第二章测评
一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题目要求。
1.下列说法正确的是( )
A.表面张力的方向总是垂直于液面,指向液体内部
B.产生毛细现象时,液体在毛细管中一定上升
C.液晶像液体一样具有流动性,而其光学性质与某些晶体相似
D.熔化的金属在太空中呈现球形,是由于液体内部分子间存在引力
2.新买的冰箱在第一次通电后一段时间,首次打开冰箱门会发现门比较紧,产生这种现象的原因是( )
A.冰箱工作后,随着温度下降,腔体内气体压强小于外界压强
B.冰箱工作后,随着温度下降,腔体内气体压强大于外界压强
C.腔体内气体分子平均动能变大
D.腔体内气体分子平均动能不变
3.如图所示,某次实验时,试管中用水银柱封闭了一定质量的理想气体,一段时间后,发现水银柱往下移动了一定距离。则关于这个实验,下列说法正确的是( )
A.封闭气体的分子平均动能减小,气体吸热
B.在相等时间内封闭气体的分子对单位面积器壁的冲量不变
C.封闭气体在单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数不变
D.由于水银对玻璃不浸润,附着层内分子比水银的分子内部密集
4.如图所示为医院给病人输液的部分装置,A为输液瓶,B为滴壶,C为进气管,与大气相通。在输液过程中(假设病人保持不动、瓶A液体未流完)( )
A.瓶A上方的气体压强、滴壶B中的气体压强均减小
B.瓶A上方的气体压强、滴壶B中的气体压强均增大
C.瓶A上方的气体压强增大,滴壶B中的气体压强不变
D.瓶A上方的气体压强减小,滴壶B中的气体压强不变
5.(2023山东泰安高二月考)气压式升降椅通过汽缸上下运动来支配椅子升降,其简易结构如图所示,圆柱形汽缸与椅面固定连接,柱状汽缸杆与底座固定连接。可自由移动的汽缸与汽缸杆之间封闭一定质量的理想气体,设汽缸气密性、导热性能良好,忽略摩擦力。设气体的初始状态为A,某人坐上椅面后,椅子缓慢下降一段距离达到稳定状态B。然后打开空调,一段时间后,室内温度降低到设定温度,稳定后气体状态为C(此过程人的双脚悬空);接着人缓慢离开座椅,直到椅子重新达到另一个稳定状态D,室内大气压保持不变,则气体从状态A到状态D的过程中,关于p、V、T的关系图正确的是( )
6.(2023湖北高二开学考试)将密闭着一定质量的理想气体的导热汽缸按如图所示两种方式放置。图(a)中竖直弹簧下端固定在水平地面上,上端与活塞相连;图(b)中竖直弹簧上端固定在天花板上,下端与活塞相连。不计汽缸内壁与活塞间的摩擦,环境温度保持不变,弹簧始终在弹性限度内。当外界大气压变大时,下列说法正确的是( )
A.两图中弹簧弹力均变大
B.图(a)中气体压强变大,图(b)中气体压强变小
C.相对于地面,图(a)中汽缸位置下降,图(b)中汽缸位置上升
D.相对于地面,图(a)中活塞位置下降,图(b)中活塞位置上升
7.(2023山东临沂高二月考)某学习小组设计了一种测温装置,用于测量教室内的气温(教室内的气压为一个标准大气压,相当于76 cm汞柱产生的压强),结构如图所示,导热性能良好的大玻璃泡A内有一定量的气体,与A相连的B管插在水银槽中,B管内水银面的高度x可反映所处环境的温度,据此在B管上标注出温度的刻度值。当教室内温度为7 ℃时,B管内水银面的高度为20 cm。B管的体积与大玻璃泡A的体积相比可忽略不计,则以下说法正确的是( )
A.B管上所刻的温度数值上高下低
B.B管内水银面的高度为16 cm时,教室内的温度为17 ℃
C.B管上所刻的温度数值间隔是不均匀的
D.若把这个已刻好温度值的装置移到高山上,测出的温度比实际温度偏高
二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分。全部选对得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
8.(2023河南三门峡高二期末)下列说法正确的是( )
A.将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒是非晶体
B.单晶体有固定的熔点,多晶体和非晶体没有固定的熔点
C.由同种元素构成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体
D.在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体
9.如图所示,汽缸内用厚度不计、质量为m的活塞封闭一定质量的理想气体,活塞横截面积为S,到汽缸底部距离为L,活塞与汽缸壁间的摩擦不计,汽缸导热性能良好。现缓慢地在活塞上加一定质量的细砂,活塞下移达到稳定,环境温度保持不变,大气压强为p0,重力加速度大小为g,则( )
A.细砂质量为+m
B.汽缸内分子平均动能增大
C.汽缸内气体分子密度不变
D.单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多
10.如图所示,足够长U形管竖直放置,左右两侧分别用水银封闭着L1、L2两部分气体,则下列陈述正确的是( )
A.只对气柱L1加热,则气柱L1长度增大,气柱L2长度不变
B.只对气柱L2加热,则h不变,气柱L2长度减小
C.只在右管中注入一些水银,气柱L1长度将增大
D.对气柱L1、L2同时加热,则气柱L1、L2长度均增大
三、非选择题:本题共5小题,共54分。
11.(6分)大气压强对许多物理实验和化学实验有着重要的影响。现用如图所示的仪器来测量大气压强p0。注射器针筒已被固定在竖直方向上,针筒上所标刻度是注射器的容积,最大刻度Vmax=10 mL。注射器活塞已装上钩码框架,如图所示。此外,还有一架托盘天平、若干钩码、一把刻度尺、一个针孔橡皮帽和少许润滑油。
(1)下面是实验步骤,试在下面的空白处填写合适的文字或表达式。
①用刻度尺测出注射器针筒上全部刻度的长度L。
② 。
③把适量的润滑油抹在注射器的活塞上,将活塞插入针筒中,上下拉动活塞,使活塞与针筒的间隙内均匀地涂上润滑油。
④将活塞插到适当的位置。
⑤ 。
⑥在钩码框架两侧挂上钩码,记下挂上的钩码质量m1。在达到平衡后,记下注射器中空气柱的体积V1。在这个过程中,不要用手接触注射器以保证空气柱温度不变。
⑦增加钩码的个数,使钩码的质量增大为m2,达到平衡后,记下空气柱的体积V2。
(2)求出计算大气压强p0的表达式 (用已给的和测得的物理量表示)。
12.(8分)(2023广东中山高二期末)“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”的实验装置示意图如图所示,实验操作步骤如下:
①将活塞移动到注射器满刻度处;
②用软管连接注射器和压强传感器,并将压强传感器重置;
③用数据线依次连接压强传感器、数据采集器、计算机;
④缓慢移动活塞至某位置,待示数稳定后记录注射器上的刻度数值V,以及相应的压强传感器示数p;
⑤重复上述步骤④,多次测量并记录;
⑥根据记录的数据,作出相应图像,分析得出结论。
(1)在本实验操作的过程中,需要保持不变的量是气体的 和 ;
(2)实验过程中,下列说法正确的 ;
A.推拉活塞时,动作要快,以免气体进入或漏出
B.推拉活塞时,手不可以握住注射器气体部分
C.活塞移至某位置时,应迅速记录此时注射器内气柱的长度和压强传感器的示数
(3)某同学测出了注射器内封闭气体的几组压强p和体积V的值后,以p为纵轴、为横轴,画出图像如图所示,则产生的可能原因是 ;
A.实验过程中有气体从注射器漏出
B.实验开始前,压强传感器没有调零
C.实验过程中气体温度升高
D.实验过程中外面气体进入注射器,使注射器里面气体质量增加了
(4)在不同温度环境下,另一位同学重复了上述实验,实验操作和数据处理均正确。环境温度分别为T1、T2,且T1>T2。在如图所示的四幅图中,可能正确反映相关物理量之间关系的是 。
13.(10分)(2023广东珠海高二期末)健身球上无人时,球内气体的体积为120 L,压强为1.5×105 Pa,此时周围的环境温度为27 ℃。
(1)如图所示,某人趴在健身球上静止时,球内体积变为100 L,球内气体可看成理想气体且温度保持不变,求此时球内气体压强;
(2)把此球从温度为27 ℃的健身房放置到温度为-3 ℃的仓库,当球内气体与环境温度相同后,健身球体积变为108 L,求此时球内气体压强。
14.(14分)(2023河北邢台高二期末)如图所示,质量m=5 kg、导热性能良好的薄壁汽缸平放在粗糙水平地面上,横截面积S=10 cm2的薄活塞将一定量的理想气体封闭在汽缸内,水平轻质弹簧的左端与光滑活塞(不漏气)连接,右端固定在竖直墙上,系统处于静止状态。此时薄活塞到汽缸底部的距离L0=20 cm,缸内气体的热力学温度T0=300 K,弹簧处于原长。现用水平力向右缓慢推动汽缸(该过程中缸内气体的温度不变),当汽缸向右移动距离s=6 cm时撤去水平力,此时汽缸恰好能够静止,弹簧的压缩量x=2 cm。大气压强恒为p0=1×105 Pa,重力加速度g取10 m/s2,弹簧一直在弹性限度内,认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力,不计活塞以及缸内气体的质量。
(1)求汽缸下侧与地面之间的动摩擦因数μ;
(2)撤去外力后将汽缸固定,缓慢对缸内气体加热,求当汽缸底部到活塞的距离恢复为L0时缸内气体的热力学温度T。
15.(16分)(2023山东菏泽高二月考)深海养殖技术在海洋渔业中被普遍推广。某深海大黄鱼渔场引进的单柱半潜式养殖网箱如图甲所示,其截面示意图如图乙所示。在图乙中,网箱的中央柱形容器是由横截面积为2 m2,高16 m的镀锌铁皮(不计铁皮体积)制成的空心圆柱体,可进水或充气,以此调节网箱在海水中的位置,使整个网箱按要求上浮或下沉;网箱与海水相通,是养鱼的空间,并与圆柱体固定在一起;网箱的底部用绳索悬挂质量为20 t的铸铁块(不与海底接触),铸铁块相当于“船锚”,起稳定作用。已知制作网箱材料的总质量为10 t,养殖网箱材料和铸铁块能够排开海水的体积为6 m3,海水的密度为1.0×103 kg/m3,大气压强为1.0×105 Pa,g取10 m/s2。在认为空气温度与海水温度相同的情况下,当网箱的底部下沉到海面下15 m处静止时,求:
(1)空心圆柱体内气体的压强;
(2)通过计算说明从开始入水到该状态,需要通过气阀向空心圆柱体充气还是对外放气;
(3)充入或放出的气体在空气中的体积。
第二章测评
1.C 表面张力使液体表面有收缩的趋势,它的方向跟液面相切,选项A错误;浸润液体在毛细管内上升,不浸润液体在毛细管内下降,故B错误;液晶像液体一样具有流动性,而其光学性质与某些晶体相似,选项C正确;熔化的金属呈球状是由于液体表面分子间存在表面张力的结果,选项D错误。
2.A 根据一定质量的理想气体状态方程=C可知随着温度下降,腔体内气体压强小于外界压强,故A正确,B错误;由于温度下降,故腔体内气体分子平均动能变小,故C、D错误。
