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2（解析版）

气体
章末复习精炼（解析版)
1．分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图甲、乙两条曲线所示（取无穷远处分子势能Ep＝0）．下列说法正确的是（
）
A．乙图线为分子势能与分子间距离的关系图线
B．当r＝r0时，分子势能为零
C．随着分子间距离的增大，分子力先减小后一直增大
D．在r＜r0阶段，分子力减小时，分子势能有可能增大
2．如图所示，一导热良好的汽缸内用活塞封住一定量的气体（不计活塞厚度及与缸壁之间的摩擦），用一弹簧连接活塞，将整个汽缸悬挂在天花板上。弹簧长度为L，活塞距地面的高度为h，汽缸底部距地面的高度为H，活塞内气体压强为p，体积为V，下列说法正确的是（
）
A．当外界温度升高（大气压不变）时，L变大、H减小、p变大、V变大
B．当外界温度升高（大气压不变）时，h减小、H变大、p变大、V减小
C．当外界大气压变小（温度不变）时，h不变、H减小、p减小、V变大
D．当外界大气压变小（温度不变）时，L不变、H变大、p减小、V不变
3．如图所示为一体积不变的绝热容器，现打开排气孔的阀门，使容器中充满与外界大气压强相等的理想气体，然后关闭阀门。开始时容器中气体的温度为。现通过加热丝（未画出）对封闭气体进行加热，使封闭气体的温度升高到，温度升高到后保持不变，打开阀门使容器中的气体缓慢漏出，当容器中气体的压强再次与外界大气压强相等时，容器中剩余气体的质量与原来气体质量之比为（　　）
A．3：4
B．5：6
C．6：7
D．7：8
4．如图所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气?　　
A．体积不变，压强变小
B．体积变小，压强变大
C．体积不变，压强变大
D．体积变小，压强变小
5．如图所示为一定质量气体状态变化时的P—图像，由图像可知，此气体的温度（　　）
A．先不变后升高
B．先不变后降低
C．先降低后不变
D．先升高后不变
6．如图，竖直放置的均匀等臂U型导热玻璃管两端封闭，管内水银封有A、B两段气柱，左管水银面高于右管水银面，高度差为h，稳定时A、B气柱的压强分别为pA和pB，则
A．若环境温度升高，pA增大，pB减小
B．若环境温度降低，稳定后AB气柱的压强比值增大
C．若环境温度升高，稳定后AB气柱压强变化△pA一定小于△pB
D．若环境温度降低，稳定后A处液面高度变化△h可能大于
7．如图所示为A、B两部分理想气体的V－t图象，已知该两部分气体是质量相同的同种气体，则下列说法正确的是
(　　)
A．当t＝273℃时，气体的体积A比B大0.2
m3
B．当tA＝tB时，VA∶VB＝3∶1
C．当tA＝tB时，A气体的分子密集程度大于B气体分子的密集程度
D．A、B两部分气体都做等压变化，它们的压强之比pA∶pB＝1∶3
8．如图所示，用横截面积为S=10cm2的活塞将一定质量的理想气体封闭在导热性良好的汽缸内，汽缸平放到光滑的水平面上。劲度系数为k=1000N/m的轻质弹簧左端与活塞连接，右端固定在竖直墙上。不考虑活塞和汽缸之间的摩擦，系统处于静止状态，此时弹簧处于自然长度、活塞距离汽缸底部的距离为L0=18cm、气体的温度为t0=27℃。现用水平力向右缓慢推动汽缸，当弹簧被压缩x=2cm后再次静止（已知大气压强为p0=1.0×105Pa），则下列说法正确的是（　　）
A．汽缸向右移动的距离5cm
B．汽缸向右移动的距离3cm
C．保持推力F不变，升高气体的温度，汽缸底部到活塞的距离恢复到L0时的温度为360K
D．保持推力F不变，升高气体的温度，汽缸底部到活塞的距离恢复到L0时的温度为350K
9．一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其图象如图所示，下列判断正确的是（
）
A．过程ab中气体一定吸热
