第2章气体定律与人类生活课后练习-2021-2022学年高二下学期物理沪教版（2019）选择性必修第三册

第2章气体定律与人类生活

一、选择题（共15题）

1．用打气筒将压强为1atm的空气打进自行车胎内，如果打气筒容积，轮胎容积V=3L，原来压强。现要使轮胎内压强变为 ，问用这个打气筒要打气几次（设打气过程中空气的温度不变）（　　）

A．25次 B．20次 C．15次 D．10次

2．关于气体分子的运动情况，下列说法正确的是（　　）

A．某一时刻具有任意速率的分子数目是相等的

B．某一时刻一个分子速度的大小和方向是偶然的

C．某一温度下，大多数气体分子的速率不会发生变化

D．分子的速率分布毫无规律

3．以下说法正确的是（　　）

A．水流速度越大，水分子的热运动越剧烈

B．水的体积很难被压缩，这是分子间存在斥力的宏观表现

C．给汽车轮胎充气时很费力，说明分子间存在斥力

D．阳光射入屋内，可以看见尘埃乱舞，这属于布朗运动

4．如图所示，为质量恒定的某种气体的图，、、三态中体积最大的状态是（       ）

A．状态 B．状态 C．状态 D．条件不足，无法确定

5．空气压缩机的储气罐中储有1.0 atm的空气6.0 L，现再充入1.0 atm的空气9.0 L。设充气过程为等温过程，空气可看作理想气体，则充气后储气罐中气体压强为（　　）

A．2.5 atm B．2.0 atm C．1.5 atm D．1.0 atm

6．在射向高空的火箭仪器舱内，起飞前用水银气压计测舱内气体的压强p0=76cmHg，气体温度T0=300K，仪器舱是密封的．取竖直向上为正方向，当火箭以加速度a竖直方向运动时，仪器舱内水银气压计指示的压强为p=0.6p0，则(     )

A．a=g，舱内气体温度比起飞前温度增加20%

B．a=g，舱内气体温度是起飞前温度的0.6倍

C．a=g，舱内气体温度比起飞前温度增加10%

D．a=-g，舱内气体温度比起飞前温度降低10%

7．如图所示，竖直放置的均匀等臂U型导热玻璃管两端封闭，管内装有水银，右管水银面高于左管水银面。若右臂水银上方为真空，不改变温度而通过阀门k放出少量水银，设稳定后左、右两管中液面相对于管壁下降的距离分别为L1和L2，则（　　）

A．L1>L2 B．L1=L2

C．L1<L2 D．无法比较L1、L2的大小关系

8．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t0=7℃。现通过容器内的电阻丝（未画出）对封闭气体加热，使封闭气体的温度升高40℃且保持不变，轻启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的质量之比为（　　）

A．3∶4 B．5∶6 C．6∶7 D．7∶8

9．如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A.其中，A→B和C→D为等温过程，B→C为等压过程，D→A为等容过程．该循环过程中，下列说法正确的是(　　)

