2024鲁科版高中物理选择性必修第三册同步练习--第4节　科学探究_气体压强与体积的关系

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2024鲁科版高中物理选择性必修第三册同步
第4节　科学探究: 气体压强与体积的关系
基础过关练
题组一　对气体状态参量的认识
1.下列有关温度的说法正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　
A.用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法
B.用摄氏温标和热力学温标表示温度的变化时,两者的数值相等
C.1 K就是1℃
D.当温度变化1℃时,也可以说成温度变化274 K
2.(2023河北武安三中月考)常用的两种表示温度的方法就是摄氏温标和热力学温标,关于温度和温标,下列说法正确的是 (　　)
A.摄氏温度升高1 ℃小于热力学温度升高1 K
B.某物体热力学温度是20 K,摄氏温度就是293.15 ℃
C.热力学温标亦称“绝对温标”,是由玻意耳首先引入的
D.摄氏温度有负值,热力学温度不可能取负值
3.关于气体的压强,下列说法正确的是　 (　　)
A.气体的压强是由气体分子的重力产生的
B.气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的
C.气体的压强在数值上等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力
D.气体分子的平均距离越大,气体的体积越大,气体的压强就越大
4.某同学记录的2021年4月12日教室内温度如表所示,可认为教室内气压全天保持不变。
时刻 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00
温度 12 ℃ 15 ℃ 18 ℃ 23 ℃ 17 ℃
当天15:00与9:00相比,下列说法正确的是 (　　)
A.教室内空气密度减小
B.教室内所有空气分子热运动的动能都增加
C.教室内单位体积内的分子数一定增加
D.单位时间碰撞墙壁单位面积的气体分子数一定减少
题组二　气体压强的计算
5.(2022山西长治第二中学期中)如图所示,竖直放置的弯曲管A端开口,B端封闭,密度为ρ的液体将两段空气封闭在管内,管内液面高度差分别为h1、h2和h3,则B端气体的压强为(已知大气压强为p0)(　　)
A.p0-ρg(h1+h2-h3)　　　　B.p0-ρg(h1+h3)
C.p0-ρg(h1+h3-h2)　　　　D.p0-ρg(h1+h2)
6.(2021山东烟台期末)如图所示,两端开口、粗细均匀的足够长玻璃管插在大水银槽中,管的上部有一定长度的水银柱,两段空气柱被封闭在左右两侧的竖直管中,平衡时水银柱的位置如图,其中h1=5 cm,h2=7 cm,L1=50 cm,大气压强为75 cmHg,则右管内气柱的长度L2等于 (　　)
A.44 cm　　B.46 cm　　C.48 cm　　D.50 cm
7.(2022辽宁朝阳第二高级中学月考)如图所示,一横截面积为S的圆柱形容器竖直放置,圆板A的上表面是水平的,下表面是倾斜的,且下表面与水平面的夹角为θ,圆板的质量为M,不计一切摩擦,大气压强为p0,重力加速度为g,则被圆板封闭在容器中的气体的压强为 (　　)
A.p0+　　　　B.+
C.p0+　　　　D.p0+
8.(2022河南禹州三立高级中学月考)求图中被封闭气体A的压强。其中甲、乙、丙图中的玻璃管内都装有水银,丁图中的小玻璃管浸没在水中。大气压强p0=76 cmHg。(p0=1.01×105 Pa,g=10 m/s2,ρ水=1×103 kg/m3)
题组三　探究气体压强与体积的关系
9.(2022湖北武汉新高考联合体期末)如图甲所示,用气体压强传感器“探究气体压强和体积关系”,操作步骤如下:
①把注射器活塞推至注射器中间某一位置,将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接;
②移动活塞,记录注射器的刻度值V,同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p;
③重复上述步骤②,多次测量;
④根据记录的数据,作出V-图线,如图乙所示。
