2-7 气体实验定律(Ⅰ) 习题（含答案）

物理·选修3－3(粤教版)
第七节 气体实验定律(Ⅰ) 作业
1．(双选)一定质量的气体在发生等温变化时，下列物理量发生变化的是(　　)
A．气体的压强
B．单位体积内的分子数
C．分子的平均速率
D．分子的总数
解析：一定质量的气体在发生等温变化时，p 和V都要发生变化，体积V发生变化，则单位体积内的分子数改变，A、B正确；温度不变，则分子的平均动能不变，分子的平均速率不发生变化，C错误；质量一定，则分子的总数不变，D错误．答案：AB
2．(双选)一定质量的气体保持温度不变，当体积膨胀为原来的10倍时，则(　　)
A．气体分子数变为原来的10倍
B．气体分子的平均动能变为原来的
C．气体分子的密度变为原来的
D．器壁的同一面积上所受气体分子的平均作用力减小为原来的
解析：研究对象已确定，分子总数是不变的．又因为温度恒定，故分子平均动能不变．体积膨胀为原来的10倍，单位体积内的气体分子数(即气体分子密度)变为原来的，因而压强变为原来的，故同一面积上所受分子的平均作用力也变为原来的.故正确答案为C、D.
3．下面各图象中，p表示压强，V表示体积，T为热力学温度．不能正确描述一定质量的气体发生等温变化的是(　　)
解析：由等温变化的p-V图象和p-图象的特点可知，A 、B正确，C错误；D是p-T图象，D也体现出温度不变，D正确．答案：C
4．(双选)一定质量的气体，在温度不变的条件下，将其压强变为原来的2倍，则(　　)
A．气体分子的平均动能增大
B．气体的密度变为原来的2倍
C．气体的体积变为原来的一半
D．气体的分子总数变为原来的2倍
解析：温度是分子平均动能的标志，由于温度不变，故分子的平均动能不变，据玻意耳定律得p1V1＝2p1V2，解得：V2＝V1，ρ1＝，ρ2＝
可得：ρ1＝ρ2，即ρ2＝2ρ1，故B、C正确．
5．一定质量的气体由状态A变到状态B的过程如图所示，A、B位于同一双曲线上，则此变化过程中，温度(　　)
A．一直下降 B．先上升后下降
C．先下降后上升 D．一直上升
解析：可作出过直线AB上各点的等温线与过A、B两点的等温线进行比较，图线离坐标轴越远，气体温度越高，可得沿直线AB的变化中，温度先上升后下降，最后TB＝TA.B正确．
6．(双选)如图所示，一定质量的气体等温线上两点的压强、体积和温度如图所示，下列表达式正确的是(　　)
A．p1V1＝p2V2 B．p1V2＝p2V1
C．T1＝T2 D．T1＞T
解析：一定质量的气体等温变化过程中，压强跟体积成反比，由两状态对应的压强(p1 和p2)和体积(V2和V1)可知A错误，B正确，同一等温线上各状态温度是相等的，C正确，D错误．答案：BC
7．一定质量的理想气体，压强为3 atm，保持温度不变，当压强减小2 atm时，体积变化4 L，则该气体原来的体积为(　　)
A. L B．2 L C. L D．8 L
解析：由玻意耳定律p1V1＝p2V2，得：3·V1＝1·(V1＋4) 解得V1＝2 L.
答案：B
8．如图所示，由导热材料制成的气缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内，活塞与气缸壁之间无摩擦，活塞上方存有少量液体，将一细管插入液体，利用虹吸现象，使活塞上方液体缓慢流出，在此过程中，大气压强与外界的温度均保持不变，下列各个描述理想气体状态变化的图象中与上述过程相符合的是(　　)
解析：气体的温度不变，压强减小则体积增大，由气体的等温变化特点得D正确．
9．一个气泡由湖面下深20 m处上升到湖面下深10 m处，它的体积约变为原来体积的(温度不变)(　　)
A．3倍 B．2倍 C．1.5倍 D．0.7倍
解析：一个大气压相当于10 m水柱产生的压强，根据玻意耳定律有：
＝＝＝＝＝，C项正确．
玻意耳定律的发现历程
英国化学家罗伯特·玻意耳(Robert Boyle)，在1662年根据实验结果提出：“在密闭容器中的定量气体，在恒温下，气体的压强和体积成反比关系．”这一定律被称为玻意耳定律，是人类历史上第一个被发现的定律．
玻意耳生于伯爵之家，是英国科学协会的会员．在1662年科学协会的会议上，罗伯特·胡克(Robert Hooke)宣读了一篇论文，论文描述法国关于“空气弹性”的实验.17世纪，科学家对空气特征产生了浓厚兴趣．
法国科学家制造了一个黄铜气缸，中间装有活塞，安装得很紧．几个人用力按下活塞压缩缸里的空气．然后，他们松开活塞，活塞弹回来，但是没有全部弹回来．不论他们隔多长时间做一次实验，活塞总是不能全部弹回来．
通过这项实验，法国科学家声称空气根本不存在弹性，经过压缩，空气会保持轻微的压缩状态.
玻意耳宣称法国科学家的实验不能说明任何问题．他指出，活塞之所以不能全部弹回来，是因为他们使用的活塞太紧．有人反驳道，如果活塞稍松，四周就会漏气，影响实验．
玻意耳许诺要制造一个松紧适中的绝好活塞，证明上述实验是错误的．两周后，玻意耳手持U形大玻璃管站在众会员面前．这个U形玻璃管是不匀称的，一支又细又长，高出3英尺多，另一支又短又粗，短的这支顶端密封，长的那只顶端开口．
玻意耳把水银倒进玻璃管中，水银盖住了U形玻璃管的底部，两边稍有上升．在封闭的短管中，水银堵住一小股空气．玻意耳解释，活塞就是压缩空气的装置，水银也可以看作“活塞”．像法国实验所期望的那样，玻意耳的做法不会因为摩擦而影响实验结果．
玻意耳记录下水银重量，在水银和空气交界处刻了一条线．他向长玻璃管中滴水银，一直把它滴满．这时，水银在短玻璃管中上升到一半的高度．在水银的挤压下，堵住的空气体积变成不到原来的一半．
在短玻璃管上，玻意耳刻下了第二条线，标示出里面水银的新高度和堵住的空气被压缩的体积．
然后，通过U形玻璃管底部的阀门，他把水银排出，直到玻璃活塞和水银的重量与实验开始时的重量完全相等．水银柱又回到它实验开始的高度，堵住的空气又回到它当初的位置．空气果真有弹性，法国科学家的实验是错误的，玻意耳是正确的．
玻意耳用玻璃活塞继续实验，发现了很多值得注意的事情．当他向堵住的空气施加双倍的压力时，空气的体积就会减半；施加3倍的压力时，体积就会变成原来的.当受到挤压时，空气体积的变化与压强的变化总是成比例．他创建了一个简单的数学等式来表示这一比例关系，现在我们称之为“玻意耳定律”．就认识大气、利用大气为人类服务而言，这一定律是极为重要的．