2019—2020学年高中物理教科版选修3-3：第三章 气体 章末复习精炼5（解析版）

气体
章末复习精炼（解析版)
1．关于温度和内能的理解，下列说法中正确的是(
).
A．温度是分子平均动能的标志，物体温度升高，则物体每一个分子的动能都增大
B．不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能
C．1g100℃水的内能小于1g100℃水蒸气的内能
D．做功和热传递对改变物体内能是等效的，也就是说做功和热传递的实质是相同的
2．质量和温度相同的氧气和二氧化碳，则（　　）
A．分子运动的平均速率相同
B．分子运动的平均动能相同
C．二氧化碳分子的总动能较大
D．二者分子动能总和相同
3．一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V–T图像如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．B→C的过程中，气体一定放出热量
B．B→C的过程中，气体分子平均动能增加
C．A→B的过程中，气体分子的密集程度变小
D．A→B的过程中，每个分子对器壁的平均撞击力变大
4．空气压缩机的储气罐中储有1.0×105Pa的空气6.0L，现再充入1.0×105Pa的空气9.0L。设充气过程为等温过程，空气可看做理想气体，则充气后储气罐中气体压强为（　　）
A．2.5×105Pa
B．2.0×105Pa
C．1.5×105Pa
D．1.0×105Pa
5．关于内能，下列说法正确的是
A．物体的内能包括物体运动的动能
B．0℃C的水结冰过程中温度不变，内能减小
C．提起重物，因为提力做正功，所以物体内能增大
D．摩擦冰块使其融化是采用热传递的方式改变物体的内能
6．如图所示，一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p－V图中从a到b的直线所示。在此过程中（　　）
A．气体温度一直降低
B．气体内能一直减小
C．气体一直对外做功
D．气体一直从外界放热
7．下列说法正确的是（　　）
A．气体分子平均动能越大，其压强一定越大
B．两种物质温度相同时，其分子平均动能不一定相同
C．当分子之间距离增大时，分子间的引力和斥力都增大
D．液体中悬浮微粒的布朗运动是由做无规则运动的液体分子撞击引起的
8．负压病房是收治传染性极强的呼吸道疾病病人所用的医疗设施，可以大大减少医务人员被感染的机会，病房中气压小于外界环境的大气压。若负压病房的温度和外界温度相同，负压病房内气体和外界环境中气体都可以看成理想气体，则以下说法正确的是（　　）
A．负压病房内气体分子的平均动能小于外界环境中气体分子的平均动能
B．负压病房内每个气体分子的运动速率都小于外界环境中每个气体分子的运动速率
C．负压病房内单位体积气体分子的个数小于外界环境中单位体积气体分子的个数
D．相同面积负压病房内壁受到的气体压力等于外壁受到的气体压力
9．下列说法正确的是（
）
A．布朗运动就是液体分子的运动
B．两分子之间同时存在着引力和斥力，引力和斥力都随分子间的距离增大而减小，但斥力比引力减小得更快
C．热力学温标的最低温度为0
K，它没有负值，它的单位是物理学的基本单位之一
D．气体的温度越高，每个气体分子的动能越大
10．如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于r轴上距原点r3的位置。虚线分别表示分子间斥力f斥和引力f引的变化情况，实线表示分子间的斥力与引力的合力f的变化情况。若把乙分子由静止释放，则乙分子（　　）
A．从r3到r2做加速运动，从r2到r1做减速运动
B．从r3到r1做加速运动，从r1向O做减速运动
C．从r3到r1的过程中，分子势能先减小再增大
D．从r3到r1的过程中，分子势能一直在减小
11．气温为27℃时某汽车轮胎的压强是，汽车行驶一会后，轮胎由于温度升高，压强变为．这时轮胎内气体的温度为__________℃．（假设轮胎体积不变）
12．如图所示，气缸中封闭着温度为100℃的空气．一重物用绳索经滑轮与气缸中活塞相连接，重物和活塞都处于平衡状态，这时活塞离缸底的高度为．若气缸内温度降至0℃，则气缸内压强_________（选填“增大”“减小”或“不变”），重物将上升_________．
13．如图，一竖直放置的汽缸上端开口，汽缸壁内有卡口，卡口距缸底的高度h=20cm．汽缸活塞的面积S=100cm2，重量G=100N，其下方密封有一定质量的理想气体，活塞只能在卡口下方上下移动．活塞和汽缸壁均绝热，不计它们之间的摩擦，竖直轻弹簧下端与缸底固定连接，上端与活塞固定连接，原长l0=15cm，劲度系数k=2000N/m．开始时活塞处于静止状态，汽缸内气体温度T1=200K，弹簧的长度l1=10cm，现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体（大气压P0=1.0×105Pa）．求
（i）当弹簧恢复原长时时汽缸内气体的温度T2；
（ⅱ）当汽缸中的气体温度T3=500K时汽缸内气体的压强P3．
14．如图，一粗细均匀的U形管竖直放置，A侧上端封闭，B侧上侧与大气相通，下端开口处开关K关闭，A侧空气柱的长度为l=10.0cm，B侧水银面比A侧的高h=3.0cm，现将开关K打开，从U形管中放出部分水银，当两侧的高度差为h1=10.0cm时，将开关K关闭，已知大气压强p0=75.0cmHg．
（1）求放出部分水银后A侧空气柱的长度；
（2）此后再向B侧注入水银，使A、B两侧的水银达到同一高度，求注入水银在管内的长度．
15．如图，一端封闭、粗细均匀的U形玻璃管开口向上竖直放置，管内用水银将一段气体封闭在管中．当温度为280K时，被封闭的气柱长L=22cm，两边水银柱高度差h=16cm，大气压强po=76cmHg．为使左端水银面下降3cm，封闭气体温度应变为多少?
