第八章 气体 单元测试卷 Word版含解析
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| 名称 | 第八章 气体 单元测试卷 Word版含解析 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 404.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-03-08 13:14:53 | ||
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文档简介
(第八章)
(90分钟 100分)
一、选择题(本大题共12小题,每小题4分,共48分)
1.(多选)(2020·朔州高二检测)下列关于理想气体的说法正确的是 ( )
A.一定质量的理想气体若分子的平均动能相同,密度变小时,则压强变小
B.一定质量的理想气体做等容变化时,若压强变大,则气体分子热运动加剧
C.一定质量的理想气体,若压强不变时,气体分子单位时间内对器壁单位面积的平均碰撞次数随着温度升高而增多
D.温度升高后,大量气体分子中各速率区间的分子数占总分子数的百分比中速率最大的区间的分子数占比最大
【解析】选A、B。一定质量的理想气体若分子的平均动能相同,则温度相同,密度变小时则体积变大,根据pV=C可知,压强变小,A正确;一定质量的理想气体做等容变化时,若压强变大,根据=C知温度升高,则气体分子热运动加剧,B正确;一定质量的理想气体,温度升高则气体分子碰撞器壁的平均撞击力增大,若压强不变时,则气体分子单位时间内对器壁单位面积的平均碰撞次数减少,C错误;温度升高后,大量气体分子中各速率区间的分子数占总分子数的百分比中速率最大的区间的分子数占比增大,但不一定最大,D错误。故选A、B。
2.(多选)如图所示,在一端封闭的玻璃管中,用一段水银将管内气体与外界隔绝,管口向下放置,若将管倾斜,待稳定后则呈现的物理现象是 ( )
A.封闭端内气体的压强增大
B.封闭端内气体的压强减小
C.封闭端内气体的压强不变
D.封闭端内气体的体积减小
【解题指南】求解本题应关注以下两点:
(1)封闭气体发生的是等温变化。
(2)转动过程中,水银柱的竖直方向上产生的压强减小。
【解析】选A、D。玻璃管由竖直到倾斜,水银柱压强ph减小,由p+ph=p0知气体压强增大,再由玻意耳定律知其体积减小,故A、D正确。
3.(2020·长治高二检测)如图所示,一根上细下粗、粗端与细端都均匀的玻璃管上端开口、下端(粗端)封闭,上端足够长,下端(粗端)中间有一段水银封闭了一定质量的理想气体。现对气体缓慢加热,气体温度不断升高,水银柱上升,则被封闭气体的体积与热力学温度的关系最接近下图中的 ( )
【解析】选A。根据理想气体状态方程=C得:V=T,V-T图线的斜率为,在水银柱升入细管前,封闭气体先做等压变化,斜率不变,图线为直线;水银柱部分进入细管后,气体压强增大,斜率减小;当水银柱全部进入细管后,气体的压强又不变,V-T图线又为直线,只是斜率比原来的小,A正确,B、C、D均错误。故选A。
【加固训练】
下面的表格是某地区1~7月份气温与气压的对照表:
月份/月 1 2 3 4 5 6 7
平均最高 气温/℃ 1.4 3.9 10.7 19.6 26.7 30.2 30.8
平均大气压 /(×105 Pa) 1.021 1.019 1.014 1.008 1.003 0.998 4 0.996 0
7月份与1月份相比较,下列说法正确的是 ( )
A.空气分子无规则热运动的情况不变
B.空气分子无规则热运动减弱了
C.单位时间内空气分子对地面的撞击次数增多了
D.单位时间内空气分子对单位面积的地面撞击次数减少了
【解析】选D。温度升高,则分子的无规则运动加剧,故A、B均错。空气分子对地面的撞击更强烈了,但压强减小了,所以单位时间内气体分子对单位面积的撞击次数减少了,故C错误、D正确。
4.竖直倒立的U形玻璃管一端封闭,另一端开口向下,如图所示,用水银柱封闭一定质量的理想气体,在保持温度不变的情况下,假设在玻璃管的D处钻一小孔,则玻璃管内被封闭的气体压强p和气体体积V变化的情况为 ( )
A.p、V都不变 B.V减小,p增大
C.V增大,p减小 D.无法确定
【解析】选B。在D处钻一小孔后,D处的压强为大气压强,则封闭气体的压强增大,体积减小,故B正确。
5.如图所示,容器左边的体积是右边的4倍,两边充有同种气体,温度分别为20 ℃和10 ℃,此时连接两容器的细玻璃管的水银柱保持静止,如果容器两边的气体温度各升高10 ℃,忽略水银柱及容器的膨胀,则水银柱将 ( )
A.向左移动 B.向右移动
C.静止不动 D.条件不足,无法判断
【解析】选A。假设水银柱不动,则此问题变为等容变化过程,设气体原压强为p、温度为T,变化后的压强为p',温度为T',则由=得==,得Δp=p,由于开始时两边气体压强相等,右边部分的气体温度低,变化中升高的温度相同,故Δp右>Δp左,所以水银柱向左移动,A正确,B、C、D均错误。故选A。
6.用打气筒将压强为1 atm的空气打进自行车轮胎内,如果打气筒容积ΔV=500 cm3,轮胎容积V=3 L,原来压强p=1.5 atm。现要使轮胎内压强变为p'=4 atm,问用这个打气筒要打气次数为(设打气过程中空气的温度不变) ( )
