1.5气体实验定律 课后限时训练（含答案）

气体实验定律
(建议用时：40分钟)
基础练
?题组一　玻意耳定律
1．如图所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量。设温度不变，洗衣缸内水位升高，则关于细管中被封闭空气的下列说法正确的是(　　)
A．体积不变，压强变小 B．体积变小，压强变大
C．体积不变，压强变大 D．体积变小，压强变小
2．(多选)如图所示，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．将管稍微上提，h不变
B．将管稍微上提，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
?题组二　气体的等容变化
3．(多选)一定质量的气体在体积不变时，下列有关气体的状态变化的说法正确的是(　　)
A．温度每升高1 ℃，压强的增量是原来压强的
B．温度每升高1 ℃，压强的增量是0 ℃时压强的
C．气体的压强和热力学温度成正比
D．气体的压强和摄氏温度成正比
4．将质量相同的同种气体分别密封在体积不同的两容器A、B中，保持两部分气体体积不变，A、B中两部分气体的压强随温度t的变化图线a、b如图所示。则下列说法错误的是(　　)
A．A中气体的体积比B中的小
B．a、b图线的延长线与t轴的交点为同一点
C．A、B中气体温度改变量相同时，压强改变量相同
D．A、B中气体温度改变量相同时，A中气体压强改变量较大
?题组三　气体的等压变化
5．(多选)对于一定质量的气体，在压强不变时，体积增大到原来的两倍，下列说法正确的是(　　)
A．气体的摄氏温度升高到原来的两倍
B．气体的热力学温度升高到原来的两倍
C．温度每升高1 K体积增加是原来的
D．体积的变化量与温度的变化量成正比
6．如图所示，由导热材料制成的汽缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁之间无摩擦，活塞上方存有少量液体。将一细管插入液体，由于虹吸现象，活塞上方液体缓慢流出，在此过程中，大气压强与外界的温度保持不变。下列各个描述理想气体状态变化的图像中与上述过程相符合的是(　　)
A　　　　B　　　　C　　　 D
?题组四　气体实验定律的微观解释
7．如图所示，一定质量的理想气体由状态A沿平行纵轴的直线变化到状态B，则它的状态变化过程的下列说法正确的是(　　)
A．气体的温度不变
B．气体的内能增加
C．气体的分子平均速率减小
D．气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数不变
8．一定质量的理想气体，经等温压缩，气体的压强增大，用分子动理论的观点分析，这是因为(　　)
A．气体分子每次碰撞器壁的平均作用力增大
B．单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多
C．气体分子的总数增加
D．单位体积内的分子数目不变
9．如图所示为气压式保温瓶的原理图，保温瓶内水面与出水口的高度差为h，瓶内密封空气体积为V，设水的密度为ρ，大气压强为p0，欲使水从出水口流出，瓶内空气压缩量ΔV至少为多少(设瓶内弯曲管的体积不计，压缩前水面以上管内无水，温度保持不变，各物理量的单位均为国际单位)
提升练
10．拔罐是中医传统养生疗法之一，如图所示，以罐为工具，将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上，以达到通经活络、祛风散寒等作用。罐内封闭气体质量和体积变化不计，可以看作理想气体。火罐“吸”到皮肤上之后，下列说法正确的是(　　)
A．火罐内的气体温度不变
B．火罐内的气体温度降低，压强减小
C．火罐内的气体温度降低，压强不变
D．火罐内的气体单位体积分子数增大，压强不变
11．如图所示，气缸内封闭一定质量的气体，不计活塞与缸壁间的摩擦，当外界大气压变化时，以下物理量中发生改变的有：①弹簧弹力的大小；②密封气体的体积；③密封气体的压强(　　)
A．① B．①②
C．①③ D．②③
12．(2020·全国卷Ⅰ)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V ，罐中气体的压强为p；乙罐的容积为2V ，罐中气体的压强为p。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。求调配后：
(1)两罐中气体的压强；
(2)甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比。
13．如图所示，一根两端开口、横截面积为S＝8 cm2的足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定(插入水银槽中的部分足够深)。管中有一个质量不计的光滑活塞静置于P处，活塞下封闭着长L＝21 cm的气柱，气柱的温度为t1＝7 ℃，外界大气压p0＝1.0×105 Pa＝75 cmHg，重力加速度g取10 m/s2，忽略水银槽的液面变化。