16．如图所示，一细U型管两端均开口，用两段水银柱封闭了一段空气柱在管的底部，初始状态气体温度为T1=280K，各段的长度分别为L1=20cm，L2＝15
cm，L3＝10
cm，h1＝4
cm，h2＝20
cm。现使气体温度缓慢升高，大气压强为P0＝76
cm不变。
(1)若当气体温度升高到T2时，右侧水银柱开始全部进入竖直管，求此时的温度T2；
(2)在T2的基础上继续升温至T3时，右侧水银柱变成与管口相平，求温度T3。
参考答案
1．C
【解析】
试题分析：内能是指物体内部所有分子做无规则运动所具有的动能和分子势能的总和，做功和热传递是改变内能的两种方式．并且做功和热传递对改变内能是等效的．温度是物体的分子热运动平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大．
温度是分子平均动能的标志，物体温度升高分子的平均动能增加，则不是每一个分子的动能都增大，A错误；质量相等的氢气和氧气，温度相同，分子的平均动能相同，而氢气的分子数多，则氢气的内能较大，B错误；水变成水蒸气要吸热，则同质量水的内能小于水蒸气的内能，C正确；做功和热传递对改变物体内能是等效的，但实质不同，做功是其他能和内能的转化，热传递是内能的转移，D错误；
2．B
【解析】
AB．不同气体分子的质量不同，因此两种气体质量相同时分子个数不同，当温度相同时，平均动能相等，但分子平均速率不同，故A错误，B正确；
CD．气体的内能等于所有分子的动能之和。当温度相同时，平均动能相等，但氧气的分子质量比二氧化碳小，在相同质量时，氧气的分子个数较多，因此氧气分子总动能比二氧化碳大，故CD错误。
故选B。
3．A
【解析】
A．因为图线中，BC段的图线是过原点的倾斜直线，则B→C的过程中，体积减小，即外界对气体做功（W为正），而温度减小，内能减小（为负），根据热力学第一定律，气体一定对外放热（Q为负），故A正确；
B．B→C的过程中，温度降低，分子平均动能减小，故B错误；
C．A→B的过程中，体积减小，而气体质量不变，所以气体分子的密集程度增大，故C错误；
D．A→B的过程中，温度一定时，体积减小，单位体积内的分子数增多，从而压强增大，而并不是每个分子对器壁的撞击力变大，故D错误。
故选A。
4．A
【解析】
充气之前，两部分气体合起来作为初始状态，压强都是，初始体积为两部分体积的和，即初始状态
末状态有
过程中温度不变。由玻意耳定律
代入数据，解得
故BCD错误，A正确。
故选A。
5．B
【解析】
A．物体的内能是指物体内所有分子的总动能和分子势能之和，不包括物体运动的动能，选项A错误；
B．0℃的水结冰过程中温度不变，分子动能不变，因要放热，则内能减小，选项B正确；
C．提起重物，因为提力做正功，所以物体机械能变大，但是内能不一定增大，选项C错误；
D．摩擦冰块使其融化是采用做功的方式改变物体的内能，选项D错误。
故选B。
6．C
【解析】
A．一定质量的理想气体从a到b的过程，由理想气体状态方程
＝
可知
Tb>Ta
即气体的温度一直升高，故A错误；
B．根据理想气体的内能只与温度有关，温度升高，内能增大，可知气体的内能一直增加，故B错误；
C．由于从a到b的过程中气体的体积增大，所以气体一直对外做功，故C正确；
D．根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，从a到b的过程中，气体一直从外界吸热，故D错误。
故选C。
7．D
【解析】
A．气体分子平均动能越大，温度越高，但是其压强不一定越大，选项A错误；
B．温度是分子平均动能的标志，则两种物质温度相同时，其分子平均动能一定相同，选项B错误；
C．当分子之间距离增大时，分子间的引力和斥力都减小，选项C错误；
D．液体中悬浮微粒的布朗运动是由做无规则运动的液体分子撞击引起的，选项D正确。
故选D。
8．C
【解析】
AB．因为负压病房的温度和外界温度相同，而温度是分子平均动能的标志，则负压病房内气体分子的平均动能等于外界环境中气体分子的平均动能，但是负压病房内每个气体分子的运动速率不一定都小于外界环境中每个气体分子的运动速率，选项AB错误；
