1.5气体实验定律同步练习（含解析）2023——2024学年高物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

1.5气体实验定律 同步练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．如图所示，质量相等的同种理想气体甲和乙分别用绝热活塞封闭在两个绝热气缸中，两气缸固定在同一水平面上，开口分别竖直向上和水平向右，活塞质量不能忽略且可沿气缸无摩擦滑动。甲、乙两气体的体积相等，它们的压强分别用p甲、p乙表示，温度分别用T甲、T乙表示。下列关系正确的是（ ）
A．p甲 > p乙，T甲 > T乙 B．p甲 > p乙，T甲 < T乙
C．p甲 < p乙，T甲 > T乙 D．p甲 < p乙，T甲 < T乙
2．如图，上端封闭的连通管道A、B中用水银柱封闭着两段气体，A、B内的气柱长度，两侧水银面相平，连通管道下部有阀门K，初始状态两气柱温度相同。下列说法正确的是（　　）
A．A、B气体同时缓慢升温后，A管的液面将高于B管的液面
B．A、B气体同时缓慢降温后，A管的液面将高于B管的液面
C．打开阀门缓慢放出少量水银柱后，A管的液面将高于B管的液面
D．打开阀门缓慢放出少量水银柱后，A管的液面将低于B管的液面
3．如图，一定质量的理想气体，从A状态开始，经历了B、C状态，最后达到D状态，下列判断正确的是（　　）
A．A→B过程温度升高，压强变大 B．B→C过程温度不变，压强变小
C．B→C过程体积不变，压强不变 D．C→D过程体积变小，压强变大
4．如图所示，两端封闭的U形管中装有水银，分别封闭住A、B两部分气体，当它们温度相同且A、B端竖直向上放置，静止时左右液面高度差为h，以下说法中错误的是（　　）
A．使A、B两部分气体降低相同的温度，则水银柱高度差h变大
B．两部分气体升高到相同的温度后，两部分气体的压强差比升温前大
C．当U形管由图示位置开始下落时，两侧水银柱高度差h变大
D．若U形管加速下落过程中（a=g）液柱稳定，则两部分气体的压强差为零
5．一定质量的理想气体从状态a开始，经历a→b→c→d→a一次循环回到原状态，其体积随热力学温度变化的图像如图所示，其中ab、dc均垂直于横轴，ad，bc的延长线均过原点O。下列表述正确的是（ ）
A．在过程d→a中气体压强增大
B．状态a的压强小于状态c的压强
C．在过程da中在单位时间单位面积上碰撞容器壁的气体分子数增多
D．在过程b→c中温度、体积都减小，所以压强减小
6．如图所示，向一个空的铝制饮料罐中插入一根粗细均匀透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱（长度可忽略）。如果不计大气压的变化，该装置就是一支简易的气温计。则（ ）
A．吸管上的气温计刻度是不均匀的
B．温度升高后，罐中气体压强增大
C．用更粗的透明吸管，其余条件不变，则测温范围会变大
D．用更小的饮料罐，其他条件不变，可提高该气温计的测温灵敏度
7．用图示的实验装置来“探究压强不变时气体体积与温度的关系”。往杯中加入适量的热水，使注射器内的空气柱位于水面之下，每隔几分钟，记录气体体积和此时温度计的示数；用表示水降低的摄氏温度，用表示注射器内气体体积的改变量。根据测量数据作出的图线是（　　）
A． B．
C． D．
8．在“研究温度不变时气体压强跟体积关系”的实验时，推动活塞，注射器内空气体积减小，多次测量得到注射器内气体的图线，如图实线是一条双曲线，虚线为实验所得图线。环境温度保持不变，发现实验所得图线与玻意耳定律明显不符，造成这一现象的可能原因是（　　）
A．实验时用手握住注射器 B．实验时缓慢推动活塞
C．注射器没有保持水平 D．推动活塞过程中有气体泄漏
二、多选题
9．如图所示，表示一定质量的理想气体沿途径发生状态变化的过程，则该气体压强的变化情况是（　　）