3.B 气体压强不变,发生等压变化,又V0>V1,所以T0>T1,所以温度减小,平均分子动能减小,气体放热,在相等时间内封闭气体的分子对单位面积器壁的冲量不变,故A错误,B正确;由于体积减小,而分子数未变,所以单位时间内撞击的分子数应增大,故C错误;不浸润时,附着层内分子比水银的分子内部稀疏,故D错误。
4.C 瓶A中上方气体的压强为外界大气压与瓶A中的液体产生的压强差,瓶A中的液面下降,液体产生的压强就减小,所以瓶A中上方气体的压强会增大,进气管C处的压强为大气压强,不变化,从C到滴壶B之间的液柱高度不变,所以滴壶B中的气体压强在瓶中药液输完以前是不变的。故A、B、D错误,C正确。
5.B 从状态A到状态B过程中,气体等温压缩,体积减小,压强增大,温度不变,从状态B到状态C过程中,气体等压降温,温度降低,体积减小,压强不变,从状态C到状态D过程中,气体等温膨胀,体积变大,压强减小,且状态D的压强恢复为原状态A的压强。故选B。
6.C 把汽缸和活塞当作整体,状态变化前后均满足平衡条件F=(m0+m)g,故弹簧弹力保持不变,两活塞位置保持不变,故A、D错误;图(a)中以汽缸为研究对象m0g+p0S=p1S,p0增大,故p1增大,又温度保持不变,由玻意耳定律可知,气体体积缩小,故汽缸位置下降;图(b)中以汽缸为研究对象m0g+p2S=p0S,p0增大,故p2增大,又温度保持不变,由玻意耳定律可知,气体体积缩小,故汽缸位置上升,故B错误,C正确。
7.D 当温度升高时,管内气体体积变大,B管液面降低,则B管上所刻的温度数值上低下高,故A错误;B管的体积与大玻璃泡A的体积相比可忽略不计,可认为气体做等容变化,则当温度为7 ℃时,设温度为T1=273 K+7 K=280 K,大玻璃泡A内气体压强相当于56 cm汞柱产生的压强,温度改变为T2时,气体压强相当于60 cm汞柱产生的压强,根据可得T2=300 K=27 ℃,选项B错误;温度改变为T时,气体压强为p=76-x,根据可得T=380-5x,则B管上所到的温度数值间隔是均匀的,选项C错误;若把这个已经刻好温度值的装置移到高山上,大气压强比地面偏小,导致大玻璃泡A内体积偏大,管内液面下降,则测出的温度比实际偏高,故D正确。
8.CD 将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒仍然晶体,A错误;单晶体、多晶体有固定的熔点,非晶体没有固定的熔点,B错误;由同种元素构成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体,例如金刚石和石墨,C正确;在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体,例如天然石英是晶体,加工后做成玻璃就是非晶体,D正确。
9.AD 由题意可知,气体发生等温变化,初状态,对活塞受力分析,由平衡条件得p1S=mg+p0S,末状态对细砂和活塞受力分析,由平衡条件得p2S=mg+m0g+p0S,对封闭气体,由等温变化规律得p1SL=p2S×L,联立解得m0=+m,故A正确;气体温度不变,则分子平均动能不变,故B错误;汽缸内封闭气体被压缩,体积减小,而质量不变,则汽缸内气体分子密度增大,故C错误;温度不变,气体分子的平均动能不变,平均速率不变,等温压缩时,根据玻意耳定律得知,压强增大,则单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多,故D正确。
10.AD 只对L1加热,则L1长度增大,气柱L2压强不变,温度不变,故长度不变,故A正确;只对L2加热,气体L2做等压变化,压强不变,温度升高,体积增大,故气柱L2长度增大,故B错误;只在右管中注入一些水银,L2压强增大,L1的压强与h长度的水银柱产生的压强之和随之增大,可知L1的长度将减小,故C错误;使L1、L2同时升温,L2压强不变,则L1、L2长度均增大,故D正确。
11.答案 (1)②称出活塞和钩码框架的总质量M ⑤将注射器针筒上的小孔用橡皮帽堵住
(2)p0=
解析 (1)本实验的原理是注射器内的气体的压强与大气压相关,通过气体的等温变化规律建立气体压强、大气压与相关体积的关系,进一步求得大气压。
(2)设活塞和钩码框架的总质量为M,活塞的横截面积为S=,根据步骤⑥⑦可知,气体的初状态p1=p0+,体积为V1,末状态p2=p0+,体积为V2,根据玻意耳定律,有p1V1=p2V2,得p0=-M。
12.答案 (1)质量 温度 (2)B (3)CD (4)AC
解析 (1)在本实验操作的过程中,需要保持不变的量是气体的质量和温度。
(2)推拉活塞时动作过快,实验过程中会使气体的温度发生变化,A错误;推拉活塞时,手不可以握住注射器气体部分,以保证气体的温度不变,B正确;活塞移至某位置时,要等稳定后记录此时注射器内气柱的长度和压强传感器的示数,C错误。
(3)由一定质量的理想气体状态方程=C可知p=CT,图像发生了弯曲,则说明在实验中温度发生了变化,因图像向上弯曲,p-图像的斜率为k=CT,故可能是气体的温度升高了,或者质量变大了,故选CD。
(4)由于实验操作和数据处理均正确,同体积情况下,则温度高对应压强大,pV乘积较大的是T1对应的图线,A正确,B错误;由理想气体状态方程=C可知V=CT,对于一定量的气体,温度T越高V-图像的斜率越大,已知T1>T2,C正确,D错误。
13.答案 (1)1.8×105 Pa (2)1.5×105 Pa
解析 (1)对球内的气体由玻意耳定律可得p1V1=p'V'
解得球内气体的压强p'=1.8×105 Pa。
(2)当把此球从27 ℃的健身房放置到-3 ℃仓库,由理想气体状态方程
解得p2=1.5×105 Pa。
14.答案 (1)0.5 (2)525 K
解析 (1)汽缸向右移动后系统处于静止状态时,活塞到汽缸底部的距离L=L0+x-s
在汽缸向右移动的过程中,缸内气体做等温变化,设撤去外力时缸内气体的压强为p,有p0L0S=pLS
对活塞,根据物体的平衡条件有pS=p0S+kx
对汽缸与活塞整体,根据物体的平衡条件有kx=μmg
解得μ=0.5。
(2)经分析可知,当汽缸底部到活塞的距离恢复为L0时,弹簧的压缩量x'=s=6 cm
设此时缸内气体的压强为p',有
对活塞,根据物体的平衡条件有p'S=p0S+kx'
解得T=525 K。
15.答案 (1)2.2×105 Pa (2)充气 (3)25.2 m3
解析 (1)网箱材料和铸铁块的总质量m=10 t+20 t=30 t=3×104 kg
网箱静止在海水中,整个装置受到的浮力等于它的总重力,即F浮=G=mg=3×104×10 N=3×105 N
根据阿基米德原理V排= m3=30 m3
空心圆柱体排开水的体积V排'=V排-V0=30 m3-6 m3=24 m3
空心圆柱体内海水的体积V海水=15×2 m3-24 m3=6 m3
空心圆柱体内海水的高度h==3 m
空心圆柱体内气体的压强p=1.0×105 Pa+(15-3)×10×103 Pa=2.2×105 Pa。
(2)假设既没有放气也没有充气,根据玻意耳定律可得p0V=p1V'
其中V=16×2 m2=32 m2,V'=13×2 m2=26 m2
解得p1≈1.23×105 Pa
比较可知p1
可知需要通过气阀向空心圆柱体充气。
(3)设充入的体积为V″,根据玻意耳定律p0(V+V″)=pV'
解得V″=25.2 m3。第二章分层作业5 温度和温标
A级 必备知识基础练
1.(多选)(2023江西九江高二模拟)关于状态参量,下列说法正确的是( )
A.体积是几何参量 B.压强是力学参量
C.温度是热学参量 D.压强是热学参量
2.上海某天的温度最高为33 ℃,最低为22 ℃,用热力学温标来表示上海这一天的最高温度和最大温差分别为( )
A.33 K、11 K B.306 K、11 K
C.33 K、295 K D.306 K、295 K
3.(多选)如图所示,一个细长颈的球形瓶倒插在装有红色液体的槽中,细管中的液面清晰可见,如果不考虑外界大气压的变化,就能根据液面的变化测出球形瓶周围温度的变化,则( )
A.该温度计的测温物质是槽中的液体
B.该温度计的测温物质是细管中的红色液体
C.该温度计的测温物质是球形瓶中的空气
D.该温度计是利用测温物质的热胀冷缩性质制造的
4.(2023山西朔州高二期末)关于热力学温度,下列说法正确的是( )
A.27 ℃相当于301.15 K
B.摄氏温度与热力学温度都可能取负值
C.温度变化1 ℃,也就是温度变化1 K
D.温度由t升至2t,对应的热力学温度升高了273.15 K+t
5.(多选)下列各个状态处于平衡态的是( )
A.将冰水混合物放在0 ℃的房间里
B.将铜块放在沸水中加热足够长的时间
C.电影院开空调5 min内放映厅内的气体
D.一个密闭绝热匀速运动的容器突然停止时,运动容器内的气体
6.(多选)(2023辽宁大连模拟)两个原来处于热平衡状态的系统分开后,由于外界的影响,其中一个系统的温度升高了5 K,另一个系统温度升高了5 ℃,则下列说法错误的是( )
A.两个系统不再是热平衡系统了
B.两个系统仍处于热平衡
C.两个系统的状态都发生了变化
D.两个系统的状态没有变化
7.温度不同的两块金属接触,达到热平衡后,相同的物理量是( )
A.内能 B.分子势能
C.分子平均动能 D.热量
8.在某一温度计的管子上刻有150格均匀的标度。在标准大气压下,当温度计的玻璃泡进入冰水混合物中时,水银柱位置在40刻度处;当玻璃泡进入沸水中时,水银柱的位置在90刻度处。当水银柱上升到100刻度处时,应相当于多少摄氏度 相当于热力学温度多少开
B级 关键能力提升练
9.如果一个系统达到了平衡态,那么这个系统各处的 ( )
A.温度、压强、体积都一定达到了稳定的状态不再变化
B.温度一定达到了某一稳定值,但压强和体积仍是可以变化的
C.温度一定达到了某一稳定值,并且分子不再运动,达到了“凝固”状态
D.温度、压强不再变化,但体积仍可变化
10.(多选)下列说法正确的是( )
A.放在腋下足够长时间的水银体温计中的水银与人体达到热平衡
B.温度相同的棉花和石头相接触,需要经过一段时间才能达到热平衡
C.若a与b、c都达到热平衡,则b、c之间也达到了热平衡
D.两物体温度相同,可以说两物体达到了热平衡
11.气体初始温度为27 ℃,升高了20 ℃。用热力学温标表示,则( )
A.气体初始温度为27 K,升高了20 K
B.气体初始温度为300 K,升高了20 K
C.气体初始温度为27 K,升高了293 K
D.气体初始温度为300 K,升高了293 K
12.有关温标的说法正确的是( )
A.温标不同,测量时得到同一系统的温度数值可能是不同的
B.不同温标表示的温度数值不同,则说明温度不同
C.温标的规定都是人为的,没有什么理论依据
D.热力学温标和摄氏温标是两种不同的温度表示方法,表示的温度数值没有关系
13.严冬季节,水桶里结了厚厚的冰,为了测出冰下水的温度,某同学在冰上打了一个洞,拿来一支实验室温度计,用下列四种方法测水温,正确的做法是( )