C．负压病房内的压强较小，温度与外界相同，则分子数密度较小，即负压病房内单位体积气体分子的个数小于外界环境中单位体积气体分子的个数，选项C正确；
D．负压病房内的压强较小，根据F=pS可知，相同面积负压病房内壁受到的气体压力小于外壁受到的气体压力，选项D错误。
故选C。
9．BC
【解析】
A．布朗运动是固体微粒的运动，是液体分子无规则热运动的反应，故A不符合题意；
B．两分子之间同时存在着引力和斥力，引力和斥力都随分子间的距离增大而减小，但斥力比引力减小得更快，故B符合题意；
C．热力学温标的最低温度为0K，它没有负值，它的单位是物理学的基本单位之一，故C符合题意；
D．气体的温度越高，气体分子的平均动能越大，平均速率越高，满足气体分子的速率分布率，并非每个气体分子的动能越大，故D不符合题意。
故选BC。
10．BD
【解析】
AB．在r＞r1时，分子力表现为引力，当r＜r1时，分子力表现为斥力，故从r3到r1做加速运动，从r1向O做减速运动，故A错误，B正确；
CD．从r3到r1，分子力一直做正功，分子势能一直减小，故C错误，D正确。
故选BD。
11．34.5
【解析】
[1]
由查理定律可得，。
12．不变
2.68
【解析】
[1]设活塞横截面为S，活塞质量m，气体压强P1，所挂物体质量m1，对活塞受力分析：
因活塞质量、所挂物体质量不变，则气体压强不变；
[2]由[1]可知，气体压强不变，则由盖-吕萨克定律
代入数据得：
13．（i）330K；（ⅱ）1.25×105Pa．
【解析】
（i）对活塞受力分析，开始时气体的压强为：
温度为：T1=200K
体积为：V1=lS=10S
弹簧恢复原长时，对活塞受力分析，根据平衡得封闭气体压强为：
Pa
体积为：V2=l0S=15S
由理想气体状态方程得：
代入数据解得：T2=330K
（ii）设温度为T时，活塞恰好上移至卡口，此时有：
==1.2×105Pa
V=hS=20S
由理想气体状态方程得：
代入数据解得：T=480K
由于T3=500K＞480K，活塞以上移至卡口，有：
V3=hS=20S
由理想气体状态方程得：
代入数据解得：
14．（1）12.0cm；（2）13.2cm
【解析】
（1）以cmHg为压强单位．设A侧空气柱长度l=10.0cm时压强为p，当两侧的水银面的高度差为h1=10.0cm时，空气柱的长度为l1，压强为p1，由玻意耳定律，有：
pl=p1l1①
由力学平衡条件，有：
p=p0+h
②
打开开关放出水银的过程中，B侧水银面处的压强始终为p0，而A侧水银面处的压强随空气柱长度的增加逐渐减小，B、A两侧水银面的高度差也随着减小，直至B侧水银面低于A侧水银面h1为止，由力学平衡条件，有：
p1=p0﹣h1③
联立①②③，并代入题目数据，有：
l1=12cm
④
（2）当A、B两侧的水银面达到同一高度时，设A侧空气柱的长度为l2，压强为P2，由玻意耳定律，有：
pl=p2l2⑤
由力学平衡条件有：
p2=p0⑥
联立②⑤⑥式，并代入题目数据，有：
l2=10.4cm
⑦
设注入水银在管内的长度为△h，依题意，有：
△h=2（l1﹣l2）+h1⑧
联立④⑦⑧式，并代入题目数据，有：
△h=13.2cm
15．
【解析】
初态压强：，末态时压强：由理想气体状态方程：，
16．(1)630K；(2)787.5K
【解析】
(1)设U型管的横截面积是S，以封闭气体为研究对象，其初状态压强
p1=p0+h1=（76+4）cmHg=80cmHg
①
V1=L1S=20S，T1=280K
末状态是：
p2=p0+h=（76+14）cmHg=90cmHg
②
V2=L1′S=L1S+2L3S=20S+2×10S=40S
③
由理想气体的状态方程得：
④
代入数据得：
T2=630K
⑤
(2)水银柱全部进入右管后，压强不再增大，管底气体做等变化，所以左侧的水银柱不动，右侧水银柱与管口相平时，气体的体积：
V3=（L1+h1+h2+L3-h1）S=（L1+L3+h2）S=50S
⑥
由盖一吕萨克定律：
⑦
代入数据得：
T3=787.5K
⑧