A.10次 B.15次 C.20次 D.25次
【解析】选B。温度不变,由玻意耳定律的分态气态方程得pV+np1ΔV=p'V,代入数据得1.5 atm×3 L+n×1 atm×0.5 L=4 atm×3 L,解得n=15,A、C、D均错误,B正确。故选B。
7.如图所示为一定质量的理想气体的p -图象,图中BC为过原点的直线,A、B、C为气体的三个状态,则下列说法中正确的是 ( )
A.TA>TB=TC B.TA>TB>TC
C.TA=TB>TC D.TA【解析】选A。从图象可以看出,从A到B为等容变化,压强减小,温度降低,即TA>TB,BC为等温线,从B到C为等温变化,即TB=TC,所以A正确,B、C、D错误。
8.(多选)用一导热、可自由滑动的轻隔板把一圆柱形容器分隔成A、B两部分,如图所示,A、B中分别封闭有质量相等的氮气和氧气,且均可看成理想气体,则当两气体处于平衡状态时 ( )
A.内能相等
B.分子的平均动能相等
C.压强相等
D.分子数相等
【解析】选B、C。两气体处于平衡状态时,A、B两部分气体的温度相同,压强相等,C正确;由于温度相同,所以分子的平均动能相同,B正确;气体的质量相同,但摩尔质量不同,所以分子数不同,其分子平均动能的总和不同,内能也就不同,A、D均错误。故选B、C。
9.一定质量的气体,保持体积不变,当它的温度从100 ℃升高到200 ℃时,它的压强 ( )
A.变为原来的
B.变为原来的2倍
C.变为原来的
D.变为原来的倍
【解析】选D。根据查理定律得=,初状态T1=(273+100) K=373 K,末状态T2=(273+200) K=473 K;所以==,即温度从100 ℃升高到200 ℃时,它的压强变为原来的倍,A、B、C均错误,D正确。故选D。
10.一定质量的理想气体由状态A沿平行T轴的直线变化到状态B,然后沿过原点的直线由状态B变化到状态C,p-T图象如图所示,则该气体在状态A、状态B和状态C时的体积VA、VB、VC的关系正确的是( )
A.VA=VB=VC B.VAC.VA>VB>VC D.VA【解析】选B。从A到B为等压变化,根据=C可知,气体的体积随温度的升高而增大,故VA【总结提升】图象问题的四点注意
(1)看清坐标轴,理解图象的意义:图象上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状态,它对应着三个状态参量;图象上的一条直线或曲线表示一定质量气体状态变化的一个过程。
(2)观察图象,弄清图象中各量的变化情况,看是否属于特殊变化过程,如等温变化、等容变化或等压变化。
(3)若不是特殊过程,可在坐标系中作特殊变化的图象(如等温线、等容线或等压线)实现两个状态的比较。
(4)涉及微观量的考查时,要注意各宏观量和相应微观量的对应关系。
11.(多选)关于一定量的气体,下列说法正确的是 ( )
A.气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积,而不是该气体所有分子体积之和
B.只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度,气体的温度就可以降低
C.在完全失重的情况下,气体对容器壁的压强为零
D.气体的温度升高时,气体分子在单位时间内作用在器壁面积上的力一定增大
E.气体在等压膨胀过程中温度一定升高
【解析】选A、B、E。气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积,A正确;温度高气体分子热运动就剧烈,B正确;在完全失重的情况下,分子运动不停息,对容器壁的压强不为零,C错误;温度升高时,若气体的体积增大时,分子的密集程度降低,气体分子在单位时间内作用在器壁面积上的力不一定增大,D错误;气体在等压膨胀过程中温度一定升高,E正确。
12.(多选)如图所示,封闭在汽缸内一定质量的理想气体,如果保持气体体积不变,当温度升高时,以下说法正确的是 ( )
A.气体的密度增大
B.所有气体分子的运动速率一定增大
C.气体的压强增大
D.每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多
E.气体的内能增大
【解题指南】解答本题应注意以下三点:
(1)气体的密度与体积有关。
(2)分子的平均动能由温度决定。
(3)一定质量理想气体的内能由温度决定。
【解析】选C、D、E。封闭气体发生的是等容变化,气体质量不变,体积不变,所以密度不变,A错误;温度升高,气体分子运动的平均速率增大,但不是所有分子的运动速率都增大,B错误;根据查理定律可知,体积一定,当气体温度升高时,压强增大,C正确;分子密度不变,压强增大,所以每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多,D正确;理想气体的内能只与温度有关,温度升高,所以气体内能增加,E正确。
二、实验题(本大题共2小题,共16分)
13.(8分)如图甲为“研究一定质量气体在体积不变的条件下,压强变化与温度变化关系”的实验装置示意图。在烧瓶A中封有一定质量的气体,并与气压计相连,初始时气压计两侧液面平齐。
(1)若气体温度升高,为使瓶内气体的体积不变,应将气压计右侧管 (选填“向上”或“向下”)缓慢移动,直至 ? 。?
