2.1气体实验定律（Ⅰ）（word版含答案）

粤教版（2019）选择性必修三 2.1 气体实验定律（Ⅰ）
一、单选题
1．如图所示，有一重力可以忽略的薄壁小试管开口向下竖直地浮在很大的水银槽内，试管中有一长为h1的水银柱封住两段气体A、B，A、B气柱长分别为l1、l2，管内外水银面高度差为h2，在保持温度不变的情况下，下列说法错误的是（ ）
A．开始时h2一定等于h1
B．若外界大气压缓慢增加少许，则h2不变，l1变小，l2变小
C．若外界大气压缓慢增加少许，则h2变小，l1变大，l2变大
D．若用手轻按试管，使试管竖直向下移少许，则h2变大，l1变小，l2变小
2．一定质量的理想气体，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．
3．如图是一竖直放置开口向上的均匀玻璃管，内用水银柱封有一定质量的理想气体，水银与玻璃管间摩擦力不计，开始时手拿玻璃管处于平衡状态，后松开手，玻璃管沿竖直方向运动，最后达到稳定状态的过程中，下列说法中正确的是 （　　）
A．刚开始瞬间，玻璃管的加速度一定大于重力加速度g
B．刚开始短时间内，试管内的气体压强一定在逐渐变小
C．刚开始短时间内，玻璃管的加速度在逐渐变小
D．以上情况一定均会发生
4．某同学用一个注射器做了两次验证玻意耳定律的实验，操作完全正确。根据实验数据，却在图上画出了两条不同直线，造成这种情况的原因不可能是（　　）
A．两次实验中保持空气质量、温度相同，所取气体压强的数据不同
B．两次实验中空气的质量相同，温度不同
C．两次实验中温度相同，空气质量不同
D．两次实验中温度相同，空气的摩尔数不同
5．如图所示，，、三根完全相同的玻璃管，一端封闭，管内各用相同长度的一段水银柱封闭了质量相等的空气，管竖直向下做自由落体运动，管竖直向上做加速度为的匀加速运动，管沿倾角为的光滑斜面下滑，若空气温度始终相同且不变，当水银柱相对管壁静止时，，、三管内的空气柱长度、、间的关系为（　　）
A． B． C． D．
6．如图所示，竖直放置的均匀等臂U型导热玻璃管两端封闭，管内装有水银，右管水银面高于左管水银面。若右臂水银上方为真空，不改变温度而通过阀门k放出少量水银，设稳定后左、右两管中液面相对于管壁下降的距离分别为L1和L2，则（　　）
A．L1>L2 B．L1=L2
C．L17．如图所示，一端封闭，一端开口截面积相同的U形管AB，管内灌有水银，两管内水银面高度相等，管A内封有一定质量的理想气体，气体压强为72 cmHg。今将开口端B接到抽气机上，抽尽B管上面的空气，结果两水银柱产生18 cm的高度差，则A管内原来空气柱长度为（　　）
A．18 cm B．12 cm C．6 cm D．3 cm
8．如图所示，玻璃管倒插入水银槽中，内封一定质量的理想气体，将玻璃管略提高一些，则（　　）
A．管内气体体积减小 B．管内气体体积不变
C．管内外水银面高度差减小 D．管内外水银面高度差增大
9．活塞式真空泵的工作原理如图，抽气筒与被抽密闭容器通过自动阀门相连，当活塞从抽气筒的左端向右移动到右端过程中，阀门自动开启，密闭容器内的气体流入抽气筒，活塞从右端向左移动到左端过程中，阀门自动关闭，抽气筒内活塞左侧的气体被排出，即完成一次抽气过程，如此往复，密闭容器内的气体压强越来越小。若密闭容器的容积为V，抽气筒的容积为0.1V，抽气前密闭容器内气体的压强为p0。抽气过程中气体的温度不变，若第1次抽气过程中被抽出的气体质量为m1，第2次抽气过程中被抽出的气体质量为m2，则m2∶m1为（　　）
A．1 B．0.9∶1.1 C．1∶1.1 D．1∶1.12
10．如图，一端封闭的玻璃管，开口向下竖直插在水银槽里，管内封有长度分别为L1和L2的两段气体。若把玻璃管缓慢向下插入少许，则管内气体的长度（　　）
