人教新课标版物理高二选修1-2第一章第4节气体同步训练

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人教新课标版物理高二选修1-2第一章
第4节气体同步训练
一、单选题
1．如图所示，水平放置的气缸，由不传热的活塞分成A、B两部分，充满同种气体，当达平衡时，A、B两部分气体温度之比是3∶2，体积之比是2∶1.现将A部分加热到127℃，B部分气温降低-73℃，不计摩擦，重达到平衡时，气缸内两部分气体的体积之比VA∶VB为( )
A.2∶1 B.3∶2 C.5∶2 D.8∶3
答案：D
解析：
解答：温度变化前，平衡时AB两部分压强相等，设为，设A此时的温度为,体积为,B此时的温度为;体积为,温度变化，再次平衡后，AB两部分的压强仍然相等，设为，A此时的温度为,体积为,B此时的温度为，体积为，根据气体的状态方程可得，A变化前后有,解得,B变化前后有，所以,所以D正确.
分析：本题考查了气体的状态方程
2．一定质量的气体，处于某一初始状态，现在要使它的温度经过状态变化到初始状态的温度，用下列哪些过程可能实现( )
A.先保持压强不变使其体积膨胀，接着使体积不变增大压强
B.先使压强不变而让体积减小，接着保持体积不变减小压强
C.先使体积不变增大压强，接着保持压强不变使其体积膨胀
D.先使体积不变减小压强，接着保持压强不变使其体积膨胀
答案：D
解析：
解答：根据气体状态方程可得，A中先保持压强不变使其体积膨胀，则温度升高，接着使体积不变减小压强，温度又降低，则可能恢复到初始温度，A不正确，B中先使压强不变而让体积减小，温度降低，接着保持体积不变减小压强，温度再次降低，即连续降低温度，B错误，C中先使体积不变增大压强，则温度升高，接着保持压强不变使其体积膨胀，温度再次升高，即温度连续上升，C错误，D中先使体积不变减小压强，温度降低，接着保持压强不变使其体积膨胀，温度回升，则有可能温度恢复到初始温度，所以D正确.
分析：本题考查了对公式的应用
3．一定质量理想气体，它的状态变化如图所示，由A→B→C三个状态的温度是Ta、Tb、Tc，下面结果正确的是( )
A.Ta＞Tb＝Tc B.Tb＞Ta=Tc
C.Tc＞Ta=Tb D.Ta=Tb=Tc
答案：B
解析：
解答：在理想气体的pV图象中，等温线为一条双曲线．故该图不是等温变化，由理想气体状态方程pV＝nRT可知，对于一定质量的理想气体，气体的温度与pV的乘积成正比，即所以由图象可知，TB>TA＝TC.
分析：本题考查了理想气体状态方程
4．一定质量气体，在等压情况下从50℃加热到100℃，则( )
A.气体的体积为原来的2倍 B.所有的体积比原来增加了
C.气体的体积比原来减少了 D.气体的体积为原来的
答案：D
解析：
解答：根据查理定律，压强增大了，每升高一度增加的压强是气体在0℃时压强的，因而只有D选项正确.
分析：本题考查了查理定律
5．对于一定质量的理想气体，下面叙述的过程可能实现的是( )
A.压强不变，吸热而不对外做功
B.体积不变，升温而不吸热
C.温度不变，外界对它做功而放热
D.绝热压缩而不升温
答案：C
解析：
解答：根据公式E=Q+W以及公式分析可得选C.
分析：本题考查了热力学第一定律以及理想气体状态方程
6．两端封闭的等臂U形管中，两边的空气柱a和b被水银柱隔开，当U形管竖直放置时，两空气柱的长度差为h，如图所示.现将这个管平放，使两臂位于同一水平面上，稳定后两空气柱的长度差为l，若温度不变，则( )
A.l＞h B.l=h
C.l=0 D.l＜h,l≠0
答案：A
解析：
解答：开始时左端的空气压强为,空气长度为,右端压强为,空气长度为显然: =+h(P的单位取cmHg), -=h, >,现将整个装置水平放置，使U 形管的两臂在同一水平面内，稳定后两空气柱的长度差为L,设此时右端的空气长度为L2',左端空气长度为L1',这时左右端的空气压强相等设为P,，很显然由于开始时左端的压强大,当U型管水平放置时,水银将会向右端移动(因为最终压强相等),所以此时左端空气的长度增大,右端空气长度减小,所以稳定后两空气柱的长度差为L将会增大,即:L>h.