(2)(单选)实验中多次改变气体温度,用Δt表示气体升高的温度,用Δh表示气压计两侧管内液面高度差的变化量。则根据测量数据作出的图线应是图乙中的: 。?
【解析】(1)气体温度升高,压强变大,气压计左管液面下降,为保证气体体积不变,应适当提高气压计右管,所以应将右管向上移动,直至气压计左、右管液面等高(气压计左管液面回到原来的位置),即保证了瓶内气体体积不变。
(2)实验中多次改变气体温度,用Δt表示气体升高的温度,用Δh表示气压计两侧管内液面高度差的变化量;根据查理定律=C,故=C,体积不变时压强变化与温度变化的关系是成正比的,所以根据测量数据作出的图线是A。
答案:(1)向上 气压计左、右管液面等高(或气压计左管液面回到原来的位置) (2)A
14.(8分)如图为一种测定“肺活量”(标准大气压下人一次呼出气体的体积)的装置,A为开口薄壁圆筒,排尽其中的空气,倒扣在水中。测量时,被测者尽力吸足空气,再通过B管用力将空气吹入A中,使A浮起,设整个过程中呼出空气的温度保持不变。
(1)呼出空气的分子热运动的平均动能 (选填“增大”“减小”或“不变”)。?
(2)设圆筒A的横截面积为S,大气压强为p0(即标准大气压),水的密度为ρ,筒底浮出水面的高度为h,筒内外水面的高度差为Δh,重力加速度为g,则被测者的“肺活量”,即V0= 。?
【解析】(1)由于温度是分子热运动的平均动能的标志,空气温度不变,所以分子热运动的平均动能不变。
(2)设A中空气压强为p,该部分空气在标准大气压下的体积为V0,整个过程中温度不变,由玻意耳定律可得p0V0=pV,即p0V0=(p0+ρgΔh)·(h+Δh)S,则被测者的肺活量V0=。
答案:(1)不变 (2)
三、计算题(本大题共4小题,共36分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
15.(8分)(2019·全国卷Ⅰ)热等静压设备广泛应用于材料加工中。该设备工作时,先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中,然后炉腔升温,利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理,改善其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13 m3,炉腔抽真空后,在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.2×10-2 m3,使用前瓶中气体压强为1.5×107 Pa,使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106 Pa;室温温度为27 ℃。氩气可视为理想气体。
(1)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强;
(2)将压入氩气后的炉腔加热到1 227 ℃,求此时炉腔中气体的压强。
【解析】(1)设初始时每瓶气体的体积为V0,压强为p0;使用后气瓶中剩余气体的压强为p1。假设体积为V0、压强为p0的气体压强变为p1时,其体积膨胀为V1。由玻意耳定律
p0V0=p1V1 ①(1分)
被压入进炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为
V1'=V1-V0 ②(1分)
设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为p2,体积为V2。由玻意耳定律
p2V2=10p1V1' ③(2分)
联立①②③式并代入题给数据得
p2=3.2×107 Pa④(1分)
(2)设加热前炉腔的温度为T0,加热后炉腔温度为T1,气体压强为p3,由查理定律
= ⑤(2分)
联立④⑤式并代入题给数据得
p3=1.6×108 Pa⑥(1分)
答案:(1)3.2×107 Pa (2)1.6×108 Pa
16.(8分)一定质量的理想气体体积V与热力学温度T的关系图象如图所示,气体在状态A时的压强pA=p0,温度TA=T0,线段AB与V轴平行,BC的延长线过原点。求:
(1)气体在状态B时的压强pB。
(2)气体在状态C时的压强pC和温度TC。
【解析】(1)A到B是等温变化,压强和体积成反比,根据玻意耳定律有pAVA=pBVB (2分)
解得pB=。 (1分)
(2)由B到C是等压变化,根据盖—吕萨克定律得
= (2分)
解得TC=T0 (1分)
A到C是等容变化,根据查理定律得
= (1分)
解得pC=。 (1分)
答案:(1) (2)
【加固训练】
有人设计了一种测温装置,其结构如图所示,玻璃泡A内封有一定质量的气体,与A相连的B管插在水银槽中,管内外水银面的高度差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。设B管的体积与A泡的体积相比可略去不计。
(1)在1标准大气压下对B管进行温度标刻(1标准大气压相当于76 cmHg的压强)。已知当温度t1=27 ℃时,管内水银面的高度为x1=16 cm,此高度即为27 ℃的刻线,问t=0 ℃的刻线在何处?
(2)若大气压已变为相当于75 cmHg的压强,利用该测温装置测量温度时所得读数仍为27 ℃,问:此时的实际温度为多少?
