高中物理高考 第2讲　固体、液体与气体 作业

第2讲　固体、液体与气体

 　　时间：60分钟　 　　满分：100分

一、选择题(本题共5小题，每小题8分，共40分。其中1～3题为单选，4～5题为多选)

1. (2020·北京市西城区模拟)一定质量的理想气体从状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其p­T图像如图所示，下列判断正确的是(　　)

A．状态a的体积小于状态b的体积

B．状态b的体积小于状态c的体积

C．状态a分子的平均动能最大

D．状态c分子的平均动能最小

答案　B

解析　根据p＝T可知，a、b在同一条等容线上，即状态a的体积等于状态b的体积，A错误；因b点与原点连线的斜率大于c点与原点连线的斜率，可知状态b的体积小于状态c的体积，B正确；因为a状态的温度最低，b、c两状态的温度最高，可知状态a分子的平均动能最小，状态b、c分子的平均动能最大，C、D错误。

2．(2020·天津市南开中学模拟)民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地被“吸”在皮肤上。其原因是，当火罐内的气体(　　)

A．温度不变时，体积减小，压强增大

B．体积不变时，温度降低，压强减小

C．压强不变时，温度降低，体积减小

D．质量不变时，压强增大，体积减小

答案　B

解析　把罐扣在皮肤上，罐内空气的体积等于火罐的容积，体积不变，气体经过热传递，温度不断降低，气体发生等容变化，由查理定律可知，气体压强减小，火罐内气体压强小于外界大气压，大气压就将火罐紧紧地压在皮肤上，故B正确，A、C、D错误。

3．(2020·北京市东城区校级三模)关于固体、液体，下列说法正确的是(　　)

A．晶体没有确定的熔点，非晶体有确定的熔点

B．液晶既具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学各向异性

C．液体的表面张力使液体表面具有扩张趋势，使液体表面积趋于最大

D．发生毛细现象时，细管中的液体只能上升不会下降

答案　B

解析　晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点，A错误。由液晶的性质知，它既具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学各向异性，B正确。液体的表面张力使液体表面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小，故C错误。毛细管插入液体中，当液体浸润毛细管时，管内液面上升，高于管外；当液体不浸润毛细管时，管内液面下降，低于管外，故D错误。

4．(2020·宁夏银川九中、石嘴山三中、平罗中学三校联考改编)下列说法正确的是(　　)

A．即使水凝结成冰后，水分子的热运动也不会停止

B．将一块晶体敲碎，得到的小颗粒也是晶体

C．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体

D．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变

答案　ABC

解析　水结成冰后，水分子的热运动也不会停止，A正确；将一块晶体敲碎不改变其性质，因此得到的小颗粒还是晶体，B正确；由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体，如石墨和金刚石，C正确；晶体在熔化过程中吸热，温度保持不变，则分子热运动的平均动能不变，吸收的热量使分子势能发生了变化，因此其内能发生了变化，D错误。

5. (2020·山东省泰安市肥城市适应性训练)如图所示，足够长U形管竖直放置，左右两侧分别用水银封有L1、L2两部分气体，则下列陈述中正确的是(　　)

A．只对气柱L1加热，则气柱L1长度变大，气柱L2长度不变

B．只对气柱L2加热，则h不变，气柱L2长度减小

C．若在右管中注入一些水银，气柱L1长度将增大

D．对气柱L1、L2同时加热，则气柱L1、L2长度均增大

答案　AD

解析　只对气柱L1加热，假设其体积不变，由查理定律知其压强增大，所以假设不成立，L1长度将增大，气柱L2压强和温度保持不变，则其长度不变，故A正确；只对L2加热，气柱L2做等压变化，由盖—吕萨克定律知，温度升高，体积增大，故气柱L2长度增大，由于气柱L2的压强不变，则h不变，故B错误；若在右管中注入一些水银，L2压强增大，假设L1的体积不变，因L1的压强与h长度的水银柱产生的压强之和随之增大，则L1的压强增大，根据玻意耳定律得L1长度将减小，故假设不成立，C错误；对气柱L1、L2同时加热，L2压强不变，由盖—吕萨克定律可知L2长度增大，假设L1体积不变，由查理定律可知，L1的压强增大，故假设不成立，L1长度增大、h减小，故D正确。

