高中物理人教版选修3-3能力提升测试卷：第八章 气体 单元测评+Word版含解析

第八章　《气体》单元测评
　本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分120分，考试时间90分钟。
第Ⅰ卷 (选择题，共50分)
　　　　　　　　　　　　　　
一、选择题(每小题5分，共50分)
1．如图所示，一定质量的理想气体由状态A沿平行于纵轴的直线变化到状态B，则它的状态变化是(　　)
A．气体的温度不变
B．气体的内能增加
C．气体分子的平均速率减小
D．气体分子在单位时间内与器壁在单位面积上碰撞的次数不变
答案　B
解析　从p-V图象中的AB图线上看，气体由状态A变到状态B为等容升压，根据查理定律，一定质量的气体，当体积不变时，压强增大，温度升高，气体的内能增加，气体分子的平均速率增大，单位时间内气体对器壁在单位面积上的碰撞次数增多，故B正确。
2．(多选)如图为某人在旅游途中对同一密封的小包装食品拍摄的两张照片，甲图摄于海拔500 m、气温为18 ℃的环境下，乙图摄于海拔3200 m、气温为10 ℃的环境下。下列说法中正确的是(　　)
A．甲图中小包内气体的压强小于乙图中小包内气体的压强
B．甲图中小包内气体的压强大于乙图中小包内气体的压强
C．甲图中小包内气体分子间的引力和斥力都比乙图中大
D．甲图中小包内气体分子的平均动能大于乙图中小包内气体分子的平均动能
答案　BCD
解析　根据高度知甲图中小包内气体的压强大于乙图中小包内气体的压强，A错误，B正确；甲图中分子间的距离比乙图的小，由气体分子间的引力和斥力关系知，C正确；由甲图中的温度比乙图中的高可知，D正确。
3．如图所示，A、B两容器容积相等，用粗细均匀的细玻璃管相连，两容器内装有不同气体，细管中央有一段水银柱，在两边气体作用下保持平衡时，A中气体的温度为0 ℃，B中气体温度为20 ℃，如果将它们的温度都降低10 ℃，则水银柱将(　　)
A．向A移动 B．向B移动
C．不动 D．不能确定
答案　A
解析　由Δp＝·p可知Δp∝，所以A部分气体压强减小得多，水银柱将左移。
4．对于地面所受到的大气压强，甲说：“这个压强就是地面上每平方米面积的上方整个大气柱对地面的压力，它等于地面上方的这一大气柱的重力”。乙说：“这个压强是由地面附近那些做无规则运动的空气分子对每平方米地面的碰撞造成的”。下列判断正确的是(　　)
A．甲说得对 B．乙说得对
C．甲、乙说的都对 D．甲、乙说的都不对
答案　C
解析　甲的说法是从宏观上考虑大气压强，乙的说法是从微观上考虑大气压强，本题从宏观和微观的不同角度分别进行分析即可。地面上方整个大气柱可当作一个有质量的物体，大气柱对地面的压力等于大气柱的重力，因此甲的说法正确；大气柱对地面的压强，通过无规则运动的空气分子对地面的撞击产生，因此乙的说法也正确。故C正确。
5．某个开着窗户的房间，温度由8 ℃升高到24 ℃，室内空气质量变化的情况是(　　)
A．减少了 B．减少到
C．减少了 D．减少到
答案　C
解析　室内空气压强不变，设房间容积为V，对原房间内气体，温度由8 ℃升高到24 ℃体积变为V′，
由盖—吕萨克定律得＝
即V′＝V，ΔV′＝V′－V＝V，以减少的气体为研究对象，由盖—吕萨克定律得＝，
代入数据得ΔV＝V，即＝，故质量减少了。故C正确。
6．如图所示，一根上细下粗、粗端与细端都粗细均匀的玻璃管上端开口、下端封闭，上端足够长，下端(粗端)中间有一段水银封闭了一定质量的理想气体。现对气体缓慢加热，气体温度不断升高，水银柱上升，则被封闭气体体积和热力学温度的关系最接近哪个图象(　　)
答案　A
解析　对气体缓慢加热的过程中，水银柱缓慢上升，始终处于平衡状态；刚开始，水银柱完全处在下端，气体的压强p1＝p0＋ρgh1保持不变，气体经历等压变化，此时V-T图象是正比例函数图象，斜率k1∝；最终水银柱将完全处在上端，同理，此时气体的压强p2＝p0＋ρgh2保持不变，气体经历等压变化，此时V-T图象是正比例函数图象，图象的斜率k2∝，显然，h1k2，选项B、C可排除；在水银柱经过粗细交接部位时，水银柱的长度由h1逐渐增大到h2，气体的压强也由p1逐渐增大到p2，气体的体积和温度也均在变化，显然，该过程不是等容过程，D错误。A正确。
