第2章　气体、液体和固体 分层作业6　气体实验定律的微观解释--2025粤教版高中物理选择性必修第三册同步练习题（有解析）

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2025粤教版高中物理选择性必修第三册
分层作业6　气体实验定律的微观解释
A组必备知识基础练
1.对于一定质量的气体,下列叙述正确的是(　　)
A.如果体积减小,气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增多
B.当温度一定时,如果压强增大,气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增多
C.如果温度升高,气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增多
D.如果分子数密度增大,气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增多
2.在相同的外界环境中,两个相同的集气瓶中分别密闭着质量相同的氢气和氧气,如图所示.若在相同温度、压强下气体的摩尔体积都相同,则下列说法正确的是(　　)
A.氢气的密度较大
B.氧气的密度较大
C.氢气的压强较大
D.两气体的压强相等
3.如图所示,一根竖直的弹簧支持着一倒立气缸的活塞,使气缸悬空而静止.设活塞与缸壁间无摩擦,可以在缸内自由移动,缸壁导热性良好,使缸内气体的温度保持与外界大气温度相同,则下列结论正确的是(　　)
A.若气温升高,则活塞距地面的高度将减小
B.若气温升高,则气缸的上底面距地面的高度将增大
C.若外界的大气压增大,则气缸的上底面距地面的高度将增大
D.若外界的大气压增大,则活塞距地面的高度将减小
4.已知湖水深度为20 m,湖底水温为4 ℃,水面温度为17 ℃,大气压强为1.0×105 Pa.当一气泡从湖底缓慢升到水面时,其体积约为原来的(g取10 m/s2,ρ水=1.0×103 kg/m3)(　　)
A.2.8倍 B.8.5倍
C.3.1倍 D.2.1倍
5.(多选)一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如图所示,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,压强一直减小
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
6.如图所示,一定质量的理想气体用质量为M的活塞封闭在容器中,活塞与容器间光滑接触,在图中三种稳定状态下的温度分别为T1、T2、T3,体积分别为V1、V2、V3且V1A.T1=T2=T3
B.T1C.T1>T2>T3
D.T17.(2024上海卷)验证“气体体积随温度变化关系”的实验装置如图所示,用支架将封有一定质量气体的注射器和温度传感器固定在盛有热水的烧杯中.实验过程中,随着水温的缓慢下降,记录多组气体温度和体积的数据.
(1)不考虑漏气因素,符合理论预期的图线是　　　.
(2)下列有助于减小实验误差的操作是　　　　.
A.实验前测量并记录环境温度
B.实验前测量并记录大气压强
C.待温度示数完全稳定后才记录数据
D.测量过程中保持水面高于活塞下端
8.中国登山队从大本营出发,成功登顶珠穆朗玛峰,并在峰顶精准测量珠峰的高度.已知珠峰大本营海拔高度为5 200 m,大气压为0.6×105 Pa,气温为-3 ℃,探测员在此给密封的气象探测球缓慢充满氦气,氦气的压强与大气压相等,温度与大气温度相同,体积为90 m3.当探测球缓慢升至海拔8 848.86 m的峰顶时,氦气的压强为0.3×105 Pa,体积为160 m3.不计探测球内外的压强差,探测球的导热性良好,氦气视为理想气体.求:
(1)珠峰峰顶的温度是多少摄氏度
(2)在峰顶,探测球内部启动加热装置,使氦气温度快速升高到-3 ℃,求此时氦气的体积.
