2.3 气体的等压变化和等容变化 同步练习-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

2.3 气体的等压变化和等容变化 一、单选题 1．如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始，经历两个过程，先后到达状态B和C。有关A、B和C三个状态温度TA、TB和TC的关系，正确的是（　　） A．TA＝TB，从状态A到状态B的过程中，气体的内能不变 B．TA＞TB，从状态A到状态B的过程中，气体的内能减少 C．TB＜TC，从状态B到状态C的过程中，气体的内能增加 D．TB＞TC，从状态B到状态C的过程中，气体的内能减少 2．如图所示为一定质量理想气体的体积V与温度T的关系图象，它由状态A经等温过程到状态B，再经等容过程到状态C，设A、B、C状态对应的压强分别为pA、pB、pC，则下列关系式中正确的是（　　） A．pA＜pB，pB＜pC B．pA＞pB，pB＝pC C．pA＞pB，pB＜pC D．pA＝pB，pB＞pC 3．一定质量的理想气体的体积V随热力学温度T变化的情况如图所示。气体先后经历状态A、B和C，下列说法正确的是（    ） A．从状态A到状态B，气体压强保持不变 B．从状态B到状态C，气体压强变小 C．从状态A到状态B，气体内能保持不变 D．从状态A到状态B，单位时间内撞击气缸单位面积的分子数变大 4．某一密闭气体，分别以两个不同的体积做等容变化，这两个等容过程对应的图像如图中的①、②所示。则相对应的图像或图像可能是（　　） A． B． C． D． 5．一定质量的理想气体经过一系列过程，如图所示。下列说法中正确的是（　　） A．a→b过程中，气体体积增大，压强减小 B．b→c过程中，气体压强不变，体积增大 C．c→a过程中，气体压强增大，体积变小 D．c→a过程中，气体内能增大，体积变小 6．下列反映一定质量理想气体状态变化的图象中，能正确反映物理规律的是（　　） A．图（a）反映了气体的等容变化规律 B．图（b）反映了气体的等容变化规律 C．图（c）反映了气体的等压变化规律 D．图（d）反映了气体的等温变化规律 二、填空题 7．如图为一定质量理想气体的压强p与体积V关系图像，它由状态A经等容过程到状态B，再经等压过程到状态C．设A、B、C状态对应的温度分别为TA、TB、TC，则TA TB，TB TC（均选填“＞”“＜”或“＝”）。 三、解答题 8．一定质量的理想气体，从状态A经过状态B变化到状态C，如图所示，图中BC是平行于横轴的直线，已知气体在状态A时的体积为VA=0.2m3。 （1）从状态A到状态B，气体的内能如何变化？ （2）求气体在状态B时的压强pB； （3）求气体在状态C时的体积VC。 9．2023年10月7日，一辆气罐车在服务区突然漏气造成火灾。现有一辆气罐车能承受的最大压强是33p0，某次在温度为时气罐车内部气体的压强为21p0，已知气罐车的总体积为V，p0为大气压强，且T=273+t，求： （1）该辆气罐车能够承受的最大温度； （2）用该气罐车给体积为0.01V的气瓶充气，充好气后气瓶的压强为10p0，充气过程温度不变，能充多少瓶气。 10．轮胎状况监测系统能够监测车辆在启动后的实时胎内气体压强和气体温度，保证行车安全。某驾驶员启动车辆后，通过仪表观察到胎内气体压强为2.4atm，气体温度为。在行驶过程中，可认为轮胎内气体体积保持不变，气体可看做理想气体。 （1）在行驶过程中，胎内气体温度缓慢升高，当达到时，求胎内气体压强； （2）在行驶过程中，车胎扎到钉子，导致车胎缓慢漏气，当仪表显示胎内气体压强仍为2.4atm，气体温度为时，求漏出的气体质量占原有气体质量的比值。 11．氧气瓶是医院、家庭护理、个人保健及各种缺氧环境补充用氧较理想的供氧设备。如图所示，现有一氧气瓶，在温度为17℃的室内气压计显示瓶内氧气的压强为；当氧气瓶被搬到温度为的室外时，瓶内氧气的压强变为。已知热力学温度与摄氏温度的关系。 （1）若氧气瓶不漏气，求的值； （2）若，则泄漏的气体与泄漏前气体质量之比。    12．如图所示，一根一端封闭粗细均匀细玻璃管AB开口向上竖直放置，管内用高的水银柱封闭了一段长的空气柱。已知外界大气压强为，封闭气体的温度为℃，g取，则： （1）若玻璃管AB长度为，现对封闭气体缓慢加热，则温度升高到多少摄氏度时，水银刚好不溢出？ （2）若玻璃管AB足够长，缓慢转动玻璃管至管口向下后竖直固定，同时使封闭气体的温度缓慢降到℃，求此时试管内空气柱的长度。 