二、非选择题(本题共6小题，共60分)

6．(2021·八省联考广东卷)(6分)某学生在水瓶中装入半瓶热水，盖紧瓶盖，一段时间后，该同学发现瓶盖变紧。其本质原因是单位时间内瓶盖受到瓶内气体分子的撞击次数________(选填“增加”“减少”或“不变”)，瓶内气体分子平均动能________(选填“增大”“减小”或“不变”)。

答案　减少　减小

解析　由于随着瓶中热水温度降低，瓶内气体温度降低，则瓶内气体分子平均动能减小，分子平均速率减小，则在其他条件不变的情况下，单位时间内瓶盖受到瓶内气体分子的撞击次数减少，从而导致瓶内气体的压强变小，瓶盖变紧。

7. (2021·山东省青岛市高三(上)期末教学质量检测)(9分)物理课堂上，老师带领学生演示了“马德堡半球实验”。老师取两个在碗底各焊接了铁环的不锈钢碗，让两只碗口正对但不接触，点燃一张纸放到碗内，然后迅速把两只碗扣在一起，再在碗的外面浇水，使其冷却到环境温度。在两碗底的铁环上拴上两根绳子，让两组同学朝相反的方向水平拉绳，试图把两个碗拉开，结果当两组同学各增加到5人时，才把碗拉开。已知碗口的直径为20 cm，环境温度为27 ℃，实验过程中碗不变形，也不漏气，每个人平均拉力为F＝200 N，大气压强p0＝1×105 Pa。求：

(1)两只碗刚扣在一起时，碗内空气的温度为多少摄氏度？

(2)两只碗刚扣在一起后，碗内剩余空气质量与碗内最初空气质量的比值。

答案　(1)167 ℃　(2)0.68

解析　(1)设两只碗刚扣在一起时碗内空气的温度为T，碗内空气的压强最后变为p，环境温度为T0＝27 ℃＋273 K＝300 K，对两碗内的密闭气体，

由查理定律有＝

两只碗恰被拉开时，对其中一只碗，

有p0·π2＝p·π2＋5F

解得T≈440 K，则t＝T－273 K＝167 ℃。

(2)设未加热前两碗内空气体积为V0，质量为m0，升温后这部分空气体积为V，碗内剩余空气质量为m，

由盖—吕萨克定律有＝，

又＝

解得≈0.68。

8．(2021·八省联考河北卷) (9分)“天问1号”的发射开启了我国探测火星的征程。设想将图中所示的粗细均匀、导热良好、右端封闭有一定质量理想气体的“U”形管带往火星表面。“U”形管分别在地球和火星表面某时某地竖直放置时的相关参数如表所示。

求：(结果保留2位有效数字)

(1)火星表面高1 m的水银柱产生的压强相当于地球表面多高水柱产生的压强。已知ρ水银＝13.6×103 kg/m3，ρ水＝1.0×103 kg/m3；

(2)火星表面的大气压强p火。

答案　(1)5.2 m　(2)0.57 cmHg

解析　(1)根据液体压强公式p＝ρgh得

ρ水银×0.38g×h0＝ρ水gh

代入数据解得h≈5.2 m。

(2)设气柱横截面积为S，地球表面的大气压强相当于hp地高水银柱产生的压强，火星表面的大气压强相当于hp火高水银柱产生的压强，则封闭气柱在地表时，p1＝ρ水银g(hp地－h地)，V1＝l地S，T1＝300 K

封闭气柱在火星表面时p2＝ρ水银×0.38g×[hp火－h地＋2(l火－l地)]，V2＝l火S，T2＝280 K

根据理想气体状态方程＝

联立解得hp火＝1.5 cm

即火星表面的大气压强

p火＝ρ水银×0.38ghp火＝0.57 cmHg。

9．(2020·湖南省永州市培优信息卷)(12分)如图所示，将横截面积S＝100 cm2、容积为V＝5 L、开口向上的导热良好的汽缸，置于t1＝－13 ℃的环境中。用厚度不计的轻质活塞将体积为V1＝4 L的理想气体封闭在汽缸中，汽缸底部有一个单向阀门N。外界大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g＝10 m/s2，不计一切摩擦，取T＝t＋273 K。求：

(1)将活塞用卡销Q锁定，用打气筒通过阀门N给汽缸充气，每次可将体积V0＝100 mL、压强为p0的理想气体全部打入汽缸中，则打气多少次，才能使其内部压强达到1.2p0?