A．从状态c到状态d，压强减小 B．从状态d到状态a，压强增大
C．从状态a到状态b，压强增大 D．从状态b到状态c，压强不变
10．打篮球是同学们喜爱的一种体育活动，篮球正常使用时气压范围为1.5atm～1.6atm。小明和同学们来到室内篮球场打篮球，发现篮球场内的篮球气压不足，测得篮球内部气体的压强为1.2atm。如图所示，小明同学用手持式打气筒在室内给篮球打气，每打一次都把体积为125mL、压强与大气压相同的气体打进球内。已知篮球的体积，大气压强恒为，打气过程中篮球体积和球内气体温度均视为不变，室内温度，室外温度。下列说法正确的是（ ）
A．若同学们在室内篮球场玩，最少需打气11次
B．若同学们在室内篮球场玩，最少需打气12次
C．若同学们将篮球带到室外篮球场玩，最多能打气15次
D．若同学们将篮球带到室外篮球场玩，最多能打气16次
11．如图，容积为的汽缸竖直放置，导热良好，右上端有一阀门连接抽气孔。汽缸内有一活塞，初始时位于汽缸底部高度处，下方密封有一定质量、温度为的理想气体。现将活塞上方缓慢抽至真空并关闭阀门，然后缓慢加热活塞下方气体。已知大气压强为，活塞产生的压强为，活塞体积不计，忽略活塞与汽缸之间摩擦。则在加热过程中（　　）
A．开始时，活塞下方体积为
B．温度从升至，气体对外做功为
C．温度升至时，气体压强为
D．温度升至时，气体压强为
12．一定质量的理想气体，从状态A开始，经历B、C两个状态又回到状态A，压强p与体积V的关系图像如图所示，与横轴平行，等腰的面积为，的反向延长线经过坐标原点O，已知气体在状态C的温度为，再根据图像所提供的其它已知信息，下列说法正确的是（　　）
A．气体在状态A的体积为 B．气体在状态B的压强为
C．气体在状态A的温度为 D．从状态B到状态C，外界对气体做的功为
三、实验题
13．某同学为了测量固体药物的体积，设计了如图甲所示的测量装置（装置密封性良好）。
要测量步骤如下：
①把待测药物放进注射器内；
②把注射器活塞推至适当位置，然后将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机连接；
③移动活塞，记录注射器的刻度值V，以及气体压强值p；
④重复上述步骤③，多次测量；
⑤根据记录的数据，作出图像，并利用图像计算药物体积。
(1)在操作步骤③中， （选填“缓慢”“快速”或“以任意速度”）移动活塞。
(2)在操作步骤⑤中，为了得到直线图像，纵坐标是V，则横坐标应该选用 （选填“p”“”或“”）。
(3)选择合适的坐标后，该同学通过描点作图，得到的直线图像如图乙所示，其延长线分别交横、纵坐标于a、b，则待测药物的体积为 （用题目中已知量表示）。
(4)由于压强传感器和注射器连接处软管存在一定容积，由此造成的测量值比真实值 （选填“偏大”“偏小”或“相同”）。
14．如图是“用DIS研究在温度不变时， 一定质量的气体压强与体积的关系”的实验装置。
主要步骤如下：
①将压强传感器调零；
②把活塞移至注射器满刻度处；
③逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器、计算机；
④推动活塞，记录多组注射器内气体的体积V， 以及相应的压强传感器示数p。
(1)实验操作中， 除了保证封闭气体的温度恒定以外，还需保证 不变。为此，在封入气体前，应 。
(2)实验室有容积为5mL 和20mL的两种注射器供选择， 为了能减小实验误差，选用容积为 的注射器更合适。
(3)在相同温度环境下，不同小组的同学均按正确的实验操作和数据处理的方法完成了实验，并在相同坐标标度的情况下画出了压强与体积的关系图线，如图甲、乙所示。对于两组的图线并不相同的结果， 他们请教了老师， 老师的解释是由于他们选取的气体质量不同。若4个小组所选择的研究对象的质量分别是 m1、m2、m3和m4，则由图可m1、m2、m3知它们的大小关系是 m1 m2，m3 m4（选填“大于”或“小于”）。
