课时测评10 气体实验定律的综合应用-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义配套练习（人教版2019）

课时测评10　气体实验定律的综合应用 (时间：30分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－9题，每题4分，共36分) 1．篮球赛上某同学发现一只篮球气压不足，用气压计测得球内气体压强为1.3 atm，已知篮球内部容积为7.5 L。现用简易打气筒给篮球打气，每次能将0.3 L、1.0 atm的空气打入球内，已知篮球的正常气压范围为1.5～1.6 atm。忽略球内容积与气体温度的变化。为使篮球内气压回到正常范围，应打气的次数范围是(　　 ) A．5～7次　　　　　　 B．5～8次 C．7～12次 D．12～15次 答案：A 解析：球内原有气体压强为p1＝1.3 atm时，其体积为V＝7.5 L，设需打气n次球内气压回到正常范围，球内正常气压为p2，每次打入的空气为ΔV。由玻意耳定律有p2V＝p1V＋np0ΔV，解得n＝＝，当p2＝1.5 atm时，解得n＝5，当p2＝1.6 atm时，解得n＝7.5，所以需打气的次数范围是5～7次，故A正确。 2．(多选)如图所示，四个两端封闭、粗细均匀的玻璃管内空气柱被一段水银柱隔开，按图中标明的条件，当玻璃管水平放置时，水银柱处于静止状态。如果管内两端的空气柱都升高相同的温度，则水银柱向左移动的是(　　 ) 答案：CD 解析：假设升高相同温度后，水银柱不动，则压强要增加，由查理定律得＝，即Δp＝·ΔT，而各管两端初始压强p相同，所以Δp∝，即T越高，Δp越小，即可以确定水银柱应向温度高的方向移动，故C、D正确。 3．(多选)(2024·安徽合肥市高二统考)下列对一定质量的理想气体状态发生变化时所遵循的规律描述正确的是(　　) A．在图甲中，气体由a到b的过程，气体的压强增大 B．在图乙中，气体由a到b的过程，分子的数密度可能保持不变 C．在图丙中，气体由a到b的过程中，气体分子的平均动能保持不变 D．在图丁中，气体由a到b的过程中，气体的压强保持不变 答案：AC 解析：在题图甲中，气体由a到b的过程是等容升温过程，根据查理定律可知气体的压强增大，故A正确；在题图乙中，气体由a到b的过程，体积变小，分子数密度增大，故B错误；在题图丙中，气体由a到b的过程中，做等温变化，气体分子的平均动能保持不变，故C正确；在题图丁中，因为横坐标是摄氏温度，气体由a到b的过程中，不是等压变化，故D错误。故选AC。 4.一横截面积为S的气缸水平放置，固定不动，气缸壁导热良好。两个活塞A和B将气缸分隔为1、2两气室，达到平衡时1、2两气室体积之比为5∶4，如图所示，在室温不变的条件下，缓慢推动活塞A，使之向右移动一段距离d，不计活塞与气缸壁之间的摩擦，气缸密闭不漏气，则活塞B向右移动的距离为(　　) A．d B．d C．d D．d 答案：D 解析：以活塞B为研究对象，初状态p1S＝p2S，气室1、2的体积分别为V1、V2，末状态p1′S＝p2′S，设在活塞A向右移动距离d的过程中活塞B向右移动的距离为x，因温度不变，分别对气室1和气室2的气体运用玻意耳定律得p1V1＝p1′(V1＋xS－dS)，p2V2＝p2′(V2－xS)，联立并代入数据解得x＝d，故A、B、C错误，D正确。 5．一只两用活塞打气筒的原理图如图所示(打气时如图甲所示，抽气时如图乙所示)，其筒内体积为V0。现将它与另一只容积为V的容器相连接，开始时容器内的空气压强为p0，已知气筒和容器导热性能良好。当分别作为打气筒和抽气筒时，活塞工作n次后，在上述两种情况下，容器内的气体压强分别为(容器内气体温度不变，每次打气时打气筒内气体在打入容器前压强为p0)(　　 ) A．np0，p0 B．p0，p0 C．p0，np0 D．p0，np0 答案：D 解析：打气时，活塞工作n次，就是把压强为p0、体积为nV0的气体压入容器内，容器内原来有压强为p0、体积为V的气体，根据玻意耳定律得p0(V＋nV0)＝p′V，解得p′＝p0＝p0；抽气时，活塞每拉动一次，就把容器中气体的体积从V膨胀为V＋V0，而容器中气体的压强就要减小，活塞推动时，将抽气筒中的体积为V0的气体排出，而再次拉动活塞时，又将容器中剩余气体的体积从V膨胀到V＋V0，容器内的压强继续减小，根据玻意耳定律得，第一次抽气p0V＝p1(V＋V0)，则p1＝p0，第二次抽气p1V＝p2(V＋V0)，则p2＝p1＝2p0，活塞工作n次，则有pn＝np0，故D正确。 6.一定质量的理想气体经历一系列状态变化，其p -图线如图所示，变化顺序由a→b→c→d→a，图中ab线段延长线过坐标原点，cd线段与p轴垂直，da线段与轴垂直。下列说法正确的是(　　) A．a→b，压强减小、温度不变、体积增大 B．