B组关键能力提升练
9.下面的表格是某地区1~7月份气温与气压的对照表:
月份/月 1 2 3 4 5 6 7
平均最高气温/℃ 1.4 3.9 10.7 19.6 26.7 30.2 30.8
平均气压/105 Pa 1.021 1.019 1.014 1.008 1.003 0.998 4 0.996 0
7月份与1月份相比较,正确的是(　　)
A.空气分子无规则热运动的情况几乎不变
B.空气分子无规则热运动减弱了
C.单位时间内空气分子对单位面积器壁的撞击次数增多了
D.单位时间内空气分子对单位面积器壁的撞击次数减少了
10.一种火炮的复位装置示意图如图所示,开炮时,炮管反冲带动连杆活塞使油压缩空气,此过程空气跟外界没有热传递,反冲结束后,被压缩的空气推动活塞使炮管复位.设开炮前封闭空气的压强为p1,热力学温度为T1,体积为V1,炮管反冲使空气的热力学温度为T2,体积压缩为V2,则反冲后空气的压强为(　　)
A. B.
C. D.
11.一定质量的理想气体经历了A→B→C的三个变化过程,其压强随摄氏温度变化的p-t图像如图所示,A、B、C三个状态时气体的体积分别为VA、VB、VC,则通过图像可以判断它们的大小关系是(　　)
A.VA=VB>VC B.VA=VBC.VAVB>VC
12.粗细均匀的U形管中装有水银,左管上端有一活塞P,右管上端有一阀门S,开始时活塞位置与阀门等高,如图所示.阀门打开时,管内两边水银柱等高,两管空气柱长均为l=20 cm,此时两边空气柱温度均为27 ℃,外界大气压为p0.若将阀门S关闭以后,把左边活塞P慢慢下压,直至右边水银上升h,在活塞下压过程中,使右管空气柱的温度始终保持在27 ℃,并使左管内空气柱的温度上升到57 ℃,求此时左管内空气柱的长度.
13.将横截面积分别为S1=1×10-3 m2和S2=8×10-4 m2两个气缸竖直连接.在两气缸连接处及其下方h=10 cm处均固定有活塞销.整个气缸被活塞a和活塞b分割成三部分,两活塞用长l=12 cm的轻绳连接,上下两部分均与大气直接连通,两活塞之间密闭有一定质量的理想气体.已知活塞a的质量为m1=2 kg,活塞b的质量为m2=1 kg.初始时,密闭气体的温度为27 ℃,压强为p0=1×105 Pa,两活塞静止于如图所示的位置.外界大气压强恒为p0=1×105 Pa,不计活塞和活塞销的厚度,不计活塞和气缸间的摩擦,g取10 m/s2,现在开始缓慢升高密闭气体的温度,求:
(1)轻绳刚好要被拉直时,密闭气体的温度;
(2)若轻绳能承受的最大拉力T=180 N,至少需要将温度升高到多少,才能将绳拉断
参考答案
分层作业6　气体实验定律的微观解释
1.B　气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数,是由单位体积内的分子数和分子的平均速率共同决定的,选项A和D都是单位体积内的分子数增多,但分子的平均速率如何变化却不知道;对选项C,由温度升高可知分子的平均速率增大,但单位体积内的分子数如何变化未知,所以选项A、C、D都不正确.当温度一定时,气体分子的平均速率一定,此时气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数正是气体压强的微观表现,所以选项B是正确的.
2.C　质量相同,两种气体的体积相同,则两种气体的密度相同,故A、B错误;分子数N=NA,由于氢分子的摩尔质量较小,则其分子数较多,相同温度下,氢气的压强更大,故C正确,D错误.
3.B　对活塞与气缸受力分析有kΔx=(M+m)g,则弹簧的弹力保持不变,则活塞距地面的高度将不变,则A错误;对气缸受力分析有Mg+p0S=pS,则气缸内气体的压强保持不变,根据=C,若气温升高,则气缸内气体的体积增大,所以气缸的上底面距地面的高度将增大,则B正确;对气缸受力分析有Mg+p0S=pS,若外界的大气压增大,则气缸内气体的压强增大,由温度不变可知,气体的体积减小,所以气缸的上底面距地面的高度将减小,则C错误;对活塞与气缸受力分析有kΔx=(M+m)g,则弹簧的弹力保持不变,若外界的大气压增大,则活塞距地面的高度也不变,所以D错误.
4.C　气泡在湖底的压强p1=p0+ρgh=105 Pa+103×10×20 Pa=3×105 Pa,气泡在湖底的温度为T1=(273+4) K=277 K,气泡在水面的压强为p2=p0=105 Pa,气泡在水面的温度为T2=(273+17)K=290 K,根据理想气体状态方程,有,解得=3.1,故选C.
