第2章 情境题专项-【新课程能力培养】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步练习（人教版2019）

第二章 气体、 固体和液体 练 1. （多选） 下列情况属于毛细现象的是 （ ） A. 墨水打翻了， 用粉笔可以把墨水吸干 B. 洗头的时候， 头发离开水面时会聚在 一起 C. 植物根部的养分， 能升到植物的上部 D. 自来水笔灌墨水时， 把皮管按几下， 墨 水就被吸到皮管里去了 2. 2021 年 12 月 9 日 15 时 40 分， “太空教 师” 翟志刚、 王亚平、 叶光富在中国空间 站为广大青少年带来了一场精彩的太空科 普课。 在约 60 min 的授课中， 航天员生 动介绍展示了空间站的工作生活场景， 演 示了微重力环境下细胞学实验、 物体运 动、 液体表面张力的神奇现象。 在密闭的 容器内， 放置一定量的液体， 如图甲所 示， 若将此容器置于在轨运行的我国空间 站上， 则容器内液体的分布情况， 应是 （ ） A. 仍然如图甲所示 B. 只能如图乙中 a 所示 C. 可能如图乙中 c 或 d 所示 D. 可能如图乙中 a 或 b 所示 3. 篮球在器材室被打入温度为 7 ℃ 的空气 后， 球内压强为 1.40 atm ， 比赛过程中， 篮球内气体的温度升高为 37 ℃ 。 比赛中， 篮球被刺出一小孔开始漏气， 于是换下置 于馆内， 其稳定后温度为 27 ℃ ， 压强为 p 0 ＝1.00 atm ， 将空气看成理想气体， 认为 整个过程中篮球的容积不变， 取绝对零度 为 －273 K ， 求： （ 1 ） 温度升高至 37 ℃ 时球内气体的压强。 （ 2 ） 篮球漏出空气的质量与比赛前篮球内 空气质量的比值。 情境题专项 第 2 题图 甲 a b c d 乙 33 练 第三册 （人教版）高中物理选择性必修 4. 高原地区气压低， 水的沸点达不到 100 ℃ ， 居民煮饭时就需要用高压锅， 高压锅是利 用水的沸点受气压影响这个物理特性， 利 用它可以将食物加热到 100 ℃ 以上， 省时 高效， 深受消费者欢迎。 （计算结果均保 留三位有效数字） （ 1 ） 小明测得高压锅圆形出气孔的直径为 4 mm ， 压在出气孔上的安全阀的质 量为 80 g ， 当高压锅内气压增大到某 一值时， 锅内气体就能自动顶开安全 阀放气， 安全阀被顶起时处于平衡状 态， 此时高压锅内部气体的压强是多 大？ （已知标准气压 p＝1.0×10 5 Pa ， g 取 10 m/s 2 ） （ 2 ） 如果安全阀被顶起时， 高压锅内气体 温度为 127 ℃ ， 停止加热， 安全阀回 到原位， 当锅内气体温度降至 107 ℃ 时， 高压锅内部气体的压强是多大？ （可近似认为高压锅在这一过程中气 体总量保持不变） 5. 如图所示是某乡村排水管道的侧面剖视 图， 井盖上的泻水孔因故堵塞， 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 m＝60.0 kg ， 圆柱形竖直井内水 面面积为 S＝0.300 m 2 ， 图示时刻水面与井 盖之间的距离为 h＝2.06 m ， 井内密封有压 强刚好等于大气压强 p 0 ＝1.01×10 5 Pa 的空 气 （可视为理想气体）， 温度始终不变， g 取 10 m/s 2 。 （ 1 ） 求密闭空气的压强为多大时井盖刚好 被顶起。 （ 2 ） 求从图示位置起， 水面上涨多高后井 盖会被顶起。 （ 3 ） 若井盖第一次被顶起后又迅速落回， 井盖与管口的密封性被破坏， 求井盖 被顶起前后井中空气质量之比。 安全阀（出气孔） 放气孔（易熔片） 锅盖 锅身 待煮的食品 第 4 题图 第 5 题图 井盖 地面 排水管道 水面 34 参考答案与解析 情景题专项 1. AC 【解析 】 墨水打翻了， 用粉笔可以把墨水吸 干， 属于毛细现象， 选项 A 正确； 洗头的时候， 头发离 开水面时头发聚在一起， 是表面张力的作用， 选项 B 错 误； 植物根部的养分， 能升到植物的上部， 是毛细现象， 选项 C 正确； 自来水笔灌墨水时， 把皮管按几下， 墨水 就被吸到皮管里去了， 这是大气压的作用， 选项 D 错误。 2. D 【解析】 容器与液体所受重力均提供容器与液 体做匀速圆周运动的向心力 。 液体仅受表面张力的作 用， 使其自由表面收缩到最小状态， 所以两者的自由表 面都呈球形。 如果液体对于容器是不浸润的， 那么将出 现如图乙中 a 情况； 如果液体对于容器是浸润的， 那么 将出现如图乙中 b 情况。 