7．如图所示，a、b、c三根完全相同的玻璃管，一端封闭，管内各用相同长度的一段水银柱封闭了质量相等的空气，a管竖直向下做自由落体运动，b管竖直向上做加速度为g的匀加速运动，c管沿倾角为45°的光滑斜面下滑，若空气温度始终不变，当水银柱相对管壁静止时，a、b、c三管内的空气柱长度La、Lb、Lc间的关系为(　　)
A．Lb＝Lc＝La B．LbC．Lb>Lc>La D．Lb答案　D
解析　设管横截面积为S，气体状态变化稳定后，对水银柱应用牛顿第二定律，
a管：p0S＋mg－paS＝ma，a＝g，解得pa＝p0
b管：pbS－mg－p0S＝ma，a＝g，解得pb＝p0＋
c管：mgsinθ＋p0S－pcS＝ma，gsinθ＝a，解得pc＝p0
又因为三管内空气质量相等，温度相同，所以三管内空气的pV＝C，pa＝pcLb，D正确。
8．(多选)如右图所示，两端封闭的粗细均匀的U形管中，封闭两段气柱，长度分别为l1，l2，现让管在竖直方向上运动，下述判断正确的是(　　)
A．加速上升时，l1变长，l2变短
B．加速上升时，l2变长，l1变短
C．减速下降时，l2变长，l1变短
D．减速上升时，l1变短，l2变长
答案　BC
解析　管在竖直方向加速上升和减速下降时，加速度方向向上，水银柱超重，减速上升时失重。加速上升和减速下降时，右端l1上方水银质量大于左端l2上方水银质量，超重多，故l2变长，l1变短，B、C正确，A错误。同理，减速上升时，右端p1上方水银失重多，故l1变长，l2变短，D错误。
9．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，在图示三种稳定状态下的温度分别为T1、T2、T3，则T1、T2、T3的大小关系为(　　)
A．T1＝T2＝T3 B．T1C．T1>T2>T3 D．T1答案　B
解析　以活塞为研究对象，对T1、T2状态下的气体有：pS＋Mg＝p1S，pS＋Mg＝p2S
对T3状态下的气体有：pS＋Mg＋mg＝p3S
可以得出：p1＝p2根据理想气体状态方程：＝，V1则T1即T110．(多选)某同学用带有刻度的注射器做验证玻意耳定律的实验，温度计表明在整个实验过程中都是等温的，他根据实验数据绘出了p-的关系图象，如图所示，从图中的图线可以得出(　　)
A．如果实验是从E状态→F状态，则表示外界有空气进入注射器内
B．如果实验是从E状态→F状态，则表示注射器内有部分空气漏了出来
C．如果实验是从F状态→E状态，则表示注射器内有部分空气漏了出来
D．如果实验是从F状态→E状态，则表示外界有空气进入注射器内
答案　AC
解析　连接OE、OF，因为OF的斜率大于OE的斜率，表示(PV)F>(PV)E，说明如果实验是从E状态→F状态，则表示外界有空气进入注射器内；如果实验是从F状态→E状态，则表示注射器内有部分空气漏了出来，故A、C正确。
第Ⅱ卷 (非选择题，共70分)
二、填空题(每小题6分，共24分)
11．一定质量的气体，保持体积不变，已知其0 ℃时的压强为p0，当温度为________ ℃时压强增为2p0，当温度为________ ℃时压强减为。
答案　273　－136．5
解析　这是一个等容变化，由＝求解可得。
12．若一定质量的理想气体分别按图所示的三种不同过程变化，其中表示等压变化的是________(填“A”“B”或“C”)，该过程中气体的内能________(填“增加”“减少”或“不变”)。
答案　C　增加
解析　由＝C，压强不变时，V随温度T的变化是一次函数关系，故选择C图。
13．一个容积是20 L的充满氧气的钢瓶，瓶内压强达1．013×105 Pa，现给40个容积是5 L的小钢瓶进行充气，充气时漏气和温度变化忽略不计(设小钢瓶内原来是真空，充气后各瓶内压强相等)，则充气后瓶内氧气的压强是________Pa。
答案　9．2×103
解析　对原来充满氧气的钢瓶中的氧气研究：
Ⅰ
Ⅱ
由p1V1＝p2V2，得p2＝＝ Pa＝9．2×103 Pa。
14．如图，A、B是体积相同的汽缸，B内有一导热的、可在汽缸内无摩擦滑动的、体积不计的活塞C，D为不导热的阀门。起初，阀门关闭，A内装有压强p1＝2．0×105 Pa，温度T1＝300 K的氮气。B内装有压强p2＝1．0×105 Pa，温度T2＝600 K的氧气。打开阀门D，活塞C向右移动，最后达到平衡，以V1和V2分别表示平衡后氮气和氧气的体积，则V1∶V2＝________。(假定氧气和氮气均为理想气体，并与外界无热交换，连接汽缸的管道体积可忽略)
答案　4∶1
