2011-2020年高考物理试卷分类汇编之092.气体的性质和理想气体状态方程（含答案及解析）

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第92节 气体的性质和理想气体状态方程
1.2019年上海学业卷16．紧闭瓶盖的塑料瓶下方开一个小孔，让瓶中的水流出，此过程中瓶内气体可看成______过程； 当水流停止后，瓶内液面与小孔间的高度差为h，则此时瓶内气体的压强为_______ （已知液体密度ρ， 重力加速度g，外界大气压p0）
答案：等温:；
解析：水逐渐流出的过程，瓶内气体可看成等温过程；由平衡条件 得
2.2019年上海学业卷9．如图所示为一定质量气体状态变化时的p-T图像，由图像可知，此气体的体积（ ）
（A）先不变后变大 （B）先不变后变小
（C）先变大后不变 （D）?先变小后不变
答案：?D
解析：从题图可以看出，气体先经历了等温变化过程，根据玻意耳定律pV=C，压强增大则体积减小， 故选项ABC错误；后来的过程图线是经过原点的倾斜直线，由理想气体状态方程，可得，所以是等容变化，故气体的体积?先变小后不变，选项D正确。
3. 2011年上海卷
8．某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示，图中表示处单位速率区间内的分子数百分率，所对应的温度分别为TⅠ，TⅡ，TⅢ，则
A．TⅠ>TⅡ>TⅢ B．TⅢ>TⅡ>TⅠ
C．TⅡ>TⅠ，TⅡ>TⅢ D．TⅠ=TⅡ=TⅢ
答案：B
解析：本题考查分子速率分布规律。气体温度越高，分子热运动越剧烈，分子平均速率加大，且分子速率分布呈现两头多中减少的特点。温度高时速率大的分子所占据的比例越大，将图线的对称轴近似看作平均含义，显然从图中可看出TⅢ＞TⅡ＞TⅠ，B对。
4.2020年北京卷4．如图所示，一定量的理想气体从状态A开始，经历两个过程，先后到达状态B和C。有关A、B和C三个状态温度和的关系，正确的是
A．
B．
C．
D．
答案∶C
解析∶由图可知状态A到状态B是一个等压过程，根据，因为VB>VA，故TB >TA；
而状态B到状态C是一个等容过程，有，因为pB>pC，故TB>TC；
对状态A和C有，可得TA=TC；
综上分析可知C正确，ABD错误；
故选C。
5.2020年山东卷15.中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上，进而治疗某些疾病。常见拔罐有两种，如图所示，左侧为火罐，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门。使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上。抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强。某次使用火罐时，罐内气体初始压强与外部大气压相同，温度为450 K，最终降到300 K，因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的。若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的，罐内气压与火罐降温后的内部气压相同。罐内气体均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化。求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值。
【答案】
【解析】
【详解】设火罐内气体初始状态参量分别为p1、T1、V1，温度降低后状态参量分别为p2、T2、V2，罐的容积为V0，由题意知
p1=p0、T1=450 K、V1=V2、T2=300 K、V2=20V0/21 ①
由理想气体状态方程得 ②
代入数据得 p2=0.7p0 ③
对于抽气罐，设初态气体状态参量分别为p3、V3，末态气体状态参量分别为p4、V4，罐的容积为，由题意知p3=p0、V3=、p4=p2 ④
由玻意耳定律得 ⑤
联立②⑤式，代入数据得 ⑥
设抽出的气体的体积为ΔV，由题意知 ⑦
故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为 ⑧
联立②⑤⑦⑧式，代入数据得 ⑨
6.2020年上海卷12．如图，一玻璃管上端开口下端封闭，上管内径小于下管内径，管内用水银封住一定质量的气体，在大气压强不变的情况下，气体温度缓慢升高，水银全部进入上管且未溢出，此过程中气体压强p随体积V的变化关系可能是（ ）
答案：C
解析：水银柱全部进入上管后是等压变化，图线应为水平直线。
关键是确定前段的斜率变化情况，即求Δp/ΔV，设上管水银柱长增大Δh，则下管水银柱长减少，，，
所以，所以图线的第一段切线斜率恒定为倾斜直线，故选C.
