2.1气体实验定律 练习（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．下列说法正确的是（　　）
A．只有处于平衡态的系统才有状态参量
B．状态参量是描述系统状态的物理量，故当系统状态变化时，其各个状态参量都会改变
C．两物体发生热传递时，它们组成的系统处于非平衡态
D．0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的环境中，冰水混合物处于平衡态
2．现有一个容积为400L的医用氧气罐，内部气体可视为理想气体，压强为15MPa，为了使用方便，用一批相同规格的小型氧气瓶（瓶内视为真空）进行分装，发现恰好能装满40个小氧气瓶，分装完成后原医用氧气罐及每个小氧气瓶内气体的压强均为3MPa，不考虑分装过程中温度的变化，则每个小氧气瓶的容积为（　　）
A．20L B．40L C．50L D．60L
3．用打气筒将压强为1atm的空气打进自行车轮胎内，如果打气筒容积ΔV=500cm3，轮胎容积V=3L，原来压强p=1.5atm。现要使轮胎内压强变为p'=4atm，问用这个打气筒要打气次数为（设打气过程中空气的温度不变）（　　）
A．10次 B．15次 C．20次 D．25次
4．下列不是描述气体状态参量的物理量是（　　）
A．压强 B．体积
C．质量 D．温度
5．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
6．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l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2ρgh（ρ为水银的密度）。当玻璃管以某一加速度a做竖直方向的匀加速运动，稳定后，上部空气柱长度是下部空气柱的3倍，已知运动过程中整个管内各处的温度不变，则（　　）
A．此时B段气体压强为0.6ρgh
B．玻璃管加速度a的方向向下
C．玻璃管加速度a的大小为g
D．玻璃管加速度a的大小为g
7．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
8．一个气泡由湖面下20m深处缓慢上升到湖面下10m深处，设湖中温度不变（水的密度ρ取，g取，大气压强），则气泡的体积约变为原来体积的（　　）
A．3倍 B．2倍 C．1.5倍 D．
9．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．L110．如图所示，开口向下插入水银槽的玻璃管内封闭着长为H的空气柱，管内水银面比管外高，管内外水银面高度差为h，若将玻璃管向上提起一小段距离，则空气柱的压强和密度变化情况是（　　）
A．压强和密度都变大 B．压强和密度都变小
C．压强变大而密度变小 D．压强变小而密度变大
11．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
12．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
13．如图所示，一竖直放置的型玻璃管，各段粗细均匀，上端均开口。内部左右两侧有水银，水银柱竖直高度均为，底部水平管内封闭一段长的气柱，气柱紧贴左侧竖直管。已知管导热良好，周围环境温度不变，大气压强为。现在右侧管中再缓慢加入长的水银柱，稳定后，下列判断正确的是（　　）
A．两侧水银面最上端仍然齐平
B．气柱的压强为，且长度变小
C．两侧水银面最上端高度差为
D．左侧再加入长的水银柱，则气柱将到达左侧竖直管最低端
14．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
15．如图，自动洗衣机洗衣缸的底部与竖直均匀细管相通，细管上部封闭，并与压力传感器相接。洗衣缸进水时，细管中的空气被水封闭，随着洗衣缸中水面的上升，细管中的空气被压缩，当细管中空气压强达到一定数值时，压力传感器使进水阀门关闭，这样就可以自动控制进水量。已知刚进水时细管中被封闭空气柱长度为，大气压强，水的密度，重力加速度。当空气柱被压缩到长时，压力传感器关闭洗衣机进水阀门，此时洗衣缸内水位高度约为（　　）
A． B． C． D．
二、填空题
16．一种演示气体定律的仪器——哈勃瓶如图所示。它是一个底部开有圆孔，瓶颈很短、导热性能良好的大烧瓶。在瓶内塞有一气球，气球的吹气口反扣在瓶口上，瓶底的圆孔上配有一个橡皮塞。
（1）取走橡皮塞，向气球中缓慢打气，让其膨胀至烧瓶容积的一半，塞上橡皮塞，烧瓶内封闭一定质量的气体A，缓慢松开气球打气口，可以观察到气球体积______（选填“明显变大”“无明显变化”或“明显变小”）；