分析：本题考查了理想气体状态方程
7．如图所示，两端开口的U形管中灌有水银，右管上部另有一小段水银柱将一部分空气封在管内，若温度不变，则( )
A.在左管内注入一些水银，空气柱体积将减小
B.在左管内注入一些水银，水银面高度差将增大
C.在右管内注入一些水银，空气柱的长度不变
D.在右管内注入一些水银，水银面高度差将增大
答案：D
解析：
解答：密封气体的压强为（H为右管上端的水银高度），往左管内注入些水银，但是右管内上端的水银高度不变，所以密封气体压强保持不变，即空气柱的体积不变，而水银液面的高度差产生的压强等于密封气体的压强，所以也保持不变，AB错误，在右管内注入一些水银，则H增加，所以，所以水银面的高度差增大，故D正确.
分析：本题考查了密封气体压强的计算
8．一根一端封闭的玻璃管开口向下插入水银槽中，内封一定质量的气体，管内水银面低于管外，在温度不变时，将玻璃管稍向下插入一些，下列说法正确的是，如图所示.( )
A.玻璃管内气体体积不变 B.玻璃管内气体体积增大
C.管内外水银面高度差减小 D.管内外水银面高度差增大
答案：D
解析：
解答：假设气体的体积不变，当玻璃管向下运动时，液面差会增大，二外界的大气压不变，所以玻璃管内气体的压强增大，因此气体的体积减小；而由于气体的体积减小，因此内压增大，而气体的内压等于大气压加上液面差的压强，因此高度差最大。D正确.
分析：本题考查了气体状态方程的应用
9．一定质量的理想气体，温度从0℃升高到t℃时压强变化如图所示，在这一过程中气体体积变化情况是( )
A．不变 B．增大 C．减小 D．无法确定
答案：A
解析：
解答：根据查理定律：一定质量的某种气体在P-T图像上的等容线是一条过原点的直线，在p-t图像中等容线在t轴上的截距是-273℃，所以A正确.
分析：本题考查了查理定律的p-t图像
10．一定质量的理想气体分别在T1、T2温度下发生等温变化，相应的两条等温线如图所示，T2对应的图线上A、B两点表示气体的两个状态，则下列判断不正确的是（ ）
A．温度为T1时气体分子的平均动能比T2时大
B．A到B的过程中，气体内能增加
C．A到B的过程中，气体从外界吸收热量
D．A到B的过程中，气体分子单位时间内对器壁单位面积上的碰撞次数减少
答案：B
解析：
解答：由图可知，当体积相同时，有，根据得，，故A正确；对于理想气体，其内能仅由温度决定，A到B的过程是等温变化的过程，所以气体的温度不变，内能不变，故B错误；A到B的过程中，气体的体积增大，对外做功而内能不变，由热力学第一定律：△E=W+Q可得，气体一定从外界吸收热量，故C正确；A到B的过程中，气体温度不变，则分子运动的激烈程度不变，而气体的体积增大，分子密度减小，气体分子单位时间内对器壁单位面积上的碰撞次数减少，故D正确。所以选B.
分析：本题考查了温度是分子平均动能的标志；内能及其变化；热力学第一定律及气体压强的微观解释
11．一定质量理想气体的状态变化如图所示，则该气体（ ）
A.状态b的压强大于状态c的压强
B.状态a的压强大于状态b的压强
C.从状态c到状态d，体积减小
D.从状态a到状态c，温度不变
答案：A
解析：
解答：分别过abcd四个点作出等压变化线，如下图所示；
保持体积不变，温度越高，则压强越大可知，在图象中，倾角越大，压强越小，所以，故A正确，B错误；由图象可知，状态c到状态d体积增大，故C错误；从状态a到状态c，温度升高，故D错误.
分析：本题考查了理想气体状态方程
12．如图所示，一端开口、另一端封闭的玻璃管内用水银柱封闭一定质量的气体，保持温度不变，把管子以封闭端为圆心，从开口向上的竖直位置逆时针缓慢转到水平位置的过程中，可用来说明气体状态变化的p-V图像是（ ）
答案：D
解析：
解答：水平方向上有：，竖直方向上有：，开口向上的竖直位置逆时针缓慢转到水平位置的过程中，气体的压强增大，体积减小．故D正确.