A．A→B过程中，气体吸收热量

B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大

C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多

D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化

10．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、、，则（　　）

A． B．

C．， D．

11．在相同的外界环境中，两个相同的集气瓶中分别密闭着质量相同的氢气和氧气，如图所示。若在相同温度、压强下气体的摩尔体积都相同，则下列说法正确的是（　　）

A．氢气的密度较大 B．氧气的密度较大

C．氢气的压强较大 D．两气体的压强相等

12．一定质量的理想气体，保持体积不变，压强减为原来的一半，则其温度由原来的27℃变为（　　）

A．127K B．150K C．13.5℃ D．-23.5℃

13．如图所示是一定质量的某种气体的等压线，比较等压线上的a、b两个状态，下列说法正确的是（　　）

A．在相同时间内撞在单位面积上的分子数b状态较多

B．在相同时间内撞在单位面积上的分子数a状态较多

C．a状态对应的分子平均动能小

D．单位体积的分子数a状态较多

14．下列说法正确的是        

A．分子间距离增大时，分子间的引力和斥力都减小

B．布朗运动就是气体或液体分子的无规则运动

C．分子a从无穷远处由静止开始接近固定不动的分子b，只受分子力作用，当a受到分子力为0时，a的动能一定最大

D．大量气体分子对容器壁的持续性作用形成气体的压强

E．破碎的玻璃不能重新拼接在一起是因为其分子间存在斥力

15．某容器内封闭一定量的理想气体。气体开始处于状态A，第一次经过某一过程AB到达状态B，第二次再经过等压变化过程AC到达状态C，如图所示。设气体在状态B和状态C的体积分别为和，在过程AB和AC中气体对外做功分别为和，吸收的热量分别为和，则下面说法正确的是（　　）

A．，，

B．，，

C．，，

D．，，

二、填空题

16．某同学根据实验数据在图像上画出了如图所示曲线图像，你认为他这样做能方便的看出p、V之间的关系吗______？请说明理由______。

17．密闭在钢瓶中的气体，温度从变为，用热力学温标表示，温度升高了______，气体的压强变为初始压强的________倍。

18．如图所示，截面积0.01 m2的汽缸内，有一定质量的气体被光滑的活塞封住，已知外界大气压为p0＝105 Pa，活塞重G＝100 N，现将汽缸倒转竖直放置，设温度不变，汽缸足够长，则汽缸倒转前后缸内气体体积之比为________。

19．将一定质量的氧气封闭在一容积不变的容器内，如图所示为氧气分子在不同温度下的速率统计分布图，由图可知______（填“实线”或“虚线”）表示的状态气体的压强较大，两条线与横轴所围的面积在理论上应该______（填“相等”或“不相等”）。

三、综合题

20．一轻质活塞将一定质量的理想气体封闭在水平固定放置的汽缸内，开始时气体体积为V0，温度为27℃，现在活塞上施加压力，将气体体积压缩到V0，温度升高到57℃。设大气压强p0=1.0×105Pa，活塞与汽缸壁摩擦不计。求：此时气体的压强。

21．如图，一粗细均匀的细管开口向上竖直放置，管内有一段高度为25cm的水银柱，水银柱下密封了一定量的理想气体，水银柱上表面到管口的距离为25cm．若将细管倒置，水银柱下表面恰好位于管口处，且无水银滴落，管内气体温度与环境温度相同。已知大气压强为75cmHg，环境温度为27℃。

(1)求细管的总长度L；

(2)若在倒置前，缓慢加热管内被密封的气体，直到水银柱的上表面恰好与管口平齐为止，求此时密封气体的温度。

22．如图所示，固定的绝热汽缸内有一质量为m的“T”形绝热活塞（体积可忽略），距汽缸底部h0处连接一U形管（管内气体的体积忽略不计）.初始时，汽缸内封闭气体温度为T0，活塞距离汽缸底部为1.6h0，U形管中两边水银柱存在高度差.已知水银的密度为ρ，大气压强为p0，汽缸横截面积为S，活塞竖直部分长为1.2h0，重力加速度为g，求：

（1）初始时，水银柱两液面高度差；

（2）缓慢降低气体温度，两水银面相平时的气体温度为多少。

23．如图为一个封闭有一定质量理想气体的内壁光滑的圆环形细管，S是固定在管上的阀门，M为可自由移动的活塞，气体温度均为T0=305K，压强P0=1.05×105Pa．现对下面部分气体缓慢加热，且保持上面部分气体温度不变，当活塞M缓慢移动到管道最高点时，求：