解析　设活塞C向右移动x，最后共同的温度为T，压强为p，由理想气体状态方程对A部分气体
＝，
对B部分气体＝，
两式相比，＝＝×＝。
三、计算题(共46分)
15．(11分)受啤酒在较高压强下能够溶解大量二氧化碳的启发，科学家设想了一个办法：用压缩机将二氧化碳送入深海底，由于海底压强很大，海水能够溶解大量二氧化碳使其永久储存起来，这样就为温室气体二氧化碳找到了一个永远的“家”。现将过程简化如下：在海平面上，开口向上、导热良好的汽缸内封存有一定量的CO2气体，用压缩机对活塞施加竖直向下的压力F，此时缸内气体体积为V0、温度为T0。保持F不变，将该容器缓慢送入温度为T、距海平面深为h的海底，如图所示。已知大气压强为p0，活塞横截面为S，海水的密度为ρ，重力加速度为g。不计活塞质量，缸内的CO2始终可视为理想气体。
(1)求在海底时CO2的体积；
(2)若打开阀门K，使容器内一半质量的CO2缓慢排出后关闭阀门，此时容器的容积变为打开阀门前的，则此时压缩机给活塞的压力F′是多大？
答案　(1)　
(2)2F＋(p0＋ρgh)S
解析　(1)在海平面上时CO2的压强：p＝p0＋
距海平面h深处CO2的压强：p1＝p0＋＋ρgh
由理想气体状态方程得＝
解得：V＝。
(2)以一半质量的CO2气体为研究对象，溶解后容器内CO2的压强：
p′＝p0＋ρgh＋
由玻意耳定律得：p1＝p′V′
由题意得：V′＝
联立以上各式解得：F′＝2F＋(p0＋ρgh)S。
16．(11分)已知一定质量的理想气体的初始状态Ⅰ的状态参量为p1、V1、T1，末状态Ⅱ的状态参量为p2、V2、T2，且p2>p1，V2>V1；如图所示，试用玻意耳定律和查理定律推导出一定质量的理想气体状态方程。要求说明推导过程中每步的根据，最后结果的物理意义，且在p-V图上用图线表示推导中气体状态的变化过程。
答案　推导过程见解析
解析　推导应在Ⅰ和Ⅱ状态中间加一过渡状态A(pA，V2，T1)，过程变化如图所示，由Ⅰ→A过程发生等温膨胀，有p1V1＝pAV2，
由A→Ⅱ过程是等容加压过程，有＝，
联立消去pA，得＝。
17．(12分)向汽车轮胎内充气，已知轮胎内原有空气的压强为1．5个标准大气压，温度为20 ℃，体积为20 L。充气后，轮胎内空气压强增大为7．5个标准大气压，温度升高为25 ℃。若充入的气体的温度为20 ℃，压强为一个标准大气压，问：需要充入多少升这样的空气？(设轮胎体积不变)
答案　117 L
解析　先以充气后轮胎内气体为研究对象
p1＝1．5 atm 'V1＝？'T1＝293 K，
p2＝7．5 atm'V2＝20 L'T2＝298 K，
由理想气体状态方程得：＝，
代入已知数据得V1＝98 L。
再以需要充入的气体为研究对象
初状态 p3＝1 atm'V3＝？
末状态 p4＝1．5 atm'V4＝V1－V2＝78 L
由玻意耳定律得p3V3＝p4V4，
代入已知数据得V3＝117 L。
18．(12分)如图所示，有两个不计厚度的活塞M、N将两部分理想气体A、B封闭在竖直放置的绝热汽缸内，温度均为27 ℃，M活塞是导热的，N活塞是绝热的，均可沿汽缸无摩擦地滑动，汽缸底部有加热丝，已知M活塞的质量m1＝1 kg，N活塞的质量不计。M、N活塞的横截面积均为 S＝2 cm2，初始时M活塞相对于汽缸底部的高度h1＝24 cm，N活塞相对于底部的高度h2＝12 cm。现将一质量m2＝1 kg的小物体放在M活塞的上表面上，活塞下降，稳定后B气体压强为p2。已知大气压强p0＝1．0×105 Pa，g取10 m/s2。
(1)求稳定后B气体的压强p2；
(2)通过加热丝对B气体进行缓慢加热，M、N活塞发生移动，当M活塞距离汽缸底部的高度h3＝21．6 cm 时，停止加热。求此时B气体的温度T2。
答案　(1)2．0×105 Pa　(2)420 K
解析　(1)将两个活塞和小物体作为整体，由平衡条件得
p2S＝m1g＋m2g＋p0S①
代入数据得p2＝2．0×105 Pa。
(2)由于N活塞质量不计，A、B两部分气体的压强始终相等。
对A气体，设初始压强为p1，最终稳定后的体积为LS，将M活塞和小物体作为整体，由平衡条件得
p1S＝m1g＋p0S②
由理想气体状态方程可得p1(h1－h2)S＝p2LS③
对B气体进行分析，初状态压强为p1，体积为h2S，设温度为T1；末状态压强为p2，设温度为T2，体积为hS．
由理想气体状态方程可得＝④
h3＝h＋L⑤
联立①②③④⑤代入数据解得T2＝420 K。