分析：本题考查了理想气体状态方程
二、多项单选题
13．在大气中，空气团竖直运动经过各气层的时间很短，因此，运动过程中空气团与周围空气热量交换极少，可看作绝热过程．潮湿空气团在山的迎风坡上升时，水汽凝结成云雨，到山顶后变得干燥，然后沿着背风坡下降时升温，气象上称这股干热的气流为焚风．（大气压强随高度的增加而减小）空气团沿背风坡下降时，下列描述其压强p随体积V变化关系的图象中，可能正确的是（ ）
(图中虚线是气体的等温线)．
答案：BD
解析：
解答：空气团沿背风坡下将，高度降低，气体压强p增大，由题意可知，空气团沿背风坡下降时温度T升高，由理想气体状态方程：可知：，由于p增大、T升高，则气体体积V可能增大、也可能不变、还可能减小，一定质量的气体，在p-V图象中，气体温度越高，等温线离坐标越远，气体沿背风坡下降时：p变大，T升高，V可能增大、不变、减小，由图示p-V图象可知，BD正确，AC错误，故选BD；故选：BD.
分析：本题考查了理想气体状态方程
14．一定质量的理想气体处于平衡状态Ⅰ ，现设法使其温度升高同时压强减小，达到平衡状态Ⅱ，则在状态Ⅰ变为状态Ⅱ的过程（ ）
A．气体分子的平均动能必定减小
B．单位时间内气体分子对器壁单位面积的碰撞次数减少
C．气体的体积可能不变
D．气体必定吸收热量
答案：BD
解析：
解答：温度是分子热运动平均动能的标志，温度升高，故气体分子平均动能增大，故A错误；温度升高，气体分子做无规则运动更剧烈，气体分子每次与器壁碰撞产生的冲力增大，有因为压强减小，说明单位时间内气体分子对器壁单位面积的碰撞次数减少，B正确；根据理想气体状态方程，体积一定增大；C错误； 温度升高，内能增大，体积增大对外做功，根据热力学第一定律知物体一定吸热，D正确；故选BD.
分析：本题考查了理想气体状态方程，气体的内能及气体的状态参量
三、填空题
15．一定质量的理想气体，经历一膨胀过程，这过程要以用P-V图上的直线ABC来表示，如图所示，在A、B、C三个状态上，气体的温度TA TC、TB_______________TA.(填大于、等于、小于.)
答案：TA=TC|TB＞TA
解析：
解答：在理想气体的pV图象中，等温线为一条双曲线．故该图不是等温变化，由理想气体状态方程pV＝nRT可知，对于一定质量的理想气体，气体的温度与pV的乘积成正比，即所以由图象可知，TB>TA＝TC.
分析：本题考查了理想气体状态方程，气体的内能及气体的状态参量
16．用长为h0=50.0mm的一段水银柱，把空气封闭在一端开口向上的粗细均匀的玻璃管内，气柱高度为h1=27.3mm，室温为273K，大气压强P0=760mm汞柱，这时，封闭在玻璃管内的空气柱压强P= mm，当室温升高20℃时，封闭在管内的空气柱高度h= .
答案：810mmHg|29.3mm
解析：
解答：根据气体平衡可得，室温升高后，由于外界压强不变，水银柱的高度不变，所以最后密封气体的压强不变，即，所以，=27.3mm，所以可得h=29.3mm.
分析：本题考查了气体的状态方程
17．用图所示的实验装置，研究体积不变时气体的压强与温度的关系，当时大气压为H厘米汞柱，封有一质量气体的烧瓶，浸在冰水混合物中，U形压强计可动管A和可动管B中的水银面刚好相平，将烧瓶浸入温度t℃热水中时，B管水银面将 ，这时应将A管 ，(以上二空填“上升”或“下降”)，使B管中水银面 ，记下此时，A、B两管中水银面的高度差为hcm，此状态下瓶中气体的压强为 .
答案：下降|上升|上升|H+h
解析：
解答：温度升高，可近似认为体积不变，则压强增大，于是管内水银面B下降，A上升；为保持体积绝对不变，应使B液面复原，此过程可以认为温度不变，使体积减小，压强增大，可提升A管来实现.