【解析】(1)玻璃泡A内气体的初始状态:
T1=300 K,p1=(76-16) cmHg=60 cmHg。
末态,即t=0 ℃的状态:T0=273 K,p=?
由查理定律得:p=p1=×60 cmHg=54.6 cmHg,所以t=0 ℃时,水银面的高度即
t=0 ℃的刻线位置是
x0=(76-54.6)cm=21.4 cm。
(2)由题意知,此时水银面的高度仍为
x1=16 cm,所以玻璃泡A内的气体压强为
p2=(75-16)cmHg=59 cmHg。
可得此时的实际温度为
T2=T1=×300 K=295 K,即t2=22 ℃。
答案:(1)21.4 cm (2)22 ℃
17.(10分)(2020·毕节高二检测)如图所示,U形管两臂粗细不等,开口向上,右端封闭的粗管横截面积是开口的细管的三倍,管中装入水银,大气压为76 cmHg。左端开口管中水银面到管口距离为11 cm,且水银面比封闭管内高4 cm,封闭管内空气柱长为11 cm。现在开口端用小活塞封住,并缓慢推动活塞,使两管液面相平,推动过程中两管的气体温度始终不变,试求:
(1)粗管中气体的最终压强。
(2)活塞推动的距离。
【解析】(1)设左管横截面积为S,则右管横截面积为3S,以右管封闭气体为研究对象。
初状态p1=80 cmHg,V1=11×3S=33S;
两管液面相平时,
Sh1=3Sh2,h1+h2=4 cm, (2分)
解得h2=1 cm,
此时右端封闭管内空气柱长l=10 cm,
V2=10×3S=30S, (2分)
气体做等温变化有p1V1=p2V2,
即80 cmHg×33S=p2×30S ,
解得p2=88 cmHg。 (2分)
(2)以左管被活塞封闭气体为研究对象,
p1'=76 cmHg,
V1'=11S,p2'=p2=88 cmHg,
气体做等温变化有p1'V1'=p2'V2',
解得V2'=9.5S, (2分)
活塞推动的距离为
L=11 cm+3 cm-9.5 cm=4.5cm。(2分)
答案:(1)88 cmHg (2)4.5 cm
18.(10分)(2020·全国Ⅲ卷)如图,两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为H=
18 cm的U形管,左管上端封闭,右管上端开口。右管中有高h0=4 cm的水银柱,水银柱上表面离管口的距离l=12 cm。管底水平段的体积可忽略。环境温度为T1=283 K,大气压强p0 = 76 cmHg。
(1)现从右侧端口缓慢注入水银(与原水银柱之间无气隙),恰好使水银柱下端到达右管底部。此时水银柱的高度为多少?
(2)再将左管中密封气体缓慢加热,使水银柱上表面恰好与右管口平齐,此时密封气体的温度为多少?
【解析】(1)设密封气体初始体积为V1,压强为p1,左、右管的横截面积均为S,密封气体先经等温压缩过程体积变为V2,压强变为p2。由玻意耳定律有
p1V1=p2V2 ①(1分)
设注入水银后水银柱高度为h,水银的密度为ρ,按题设条件有
p1=p0+ρgh0 ②(1分)
p2=p0+ρgh ③(1分)
V1=(2H-l-h0)S,V2=HS ④(1分)
联立①②③④式并代入题给数据得
h=12.9 cm⑤(2分)
(2)密封气体再经等压膨胀过程体积变为V3,温度变为T2,由盖—吕萨克定律有
= ⑥(2分)
按题设条件有
V3=(2H- h)S ⑦(1分)
联立④⑤⑥⑦式并代入题给数据得
T2=363 K⑧(1分)
答案:(1)12.9 cm (2)363 K
【加固训练】
1.一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内,汽缸壁导热良好,活塞可沿汽缸壁无摩擦地滑动。开始时气体压强为p,活塞下表面相对于汽缸底部的高度为h,外界的温度为T0。现取质量为m的沙子缓慢地倒在活塞的上表面,沙子倒完时,活塞下降了。若此后外界的温度变为T,求重新达到平衡后气体的体积。已知外界大气的压强始终保持不变,重力加速度大小为g。
【解析】设汽缸的横截面积为S,沙子倒在活塞上后,对气体产生的压强为Δp,由玻意耳定律得
phS=(p+Δp)(h-h)S ①
解得Δp=p ②
外界的温度变为T后,设活塞距底部的高度为h'。根据盖-吕萨克定律,得= ③
解得h'=h ④
据题意可得Δp= ⑤
气体最后的体积为V=Sh' ⑥
联立②④⑤⑥式得V=
答案:
2.一氧气瓶的容积为0.08 m3,开始时瓶中氧气的压强为20个大气压。某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36 m3。当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时,需重新充气。若氧气的温度保持不变,求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天。
【解析】设氧气开始时的压强为p1,体积为V1,压强变为p2(2个大气压)时,体积为V2。
