好并密封阀门，通过打气筒向喷壶内充入一部分压强也为P0的气体，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，不考虑水的蒸发，下列说法正确的是（　　）
A．充入气体后壶内气体的内能增加
B．将阀门打开后壶内气体的压强保持不变
C．将阀门打开后壶内气体的内能不变
D．从喷壶中喷出的水雾在空中飞舞，水雾的运动属于扩散现象
11．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
12．如图所示，两端开口的弯管，左管插入水银槽中，管内外高度差为h1 ， 右管有一段水银柱，高度差为h2 ， 中间封有一段空气．则不正确的是（ ）
A．若大气压升高，h1减小 B．若环境温度升高，h2增大
C．若把弯管向上移动少许，则管内气体体积不变 D．若把弯管向下移动少许，则管内气体压强增大
13．如图所示，一粗细均匀的U型玻璃管开口向上竖直放置，左、右两管都封有一定质量的理想气体A、B，水银面a、b间的高度差h1，水银柱cd的长度为h2=h1，a面与c面恰处于同一高度。现向右管开口端注入少量水银达到重新平衡，则不正确的说法是（　　）
A．水银面c下降的高度大于水银面a上升的高度
B．水银面a、b间新的高度差等于右管上段新水银柱的长度
C．气体A的压强一定大于外界大气压强
D．气体A的压强变化量比气体B的压强变化量小
14．在两端开口的弯管内用两段水柱封闭了一段空气柱，A、B、C、D 四个液面的位置关系如图所示。现将左侧试管底部的阀门 K 打开， 释放掉少量水后立刻关闭阀门，A、B、D 液面相对各自原来的位置下降的长度、和之间的大小关系为（　　）
A． B．
C． D．
15．如图所示，竖直放置一根上端开口，下端封闭的细玻璃管，内有两段长为15cm的水银柱，封闭了长度均为15cm的A、B两段空气柱，已知大气压强P0=75cmHg，环境温度保持不变。则A、B两段空气柱的压强是多大（　　）
A．PA =60cmHg B．PA =90cmHg C．PB =105cmHg D．PB =120cmHg
16．下列说法正确的是( )
A．只要知道水的摩尔质量和水分子的质量，就可以计算出阿伏伽德罗常数
B．悬浮微粒越大，在某一瞬间撞击它的液体分子数就越多，布朗运动越明显
C．在使两个分子间的距离由很远(r>10－9m)减小到很难再靠近的过程中，分子间作用力先减小后增大；分子势能不断增大
D．一定质量的理想气体经等温压缩后，其压强一定增大
17．用注射器做了验证玻意耳定律的实验，如果对气体初态的观察测量和计算都正确无误，并得到一组pV值，改变气体状态后又得到一组值，但值显著小于pV值，则可能是实验中（　　）
A．有气体漏出了 B．气体温度降低了
C．气体温度升高了 D．弹簧秤拉力不沿注射器的竖直轴线而斜向上
二、填空题
18．一定质量的某种气体发生等温变化时，若体积增大了n倍，则压强变为原来的______。
19．如图所示为“探究气体等温变化规律”的实验装置，气体的压强可从仪表上读出，一段空气柱被橡胶塞和柱塞封闭在针筒内，从刻度尺上可读出空气柱的长度．实验过程中气体压缩太快会使气体温度________（选填“升高”、“不变”或“降低”）。若实验中气体向外漏气，测得气体的体积与压强的乘积_________（选填“变大”、“不变”或“变小”）。
20．如图所示，下端用橡皮管连接的两根粗细相同的玻璃管竖直放置，右管开口，左管内被封闭气柱长20cm，水银面比右管低15cm，大气压强为 75cmHg。现保持左管不动，竖直方向移动右管使两管内水银面一样高，当两边液面相平时，气柱长度为___________cm，右管管口移动的距离是___________cm。
21．大气压强p0＝1.0×105Pa。某容器的容积为20L，装有压强为20×105Pa的气体，如果保持气体温度不变，把容器的开关打开，待气体达到新的平衡时，容器内剩下气体的质量与原来气体的质量之比为______。
三、综合题
22．浮沉子实验是法国科学家笛卡尔所创，它的形式多样，一般都是通过外部压强的变化来改变浮沉子内部气体的体积，从而达到控制其沉浮的目的。如图所示，塑料瓶装入适量水，再把装有部分水的小玻璃瓶倒插入大塑料瓶中处于漂浮状态，盖住塑料瓶盖，当用力挤压塑料瓶可控制小玻璃瓶上下沉浮。若小玻璃瓶高为，漂浮时小玻璃瓶浸在水中的长度为，水进入小瓶中的长度为。如果挤压塑料瓶外壳使小玻璃瓶刚好浸没在水中时，求：塑料瓶内空气压强大小（已知大气压强为p0，水的密度为ρ，重力加速度为g，小瓶内的空气可视为理想气体，环境温度保持不变）。