A.用线将温度计拴牢从洞中放入水里,待较长时间后从水中提出,读出示数
B.取一塑料饮水瓶,将瓶拴住从洞中放入水里,水灌满瓶后取出,再用温度计测瓶中水的温度
C.取一塑料饮水瓶,将温度计悬吊在瓶中,再将瓶拴住从洞中放入水里,水灌满瓶后待较长时间,然后将瓶提出,立即从瓶外观察温度计的示数
D.手拿温度计,从洞中将温度计插入水中,待较长时间后取出,然后读出示数
14.实验室有一支读数不准确的温度计,在测标准大气压下冰水混合物的温度时,其读数为20 ℃;在测标准大气压下沸水的温度时,其读数为80 ℃。则温度计示数为41 ℃ 时对应的实际温度和实际温度为60 ℃时温度计的示数分别是( )
A.41 ℃ 60 ℃
B.21 ℃ 40 ℃
C.35 ℃ 56 ℃
D.35 ℃ 36 ℃
15.一个系统的温度由200 K升高到300 K,另一个系统的温度由200 ℃升高到300 ℃,则它们升高的温度 ,它们升高后的温度 。(均选填“相同”或“不同”)
分层作业5 温度和温标
1.ABC 热学中,为了描述系统所处的状态,所用到的物理量称为状态参量。确定系统空间范围用到的体积,是一个几何参量;确定外界与系统之间或系统内部各部分之间的力的作用用到的压强,是一个力学参量;确定系统的冷热程度用到的温度,是一个热学参量,故A、B、C正确,D错误。
2.B 最高温度和最低温度分别为T1=(273+33) K=306 K,T2=(273+22) K=295 K,最大温差为ΔT=T1-T2=306 K-295 K=11 K,故选B。
3.CD 细管中的红色液体是用来显示球形瓶中空气的体积随温度变化情况的,测温物质是球形瓶中封闭的空气,该温度计是利用它的热胀冷缩的性质制造的,故A、B错误,C、D正确。
4.C 根据热力学温度与摄氏温度关系可知T=t+273.15 K=(27+273.15) K=300.15 K,故A错误;因为热力学温度最低值是绝对零度,故热力学温度不可能取负值,而摄氏温度可以取负值,故B错误;由热力学温度与摄氏温度关系式T=t+273.15 K,可知ΔT=Δt,所以温度变化1 ℃,也就是温度变化1 K,故C正确;温度由t升至2t,初态温度为t+273.15 K,末态温度为2t+273.15 K,对应的热力学温度升高了t,故D错误。
5.AB 系统处于平衡态时,其状态参量不随时间变化。冰水混合物在0 ℃的房间里,其温度、压强、体积都不再变化,是平衡态,故A正确;铜块在沸水中加热很长时间后,其温度、压强、体积不再变化,是平衡态,故B正确;开空调5 min内放映厅内气体的温度、体积都要变化,不是平衡态,故C错误;密闭绝热匀速运动的容器突然停止运动时,容器内的气体的温度升高,压强变大,故其不是平衡态,故D错误。
6.AD 由于热力学温度和摄氏温度每一度表示的冷热差别是相同的,所以两系统温度均升高5 ℃,温度仍然相等,因此两个系统的状态虽然均已变化,但是仍处于热平衡,B、C正确,不符合题意,A、D错误,符合题意。
7.C 温度不同的两块金属接触,达到热平衡后,温度相同,即分子平均动能相同,故选C。
8.答案 120 ℃ 393 K
解析 摄氏温标规定,冰水混合物的温度为0 ℃,标准大气压下沸水温度为100 ℃,由此可见,题中所说的40刻度处就是0 ℃,90刻度处就是指100 ℃。从40到90有50等份,每1等份的实际温度是 ℃=2 ℃。
当水银柱上升到100刻度处时,共占有的等份数是100-40=60,所以100刻度处的实际温度是2 ℃×60=120 ℃。
由热力学温度与摄氏温度的关系式T=t+273 K可得120 ℃相当于热力学温度T=(120+273) K=393 K。
即该温度计100刻度处相当于120 ℃,相当于393 K。
9.A 如果一个系统达到了平衡态,系统内各部分的状态参量如温度、压强和体积都不再随时间发生变化。温度达到稳定值,分子仍然是运动的,不可能达到所谓的“凝固”状态。
10.ACD 两个物体紧密接触时,如果两者的温度有差异,它们之间就会发生热传递,高温物体将向低温物体传热,最终使二者的温度达到相等,即达到热平衡,故A、D正确;两个物体的温度相同时,不会发生热传递,已经达到热平衡,故B错误;若a与b、c都达到热平衡,三者温度一定相等,所以b、c之间也达到了热平衡,故C正确。
11.B 用热力学温标表示,气体初始温度为T=273 K+t=300 K,升高了ΔT=Δt=20 K,故B正确。
12.A 温标不同,测量同一系统的温度数值一般不同,A正确,B错误;每一种温标的规定都有一定意义,如摄氏温标的0 ℃表示标准大气压下冰的熔点,100 ℃为标准大气压下水的沸点,C错误;热力学温标和摄氏温标的数值关系为T=t+273 K,D错误。
13.C 要测量冰下水的温度,必须使温度计与冰下的水达到热平衡,再读出温度计的示数。隔着冰没法直接读数,把温度计取出来,显示的不是原热平衡下的温度,所以A、D的做法不正确,C的做法正确;B的做法也失去了原来的热平衡,水瓶提出后,再用温度计测,这时,周围空气也参与了热交换,测出的温度不再是冰下水的温度了。故选C。
14.C 此温度计每一刻度表示的实际温度为 ℃= ℃,当它的示数为41 ℃时,它上升的格数为(41-20)格=21格,对应的实际温度应为21× ℃=35 ℃;同理,当实际温度为60 ℃时,此温度计应从20开始上升格数为格=36格,它的示数为36 ℃+20 ℃=56 ℃,所以C正确。
15.答案 相同 不同第二章分层作业6 实验:探究气体等温变化的规律
A级 必备知识基础练
1.(多选)在探究气体等温变化的规律的实验中,为保持温度不变,下列采取的措施合理的是( )
A.推动活塞运动时尽可能慢些
B.在活塞上涂上润滑油,保持良好的密封性
C.不要用手握住注射器封闭气体部分
D.实验时尽量在注射器中封入较多的空气
2.对一定质量的气体,在等温条件下得出体积V与压强p的数据如下表:
V/m3 1.00 0.50 0.40 0.25 0.20
p/(105 Pa) 1.45 3.10 3.95 5.98 7.70
(1)根据所给数据在坐标纸上(如图所示)画出p-图线。
(2)由画出的图线可得结论是 。
3.为了探究气体等温变化的规律,某学习小组设计了如下实验,如图所示,用粗细均匀的U形管封闭一定质量的空气,右端开口,可通过右端口添加水银液体来改变封闭空气压强,测量左端空气柱长度,来得到不同压强下空气的体积。已知外界大气压强相当于76 cm水银柱产生的压强,图中给出了实验中气体的两个不同的状态。
(1)实验时甲图气体的压强相当于 cm水银柱产生的压强;乙图气体的压强相当于 cm水银柱产生的压强。
(2)实验时某同学认为U形管的横截面积S可不用测量,这一观点正确吗 (选填“正确”或“错误”)。
B级 关键能力提升练
4.(2023江西抚州高二模拟)某实验小组用如图所示的装置探究气体做等温变化的规律。已知压力表通过细管与注射器内的空气柱相连,细管隐藏在柱塞内部未在图中标明。
(1)从压力表中读取空气柱的 ,从注射器旁的 上读取空气柱的长度。
(2)实验过程中,下列操作正确的是 。
A.推拉柱塞时,动作要快,以免气体进入或漏出
B.推拉柱塞时,手不可以握住整个注射器
C.柱塞移至某位置时,应迅速记录此时注射器内空气柱的长度和压力表的压强值
5.(2023山东济宁高二期末)某实验小组探究一定质量的气体在温度不变时,压强与体积的关系时,设计了如下实验:用注射器封闭一部分气体并连接装置,如图甲所示,从注射器上读出封闭气体的体积V,由计算机显示出压强p,改变气体体积,根据实验数据画出的V-图像如图乙所示。
甲
乙
(1)实验操作中,柱塞上均匀涂抹润滑油,主要目的是 ;
(2)关于该实验的操作,下列说法正确的有 ;
A.应缓慢推拉柱塞
B.用手握紧注射器推拉柱塞
C.若压强传感器与注射器之间的软管脱落,应立即重新接上,继续实验
(3)若该实验的误差仅由注射器与传感器之间细管中的气体体积V0导致,由图乙得V0大小为 mL。(结果保留1位小数)
分层作业6 实验:探究气体等温变化的规律
1.AC 缓慢地推拉活塞,可以使封闭气体的温度与外界的温度保持一致,从而可以保持封闭气体的温度不变,所以A正确;在活塞上涂上润滑油,保持良好的密封性,这样是为了保持封闭气体的质量不发生变化,并不能保持封闭气体的温度不变,故B错误;当用手直接握住注射器封闭气体部分时,手的温度可能改变封闭气体的温度,所以不要用手直接握住注射器封闭气体部分,所以C正确;只要是封闭气体的质量不变,气体的多少不会改变实验的数据,与气体的温度是否会变化无关,所以D错误。
2.答案 (1)见解析图
(2)一定质量的气体,在温度不变的情况下,压强与体积成反比
解析 (1)作图如图所示
(2)由图可知p-图线为过原点的倾斜直线,即一定质量的气体,在温度不变的情况下,压强p与体积的倒数成正比,所以压强与体积成反比。
3.答案 (1)76 80 (2)正确
解析 (1)由连通器原理可知,甲图中气体压强等于外界大气压强,相当于76 cm水银柱产生的压强,乙图中气体压强为p2=76 cm·ρg+4 cm·ρg =80 cm·ρg,相当于80 cm水银柱产生的压强。
(2)由玻意耳定律p1V1=p2V2,即p1L1S=p2L2S可以看出,两边横截面积可以约掉,所以U形管的横截面积可不用测量,这一观点是正确的。
4.答案 (1)压强 刻度尺 (2)B
解析 (1)通过压力表读取空气柱的压强,从注射器旁的刻度尺上读取空气柱的长度。
(2)若急速推拉柱塞,则有可能造成等温条件的不满足,所以应缓慢推拉柱塞,A错误;推拉柱塞时,如果手握注射器会造成气体温度变化,B正确;柱塞移至某位置时,应等状态稳定后,记录此时注射器内空气柱的长度和压力表的压强值,C错误。
5.答案 (1)封闭气体,防止漏气 (2)A (3)1.0
解析 (1)在活塞上涂润滑油主要目的是封闭气体,防止漏气。
(2)应缓慢推拉柱塞,使封闭气体与外界温度保持一致,故A正确;用手握紧注射器推拉柱塞会改变封闭气体的温度,所以不能用手握紧注射器,故B错误;若压强传感器与注射器之间的软管脱落,气体质量变化,不能继续实验,应重新实验,故C错误。
(3)由玻意耳定律p(V+V0)=C可得V=-V0,结合图线可知V0=1.0 mL。第二章分层作业7 玻意耳定律及其应用
A级 必备知识基础练
1.(多选)一定质量的气体在不同温度下的两条等温线如图所示,则下列说法正确的是( )
A.从等温线可以看出,一定质量的气体在发生等温变化时,其压强与体积成反比
B.一定质量的气体,在不同温度下的等温线是不同的
C.一定质量的气体,温度越高,气体压强与体积的乘积越小
D.由图可知T1>T2
2.如图所示,汽缸倒挂在天花板上,用光滑的活塞密封一定量的气体,活塞下悬挂一个沙漏,保持温度不变,在沙缓慢漏出的过程中,气体的( )
A.压强变大,体积变大 B.压强变大,体积变小
C.压强变小,体积变大 D.压强变小,体积变小
3.一个气泡由湖面下20 m深处缓慢上升到湖面下10 m 深处,湖内的温度不变,它的体积约变为原来体积的( )
A.3倍 B.2倍
C.1.5倍 D.