根据玻意耳定律得p1V1=p2V2 ①
重新充气前,用去的氧气在p2压强下的体积为V3=V2-V1 ②
设用去的氧气在p0(1个大气压)压强下的体积为V0,则有p2V3=p0V0 ③
设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为ΔV,则氧气可用的天数为
N= ④
联立①②③④式,并代入数据得N=4(天)
答案:4天
(90分钟 100分)
一、选择题(本大题共12小题,每小题4分,共48分)
1.(多选)(2020·朔州高二检测)下列关于理想气体的说法正确的是 ( )
A.一定质量的理想气体若分子的平均动能相同,密度变小时,则压强变小
B.一定质量的理想气体做等容变化时,若压强变大,则气体分子热运动加剧
C.一定质量的理想气体,若压强不变时,气体分子单位时间内对器壁单位面积的平均碰撞次数随着温度升高而增多
D.温度升高后,大量气体分子中各速率区间的分子数占总分子数的百分比中速率最大的区间的分子数占比最大
【解析】选A、B。一定质量的理想气体若分子的平均动能相同,则温度相同,密度变小时则体积变大,根据pV=C可知,压强变小,A正确;一定质量的理想气体做等容变化时,若压强变大,根据=C知温度升高,则气体分子热运动加剧,B正确;一定质量的理想气体,温度升高则气体分子碰撞器壁的平均撞击力增大,若压强不变时,则气体分子单位时间内对器壁单位面积的平均碰撞次数减少,C错误;温度升高后,大量气体分子中各速率区间的分子数占总分子数的百分比中速率最大的区间的分子数占比增大,但不一定最大,D错误。故选A、B。
2.(多选)如图所示,在一端封闭的玻璃管中,用一段水银将管内气体与外界隔绝,管口向下放置,若将管倾斜,待稳定后则呈现的物理现象是 ( )
A.封闭端内气体的压强增大
B.封闭端内气体的压强减小
C.封闭端内气体的压强不变
D.封闭端内气体的体积减小
【解题指南】求解本题应关注以下两点:
(1)封闭气体发生的是等温变化。
(2)转动过程中,水银柱的竖直方向上产生的压强减小。
【解析】选A、D。玻璃管由竖直到倾斜,水银柱压强ph减小,由p+ph=p0知气体压强增大,再由玻意耳定律知其体积减小,故A、D正确。
3.(2020·长治高二检测)如图所示,一根上细下粗、粗端与细端都均匀的玻璃管上端开口、下端(粗端)封闭,上端足够长,下端(粗端)中间有一段水银封闭了一定质量的理想气体。现对气体缓慢加热,气体温度不断升高,水银柱上升,则被封闭气体的体积与热力学温度的关系最接近下图中的 ( )
【解析】选A。根据理想气体状态方程=C得:V=T,V-T图线的斜率为,在水银柱升入细管前,封闭气体先做等压变化,斜率不变,图线为直线;水银柱部分进入细管后,气体压强增大,斜率减小;当水银柱全部进入细管后,气体的压强又不变,V-T图线又为直线,只是斜率比原来的小,A正确,B、C、D均错误。故选A。
【加固训练】
下面的表格是某地区1~7月份气温与气压的对照表:
月份/月 1 2 3 4 5 6 7
平均最高 气温/℃ 1.4 3.9 10.7 19.6 26.7 30.2 30.8
平均大气压 /(×105 Pa) 1.021 1.019 1.014 1.008 1.003 0.998 4 0.996 0
7月份与1月份相比较,下列说法正确的是 ( )
A.空气分子无规则热运动的情况不变
B.空气分子无规则热运动减弱了
C.单位时间内空气分子对地面的撞击次数增多了
D.单位时间内空气分子对单位面积的地面撞击次数减少了
【解析】选D。温度升高,则分子的无规则运动加剧,故A、B均错。空气分子对地面的撞击更强烈了,但压强减小了,所以单位时间内气体分子对单位面积的撞击次数减少了,故C错误、D正确。
4.竖直倒立的U形玻璃管一端封闭,另一端开口向下,如图所示,用水银柱封闭一定质量的理想气体,在保持温度不变的情况下,假设在玻璃管的D处钻一小孔,则玻璃管内被封闭的气体压强p和气体体积V变化的情况为 ( )
A.p、V都不变 B.V减小,p增大
C.V增大,p减小 D.无法确定
【解析】选B。在D处钻一小孔后,D处的压强为大气压强,则封闭气体的压强增大,体积减小,故B正确。
5.如图所示,容器左边的体积是右边的4倍,两边充有同种气体,温度分别为20 ℃和10 ℃,此时连接两容器的细玻璃管的水银柱保持静止,如果容器两边的气体温度各升高10 ℃,忽略水银柱及容器的膨胀,则水银柱将 ( )
A.向左移动 B.向右移动
C.静止不动 D.条件不足,无法判断
【解析】选A。假设水银柱不动,则此问题变为等容变化过程,设气体原压强为p、温度为T,变化后的压强为p',温度为T',则由=得==,得Δp=p,由于开始时两边气体压强相等,右边部分的气体温度低,变化中升高的温度相同,故Δp右>Δp左,所以水银柱向左移动,A正确,B、C、D均错误。故选A。
6.用打气筒将压强为1 atm的空气打进自行车轮胎内,如果打气筒容积ΔV=500 cm3,轮胎容积V=3 L,原来压强p=1.5 atm。现要使轮胎内压强变为p'=4 atm,问用这个打气筒要打气次数为(设打气过程中空气的温度不变) ( )