23．被称为特大号“N95”的负压救护车是运送新冠肺炎患者的移动隔离舱，舱内的负压发生器可以让车厢病员室产生低于大气压的负压，空气在自由流动时只能由车外流向车内，车内已被污染的空气待消毒、过滤等步骤后再排出。下表是负压救护车的一些技术参数。
病员室容积
换气次数
换气风量
负压
过滤效率 ，
在某次运送病人途中，车厢病员室换气时既进气也排气，已知病人上车前车厢内压强，车厢外大气压强。假设车厢内外温度相同且恒定，换气时间间隔相等，换气量均匀，忽略病人上车前后病员室容积变化。求途中12分钟内须向外排出多少气体，才能让病员室负压差大小为20 Pa。（保留小数点后两位）
24．潜水艇的贮气筒与水箱相连，当贮气简中的空气压入水箱后，水箱便排出水，使潜水艇浮起．某潜水艇贮气筒的容积是，其上的气压表显示内部贮有压强为的压缩空气，在一次潜到海底作业后的上浮操作中利用筒内的压缩空气将水箱中体积为水排出了潜水艇的水箱，此时气压表显示筒内剩余空气的压强是．设在排水过程中压缩空气的温度不变，已知海平面处的大气压强，海水的密度,，求：
（1）若保持气体温度不变，将压强为的压缩空气变为压强是的空气，其体积将会是多少？
（2）试估算此潜水艇所在海底位置的深度．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
封闭气体是等温变化，当B端抬高时，压强变大，A中气体体积要缩小，水银面升高；最终平衡时，封闭气体的压强比大气压大，一定是B侧水银面高，故有：H-h＞h，故H＞2h；故选B．
2．A
【详解】
A．经典物理学中，牛顿第三定律在任何情况下都适用，故A正确；
B．只有重力或系统内的弹力做功时，系统机械能守恒，故B错误；
C．库仑定律适用于真空中的点电荷间的相互作用，故C错误；
D．玻意耳定律适用于理想气体，故D错误。
故选A。
3．A
【详解】
因玻璃管和水银柱组成系统，根据牛顿第二定律可得整体的加速度
a=gsinθ
所以对水银柱由牛顿第二定律得
p0S＋mgsinθ-pS=ma
解得
p=p0
故选A。
4．D
【详解】
ABC．玻璃管做平抛运动、自由落体运动、竖直上抛运动时，水银均处于完全失重状态，水银对气体不产生压力，气体压强不变，温度与体积不变，不符合题意，故ABC错误；
D．当玻璃管在竖直方向上做匀速直线运动时，水银对下面的气体产生压强，下面气体体积减小，上面气体体积变大，符合题意，故D正确。
故选D。
5．C
【详解】
设玻璃管两侧水银面高度差是h，大气压为p0，封闭气体压强
p=p0-h
沿虚线所示的位置把开口一侧的部分截掉，h变小，封闭气体压强
p=p0-h
变大，气体温度不变，压强变大，由玻意耳定律可知，封闭气体体积变小．
AB.体积变小，故AB错误．
CD. 压强变大，故C正确D错误．
6．D
【详解】
设集气瓶的体积为V，打开瓶塞待稳定后，从集气瓶溢出空气的体积为 V，则由玻意耳定律可得
则
从集气瓶溢出空气的质量与原封闭空气质量的比值为
故选D。
7．D
【详解】
根据
可知温度之比等于pV乘积之比，即
故选D。
8．B
【详解】
假设使喷雾器内药液能全部喷完，由题设可知，每次打入容器内的气体压强为1atm，玻意耳定律得
其中，，，解得
故B正确，ACD错误。
故选B。
9．B
【详解】
ABC．气缸导热良好，气体变化为等温变化，整体静止时对活塞受力分析
得
整体做自由落体时对活塞进行受力分析，由牛顿第二定律得
得
由波义尔等温变化定律
可知压强减小，体积增大，活塞向上运动，故AC错误，B正确；
D．从开始运动到活塞再次相对气缸静止的过程中，由热力学第一定律
温度不变，为零；膨胀对外做功，为负值； 为正值，说明气体吸热。故D错误。
故选B。
10．A
【详解】
A．充气过程中，壶内气体温度不变，气体分子数目增加，所以壶内气体内能增加，A正确；
B．将阀门打开后壶内气体膨胀，压强减小，B错误；
C．将阀门打开后壶内气体的分子数目减少，内能减少，C错误；
D．从喷壶中喷出的水雾是小水滴的运动，不属于分子运动，D错误。
故选A。
11．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。
12．C
【详解】