（2）再次向气球中缓慢打气，使其膨胀至烧瓶容积的四分之三，则烧瓶内气体A的压强为大气压强的______倍（不计气球膜厚度）。
17．玻意耳定律
（1）内容：
一定质量的某种气体，在______不变的情况下，压强p与体积V成______。
（2）公式：
pV＝C或______
（3）条件：
气体的______一定，______不变。
18．已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R，空气平均摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，大气层中空气的总质量为m，重力加速度为g．可以估算出地球大气层空气分子总数为_____________，地面大气压强为______________．
19．一定质量的气体等温线的p﹣V图是双曲线的一支________．（判断对错）
三、解答题
20．航模小组用容积为2.0L的可乐瓶制作了一支水火箭，箭身及其配重质量M=0.1kg，现向瓶中装入0.5L的水后用带气嘴的橡胶塞塞紧瓶口，将火箭竖直放置，如图所示。用打气筒向里打气，已知打气筒每打一次气能把0.5L、1atm的空气压入瓶内，当瓶内空气压强达到6atm时橡胶塞脱落，水流高速喷出，火箭向上飞起。
（1）设打气过程气体温度保持不变，求打气的次数；
（2）若火箭以v=25m/s的速度一次性向下喷出水流m=0.3kg，已知ρ水=1.0×103kg/m3，g取10m/s2，忽略空气阻力和喷水过程重力的影响。求火箭上升的最大高度。
21．如图所示，两个固定的水平气缸底部通过一带阀门K的细管连通，分别处于左右两缸内的活塞A、B由水平硬杆相连，活塞面积SA=100cm2，SB=25 cm2.初始时，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a、b，且a=b=50cm，活塞静止。已知大气压强为po，气缸导热良好且足够长，环境温度保持不变，不计摩擦，细管体积可忽略不计。求：
（1）初始时，A内气体压强；
（2）打开阀门K足够长时间后，活塞A离缸底的距离。
22．如图所示，一根粗细均匀的长的细玻璃管AB开口朝上竖直放置，玻璃管中有一段长的水银柱，下端封闭了一段长的空气柱，系统温度恒定，外界大气压强恒为。现将玻璃管缓慢倒置，若空气可以看做理想气体，求倒置后密闭气体的长度。
23．如图所示，储存有同种气体（可视为理想气体）的甲、乙两个储气罐之间用一细管连接。开始时细管上的阀门K闭合，甲罐中气体的压强是p，容积是V，乙罐中气体的压强未知，容积是2V。将阀门打开，两罐中的气体调配后，最后测得两罐中气体的压强都为，已知两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变，求：
（1）阀门打开前乙罐中气体的压强；
（2）两罐中气体压强相等时，乙罐中气体的质量与乙罐中原有气体的质量之比。
24．如图所示为农村打水装置的原理结构图，打水时先将活塞推到阀门处且阀门关闭，在活塞上方加水，活塞上移时阀门自动开启，阀门与地下水之间的空气将扩散到阀门与活塞之间，活塞再下移时阀门关闭，空气就从活塞与大金属管壁之间逸出，反复操作，地下水就能被抽上来。若刚开始活塞位于阀门处时小金属管中的气体压强为外界大气压强，Pa，再将水倒入活塞上方，当活塞第一次提起高度m时小金属管中上升的水柱长度m。已知活塞的横截面积m2，小金属管的内横截面积m2，地下水位线处的压强恒为，水的密度kg/m3，取m/s2，抽水过程小金属管中空气的温度视为不变。求：
（1）地下水位线与阀门间的高度差H。
（2）活塞第二次从阀门处提起高度m时小金属管中剩余的空气柱长度。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】
AB．状态参量是描述系统状态的物理量，与系统是否处于平衡态无关，且系统状态变化时，不一定各个状态参量都改变，AB错误；
C．处于热传递过程中的两系统因温度不同发生热传递，最终两系统温度相同，处于非平衡态，C正确；
D．0°C的冰水混合物放入1°C的环境中，其温度、压强、体积都会变化，冰水混合物处于非平衡态，D错误。
故选C。
2．B
【详解】
设每个小氧气瓶的容积为V0，以医用氧气罐中所有氧气为研究对象，初态：p1＝15MPa，V1＝400L；末态：p2＝3MPa，V2＝40V0＋400L；因为不考虑温度变化，由玻意耳定律有
代入数据得V0＝40L，B正确。
故选B。
3．B
【详解】
打气过程温度不变，由玻意耳定律可得
pV+np1ΔV=p'V
代入数据解得
n=15
故选B。
4．C
【详解】
描述气体的状态参量，有压强、体积、温度。
故选C。
