2022人教版高中物理选择性必修第二册练习题-第2节 气体的等温变化

2022人教版高中物理选择性必修第二册

第二章气体、固体和液体

2气体的等温变化

基础过关练

题组一气体状态参量及压强的计算

1.（2021福建莆田七中高二下期中）关于气体的体积,下列说法正确的是（）

A.气体的体积就是所有气体分子体积的总和

B.气体的体积与气体的质量成正比

C.气体的体积与气体的密度成反比

D,气体的体积等于气体所在容器的容积

2.（2020黑龙江哈尔滨三中高二下月考）（多选）一定质量的气体在等温变化过程

中，下列物理量中将发生变化的是（）

A.分子的平均动能B.单位体积内的分子数

C.气体的压强D.分子总数

3.（2021吉林长春北师大附属学校高二下期中）（多选）如图所示，竖直放置一根上

端开口、下端封闭的细玻璃管，内有两段长均为15cm的水银柱,封闭了长度均

为15cm的4、8两段空气柱，已知大气压强p）=75cmHg,

环境温度保持不变。则尔方两段空气柱的压强为（）

A.pA=60cmHg

B.pA=90cmHg

C.ps=105cmHg

D.白尸120cmHg

4.（2020黑龙江哈尔滨三十二中高二下期末）如图所示为内壁光滑的导热汽缸,一

质量为炉2kg、横截面积5=40cm'的活塞封闭一定质量的气体，开始时汽缸如

图甲放置,之后将其竖直放置（如图乙），大气压强A=1X105Pa,重力加速度g取

10m/s；求：

⑴如甲图放置时,汽缸内气体的压强为多少?

⑵如乙图放置时,汽缸内气体的压强为多少？

图甲图乙

题组二探究气体等温变化的规律

5.（多选）关于“探究气体等温变化的规律”实验,下列说法正确的是（）

A.实验过程中应保持被封闭气体的质量和温度不发生变化

B.实验中为找到体积与压强的关系,一定要测量空气柱的横截面积

C.为了减小实验误差,可以在柱塞上涂润滑油，不仅减小摩擦还可以防止漏气

D.处理数据时采用图像,是因为右号图像比丁〃图像更直观

6.（2021山东青岛高二下期中，节选）某实验

空气柱

橡胶套

小组用如图所示装置探究气体做等温变化的规律。已知压力表通过细管与注射

器内的空气柱相连，细管隐藏在柱塞内部未在图中标明。

⑴从压力表中读取空气柱的,从注射器旁的中读取空气柱的

长度。

（2）为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主要措施

是0

（3）实验过程中，下列操作正确的是o

A.推拉柱塞时,动作要快，以免气体进入或漏出

B.推拉柱塞时,手不可以握住整个注射器

C.柱塞移至某位置时,应迅速记录此时注射器内空气柱的长度和压力表的压强值

题组三玻意耳定律的理解及应用

7.（2020山东济南外国语学校高二下测试）一定质量的气体,压强为3atm,保持

温度不变，当压强减小2atm时,体积变化了4L,则该气体原来的体积为

（）

A.？4LB.2LC.8；LD.3L

33

8.

（2021辽宁沈阳高二下期中）（多选）如图所示,两端开口的均匀玻璃管竖直插入水

银槽中，管中有一段高为A的水银柱封闭一定质量的气体，这时管下端开口处内、

外水银面高度差为力力若保持环境温度不变，当外界压强增大时,下列分析正确的

是（）

A.力变长B.力2不变

C.水银柱上升D.水银柱下降

9.（2021江苏常州华罗庚中学高三月考）如图所示是某排水管道的侧面剖视图。

井盖上的泄水孔因故堵塞,井盖与管口间密封良好但不粘连。暴雨期间，水位迅

速上涨，该井盖可能会不断跳跃。设井盖质量为炉20.0kg,圆柱形竖直井内水面

面积为长0.300m2,图示时刻水面与井盖之间的距离为F2.00m,井内密封有压

强刚好等于大气压强A=l.01XIO,Pa、温度为7^300K的空气,重力加速度g取

2

10m/so密闭空气的温度始终不变。求（结果均保留三位有效数字）：

⑴密闭空气的压强为多大时井盖刚好被顶起。

（2）从图示位置起，水面上涨多少后井盖会第一次被顶起。

排水管道三

区逐燃逐遨修裳熊熊逐逐逐逐逐绫冽

10.（2021湖北石首一中高二下测试）如图所示，在一根一端封闭且粗细均匀的长

玻璃管中，用长为/F10cm的水银柱将一部分空气密封，当管开口向上竖直放置

时,管内空气柱的长度Z.=o,3m;若温度保持不变,玻璃管开口向下放置,水银没

有流出玻璃管。待水银柱稳定后，空气柱的长度。为多少？（大气压强R=76cmHg,

结果保留2位有效数字）

h

II

题组四气体等温变化的图像

11.（2021河北石家庄二中高二下测试）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1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）。下列图