(2)当汽缸内气体压强达到1.2p0时，停止打气，关闭阀门N，将质量为m＝20 kg的物体放在活塞上，然后拔掉卡销Q，则环境温度为多少摄氏度时，活塞恰好不脱离汽缸？

答案　(1)8　(2)52 ℃

解析　(1)由玻意耳定律得p0(V1＋nV0)＝1.2p0V1

其中V1＝4 L，V0＝100 mL，n为打气次数，代入数据解得：n＝8。

(2)初态气体温度为T1＝t1＋273 K＝260 K，最终稳定时，体积为V＝5 L，

内部气体压强为p2＝p0＋＝1.2×105 Pa＝1.2p0

即拔掉卡销后，缸内气体压强不变，由盖—吕萨克定律得：＝，代入数据解得T2＝325 K

则环境温度为t2＝T2－273 K＝52 ℃。

10. (2020·吉林省吉林市高三第三次调研)(12分)如图所示，一带有活塞的汽缸通过底部的水平细管与一个上端封闭的竖直管相连，汽缸和竖直管均导热，汽缸与竖直管的横截面积之比为3∶1。初始时，该装置底部盛有水银，左右两边均封闭有一定质量的理想气体，左边气柱高24 cm，右边气柱高22 cm，两边液面的高度差为4 cm，竖直管内气体压强为76 cmHg；现使活塞缓慢向下移动，使汽缸和竖直管内的水银面高度相差8 cm。活塞与汽缸间摩擦不计。求：

(1)此时竖直管内气体的压强；

(2)此时左边气柱高度为多少？

答案　(1)88 cmHg　(2)20 cm

解析　(1)设右侧竖直管的横截面积为S，则左侧汽缸的横截面积为3S，以右侧竖直管内气体为研究对象，p1＝76 cmHg，V1＝22 cm·S

设左侧液面下降h1，右侧液面升高h2，则有

h1＋h2＝8 cm－4 cm＝4 cm

且h1·3S＝h2S

解得h2＝1 cm，h2＝3 cm

V2＝(22 cm－h2)S＝19 cm·S

气体发生等温变化，根据玻意耳定律得p1V1＝p2V2

解得p2＝88 cmHg。

(2)以左边汽缸内气体为研究对象

p1′＝p1＋ρ水银gΔh＝76 cmHg＋4 cmHg＝80 cmHg

V1′＝24 cm×3S

p2′＝p2＋ρ水银gΔh′＝88 cmHg＋8 cmHg＝96 cmHg

V2′＝x·3S

根据玻意耳定律得p1′V1′＝p2′V2′，解得x＝20 cm。

11．(2020·山西省太原市模拟)(12分)如图，一端封闭的薄玻璃管开口向下，截面积S＝1 cm2，重量不计，内部充满空气，现用竖直向下的力将玻璃管缓慢地压入水中，当玻璃管长度的一半进入水中时，管外、内水面的高度差为Δh＝20 cm。已知水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，大气压强p0相当于高1020 cm的水柱产生的压强，取g＝10 m/s2，求：(不考虑温度变化)

(1)玻璃管的长度l0；

(2)继续缓慢向下压玻璃管使其浸没在水中，当压力F2＝0.32 N时，玻璃管底面到水面的距离h。

答案　(1)41.6 cm　(2)274 cm

解析　(1)设玻璃管长度一半压入水后管内气体的压强为p1，气体长度为l1，则

p1＝p0＋ρ水gΔh，l1＝＋Δh

管内气体发生等温变化，

由玻意耳定律有p0l0S＝p1l1S

代入数据解得l0＝41.6 cm。

(2)设管内气柱的长度为l2，压强为p2，由平衡条件可知玻璃管所受压力F2与所受浮力等大、反向，

则F2＝ρgl2S

解得l2＝32 cm

又p2＝p0＋ρ水g(l2＋h)

由玻意耳定律有p0l0S＝p2l2S

代入数据解得h＝274 cm。