2019—2020学年高中物理沪科版选修3-3：2.2玻意耳定律 课时作业2（解析版）

2.2玻意耳定律
课时作业（解析版)
1．如图甲所示，开口向上的导热气缸静置于水平桌面，质量为m的活塞封闭一定质量气体，若在活塞上加上质量为m的砝码，稳定后气体体积减小了△V1，如图乙；继续在活塞上再加上质量为m的砝码，稳定后气体体积又减小了△V2，如图丙．不计摩擦，环境温度不变，则（　　）
A．△V1＜△V2
B．△V1=△V2
C．△V1＞△V2
D．无法比较△V1与△V2大小关系
2．一定质量的气体在T1、
T2不同温度下的等温变化图线如图所示，A、B和C、D分别为两条等温线上的点。在下面p-
-T和V-
-T图象中，能表示图中气体状态变化过程的是
A．甲
B．乙
C．丙
D．丁
3．如图所示，粗细均匀U形管中装有水银，左端封闭有一段空气柱，原来两管水银面相平，将开关K打开后，放掉些水银，再关闭K，重新平衡后若右端水银下降h，则左管水银面　　
A．不下降
B．下降h
C．下降高度小于h
D．下降高度大于h
4．如图，两端封闭的玻璃管竖直放置，内有一段水银柱将空气柱分为两段，两段气柱的质量、温度均相同。开始时玻璃管静止，后以恒定向上的加速度运动，与静止时相比，稳定后上、下气柱压强变化量的大小分别为△p上、△p下，不计气体温度的变化，则相对玻璃管（
）
A．水银柱向上移动，且△p上＞△p下
B．水银柱向上移动，且△p上＜△p下
C．水银柱向下移动，且△p上＜△p下
D．水银柱向下移动，且△p上＞△p下
5．如图，玻璃管内封闭了一段气体，气柱长度为，管内外水银面高度差为，若温度保持不变，把玻璃管稍向上提起一段距离，则(
)
A．均变大
B．均变小
C．变大变小
D．变小变大
6．如图所示，一定质量的理想气体，从状态1变化到状态2，其图象为倾斜直线，下述正确的是　　
A．密度不变
B．压强不变
C．体积不变
D．温度不变
7．2016年10月19日，航天员景海鹏、陈冬顺利进入天宫二号。在天宫二号内，下列实验不能进行的是（　　）
A．用弹簧秤验证平行四边形定则
B．用伏安法测干电池电动势和内阻
C．用自由落体运动研究动能与重力势能转化的规律
D．用DIS研究温度不变时，一定质量气体压强与体积的关系
8．现将一定质量的某种理想气体进行等温压缩．下列图象能正确表示该气体在压缩过程中的压强P和体积的倒数的关系的是(
)
A．
B．
C．D．
9．对于分子动理论和物体内能的解，下列说法正确的是(
)
A．温度高的物体内能不一定大，但其分子平均动能一定大
B．理想气体在等温变化时，内能不改变，因而与外界不发生热交换
C．布朗运动是液体分子运动的反映，它说明分子永不停息地做无规则运动
D．扩散现象说明分子间存在斥力
E.知道某物质摩尔质量和阿伏加德罗常数，一定可求其分子质量
10．如图，固定的导热气缸内用活塞密封一定质量的理想气体。现用力使活塞缓慢地向上移动。用p、V、E和分别表示封闭气体的压强、体积、内能和气体分子的平均动能，n表示单位体积内气体的分子数，图中a、d为双曲线，设环境温度不变。正确描述上述过程的是（　　）
A．
B．
C．
D．
11．一辆汽车的质量为1.3吨。当轮胎“充满”气时，每个轮胎与地面的接触面积为130cm2，胎内气体体积为20L，压强为__________Pa。当轮胎充气“不足”而轮毂盖边缘着地时，胎内仍有15L压强为1atm的空气。用一电动充气机以每分钟50L的速度将压强为1atm的空气压入轮胎，假设在此过程中气体温度保持不变，则充满四个轮胎约需要_________分钟。（重力加速度g取10m/s2，1atm约为105Pa）
12．“新冠肺炎”负压病房内气压低于室外气压25Pa，使室外与负压病房的气流只能“从洁到污”单向流动。若室外与负压病房间的安全门面积为1.6m2，则安全门受到的内外气体的压力差为______N。若室外与负压病房温度相同，则室外1000cm3的气体流到负压病房后体积将变为_________cm3。（此空精确到两位小数）（设室外大气压强为1×105Pa）