像中能体现筒内气体状态变化过程的是（）

12.（2020湖北黄冈高二下期末）为了直观地描述一定质量气体在等温变化时压强

夕与体积/的关系，通常建立厂，坐标系来研究。该气体在小E温度下的等温

线（为双曲线的一支）如图所示,则它的b"图像应为（深度解析）

0

13.（2021吉林长春北师大附属学校高二下期中）（多选）如图所示,AAfB-C表

示一定质量的某种气体状态变化的一个过程,气体处于A状态和夕状态时,气体

温度分别为着和①,则下列说法正确的是（）

A.AA是一个等温过程

B.力一方是一个等温过程

C./与方的各状态参量均相同

D.SC体积增大,压强减小,温度不变

能力提升练

题组一气体压强的计算

1.（2021江西南昌高安中学高二下测试,*,）有一段12cm长水银柱，在均匀玻璃

管中封住一定质量的气体。若管口向上将玻璃管放置在一个倾角为30°的光滑

斜面上（如图所示），在下滑过程中被封闭气体的压强为（设大气压强为所76

cmHg)(

30°

A.76cmHgB.82cmHg

C.88cmHgD.70cmHg

2.（2020安徽太和中学高二下期末,*，）如图所示,一定质量的空气被活塞封闭在

竖直放置的导热汽缸内，活塞的质量不可忽略,下列可使被封闭气体压强变大的

是（）

A.环境温度升高B.汽缸向上加速运动

C.汽缸自由下落D.将汽缸开口向下放置

题组二探究气体等温变化的规律

3.（2021山东新泰一中高二下期中，界）用图甲所示装置探究气体等温变化的规

律。

（1）关于该实验，下列说法正确的有

A.该实验用控制变量法研究气体的变化规律

B,应快速推拉柱塞

C.为方便推拉柱塞,应用手握注射器再推拉柱塞

D.注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可,可以不标注单位

⑵测得多组空气柱的压强P和体积厂的数据后,为直观反映压强与体积之间的

关系，以夕为纵坐标，以;为横坐标在坐标系中描点作图。小明所在的小组压缩气

体时漏气,则用上述方法作出的图线应为图乙中的(选填“①”或

“②”)。

⑶为更准确地测出气体的压强,小华用压强传感器和注射器相连,得到某次实验

的右，图如图丙所示，究其原因，气体由状态A变化到状态方的过程中温度发生

了怎样的变化:o

A.一直下降B.先上升后下降

C.先下降后上升D.一直上升

4.(2020上海青浦中学高三上期末,")在“用DIS研究温度不变时，一定质量的

气体压强与体积的关系”实验中：

⑴图中4是传感器。

(2)实验过程中，手不能接触注射器有封闭气体部分,这样做的目的

是:O

(3)某同学在做实验时,按实验要求组装好实验装置,然后缓慢推动活塞,使注射

器内空气从初始体积20.0mL减为12.0mL„实验共测五次，每次体积值直接从

注射器的刻度读出并输入计算机，同时测得对应体积的压强值。实验完成后，计

算机屏幕上显示出如下表所示的实验结果：

序号W1Lp/(X105Pa)pf/(X105Pa•mL)

120.01.001020.020

218.01.095219.714

316.01.231319.701

414.01.403019.642

512.01.635119.621

仔细观察发现,勿"（XlOTa-mL）一栏中的数值越来越小，造成这一现象的可能原

因是。

A.实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力增大了

B.实验时环境温度升高了

C.实验时外界大气压强发生了变化

D.实验时注射器内的空气向外发生了泄漏

（4）由于在实验时,未考虑软管中气体的体积,则实验得到的右厂图线可能为（图

中实线是实验所得图线,虚线为实际曲线）o

题组三玻意耳定律的应用

5.（2021安徽淮南一中高二下期中,"）（多选）如图所示，汽缸内用厚度不计,、质

量为勿的活塞封闭一定质量的气体,活塞横截面积为S,到汽缸底部的距离为L,

活塞与汽缸壁间的摩擦不计,汽缸导热性能良好。现缓慢地在活塞上加一定质量

的细沙,活塞下移?达到稳定,环境温度保持不变,大气压强为R,重力加速度为g,

则（）

A.细沙质量为乂等+血）

B.汽缸内分子的平均动能增大

C.汽缸内气体分子的数密度不变

D.单位时间内撞击到单位面积汽缸壁上的分子数增多

6.(2021山东德州高三一模，城)如图所示，将一厚度不计的金属筒移至水面上方,

使其开口向下轻轻释放，金属筒下沉过程中不歪斜，最终漂浮在水中。已知金属

筒的质量炉25kg,长度£=1.512m,横截面积90.05mz;水的密度o=L0X10：*

kg/m：大气压强R=1.OXIO,Pa。空气和水的温度相同且保持不变，重力加速度

器10m/s\求：

(1)金属筒漂浮在水中时，内外水面的高度差；

(2)金属筒漂浮在水中时,露出水面的长度。

7.(2020江苏南京中华中学高二下段考,")如图所示，粗细均匀的弯曲玻璃管A.