分析：本题考查了体积不变时气体压强与温度的关系
18．一定质量的理想气体经历如图所示的A→B、B→C、C→A三个变化过程，设气体在状态A、B时的温度分别为TA和TB，已知TA=300 K，则TB =______K；气体从C→A的过程中做功为100J，同时吸热250J，则此过程中气体内能是增加了_______J．
答案：300|150
解析：
解答：对A→B的过程是等压过程，对气体的状态参量进行分析有
状态A：PA=P VA=2V TA=300K
状态B：PB=2P VB=V
由理想气体状态方程得：
代入数据解得：TB=300 K．
由状态C→A过程中，气体的压强不变，体积变大，气体对外做功，由盖吕萨克定律可知温度升高，内能增大，
增加的内能为：.
分析：本题考查了理想气体状态方程，气体的内能及气体的状态参量
19.已知二氧化碳摩尔质量为M ，阿伏加德罗常数为N A ，在海面处容器内二氧化碳气体的密度为ρ 。现有该状态下体积为V 的二氧化碳，则含有的分子数为_________。实验表明，在2500m深海中，二氧化碳浓缩成近似固体的硬胶体。将二氧化碳分子看作直径为D的球，则该容器内二氧化碳气体全部变成硬胶体后体积约为_________。
答案：|
解析：
解答：二氧化碳气体的摩尔数 ,所含的分子个数为：
变成固体后的体积 .
分析：本题考查了理想气体状态方程，热力学第二定律及分子数的计算
20．如图所示是一定质量的理想气体沿直线ABC发生状态变化的p V图像．已知A→B的过程中，理想气体内能变化量为250J，吸收的热量为500J，则由B→C的过程中，气体温度 （选填“升高”或“降低”），放出热量 J．
在1atm、0℃下，1mol理想气体的体积均为22.4L．若题（1）中气体在C时的温度为27℃，求该气体的分子数（结果取两位有效数字）．阿伏伽德罗常数取6.0×1023mol 1．
答案：降低|100|7.3×1022个
解析：
解答：（1）根据理想气体状态方程：知，从B到C的过程PV减小，所以温度T降低；从A到B，根据热力学第一定律可得： 250=WAB+500，WAB= 250J，由图知，从B到C，WBC=3WAB/5= 150J，从B到C内能变化量为 250J，所以 250= 150+Q，Q= 100J，所以放出的热量为100J。（2） 气体的摩尔数
气体分子数 N=7.3×1022个.
分析：本题考查了理想气体状态方程及热力学第一定律
四、计算题
21．如图所示，竖直放置的粗细均匀的U形管，右端封闭有一段空气柱，两管内水银面高度差为h＝19 cm，封闭端空气柱长度为L1＝40 cm.为了使左、右两管中的水银面相平，（设外界大气压强p0＝76 cmHg，空气柱温度保持不变）试问：
①需从左管的开口端再缓慢注入高度多少的水银柱？此时封闭端空气柱的长度是多少？
②注入水银过程中，外界对封闭空气做________（填“正功”“负功” 或“不做功”），气体将______（填“吸热”或“放热”）.
答案：①设U形管横截面积为S，左、右两管中的水银面相平后，封闭端空气柱长为L2.
对空气柱有（p0－19 cmHg）SL1＝p0SL2，
得L2＝30 cm
故需要再注入39 cm的水银柱
②正功 放热
解析：
解答：①设U形管横截面积为S，左、右两管中的水银面相平后，封闭端空气柱长为L2.
对空气柱有（p0－19 cmHg）SL1＝p0SL2，
得L2＝30 cm
故需要再注入39 cm的水银柱
②由于空气柱的长度减小，因此外界对气体做正功 根据热力学第一定律，此时气体放热.
分析：本题考查了气体实验定律及热力学第一定律
22．某同学估测室温的装置如图所示。气缸导热性能良好，用绝热的活塞封闭一定质量的理想气体。室温时气体的体积V1=66mL，将气缸竖直放置于冰水混合物中，稳定后封闭气体的体积V2=60mL。不计活塞重力、活塞与缸壁间的摩擦，室内大气压p0=1.0×105Pa。
①室温是多少
②上述过程中，外界对气体做的功是多少
答案：①对活塞研究，因不计活塞重力、活塞与缸壁间的摩擦，活塞只受外部气体对其向下的压力和内部气体对其向上的托力，所以气缸内的气体为等压变化，设室温为，则，代入数据解得：。
②因压强恒定，所以外界对气体做功为，代入数据解得：.