4.(多选)如图所示,两端开口的均匀玻璃管竖直插入水根槽中,管中有一段高为h1的水银柱封闭一定质量的气体,这时管下端开口处内、外水银面高度差为h2,若保持环境温度不变,当外界压强增大时,下列分析正确的是( )
A.h2变长 B.h2不变
C.水银柱上升 D.水银柱下降
5.(2023江苏盐城高二期末)吸盘工作原理的示意图如图所示,使用时先把吸盘紧挨竖直墙面,按住锁扣把吸盘紧压在墙上,挤出吸盘内部分空气,然后把锁扣扳下,使外界空气不能进入吸盘。由于吸盘内外存在压强差,使吸盘被紧压在墙壁上,挂钩上即可悬挂适量物体。某轻质吸盘导热良好、有效面积为8 cm2(不计吸盘和墙壁接触部分的面积),扳下锁扣前密封体积为1.0 cm3,压强等于大气压强1×105 Pa,空气密度为1.29 kg/m3,扳下锁扣后吸盘内体积变为2.0 cm3,已知吸盘挂钩能够承受竖直向下的最大拉力是其与墙壁间正压力的1.5倍,下列说法正确的是( )
A.扳下锁扣后吸盘内气体压强为1.8×105 Pa
B.扳下锁扣后吸盘内气体密度为1.03 kg/m3
C.该吸盘此时能悬挂的物体的重力不能超过60 N
D.当大气压强增大时,吸盘能够承受的最大拉力将减小
6.气压式保温瓶的原理图如图所示,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,重力加速度为g,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,温度保持不变,各物理量的单位均为国际单位)
7.(2023吉林长春高二期末)如图所示的注射器,用活塞和开口处的橡胶塞封闭着一段空气柱,空气柱的压强等于大气压强p0=1.0×105 Pa,长度为l0=15 cm。已知橡胶塞与开口间最大静摩擦力为Ffm=3.6 N,橡胶塞的横截面积为S=1.2×10-5 m2,注射器和活塞导热性能良好,环境温度保持不变。现向内缓慢推动活塞,当橡胶塞恰好被推动时,求:
(1)空气柱的压强;
(2)空气柱的长度。
B级 关键能力提升练
8.如图所示,上端封闭的玻璃管插在水银槽中,管内封闭着一段气柱。现使玻璃管缓慢地绕其最下端的水平轴偏离竖直方向一定角度,能描述管内气体状态变化的图像是(箭头表示状态的变化方向)( )
9.跳跳球是一种锻炼身体、训练平衡的玩具,由橡胶球、踏板和扶手构成,在人未站上踏板前,橡胶球内气体压强为p,体积为V,当质量为m的人站在跳跳球上保持平衡不动时,橡胶球内气体体积变为V',若橡胶球球膜厚度和玩具的重力均忽略不计,橡胶球内气体温度保持不变,重力加速度为g,则此时橡胶球和踏板的接触面积为( )
A. B.
C. D.
10.(2023江苏镇江高二期末)试管内封有一定质量的气体,静止时气柱长为L0,大气压强为p0,其他尺寸如图所示,当试管绕竖直轴OO'以角速度ω在水平面内匀速转动时气柱长变为L,设温度不变,试管横截面积为S,水银密度为ρ,则转动时管内被封气体的压强为( )
A.p0+ρL1ω2
B.p0+ρL1ω2
C.p0+ρgL1
D.
11.如图所示,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50 cm,大气压强p0= 1.0×105 Pa,水的密度ρ= 1.0×103 kg/m3,重力加速度g取10 m/s2。某次洗衣选择的挡位,当细管中空气压强达1.02×105 Pa时压力传感器就会关闭洗衣机进水阀门,此时洗衣缸内水位高度约为( )
A.20 cm B.21 cm
C.23 cm D.24 cm
12.如图所示,竖直圆筒是固定不动的,粗筒横截面积是细筒的2倍,细筒足够长,粗筒中A、B两轻质活塞间封有一定质量的空气,气柱长L=15 cm。活塞A上方的水银深H=15 cm,两活塞的重力及与筒壁间的摩擦不计,用外力向上托住活塞B使之处于平衡状态,水银面与粗筒上端相平,现使活塞B缓慢上移,直至水银的三分之二被推入细筒中,求活塞B上移的距离。(设在整个过程中气柱的温度不变,大气压强p0相当于75 cm的水银柱产生的压强)
分层作业7 玻意耳定律及其应用
1.AB 由等温线的物理意义可知,A、B正确;对于一定质量的气体,温度越高,气体压强与体积乘积越大,等温线的位置越高,C、D错误。
2.B 设活塞和沙漏的总质量为m,则对活塞分析可知pS+mg=p0S,则当m减小时,p增大;根据玻意耳定律pV=C可知,体积减小,故选B。
3.C 题目要求为粗略计算,大气压强为p0=1.0×105 Pa,g取10 m/s2,ρ水=1×103 kg/m3,气体变化过程为等温变化,气泡内压强p=ρ水gH+p0,则湖面下20 m深处p1=ρ水gh1+p0=3.0×105 Pa,湖面下10 m深处p2=ρ水gh2+p0=2.0×105 Pa,由玻意耳定律p1V1=p2V2,得V2==1.5V1,C正确。
4.BD 对于管内封闭气体的压强可得p=p0+ρgh1,也可以有p=p0+ρgh2,则知h1=h2,h1不变则h2不变。当外界压强增大时,管内封闭气体压强p增大,根据玻意耳定律pV=C可知气体的体积减小,则水银柱下降。故选B、D。
5.C 由于轻质吸盘导热良好,所以扳下锁扣前、后吸盘内气体可视为等温变化,根据玻意耳定律有p0V0=p1V1,解得扳下锁扣后吸盘内气体压强为p1=0.5×105 Pa,故A错误;扳下锁扣后吸盘内气体质量不变,体积变为原来的2倍,所以密度变为原来的一半,即0.645 kg/m3,故B错误;此时吸盘与墙壁间的正压力大小为FN=(p0-p1)S=40 N,该吸盘此时能悬挂的物体的重力不能超过Gmax=1.5FN=60 N,故C正确;根据前面分析可知,扳下锁扣后吸盘内外压强差为大气压强的一半,当大气压强增大时,吸盘与墙壁间正压力增大,吸盘能够承受的最大拉力将增大,故D错误。
6.答案
解析 压水前p1=p0,V1=V
压水后水刚流出时p2=p0+ρgh,V2=V-ΔV
由玻意耳定律p1V1=p2V2
即p0V=(p0+ρgh)(V-ΔV)
解得ΔV=。
7.答案 (1)4×105 Pa
(2)3.75 cm
解析 (1)橡胶塞恰好被推动时有p1S=Ffm+p0S
解得p1=4×105 Pa。
(2)假设注射器的横截面积为S0,由玻意耳定律得p0l0S0=p1l1S0
解得l1=3.75 cm。
8.A 设大气压为p0,封闭气体压强p=p0-ρgh,玻璃管绕其最下端的水平轴偏离竖直方向一定角度,水银柱的有效高度h变小,封闭气体压强变大;气体温度不变,压强变大,由玻意耳定律pV=C可知,气体体积将变小;pV为常数,由数学知识知p-V图线为双曲线,故A正确,B、C、D错误。
9.A 橡胶球内的气体温度不变,做等温变化,初态p1=p,V1=V;末态V2=V'。根据玻意耳定律可得p1V1=p2V2,解得p2=;由平衡条件可知p2S=mg,解得S=,故A正确,B、C、D错误。
10.A 以水银柱为研究对象,其两端的压力差为向心力,水平方向受力为向右的p0S,向左的pS,由牛顿第二定律,有pS-p0S=mω2,得p=p0+ρL1ω2,若以被封闭气体为研究对象,由玻意耳定律有p0L0S=pLS,解得p=p0,故B、C、D错误,A正确。
11.B 以细管内封闭气体为研究对象,开始时压强为p0=1.0×105 Pa,体积V0=L0S,L0=50 cm,压缩后,气体压强p1=1.02×105 Pa,体积为V1=L1S,由玻意耳定律p0L0S=p1L1S解得L1=49 cm,即细管内液面离洗衣缸底竖直高度h1=L0-L1=1 cm,由平衡条件p0+ρgh2=p1,其中,h2为缸中液面和空气柱内液面高度差,解得h2=20 cm。综上,洗衣缸内水位高度约为h=h1+h2=21 cm,故选B。
12.答案 11.5 cm
解析 初态封闭气体压强p1=pH+p0
设粗筒横截面积为S
体积V1=LS
水银上升到细筒中,则HS=h1
HS=h2S
此时封闭气体压强p2=ph1+ph2+p0
体积V2=L'S
由玻意耳定律得p1V1=p2V2
解得L'=13.5 cm
活塞B上移的距离d=H+L-L'-H=11.5 cm。第二章分层作业8 气体的等压变化和等容变化
A级 必备知识基础练
1.在冬季,剩有半瓶热水的暖水瓶经过一个夜晚后,第二天拔瓶口的软木塞时觉得很紧,不易拔出来,这种现象的主要原因是( )
A.软木塞受潮膨胀
B.瓶口因温度降低而收缩变小
C.白天气温升高,大气压强变大
D.瓶内气体因温度降低而压强减小
2.一个密闭容器中装有气体,当温度变化时气体压强减小了(不考虑容器热胀冷缩),则气体的( )
A.密度增大
B.密度减小
C.分子平均动能增大
D.分子平均动能减小
3.(多选)对于一定质量的理想气体,下列过程可能发生的是( )
A.气体的温度变化,但压强、体积保持不变
B.气体的温度、压强保持不变,而体积发生变化
C.气体的温度保持不变,而压强、体积发生变化
D.气体的温度、压强、体积都发生变化
4.(2023四川达州高二期末)一定质量的理想气体,由状态C(6,2)沿直线CB变化到A(2,6),如图所示。气体在C、B、A三个状态中的温度之比是( )
A.1∶1∶1 B.1∶2∶3
C.3∶4∶3 D.4∶3∶4
5.(多选)(2023吉林高二模拟)如图所示,一定质量的理想气体经历的两个不同过程分别由体积—温度(V-t)图像上的两条直线Ⅰ和Ⅱ表示,V1和V2分别为两直线与纵轴交点的纵坐标;t0为它们的延长线与横轴交点的横坐标,t0=-273.15 ℃;a、b为直线Ⅰ上的两点,c为直线Ⅱ上的一点。由图可知( )
A.气体在状态a和b的压强之比=1
B.气体在状态a和b的压强之比=2
C.气体在状态b和c的压强之比
D.气体在状态b和c的压强之比
6.如图所示,一导热性能良好的汽缸内用活塞封住一定质量的气体(不计活塞与缸壁的摩擦),缸底离地高度为H,活塞距地高度为h,当温度降低时,下列说法正确的是( )
A.气体压强减小 B.汽缸高度H减小
C.活塞高度h减小 D.气体体积增大
7.(2023重庆沙坪坝高二期末)如图所示,一定质量的理想气体由状态A经状态B变到状态C。图中纵轴表示气体体积,横轴表示气体的热力学温度,T0、V0为已知量。
(1)求状态A的温度TA。
(2)若状态A的压强为p0,求状态C的压强。
B级 关键能力提升练
8.如图所示,上端开口的光滑圆柱形汽缸竖直放置,活塞将气体封闭在汽缸内。设有a、b两卡环,使活塞只能向上滑动。开始时活塞搁在a、b上,现缓慢加热缸内气体,直到活塞刚要离开卡环。能正确反映缸内气体体积压强变化的V-图像是( )
9.如图所示p-V图像,1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态,对应的温度分别是T1、T2、T3。用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数,则下列说法正确的是( )
A.T1=T2>T3 B.T1=T3>T2
C.N1=N2>N3 D.N1=N3>N2