A．L1变大，L2变大 B．L1变小，L2变小
C．L1不变，L2变小 D．L1变小，L2不变
11．如图所示为一定质量的某种气体在 图中的等温线，A，B 是等温线上的两点，△ 和△ 的面积分别为 1和 2，则（　　）
A． 1> 2 B． 1< 2 C． 1 = 2 D．无法比较
12．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．
13．如图所示，导热性能良好的气缸封闭一定质量理想气体，活塞与气缸壁的接触面光滑，活塞用弹簧悬挂。当周围环境温度不变而大气压缓慢变大之后，下列物理量中增大的是（　　）
A．弹簧的长度
B．封闭气体的体积
C．封闭气体的压强
D．气体分子的平均动能
14．篮球赛上同学发现一只篮球气压不足，用气压计测得球内气体压强为1.3atm，已知篮球内部容积为7.5L。现用简易打气筒给篮球打气，如图所示，每次能将0.3L、1.0atm的空气打入球内，已知篮球的正常气压范围为1.5~1.6atm。忽略球内容积与气体温度的变化。为使篮球内气压回到正常范围，应打气的次数范围是（　　）
A．5~7次 B．5~8次 C．7~12次 D．12~15次
15．如图所示为一定质量的理想气体的图像、是双曲线上的两点，和的面积分别为和，则（　　）
A． B．
C． D．与的大小无法确定
二、填空题
16．如图所示，截面积0.01 m2的汽缸内，有一定质量的气体被光滑的活塞封住，已知外界大气压为p0＝105 Pa，活塞重G＝100 N，现将汽缸倒转竖直放置，设温度不变，汽缸足够长，则汽缸倒转前后缸内气体体积之比为________。
17．如图所示，质量为M=1 kg，截面积为S=10 cm2的活塞，封住汽缸内的气体，活塞与汽缸间无摩擦。若在活塞上放一质量m=5 kg的重物，则缸内气体的压强为p1=________Pa。若在活塞吊钩上加上50 N竖直向上的拉力（汽缸仍留在地面上），则汽缸内气体的压强为p2=________Pa。（大气压p0＝1×105 Pa，g＝10 m/s2）
18．平衡态：在没有外界影响的情况下，系统内各部分的_______达到的稳定状态。
19．如图，一个上口用橡皮膜封闭的盛水长玻璃槽内，用一小玻璃瓶A倒扣在水中形成一个浮沉子。A悬浮在水中某位置保持平衡。若环境温度不变，用力按压橡皮膜到某一位置后，玻璃瓶A内气体的体积将______（选填“变大”，“变小”，“不变”）；玻璃瓶将______。
A．“下沉一点后又平衡”
B．“上浮一点后又平衡”
C．“一直下沉到水底”
D．“一直上浮到水面”
三、解答题
20．如图所示，横截面积为和S的两个导热气缸连在一起，竖直静止放置在水平面上，气缸通过光滑活塞A、B及轻杆封闭一定质量的理想气体，平衡时两活塞到气缸连接处距离均为l。已知环境温度保持不变，活塞A、B质量分别为和m，重力加速度为g，外界压强为且。
（1）气缸竖直静止时，求封闭气体的压强；
（2）当气缸做自由落体运动，稳定时活塞B到连接处的距离。
21．如图所示，一粗细均匀、两端封闭的气缸中间有一质量为kg的活塞，活塞两侧各封闭一定质量的理想气体A、B，活塞的横截面积cm。最初气缸被固定在倾角为30°的光滑斜面上，稳定后气体A、B的长度均为5cm，气体A的压强为Pa，现释放气缸若气缸下滑的整个过程中温度不变，忽略活塞与气缸壁间的摩擦，重力加速度，求活塞再次稳定后相对气缸上移的距离为多少？
22．如图所示，汽缸由两个截面不同的圆筒连接而成，活塞A、B被轻质刚性细杆连接在一起，可无摩擦移动，A、B的质量分别为mA＝12kg、mB＝8.0kg，横截面积分别为SA＝4.0×10－2 m2、SB＝2.0×10－2 m2，一定质量的理想气体被封闭在两活塞之间，活塞外侧与大气相通，大气压强p0＝1.0×105 Pa。