解析：
解答：①对活塞研究，因不计活塞重力、活塞与缸壁间的摩擦，活塞只受外部气体对其向下的压力和内部气体对其向上的托力，所以气缸内的气体为等压变化，设室温为，则，代入数据解得：。
②因压强恒定，所以外界对气体做功为，代入数据解得：.
分析：本题考查了理想气体的状态方程
23．如图，质量为M的导热性能极好的气缸，高为L，开口向上置于水平地面上，气缸中有横截面积为S、质量为m的光滑活塞，活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内。外界温度为t1、大气压为p0，此时气柱高度为l，气缸和活塞的厚度均可忽略不计，重力加速度为g。
（1）用竖直向上的力作用在活塞上使气缸能离开地面，则需要施加的最小力F1多大？
答案：对正确分析，使气缸能离开地面，则整体处于平衡状态的时候，施加的力F最小，则
（2）将气缸固定在地面上，如果气体温度保持不变，将活塞缓慢拉至气缸顶端，求在顶端处，竖直拉力F2的大小。
答案：设起始状态气缸内气体压强为，当活塞缓慢拉至气缸顶端，设气缸内气体压强为
由玻意耳定律得：
在起始状态对活塞由受力平衡得：
在气缸顶端对活塞由受力平衡得：
联立并代入数据得：
（3）如果外界温度由t1缓慢升高到恰使活塞移至气缸顶端，则此时外界温度为多少摄氏度？
答案：压强不变，则由盖-吕萨克定律得：。代入数据解得：
解析：
解答：（1）对正确分析，使气缸能离开地面，则整体处于平衡状态的时候，施加的力F最小，则。（2）设起始状态气缸内气体压强为，当活塞缓慢拉至气缸顶端，设气缸内气体压强为
由玻意耳定律得：
在起始状态对活塞由受力平衡得：
在气缸顶端对活塞由受力平衡得：
联立并代入数据得：（3）压强不变，则由盖-吕萨克定律得：。代入数据解得：.
分析：本题考查了理想气体的状态方程
24．如图所示，竖直放置的圆柱形气缸内有一质量为m的活塞，可在气缸内作无摩擦滑动，活塞下方封闭一定质量的气体。已知活塞截面积为S，大气压强为p0，气缸内气体的热力学温度为T0，重力加速度为g。求：
（1）若保持温度不变，在活塞上放一重物，使气缸内气体的体积减小1/3，这时气体的压强和所加重物的质量M。
答案：p1＝p0+ V1＝V；p2＝p2，V2＝V
p1V1＝p2V2， p2＝（p0+）
p2＝（p0+）= p0+
M=m+
（2）在加压重物的情况下，要使气缸内的气体恢复到原来体积，应对气体加热，使气体温度升高到多少摄氏度？
答案：p3＝p2＝（p0+）
V3＝V， T3=T0 t3＝T0-273
解析：
解答：（1）p1＝p0+ V1＝V；p2＝p2，V2＝V
p1V1＝p2V2， p2＝（p0+）
p2＝（p0+）= p0+
M=m+（2）p3＝p2＝（p0+）
V3＝V， T3=T0 t3＝T0-273.
分析：本题考查了理想气体状态方程
25．一艘潜水艇位于水面下h=200m处，艇上有一个容积V1=2m的钢筒，筒内贮有压强p1=200p0。的压缩空气，其中p0为大气压，p0=1xl0 Pa。已知海水的密度为lxl0kg/m，重力加速度g=l0，设海水的温度不变。有一个与海水相通的装满海水的水箱，现在通过细管道将钢筒中部分空气压入该水箱，再关闭管道，水箱中排出海水的体积为V2=l0m，此时钢筒内剩余空气的压强为多少个大气压？
答案：钢桶中空气初始状态：，，
与海水相通的水箱中的压强，
设钢桶内剩余空气的压强为，钢桶中排出的气体在压强为时的体积为，则，
对钢桶中所有气体有：，解得.
解析：
解答：钢桶中空气初始状态：，，
与海水相通的水箱中的压强，
设钢桶内剩余空气的压强为，钢桶中排出的气体在压强为时的体积为，则，
对钢桶中所有气体有：，解得.
分析：本题考查了理想气体状态方程
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