鲁科版（2019）高中物理 选择性必修第三册 课时分层作业4　气体实验定律word版含答案

课时分层作业(四)　气体实验定律
(建议用时：25分钟)
◎考点一　气体的等温变化
1．(多选)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，则细管中被封闭空气的下列说法不正确的是(　　)
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
ACD　[当水位升高时，细管中的水位也升高，被封闭空气的体积减小，由玻意耳定律可知，压强增大，B正确．所以不正确的选A、C、D．]
2．(多选)如图所示，水银柱上面封闭一段气体，管内外水银面高度差h＝72 cm，大气压强为76 cmHg，下列说法不正确的是(　　)
A．将管稍微上提，h不变
B．将管稍微上提，h变大
C．将管下插至管顶与管外水银面高度差为70 cm时，管内外水银面高度差也是70 cm
D．将管下插至C项所述位置时，管内外水银面高度差小于70 cm
AC　[由p·V＝C知上提体积变大，压强变小，内外液面差变大，B对．同样下插时，体积变小，压强变大，内外液面差变小，D对．]
3．如图所示，空的薄金属筒开口向下静止于恒温透明液体中，筒中液面与A点齐平．现缓慢将其压到更深处，筒中液面与B点齐平，不计气体分子间相互作用，且筒内气体无泄漏(液体温度不变)．下列乙中能体现筒内气体从状态A到B变化过程的是(　　)
A　　　B　　　C　　　D
C　[气体发生等温变化，由玻意耳定律可知，气体的压强与体积成反比，金属筒从A下降到B的过程中，气体体积V变小，压强p变大，选项C正确．]
4．如图所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U形管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长l1＝20 cm(可视为理想气体)，两管中水银面等高．现将右端与一低压舱(未画出)接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h＝10 cm．(环境温度不变，大气压强p0＝75 cmHg)求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位)．
[解析]　设U形管横截面积为S，右端与大气相通时，左管中封闭气体压强为p1，右端与一低压舱接通后，左管中封闭气体的压强为p2，气柱长度为l2，稳定后低压舱内的压强为p．左管中封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律得
p1V1＝p2V2， ①
p1＝p0， ②
p2＝p＋ph，　　 ③
V1＝l1S，　　 ④
V2＝l2S，　　 ⑤
由几何关系得h＝2(l2－l1) ，　　 ⑥
联立①②③④⑤⑥式，代入数据得p＝50 cmHg．
[答案]　50 cmHg
◎考点二　气体的等容变化
5．某同学家一台新电冰箱能显示冷藏室内的温度，存放食物之前该同学进行试通电，该同学将打开的冰箱密封门关闭并给冰箱通电．若大气压为1.0×105 Pa，刚通电时显示温度为27 ℃，通电一段时间后显示温度为7 ℃，则此时密封的冷藏室中气体的压强是(　　)
A．0.26×105 Pa B．0.93×105 Pa
C．1.07×105 Pa D．3.86×105 Pa
B　[冷藏室气体的初状态：T1＝(273＋27)K＝300 K，p1＝1×105 Pa，末状态：T2＝(273＋7)K＝280 K，压强为p2，气体体积不变，根据查理定律得：＝ ，代入数据得：p2≈0.93×105 Pa．]
6．一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度由0 ℃升高到10 ℃时，其压强的增加量为Δp1，当它由100 ℃升高到110 ℃时，其压强的增加量为Δp2，则Δp1与Δp2之比是(　　)
A．1∶1 B．1∶10
C．10∶1 D．10∶110
A　[等容变化，这四个状态在同一条等容线上，因Δt相同，所以Δp也相同，故A正确．]
7．用易拉罐盛装碳酸饮料非常卫生和方便，但如果剧烈碰撞或严重受热会导致爆炸．我们通常用的可乐易拉罐容积V＝355 mL．假设在室温(17 ℃)下罐内装有0.9V的饮料，剩余空间充满CO2气体，气体压强为1 atm．若易拉罐能承受的最大压强为1.2 atm，则保存温度不能超过多少？