13．某校物理兴趣小组利用压力传感器设计了一个温度报警装置，其原理示意图如图所示，导热良好的圆柱形容器竖直放置，用横截面积为S的活塞密封一定质量的理想气体，不计活塞质量和厚度，容器内壁光滑。初始时气体的温度T0=300K，活塞与容器底的距离h0=45cm，活塞上方d=3cm处有一压力传感器制成的卡口，压力传感器连接报警器。随着环境温度缓慢升高，当容器内气体的温度达到T=400K时刚好触发报警器工作。已知大气压强恒为p0，求： （1）活塞刚接触卡口时容器内气体的温度T1； （2）报辔器刚好被触发工作时容器内气体的压强p； （3）报警器刚好被触发工作时压力传感器受到压力的大小FN。    14．某同学制作了一个简易的环境温度监控器，如图所示，汽缸导热，缸内温度与环境温度可以认为相等，达到监控的效果。汽缸内有一质量不计、横截面积S=10cm2的活塞封闭着一定质量理想气体，活塞上方用轻绳悬挂着矩形重物。当缸内温度为T1=300K时，活塞与缸底相距H=3cm，与重物相距h=2cm。环境空气压强p01.0105Pa，重力加速度大小g=10m/s2，不计活塞厚度及活塞与缸壁间的摩擦。 （1）当活塞刚好接触重物时，求缸内气体的温度T2； （2）若重物质量为m=2kg，当轻绳拉力刚好为零，警报器开始报警，求此时缸内气体温度T3。    15．某实验小组受酒店烟雾报警器原理启发，设计了如图所示的温度报警装置，在竖直放置的圆柱形容器内用面积、质量的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动，整个装置倒贴在水平天花板上，开始时房间的热力学温度，活塞与容器顶部的距离，在活塞下方处有一压力传感器制成的卡口，环境温度缓慢升高时容器内气体温度也随之升高，当传感器受到的压力大于5N时，就会启动报警装置。已知大气压强恒为，取重力加速度大小，求： （1）封闭气体开始的压强p； （2）触发报警装置的热力学温度T。 2 2 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 1．D 2．A 3．A 4．D 5．A 6．B 7． ＞ ＜ 8．（1）T升高，内能增大；（2）1.3×105Pa；（3）0.25m3 【详解】（1）理想气体不计分子势能，其内能大小由分子平均动能决定，温度是分子平均动能标志，从状态A到状态B，温度增加，则气体内能增加； （2）A→B气体做等容变化，根据气体状态方程得 ， 则 （3）B→C气体做等压变化，根据气体状态方程得 ， 则 9．（1）；（2）110 【详解】（1）由查理定律得 ， 其中，， ， 联立解得 根据 ， 可得该辆气罐车能够承受的最大温度为 （2）设充气过程温度不变，能充n瓶气，由玻意耳定律可知 其中， ，联立解得 10．（1）；（2） 【详解】（1）根据等容变化的规律有，其中，代入数据得 （2）先不考虑轮胎的体积，当气体温度上升至时，根据等压变化的规律有，其中，代入数据得 ， 则漏出气体质量与原有气体质量比值满足 ， 代入数据解得 11．（1）；（2） 【详解】（1）根据查理定律得 ， 代入数据可得 （2）假设氧气瓶体积可变，根据理想气体状态方程得 ， 代入数据解得 设在室外氧气瓶内氧气密度为，则泄漏的氧气与泄漏前氧气质量之比为 12．（1）67℃；（2）75cm 【详解】（1）若对封闭气体缓慢加热，直到水银刚好不溢出，封闭气体发生等压变化，设玻璃管的横截面积为S，则初状态 ， ， 末状态 封闭气体发生等压变化，则 ， 解得 ， 此时的温度为 （2）初始时刻，气体的压强为 ， 玻璃管倒过来后的压强为 且 ， 由理想气体状态方程得 ， 解得 13．（1）；（2）；（3） 【详解】（1）初始时封闭气体的体积为 ， 活塞刚接触卡口时，气体的体积为 根据等压变化规律有 ， 解得 （2）封闭气体从活塞接触卡口到报警器刚好被触发的过程中做等容变化，根据等容变化规律有： 解得 （3）对活塞受力分析，根据受力平衡有 ， 解得 14．（1）500K；（2）600K 【详解】（1）从开始到活塞刚接触重物，气体为等压变化过程，则 ， 解得 （2）从刚接触重物到绳子拉力刚好为零，有 ， ， 解得 15．（1）；（2）400K 【详解】（1）设气体的初始压强为，对活塞受力分析，由平衡条件有得 （2）设报警时的压强为，对活塞受力分析，由平衡条件有得 由理想气体状态方程得得 2 2 学科网（北京）股份有限公司 $$