2.1气体实验定律（Ⅰ）同步练习（Word版含解析）

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，一竖直放置的气缸被轻活塞AB和固定隔板CD分成两个气室，CD上安装一单向阀门，当气室2中的压强大于气室1中的压强时，单向阀门向下开启。已知开始时，气室1内气体压强为2p0，气室2内气体压强为p0，气柱长均为L，活塞面积为S，活塞与气缸间无摩擦，气缸导热性能良好，重力加速度为g。现在活塞上方缓慢放置质量为m的细砂后，下列说法正确的是（　　）
A．当时，气室1的压强为4p0
B．当时，气室2的压强为
C．当时，活塞向下移动
D．当时，活塞向下移动
2．如图所示，一试管开口朝下插入盛水的广口瓶中，在某一深度静止时， 管内有一定的空气。若向广口瓶中缓慢倒入一些水，则试管将（　　）
A．加速上浮 B．加速下沉
C．保持静止 D．以原静止位置为平衡位置上下振动
3．不同条件下质量一定的理想气体的密度ρ随压强p变化的下列四种图线中，属等温变化的是（　　）
A． B．
C． D．
4．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
5．用打气筒将压强为1atm的空气打进自行车胎内，如果打气筒容积，轮胎容积V=3L，原来压强。现要使轮胎内压强变为 ，问用这个打气筒要打气几次（设打气过程中空气的温度不变）（　　）
A．25次 B．20次 C．15次 D．10次
6．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
7．启动汽车时发现汽车电子系统报警，左前轮胎压过低，显示为，车轮内胎体积约为。为使汽车正常行驶，用电动充气泵给左前轮充气，每秒钟充入、压强为的气体，充气结束后发现内胎体积约膨胀了，充气几分钟可以使轮胎内气体压强达到标准压强？（汽车轮胎内气体可以视为理想气体，充气过程轮胎内气体温度无明显变化）（　　）
A．3 B．4 C．5 D．6
8．甲、乙两个储气罐储存有同种气体（可视为理想气体）。甲罐的容积为，罐中气体的压强为；乙罐的容积为，罐中气体的压强为。现通过连接两罐的细管把甲罐中的部分气体调配到乙罐中去，两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变，调配后两罐中气体的压强相等。则调配后（　　）
A．甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比为2：3
B．甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比为2：5
C．甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比为1：2
D．甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比为3：5
9．探究气体等温变化规律的实验装置，如图所示。空气柱的长度由刻度尺读取、气体的压强通过柱塞与注射器内空气柱相连的压力表读取。为得到气体的压强与体积关系，下列做法正确的是（　　）
A．柱塞上涂油是为了减小摩擦力 B．改变气体体积应缓慢推拉柱塞
C．推拉柱塞时可用手握住注射器 D．实验前应测得柱塞受到的重力
10．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，左管内封闭着一段长为l、压强为2p0（p0为大气压强）的气柱，两管水银面高度差为h，现保持右管不动，为了使两管内水银面一样高，把左管竖直（　　）
A．向上移动h+l B．向下移动2h+l
C．向上移动h+2l D．向下移动2h+2l
11．如图1、图2、图3所示，三根完全相同的玻璃管，上端开口，管内用相同长度的水银柱封闭着质量相等的同种气体．已知图1玻璃管沿倾角为的光滑斜面以某一初速度上滑，图2玻璃管由静止自由下落，图3玻璃管放在水平转台上开口向内做匀速圆周运动，设三根玻璃管内的气体长度分别为、、，则三个管内的气体长度关系是（ ）