10.(2023湖南长沙高二模拟)两位同学为测量一个内部不规则容器的容积,设计了一个实验,在容器上插入一根两端开口的玻璃管,接口用蜡密封,如图所示。玻璃管内部横截面积S=0.2 cm2,管内一静止水银柱封闭着长为L1=5 cm的空气柱,水银柱长为L=4 cm,此时外界温度为T1=27 ℃,现把容器浸入温度为T2=47 ℃的热水中,水银柱静止时,下方的空气柱长度变为L2=8.7 cm,实验时大气压相当于76 cm汞柱产生的压强且不变。根据以上数据可以估算出容器的容积约为( )
A.5 cm3 B.7 cm3
C.10 cm3 D.12 cm3
11.(2023山东聊城高二期中)一定质量的理想气体从状态A开始,经历状态B、C、D回到状态A的p-T图像如图所示,其中BA的延长线经过原点O,BC、AD与横轴平行,CD与纵轴平行,下列说法正确的是( )
A.A到B过程中,气体的压强变大、温度升高、体积变大
B.B到C过程中,气体分子单位时间内撞击单位面积器壁的次数增多
C.C到D过程中,体积变大、分子热运动剧烈程度不变
D.D到A过程中,气体压强不变、内能减小、体积变大
12.如图所示,空的饮料罐中插入一根粗细均匀的透明吸管,罐口处密封,吸管内注入一小段油柱(长度可以忽略),制成简易气温计,已知饮料罐的容积为V,吸管内部横截面积为S,罐口外吸管长度为L0。当温度为T1时,油柱与罐口相距L1,不计大气压的变化。
(1)简要说明吸管上标示的气温刻度是否均匀;
(2)求气温计能测量的最高温度Tm。
分层作业8 气体的等压变化和等容变化
1.D 冬季气温较低,瓶中的气体体积V不变时,由查理定律知温度T减小而使压强p减小,这样瓶外的大气压力将瓶塞往下推,使瓶塞盖得紧紧的,所以拔起来就感到很吃力,故D项正确。
2.D 一个密闭容器,又不考虑容器热胀冷缩,所以气体体积不变,质量不变,根据ρ=,可知密度不变,故A、B错误;气体的体积不变,压强减小,根据查理定律=C,可知温度降低,分子平均动能减小,故C错误,D正确。
3.CD 根据理想气体状态方程=C可知气体的温度变化,压强和体积至少有一个量变化,故A错误;根据理想气体状态方程=C可知气体的温度、压强保持不变,则体积也保持不变,故B错误;根据理想气体状态方程=C可知气体的温度保持不变,而压强、体积发生变化,但压强和体积的乘积不变是可能的,故C正确;根据理想气体状态方程=C可知气体的温度、压强、体积可以同时都发生变化,故D正确。
4.C 根据理想气体状态方程=C,可知TC∶TB∶TA=pCVC∶pBVB∶pAVA,结合图像可得TC∶TB∶TA=3∶4∶3,故C正确,A、B、D错误。
5.AC 根据理想气体状态方程=C可得V=(t+273.15 K),因两条直线都过绝对零度点,可知两条直线都是等压图线,则状态a和b的压强相等,即=1,A正确,B错误;由V=(t+273.15 K)知图线的斜率k=,即=p,则压强比等于斜率的反比,故状态b和c的压强之比,C正确,D错误。
6.B 对汽缸受力分析可知m0g+p0S=pS,当温度降低时,气体的压强不变;对活塞和汽缸的整体受力分析可知(m+m0)g=kx,当温度变化时,x不变,即h不变;根据盖-吕萨克定律可得,故温度降低时,气体的体积减小,因h不变,则汽缸高度H减小,选项B正确,A、C、D错误。
7.答案 (1)T0 (2)p0
解析 (1)由V-T图像可知气体从状态A到状态B发生等压变化,由盖-吕萨克定律,有
解得TA=T0。
(2)气体从状态A到状态C,由理想气体状态方程,有
解得pC=p0。
8.C 由题可知,气体做等容变化,由查理定律=C可知,当气体的体积不变,温度升高时,气体的压强增大,则减小。由此可知,A、B、D错误,C正确。
9.B 从“1”到“2”是等容变化,根据查理定理可知“2”状态温度低,分子平均动能小,所以单位时间内撞击器壁上单位面积的平均次数少,即T1>T2,N1>N2;从“1”到“3”,因为1点状态压强与体积的积与3点状态压强与体积的积相等,说明T1=T3;从“2”到“3”是等压膨胀,气体分子在单位时间内撞击器壁单位面积的次数减少,即N2>N3,故B正确,A、C、D错误。
10.C 设容器的容积为V,由气体的等压变化可知,又V1=V+L1S,V2=V+L2S,解得V=10.1 cm3,故选C。
11.C 在该图像中过原点的直线是等容线,A到B过程中,气体的体积不变,故A错误;B到C过程中,压强不变,温度升高,则分子平均动能增大,由=C知体积变大,气体分子单位时间内撞击单位面积器壁的次数减少,故B错误;C到D过程中,温度不变,气体分子热运动剧烈程度不变,由pV=C知体积变大,故C正确;D到A过程中,等压变化、温度降低,则气体内能减小,由=C知体积减小,故D错误。
12.答案 (1)刻度是均匀的
(2)
解析 (1)根据盖-吕萨克定律=C,得V=CT,
所以ΔV=CΔT,即体积的变化量与温度的变化量成正比,吸管上标的刻度是均匀的。
(2)罐内气体压强保持不变,
有,
解得Tm=。第二章分层作业9 固体
A级 必备知识基础练
1.(多选)下列说法正确的是( )
A.一块固体,若沿各个方向上的导电性能相同,则该固体为非晶体
B.一块固体,若是各个方向导热性能不同,则这个固体一定是单晶体
C.一块固体,若有确定的熔点,则该固体必定为晶体
D.黄金可以切割加工成各种形状,所以是非晶体
2.(2023山东胶州一中模拟)方解石形成的双折射现象实验的照片如图所示,下列关于方解石的说法正确的是( )
A.是非晶体
B.具有固定的熔点
C.所有的物理性质都是各向异性
D.是由许多单晶体杂乱无章排列组成的
3.(2023江苏扬州高二期末)北京冬奥会主火炬由小雪花和橄榄枝组成。关于自然界中的雪花,下列说法正确的是( )
A.雪花是水蒸气在空气中凝华形成的晶体
B.雪花沿各个方向的物理性质都相同
C.雪花融化成水的过程中分子平均动能增大
D.因为自然界中雪花的形状超过2万种,所以雪花是非晶体
4.关于石墨与金刚石,下列说法正确的是( )
A.它们是由不同物质微粒组成的不同晶体
B.它们是由相同物质微粒组成的不同非晶体
C.金刚石是晶体,石墨是非晶体
D.金刚石比石墨原子间作用力大,金刚石有很大的硬度
5.(多选)有关晶体的排列结构,下列说法正确的有( )
A.同种元素原子按不同结构排列有相同的物理性质
B.同种元素原子按不同结构排列有不同的物理性质
C.同种元素形成晶体只能有一种排列规律
D.同种元素形成晶体可能有不同的排列规律
6.人们在夏季喜欢佩戴水晶饰品,天然的水晶具有规则的几何外形,如图所示。关于天然水晶,下列说法正确的是( )
A.天然水晶是单晶体
B.没有固定的熔点
C.微观粒子的空间排列不规则
D.在光学性质上表现为各向同性
7.(多选)如图所示,a、b是两种不同物质的熔化曲线,根据曲线,下列说法正确的是( )
A.a是一种晶体的熔化曲线
B.a是一种非晶体的熔化曲线
C.b是一种非晶体的熔化曲线
D.a中有一段吸热但温度不变的过程
B级 关键能力提升练
8.一块密度和厚度都均匀分布的矩形被测样品,长AB是宽AC的两倍,如图所示。若用多用电表沿两对称轴O1O1'和O2O2'测其电阻,阻值均为R,则这块样品可能是( )
A.单晶体 B.多晶体
C.非晶体 D.金属
9.(多选)下列关于晶体空间点阵的说法,正确的是( )
A.构成晶体空间点阵的物质微粒可以是分子,也可以是原子或离子
B.晶体的物质微粒之所以能构成空间点阵,是由于晶体中物质微粒之间相互作用很强,所有物质微粒被牢牢地束缚在空间点阵的结点上不动
C.所谓空间点阵与空间点阵的结点,都是抽象的概念;结点是指组成晶体的物质微粒做永不停息地微小振动的平衡位置;物质微粒在结点附近的微小振动,就是热运动
D.相同的物质微粒可以构成不同的空间点阵,也就是同一种物质能够生成不同的晶体,从而能够具有不同的物理性质
10.(多选)下列物质是晶体还是非晶体的判断不正确的是( )
A.因为石英是晶体,所以由石英制成的玻璃也是晶体
B.食盐熔化过程中,温度保持不变,说明食盐是晶体
C.蔗糖受潮后黏在一起,没有确定的几何形状,所以它是非晶体
D.用烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明蜂蜡是晶体
11.(2023山东潍坊高二期中)中国科研团队成功制造出适应大陆性季风气候特点的合格“冰状雪”。“冰状雪”可以减小雪道表面与滑雪板间的摩擦力,保证雪道表面不易变形。即使在运动员高速转向的情况下,也能保证雪道表面平整光滑。不论运动员第几个出场,雪道都可以处于相对完美的状态,以此确保比赛的公平性。已知普通雪密度是0.1~0.4 g/cm3,而“冰状雪”密度则需要达到0.65 g/cm3。下列说法正确的是( )
A.“冰状雪”没有规则的形状,是非晶体
B.在同样条件下,同体积的“冰状雪”比自然雪熔化得慢
C.3 ℃的水通过造雪机转化为雪时,需要吸收热量
D.“冰状雪”熔化成水的过程中温度会不断变化
12.石墨是碳原子按图甲排列形成的,其微观结构为层状结构。图乙为石墨烯的微观结构,单碳层石墨烯是单层的石墨,厚1 mm的石墨大概包含大约三百万层石墨烯。石墨烯是现有材料中厚度最薄、强度最高、导热性最好的新型材料。则( )
A.石墨中的碳原子静止不动
B.碳原子的直径大约为3×10-9 m
C.石墨烯碳原子间只存在分子引力
D.石墨烯的熔解过程中,碳原子的平均动能不变
13.某晶体的物态变化过程如图所示,其中甲、乙、丙分别表示三种物态。下列分析正确的是( )
A.甲为气态
B.甲→乙的过程需要放热
C.乙→丙的过程与露珠形成过程相同
D.BC段对应的温度为该晶体的熔点
分层作业9 固体
1.BC 只有晶体才有确定的熔点,只有单晶体才具有各向异性,B、C正确;多晶体和非晶体都具有各向同性,A错误;黄金是晶体,切割后分子结构不变,仍然是晶体,D错误。
2.B 光在晶体中的双折射现象就是光学各向异性的表现,所以图中方解石的双折射现象说明方解石是晶体,具有固定的熔点,A错误,B正确。单晶体具有规则的几何形状、各向异性和一定的熔点等性质,并不是所有的物理性质都是各向异性的;多晶体是由许多小的晶体杂乱无章地排列在一起组成的,使得多晶体不再具有规则的几何外形,而且也看不出各向异性的特点,故C、D错误。
3.A 雪花是水蒸气在空气中凝华形成的晶体,故A正确;雪花是单晶体,沿各个方向的物理性质不同,故B错误;雪花融化成水的过程中温度不变,分子平均动能不变,故C错误;雪花有固定的熔点,是晶体,故D错误。
4.D 物质的性质由物质微粒的微观结构决定,石墨和金刚石都是由碳原子组成,石墨和金刚石都是晶体,因原子排列结构不同,原子间作用力不同。D选项正确。
5.BD 同种元素原子在不同情况下可能按不同的方式排列,并导致物理性质有明显的差异,故A、C错误,B、D正确。
6.A 天然的水晶具有规则的几何外形,所以是单晶体,故A正确;晶体具有固定的熔点,故B错误;单晶体微观粒子的空间排列是规则的,故C错误;单晶体在光学性质上表现为各向异性,故D错误。
7.ACD 晶体在熔化过程中,不断吸热,但温度(熔点对应的温度)却保持不变,而非晶体没有确定的熔点,不断加热,非晶体先变软,然后熔化,温度不断上升,因此a对应的是晶体,b对应的是非晶体,故A、C、D正确。