（1）汽缸水平放置达到如图甲所示的平衡状态，求气体的压强p1；
（2）将汽缸竖直放置，达到平衡，如图乙所示，求气体的压强p2。
23．如图圆柱形气缸由导热材料制成，圆形活塞1、2与气缸无摩擦，活塞1的质量忽略不计，活塞2的质量为，两部分气体的高度均为，此时下面气体的压强是上面气体压强的2倍。现在活塞1上缓慢的放置一物体，最终稳定时，活塞1下降了，设大气压强和外界温度均保持不变重力加速度大小为，求放在活塞1上的物体的质量。
24．如图，矩形容器容积为，容器内气体压强为。内有一薄壁气球，初始气球内气体体积为，气球表面由于弹力绷紧会产生向内的附加压强恒为，设。现通过开关，每次充入压强为，体积为的空气，要使气球的体积不能小于，则最多只能充气多少次？假设容器导热性能良好，内外温度始终保持不变，气体视为理想气体。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】
ABC．分析两段气柱的压强变化，气体发生的是等温变化，根据玻意耳定律判断l1、l2的长度变化。薄壁小试管的质量可以不计，则由
ρgh1S=ρgh2S
知
h1=h2
B中气体压强等于
p1+ρgh1=p0+ρgh2
所以A中气体压强等于大气压强，当外界大气压缓慢增加少许时，A、B中的气体压强增大，根据玻意耳定律，体积减小，l1变小，l2变小；由于h1=h2，即h2不变，AB正确，不符合题意；C错误，符合题意；
D．用手轻按试管，相当于施加一向下的力，A、B中气体压强均增大，l1变小，l2变小
p2=p0+ρgh2
变大，h2变大，D项正确，不符合题意；
故选C。
2．D
【详解】
根据
可知温度之比等于pV乘积之比，即
故选D。
3．D
【详解】
一开始玻璃管处于平衡状态，放手后，玻璃管可能速度向上，或者向下，或者为零。刚开始运动时，玻璃管的内部气体的压强大于外部，所以玻璃管的加速度大于重力加速度g；最初水银所受合力为零，当玻璃管向下或向下运动后，内部气体压强减小，内外气体压强差减少，所以最初的短时间内，水银的加速度在逐渐变大，玻璃管的加速度逐渐变逐渐变小。
故选D。
4．A
【详解】
根据
即
其中C与气体的质量（或摩尔数）有关，则只要温度、质量相同（或摩尔数相同），图像就相同，则选项BCD有可能，选项A不可能。
故选A。
5．D
【详解】
设大气压为。对管，管竖直向下做自由落体运动，处于完全失重状态，封闭气体的压强等于大气压，即。
对管，以水银为研究对象，根据牛顿第二定律得
得
对管，以水银为研究对象，根据牛顿第二定律得
对管和水银整体，有
得
解得
可得
根据玻意耳定律有，可得，ABC错误，D正确。
故选D。
6．C
【详解】
不改变温度而通过阀门k放出少量水银，左边封闭气体的体积增大，由可知，气体的压强将会减小，设水银柱的高度为h，故有
即
故选C。
7．D
【详解】
设大气压强为p0，A管内原来空气柱长度为l，横截面积为S，根据题意可得
，
抽尽B管上面的空气，则A管内空气柱压强为
体积为
由玻意耳定律得
解得
故ABC错误，D正确。
故选D。
8．C
【详解】
将玻璃管略提高一些，则玻璃管中的液面一定上升，管内外水银面高度差减小，则管内气体的压强为
p=p0+h
可知管内气体的压强减小，根据
pV=C
可知，管内气体体积变大。
故选C。
9．C
【详解】
根据玻意耳定律，第1次抽气过程
第2次抽气过程
而正比于，正比于，所以
故选C。
10．B
【详解】
若把玻璃管缓慢向下插入少许，L2的长度减小，气体温度不变，由玻意耳定律可得
易知下部封闭气体的压强变大，设玻璃管中水银柱的长度为H，根据
可得上部封闭气体的压强变大，同理由玻意耳定律可判断出L1变小。
故选B。
11．C
【详解】