A.10次 B.15次 C.20次 D.25次
【解析】选B。温度不变,由玻意耳定律的分态气态方程得pV+np1ΔV=p'V,代入数据得1.5 atm×3 L+n×1 atm×0.5 L=4 atm×3 L,解得n=15,A、C、D均错误,B正确。故选B。
7.如图所示为一定质量的理想气体的p -图象,图中BC为过原点的直线,A、B、C为气体的三个状态,则下列说法中正确的是 ( )
A.TA>TB=TC B.TA>TB>TC
C.TA=TB>TC D.TA
8.(多选)用一导热、可自由滑动的轻隔板把一圆柱形容器分隔成A、B两部分,如图所示,A、B中分别封闭有质量相等的氮气和氧气,且均可看成理想气体,则当两气体处于平衡状态时 ( )
A.内能相等
B.分子的平均动能相等
C.压强相等
D.分子数相等
【解析】选B、C。两气体处于平衡状态时,A、B两部分气体的温度相同,压强相等,C正确;由于温度相同,所以分子的平均动能相同,B正确;气体的质量相同,但摩尔质量不同,所以分子数不同,其分子平均动能的总和不同,内能也就不同,A、D均错误。故选B、C。
9.一定质量的气体,保持体积不变,当它的温度从100 ℃升高到200 ℃时,它的压强 ( )
A.变为原来的
B.变为原来的2倍
C.变为原来的
D.变为原来的倍
【解析】选D。根据查理定律得=,初状态T1=(273+100) K=373 K,末状态T2=(273+200) K=473 K;所以==,即温度从100 ℃升高到200 ℃时,它的压强变为原来的倍,A、B、C均错误,D正确。故选D。
10.一定质量的理想气体由状态A沿平行T轴的直线变化到状态B,然后沿过原点的直线由状态B变化到状态C,p-T图象如图所示,则该气体在状态A、状态B和状态C时的体积VA、VB、VC的关系正确的是( )
A.VA=VB=VC B.VA
(1)看清坐标轴,理解图象的意义:图象上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状态,它对应着三个状态参量;图象上的一条直线或曲线表示一定质量气体状态变化的一个过程。
(2)观察图象,弄清图象中各量的变化情况,看是否属于特殊变化过程,如等温变化、等容变化或等压变化。
(3)若不是特殊过程,可在坐标系中作特殊变化的图象(如等温线、等容线或等压线)实现两个状态的比较。
(4)涉及微观量的考查时,要注意各宏观量和相应微观量的对应关系。
11.(多选)关于一定量的气体,下列说法正确的是 ( )
A.气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积,而不是该气体所有分子体积之和
B.只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度,气体的温度就可以降低
C.在完全失重的情况下,气体对容器壁的压强为零
D.气体的温度升高时,气体分子在单位时间内作用在器壁面积上的力一定增大
E.气体在等压膨胀过程中温度一定升高
【解析】选A、B、E。气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积,A正确;温度高气体分子热运动就剧烈,B正确;在完全失重的情况下,分子运动不停息,对容器壁的压强不为零,C错误;温度升高时,若气体的体积增大时,分子的密集程度降低,气体分子在单位时间内作用在器壁面积上的力不一定增大,D错误;气体在等压膨胀过程中温度一定升高,E正确。
12.(多选)如图所示,封闭在汽缸内一定质量的理想气体,如果保持气体体积不变,当温度升高时,以下说法正确的是 ( )
A.气体的密度增大
B.所有气体分子的运动速率一定增大
C.气体的压强增大
D.每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多
E.气体的内能增大
【解题指南】解答本题应注意以下三点:
(1)气体的密度与体积有关。
(2)分子的平均动能由温度决定。
(3)一定质量理想气体的内能由温度决定。
【解析】选C、D、E。封闭气体发生的是等容变化,气体质量不变,体积不变,所以密度不变,A错误;温度升高,气体分子运动的平均速率增大,但不是所有分子的运动速率都增大,B错误;根据查理定律可知,体积一定,当气体温度升高时,压强增大,C正确;分子密度不变,压强增大,所以每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多,D正确;理想气体的内能只与温度有关,温度升高,所以气体内能增加,E正确。
二、实验题(本大题共2小题,共16分)
13.(8分)如图甲为“研究一定质量气体在体积不变的条件下,压强变化与温度变化关系”的实验装置示意图。在烧瓶A中封有一定质量的气体,并与气压计相连,初始时气压计两侧液面平齐。
(1)若气体温度升高,为使瓶内气体的体积不变,应将气压计右侧管 (选填“向上”或“向下”)缓慢移动,直至 ? 。?