(4)某小组同学实验时缓慢推动活塞， 记录4组注射器上的刻度数值 V，以及相应的压强传感器示数p。在采集第5组数据时， 压强传感器的软管脱落， 重新接上后继续实验， 又采集了4组数据， 其余操作无误， 该小组绘出的关系图像应是
A． B． C． D．
四、解答题
15．如图所示，粗细均匀的U型细玻璃管竖直倒置，竖直高度为20cm，水平宽度为5cm，左端开口，右端封闭。用长度为10cm的水银柱在右侧管内封闭了长为10cm的理想气体，初始状态环境温度为258K，大气压强为76cmHg。现缓慢升高环境温度，有6cm长的水银柱进入左侧竖直细管，细玻璃管的内径远小于其自身的长度。求：
（1）此时管内封闭气体的压强；
（2）此时环境的温度。
16．如图所示，粗细均匀的连通器左端用水银封闭长的理想气柱，左、右两管水银面高度差，已知外界大气压强，环境的热力学温度，现要使左、右两管内的水银面相平。
（1）若仅在右管开口中缓慢注入水银，求需要注入的水银高度；
（2）若仅缓慢升高左端气柱的温度，求左端气柱最终的热力学温度。
17．图示为马德堡半球演示器，两半球合在一起时，可形成一直径的球形空腔。现用细软管、双向阀门与容积为、活塞横截面积为的注射器改装成小型的抽气机。在温度为27℃的室内，每次满量从球内缓慢抽出空气。连接处气密性很好，忽略软管的容积，抽气过程中球形空腔温度和体积均保持不变，摩擦不计。已知大气压强，取，计算结果均保留两位有效数字。求：
（1）对球形空腔抽气2次后，球形空腔内的气体压强；
（2）若对球形空腔抽气2次后，将马德堡半球演示器从室内移到室外37℃的太阳下，经过一段时间后，半球两侧至少均用多大的拉力才能把两半球拉开。
18．如图所示，活塞的质量为，大气压强为，当密闭气体的温度由升高到时，求：
（1）温度为时气体的压强；
（2）温度为时气体的体积。（汽缸的横截面积为，忽略活塞与汽缸间的摩擦，温度为时气体的体积为）
19．如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时，左端活塞在位置M，右端活塞通过外力控制保持位置不变，左、右两端活塞距离汽缸底部高度分别为h、，系统处于平衡状态。已知左、右两端活塞质量分别为4m、m，横面积分别为2S、S，环境温度始终保持不变，重力加速度为g、大气压强恒为。两活塞与汽缸壁间无摩擦，下端连通处的气体体积忽略不计。现向左端活塞上缓慢加细沙，使其下降至与右端活塞等高的位置N。
（1）求所加细沙的质量。
（2）若用外力竖直向下缓慢推右端活塞，使左端活塞恰好回到位置M，求此过程外力做的功。
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
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参考答案：
1．A
【详解】对甲图活塞受力分析有
对乙图活塞受力分析有
p乙 = p0
由题知质量相等的同种理想气体甲、乙两气体的体积相等，则根据
可知
p甲 > p乙，T甲 > T乙
故选A。
2．C
【详解】AB．A、B气体温度同时缓慢升高或降低，假设液面不移动，两部分气体为等容变化，根据
可得
两部分气体、、相同，故压强的变化量相同，所以A、B液面仍相平，故AB错误；
CD．打开阀门K缓慢放出少量水银柱后，假设两边液面下降后仍相平，根据等温变化的规律可得
可得压强为
故初态气柱长的更大，因，则，所以A的液面高于B，故C正确，D错误。
故选C。
3．D
【详解】A．图像中，A与B的连线是一条过原点的倾斜直线，为等压线，所以
温度升高
故A错误；
BC．由图像可知，B到C的过程中，体积不变，即