3. （ 1 ） 1.55 atm （ 2 ） 1 3 【解析】 （ 1 ） 球内空气 经历等容变化， 由查理定律得 p 1 T 1 ＝ p 2 T 2 ， 其中 T 1 ＝7 ℃＝ 280 K ， T 2 ＝37 ℃＝310 K ， 解得 p 2 ＝ 310 280 ×1.4 atm＝1.55 atm 。 （ 2 ） 以比赛前篮球内空气为研究对象， 由理想气体 状态方程 p 1 V 1 T 1 ＝ p 0 V 3 T 3 ， 其中 T 3 ＝27 ℃＝300 K ， 解得 V 3 ＝ p 1 T 3 p 0 T 1 V 1 ＝ 1.4×300 1.0×280 V 1 ＝1.5V 1 ， 设漏掉空气的 体积为 ΔV ， ΔV＝V 3 －V 1 ＝0.5V 1 ， 由于在相同温度和相同 压强下， 质量之比等于体积之比 Δm m ＝ ΔV V 3 ＝ 1 3 。 4. （ 1 ） 1.64×10 5 Pa （ 2 ） 1.56×10 5 Pa 【解析】 （ 1 ） 安全阀的重力 G＝mg＝0.8 N ， 气孔的 面积 S＝πr 2 ≈1.26×10 -5 m 2 ， 安全阀对气孔处气体产生的 压强 p′＝ G S ≈6.35×10 4 Pa ， 此时气体压强 p 1 ＝p＋p′≈ 1.64×10 5 Pa 。 （ 2 ） 由等容变化可得 p 1 T 1 ＝ p 2 T 2 ， 代入数值可得 p 2 ＝ 380 400 p 1 ≈1.56×10 5 Pa 。 5. （ 1 ） 1.03×10 5 Pa （ 2 ） 0.04 m （ 3 ） 103 101 【解析】 （ 1 ） 设密闭空气的压强为 p 时井盖刚好被 顶起， 则对井盖， 由平衡条件可得 pS＝p 0 S＋mg ， 解得 p＝ 1.03×10 5 Pa 。 （ 2 ） 设从题图所示位置起， 水面上涨 x 后井盖会被顶 起， 根据玻意耳定律可得 p 0 hS＝p （ h－x ） S ， 解得 x＝0.04 m 。 （ 3 ） 若井盖被顶起前封闭空气等温膨胀至压强为 p 0 时的体积为 V′ ， 则根据玻意耳定律可得 pV＝p 0 V′ 。 井盖 被顶起后井中空气的压强变为 p 0 ， 体积为 V ， 所以井盖 被顶起前后井中空气的质量之比为 m m′ = V′ V = p p 0 = 103 101 。 章末测试 1. C 【解析】 摄氏温度与热力学温度之间的关系是 T＝t＋273 K ， 可见 ΔT＝Δt ， 所以升高 5 ℃ 就是升高 5 K ， 降低 5 ℃ 就是降低 5 K ， A 、 B 、 D 错误， C 正确。 2. A 【解析】 由查理定律， 体积不变， 压强增大时， 气体的温度升高， 气体分子的平均动能增大， A 正确； 由玻意耳定律， 温度不变 ， 压强减小时 ， 气体体积增 大， 气体的密集程度减小 ， B 错 ； 由盖 - 吕萨克定律 ， 压强不变， 温度降低时， 体积减小， 气体的密集程度增 大， C 错； 温度升高， 压强、 体积中至少有一个发生改 变， D 错。 3. D 【解析】 表面看， 1 区、 2 区液面不在同一水平 面， 但 1 、 2 区通过管 C 相通， p 1 ＝p 2 ＝p C ， 而 p 1 ＝p 0 ＋ρgh 1 ， h 1 ＝1.5 m ， 而 p 2 ＝p 1 ＝p 0 ＋ρgh ， 则 h＝1.5 m ， D 正确。 4. D 【解析】 以玻璃管内封闭气体为研究对象， 初 状态： p 气 ＝p 0 －ρgh 1 。 吸走槽中的部分水银时， 假设气体 体积不变， h 1 变大， p 气 变小， 由玻意耳定律， 封闭气体 的体积就得变大 ， 压强变小 。 稳定后 ： p 气 ′＝p 0 －ρgh 2 ， p 气 ′<p 气 ， h 2 >h 1 。 把玻璃管作为研究对象， 得 F+p 气 S＝mg+ p 0 S ， p 气 变小， F 变大， D 正确。 5. A 【解析】 由题图可知， a→b 过程， 气体压强减 小而体积增大， 气体的压强与体积倒数成正比， 则压强 与体积成反比， 气体发生的是等温变化， 故 A 正确； 由 理想气体状态方程 pV T ＝C 可知 p＝CT · 1 V ， 由图示可知， 连接 Ob 的直线的斜率小于 Oc 直线的斜率， 所以 b 状态 的温度小于 c 状态的温度， b→c 过程温度升高， 同时压 强增大， 且体积也增大， 故 B 错误； c→d 过程， 气体压 强 p 不变而体积 V 变小， 由理想气体状态方程 pV T ＝C 15