A． B． C． D．
12．一个容积是8升的球，原来盛有1个大气压的空气，现在使球内气体压强变为4个大气压，应向球内打入几升1个大气压的空气（设温度不变）（　　）
A．32L B．24L C．20L D．16L
13．“用DIS研究在温度不变时，一定质量气体压强与体积关系”的实验装置如图所示。小张同学在实验中缓慢推动活塞，根据实验数据作出p-图线如图所示，图线弯曲的可能原因是（ ）
A．活塞与筒壁间存在摩擦
B．实验中用手握住了注射器前端
C．未在注射器活塞上涂润滑油
D．压强传感器与注射器的连接处漏气
14．在“用DIS研究温度不变时，一定质量气体的压强与体积关系”实验中，关于实验前压强传感器操作以及缓慢压缩气体时对应的图像正确的是（　　）
A．不需要调零 图 B．不需要调零 图 C．需要调零 图 D．需要调零 图
15．在两端开口的弯管中用两段水银柱封闭了一段空气柱，如图所示，若再往a管内注入少量水银，则（　　）
A．a、b水银面高度差将减小
B．a、b水银面高度差将大于c、d水银面高度差
C．b管水面上升的距离等于c管水面下降的距离
D．b管水面上升的距离大于c管水面下降的距离
二、填空题
16．如图所示，在做托里拆利实验时，竖直的玻璃管内有些残存的空气，现将玻璃管竖直向上提少许，气体温度不变，忽略槽中水银面高度的变化， 则玻璃管向上提后管中水银面高度________（选填“上升”“下降”或“不变”），残存的空气压强________（选填“增大”“减小”或“不变”）。
17．如图所示，汽缸固定在平板车上，质量为m的活塞将气体封闭 在汽缸内，已知外界大气压强为P0，活塞横截面积为S，不计活塞与汽缸壁的摩擦，当小车和汽缸以相同的加速度a沿水平方向运动时，则汽缸内气体的压强为________
18．若一条鱼儿正在水下10m处戏水，吐出的一个体积为1cm3的气泡。气泡内的气体视为理想气体，且气体质量保持不变，大气压强为p0=1.0×105Pa，g=10m/s2，湖水温度保持不变，气泡在上升的过程中，气体______（填“吸热”或者“放热”）；气泡到达湖面时的体积为______cm3。
19．如图所示浮沉子的工作原理是：当用力挤压橡胶薄膜时，根据_______定律，量筒内气体压强_______，将水压入小瓶内，小瓶内气体的体积减小，所受浮力_______，所以小瓶就下沉。
三、解答题
20．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。
21．如图所示，两个固定的导热良好的水平气缸，由水平硬杆相连的活塞面积，两气缸通过一带阀门K的细管连通，最初阀门关闭，A内有理想气体，B内为真空．两活塞分别与各自气缸底相距，活塞静止，两活塞与水平硬杆总质量为m（不计摩擦，细管体积可忽略不计，设环境温度保持不变，外界大气压为）．求：
（1）K关闭，A内气体的压强；
（2）K打开，足够长时间后，活塞向左移动距离的大小。
22．如图a所示，一根足够长的粗细均匀导热细管，下端封闭且竖直放置，处于压强p0=75cmHg的大气中。用长为h=15cm的汞柱封闭有L1=30cm的空气柱。环境温度为室温一直保持不变，汞柱与管空间的摩擦阻力不计。（结果保留3位有效数字）
（1）现将导热细管按如图b所示方式放置，静止于倾角37°的斜面上，问此时被封闭的气柱长度L2为多少
（2）若（1）问中导热细管与斜面间动摩擦因数为u=0.5，由静止释放（向下运动时细管不转动，斜面足够长）。求达到稳定时被封闭的气柱的长度L3为多少
23．如图所示，由导热材料制成的汽缸长为l0、横截面积为S，活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞上方有质量为m的液体，活塞质量和厚度均不计，活塞与汽缸壁之间的摩擦也可以忽略.现将一细管插入液体，开始时从细管一端抽气，通过虹吸最后能使活塞上方液体逐渐流出。当液体全部流出的时候，活塞恰好到达汽缸的顶部.已知大气压强为p0，环境温度保持不变，求初始状态气体柱的长度.
