四川省夹江中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-3：3.2气体实验定律的图像表示及微观解释 跟踪训练（含解析）

3.2气体实验定律的图像表示及微观解释
课时作业（含解析)
1．如图所示，密封的U形管中装有水银，左、右两端都封有空气，两水银面的高度差为h把U形管竖直浸没在热水中，高度差将（　　）
A．增大
B．减小
C．不变
D．两侧空气柱的长度未知，不能确定
2．一定质量的理想气体经过一系列变化过程，如图所示，下列说法中正确的是（　　）
A．a→b过程中，气体体积变小，温度降低
B．b→c过程中，气体温度不变，体积变小
C．c→a过程中，气体体积变小，压强增大
D．c→a过程中，气体压强增大，体积变小
3．容积V=20L的钢瓶充满氧气后，压强p=10atm，打开钢瓶阀门，让氧气分装到容积为的小瓶中去，小瓶子已抽成真空。分装完成后，每个小钢瓶的压强=2atm。在分装过程中无漏气现象，且温度保持不变，那么最多可能装的瓶数是（　　）
A．4瓶
B．10瓶
C．16瓶
D．20瓶
4．如图所示，U形气缸固定在水平地面上，用重力不计的活塞封闭着一定质量的气体，已知气缸不漏气，活塞移动过程中与气缸内壁无摩擦.初始时，外界大气压强为p0，活塞紧压小挡板.现缓慢升高气缸内气体的温度，则选项图中能反映气缸内气体的压强p随热力学温度T变化的图象是（　　）
A．B．C．D．
5．一定质量的气体在等温变化过程中（可视作理想气体），下列物理量中将发生变化的是（　　）
A．分子的平均动能
B．单位体积内的分子数
C．气体的压强
D．分子总数
6．如图所示，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、，且有，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，变长，变短
B．加速下降时，变长，变短
C．减速下降时，变长，变短
D．减速上升时，变长，变短
7．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－
的关系图线EF，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
8．关于分子动理论及内能，下列说法正确的是
。
A．内能相同的物体，温度可能不同
B．两分子间的作用力表现为零时，分子势能最大
C．悬浮微粒做布朗运动，是液体分子的无规则运动撞击造成的
D．求分子间的距离常用立方体模型，对于固体或液体，用摩尔体积与阿伏加德罗常数的比值可以作为一个分子的体积
E.如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，因此压强必然增大
9．一定质量的理想气体的状态发生变化，经历了图示A→B→C→A的循环过程，则（　　）
A．气体在A状态时的温度等于气体在B状态时的温度
B．从状态B变化到状态C的过程中，气体经历的是等压变化
C．从状态B变化到状态C的过程中，气体分子平均动能增大
D．从状态C变化到状态A的过程中，气体的温度逐渐减小
10．如图所示，一导热良好的汽缸内用活塞封住一定量的理想气体（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不变、H减小、p不变、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
11．一粗细均匀的U形管ABCD的A端封闭，D端与大气相通。用水银将一定质量的理想气体封闭在U形管的AB一侧，并将两端向下竖直放置，如图所示。此时AB侧的气体柱长度。管中AB、CD两侧的水银面高度差。现将U形管缓慢旋转，使A、D两端在上，在转动过程中没有水银漏出。已知大气压强。求旋转后，AB、CD两侧的水银面高度差。
12．如图是某科技创新小组自制的一个监控气温的报警装置，在板上固定一个开口向右、导热性能良好的汽缸（足够长），用一轻质活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，汽缸右侧固定一个带压力传感器的警报器A。当汽缸内温度为270K时，活塞到警报器的距离L1=3cm，到汽缸底部的距离L2=30cm。当警报器受到的压力为10N时开始报警。已知大气压强p0恒为1.0×105Pa，活塞横截面积S=10cm2，不计活塞厚度及一切摩擦。求：
(1)活塞刚好碰到传感器时的环境温度；
(2)开始报警的温度。
13．如图所示，圆柱形储水罐横截面积为S=0.5m2，上方开口，下部与竖直均匀细管相通，开始罐内水深，此时将细管上端封闭，测得管内气柱长。向罐内注水，注满水后测得管内气柱长，已知大气压强为Pa，重力加速度g=10m/s2，水的密度为kg/m3，环境温度不变，细管导热良好，求储水罐的容积。
参考答案
1．A
【解析】
假设水银不动，左右两部分气体都将等容变化，根据查理定律可得
可得
由于初态时两边温度相等，但左侧气体的压强大，升高相同的温度的时候，左侧的压强增加的多，所以左侧的气体体积变大，水银的高度差变大，故A正确，B、C、D错误；
故选A。
2．A
【解析】
A．过程中气体的压强保持不变，即气体发生等压变化，根据盖吕萨克定律可知气体体积变小，温度降低，故A正确；
B．过程中，气体温度不变，即气体发生等温变化，根据玻意耳定律可知压强减小，体积增大，故B错误；
CD．过程中，由图可知与成正比，则气体发生等容变化，根据查理定律可知压强增大，温度升高，故C、D错误；