（1）上面部分气体的压强；

（2）下面部分气体的温度．

参考答案：

1．B

【详解】

设压强为时气体体积为，根据玻意耳定律得

设打入的压强为的气体体积为，则

设打入的压强为的气体体积为，则

则用这个打气筒要打气次数为

故选B。

2．B

【详解】

AD．具有不同速率的分子数目并不是相等的，呈“中间多、两头少”的统计规律分布，故AD错误；

B．由于分子之间频繁地碰撞，分子随时都会改变自己的运动状态，因此在某一时刻，一个分子速度的大小和方向是偶然的，故B正确；

C．某一温度下，每个分子的速率仍然是随时变化的，只是分子运动的平均速率不变，故C错误。

故选B。

3．B

【详解】

A．水分子的热运动与温度有关，温度越高运动越剧烈，与水流的宏观速度无关，故A错误；

B．水分子不同于气体分子，间隙可以忽略，水的体积很难被压缩，是分子间存在斥力的宏观表现，故B正确；

C．由于气体分子间的距离很大，分子间的作用力可以忽略不计，给汽车轮胎充气时很费力，这是压强导致的结果，故C错误；

D．阳光射入屋内，可以看见尘埃乱舞，是空气的流动造成的，不是布朗运动，布朗运动是分子碰撞的不平衡性造成的，要通过显微镜才能看到，故D错误。

故选B。

4．C

【详解】

P-T坐标系中，每一个点表示气体的一个状态.而体积相同的点都在同一条过原点的直线上，斜率越小时体积越大.

故选C。

5．A

【详解】

取全部气体为研究对象，可视为将15L的气体等温压缩为6L，由玻意耳定律可得

得

故选A。

6．A

【详解】

AB．设起飞前气压计的水银柱高度为h0，若火箭加速度向上时，则

若a=g则解得

h=1.2h0

即此时舱内压强

p=1.2p0

舱内气体进行等容变化，则由理想气体状态可得

即

解得

T=360K

即舱内气体温度比起飞前温度增加20%，选项A正确，B错误；

CD．若火箭加速度向下时，则

若a=g，则解得

h=0.3h0

即此时舱内压强

p=0.3p0

舱内气体进行等容变化，则由理想气体状态可得

即

解得

T=90K

即舱内气体温度比起飞前温度降低了70%，选项CD错误；

故选A。

7．C

【详解】

不改变温度而通过阀门k放出少量水银，左边封闭气体的体积增大，由可知，气体的压强将会减小，设水银柱的高度为h，故有

即

故选C。

8．D

【详解】

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

故选D。

9．B

【详解】

因为A→B为等温过程，压强变大，体积变小，故外界对气体做功，根据热力学第一定律有△U=W+Q，温度不变，则内能不变，故气体一定放出热量，选项A错误；因为B→C为等压过程，由于体积增大，由理想气体状态方程pV/T=C可知，气体温度升高，内能增加，故气体分子的平均动能增大，B正确；C→D为等温过程，压强变小，体积增大，因为温度不变，故气体分子的平均动能不变，压强变小说明单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少，C错误；D→A为等容过程，体积不变，压强变小，由pV/T=C可知，温度降低，气体分子的平均动能减小，故气体分子的速率分布曲线会发生变化，D错误；故选B.

10．B

【详解】

温度越高分子热运动越激烈，分子运动激烈是指速率大的分子所占的比例大，图Ⅲ腰最粗，速率大的分子比例最大，温度最高；图Ⅰ虽有更大速率分子，但所占比例最小，温度最低。

故选B。

11．C

【详解】

AB．质量相同，两种气体的体积相同，则两种气体的密度相同，故AB错误；

CD．分子数

由于氢分子的摩尔质量较小，则其分子数较多，相同温度下，氢气的压强更大，故C正确，D错误。

故选C。

12．B

【详解】

根据气体做等容变化有

则压强减为原来的一半时，热力学温度也减为原来的一半，则有

所以B正确；ACD错误；

故选B。

13．BCD

【详解】

ABC．由题图可知一定质量的气体a、b两个状态的压强相等，而a状态温度低，分子平均动能小，平均每个分子对器壁的撞击力小，而压强不变，则相同时间内撞在单位面积上的分子数a状态一定较多，故A错误，BC正确；