而温度降低，即
由查理定律可知
压强变小，故BC错误；
D．由图像可知，由C到D的过程中，温度不变，即
而体积变小，即
由玻意耳定律可知
故D正确。
故选D。
4．A
【详解】AB．A管气压为，B管气压为
此时
升高或降低相同的温度，根据
知在体积不变时有
所以升高同样温度，初状态压强大的气体（B气体）压强增加量大，水银柱向左移动，所以h变大，两部分气体的压强差比升温前大；反之降低相同的温度，B气体压强减小量大，水银柱右移，高度差h变小，故A错误，符合题意，B正确，不符合题意；
C．当U形管由图示位置开始下落时，系统处于完全失重状态，高出h的水银柱不再对B产生压强，右边的气体会将水银柱向左压，所以h变大，故C正确，不符合题意；
D．若U形管加速下落过程中液柱稳定时，通过对水银柱受力分析（加速度等于重力加速度g）可知A、B两部分气体压强相等，则两部分气体的压强差为零，故D正确，不符合题意。
故选A。
5．B
【详解】A．d→a过程中其体积随热力学温度变化的图像是过原点的直线，气体压强不变，则有
故A错误；
B．c→d过程中，温度不变，根据玻意耳定律可知，体积增大，压强减小，则有
所以有
故B正确；
C．d→a过程中气体压强不变，温度升高，根据压强微观意义可知，在单位时间单位面积上碰撞容器壁的气体分子数减少，故C错误；
D．b→c过程其体积随热力学温度变化的图像是过原点的直线，为等压变化，故D错误。
故选B。
6．C
【详解】A．设初始温度为、罐中空气体积为、吸管内空气柱长变为、其横截面积为S，温度变化后温度为、罐中空气体积不变、吸管内空气柱长变为、其横截面积不变。在温度变化时，气体做等压变化，有
可知
故温度变化量与距离的变化量成正比，吸管上的气温计刻度是均匀的，故A错误；
B．罐中气体压强始终等于大气压，即罐中气体压强始终不变，故B错误；
C．根据题意及A选项分析可得，油柱距离的变化与温度变化量关系为
可知，若更换更粗的透明吸管，其余条件不变，即在温度变化相同的条件下，吸管中的油柱左右移动距离会变小，则测量范围会变大，故C正确；
D．根据
可得
若用更小的饮料罐，其余条件不变，即在温度变化相同的条件下，吸管中的油柱左右移动距离会变小，即该气温计的测温灵敏度会降低，故D错误。
故选C。
7．A
【详解】压强不变时，有
可得
可见当气体压强不变时，体积变化与温度的变化的关系是成正比的。
故选A。
8．A
【详解】由图像的特点可知压缩气体过程中p与V的乘积增大，所以造成这一现象的原因可能是实验时用手握住注射器或实验时迅速推动活塞，导致温度升高。
故选A。
9．AC
【详解】由理想气体的状态方程知
在图像中，当压强增大时，图像上的点与原点的连线斜率变小，因此
pa< pd故选AC。
10．BC
【详解】AB．若同学们在室内篮球场玩，设最少需打气n次，原来篮球内部的压强为，打气筒每打一次的气体体积为，则根据玻意耳定律
解得
故A错误，B正确；
CD．室内的热力学温度为
室外的热力学温度为
若同学们将篮球带到室外篮球场玩，设最多能打气k次，根据理想气体状态方程
解得
即最多能打气15次，故C正确，D错误。
故选BC。
11．AD
【详解】A．由于初始时位于汽缸底部高度处，则初始时，活塞下方体积为，由于大气压强为，活塞产生的压强为，则初始时，气体的压强
将活塞上方缓慢抽至真空并关闭阀门过程，末状态气体的压强为，根据玻意耳定律有
解得
即加热开始时，活塞下方体积为，故A正确；
B．若活塞上方缓慢抽至真空并关闭阀门之后缓慢加热，活塞恰好到达气缸顶部，与顶部没有相互作用的弹力，气体压强始终为，此时，根据盖吕萨克定律有
解得
可知，温度从升至过程，活塞没有到达顶部，气体做等压变化，则有
解得
则温度从升至，气体对外做功为
故B错误；
C．结合上述可知，温度升至时，活塞恰好到达气缸顶部，与顶部没有相互作用的弹力，气体压强为，故C错误；