13．如图所示，竖直放置的U形玻璃管左端封闭，右端开口。初始时，两管水银面等高，左管封闭的空气柱长8cm，大气压强为p0=75cmHg。给左管气体加热，封闭气柱长变为8.5cm，此时封闭气体的压强为________cmHg。保持加热后的温度不变，从右端再注入________cm的水银柱，气柱长可变回8cm。
14．如图所示，一端封闭、粗细均匀的玻璃管水平放置，一段水银柱刚好处在管的正中央，管内两段气柱A、B的长均为10
cm，大气压强压强为76
cmHg，现将玻璃管开口封死，再将玻璃管在竖直面内沿顺时针缓慢转动90°，结果A段气柱的长变为10.4
cm，求：
（i）水银柱的长；（保留两位有效数字）
（ii）若用针将封口扎一个小孔，让B段气柱缓慢放出一些，待稳定时，水银柱又下降了多少？
15．如图所示，内壁光滑长度为4L、横截面积为S的汽缸A、B，A水平、B竖直固定，之间由一段容积可忽略的细管相连，整个装置置于温度27℃、大气压为p0的环境中，活塞C、D的质量及厚度均忽略不计．原长3L、劲度系数的轻弹簧，一端连接活塞C、另一端固定在位于汽缸A缸口的O点．开始活塞D距汽缸B的底部为3L．后在D上放一质量为的物体．求：
①稳定后活塞D下降的距离；
②改变汽缸内气体的温度使活塞D再回到初位置，则气体的温度应变为多少?
参考答案
1．C
【解析】
设大气压强为，起初活塞处于平衡状态，所以：
解得该气体的压强为：
则甲状态气体的压强为：
乙状态时气体的压强为：
丙状态时气体的压强为：
由玻意耳定律得：
得：，
所以
所以：．
故本题选C．
【点睛】
对活塞进行受力分析，由平衡条件分别求出几种情况下的气体压强；由玻意耳定律可以求出气体体积，然后比较体积的变化即可．
2．A
【解析】
A、B和C、D分别为两条等温线上的点，故TA=TB、TC=TD；由图1可知，A到B和由C到D均为等温膨胀过程，且压强减小；又在p-V图象中离坐标原点越远的等温线温度越高可知，TA＜TC，由此可知，甲正确，乙丙丁错误；
A．甲，该图与结论相符，选项A正确；
B．乙，该图与结论不相符，选项B错误；
C．丙，该图与结论不相符，选项C错误；
D．丁，该图与结论不相符，选项D错误；
故选A。
3．C
【解析】
原来左右两边的水银等高，说明左边的气体的压强和大气压相等，当放掉一部分水银之后，左边气体的体积变大，压强减小，右边压强为大气压强，右边的水银下降h，左边的必定要小于h，所以C正确．故选C．
4．C
【解析】
由图示可知，气体的压强关系为：
p下=p上+h
玻璃管向上加速运动，玻璃管内的水银向上加速运动，水银柱所受合力向上，水银柱所受重力不变，所受合力向上，则下部气体对水银柱的支持力增大，上部气体对水银柱的压力减小，p下变大，p上变小，由于气体温度不变，气体发生等温变化，由玻意耳定律得：pV=C，气体压强p增大，则体积V减小，气体压强p减小，则体积V增大；下部分气体体积减小，上部分气体的体积增大，水银柱向下移动，两部分气体体积变化量相等，现在下部气体体积减小，上部气体体积增大，根据玻意尔定律，下部分气体压强增加量大于上部分气体压强减小量，即：△p上＜△p下；
A．水银柱向上移动，且△p上＞△p下，与结论不相符，选项A错误；
B．水银柱向上移动，且△p上＜△p下，与结论不相符，选项B错误；
C．水银柱向下移动，且△p上＜△p下，与结论相符，选项C正确；
D．水银柱向下移动，且△p上＞△p下，与结论不相符，选项D错误；
故选C。
5．A
【解析】
试题分析：在实验中，水银柱产生的压强加上封闭空气柱产生的压强等于外界大气压．如果将玻璃管向上提，则管内水银柱上方空气的体积增大，因为温度保持不变，所以压强减小，而此时外界的大气压不变，根据上述等量关系，管内水银柱的压强须增大才能重新平衡，故管内水银柱的高度增大．
故选A
6．D
【解析】
根据的图象可知，从状态1到状态2，压强减小减小，体积V增大，根据，密度减小，故ABC错误；根据理想气体状态方程，可得：，图象的斜率为CT，斜率不变，温度不变，故D正确．所以D正确，ABC错误．