三角形面积为
由题意可知，图线为等温曲线，由理想气体状态方程
则
pV=CT
由于C是常数，温度T保持不变，则pV相等，两三角形的面积相等，即
S1=S2
故C正确，ABD错误。
故选C。
12．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。
13．C
【详解】
A．对汽缸和活塞的整体，由平衡可知
可知，弹簧的伸长量不变，则弹簧长度不变，选项A错误；
BC．对汽缸受力分析可知
可知大气压缓慢变大时，气体的压强变大，则根据玻意耳定律可知，气体的体积减小，选项B错误，C正确；
D．气体的温度不变，则气体分子的平均动能不变，选项D错误。
故选C。
14．A
【详解】
对球内原有气体压强为p1=1.3atm时，其体积为V=7.5L，设需打气n次球内气压回到正常范围，设球内正常气压为p2，每次打入的空气为ΔV。
由玻意耳定律有
p2V=p1V+n p0ΔV
解得
当p2=1.5atm时，解得
n=5
当p2=1.6atm时，解得
n=7.5
故需打气的次数范围5~7次。
故选A。
15．B
【详解】
的面积为
的面积为
而、是等温线上的两点，根据玻意耳定律可得
故有
选项B正确，ACD错误；
故选B。
16．9∶11
【详解】
[1]初始状态压强为p1，则
解得
倒转后
解得
由玻意耳定律可知
解得
17． 1.6×105 0.6×105
【详解】
[1]以活塞为研究对象
解得
[2]加50 N拉力后，有
解得
18．状态参量
【详解】
略
19． 变小 C（一直下沉到底）
【详解】
[1]开始时，A悬浮在水中某位置保持平衡，则A的重力等于排开水的重量；若用力按压橡皮膜到某一位置后，根据玻意耳定律，玻璃槽上方空气的体积减小，压强变大，则A内被封气体的压强也变大，则体积减小，即排开水的重力减小，浮力减小，此时重力大于浮力，玻璃瓶将下沉，下沉过程中压强不断增加，被封的气体体积不断减小，浮力不断减小，则玻璃瓶将加速沉到水底。[2]由上分析，故选C。
20．（1）；（2）
【详解】
（1）对气缸整体受力分析，由平衡条件有
联立求得
（2）当气缸自由落体运动时，活塞处于完全失重状态，活塞上方与下方的气体压强会相等，设稳定时活塞距离连接处为，对于封闭气体根据玻意耳定律有
联立求得
21．cm
【详解】
设开始时气体A、B的压强分别为、，体积分别为、：根据平衡条件有
释放气缸后，设气体A、B的压强分别为、，体积分别为、，活塞稳定后上移的距离为x，由题意有
由玻意耳定律得
联立解得
cm
22．（1）1.0×105 Pa；（2）1.1×105 Pa
【详解】
（1）汽缸处于题图甲所示位置时，汽缸内气体压强为p1，对于活塞和杆，由力的平衡条件得
p0SA＋p1SB＝p1SA＋p0SB
解得
p1＝1.0×105 Pa
（2）汽缸处于题图乙所示位置时，汽缸内气体压强为p2，对于活塞和杆，由力的平衡条件得
p0SA＋p2SB＋(mA＋mB)g＝p2SA＋p0SB
解得
p2＝1.1×105 Pa
23．
【详解】
初状态时，设上边气体的压强为，因活塞1质量不计，则
初状态时，设下边气体的压强为，活塞的横截面积为，以活塞2为研究对象，由平衡条件知
由于
则
末状态时，对活塞1，可得
可得
对活塞2，由平衡条件知
得
对上边的气体，由玻意耳定律有
对下边的气体，由玻意耳定律有
又
联立可得
24．5次
【详解】
初始气球内气体压强为
若体积减到，设此时球内气体压强为，根据玻意耳定律，对球内气体
可得
此时球外气体压强为
对球外容器内的气体，其体积
打入的气体视为一次性打入，有
可得
故不能超过5次。
答案第1页，共2页
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