B．过程bc中气体既不吸热也不放热
C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热
D．A、b和c三个状态中，状态
a分子的平均动能最小
E.b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同
10．下列关于分子运动和热现象的说法正确的是（　　）
A．一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子之间势能的总和
B．一定量的水变成的水蒸汽，其分子之间的势能增加
C．气体温度越高，气体分子的热运动越剧烈
D．如果气体分子总数不变，当气体分子的平均动能增大时，气体压强必然增大
11．密闭在气缸中的理想气体，由状态A经一系列变化变为状态D。其密度随压强变化的规律及各种相关数据如图所示。则气体在A状态时分子平均动能______（填“大于”、“等于”或“小于”）B状态时分子平均动能；B状态气体分子单位时间撞击单位面积的分子数______（填“大于”、“等于”或“小于”）C状态气体分子单位时间撞击单位面积的分子数；C→D的过程，气体______（填“吸热”或“放热”）。
12．如图所示，两个绝热的、容积相同的球状容器A、B，用带有阀门K的绝热细管连通，相邻两球球心的高度差为h。初始时，阀门是关闭的，A中装有2mol的氦（He），B中装有2mol的氪（Kr），二者的温度和压强都相同。气体分子之间的相互作用势能可忽略。现打开阀门K，两种气体相互混合，已知两种气体的摩尔质量，最终每一种气体在整个容器中均匀分布，两个容器中气体的温度相同。则两种气体混合后的温度________（填“高于”或“等于”或“低于”）混合前的温度，混合后氦分子的平均速率_____（填“大于”或“等于”或“小于”）氪分子的平均速率。
13．如图所示，一端封闭的导热U形管竖直放置，左管横截面积是右管的两倍，一段水银柱封闭了一定量的理想气体，右管水银柱上表面到管口的距离为2cm，右管水银柱液面比左管水银柱液面高2cm，左管液柱高也为2cm。若将U形管倒置，没有水银流出，且右管水银柱下表面刚好与管口平齐。已知大气压强为76cmHg，环境温度恒为300K，忽略U形管底部连接处的影响（计算结果均保留整数）。
(1)求U形管倒置前封闭空气柱的长度；
(2)若U形管不导热，不倒置，设法缓慢加热管内封闭气体，直至右管中水银柱上表面与管口平齐，求此时封闭气体的温度。
14．如图所示为一刚经过高温消毒的茶杯，它由杯身、杯盖两部分组成，刚从消毒柜取出时杯子内部封闭气体的温度为87°C、压强等于外界的大气压P0，放置一段时间稳定后温度变为27°C，已知杯盖的质量为m，杯身的质量为M、橫截面积为S。设杯内密封良好不发生漏气，杯内气体为理想气体，重力加速度大小为g。求：
（i）刚取出与稳定后杯内气体的压强之比；
（ii）稳定后，用力F拉住杯盖往上提，能使整个茶杯向上离开桌面，力F应满足的条件。
15．伽利略温度计结构如图所示。玻璃泡A容积为V0，内封有一定量气体，与A相连的B管插在液体槽中，液体密度为ρ，管内径的横截面积为S，已知环境温度为T0时，管内液面的高度差为x0，当环境温度变化时，x即可反映泡内气体的温度，即环境温度，并可由B管上的刻度直接读出。已知大气压强为p0，重力加速度为g，只有在近似条件下温度T和x的关系才是线性关系：
①在下述条件下求此线性关系
a.B管的容积远小于A泡的容积；
b.管内液体密度很小，引起的压强远小于大气压强；
②试分析指出这种温度计的缺点。
16．空气栓塞指的是在输液或输血过程中，空气进入机体内静脉，直至心脏，引起血液循环障碍的现象。当人体心脏中的气体体积超过75ml就会造成严重的空气栓塞，需进行紧急抢救。某次给病人输液时由于监护失误导致部分空气进入到心脏部位，形成的空气泡随着心脏搏动体积不断变化，体积最大时达到80ml。该病人心脏处的血压为60mmHg～120mmHg，空气泡在心脏所受压强等于大气压强和血压之和，已知大气压强p0=760mmHg，病人的体温稳定保持不变。