D．结合上述可知，温度升至时，活塞已经到达气缸顶部，与顶部有相互作用的弹力，温度由升高至过程为等容过程， 根据查理定律有
解得
故D正确。
故选AD。
12．AC
【详解】A．根据题意已知等腰做的角平分线会垂直平分底边BC，得
故A正确；
B．设气体在状态A、B的体积分别为、，AB的反向延长线经过坐标原点O，由正比例函数关系可得
三角形ABC的面积为，则有
联立解得
故B错误；
C．由C到A由理想气体状态方程可得
已知，由图可知
联立解得
故C正确；
D．由功的定义可得气体对外界做的功等于p-V关系图像与横轴所围成的面积，则气体从状态B到状态C，外界对气体做的功为
解得
故D错误。
故选AC。
13．(1)缓慢
(2)
(3)b
(4)偏小
【详解】（1）在操作步骤③中，为了保证气体温度不变，应缓慢移动活塞。
（2）设固体药物的体积为，以气体为对象，根据玻意耳定律可得
整理可得
为了得到直线图像，纵坐标是V，则横坐标应该选用。
（3）根据
结合图乙图像可知，待测药物的体积为
（4）由于压强传感器和注射器连接处软管存在一定容积，设该容积为，以气体为对象，根据玻意耳定律可得
整理可得
结合图乙可知
可知造成的测量值比真实值偏小。
14．(1) 质量 在活塞上均匀涂抹润滑油
(2)5mL
(3) 大于 大于
(4)D
【详解】（1）[1][2]实验操作中， 除了保证封闭气体的温度恒定以外，还需保证质量不变。为此，在封入气体前，应在活塞上均匀涂抹润滑油。
（2）[1]由于注射器长度几乎相同，因此体积越小，横截面积越小，用较小的力就可以产生比较大的压强使体积变化明显，故选5mL的注射器。
（3）[1][2]由克拉珀龙方程
式中m是气体的质量，M是摩尔质量，R是摩尔气体常量，可知在相同情况下，当温度T不变时，所选气体的质量m越大，pV值越大，可知m1大于m2。由克拉珀龙方程可得
可知图像斜率
可知在相同情况下，当温度T不变时，所选气体的质量m越大，k值越大，可知m3大于m4。
（4）[1]测量时，由于注射器与压强传感器连接部分气体的体积V0未计入，所以纵轴存在截距-V0；当软管脱落后，由于气体向外漏出，p的测量值偏小，相应的横坐标偏大，但左侧的延长线与纵轴的交点仍为- V0，则前后两条线应相交在此处。故绘出的V-关系图像应是D。
故选D。
15．（1）70cmHg；（3）441K
【详解】（1）升温后有6cm长的水银柱进入左侧竖直细管，水银柱高
空气柱长
封闭气体的压强为p2，则
所以
（3）升温前水银柱高
温度为
空气柱长为
封闭气体的压强为p1，则
解得
根据理想气体状态方程可得
解得
16．（1）21cm；（2）562.5K
【详解】（1）左端气柱初态压强
左、右两管内的水银面相平时末态压强
根据题意可知封闭气体做等温变化，根据玻意耳定律则有
解得
需要注入的水银高度
（2）仅缓慢升高左端气柱的温度，左、右两管内的水银面相平时，左端管中气体长度
根据一定质量的理想气体状态方程有
解得
17．（1）；（2）
【详解】（1）球形空腔的容积
注射器的容积，根据玻意耳定律，第一次抽气有
第二次抽气有
解得
（2）马德堡半球演示器从室内移到室外，球内气体等容变化，根据查理定律得
其中，，解得
拉力至少为
解得
18．（1）（2）
【详解】（1）以活塞为研究对象进行受力分析，可知
解得
（2）由盖吕萨克定律可知
解得
19．（1）m；（2）
【详解】（1）研究左端活塞受力，初始时
加细沙后
研究理想气体，初始时
加细沙后
根据理想气体状态方程
联立解得
（2）加细沙后，用外力缓慢推活塞过程，气体压强保持不变，则气体体积不变。
设左端活塞恰好回到位置M时，右端活塞距离汽缸底部的高度为。
研究右端活塞
研究气体
此过程外力F做的功
联立解得
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页