方两端开口，管内有一段水银柱,右管内气体柱长为39cm,中管内水银面与管口A

之间气体柱长为40cm,先将管口少封闭,再将左管竖直插入水银槽中，设整个过

程温度不变,稳定后右管内水银面比中管内水银面高2cm,大气压强访=76cmHg,

求：

⑴稳定后右管内的气体压强夕；

⑵左管A端插入水银槽的深度瓦

A

8.（2020山东济南四中高三上模拟,*）如图所示,一开口向上的汽缸固定在水平

地面上，质量均为勿、横截面积均为S的活塞48将缸内气体分成/、〃两部分。

在活塞A的上方放置一质量为2%的物块,整个装置处于平衡状态，此时I、〃两

部分气体的长度均为7oo已知大气压强与活塞质量的关系为R二詈，气体质量、

温度始终保持不变,不计一切摩擦,汽缸足够高。当把活塞A上面的物块取走时，

活塞A将向上移动，求系统重新达到平衡状态时,A活塞上升的高度。深如析

I"小

答案全解全析

第二章气体、固体和液体

2气体的等温变化

基础过关练

1.D气体的体积就是所有气体分子运动占据的空间的体积的总和,选项A错误；

只有当气体的密度一定时,气体的体积才与气体的质量成正比,选项B错误;只有

当气体的质量一定时,气体的体积才与气体的密度成反比,选项C错误;气体总是

充满整个容器,则气体的体积等于气体所在容器的容积,选项D正确。

2.BC气体在等温变化过程中，温度不变,所以分子的平均动能不变,故A错误；

等温变化过程研究的是一定质量的气体,压强随体积变化的规律,一定质量的气

体,其分子总数一定,单位体积内的分子数改变,故B、C正确,D错误。

3.BC对上面一段水银柱进行分析，有R=m+0g/F75cmHg+15cmHg=90cmHg,故

选项A错误,B正确;对下面的一段水银柱进行分析,有p而p,\+PgF90cmHg+15

cmHg=105cmHg,故选项C正确，D错误。

4.答案（D1X105Pa（2）1.05X105Pa

解析（1）汽缸如甲图放置时,根据活塞受力平衡可知,汽缸内气体的压强等于外

界大气压强，有尸R=1X1（）5Pao

5

（2）汽缸如乙图放置时，根据活塞受力平衡有p^S+mg,可得叶1.05X10Pao

5.ACD本实验探究采用的方法是控制变量法,所以要保持被封闭气体的质量和

温度不变,故A正确；由于注射器是圆柱形的,横截面积不变,所以只需测出空气

柱的长度即可，故B错误;涂润滑油可以防止漏气，使被封闭气体的质量不发生变

化,也可以减小摩擦,故C正确；当,与「成反比时图像是一条过原点的直线,

而图像是曲线,所以“能图像更直观,故D正确。

6.答案（1）压强刻度尺（2）柱塞上涂上润滑油（保证封闭气体质量不变的措

施都可以）（3）B

解析（2）为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是在柱塞上涂

上润滑油防止漏气；

（3）若急速推拉柱塞,则有可能造成等温条件的不满足,所以应缓慢推拉柱塞,故A

错误;手握注射器会造成温度变化,故B正确;应等状态稳定后,记录此时注射器

内空气柱的长度和压力表的压强值，故C错误。

7.B气体初状态的压强0=3atm,体积右匕末状态的压强R=1atm,体积

5件4Lo由玻意耳定律得0匕=~七，即3atmX昨1atmX（舛4L）,解得上2L,

故B正确。

8.BD以管中高片的水银柱为研究对象,可得管内封闭气体的压强为下府Pgh\,

取管下端开口处液片为研究对象,有上斑+Pghe,则力尸色打不变,则力不变,故A

错误,B正确；当外界压强增大时,管内封闭气体的压强p增大,根据玻意耳定律

,上。可知气体的体积减小，则水银柱下降，故C错误,D正确。

9.答案(1)1.02X105Pa(2)1.96cm

解析(1)井盖刚好被顶起时一，有夕&RS+侬

解得尸1.02X105Pa

⑵设水面上涨x时,井盖第一次被顶起,根据玻意耳定律有：

p{h~x)S=po/iS

解得A=1.96cm

10.答案0.39m

解析设玻璃管的横截面积为S,以管内封闭的气体为研究对象，

当玻璃管开口向上时,管内气体的压强pia+Pgh,气体体积V^US

当玻璃管开口向下时,管内气体的压强A=A-Pgh,气体体积归LS

由于温度不变，由玻意耳定律有(R+0g力)£19山-0g力)

