2025人教版高中物理选择性必修第三册强化练习题（有解析）--专题强化练3　气体状态变化的图像问题

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2025人教版高中物理选择性必修第三册
专题强化练3　气体状态变化的图像问题
一、选择题
1.(2024上海宝山月考)利用压缩空气储能技术将高压空气密封存储于容器中,被密封在容器中的气体的p-T图像如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.a→b的过程中,容器单位面积受到气体分子碰撞的平均作用力增大
B.a→b的过程中,容器单位面积受到气体分子碰撞的平均作用力减小
C.b→c的过程中,气体的体积增大
D.b→c的过程中,气体的体积减小
2.(2024江苏扬州期末)一定质量的理想气体状态变化的过程如图所示,则 (　　)
A.从状态c到状态a,压强先减小后增大
B.整个过程中,气体在状态b时压强最大
C.状态d时单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比状态b时多
D.在气体分子的各速率区间的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化的图像中,状态c时的图像的峰值比状态a时的图像峰值大
3.(经典题)(多选题)(2024广东模拟预测)如图甲所示,用活塞将一定质量的理想气体封闭在上端开口的直立圆筒形汽缸内,气体从状态A→状态B→状态C→状态A完成一次循环,其状态变化过程的p-V图像如图乙所示。已知该气体在状态A时的温度为600 K,下列说法正确的是 (　　)
　
A.气体在状态B时的温度为200 K
B.气体在状态C时的温度为300 K
C.气体从状态A→B过程中,外界对气体做的功为4×105 J
D.气体从状态A→B→C的过程中,气体对外做的功为8×105 J
4.(2023江苏南通中学期中)一定质量的理想气体,其状态变化过程为p-V图像中的ABCA,如图所示。则对应过程的V-T图像或p-T图像可能正确的是 (　　)
　　　　
　　　　
5.(经典题)(2023广东肇庆联考)气压式升降椅通过汽缸上下运动来支配椅子升降,其简易结构如图乙所示,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.(2024江苏苏州期中)一定质量的理想气体经历两个不同过程,分别由压强-体积(p-V)图上的两条曲线Ⅰ和Ⅱ表示,如图所示,曲线均为反比例函数曲线的一部分。a、b为曲线Ⅰ上的两点,气体在状态a和b的压强分别为pa、pb,温度分别为Ta、Tb。c、d为曲线Ⅱ上的两点,气体在状态c和d的压强分别为pc、pd,温度分别为Tc、Td。下列关系式正确的是 (　　)
A.=　　　　B.=　　　　C.=　　　　D.=
二、非选择题
7.(2023山东日照二模)一定质量的理想气体由状态A经过状态B变为状态C的压强p与温度T的关系图像如图所示。已知气体在状态C的体积为0.6 m3,在状态A时的温度为200 K。求:
(1)气体在状态A的体积VA;
(2)气体在状态B的温度TB。
8.(经典题)(2024河北沧州月考)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,在此过程中压强p与体积V的关系图像如图所示。已知AC与纵轴平行,△ABC的面积为S0,∠BAC=∠BCA,AB的反向延长线经过坐标原点O,在状态C时气体的温度为T0。求:
(1)气体在状态A、C的压强;
(2)气体在状态A的温度;
(3)气体从状态B到状态C外界对气体做的功。
答案与分层梯度式解析
1.C 2.B 3.AD 4.C 5.B 6.C
1.C　气体压强是器壁单位面积上受到大量气体分子频繁地碰撞而产生的平均作用力的结果,由图可知,a→b过程气体压强不变,器壁单位面积受到气体分子碰撞的平均作用力不变,A、B错误;由理想气体状态方程可知p=T,图线上的点和坐标原点的连线的斜率越大,说明气体体积越小,因此b→c过程气体体积变大,C正确,D错误。故选C。
2.B　由=C可得p=T,题图中曲线上各点与原点连线的斜率为,从状态c到状态a,斜率一直在增大,则压强一直在减小,A错误;气体在状态b时,与原点连线的斜率最小,此时气体压强最大,B正确;气体在状态b时的压强大于在状态d时的压强,两状态温度相同,分子的平均动能相同,由气体压强的微观意义可知,状态d时单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比状态b时少,C错误;状态c对应的温度高于状态a,因此在气体分子的各速率区间的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化的图像中,状态c时的图像峰值比状态a时的图像峰值小,D错误。故选B。
方法技巧
3.AD　对于理想气体:A→B过程,由查理定律有=,得TB=200 K,A正确;B→C过程,由盖-吕萨克定律有=,得TC=600 K,B错误;气体从A→B过程发生等容变化,外界对气体不做功,C错误;气体从状态B→C过程中气体体积膨胀对外做功,即气体从状态A→B→C的过程中,气体对外做功WBC=Fx=pSx=p(VC-VB)=2×105×4 J=8×105 J,D正确。故选A、D。
4.C　根据p-V图像可知,A→B压强不变,即不变,故对应V-T图像为一条延长线过原点的倾斜直线;同时体积在减小,温度在降低,A、B错误。C→A体积不变,即不变,故对应p-T图像为一条延长线过原点的倾斜直线;同时压强在增大,温度在升高;B→C过程中p-V图线为直线,对应p、V乘积可能先增大后减小,温度可能先增大后减小(破题关键),C正确,D错误。故选C。
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B到C,气体等压降温,温度降低,体积减小,压强不变,从C到D过程中,气体等温膨胀,体积变大,压强减小,且D状态的压强等于A状态的压强,选项B正确。
6.C　根据p-V图像中曲线均为反比例函数曲线的一部分,可知ab为等温线,所以有Ta=Tb,得=,A错误;a到c为等压变化,所以有=,得==,B错误;cd为等温线,所以有pcVc=pdVd,解得pd==pc=pa=p0,所以有=,C正确;ab为等温线,所以有paVa=pbVb,得pb==p0,所以有=2,D错误。故选C。
7.答案　(1)0.4 m3　(2)300 K
解析　(1)由理想气体状态方程可得=
解得VA==0.4 m3
(2)由图知从状态B到状态C,气体发生等容变化,从状态A到状态B,气体发生等压变化,则有
VB=VC=0.6 m3;=
解得TB=TA=300 K
导师点睛
分析气体状态变化的图像问题需注意:
　　(1)要根据图像直接读出气体各个状态已知的参量的值。
　　(2)根据横、纵坐标表示的物理量、图像的形状判断各物理量的变化规律,例如,判断变化过程是等温变化,还是等压变化,或是等容变化等,以便于运用气体实验定律来解答。
　　(3)要将图像与实际情况相结合。
8.答案　(1)　　(2)　(3)2.5S0
解析　(1)设气体在状态A、B、C的压强分别为pA、pB、pC,AC与纵轴平行,△ABC是等腰三角形,且面积为S0,由几何知识可得S0=(2V0-V0)(pC-pA)
由等腰三角形的对称性可知pC-pB=pB-pA
AB的反向延长线经过坐标原点O,由图线可得=
解得pA=,pB=,pC=
(2)气体从状态C到状态A做等容变化,由查理定律有=
解得TA=
(3)气体从状态B到状态C外界对气体做的功等于p-V图像与横轴所围成的面积(破题关键),为W=(pB+pC)(2V0-V0)=2.5S0
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