（ⅰ）求进入到心脏部位的空气泡的体积最大值与最小值之比；
（ⅱ）因这次进入心脏的气体较多，该病人需送高压氧舱进行加压急救。该病人送入高压氧舱后变得比较虚弱，其体内心脏处血压变为40mmHg～80mmHg，为了安全需把心脏处的空气泡控制在40ml以下，求该高压氧舱的压强至少为多少？
参考答案
1．A
【解析】
AB．是平衡位置，图象中，处的分子势能最小，不为零；图象中，处的分子力为零，所以乙图线为分子势能与分子间距离的关系图线，甲图对应的是图象，故A正确，B错误；
C．甲图为图象，根据图象可知，分子从靠得很近（）位置开始，随分子间距离的增大，分子力先减少后增大，再减小，故C错误；
D．在阶段，随着分子距离增大，分子力减小时，分子力做正功，分子势能减小，故D错误；
故选A。
2．C
【解析】
以活塞与汽缸为整体，对其受力分析，整体受到竖直向下的总重力和弹簧向上的拉力且二者大小始终相等，总重力不变，所以弹簧拉力不变，即弹簧长度L不变，活塞的位置不变，h不变；当温度升高时，汽缸内的气体做等压变化，根据盖—吕萨克定律可以判断，体积V增大，汽缸下落，所以缸体的高度降低，H减小、p不变、V增大；当大气压减小时，对汽缸分析得
气体压强p减小，汽缸内的气体做等温变化，由玻意耳定律得
可知体积V变大，汽缸下落，所以缸体的高度降低，H减小、p减小、V变大，故C正确，ABD错误。
故选C。
3．C
【解析】
由题意可知气体的加热过程为等容变化，由查理定律得，则
打开阀门使容器中的气体缓慢漏出，设容器的体积为，膨胀后气体的总体积为V，由玻意耳定律得，解得
设剩余气体的质量与原来气体质量的比值为k，则
故C正确，ABD错误。
故选C。
4．B
【解析】
试题分析：由于气体温度不变，属于等温变化，水位升高，封闭气体的体积减小，根据理想气体状态方程（C为定值），压强增大，故B正确．
考点：考查了理想气体状态方程
5．D
【解析】
第一阶段为等容变化，压强变大，根据气体状态方程
可知，温度升高。根据数学关系可知图像的斜率代表温度。第二阶段的图像为一次函数即斜率不变，所以该阶段为等温变化。因此温度变化先升高后不变，故ABC错误，D正确。
故选D。
6．BC
【解析】
AC．假设若环境温度升高后，不变化，则两部分气体均做等容变化，由查理定律得：
由题意知：
，
则水银柱向左移动，增大，的体积减小，温度升高，由理想气体状态方程可知，的压强增大，由于，则的压强也增大，故A错误，C正确；
B．假设若环境温度降低后，不变化，则两部分气体均做等容变化，由查理定律得：
由题意知：
，
若温度降低，压强都减小，左边气体压强降的多，则水银柱会向下移动，将减小，由于，减小，压强减小的多，压强减小的少，若环境温度降低，稳定后、气柱的压强比值增大，故B正确；
D．假设若环境温度降低，水银柱向下运动，但，所以左侧气体的压强仍然大于右侧的压强，所以稳定后左侧的液面仍然低于右侧的液面，所以小于，故D错误；
故选BC。
7．BD
【解析】
A．根据V-t图象可知
当t=273℃时，即
t=273+273K=546K
代入上式可得气体的体积A比B大0.4m3，故A错误；
B．当
tA=tB
时
故B正确；
C．当
tA=tB
时
VA：VB=3：1
又两部分气体是质量相同的，因此B气体的密度比A大，故C错误；
D．根据理想气体的状态方程有
代入数据解得
pA：pB=1：3
D正确。
故选BD。
8．AC
【解析】
考查气体实验定律，可利用玻意耳定律和盖-吕萨克定律求解。
【详解】
AB．施加水平推力再次静止后，对活塞分析，有
根据玻意耳定律有
其中
解得，选项A正确，选项B错误；
CD．升高气体温度时，气体压强不变，由盖-吕萨克定律
其中，解得，选项C正确，选项D错误。
故选AC。
9．ADE
【解析】