管中封闭气体的压强P=P0+ρgh1=P0+ρgh2，则得h1=h2．若大气压升高时，封闭气体的压强增大，由玻意耳定律PV=C得知，封闭气体的体积减小，水银柱将发生移动，使h1和h2同时减小．故A正确．若环境温度升高，封闭气体的压强增大，体积也增大，h1和h2同时增大．故B正确．若把弯管向上移动少许，封闭气体的压强减小，则体积将增大．故C错误．若把弯管向下移动少许，封闭气体的压强增大，体积减小，故D正确．此题选择不正确的选项，故选C．
13．B
【详解】
A．加水银前，A气体压强
当向右管开口端注入少量水银时，A、B气体压强均变大，要被压缩，假设B气体体积不变，则水银面c下降的高度等于水银面a上升的高度，由于B气体体积同时要减小，故水银面c下降的高度大于水银面a上升的高度，故A正确；
B．假设右管中增加的水银高度比A气体的原长大，则水银面a、b间新的高度差不可能等于右管上段新水银柱的长度，故B错误；
C．A气体压强
加水银后，由于h2＞h1，故
故C正确；
D．假设加入△h高度的水银，则B气体的压强增加量一定为ρg△h；假设A、B气体的体积均不变，则A气体的压强增加量也为ρg△h；压强增加后，根据玻意耳定律，体积要压缩，故A气压增加量小于ρg△h；故气体A的压强增加量比气体B的压强增加量小，故D正确。
本题选不正确的，故选B。
14．B
【详解】
释放掉少量水后立刻关闭阀门，空气柱长度增大，压强减小，C液面上升，B液面下降，A液面下降，AB之间液面高度差减小，A相对于底面压强最大；BC段内压强减小，C液面上升，D液面下降，如果C液面上升的高度大于B液面下降的高度，则BC段的体积将减小，压强将增大，这是不可能的，所以A下降的最大，其次是B，D液面下降的高度最小，即，故B正确，ACD错误。
故选B。
15．BC
【详解】
AB．环境温度保持不变，对上面一段银水柱进行分析，由
A错误，B正确；
CD．环境温度保持不变，对下面的水银柱进行分析，有
C正确，D错误。
故选BC。
16．AD
【详解】
A.阿伏加德罗常数等于摩尔质量与分子质量的比值，故A正确；
B.悬浮在液体中的固体微粒越大，碰撞的不平衡性越不明显，布朗运动越不明显，故B错误；
C.在使两个分子间的距离由很远(r>10－9m)减小到很难再靠近的过程中，分子间作用力先增大后减小再增大；分子势能先减小后增大，选项C错误；
D.根据PV/T=C可知，一定质量的理想气体经等温压缩后，其压强一定增大，选项D正确；故选AD.
17．ABD
【详解】
ABC．根据克拉伯龙方程可知，若p'V'值显著小于pV值，则有可能是气体物质的量n减小（即有气体漏出），或者是气体温度T降低，故AB正确，C错误；
D．设弹簧秤拉力大小为F，注射器横截面积为S，大气压强为p0，则在缓慢拉动活塞的过程中，有
若弹簧秤拉力不沿注射器的竖直轴线而斜向上，会使读数F较实际值偏大，从而造成所测p'偏小，故D正确。
故选ABD。
18．
【详解】
略
19． 升高 变小
【详解】
实验过程中气体压缩太快，外界对气体做功，会使气体温度升高；
实验中气体向外漏气，质量减小，测得气体的体积与压强的乘积变小。
20． 24 23
【详解】
两管内水银面一样高，左管中空气的压强减小，由玻意耳定律知，气体的体积要增大，右管必须向下移动。对左管中的气体：
初态
p1=75+15=90cmHg，V1=20S
末态
p2=75cmHg ，V2=L2S
由得
解得
L2=24cm
[2]设右管管口向下移动距离为x，则有
解得
x=23cm
21．1∶20
【详解】
根据
p1V1=p2V2
得
p1V0=p0V0＋p0V
因
V0=20L
则
V=380L
即容器中剩余20L压强为p0的气体，而同样大气压下气体的总体积为400L，所以剩下气体的质量与原来气体的质量之比等于同压下气体的体积之比，即
22．
【详解】
初始位置小瓶内的气体体积为
压强为
对小玻璃瓶由平衡可得
当小瓶刚好浸没在水中时内的小瓶气体
压强
对小玻璃瓶由平衡可得
对小玻璃瓶内气体由玻意耳定律可知
由以上可解得
23．
【详解】
假设只进气不排气，病员室容积，车厢内压强为，最终病员室压强
12分钟内进入病员室的空气体积
以进入病员室空气为研究对象有
以进入病员室空气和病员室原有的气体总体为研究对象有
代入数据解得
向外排出气体体积
24．（1）m3 （2）200m
【详解】
解：（1）把压强，体积的气体转化为压强为，体积为
根据玻意耳定律有：
解得：
（2）排水过程中排出的压强的压缩空气的体积为
把压强、体积为的压缩空气，转变为压强为、体积为的空气
由波意耳定律有：
解得：
设潜水艇所在位置的海水深度为h，所以
解得
答案第1页，共2页