(1)完成本实验的基本要求是　　　　(填正确答案标号)。
A.在等温条件下操作
B.封闭气体的注射器密封良好
C.必须弄清所封闭气体的质量
D.气体的压强和体积必须用国际单位制单位
(2)理论上由V-图线分析可知,如果该图线　　　　　　　　,就说明气体的体积跟压强的倒数成正比,即体积与压强成反比。
(3)若实验操作规范正确,则图线不过原点的原因可能是　　　　　　　　,图乙中V0代表　　　　　　　　。
第4节　科学探究:气体压强与体积的关系
基础过关练
1.AB 2.D 3.BC 4.AD 5.B 6.D 7.D
1.AB　温标是用来定量描述温度的方法,常用的温标有摄氏温标和热力学温标,两种温标表示同一温度时,数值不同,但在表示同一温度变化时,数值是相同的。若物体的温度升高1 K,也可以说物体的温度升高1 ℃,但在表示物体的温度时,物体的温度为1 K不能说成物体的温度为1 ℃,故选A、B。
2.D　摄氏温度升高1 ℃等于热力学温度升高1 K,故A错误;某物体摄氏温度为20 ℃,即热力学温度为T=20 K+273.15 K=293.15 K,故B错误;热力学温标亦称“绝对温标”,是由开尔文首先引入的,开尔文利用的实验事实是气体发生等容变化时,压强与摄氏温度成线性关系,再进行合理外推得到的,故C错误;摄氏温度有负值,热力学温度最小是零,不可能为负值,故D正确。
3.BC　气体的压强是由大量分子频繁地碰撞器壁而产生的,故A错,B对;气体压强的大小等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力,C对;气体的体积越大,不知温度如何变化,不能判断压强的变化,D错。
4.AD　压强不变,当温度升高时,气体体积增大,因此教室内的空气质量将减少,教室体积不变,则密度减小,选项A正确;温度是分子平均动能的标志,温度升高则分子的平均动能增大,但不是所有空气分子动能均增加,选项B错误;由教室内空气密度减小可知,单位体积内的分子数减小,选项C错误;与9点相比,15点时教室内的温度升高,空气分子的平均动能增大,教室内气体分子的数密度减小,又因为教室内气压不变,那么单位时间内碰撞墙壁单位面积的气体分子数一定减少,选项D正确。故选A、D。
5.B　需要从管口依次向左分析,中间气体压强比管口低ρgh3,B端气体压强比中间气体低ρgh1,所以B端气体压强为p0-ρgh3-ρgh1,故选B。
6.D　左侧管内气体压强为p1=p0+h2=82 cmHg,则右侧管内气体压强为p2=p1+h1=87 cmHg,设右侧管中下端水银液面到水银槽液面的距离为h3,则p2=p0+h3,得h3=12 cm,则右侧气柱长L2=(50-5-7)cm+12 cm=50 cm,故选D。
7.D　以圆板为研究对象,设封闭气体的压强为pA,如图所示,竖直方向受力平衡,则有pAS' cos θ=p0S+Mg,S'=,所以 cos θ=p0S+Mg,所以pA=p0+,选D。
8.答案　66 cmHg　71 cmHg　81 cmHg　1.13×105 Pa
解析　甲:pA=p0-ph=76 cmHg-10 cmHg=66 cmHg。
乙:pA=p0-ph=76 cmHg-10×sin 30° cmHg=71 cmHg。
丙:pB=p0+ph2=76 cmHg+10 cmHg=86 cmHg
pA=pB-ph1=86 cmHg-5 cmHg=81 cmHg。
丁:pA=p0+ρ水gh=1.01×105 Pa+1×103×10×1.2 Pa=1.13×105 Pa。
9.答案　(1)AB　(2)为过坐标原点的直线　(3)传感器与注射器间有气体　传感器与注射器间气体的体积
解析　(1)该实验探究的是等温条件下气体的变化规律,故需要在等温条件下操作,选项A正确;封闭气体的注射器密封良好也是需要的,故选项B正确;只要气体是一定质量的就可以,故不需要弄清所封闭气体的质量,选项C错误;气体的压强和体积只要单位统一就可以,不是必须用国际单位制单位,选项D错误。
(2)如果气体的体积跟压强的倒数成正比,即V=k,则V-的图像一定是过原点的直线。
(3)若图线不过原点,说明在活塞压缩气体最大时,即活塞压缩到最左端时,压强有一定的大小,原因可能是注射器的前端还有气体残留;而图乙中的V0就代表所剩余气体的体积。
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