故选A。
3．C
【解析】
初态
，
末态
，
（为瓶数）
根据玻意耳定律可得
代入数据解得
故C正确，A、B、D错误；
故选C。
4．B
【解析】
当缓慢升高缸内气体温度时，气体先发生等容变化，根据查理定律，缸内气体的压强P与热力学温度T成正比，在P-T图象中，图线是过原点的倾斜的直线；当活塞开始离开小挡板（小挡板的重力不计），缸内气体的压强等于外界的大气压，气体发生等压膨胀，在P-T中，图线是平行于T轴的直线．
A．该图与结论不相符，选项A错误；
B．该图与结论相符，选项B正确；
C．该图与结论不相符，选项C错误；
D．该图与结论不相符，选项D错误；
故选B．
【点睛】
该题考查了气体状态变化时所对应的P-T图的变化情况，解答该类型的题，要熟练地掌握P-T图线的特点，当体积不变时，图线是通过坐标原点的倾斜直线，压强不变时，是平行于T轴的直线，当温度不变时，是平行于P轴的直线．
5．BC
【解析】
A．气体在等温变化过程中，温度不变，所以分子的平均动能不变，故A错误；
BD．等温变化过程研究的是一定质量的气体，压强随体积变化而变化，一定质量的气体，其分子总数一定，单位体积内的分子数改变，故B正确，D错误；
C．等温变化过程研究的是一定质量的气体，压强随体积变化而变化，故C正确。
故选BC。
6．CD
【解析】
A．U型管加速上升时，加速度方向向上，水银处于超重状态，封闭的右侧气体压强增大，左侧气体压强减小，气体温度保持不变，由玻意耳定律可知，右侧气体体积减小，左侧气体的体积增大，则变短，变长，故A错误；
B．U型管加速下降时，加速度方向向下，水银处于失重状态，封闭的右侧气体压强变小，左侧气体压强增大，气体温度保持不变，由玻意耳定律可知，右侧气体体积增大，左侧气体的体积减小，则变长，变短，故B错误；
C．U型管减速下降时，加速度方向向上，水银处于超重状态，封闭的右侧气体压强变大，左侧气体压强减小，气体温度保持不变，由玻意耳定律可知，右侧气体体积减小，左侧气体的体积增大，则变短，变长，，故C正确；
D．U型管减速上升时，加速度向下，水银处于失重状态，封闭的右侧气体压强变小，左侧气体压强变大，气体温度保持不变，由玻意耳定律可知，右侧气体体积增大，左侧气体的体积减小，则变长，变短，故D正确；
故选CD。
7．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AC正确，BD错误．
故选AC。
8．ACD
【解析】
A．温度是分子平均动能的标志，内能相同的物体，温度不一定相同，选项A正确；
B．从分子间的距离为r0时增大分子间距离，分子力表现为引力，分子力做负功，分子势能越来越大；减小分子间的距离，分子力表现为斥力，分子力同样做负功，分子势能增大，所以分子间作用力表现为零时，分子势能最小，选项B错误；
C．布朗运动是小颗粒受到不同方向的液体分子无规则运动产生的撞击力不平衡引起的，它既不是液体分子的运动，也不是固体小颗粒分子的运动，而是小颗粒的运动，选项C正确：
D．已知固体、液体物质的摩尔体积与阿伏加德罗常数可以近似计算每个分子的体积，选项D正确；
E．对于一定量的气体，温度升高，分子的平均速率变大，但若气体体积增加得更多，分子数密度会减小，气体的压强可能会降低，选项E错误。
故选ACD。
9．AB
【解析】
A．气体在状态和状态满足玻意尔定律，所以、两状态温度相等，A正确；
B．根据图像可知，从状态B变化到状态C的过程中，压强恒定，所以气体经历的是等压变化，B正确；
C．根据图像可知，根据盖-吕萨克定律可知，温度是分子平均动能的标志，所以从状态B变化到状态C的过程中，气体分子平均动能减小，C错误；
D．根据图像可知，根据查理定律可知，从状态C变化到状态A的过程中，气体的温度逐渐增大，D错误。
故选AB。
10．AC
【解析】
AB．对汽缸和活塞构成的整体受力分析，受到竖直向下的重力和竖直向上的弹力，所以弹簧的弹力恒定，形变量恒定，活塞位置不变，所以汽缸内理想气体的压强恒定，当外界温度升高，根据盖-吕萨克定律可知气体体积增大，则、不变，减小，A正确，B错误；
CD．对汽缸受力分析
外界大气压减小，所以气体压强减小，根据玻意尔定律可知气体体积增大，则、不变，减小，C正确，D错误。
故选AC。
11．1.23cm
【解析】
对封闭在U形管的AB一侧的理想气体，初状态压强p1=
p0+ph1=81
cmHg，
体积V1=
l1S=25S
若将U形管垂直纸面缓慢旋转90°，封闭气体压强等于大气压强，气体体积为V2=
l2S，
由玻意耳定律
p1V1=
p0V2
解得
V2=S=26.64S。
此时U形管两侧的水银面之间沿管方向距离为
△h=5cm-2×1.64cm=1.72cm
继续缓慢旋转至180°，气体压强小于大气压强，设AB、CD两侧的水银面高度差为h2，末状态压强p3=
p0-ph2，
体积V3=
V2-(
h2-△h)S
由玻意耳定律
p3V3=
p0V2
(p0-ph2）[V2-(
h2-△h）S]
=
p0V2
代入数据化简得
h22-
51.08h2+130.72=0
解得
h2=1.23cm
12．(1)；(2)
【解析】
(1)缸内气体发生等压变化，根据盖-吕萨克定律
得
解得
(2)设当传感器受到的压力为10N时汽缸内气体压强为p2，对活塞有
活塞碰到传感器后，缸内气体发生等容变化
联立可得
13．1.135m3
【解析】
设细管截面积为S′，以细管内密封气体为研究对象，注水前气体压强为，注满水后气体压强为p，由玻意耳定律
设此时细管与水罐液面差为h′，则
罐内水的深度
储水罐的容积
代入数据解得