7. 2012年理综重庆卷
16．题16图为伽利略设计的一种测温装置示意图，玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通，下端插入水中，玻璃泡中封闭有一定量的空气。若玻璃管中水柱上升，则外界大气的变化可能是
A. 温度降低，压强增大
B. 温度升高，压强不变
C. 温度升高，压强减小
D. 温度不变，压强减小
答：A
解析：若玻璃管内水柱上升，气体体积减小，外界大气的变化可能是温度降低，压强增大，选项A正确。
8. 2011年上海卷
4．如图所示，一定量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b，在此过程中，其压强
A．逐渐增大 B．逐渐减小
C．始终不变 D．先增大后减小
答案：A
解析：本题考查气体状态方程，要求学生运用PV＝nRT分析V－T图象。从图中可看出气体从状态a→b的过程中体积V减小，温度T增大，故压强P增大，A对。
9. 2013年上海卷
30．(10分)如图，柱形容器内用不漏气的轻质绝热活塞封闭一定量的理想气体，容器外包裹保温材料。开始时活塞至容器底部的高度为H1，容器内气体温度与外界温度相等。在活塞上逐步加上多个砝码后，活塞下降到距容器底部H2处，气体温度升高了△T；然后取走容器外的保温材料，活塞位置继续下降，最后静止于距容器底部H3处：已知大气压强为p0。求：气体最后的压强与温度。
解：始末状态温度相同，T3= T0，由玻意耳定律，P 0H1S= P3H3S 解得
中间状态和末状态压强相同，由盖吕萨克定律， 解得
10. 2014年理综大纲卷
16．对于一定量的稀薄气体，下列说法正确的是 ( )
A．压强变大时，分子热运动必然变得剧烈
B．保持压强不变时，分子热运动可能变得剧烈
C．压强变大时，分子间的平均距离必然变小
D．压强变小时，分子间的平均距离可能变小
【答案】BD
【解析】 根据理想气体状态方程PV=nRT可知，压强变大时，温度可能降低或不变，分子热运动不一定变得剧烈，A错误；压强变大时，体积可能变大或不变，分子间的平均距离可能变大或不变，C错；压强不变，温度也有可能升高，分子热运动可能变得剧烈，B正确；压强变小，体积可能减小，分子间的距离可能变小，D正确．
11. 2011年上海卷
30．（10分）如图，绝热气缸A与导热气缸B均固定于地面，由刚性杆连接的绝热活塞与两气缸间均无摩擦。两气缸内装有处于平衡状态的理想气体，开始时体积均为V0、温度均为T0。缓慢加热A中气体，停止加热达到稳定后，A中气体压强为原来的1.2倍。设环境温度始终保持不变，求气缸A中气体的体积VA和温度TA。
解析：设初态压强为P0，膨胀后A，B压强相等PB＝1.2 P0，
B中气体始末状态温度相等，P0V0＝1.2P0(2V0－VA)，∴VA＝V0 ，
A部分气体满足＝ ∴TA＝1.4T0。
12.2014年物理上海卷
27. (5分)在“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”实验中，某同学将注射器活塞置于刻度为l 0 ml处，然后将往射器连接压强传感器并开始实验，气体体积V每增加1ml测一次压强p，最后得到p和V的乘积逐渐增大。
(1)由此可推断，该同学的实验结果可能为图 。
(2)（单选题）图线弯曲的可能原因是在实验过程中
A．注射器中有异物
B．连接软管中存在气体
C．注射器内气体温度升高
D．注射器内气体温度降低
【答案】（1）a （2）C
【解析】根据理想气体状态方程， 所以图像的斜率的物理意义为CT，随着压缩气体，对气体做功，气体内能增加，温度升高，斜率变大，图线向上弯曲，故第（1）题中选图a，第二题选C.
13.2014年物理上海卷
30. (10分)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p0=76cmHg。
(1)为使左端水银面下降3cm，封闭气体温度应变为多少?
