第2章 气体、固体和液体 章末拓展试题 2024-2025学年物理人教版(2019) 选择性必修第三册

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第2章 气体、固体和液体 章末拓展试题
2024-2025学年物理人教版(2019) 选择性必修第三册
一、单选题
1．关于热平衡，晶体和非晶体下列说法中，不正确的是（　　）
A．系统甲与系统乙达到热平衡就是它们的温度达到相同的数值
B．标准状况下冰水混合物与0℃的水未达到热平衡
C．单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点
D．一个固体球，如果沿其各条直径方向的导电性不同，则该球一定是单晶体
2．下列说法正确的是（　　）
A．飞虫停在水面上，是因为液体表面张力作用
B．布朗运动是液体分子的无规则运动
C．给自行车打气时需用力向下压活塞，是由于气体分子间斥力造成的
D．单晶体和多晶体的某些物理性质具有各向异性，而非晶体是各向同性的
3．液体在器壁附近的液面会发生弯曲，如图所示，对比有下列几种解释，正确的是（　　）
A．表面层I内分子的分布比液体内部密
B．表面层II内分子的分布比液体内部疏
C．液体在器壁I内的高度变低
D．液体在器壁II内的高度变高
4．如图所示，活塞质量为m，汽缸质量为M，通过弹簧吊在空中，汽缸内封住一定质量的空气，汽缸内壁与活塞无摩擦，活塞截面积为S，大气压强为，则（　　）
A．汽缸内空气的压强等于+
B．汽缸内空气的压强等于
C．内外空气对汽缸的作用力大小为(M+m)g
D．内外空气对活塞的作用力大小为mg
5．如图是一定质量的理想气体状态变化的一系列过程，以下四种说法正确的是（　　）
A．的过程气体体积增大 B．的过程气体体积减小
C．的过程气体体积增大 D．的过程气体体积增大
6．如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动过程中，缸内气体（ ）
A．内能增加，外界对气体做正功
B．内能减小，所有分子热运动速率都减小
C．温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少
D．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加
二、多选题
7．一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
8．如图，有一薄壁小试管开口向下竖直地浮在很大的水银槽内，试管中有一长为h1的水银柱封住两段气体A、B，A、B气柱长分别为l1、l2，管内外水银面高度差为h2，在保持温度不变的情况下．
A．若外界大气压缓慢增加少许，则h2不变，l1变小，l2变小
B．若外界大气压缓慢增加少许，则h2变小，l1变大，l2变大
C．若用手轻按试管，使试管竖直向下移少许，则h2变大，l1变小，l2变小
D．若用轻按试管，使试管竖直向下移少许，则h2变小，l1变小，l2变大
9．如图所示为定质量的理想气体沿着箭头所示的方向发生状态变化的过程，则该气体压强的变化是（　　）
A．从状态a到状态b，压强一直增大 B．从状态c到状态d，压强直减小
C．从状态b到状态c，压强一直减小 D．从状态d到状态a压强先增大后减小
10．如图所示，10的氧气和20的氢气体积相同，汞柱在连通两容器的细管中央，下面的叙述中，正确的是（　　）
A．当氧气和氢气的温度都升高10时，汞柱不移动
B．当氧气和氢气的温度都升高10时，汞柱将向右移
C．当氧气温度升高10，氢气温度升高20时，汞柱向左移
D．当氧气温度升高10，氢气温度升高20时，汞柱不会移动
三、解答题
11．汽缸质量为M，活塞质量为m、截面积为S，内部封闭一定质量的理想气体。先将汽缸静置在水平面上，气体高度为L1；后保持温度不变将汽缸悬挂在天花板上，气体高度为L2；再保持悬挂状态改变气体温度T1，当气体温度达到T2时，其高度再回到L1。已知大气压强为P0，重力加速度为g。不计活塞与汽缸间的摩擦。求（用M、m、S、P0、T1、g表示）：
(1)气体高度L1和L2的比值；
(2)气体温度T2的表达式；
(3)在T-V图中画出气体变体情况。
12．如图所示，用细管连接A、B两个绝热的汽缸，细管中有一可以自由移动的绝热活塞M，细管容积不计。A、B中分别装有完全相同的理想气体，初态的体积均为V0＝1m3，压强均为p0＝1.0×105Pa，温度均为 ，A中绝热活塞N的横截面积SA＝1m2。现通过一装置把A中气体的内能缓缓传给B中气体，同时给N施加水平向右的推力，使活塞M的位置始终保持不变。最后A中气体的温度为 ，B中气体的温度为 。外界大气压p0＝1.0×105Pa，不计活塞与缸壁间的摩擦。求：
（1）最后B中气体的压强；