D．一定质量的气体，分子总数不变，有

Vb>Va

可知单位体积的分子数a状态较多，故D正确；

故选BCD。

14．ACD

【详解】

随着分子间距离增大，分子间的引力和斥力都减小，A正确；布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，是液体分子热运动的体现，B错误；分子a只在分子力作用下从远处由静止开始靠近固定不动的分子b，当a受到的分子力为零时，加速度为零，再接近表现为斥力，故此时动能最大，C正确；根据气体的压强的微观意义可知，气体的压强是由大量的气体分子对容器壁的碰撞引起的，故D正确；破碎的玻璃不能把它们拼接在一起是因为其分子间距离较大，分子间不存在作用力，并不是存在斥力作用的，故E错误．

15．AC

【详解】

根据理想气体状态方程可得

可得到

图象中的斜率大小反映大小关系，如果与成正比，说明体积保持不变，所以，由题图可知、两状态的压强相等，由

可知；

根据热力学第一定律

过程为等容变化，体积不变，对外不做功，外界对气体也不做功，，，但温度升高内能增加，一定要吸热，即：；

而过程为等压变化，温度升高、内能增大，体积增大对外做功，外界对气体做功，可得出气体一定吸热，即：；

再由、 两个状态比较，温度相同、即内能相等，体积，由状态到状态体积增大，气体对外界做功，外界气体做负功，由热力学第一定律可知此过程一定要吸热，即：。

综上所述，AC正确，BD错误。

故选AC。

16．     不能     见解析

【详解】

不能。

以p为纵坐标、V为横坐标，作出图是一条曲线，但曲线未必表示反比关系，所以应作出图像，看其是否为过原点的倾斜直线，才能最终确定p与V是否成反比。

17．     30     1.1

【详解】

用热力学温标表示，温度升高了

根据查理定理可知

即气体的压强变为初始压强的1.1倍。

18．9∶11

【详解】

初始状态压强为p1，则

解得

倒转后

解得

由玻意耳定律可知

解得

19．     虚线     相等

【详解】

由气体分子速率分布的特点可知当温度升高时，气体分子的平均速率增大，速率较大的分子数所占比例增大，而速率较小的分子数所占比例变小，可以判断实线表示温度较低的状态，虚线表示温度较高的状态。同样的气体封闭在容积不变的容器中，气体分子数密度不变，温度升高时气体的热运动加剧，气体分子与器壁的平均撞击力变大，故压强变大，所以虚线表示的状态气体的压强较大，把各种速率的分子所占比例相加一定等于“1”，故两条线与横轴所围的面积理论上相等。

20．1.65×105Pa

【详解】

根据理想气体状态方程，有

其中

解得

21．(1)；(2)

【详解】

(1)根据玻意耳定律得

解得

(2)根据盖吕萨克定律得

解得

22．（1）；（2）

【详解】

（1）设汽缸内气体的压强为p1，对活塞，由平衡条件得

解得

设初始时水银柱两液面高度差为h，汽缸内气体的压强为

解得，初始时水银柱两液面的高度差为

（2）气体初状态的体积为

温度为

T1＝T0

压强为

气体末状态的体积为

压强

设温度为T2，由理想气体状态方程得

解得

23．(1)2.1×105 Pa (2)915 K

【详解】

（1）设四分之一圆环的容积为V，对上面气体，由题意可知，气体的状态参量：

初状态：V1=2V，p1=P0=1.05×105Pa，

末状态：V1′=V，

气体发生等温变化，由玻意耳定律得：p1V1=p1′V1′，

代入数据得：p1′=2.1×105Pa；

（2）对下部分气体，由题意可知，气体的状态参量：

初状态：V2=2V，T2=T0=305K，p2=P0=1.05×105Pa，

末状态：V2′=3V，p2′=p1′=2.1×105Pa，

由理想气体状态方程得：

代入数据得：T2′=915K；