24．如图所示，一个粗细均匀的“U”形玻璃管竖直放置，两管上端封闭且等高，管内有一段水银柱，左管上方空气柱的长度l1=10cm，压强p1=70cmHg，右管上方空气柱的长度l2=30cm。现将右管上端缓慢打开，直到水银面再次稳定，在整个过程中气体温度保持不变，大气压强p0=76cmHg，已知。求此时左管上方空气柱的长度和压强。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【详解】
A．当活塞刚好到达CD位置时，对气室1，2内的气体，根据玻意耳定律可得
解得
对活塞受力分析，根据共点力平衡可得
解得
若
此时，单向阀门已向下开启且活塞已经到达CD位置，故气室1的压强为，故A错误；
BCD．当气室2内的压强刚好到达时，对活塞受力分析，根据共点力平衡可得
解得
当
时，单向阀门开启且活塞稳定时，对于气室1，2内气体，等温变化有
对活塞受力分析，由共点力平衡可得
联立解得
所以，活塞下降
故BC错误，D正确。
故选D。
2．B
【详解】
向广口瓶中缓慢倒入一些水，水的深度增加，对试管内空气柱的压强增大，使空气的体积被压缩，则它排开的水的体积减小，浮力减小，重力大于水的浮力，故物体会加速下沉，ACD错误，B正确。
故选B。
3．A
【详解】
理想气体做等温变化时，由玻意耳定律
可判断出
根据
得到
故
故A正确，BCD错误。
故选A。
4．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。
5．B
【详解】
设压强为时气体体积为，根据玻意耳定律得
设打入的压强为的气体体积为，则
设打入的压强为的气体体积为，则
则用这个打气筒要打气次数为
故选B。
6．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。
7．C
【详解】
设使轮胎内气体压强达到2.5p0的充气时间为tmin，此时内胎体积为V2，压强为p2；胎内气体在压强为p1时体积为V1，由玻意耳定律得
其中
，，
联立解得
则充入胎内气体在压强为1.5 p0时的体积为
对充入胎内气体，由玻意耳定律得
其中
联立方程解得
故选C。
8．A
【详解】
对甲、乙两个储气罐中气体产生等温变化，由玻意耳定律有
解得调配后两罐中气体的压强
若调配后将甲气体再等温压缩到原气体压强p，设体积为V′由玻意耳定律有
解得
由密度定义解得质量之比等于
A正确，BCD错误。
故选A。
9．B
【详解】
A．柱塞上涂油是为了防止漏气，并不是为了减小摩擦力，A错误；
B．实验中为了使气体能够做等温变化，改变气体体积应缓慢推拉柱塞，B正确；
C．用手握住注射器，会使气体温度变高，C错误；
D．实验前应测量柱塞的横截面积，并不是测量重力，这样才能得到空气柱的体积，D错误。
故选B。
10．C
【详解】
设玻璃管的横截面积为S，末态两管内水银面一样高，封闭气体压强与外界大气压强相同为p0，根据玻意耳定律得
2p0Sl=p0Sl′
解得末态玻璃管内封闭气体的长度为
l′=2l
保持右管不动，为了使两管内水银面一样高，把左管竖直提高
△h=h+2l
故C正确，ABD错误。
故选C。
11．B
【详解】
设大气压强为，对图1中的玻璃管，它沿斜面向上做匀减速直线运动，设加速度大小为，以水银柱为研究对象，根据牛顿第二定律得
以水银柱和玻璃管为整体，据牛顿第二定律有
联立解得
对图2中玻璃管，它沿斜面向下做匀加速直线运动，设其加速度大小为，以水银柱为研究对象，根据牛顿第二定律得
以水银柱和玻璃管为整体，据牛顿第二定律有
联立解得
对图3中的玻璃管，它在水平转台上做匀速圆周运动，以水银柱为研究对象得
则
综上可得
根据玻意耳定律
得
故B项正确，ACD三项错误。
故选B。
12．B
【详解】