(1)若在活塞上放一个质量为m＝0.4 kg的砝码，保持气体的温度t1不变，则平衡后气柱长度是多少？活塞向下移动的距离是多少？
(2)若保持砝码的质量不变，将气体缓慢加热至t2时，活塞恰好回到P处，则气体温度t2是多少？
参考答案：
基础练
?题组一　玻意耳定律
1．如图所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量。设温度不变，洗衣缸内水位升高，则关于细管中被封闭空气的下列说法正确的是(　　)
A．体积不变，压强变小 B．体积变小，压强变大
C．体积不变，压强变大 D．体积变小，压强变小
B　[当水位升高时，细管中的水位也升高，被封闭空气的体积减小，由玻意耳定律可知，压强增大，故B正确，A、C、D错误。]
2．(多选)如图所示，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．将管稍微上提，h不变
B．将管稍微上提，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
BD　[由pV＝C知上提体积变大，压强变小，内外液面差变大，B正确；同样下插时，体积变小，压强变大，内外液面差变小，D正确。]
?题组二　气体的等容变化
3．(多选)一定质量的气体在体积不变时，下列有关气体的状态变化的说法正确的是(　　)
A．温度每升高1 ℃，压强的增量是原来压强的
B．温度每升高1 ℃，压强的增量是0 ℃时压强的
C．气体的压强和热力学温度成正比
D．气体的压强和摄氏温度成正比
BC　[根据查理定律p＝CT，知C正确，D错误；将T＝(273＋t)K代入得p＝C(273＋t)，升高1 ℃时的压强为p1＝C(274＋t)，所以Δp＝C＝，当t＝0 ℃时，Δp＝，p0为0 ℃时气体的压强，B正确，A错误。]
4．将质量相同的同种气体分别密封在体积不同的两容器A、B中，保持两部分气体体积不变，A、B中两部分气体的压强随温度t的变化图线a、b如图所示。则下列说法错误的是(　　)
A．A中气体的体积比B中的小
B．a、b图线的延长线与t轴的交点为同一点
C．A、B中气体温度改变量相同时，压强改变量相同
D．A、B中气体温度改变量相同时，A中气体压强改变量较大
C　[两部分气体都发生等容变化，p t图线的延长线都过t轴上表示温度为－273.15 ℃的点，且斜率越大，体积越小，则A中气体的体积比B中的小，故A、B正确；题图中a图线的斜率较大，由数学知识可知温度改变量相同时，A中气体压强改变量较大，C错误，D正确。]
?题组三　气体的等压变化
5．(多选)对于一定质量的气体，在压强不变时，体积增大到原来的两倍，下列说法正确的是(　　)
A．气体的摄氏温度升高到原来的两倍
B．气体的热力学温度升高到原来的两倍
C．温度每升高1 K体积增加是原来的
D．体积的变化量与温度的变化量成正比
BD　[由盖—吕萨克定律可知A错误，B正确；温度每升高1 ℃即1 K，体积增加是0 ℃体积的，C错误；由盖—吕萨克定律的变形式＝＝C，可知D正确。]
6．如图所示，由导热材料制成的汽缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁之间无摩擦，活塞上方存有少量液体。将一细管插入液体，由于虹吸现象，活塞上方液体缓慢流出，在此过程中，大气压强与外界的温度保持不变。下列各个描述理想气体状态变化的图像中与上述过程相符合的是(　　)
A　　　　B　　　　C　　　 D
D　[由于密闭气体与外界温度相同，保持不变，是等温变化，图像A表示等容过程，A错误；B表示等压变化，B错误；C表示温度发生变化，C错误；D表示等温变化，D正确。]
?题组四　气体实验定律的微观解释
7．如图所示，一定质量的理想气体由状态A沿平行纵轴的直线变化到状态B，则它的状态变化过程的下列说法正确的是(　　)
A．气体的温度不变
B．气体的内能增加
C．气体的分子平均速率减小
D．气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数不变
B　[从p V图像中的AB图线看，气体状态由A变到B为等容升压，根据查理定律，一定质量的气体。当体积不变时，压强跟热力学温度成正比，所以压强增大，温度升高，A错误；一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，所以气体的温度升高，内能增加，B正确；气体的温度升高，分子平均速率增大，C错误；气体体积不变，温度升高，则气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数增加，D错误。]
8．一定质量的理想气体，经等温压缩，气体的压强增大，用分子动理论的观点分析，这是因为(　　)
A．气体分子每次碰撞器壁的平均作用力增大
B．单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多
C．气体分子的总数增加
D．单位体积内的分子数目不变
B　[温度不变，分子热运动平均动能不变，气体分子每次碰撞器壁的平均作用力不变，故A错误；体积压缩，单位体积分子数增多，单位时间内单位面积器壁上受气体分子碰撞次数增多，故B正确；因气体质量一定，故气体分子的总数不变，C错误；单位体积内的分子数目增多，D错误。]