(2)(单选)实验中多次改变气体温度,用Δt表示气体升高的温度,用Δh表示气压计两侧管内液面高度差的变化量。则根据测量数据作出的图线应是图乙中的: 。?
【解析】(1)气体温度升高,压强变大,气压计左管液面下降,为保证气体体积不变,应适当提高气压计右管,所以应将右管向上移动,直至气压计左、右管液面等高(气压计左管液面回到原来的位置),即保证了瓶内气体体积不变。
(2)实验中多次改变气体温度,用Δt表示气体升高的温度,用Δh表示气压计两侧管内液面高度差的变化量;根据查理定律=C,故=C,体积不变时压强变化与温度变化的关系是成正比的,所以根据测量数据作出的图线是A。
答案:(1)向上 气压计左、右管液面等高(或气压计左管液面回到原来的位置) (2)A
14.(8分)如图为一种测定“肺活量”(标准大气压下人一次呼出气体的体积)的装置,A为开口薄壁圆筒,排尽其中的空气,倒扣在水中。测量时,被测者尽力吸足空气,再通过B管用力将空气吹入A中,使A浮起,设整个过程中呼出空气的温度保持不变。
(1)呼出空气的分子热运动的平均动能 (选填“增大”“减小”或“不变”)。?
(2)设圆筒A的横截面积为S,大气压强为p0(即标准大气压),水的密度为ρ,筒底浮出水面的高度为h,筒内外水面的高度差为Δh,重力加速度为g,则被测者的“肺活量”,即V0= 。?
【解析】(1)由于温度是分子热运动的平均动能的标志,空气温度不变,所以分子热运动的平均动能不变。
(2)设A中空气压强为p,该部分空气在标准大气压下的体积为V0,整个过程中温度不变,由玻意耳定律可得p0V0=pV,即p0V0=(p0+ρgΔh)·(h+Δh)S,则被测者的肺活量V0=。
答案:(1)不变 (2)
三、计算题(本大题共4小题,共36分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
15.(8分)(2019·全国卷Ⅰ)热等静压设备广泛应用于材料加工中。该设备工作时,先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中,然后炉腔升温,利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理,改善其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13 m3,炉腔抽真空后,在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.2×10-2 m3,使用前瓶中气体压强为1.5×107 Pa,使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106 Pa;室温温度为27 ℃。氩气可视为理想气体。
(1)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强;
(2)将压入氩气后的炉腔加热到1 227 ℃,求此时炉腔中气体的压强。
【解析】(1)设初始时每瓶气体的体积为V0,压强为p0;使用后气瓶中剩余气体的压强为p1。假设体积为V0、压强为p0的气体压强变为p1时,其体积膨胀为V1。由玻意耳定律
p0V0=p1V1 ①(1分)
被压入进炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为
V1'=V1-V0 ②(1分)
设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为p2,体积为V2。由玻意耳定律
p2V2=10p1V1' ③(2分)
联立①②③式并代入题给数据得
p2=3.2×107 Pa④(1分)
(2)设加热前炉腔的温度为T0,加热后炉腔温度为T1,气体压强为p3,由查理定律
= ⑤(2分)
联立④⑤式并代入题给数据得
p3=1.6×108 Pa⑥(1分)
答案:(1)3.2×107 Pa (2)1.6×108 Pa
16.(8分)一定质量的理想气体体积V与热力学温度T的关系图象如图所示,气体在状态A时的压强pA=p0,温度TA=T0,线段AB与V轴平行,BC的延长线过原点。求:
(1)气体在状态B时的压强pB。
(2)气体在状态C时的压强pC和温度TC。
【解析】(1)A到B是等温变化,压强和体积成反比,根据玻意耳定律有pAVA=pBVB (2分)
解得pB=。 (1分)
(2)由B到C是等压变化,根据盖—吕萨克定律得
= (2分)
解得TC=T0 (1分)
A到C是等容变化,根据查理定律得
= (1分)
解得pC=。 (1分)
答案:(1) (2)
【加固训练】
有人设计了一种测温装置,其结构如图所示,玻璃泡A内封有一定质量的气体,与A相连的B管插在水银槽中,管内外水银面的高度差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。设B管的体积与A泡的体积相比可略去不计。
(1)在1标准大气压下对B管进行温度标刻(1标准大气压相当于76 cmHg的压强)。已知当温度t1=27 ℃时,管内水银面的高度为x1=16 cm,此高度即为27 ℃的刻线,问t=0 ℃的刻线在何处?
(2)若大气压已变为相当于75 cmHg的压强,利用该测温装置测量温度时所得读数仍为27 ℃,问:此时的实际温度为多少?
【解析】(1)玻璃泡A内气体的初始状态:
T1=300 K,p1=(76-16) cmHg=60 cmHg。
末态,即t=0 ℃的状态:T0=273 K,p=?