[解析]　取CO2气体为研究对象，则：
初态：p1＝1 atm，T1＝(273＋17)K＝290 K，
末态：p2＝1.2 atm，T2＝？．
气体发生等容变化，
由查理定律＝得
T2＝T1＝K＝348 K，
t＝(348－273) ℃＝75 ℃．
[答案]　75 ℃
◎考点三　气体的等压变化
8．如图所示，一导热性良好的汽缸内用活塞封住一定量的气体(不计活塞与缸壁摩擦)，温度升高时，改变的量有(　　)
A．活塞高度h
B．汽缸高度H
C．气体压强p
D．弹簧长度L
B　[以汽缸整体为研究对象，由受力平衡知弹簧弹力等于总重力，故L、h不变，设缸壁的重力为G1，则封闭气体的压强p＝p0－保持不变，当温度升高时，由盖—吕萨克定律知气体体积增大，H将减小，故只有B项正确．]
9．如图所示，静止在地面上的汽缸中封闭着温度为100 ℃的空气，一重物用绳索经滑轮跟汽缸中活塞相连接，重物和活塞都处于平衡状态，这时活塞离汽缸底的高度为10 cm．如果缸内空气变为0 ℃，重物将上升多少厘米？
[解析]　汽缸中气体发生的是等压变化，
初状态：V1＝10S，T1＝373 K；
末状态：V2＝lS，T2＝273 K．
由＝得V2≈7.32S，
即活塞到缸底的距离为7.32 cm，
所以重物将上升Δl＝(10－7.32)cm＝2.68 cm．
[答案]　2.68 cm
(建议用时：15分钟)
10．活塞式抽气机汽缸容积为V，用它给容积为2V的容器抽气，抽气机抽动两次(抽气过程可视为等温变化)，容器内剩余气体压强是原来的(　　)
A． B．
C． D．
C　[设容器内气体压强为p，则气体状态参量为
p1＝p，V1＝2V，V2＝3V，第一次抽气过程，由玻意耳定律得
p1V1＝p2V2，即p×2V＝p2×3V，
解得p2＝p；
第二次抽气过程，气体状态参量
p2＝p，V2′＝2V，V3＝3V，
由玻意耳定律得p2V2′＝p3V3，
即p×2V＝p3×3V，
解得p3＝p．]
11．(多选)如图所示，四支两端封闭、粗细均匀的玻璃管内的空气被一段水银柱隔开，按图中标明的条件，当玻璃管水平放置时，水银柱处于静止状态．如果管内两端的空气都升高相同的温度，则水银柱向左移动的是(　　)
CD　[假设升温后，水银柱不动，则两边压强要增加，由查理定律有，压强的增加量Δp＝，而各管原压强p相同，所以Δp∝，即T高，Δp小，也就可以确定水银柱应向温度高的方向移动，故C、D项正确．]
12．如图所示，容积为V的汽缸由导热材料制成，面积为S的活塞将汽缸分成容积相等的上下两部分，汽缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连，细管上有一阀门K．开始时，K关闭，汽缸内上下两部分气体的压强均为p0．现将K打开，容器内的液体缓慢地流入汽缸，当流入的液体体积为时，将K关闭，活塞平衡时其下方气体的体积减小了．不计活塞的质量和体积，外界温度保持不变，重力加速度大小为g．求流入汽缸内液体的质量．
[解析]　设活塞再次平衡后，活塞上方气体的体积为V1，压强为p1；下方气体的体积为V2，压强为p2．在活塞下移的过程中，活塞上、下方气体的温度均保持不变，由玻意耳定律得
p0＝p1V1，
p0＝p2V2，
由已知条件得
V1＝＋－＝V，
V2＝－＝，
设活塞上方液体的质量为m，由力的平衡条件得
p2S＝p1S＋mg，
联立以上各式得m＝．
[答案]　
13．容积为2 L的烧瓶，在压强为1.0×105 Pa时，用塞子塞住瓶口，此时温度为27 ℃，当把它加热到127 ℃时，塞子被弹开，稍过一会儿，重新把塞子塞好，停止加热并使它逐渐降温到27 ℃，求：
(1)塞子弹开前的最大压强；
(2)27 ℃时剩余空气的压强．
[解析]　塞子弹开前，瓶内气体的状态变化为等容变化．塞子打开后，瓶内有部分气体会逸出，此后应选择瓶中剩余气体为研究对象，再利用查理定律求解．
(1)塞子打开前，选瓶中气体为研究对象：
初态：p1＝1.0×105 Pa，T1＝(273＋27) K＝300 K，
末态：p2＝？T2＝(273＋127) K＝400 K，
由查理定律可得
p2＝＝ Pa
≈1.33×105 Pa．
(2)塞子塞紧后，选瓶中剩余气体为研究对象：
初态：p1′＝1.0×105 Pa，T1′＝400 K，
末态：p2′＝？，T2′＝300 K，
由查理定律可得
p2′＝＝Pa≈7.5×104 Pa．
[答案]　(1)1.33×105 Pa　(2)7.5×104 Pa
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