8.A 沿O1O1'和O2O2'两对称轴测长方体电阻,所得阻值相等,正说明该物质沿O1O1'和O2O2'方向电阻率(即导电性能)不同,即表现出各向异性的物理性质,故选项A正确。
9.ACD 组成晶体的物质微粒可以是分子、原子或离子,这些物质微粒也就是分子动理论中所说的分子,显然,组成晶体的物质微粒处于永不停息的无规则的热运动之中,物质微粒之间还存在相互作用力。晶体的物质微粒之所以能构成空间点阵,是由于晶体中物质微粒之间的相互作用很强,物质微粒的热运动不足以克服这种相互作用而彼此远离,而不是固定不动。故B错误,A、C、D正确。
10.ACD 因石英有规则的几何外形,且各向异性,是晶体,而玻璃没有确定的熔点,为非晶体,故A错误,符合题意;晶体的特点是在熔化过程中温度保持不变,有固定的熔点,食盐熔化过程中,温度保持不变,说明食盐是晶体,故B正确,不符合题意;蔗糖受潮后黏在一起,没有确定的几何形状,但它是晶体中的多晶体,故C错误,符合题意;烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明云母片是晶体,故D错误,符合题意。
11.B “冰状雪”是雪的一种,是晶体,故A错误;“冰状雪”密度较大,在同样条件下,同体积的“冰状雪”比自然雪熔化得慢,故B正确;3 ℃的水通过造雪机转化为雪时,需要放出热量,故C错误;“冰状雪”是晶体,熔化成水的过程中温度不变,故D错误。
12.D 石墨中的碳原子是运动的,A错误;由题意可知单层石墨烯的距离为d= m=3×10-10 m,且层与层之间有间距,B错误;石墨烯碳原子间不仅存在分子引力,同时也存在分子斥力,C错误;石墨烯是晶体,在熔解过程中,温度不变,故碳原子的平均动能不变,D正确。
13.D 由题图知,甲中分子相距最近,分子排列规则,分子间的作用力最大,既不易被压缩,也不易被拉伸,所以是固态分子的排列方式;乙中分子相距较近,分子排列杂乱,分子间的作用力较弱,是液态分子的排列方式;丙中分子相距最远,分子无固定排列,分子间的作用力最弱,是气态分子的排列方式。由以上分析知,甲为固态,故A错误。甲→乙是固态变为液态的熔化过程,需要吸收热量,故B错误。乙→丙是液态变成气态的汽化过程,露珠是水蒸气遇冷形成小水滴的液化过程,故C错误。BC段表示物体吸热或放热的温度保持不变,此段为晶体熔化(或凝固)过程,此时的温度叫晶体的熔点(或凝固点),故D正确。第二章分层作业10 液体
A级 必备知识基础练
1.如图所示,金属框上阴影部分表示肥皂膜,它被棉线分割成a、b两部分。若肥皂膜的a部分用热针刺破,棉线的形状是下图中的哪一个( )
2.(多选)关于液体的表面张力,下列说法正确的是( )
A.表面张力是液体各部分间的相互作用
B.液体表面层分子分布比液体内部稀疏,分子间相互作用表现为引力
C.表面张力的方向总是垂直于液面,指向液体内部的
D.液体表面张力使液体表面有收缩的趋势
3.(2023江西九江高二模拟)下列说法正确的是( )
A.竹筏漂浮在水面上,是分子表面张力作用的结果
B.液体表面层的分子比液体内部的分子有更小的分子势能
C.在夏季,人穿棉线衣服感觉舒适是因为汗水对棉线浸润
D.布制的雨伞伞面能明显看到线的缝隙,但雨伞不漏雨水是因为水对伞面不浸润
4.(2023山东淄博高二期末)2022年3月23日,天宫号空间站上的三名航天员给全国的观众带来了一堂精彩的天宫授课。在天宫授课中,航天员们做了“液桥”实验。将水分别挤在两块透明板上,水球状似倒扣着的碗,如图甲所示。将两板慢慢靠近,两个水球“碗底”挨“碗底”,形成一座中间细、两头粗的“液桥”将两块板相连,如图乙所示;再将两块板拉远,液桥变得更细、更长,仍然没有断开。下列说法正确的是( )
A.日常生活中地球上不可能有“液桥”现象
B.由图甲可以推断水和透明板是不浸润的
C.液体表面张力有使液体表面积扩大的趋势
D.液桥形成的根本原因是水的表面张力的作用
5.护肤乳液在一定条件下能形成层状液晶,则( )
A.所有物质都能形成层状液晶
B.层状液晶的光学性质具有各向异性
C.层状液晶是液体与晶体的混合物
D.层状液晶不会随温度升高发生变化
6.合格的一次性医用防护口罩内侧所用材料对水都是不浸润的,图为一滴水滴在某一次性防护口罩内侧的照片,对此以下说法正确的是( )
A.照片中的口罩一定为不合格产品
B.照片中附着层内分子比水的内部稀疏
C.照片中水滴表面分子比水的内部密集
D.水对所有材料都是不浸润的
7.(多选)下列说法正确的是( )
A.把一枚曲别针轻放在水面上,它会浮在水面上,这是由于水表面存在表面张力
B.形成液体表面张力的原因是液体表层的分子分布比内部密集
C.在围绕地球飞行的空间站中,自由飘浮的水滴呈球形,这是表面张力作用的结果
D.在毛细现象中,毛细管中的液面有的升高,有的降低,这与液体的种类和毛细管的材质有关
8.夏天的清晨,某同学发现小型水生昆虫水黾不仅能在水面上滑行,而且还能在水面上优雅地跳跃和玩耍,如图甲所示,这是由 导致的物理现象。如图乙所示,荷叶上滚动着一个个晶莹剔透的小露珠,甚是好看。这些小露珠都呈现为近似的球形,这是 共同作用的结果。
B级 关键能力提升练
9.立方体玻璃容器内盛有一定体积的水,盖上玻璃盖后置于完全失重环境下,则容器内水(图中阴影区域)的形状可能是( )
10.(多选)(2023宁夏银川高二期末)液体在器壁附近的液面会发生弯曲,如图所示。关于此现象,下列几种解释正确的是( )
A.表面层Ⅰ内分子的分布比液体内部稀疏
B.表面层Ⅱ内分子的分布比液体内部稀疏
C.液体在器壁Ⅰ内的高度变高
D.液体在器壁Ⅱ内的高度变高
11.(多选)通电雾化玻璃是将液晶膜固化在两片玻璃之间,经过特殊工艺胶合一体成型的新型光电玻璃产品,被广泛应用于高档办公室、计算机机房、医疗机构、商业展示等领域,能够实现玻璃的通透性和保护隐私的双重要求。我们将其工作原理简化为如图所示的模型,在自然条件下,液晶层中的液晶分子无规则排列,玻璃呈乳白色,即不透明,像一块毛玻璃;通电以后,弥散分布的液晶分子迅速从无规则排列变为有规则排列,整个液晶层相当于一块普通的透明玻璃。结合以上内容和你所学知识,关于通电雾化玻璃,你认为下列叙述不合理的是( )
A.不通电时,入射光在液晶层发生了全反射,导致光线无法通过
B.不通电时,入射光在液晶层发生了干涉,导致光线无法通过
C.通电时,入射光在通过液晶层后方向发生了改变
D.通电时,入射光在通过液晶层后按原有方向传播
12.(2023山东潍坊高二模拟)神舟十二号航天员刘伯明曾在空间站用毛笔写下“理想”二字。在空间站内使用的毛笔、墨汁和纸张都是特制的,毛笔笔尖内部存在毛细管能够吸墨,笔尖与纸张接触时,墨汁就从笔尖转移到纸上。在空间站内( )
A.使用普通中性笔也能流畅书写
B.墨汁分子间不存在作用力
C.墨汁不浸润毛笔笔尖
D.墨汁浸润纸张
13.用金属丝制成一个U形架,一段细长棉线两端系在U形架两臂上A、B两点,细线中点O处有一扣。将U形架浸入肥皂液中再取出,U形架上形成的肥皂液膜如图所示,细线被绷紧是因为液体表面层存在表面张力,表面张力的作用是使得液面有 (选填“扩张到最大”或“收缩到最小”)的趋势;用力拉动细线中点的扣至图中虚线位置(肥皂液膜未发生破损,忽略肥皂液膜的蒸发影响且温度不变),肥皂液膜的内能将 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
分层作业10 液体
1.A 液体表面的分子数目较少,分子间距大于r0,分子间表现为引力,即液体的表面张力,表面张力的作用效果是使液体的表面积减小,因此若将肥皂膜的a部分用热针刺破,b部分液体由于表面张力作用,表面积缩小将细线绷紧,故呈现A所示的形状,故A正确,B、C、D错误。
2.BD 液体表面层分子分布比液体内部稀疏,分子间相互作用力表现为引力,表面张力是表面分子引力的宏观表现,A错误,B正确;表面张力的方向与液体表面平行,C错误;液体表面张力使液体表面有收缩的趋势,尽可能使表面积最小,D正确。
3.C 竹筏漂浮在水面上,是因为水对竹筏的浮力等于竹筏的重力,故A错误;液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离,分子间作用力表现为引力,分子势能随着分子距离的增大而增大,所以液体表面层的分子有更大的分子势能,故B错误;在夏季,人穿棉线衣服感觉舒适是因为汗水对棉线浸润,汗水可以通过棉线衣服蒸发出去,故C正确;布制的雨伞伞面能明显看到线的缝隙,但雨伞不漏雨水是由于雨水的表面张力的作用,故D错误。
4.D “液桥”形成的根本原因是水的表面张力的作用,在地球上也可以有“液桥”现象,只是因为重力影响桥的长度较短,A错误,D正确;水能附着在透明板上,由此可推断水和透明板是浸润的,B错误;液体表面分子间间距大于内部分子间间距,表现为引力,有使液体表面积缩小的趋势,C错误。
5.B 并不是所有物质都能形成层状液晶,只有少数物质在特定条件下才能成为液晶,故A错误;层状液晶的光学性质具有各向异性,故B正确;层状液晶并不是指液体和晶体的混合物,是一种特殊的物质,液晶像液体一样可以流动,又具有晶体各向异性的特性,故C错误;层状液晶是不稳定的,外界影响的微小变化,例如温度、电场等,都会引起液晶分子排列变化,改变它的光学性质,故D错误。
6.B 合格的一次性医用防护口罩内侧所用材料对水都不浸润的,照片中的口罩正好发生了不浸润现象,A错误;根据照片所示,水发生了不浸润现象,则附着层内分子比水的内部稀疏,B正确;照片中水滴为球形,水滴表面分子比水的内部分子间距大,分子之间的作用力为引力,则照片中水滴表面分子应比水的内部稀疏,C错误;水不是对所有材料都是不浸润的,比如水可以浸润玻璃,D错误。
7.ACD 一枚曲别针浮在水面上,浮力很小,可以忽略不计,是由于水的表面存在表面张力,故A正确;形成液体表面张力的原因是液体表层的分子分布比液体内部稀疏,故B错误;在围绕地球飞行的空间站中,自由飘浮的水滴处于失重状态,形状呈球形,这是表面张力作用的结果,故C正确;在毛细现象中,毛细管中的液面有的升高,有的降低,这是由于液体的表面张力以及浸润和不浸润造成的,这与液体的种类和毛细管的材质有关,故D正确。
8.答案 水的表面张力 液体表面张力和不浸润现象
解析 在液体表面层中,液体分子间距大于平衡距离,液体分子之间的相互作用总体上表现为引力,它的作用是使液体表面紧绷,宏观上表现为液体的表面张力,水黾可以在水面上如此活动是因为水的表面张力。露珠由于液体表面张力的作用总要收缩成球体,当露珠与荷叶接触时,液体的附着层内分子间表现为引力,即小露珠都呈现为近似的球形是液体表面张力和不浸润现象共同作用的结果。
9.A 水处于完全失重状态,由于水对玻璃的浸润性,在表面张力的作用下,水应该吸附在容器的内表面呈现A的形状。故选A。
10.ABC 液体表面具有收缩的趋势,即液体表面表现为张力,液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离,密度较小,且液面分子间表现为引力;故表面层Ⅰ、Ⅱ内分子的分布比液体内部稀疏,故A、B正确。附着层Ⅰ内分子与容器壁间引力大于内部液体分子引力,液体表现为浸润,在器壁Ⅰ内的高度变高,故C正确。附着层Ⅱ内分子与容器壁间吸引力小于内部液体分子引力,液体表现为不浸润,在器壁Ⅱ内的高度变低,故D错误。