5．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。
6．C
【详解】
AB．由题意可知，初状态时B的压强
加速稳定后，上部空气柱长度是下部空气柱的3倍，所以B的压强增大，A的压强减小，所以玻璃管的加速度向上，且可知
则
根据玻意耳定律可得
可得A变化后的压强为
根据玻意耳定律可得
可得A变化后的压强为
故AB错误；
CD．对水银柱，根据牛顿第二定律
可得
故C正确，D错误。
故选C。
7．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。
8．C
【详解】
设气泡的体积分别为，初态时气泡的压强
在10m深处时气泡的压强
根据玻意耳定律得
解得
体积应变为原来的1.5倍。
故选C。
9．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。
10．B
【详解】
假设玻璃管上提时水银柱长度不变，则封闭气体压强减小，在大气压的作用下水银柱将上升，所以h增大；而根据可知封闭气体压强减小，由玻意耳定律可知气体体积增大，由于气体的质量不变，根据可知密度变小。
故选B。
11．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。
12．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。
13．C
【详解】
ABC．依题意可知，向右侧管中缓慢加入长的水银柱，稳定后，由于左侧管中水银柱长度不变，则封闭气体的压强不变，又温度不变，所以封闭气柱长度不变；若右侧管中水银刚好进入左侧管中，由于空气柱长度为4cm，则可知此时，右侧管中水银柱高度为16cm，则封闭气体压强为
显然，右侧管中有水银进入左侧管中，最终封闭气体压强为，所以右侧管中水银有3cm进入左侧管中，此时左侧水银柱加空气柱总长度为
右侧侧水银柱总长度为
所以，稳定后两侧水银面最上端高度差为
故AB错误，C正确；
D．若左侧再加入长的水银柱，稳定后，由于封闭气体温度不变，根据玻意耳定律有
气柱长度将变短，所以可知气柱将不能到达左侧竖直管最低端，故D错误。
故选C。
14．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。
15．A
【详解】
压力传感器关闭洗衣机进水阀门，此时管内气体的压强为
则由玻意耳定律可知
解得
h≈43.6cm
故选A。
16． 无明显变化 2
【详解】
(1)[1]因为瓶内初始的压强为大气压，气球里面的气体也接近大气压，所以缓慢松开气球打气口，可以观察到气球体积无明显变化；
(2)[2]根据题意可知瓶内气体做等温变化，令瓶的体积为V，瓶内初态
末态
根据气体状态方程
解得
17． 温度 反比 p1V1＝p2V2 质量 温度
【详解】
略
18．
【详解】
[1]地球大气层空气分子总数为，
[2]大气压强由于重力作用产生，即有 ；
19．对
【详解】
[1]．一定质量的气体等温变化时，，则一定质量的气体等温线的p﹣V图是双曲线的一支．故本题答案为对．
20．（1）15（次）；（2）31.5m
【详解】
（1）设需打气n次，根据玻意耳定律有
p0（V＋nV′）=6p0V
其中
V=（2.0－0.5）L=1.5L
V′=0.5L
解得
n=15（次）
（2）喷水前，瓶内水的总质量
m1=ρV′=0.5kg
喷水过程，系统动量守恒，有
（M+m1-m）v0=mv
竖直方向，有
v=2gh
联立代入相关数据，可得火箭上升的最大高度
h=31.5m
21．（1）；（2）
【详解】
（1）对活塞分析，根据平衡条件可得
得
（2）稳定后对活塞分析
解得
气缸内封闭气体经历等温过程，设活塞距离底部x，由玻意耳定律
得
22．
【详解】
设水银密度为，玻璃管横截面积为S，重力加速度为，如图所示
倒置前，下部空气压强为
倒置后，假设水银没有流出玻璃管，封闭空气柱的压强为
由玻意耳定律得
解得
则
故假设成立，倒置后密闭气体的长度为。
23．（1）；（2）
【详解】
（1）甲、乙两罐中的气体发生了等温变化，根据玻意耳定律有
解得开始时乙罐中气体压强为
（2）若调配后将乙罐中气体再等温膨胀到气体原来的压强，则现在乙罐中的气体密度与原来乙罐中的气体密度相等，根据玻意耳定律得
计算可得
由
得质量之比为
24．（1）10m；（2）6m
【详解】
（1）活塞第一次从阀门处提高高度h时封闭气体的压强为
根据玻意耳定律有
解得
（2）活塞第二次从阀门处提起高度时，小金属管中空气柱长设为L，根据玻意耳定律有
解得
（另一解不符合题意，舍去）
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