7．C
【解析】
考查完全失重的特点。
【详解】
A．用弹簧秤验证平行四边形定则与重力无关，故可以进行，不符合要求，A错误；
B．用伏安法测干电池电动势和内阻与重力无关，可以进行，不符合要求，B错误；
C．用自由落体运动研究动能与重力势能转化的规律时，与物体的重力有关，故C不能进行，符合要求，C正确；
D．气体压强与重力无关，故用DIS研究温度不变时，一定质量气体压强与体积的关系可以进行，不符合要求，D错误。
故选C。
8．B
【解析】
根据理想气体状态参量方程
，可知等温压缩，压强和体积成反比，即压强与体积的倒数成正比，所以
图象是一条过原点的倾斜直线，故B正确，ACD错误．故选B．
9．ACE
【解析】
A．温度高的物体分子平均动能一定大，但是内能不一定大，故A正确；
B．理想气体在等温变化时，内能不改变，可以是与外界发生热交换的同时与外界之间有做功，故B错误；
C．布朗运动是固体颗粒的运动，它反映了液体分子的无规则的热运动，说明分子永不停息地做无规则热运动，故C正确；
D．扩散现象说明了分子在做无规则运动，不能说明分子间的作用力，故D错误；
E．阿伏加德罗常数是1摩尔物质所含有的微粒数目，所以摩尔质量与阿伏加德罗常数之比等于分子质量，故E正确。
故选ACE。
10．ABD
【解析】
A．气缸和活塞导热性能良好，气缸内气体温度与环境温度相同，所以气体发生等温变化，所以p－V图象是双曲线，故A正确；
B．气缸内气体温度与环境温度相同，保持环境温度不变，则气体的内能保持不变，故B正确；
C．温度是分子平均动能变化的标志，温度不变，所以该气体分子的平均动能不变，故C错误；
D．一定质量的理想气体，所以
N为所有气体的分子总数，N一定，所以n－V的图象是双曲线，故D正确。
故ABD。
11．3.5105
4.4
【解析】
[1]以一个轮胎与地面的接触部分为研究对象，设胎内气体压强为，每个轮胎与地面的接触面积，汽车质量，大气压强，由平衡条件得
解得
[2]设每个轮胎需要打入一个大气压的气体体积为，充满气后，每个轮胎气体的体积为，压强，充气前，每个轮胎气体的体积为，压强，气体温度保持不变，由玻意耳定律得
解得
所以充满四个轮胎需要的时间
12．40
1000.25
【解析】
[1]由压强公式
可知安全门受到的内外气体的压力差为
[2]在室外压强
，气体体积
室内压强为
设室外气体体积为，由波意耳定律可知
解得
13．76
5.75
【解析】
[1][2]依题得封闭气柱变长0.5cm，即如图所示
左边与右边产生液面差为，此时对封闭气柱进行分析可得
代入数据可得
设需要加入水银，根据波意耳定律可得
代入数据解得
14．（i）6.1
cm
；（ii）0.
5
cm
【解析】
（i）设水银柱的长为Lcm，对A段气柱研究，有：
=
对B段气柱研究，有：
=
pB=pA+LcmHg
求得
L=6.
1cm
即水银柱的长为6.1
cm。
（ii）最终稳定时，A空气柱气体的压强为
p′A=76
cmHg
-6.1cmHg
=69.9
cmHg
设A空气柱的长为x，则有：
=
求得
x=10.
9
cm
因此水银柱又下降的高度为：
h
==0.
5
cm
15．（i）（ii）℃
【解析】
（1）开始时被封闭气体的压强为
，活塞C距气缸A的底部为l，被封气体的体积为4lS，重物放在活塞D上稳定后，被封气体的压强为：
活塞C将弹簧向左压缩了距离l1，则活塞C受力平衡，有：
根据玻意耳定律，得：
解得：x=2l
活塞D下降的距离为：△l＝4l?x+l1=l
（2）升高温度过程中，气体做等压变化，活塞C的位置不动，最终被封气体的体积为(4l+
l1)?S，对最初和最终状态，根据理想气体状态方程得
解得：t2＝377℃
【点睛】
本题考查玻意耳定律的应用及压强的计算，关键要注意首先明确气体发生的什么变化，根据力平衡法求气体的压强，然后才能分析状态参量，由理想气体的状态方程或实验定律进行分析求解，第二问要注意升温过程压强不变，弹簧的形变量不变，活塞C不动.