试题分析：从a到b的过程，根据图线过原点可得，所以为等容变化过程，气体没有对外做功，外界也没有对气体做功，所以温度升高只能是吸热的结果，选项A对．从b到c的过程温度不变，可是压强变小，说明体积膨胀，对外做功，理应内能减少温度降低，而温度不变说明从外界吸热，选项B错．从c到a的过程，压强不变，根据温度降低说明内能减少，根据改变内能的两种方式及做功和热传递的结果是内能减少，所以外界对气体做的功小于气体放出的热量，选项C错．分子的平均动能与温度有关，状态a的温度最低，所以分子平均动能最小，选项D对．b
和c两个状态，温度相同，即分子运动的平均速率相等，单个分子对容器壁的平均撞击力相等，根据b压强大，可判断状态b单位时间内容器壁受到分子撞击的次数多，选项E对．
考点：分子热运动
理想气体状态方程
气体压强的微观解释
10．ABC
【解析】
A．一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子之间势能的总和，A正确；
B．一定量的水变成的水蒸汽，吸收热量内能增加，而分子动能没变，因此其分子之间的势能增加，B正确；
C．温度是分子平均动能的标志，因此气体温度越高，气体分子的热运动越剧烈，C正确；
D．如果气体分子总数不变，气体分子的平均动能增大，但如果气体体积膨胀，单位体积内有分子数减小，也可能会使气体压强减小，D错误。
故选ABC。
11．大于
小于
放热
【解析】
[1]根据图象分析密度不变时即体积不发生变化，从A到B的过程中体积不变，压强减小，根据查理定律可知温度降低，故A状态时分子平均动能大于B状态时分子平均动能；
[2]根据图象分析可知，由B到C的过程中密度和压强成一次函数，结合p-V的关系得出此过程温度不变，压强增加，体积减小，故B状态气体分子单位时间撞击单位面积的分子数小于C状态气体分子单位时间撞击单位面积的分子数；
[3]根据图象可知由C到D的过程压强不变，体积减小，根据盖-吕萨克定律可知温度降低，根据热力学第一定律，体积减小对内做功，W为正，温度降低内能减少为负，则Q为负，故气体放热。
12．低于
大于
【解析】
[1]因为两种气体混合以后重心升高，重力势能增大，根据能量守恒定律可知内能要减小，理想气体的内能由温度决定，所以温度要降低。
[2]因为混合后两种气体的温度相同，两种气体分子的平均动能相等，而氦分子的质量小于氪分子的质量，所以混合后氦分子的平均速率大于氪分子的平均速率。
13．(1)L=10cm；(2)343K
【解析】
(1)倒置后右管水银柱变长2cm，因为左管横截面积是右管的两倍，所以左管水银柱只减少1cm，加上倒置之前两管液面差2cm，倒置后两管液面差5cm.设倒置前封闭空气柱长L，右管的横截面积为S，则左管的横截面积为2S，大气压强为76cmHg，倒置前空气柱压强为(76+2)cmHg，倒置后空气柱压强为(76-5)cmHg
根据玻意耳定律p1V1=p2V2有
(76+2)·2SL=(76-5)·2S(L+1)
解得
L=10cm
(2)结合第(1)问，由理想气体的状态方程可得
=
解得
T2=343K
14．（i）；（ii）
【解析】
(i)杯内封闭气体发生等容变化
T1=(273+87)K，T2=(273+27)K
根据查理定律
代入数据解得压强之比
(ii)茶杯能离开桌面，若缓慢上提，由受力条件可得
设茶杯以最大加速度a离开桌面，对整体，根据牛顿第二定律得
对杯身
可得
故F满足的条件为
15．①a.；b.；②见解析
【解析】
①a.由于B管的体积与A泡体积相比可忽略不计，该过程为等容过程，有
得
b.管内液体引起的压强远小于大气压强，该过程为等压过程，有
②（1）温度变化时，管内液体高度变化，导致气体的体积和压强都在变化，所以刻度不均匀；
（2）近似条件的限制使得它的测量范围限制在很小的区间内；
（3）第一种情况在环境大气压发生变化时测量结果需要修正。
16．（ⅰ）；（ⅱ）
【解析】
（ⅰ）进入到心脏部位的空气泡的压强的最小值为
压强的最大值为
空气发生等温变化
解得空气泡体积的最大值与最小值之比为
（ⅱ）进入高压舱后，空气泡发生等温变化，有
解得
此时这部分空气对应的压强
解得该高压氧舱的压强至少