（2）活塞N移动的距离。
13．如图（甲）所示为一下粗上细且上端开口的薄壁玻璃管，管内有一部分水银封住密闭气体，上管足够长，图中大小截面积分别为S1=2cm2、S2=1cm2，粗细管内水银长度分别为h1=h2=2cm，封闭气体长度为L=22cm。大气压强为p0=76cmHg，气体初始温度为57。求：
(1)若缓慢升高气体温度，升高至多少开尔文方可将所有水银全部挤入细管内；
(2)若温度升高至492K，液柱下端离开玻璃管底部的距离；
(3)在图（乙）中作出全过程的p－V图象。
14．如图，一汽缸中由活塞封闭有一定量的理想气体，中间的隔板将气体分为A、B两部分；初始时，A、B的体积均为V，压强均等于大气压p0，隔板上装有压力传感器和控制装置，当隔板两边压强差超过0.5p0时隔板就会滑动，否则隔板停止运动。气体温度始终保持不变。向右缓慢推动活塞，使B的体积减小为。
（i）求A的体积和B的压强；
（ⅱ）再使活塞向左缓慢回到初始位置，求此时A的体积和B的压强。
15．中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上，进而治疗某些疾病。常见拔罐有两种，如图所示，左侧为火罐，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门。使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上。抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强。某次使用火罐时，罐内气体初始压强与外部大气压相同，温度为450 K，最终降到300 K，因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的。若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的，罐内气压与火罐降温后的内部气压相同。罐内气体均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化。求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值。
参考答案
1．B
A．系统甲与系统乙达到热平衡就是它们的温度达到相同的数值，选项A正确，不符合题意；
B．标准状况下冰水混合物的温度为0℃，与0℃的水能达到热平衡，选项B错误，符合题意；
C．单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，选项C正确，不符合题意；
D．一个固体球，如果沿其各条直径方向的导电性不同，则表现为各向异性，该球一定是单晶体，选项D正确，不符合题意。
故选B。
2．A
A．飞虫停在水面上是因为液体表面存在张力，故A正确；
B．布朗运动是悬浮微粒的运动，反映了液体分子的无规则运动，故B错误；
C．给自行车打气时需用力向下压活塞，是因为气体压强的原因，不是分子斥力的作用，故C错误；
D．单晶体的某些物理性质是各向异性的，多晶体和非晶体的物理性质是各向同性的，故D错误。
故选A。
3．B
AB．液体表面具有收缩的趋势，即液体表面表现为张力，是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疏，故A错误，B正确；
C．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错误；
D．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。
故选B。
4．B
AB．以汽缸为研究对象受力分析，由平衡条件得
解得
故A错误，B正确；
C．以汽缸为研究对象，由平衡条件得内外空气对缸套的作用力
故C错误；
D．以汽缸与活塞组成的系统为研究对象，由平衡条件得绳子拉力
以活塞为研究对象，由平衡条件得内外空气对活塞的作用力
故D错误；
故选B。
5．C
根据可知，，则某点与绝对零度连线的斜率的倒数表示体积的大小，则
A．因b点与绝对零度连线的斜率比a点大，可知b状态的体积较小，的过程气体体积减小，选项A错误；
B．因b点与绝对零度连线的斜率比c点大，可知b状态的体积较小，的过程气体体积变大，选项B错误；
C．因c点与绝对零度连线的斜率比d点大，可知c状态的体积较小，的过程气体体积变大，选项C正确；
D．因a点与绝对零度连线的斜率比b点大，可知a状态的体积较小，的过程气体体积减小，选项D错误。
故选C。
6．C
初始时汽缸开口向上，活塞处于平衡状态，汽缸内外气体对活塞的压力差与活塞的重力平衡，则有
汽缸在缓慢转动的过程中，汽缸内外气体对活塞的压力差大于重力沿汽缸壁的分力，故汽缸内气体缓慢的将活塞往外推，最后汽缸水平，缸内气压等于大气压。