9．如图所示为气压式保温瓶的原理图，保温瓶内水面与出水口的高度差为h，瓶内密封空气体积为V，设水的密度为ρ，大气压强为p0，欲使水从出水口流出，瓶内空气压缩量ΔV至少为多少(设瓶内弯曲管的体积不计，压缩前水面以上管内无水，温度保持不变，各物理量的单位均为国际单位)
[解析]　压缩前：p1＝p0，V1＝V，
压缩后水刚流出时：p2＝p0＋ρgh，V2＝V－ΔV，
由玻意耳定律p1V1＝p2V2，
即p0V＝(p0＋ρgh)(V－ΔV)，
解得ΔV＝。
[答案]　
提升练
10．拔罐是中医传统养生疗法之一，如图所示，以罐为工具，将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上，以达到通经活络、祛风散寒等作用。罐内封闭气体质量和体积变化不计，可以看作理想气体。火罐“吸”到皮肤上之后，下列说法正确的是(　　)
A．火罐内的气体温度不变
B．火罐内的气体温度降低，压强减小
C．火罐内的气体温度降低，压强不变
D．火罐内的气体单位体积分子数增大，压强不变
B　[把罐扣在皮肤上，罐内空气的体积等于火罐的容积，体积不变，气体经过热传递，温度不断降低，气体发生等容变化，由查理定律可知，气体压强减小，小于大气压，火罐在内外气体压力差作用下，“吸”在皮肤上，故A、C错误，B正确；因为体积不变，火罐内气体单位体积分子数不变，温度降低，压强减小，故D错误。]
11．如图所示，气缸内封闭一定质量的气体，不计活塞与缸壁间的摩擦，当外界大气压变化时，以下物理量中发生改变的有：①弹簧弹力的大小；②密封气体的体积；③密封气体的压强(　　)
A．① B．①②
C．①③ D．②③
D　[以气缸和活塞组成的系统为研究对象，系统处于平衡状态，因此弹簧弹力等于系统重力，由于重力不变，因此弹簧弹力不变，故①错误；以气缸为研究对象有，设大气压强为p0，则有p0S＝mg＋pS，当大气压强变化时，气体压强发生变化，气体体积发生变化，故②③正确。故选D。]
12．(2020·全国卷Ⅰ)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V ，罐中气体的压强为p；乙罐的容积为2V ，罐中气体的压强为p。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。求调配后：
(1)两罐中气体的压强；
(2)甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比。
[解析]　(1)假设乙罐中的气体被压缩到压强为p，其体积变为V1，由玻意耳定律有
p(2V)＝pV1　 ①
现两罐气体压强均为p，总体积为(V＋V1)。设调配后两罐中气体的压强为p′，由玻意耳定律有
p(V＋V1)＝p′(V＋2V)　 ②
联立①②式可得p′＝p。　 ③
(2)若调配后甲罐中的气体再被压缩到原来的压强p时，体积为V2，由玻意耳定律有
p′V＝pV2　 ④
设调配后甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比为k，由密度的定义有
k＝　 ⑤
联立③④⑤式可得
k＝。　 ⑥
[答案]　(1)p　(2)2∶3
13．如图所示，一根两端开口、横截面积为S＝8 cm2的足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定(插入水银槽中的部分足够深)。管中有一个质量不计的光滑活塞静置于P处，活塞下封闭着长L＝21 cm的气柱，气柱的温度为t1＝7 ℃，外界大气压p0＝1.0×105 Pa＝75 cmHg，重力加速度g取10 m/s2，忽略水银槽的液面变化。
(1)若在活塞上放一个质量为m＝0.4 kg的砝码，保持气体的温度t1不变，则平衡后气柱长度是多少？活塞向下移动的距离是多少？
(2)若保持砝码的质量不变，将气体缓慢加热至t2时，活塞恰好回到P处，则气体温度t2是多少？
[解析]　(1)封闭气体的初状态参量
p1＝p0＝1.0×105 Pa，V1＝LS
封闭气体的末状态参量
p2＝p0＋＝1.0×105 Pa＋ Pa＝1.05×105 Pa＝78.75 cmHg，V2＝L2S
气体发生等温变化，根据玻意耳定律得
p1V1＝p2V2
代入数据解得
L2＝20 cm＝0.20 m
设管内外水银面的高度差为h cm，封闭气体的压强p2＝p0＋ph＝75 cmHg＋h cmHg
解得h＝3.75
活塞向下移动的距离
H＝L－L2＋h cm＝21 cm－20 cm＋3.75 cm＝4.75 cm＝0.047 5 m。
(2)气体初状态的温度T1＝(273＋7)K＝280 K
加热过程气体压强不变，活塞回到P处时，空气柱的长度L3＝L＋h cm＝24.75 cm，
气体体积V3＝L3S
气体发生等压变化，根据盖—吕萨克定律得
＝
即＝
代入数据解得T2＝346.5 K
则t2＝(346.5－273)℃＝73.5 ℃。
[答案]　(1)0.20 m　0.047 5 m　(2)73.5 ℃