11.ABC 由题意,在自然条件下,液晶层中的液晶分子无规则排列,像一块毛玻璃,可知入射光在液晶层发生漫反射,光线可以通过,但通过量较少,而且没有规律,故A、B错误,符合题意;由题意,通电以后,弥散分布的液晶分子迅速从无规则排列变为有规则排列,整个液晶层相当于一块普通的透明玻璃,可知通电时,入射光在通过液晶层后按原有方向传播,故C错误,符合题意,D正确,不符合题意。
12.D 由于空间站处于完全失重状态,使用普通中性笔不能流畅书写,故A错误;由于分子间相互作用不受重力影响,则墨汁分子间存在相互作用力,故B错误;空间站仍能用毛笔的原理就是毛细现象,则墨汁浸润毛笔笔尖、浸润纸张,故C错误,D正确。
13.答案 收缩到最小 增大
解析 细线被绷紧是因为液体表面层存在表面张力,表面张力的作用是使得液面有收缩到最小的趋势;用力拉动细线中点的扣至图中虚线位置的过程中,拉力F对肥皂液膜做正功,分子间的相互作用表现的引力做负功,分子势能增大,所以肥皂液膜的内能将增大。第二章分层作业11 气体变质量问题和关联气体问题
A级 必备知识基础练
1.用打气筒将压强为1×105 Pa的空气打进自行车轮胎内,如果打气筒容积ΔV=500 cm3,轮胎容积V=3 L,原来压强p=1.5×105 Pa。现要使轮胎内压强变为p'=4×105 Pa,若用这个打气筒给自行车轮胎打气,则要打气次数为(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
2.如图所示,汽缸上下两侧气体由绝热活塞隔开,活塞与汽缸光滑接触。初始时活塞和两侧气体均处于平衡态,因活塞有质量,所以下侧气体压强是上侧气体压强的两倍,上下气体体积之比V1∶V2=1∶2,温度之比T1∶T2=2∶5。保持上侧气体温度不变,改变下侧气体温度,使两侧气体体积相同,此时上下两侧气体的温度之比为( )
A.4∶5 B.5∶9 C.7∶24 D.16∶25
3.(2023山东滨州高二期中)物体受热时会膨胀,遇冷时会收缩。这是由于物体内的分子(原子)运动会随温度改变,当温度上升时,分子的振动幅度加大,令物体膨胀;但当温度下降时,分子的振动幅度便会减小,使物体收缩。气体温度变化时热胀冷缩现象尤为明显,若未封闭的室内生炉子后温度从7 ℃升到27 ℃,而整个环境气压不变,计算跑到室外的气体的质量占原来气体质量的百分比为( )
A.3.3% B.6.7% C.7.1% D.9.4%
4.如图所示,一端封闭的玻璃管,开口向下竖直插在水银槽里,管内封有长度分别为L1和L2的两段气体。若把玻璃管缓慢向上提起,但管口不离开液面,则管内气体的长度( )
A.L1和 L2都变小 B.L1和 L2都变大
C.L1变大,L2变小 D.L1变小,L2变大
5.桶装纯净水及压水装置原理如图所示。柱形水桶直径为24 cm,高为35 cm;柱压水蒸气囊直径为6 cm,高为8 cm,水桶颈部的长度为10 cm。当人用力向下压气囊时,气囊中的空气被压入桶内,桶内气体的压强增大,水通过细出水管流出。已知水桶所在处大气压强相当于10 m水压产生的压强,当桶内的水还剩5 cm高时,桶内气体的压强等于大气压强,忽略水桶颈部的体积。至少需要把气囊完全压下几次,才能有水从出水管流出 (不考虑温度的变化)( )
A.2次 B.3次 C.4次 D.5次
6.活塞式真空泵的工作原理如图所示,抽气筒与被抽密闭容器通过自动阀门相连,当活塞从抽气筒的左端移动到右端过程中,阀门自动开启,密闭容器内的气体流入抽气筒,活塞从抽气筒的右端移动到左端过程中,阀门自动关闭,抽气筒内活塞左侧的气体被排出,即完成一次抽气过程,如此往复,密闭容器内的气体压强越来越小。密闭容器的容积为V,抽气筒的容积为0.1V,抽气前密闭容器内气体的压强为p0。抽气过程中气体的温度不变,若第1次抽气过程中被抽出的气体压强为p1,第2次抽气过程中被抽出的气体压强为p2,则p2∶p1为( )
A.1 B.0.9∶1.1
C.1∶1.1 D.1∶1.12
7.(2023山西朔州怀仁第一中学模拟)资料显示“成年人安静时每分钟的耗氧量约为250 mL”,这是常温、常压下的数据。潜水员潜入水下活动时的耗氧量可达上述数据的两倍,即27 ℃、1×105 Pa情况下每分钟可达500 mL。某型号潜水用氧气瓶充气容积为10 L,在室温27 ℃时充好气,瓶内气压为3×106 Pa,氧气瓶在使用时,内部压强降至1.4×105 Pa时,氧气不能有效输出。假如潜水爱好者携带该氧气瓶潜入温度为7 ℃的水下,求他在水下最多能停留的时间。
B级 关键能力提升练
8.如图所示,A、B是体积相同的汽缸,B内有一导热的可在汽缸内无摩擦滑动且体积不计的活塞C,D为不导热的阀门。起初阀门关闭,A内装有压强p1=2.0×105 Pa,温度T1=300 K的氮气;B内装有压强p2=1.0×105 Pa,温度T2=600 K的氧气。打开阀门D,活塞C向右移动,最后达到平衡。以V1和V2分别表示平衡后氮气和氧气的体积(假定氮气和氧气均为理想气体,并与外界无热交换,连接汽缸的管道体积可忽略),则V1与V2之比为( )
A.1∶2 B.1∶4
C.1∶1 D.4∶1
9.(多选)中医拔火罐的物理原理是利用火罐内外的气压差使罐吸附在人体上,进而可以养疗。如图所示,是治疗常用的一种火罐,使用时,先加热罐中气体,然后迅速按到皮肤上,降温后火罐内部气压低于外部,从而吸附在皮肤上。某次使用时,先将气体由300 K加热到400 K,按在皮肤上后又降至300 K,由于皮肤凸起,罐内气体体积变为罐容积的,以下说法正确的是( )
A.加热后罐内气体质量是加热前的
B.加热后罐内气体质量是加热前的
C.温度降至300 K时,罐内气体压强变为原来的
D.温度降至300 K时,罐内气体压强变为原来的
10.用活塞式抽气机抽气,在温度不变的情况下,从玻璃瓶中抽气,第一次抽气后,瓶内气体的压强减小到原来的,要使容器内剩余气体的压强减为原来的,抽气次数应为( )
A.2 B.3 C.4 D.5
11.(多选)(2023山东滨州高二期末)王亚平身穿我国自主研发的舱外航天服“走出”太空舱,成为我国第一位在太空“漫步”的女性。舱外航天服密封一定质量的气体,用来提供适合人体生存的气压。王亚平先在节点舱(航天员出舱前的气闸舱)穿上舱外航天服,航天服密闭气体的体积约为V1=1.4 L,压强p1=1.0×105 Pa,温度t1=27 ℃。她穿好航天服后,需要把节点舱的气压不断降低,以便打开舱门。若节点舱气压降低到能打开舱门时,航天服内气体体积膨胀到V2=2.0 L,温度变为t2=-3 ℃,此时航天服内气体压强为p2。为便于舱外活动,航天员把航天服内的一部分气体缓慢放出。出舱后气压降到p3=2.1×104 Pa,假设释放气体过程中温度不变,航天服内剩余气体体积变为V3=3.0 L,航天服内封闭气体可视为理想气体。下列说法正确的是( )
A.p2=7.2×104 Pa
B.p2=6.3×104 Pa
C.航天服需要放出的气体与原来气体的质量比为
D.航天服需要放出的气体与原来气体的质量比为
12.(2023山东枣庄高二期末)如图所示,长度为2L的导热汽缸放置在压强为p0、温度为T0的环境中,汽缸的左上角通过开口C与外界相通,汽缸内壁的正中间固定一薄卡环,汽缸内的两活塞将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三部分,左侧活塞到卡环的距离为L,右侧活塞到卡环的距离为L。环境压强保持不变,不计活塞的体积,忽略摩擦。
(1)将环境温度缓慢升高,求右侧活塞刚到达卡环位置时的温度。
(2)将环境温度缓慢改变至2T0后保持不变,然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体,求左侧活塞到达卡环位置后,第Ⅲ部分气体的压强和右侧活塞到卡环的距离。
分层作业11 气体变质量问题和关联气体问题
1.B 打气过程中空气的温度不变,由玻意耳定律的气态方程得pV+np0ΔV=p'V,代入数据解得n=15。
2.D 设V1=V,由题意可知V2=2V
设T1=2T,则T2=5T
气体压强p2=p1+=2p1
则=p1,最终两部分气体体积相等
则V1'=V2'=V
上部分气体温度不变,由玻意耳定律p1V1=p1'V1'
解得p1'=p1
下部分气体的压强p2'=p1'+p1
对下部分气体,由理想气体状态方程得
解得T2'=T
上下两侧气体的温度之比。
故选项D正确。
3.B 以温度为7 ℃时室内的所有气体为研究对象,发生等压变化时,根据盖-吕萨克定律有,可得V1=V0,则跑到室外的气体的质量占原来气体质量的百分比为=6.7%,故选B。
4.B 由玻意耳定律p2L2S=C2,p2=p1+ρgh,p1L1S=C1,把玻璃管缓慢向上提起,L2增大,p2减小,p1减小,L1增大,B正确,A、C、D错误。
5.B 设至少需要把气囊完全压下n次,才能有水从出水管流出,大气压强为p0,水桶内气体体积为V0,气囊体积为V1,根据玻意耳定律可得p0(V0+nV1)=p1V0,其中p0=ρgh=10ρg,V0=4 320π cm3,V1=72π cm3,p1=10.4ρg,代入解得n=2.4,所以至少需要把气囊完全压下3次,才能有水从出水管流出,故B正确。
6.C 根据玻意耳定律,第1次抽气过程p0V=p1(V+0.1V),第2次抽气过程p1V=p2(V+0.1V),所以p2∶p1=1∶1.1,故选C。
7.答案 9.5 h
解析 对氧气瓶中所有气体,初态p0=3×106 Pa,V0=10 L,T0=(273+27) K=300 K
末态p1=1.4×105 Pa,T1=(273+7) K=280 K
由理想气体状态方程有
得V1=200 L
氧气的有效输出V1'=V1-V0=190 L
由理想气体状态方程有
又p2=1×105 Pa
得V2=285 L
所以潜水爱好者水下停留时间t= h=9.5 h。
8.D 设A、B汽缸的体积均为V,最后共同的温度为T,压强为p,由理想气体状态方程可知,
对A部分气体有,
对B部分气体有
将两式相除得,故选D。
9.AD 由等压变化有,得V2=V1,气体总体积变为原来的,总质量不变,则火罐内气体的密度变为原来的,所以加热后罐内气体质量是加热前的,故A正确,B错误;由理想气体状态方程可得,即,则罐内气体压强变为原来的,故C错误,D正确。
10.C 设玻璃瓶的容积是V,抽气机的容积是V0,
气体发生等温变化,由玻意耳定律可得
pV=p(V+V0),解得V0=V,
设抽n次后,气体压强变为原来的,
由玻意耳定律可得,
抽一次时pV=p1(V+V0),解得p1=p,
抽两次时p1V=p2(V+V0),解得p2=p,
抽n次时pn=p,又pn=p,则n=4,C正确。
11.BC 由题意可知航天服内气体初、末状态温度分别为T1=300 K、T2=270 K,根据理想气体状态方程有,解得p2=6.3×104 Pa,故A错误,B正确;设航天服需要放出的气体在压强为p3状态下的体积为ΔV,根据玻意耳定律有p2V2=p3(V3+ΔV),解得ΔV=3 L,则放出的气体与原来气体的质量比为,故C正确,D错误。