AB．汽缸、活塞都是绝热的，故缸内气体与外界没有发生热传递，汽缸内气体压强作用将活塞往外推，气体对外做功，根据热力学第一定律得：气体内能减小，故缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，并不是所有分子热运动的速率都减小，AB错误；
CD．气体内能减小，缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，故速率大的分子数占总分子数的比例减小，C正确，D错误。
故选C。
7．BC
AB．将T=(273＋t)K代入p=CT得
p=C(273＋t)
升高1℃时的压强为
p1=C(274＋t)
所以
Δp=C=
即温度升高1℃，压强的增量是0℃时压强的，故A错误，B正确；
CD．根据查理定律p=CT，知气体的压强与热力学温度成正比，故C正确，D错误。
故选BC。
8．AC
分析两端气柱的压强变化，气体发生的是等温变化，根据玻意耳定律判断、的长度变化．
薄壁小试管的质量可以不计，所以中气体压强等于大气压强，中气体压强等于，当外界大气压缓慢增加少许，、中的气体压强增大，根据玻意耳定律，体积减小，变小，变小；中的气体压强等于，知，即不变，A正确B错误；用手轻按试管，相当于施加一向下的力，、中气体压强均增大，变小，变小，变大，变大，C正确D错误．
9．AB
由理想气体状态方程得
再结合V－T图象斜率的物理意义，某一状态对应的点到原点的直线的斜率和压强成反比。下面涉及到的斜率都是指某一状态对应的点到原点的直线的斜率。如图所示
a′O和b′O分别是这个图的两条切线
A．从状态a到状态b，结合图象知，斜率一直减小，压强一直增大，故A正确；
B．从状态c到状态d，结合图象知，斜率一直增大，压强一直减小，故B正确；
C．从状态b到状态c，结合图象知，斜率先减小后增大，压强先增大后减小，故C错误；
D．从状态d到状态a，结合图象知，斜率先增大后减小，压强先减小后增大，故D错误。
故选AB。
10．BC
AB．假设两部分气体的体积不变，设气体的初始状态：p1，T1末状态的为p2，T2，变化温度为△T，△p由查理定律得
得
当氧气和氢气的温度都升高10时，开始的压强p和△T相同，由可知，
由于开始时氧气的温度低于氢气的温度，所以
则气体向右移动，故A错误，B正确；
CD．开始的压强p相同，，，，，由可知
则汞柱向左移，故C正确，D错误。
故选BC。
11．(1)；(2)；(3)
（1）对于图甲， 活塞静止，则有
解得
对于图甲，对整体，则有
对于活塞，则有
解得
根据玻意耳定律
解得
（2）再保持悬挂状态改变气体温度T1，当气体温度达到T2时，其高度再回到L1，等压过程，则有
则有
（3）三个阶段三个物理量，等压变化斜率不变，且过原点
第一过程，压强、体积、温度
， ，
第二过程 ，压强、体积、温度
， ，
第三过程，压强、体积、温度
， ，
如图所示
12．（1）1.33×105Pa；（2）0.5m
（1）B中气体做等容变化，则有
其中
解得
（2）A中气体有
由理想气体状态方程可得
解得
即活塞N向右移动的距离为0.5m
13．(1)369K；(2)40cm；(3)
(1)由于水银总体积保持不变，设水银全部进入细管水银长度为x，则
得
，
从状态1到状态2由理想气体状态方程，代入数据
(2)从状态2到状态3经历等压过程，设水银下表面离开粗细接口处的高度为，则
所以水银下表面离开玻璃管底部的距离
(3)根据对应的压强和体积的数据作出p－V图象如图所示
14．（i），；（ⅱ），
（i）对B气体分析，等温变化，根据玻意耳定律有
解得
对A气体分析，根据玻意耳定律有
联立解得
（ⅱ）再使活塞向左缓慢回到初始位置，假设隔板不动，则A的体积为，由玻意耳定律可得
则A此情况下的压强为
则隔板一定会向左运动，设稳定后气体A的体积为、压强为，气体B的体积为、 压强为，根据等温变化有
，
，
联立解得
（舍去），
15．
设火罐内气体初始状态参量分别为p1、T1、V1，温度降低后状态参量分别为p2、T2、V2，罐的容积为V0，由题意知
p1=p0、T1=450 K、V1=V0、T2=300 K、①
由理想气体状态方程得
②
代入数据得
p2=0.7p0 ③
对于抽气罐，设初态气体状态参量分别为p3、V3，末态气体状态参量分别为p4、V4，罐的容积为，由题意知
p3=p0、V3=、p4=p2 ④
由玻意耳定律得
⑤
联立②⑤式，代入数据得
⑥
设抽出的气体的体积为ΔV，由题意知
⑦
故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为
⑧
联立②⑤⑦⑧式，代入数据得
⑨
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