5.AB　由理想气体状态方程=C得V=,再结合V-T图像斜率的物理意义,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,从状态a到状态b,结合图像知,斜率一直减小,压强一直增大,故A正确;从状态c到状态d,结合图像知,斜率一直增大,压强一直减小,故B正确;从状态b到状态c,结合图像知,斜率先减小后增大,压强先增大后减小,故C错误;从状态d到状态a,结合图像知,斜率先增大后减小,压强先减小后增大,故D错误.
6.B　设三种稳定状态下气体的压强分别为p1、p2、p3,以活塞为研究对象,三种稳定状态下分别有Mg+p0S=p1S,p0S+Mg=p2S,p0S+Mg+mg=p3S,可以得出p1=p27.答案 (1)A
(2)C
解析 (1)根据=C,可得V=T=(t+273 K),可知,在压强不变的情况下,气体体积与热力学温度成正比,与摄氏温度成一次函数关系,故A正确.
(2)环境温度不影响实验数据,实验前测量并记录环境温度并不能减小实验误差,故A错误;本实验压强不变,实验前测量并记录大气压强不能减小实验误差,故B错误;待温度示数完全稳定后才记录数据,稳定后的数据更加接近真实数据,能减小误差,故C正确;测量过程中保持水面高于活塞下端不能减小误差,故D错误.
8.答案 (1)-33 ℃
(2)180 m3
解析 (1)在大本营时氦气p1=0.6×105 Pa,V1=90 m3,T1=t1+273 K=270 K
在峰顶时氦气p2=0.3×105 Pa,V1=160 m3
由理想气体状态方程
得T2=240 K
t2=T2-273=-33 ℃.
(2)解法一:加热后,氦气的压强p3=0.3×105 Pa,体积设为V3
由玻意耳定律得p1V1=p3V3
V3= m3=180 m3
解法二:加热后,氦气的温度T3=270 K,体积设为V3
由盖-吕萨克定律得
V3= m3=180 m3.
9.D　温度越高,分子无规则热运动加强,7月份与1月份相比较,平均气温升高了,所以无规则热运动加强,故A、B错误;温度升高,分子的平均动能变大,但是压强减小,知气体分子的密集程度减小,则单位时间内空气分子对单位面积器壁的撞击次数减少,故C错误,D正确.
10.C　根据理想气体状态方程,解得反冲后空气的压强为p2=,故选C.
11.D　过A、B两点分别做等容变化的图像,由=C可得p=·TC可知,C点对应的图线斜率较大,体积较小,即VA>VB,B到C等温升压,可知体积减小,即VB>VC,D正确.
12.答案 15 cm
解析 设U形管横截面积为S
右管:初状态p1=p0,V1=20 cm×S
末状态V2=15 cm×S
由玻意耳定律p1V1=p2V2
得p2=p0
左管:初状态p3=p0,V3=20 cm×S,T3=(273+27) K=300 K
末状态p4=p2+2ρgh=p0,T4=(273+57)K=330 K
由理想气体状态方程得
解得V4=15 cm×S
所以此时空气柱长度l==15 cm.
13.答案 (1)450 K　(2)1 350 K
解析 (1)初始时,密闭气体的温度T0=300 K,压强p0=1×105 Pa,体积V0=S2×10 cm
当绳刚好拉直时,压强、体积分别为p1=p0+=1.2×105 Pa
V1=(S1×2+S2×10)cm
设此时温度为T1,由理想气体状态方程可得
代入数据解得T1=450 K.
(2)绳子拉断瞬间,对活塞a,由m1g+p0S1+T=p2S1
得p2=3×105 Pa
对活塞b,由T+p0S2>m2g+p2S2
得b所受弹力向下,故绳子拉断瞬间两活塞应呈如图所示状态
即b活塞应顶在上方的活塞销处,此时体积为V3=S1×12 cm
由理想气体状态方程可得
代入数据解得T3=1 350 K.
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