(2)封闭气体的温度重新回到280K后，为使封闭气柱长度变为20cm，需向开口端注入的水银柱长度为多少?
【答案】（1）350K；（2）10cm
【解析】（1）初态压强
末态时左右水银面高度差为h=（16-2×3）cm＝10cm，压强
由理想气体状态方程：
解得
（2）设加入的水银高度为l，末态时左右水银面高度差h' = (16+2×2) - l
由玻意耳定律： 式中cmHg
解得：l=10cm
14.2015年上海卷30．（10分）如图，气缸左右两侧气体由绝热活塞隔开，活塞与气缸光滑接触。初始时两侧气体均处于平衡态，体积之比V1∶V2=1∶2，温度之比T1∶T2=2∶5。先保持右侧气体温度不变，升高左侧气体温度，使两侧气体体积相同；然后使活塞导热，两侧气体最后达到平衡。求：
（1）两侧气体体积相同时，左侧气体的温度与初始温度之比；
（2）最后两侧气体的体积之比。
答案：（1）2； （2）
（1）设初始时压强为p
左侧气体满足：
右侧气体满足：
解得
（2）活塞导热达到平衡，左侧气体满足：
右侧气体满足：
平衡时T'1= T'2
解得
15.2016年上海卷29.（8分）某同学制作了一个结构如图（a）所示的温度计。一端封闭的轻质细管可绕封闭端O自由转动，管长0.5m。将一量程足够大的力传感器调零，细管的开口端通过细线挂于力传感器挂钩上，使细管保持水平、细线沿竖直方向。在气体温度为270K时，用一段水银将长度为0.3m的气柱封闭在管内。实验时改变气体温度，测得封闭气柱长度l和力传感器读数F之间的关系如图（b）所示（实验中大气压强不变）。
（1）管内水银柱长度为 m，为保证水银不溢出，该温度计能测得的最高温度为 K。
（2）若气柱初始长度大于0.3m，该温度计能测量的最高温度将
（选填：“增大”，“不变”或“减小”）。
（3）若实验中大气压强略有升高，则用该温度计测出的温度将 （选填：“偏高”，“不变”或“偏低”）。
【答案】（1）0.1；360 （2）减小（3）偏低
【解析】（1）由于轻质管可以绕O点转动，通过力矩关系有：设水银长度的一半为x，封闭气体长度为l，，研究气体长度为0.3m和0.35m两个位置，可以计算出水银长度为： 2x=0.1m；
为保证水银不溢出，水银刚好到达管口，此时封闭气体长度为l=0.4m，则根据，可以算出此时温度为T=360K。
（2）根据上题结论，从公式可以看出，后来温度与原来的气体长度有反比关系，所以该温度计能够测量的最大温度将会减小。
（3）实验过程中大气压强增加，公式， 得到，温度会增加，但如果仍然用计算的话，会出现测量值偏低。
16.2016年上海卷30.（10分）如图，两端封闭的直玻璃管竖直放置，一段水银将管内气体分隔为上下两部分A和B，上下两部分气体初始温度相等，且体积VA＞VB。
（1）若A、B两部分气体同时升高相同的温度，水银柱将如何移动？
某同学解答如下：
设两部分气体压强不变，由，…，，…，所以水银柱将向下移动。
上述解答是否正确？若正确，请写出完整的解答；若不正确，请说明理由并给出正确的解答。
（2）在上下两部分气体升高相同温度的过程中，水银柱位置发生变化，最后稳定在新的平衡位置，A、B两部分气体始末状态压强的变化量分别为ΔpA和ΔpB，分析并比较二者的大小关系。
【答案】（1）不正确 水银柱向上移动 （2）
【解析】（1）不正确。
水银柱移动的原因是升温后，由于压强变化造成受力平衡被破坏，因此应该假设气体体积不变，由压强变化判断移动方向。
正确解法：设升温后上下部分气体体积不变，则由查理定律可得
因为，pA（2）升温前有pB=pA+ph（ph为汞柱压强）
升温后同样有pB' =pA'+ph
两式相减可得
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