以容器内与打入的气体为研究对象，气体的初状态参量
V1＝（8+V）L，p1＝1atm
气体末状态参量
V2＝8L，p2＝4atm
气体发生等温变化，由玻意耳定律得
p1V1＝p2V2
即
1×（8+V）＝4×8
解得
V＝24L
故选B。
13．B
【详解】
当增大时，V减小，p增加的程度不是线性关系，当斜率增大时，压强增加程度增大，导致这一现象的是实验过程中用手握住注射器前端，导致注射器中气体温度升高，则图像的斜率会增大，而活塞与筒壁间存在摩擦、未在注射器活塞上涂润滑油、压强传感器与注射器的连接处漏气都会导致斜率减小，ACD错误，B正确。
故选B。
14．C
【详解】
在“用DIS研究温度不变时，一定质量气体的压强与体积关系”实验中，根据理想气态方程
pV =nRT
得
压强与气体体积的倒数成正比，是一条过原点的直线，故在使用前压强传感器需要校准，需要调零。
故选C。
15．D
【详解】
AB．向a管注入水后，封闭气体压强变大，气体体积减小，a、b两液面高度差以及c、d液面高度差都变大；由p=p0+h可知ab水银面高度差等于cd水银面高度差，故AB错误；
CD．向a管注入水后，b管水银面上升，c管水银面下降，因封闭气体压强变大，气体体积减小，所以b管水面上升的距离大于c管水面下降的距离，故C错误，D正确。
故选D。
16． 上升 减小
【详解】
[1] 在实验中，水银柱产生的压强加上封闭空气柱产生的压强等于外界大气压，如果将玻璃管向上提，则管内水银柱上方空气的体积增大，因为温度保持不变，所以压强减小，管内气体的压强为
因为压强变小，所以h变大，即管内水银柱高度上升；
[2] 综上分析，管内残存的空气压强减小。
17．
【详解】
设气体的压强为，以活塞为研究对象，对活塞受力分析，根据牛顿第二定律可得：，解得．
18． 吸热 2cm3
【详解】
气泡上升的过程中体积增大，对外做功，由于保持温度不变，故内能不变，由热力学第一定律可得，气泡需要吸热。
气泡初始时的压强
p1=p0+ρgh=2.0×105Pa
气泡浮到水面时的压强
p2=p0=1.0×105Pa
根据气体的等温变化规律p1V1=p2V2，代入数据得
V2=2cm3
19． 玻意耳 增大 减小
【详解】
[1][2][3]当用力挤压橡胶薄膜时，量筒内气体体积减小，根据玻意耳定律，气体压强增大，将水压入小瓶内，小瓶内气体的体积减小，其受到的浮力等于气体排开的水的重力，所以所受的浮力减小，小瓶下沉。
20．5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。
21．（1）；（2）25cm
【详解】
（1）阀门关闭时，对两活塞整体为研究对象，根据平衡得
又
解得
（2）打开阀门K后，设气体压强为，以两个活塞和杆为整体有
解得
设大活塞左移，对封闭气体由玻意耳定律可得
代入数据，解得
22．（1）；（2）
【详解】
设细管的横截面积为S
（1）初态
静止在斜面上时
等温变化，由波意耳定律得
得
（2）分析细管整体向下加速时
分析水银柱
得
由初态到稳定向下加速的过程为等温变化；由波意耳定律得
解得
23．
【详解】
汽缸内气体做等温变化，根据玻意耳定律
根据平衡条件
联立解得
24．l1′=11.75cm，p1′=59.5cmHg
【详解】
设“U”形玻璃管的右管上端打开之后，左管空气柱长度和压强分别为l1′、p1′，左管水银柱下降了x，右管上端打开后，水银柱再次平衡时，由平衡条件可得：
p1′＋（30-x）cmHg=p0＋（10＋x）cmHg
对左管空气柱，由玻意耳定律可得
p1l1=p1′l1′
l1′=l1＋x
联立解得
l1′=11.75cm
p1′=59.5cmHg
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