解得£2=0.39m

11.C筒内气体发生等温变化，由玻意耳定律可知气体的压强与体积成反比，金

属筒从A下降到少的过程中，气体压强夕变大,体积/变小，故C正确。

12.B根据玻意耳定律pWC,。与温度有关,温度越高，。越大,可知p与M之积越

大表示温度越高,则④刀;根据夕年。可知叶»C故,与/成正比图线的延长

线过原点,且温度越高图线的斜率越大，故B正确。

导师点睛

由不同等温线的分布情况可以判断温度的高低

⑴在图像中，等温线离坐标原点越远，温度越高。

⑵在片;图像中，等温线的斜率越大,温度越高。

13.AD在夕：图像中，AA是过原点直线的一部分,所以人力是一个等温过程，

故选项A对;直线充是过原点的直线,所以直线BC是等温线,因为直线回的斜

率大于直线AD,所以T〉T\,则A到夕温度升高,故选项B、C错是一个等温

过程，由玻意耳定律可知，心曾大,则夕减小，故选项D正确。

能力提升练

1.A对玻璃管和水银柱组成的系统,根据牛顿第二定律可得mg.sin30。二ma,

解得整体的加速度a~g,对水银柱，由牛顿第二定律得PoS+m,gsin300-pS=/n'a,

解得叶故选Ao

2.B设活塞的质量为力,横截面积为S,大气压强为R。开始时,对活塞，由平衡

条件有R*侬=夕6则夕尸R+詈。当环境温度升高时,封闭气体的温度也升高，但

压强不变，故A错误。设汽缸的加速度大小为a,对活塞，由牛顿第二定律有

小异加疾侬，得夕k，即压强增大，故B正确。当汽缸自由下落处于完全

失重状态时,封闭气体的压强等于大气压强,则压强减小,故C错误。汽缸开口向

下时,对活塞，由平衡条件有2m即pS则R=所詈,可知压强减小，故D错误。

3.答案(1)AD⑵②(3)B

解析(1)该实验是研究质量一定的气体在温度不变的情况下,压强跟体积的关

系,采用了控制变量法,故A正确;快速推拉柱塞或用手握住注射器,会导致气体

温度发生变化,不符合实验条件，故B、C错误;注射器旁的刻度尺只要刻度分布

均匀即可,可以不标注单位,故D正确。

⑵一定质量的气体,在温度不变时,图线是一条过原点的直线的一部分;压缩

气体时漏气,气体质量减小，当横坐标§变大时，图线将偏离直线,且图线上的点与

原点连线的斜率是减小的，故选②。

⑶由题图可知,必，所以从〃两状态的温度相同，在同一等温线上。可在

图上作出几条等温线，如图所示。由于离原点越远的等温线温度越高，可知从

状态A到状态6气体温度先升高再降低,故选Bo

4.答案（1）压强（2）保持温度不变（3）D（4）B

解析⑴本实验需要测量气体的体积和压强,体积由注射器的刻度直接读此实

验器材A是压强传感器,可测出压强。

⑵本实验要求温度不变,用手握住注射器有气体的部分,会使气体温度升高,所

以手不能握住注射器。

⑶活塞与注射器筒壁间的摩擦力增大，但是由于是缓慢推动活塞,则气体的温度

是不变的,不影响探究气体的压强跟体积的关系，故A错误;实验时若环境温度升

高,则P与，乘积的值变大，而实验数据P、，的乘积在变小，故B错误；由于使用

了压强传感器,外界大气压强发生变化不影响压强测量,故C错误;实验时,若注

射器内的空气向外发生了泄漏,参与实验的只是原有气体的一部分,所以夕与/

乘积的值变小，故D正确。

⑷若压强测量值正确，体积测量值偏小，则实验得到的曲线（实线）应该在实际曲

线（虚线）的下方，故A、D错误;实际曲线（虚线）为双曲线的一支，由于体积变化

时,软管中气体的体积占总体积的百分比会变化,即注射器中气体质量会变化,所

以实验得到的曲线(实线)不是双曲线,故B正确,C错误。

5.AD在初状态有p^/ng+p.5,在末状态有pSm即m冷即决S,气体发生等温变化，

由玻意耳定律有,IS£=RSX|£,联立解得勿沙苫呼+zn),故