12.答案 (1)T0
(2)p0 L
解析 (1)设活塞的面积为S,此过程为等压变化,由盖-吕萨克定律有
解得T=T0。
(2)当左侧活塞到达卡环位置时,设Ⅱ中气体的压强为p,则此时Ⅲ内的气体压强也等于p,设此时Ⅲ内的气体的长度为L',则Ⅱ内气体的长度为L-L',则
对气体Ⅲ,由理想气体状态方程得
对气体Ⅱ,由理想气体状态方程得
联立解得p=p0,L'=L
故右侧活塞到卡环的距离为L右=L-L'=L。第二章章末综合训练(二)
一、选择题
1.(2023广东广州华南师大附中阶段练习)关于固体、液体,下列说法正确的是( )
A.单晶体所有的物理性质都表现为各向异性
B.液晶只有晶体的各向异性,没有液体的流动性
C.液体表面层内分子势能小于液体内部分子势能
D.毛细现象是液体的浸润(或不浸润)与表面张力现象共同作用的结果
2.(2023江苏淮安淮阴中学阶段练习)喷雾型防水剂是现在市场上广泛销售的特殊防水剂,如图所示。其原理是喷剂在玻璃上形成一层薄薄的保护膜,形成类似于荷叶外表的效果。水滴以椭球形分布在表面,故无法停留在玻璃上。从而在遇到雨水的时候,雨水会自然流走,保持视野清晰。下列说法正确的是( )
A.水滴呈椭球形是液体表面张力作用的结果,与重力无关
B.喷防水剂后的玻璃和水滴发生浸润现象
C.水滴与玻璃表面接触的那层水分子间距比水滴内部的水分子间距大
D.水滴表面分子比水滴的内部密集
3.(多选)(2023河南新乡高二阶段练习)如图甲所示,一端封闭且粗细均匀的足够长的直玻璃管水平放置,用长20 cm的水银柱封闭了一定质量的理想气体,封闭气柱长度为32 cm,大气压强相当于76 cm水银柱产生的压强。现将玻璃管顺时针缓慢旋转90°,如图乙所示。再将玻璃管顺时针缓慢旋转53°,如图丙所示。已知气体温度和大气压强始终不变,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,下列说法正确的是( )
A.图乙状态的气体压强大于图丙状态的气体压强
B.若玻璃管从图乙状态自由下落,气柱长度将减小
C.图乙气柱长度为40 cm
D.图丙气柱长度为38 cm
4.(2023辽宁卷)“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置,可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中,一定质量理想气体的p-T图像如图所示。该过程对应的p-V图像可能是( )
5.(2023山东滨州高二阶段练习)如图所示,容积为2V的汽缸固定在水平地面上,汽缸壁及活塞导热性能良好,活塞面积为S,厚度不计。汽缸两侧的单向阀门(气体只进不出)均与打气筒相连,开始时活塞两侧封闭空气的体积均为V,压强均为p0。现用打气筒向活塞左侧打气25次后固定活塞,再向活塞右侧打气5次。已知打气筒每次能打入压强为p0、体积为V的空气,外界温度恒定,空气视为理想气体,不计活塞与汽缸间的摩擦。则稳定后活塞右侧空气的压强为( )
A.7p0 B.4p0
C.2p0 D.p0
6.(2023江苏连云港高二阶段练习)如图所示,A、B两个容器中装有同种气体,容器间用一根细玻璃管连接,管中有一水银滴D作为活塞。当A容器的温度为-10 ℃,B容器的温度为10 ℃时,水银滴刚好在玻璃管的中央保持平衡。两个容器的温度都降低10 ℃时,下列判断正确的是( )
A.水银滴将不移动
B.水银滴将向A移动
C.水银滴将向B移动
D.无法判断水银滴将向哪个方向移动
7.(2023河南新乡高二阶段练习)一定质量的理想气体从状态A缓慢经过B、C、D再回到状态A,其热力学温度T和体积V的关系图像如图所示,BA和CD的延长线均过原点O,气体在状态A时的压强为p0,下列说法正确的是( )
A.气体在状态D时的压强大于p0
B.B→C过程中气体的内能减小
C.D→A过程中气体的温度升高了
D.C→D过程中气体分子在单位时间内对单位容器壁的碰撞次数减少
8.(多选)(2023山东聊城一中阶段练习)如图所示,容积相同的可导热容器a、b内充满同种理想气体,之间用带阀门的细导管相连,置于温度恒定的环境中。开始时阀门K关闭,a内气体的压强为p0,打开阀门经足够长时间后,原容器b中的气体有进入容器a,不计导管内气体的体积,下列说法正确的是( )
A.容器b中原来气体的压强为2p0
B.容器b中原来气体的压强为3p0
C.最终容器内气体的压强为p0
D.最终容器内气体的压强为2p0
二、实验题
9.(2023广东广州华南师大附中阶段练习)在用DIS研究一定质量的气体在体积不变时,其压强与温度的关系的实验中,实验装置如图甲所示。
甲
(1)图甲中 (选填“A”或“B”)为压强传感器。
(2)实验中,下列做法正确的是 。
A.无需测量被封闭气体的体积
B.密封气体的试管大部分在水面之上
C.每次加入热水后,用玻璃棒搅拌使水温均匀
D.每次加入热水后,立即读数
(3)某同学测得多组压强p与摄氏温度t的数据,获得如图乙所示的p-t图像。由图可得:压强p 与摄氏温度t成 关系,图线与横轴交点的温度为 ℃,此温度被开尔文称为 。
乙
(4)另一同学记录下了初始时封闭气体的压强p0和摄氏温度t0,随后逐渐加热水升高温度,并记录下每次测量结果与初始值的差值Δp和Δt。在实验中压强传感器软管突然脱落,他立即重新接上后继续实验,其余操作无误。则Δp-Δt的关系图可能是 。
三、计算题
10.(2023广东广州执信中学阶段练习)气体弹簧是车辆上常用的一种减震装置,其简化结构如图所示。直立圆柱形密闭汽缸导热良好,横截面积为S的活塞通过连杆与车轮轴连接,初始时汽缸内密闭一段长度为L0、压强为p1的理想气体,汽缸与活塞间的摩擦忽略不计,车辆载重时相当于在汽缸顶部增加一个物体A,稳定时汽缸下降了0.75L0,气体温度保持不变,求:
(1)物体A的重力大小;
(2)如果大气压强为p0,为使汽缸升到原位置,需向汽缸内充入与汽缸温度相同的大气的体积。
章末综合训练(二)
1.D 单晶体的各向异性是针对某些物理性质而言的,并不是所有的物理性质都表现为各向异性,A错误;液晶的名称就是由于它具有流动性和各向异性,B错误;液体表面层分子间的距离比液体内部分子间的距离大,分子间的作用力表现为引力,分子势能随着分子距离的增大而增大,则液体表面层内的分子势能大于液体内部的分子势能,C错误;毛细现象是液体的浸润(或不浸润)与表面张力现象共同作用的结果,D正确。
2.C 液体表面张力的作用使水滴呈球形,又由于重力的作用使得水滴呈椭球形,选项A错误;喷防水剂后的玻璃和水滴不浸润,选项B错误;水滴与玻璃表面接触的那层水分子间距比水滴内部的水分子间距大,选项C正确;水滴表面分子比水滴的内部稀疏,选项D错误。
3.BD 图乙中封闭气体的压强p2=p0-ρgh=56 cm·ρg,图丙中封闭气体的压强p3=p0-ρghcos 53°=64 cm·ρg,则图乙状态的气体压强小于图丙状态的气体压强,A错误;若玻璃管从图乙状态自由下落,处于完全失重状态,则封闭气体的压强等于大气压强,大于图乙原来状态的气体压强,由玻意耳定律pV=C可知,压强增大,体积减小,即气柱长度将减小,B正确;设图乙、丙中的气体长度分别为L2、L3,根据玻意耳定律有p1L1S=p2L2S=p3L3S,其中p1=p0,L1=32 cm,解得L2=43.4 cm,L3=38 cm,C错误,D正确。
4.B 从a到b气体发生等压变化,温度升高,气体体积增大,选项C、D错误;从b到c气体压强减小,p-T图线的斜率减小,故气体体积增大,选项A错误,B正确。
5.A 设向活塞左侧打气25次后汽缸内空气的压强为p,左侧气体体积为V1,则右侧气体体积为2V-V1,由玻意耳定律,对左侧气体有p0=pV1,对右侧气体有p0V=p(2V-V1),联立解得V1=V,p=p0,活塞固定后再向活塞右侧打气5次,则p(2V-V1)+p0V=p'(2V-V1),解得p'=7p0,故选A。
6.B 假定两个容器的体积不变,A、B中所装气体温度分别为T1=263 K、T2=283 K,当温度降低ΔT时,容器A的压强由p1降至p1',即Δp1=p1-p1',容器B的压强由p2降至p2',即Δp2=p2-p2',由查理定律可得,解得Δp1=·ΔT,Δp2=·ΔT,因为p2Δp2,即水银柱应向A移动。故选B。
7.C 根据=C(常数)可知A→B、C→D过程中气体压强均不变,B→C过程中气体的压强减小,根据等温变化规律可得pBVB=pCVC,解得pC=p0,则气体在状态D时的压强为p0,故A错误;B→C过程中气体的温度不变,内能不变,故B错误;A→B过程为等压变化,根据等压变化规律可知TA=,D→A过程为等容变化,根据等容变化规律可知TD=TA=,则D→A过程中气体的温度升高了,故C正确;C→D过程中气体的压强不变且气体的温度降低,分子平均动能减小,所以气体分子在单位时间内对单位容器壁的碰撞次数增加,故D错误。
8.BD 设每个容器的容积为V,原容器b中的气体有进入容器a,可知b中气体的体积变为1.5V,a中气体的体积变为0.5V,气体最终压强变为p1,则对a内气体有p0V=p1·0.5V,对b内气体有p2V=p1·1.5V,解得p1=2p0,p2=3p0,故B、D正确。
9.答案 (1)B
(2)AC
(3)线性 -273(或-273.15) 绝对零度
(4)C
解析 (1)由于实验要测的是气体压强,故压强传感器应直接与气体内部相连,而温度可通过玻璃管传导到内部气体,因此温度传感器插在水里即可。即A为温度传感器,B为压强传感器。
(2)研究的是一定质量的气体在体积不变时的情况,故体积不变即可,无需测量,A正确;实验应保证各处气体的温度一致,故密封气体的试管应全部在水中,故B错误;每次加入热水后,要保证被封闭气体各处温度与水温相同,故不能立即读数,可用玻璃棒进行适当搅拌,等待气体状态稳定后再读数,故C正确,D错误。
(3)对一定质量的理想气体来说,在体积不变时,根据气体状态方程=C,可知其压强与热力学温度成正比例关系,图线应该是一条过原点的倾斜直线,所以若是压强对应摄氏温度的情况,其压强p与摄氏温度t成线性关系,其图线的延长线与横轴的交点坐标应该是0 K,即-273.15 ℃,此温度被开尔文称为绝对零度。
(4)根据=C可知,当温度变化时有Δp=C·Δt,压强变化量与温度变化量成正比。当压强传感器软管突然脱落时,试管将会漏气,使得内外气体再次等压,而温度维持不变。随后的压强变化量与温度变化量仍应是线性变化,但常数C已经不同(气体的质量变少了),斜率应变得更小一些。故选C。
10.答案 (1)3p1S
(2)
解析 (1)设汽缸下降0.75L后,气体压强为p2,由玻意耳定律有p1SL0=p2·SL0
解得p2=4p1
气体对汽缸上表面的压力增加量等于物体A的重力大小,即G=p2S-p1S
解得G=3p1S。
(2)要使汽缸恢复到原位置,需向汽缸内充入压强为p2、体积为SL0的气体,设这些气体在大气压强下的体积为V2,由玻意耳定律有p2·SL0=p0V2
解得V2=。