由查理定律得:p=p1=×60 cmHg=54.6 cmHg,所以t=0 ℃时,水银面的高度即
t=0 ℃的刻线位置是
x0=(76-54.6)cm=21.4 cm。
(2)由题意知,此时水银面的高度仍为
x1=16 cm,所以玻璃泡A内的气体压强为
p2=(75-16)cmHg=59 cmHg。
可得此时的实际温度为
T2=T1=×300 K=295 K,即t2=22 ℃。
答案:(1)21.4 cm (2)22 ℃
17.(10分)(2020·毕节高二检测)如图所示,U形管两臂粗细不等,开口向上,右端封闭的粗管横截面积是开口的细管的三倍,管中装入水银,大气压为76 cmHg。左端开口管中水银面到管口距离为11 cm,且水银面比封闭管内高4 cm,封闭管内空气柱长为11 cm。现在开口端用小活塞封住,并缓慢推动活塞,使两管液面相平,推动过程中两管的气体温度始终不变,试求:
(1)粗管中气体的最终压强。
(2)活塞推动的距离。
【解析】(1)设左管横截面积为S,则右管横截面积为3S,以右管封闭气体为研究对象。
初状态p1=80 cmHg,V1=11×3S=33S;
两管液面相平时,
Sh1=3Sh2,h1+h2=4 cm, (2分)
解得h2=1 cm,
此时右端封闭管内空气柱长l=10 cm,
V2=10×3S=30S, (2分)
气体做等温变化有p1V1=p2V2,
即80 cmHg×33S=p2×30S ,
解得p2=88 cmHg。 (2分)
(2)以左管被活塞封闭气体为研究对象,
p1'=76 cmHg,
V1'=11S,p2'=p2=88 cmHg,
气体做等温变化有p1'V1'=p2'V2',
解得V2'=9.5S, (2分)
活塞推动的距离为
L=11 cm+3 cm-9.5 cm=4.5cm。(2分)
答案:(1)88 cmHg (2)4.5 cm
18.(10分)(2020·全国Ⅲ卷)如图,两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为H=
18 cm的U形管,左管上端封闭,右管上端开口。右管中有高h0=4 cm的水银柱,水银柱上表面离管口的距离l=12 cm。管底水平段的体积可忽略。环境温度为T1=283 K,大气压强p0 = 76 cmHg。
(1)现从右侧端口缓慢注入水银(与原水银柱之间无气隙),恰好使水银柱下端到达右管底部。此时水银柱的高度为多少?
(2)再将左管中密封气体缓慢加热,使水银柱上表面恰好与右管口平齐,此时密封气体的温度为多少?
【解析】(1)设密封气体初始体积为V1,压强为p1,左、右管的横截面积均为S,密封气体先经等温压缩过程体积变为V2,压强变为p2。由玻意耳定律有
p1V1=p2V2 ①(1分)
设注入水银后水银柱高度为h,水银的密度为ρ,按题设条件有
p1=p0+ρgh0 ②(1分)
p2=p0+ρgh ③(1分)
V1=(2H-l-h0)S,V2=HS ④(1分)
联立①②③④式并代入题给数据得
h=12.9 cm⑤(2分)
(2)密封气体再经等压膨胀过程体积变为V3,温度变为T2,由盖—吕萨克定律有
= ⑥(2分)
按题设条件有
V3=(2H- h)S ⑦(1分)
联立④⑤⑥⑦式并代入题给数据得
T2=363 K⑧(1分)
答案:(1)12.9 cm (2)363 K
【加固训练】
1.一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内,汽缸壁导热良好,活塞可沿汽缸壁无摩擦地滑动。开始时气体压强为p,活塞下表面相对于汽缸底部的高度为h,外界的温度为T0。现取质量为m的沙子缓慢地倒在活塞的上表面,沙子倒完时,活塞下降了。若此后外界的温度变为T,求重新达到平衡后气体的体积。已知外界大气的压强始终保持不变,重力加速度大小为g。
【解析】设汽缸的横截面积为S,沙子倒在活塞上后,对气体产生的压强为Δp,由玻意耳定律得
phS=(p+Δp)(h-h)S ①
解得Δp=p ②
外界的温度变为T后,设活塞距底部的高度为h'。根据盖-吕萨克定律,得= ③
解得h'=h ④
据题意可得Δp= ⑤
气体最后的体积为V=Sh' ⑥
联立②④⑤⑥式得V=
答案:
2.一氧气瓶的容积为0.08 m3,开始时瓶中氧气的压强为20个大气压。某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36 m3。当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时,需重新充气。若氧气的温度保持不变,求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天。
【解析】设氧气开始时的压强为p1,体积为V1,压强变为p2(2个大气压)时,体积为V2。
根据玻意耳定律得p1V1=p2V2 ①
重新充气前,用去的氧气在p2压强下的体积为V3=V2-V1 ②
设用去的氧气在p0(1个大气压)压强下的体积为V0,则有p2V3=p0V0 ③
设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为ΔV,则氧气可用的天数为
N= ④
联立①②③④式,并代入数据得N=4(天)
答案:4天