b→c，压强增大、温度降低、体积减小 C．c→d，压强不变、温度升高、体积减小 D．d→a，压强减小、温度升高、体积不变 答案：A 解析：由题图可知，a→b，温度不变，体积增大，压强减小，A正确；b→c，温度升高，压强增大，体积增大，B错误；c→d，压强不变，温度降低，体积减小，C错误；d→a，压强减小，温度降低，体积不变，D错误。 7.如图所示，一端封闭的粗细均匀的玻璃管，开口向上竖直放置，管中有两段水银柱封闭了两段空气柱，开始时V1＝2V2，现将玻璃管缓慢地均匀加热，则下列说法正确的是(　　) A．加热过程中，始终保持V1′＝2V2′ B．加热后V1′>2V2′ C．加热后V1′<2V2′ D．条件不足，无法确定 答案：A 解析：设大气压为p0，由题图可知，封闭气体的压强p1＝p0＋ρgh1，p2＝p0＋ρgh1＋ρgh2，对气体加热过程气体压强不变，气体发生等压变化，由盖-吕萨克定律得＝，则ΔV＝V，由于均匀加热，所以温度变化相等，所以ΔV1＝2ΔV2，又因为V1＝2V2，所以V1′＝2V2′，故A正确。 8．现有一个容积为400 L的医用氧气罐，内部气体可视为理想气体，压强为15 MPa，为了使用方便，用一批相同规格的小型氧气瓶(瓶内视为真空)进行分装，发现恰好能装满40个小氧气瓶，分装完成后原医用氧气罐及每个小氧气瓶内气体的压强均为3 MPa，不考虑分装过程中温度的变化，则每个小氧气瓶的容积为(　　) A．20 L B．40 L C．50 L D．60 L 答案：B 解析：设每个小氧气瓶的容积为V0，以医用氧气罐中所有氧气为研究对象，初态p1＝15 MPa，V1＝400 L；末态p2＝3 MPa，V2＝40V0＋V1，因为不考虑温度变化，由玻意耳定律有p1V1＝p2V2，代入数据解得V0＝40 L，B正确。 9．如图是医务人员为患者输液的示意图，在输液的过程中，下列说法正确的是(　　) A．A瓶和B瓶中的药液一起用完 B．B瓶中的药液先用完 C．随着液面下降，A瓶内C处气体压强逐渐增大 D．随着液面下降，A瓶内C处气体压强保持不变 答案：C 解析：药液从B瓶中流下时，封闭气体体积增大，温度不变，根据玻意耳定律可知气体压强减小，A瓶中空气将A瓶中药液压入B瓶，补充B瓶流失的药液，即B瓶药液液面保持不变，直到A瓶中药液全部流入B瓶，即A瓶药液先用完，A、B错误；A瓶瓶口处压强和大气压强相等，但A瓶中药液液面下降，由液体产生的压强减小，因此A瓶内C处气体产生的压强逐渐增大，C正确，D错误。 10．(8分)(2024·山东济宁市高二统考)2023年5月30日，神舟十六号载人飞船被成功送入太空。当航天员准备从气闸舱进入太空时，首先要关闭工作舱舱门，将气闸舱中气体缓慢抽出，当气闸舱内压强减小到2 000 Pa时，打开气闸舱门，从气闸舱到舱外活动。已知工作舱和气闸舱中气体的初始压强均为1.0×105 Pa，工作舱体积为50 m3，气闸舱体积为10 m3，舱内温度保持不变。 (1)打开气闸舱门前，求气闸舱中抽出的气体与原有气体的质量之比； (2)假设打开气闸舱门前，从气闸舱中抽出的气体都排入工作舱，求排入气体后，工作舱中的压强(结果保留2位有效数字)。 答案：(1)　(2)1.2×105 Pa 解析：(1)设气闸舱中气体压强从p1＝1.0×105 Pa减小到p2＝2 000 Pa时，体积从V1＝10 m3增大为V2，根据玻意耳定律可得p1V1＝p2V2 解得V2＝＝500 m3 则气闸舱中抽出的气体与原有气体的质量之比为＝＝＝。 (2)从气闸舱中抽出的气体都排入工作舱，设排入气体后，工作舱中的压强为p3，根据玻意耳定律可得p1V工＋p2(V2－V1)＝p3V工 解得p3＝＝ Pa≈1.2×105 Pa。 11．(8分)(2024·江苏苏州市高二联考)如图所示，按下压水器，能够把一定量的外界空气，经单向进气口压入密闭水桶内。开始时桶内气体的体积V0＝8.0 L，出水管竖直部分内外液面相平、出水口与大气相通且与桶内水面的高度差h1＝0.20 m。出水管内水的体积忽略不计，水桶的横截面积S＝0.08 m2。现压入空气，缓慢流出了V1＝2.0 L的水。(已知水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，外界大气压强p0＝1.0×105 Pa，取重力加速度大小g＝10 m/s2，设整个过程中气体可视为理想气体，温度保持不变。)求： (1)此时桶内气体的压强大小？ (2)压入的空气在外界时的体积ΔV为多少？ 答案：(1)1.022 5×105 Pa　(2)2.225 L 解析：(1)初始时，桶内气体的压强与外界相等p1＝p0 缓慢流出了V1＝2.0 L水后，桶内液面下降了h＝＝ m＝0.025 m 此时管口与桶内液面高度差为H＝h＋h1＝0.225 m 此时，桶内气体的压强为p2＝p0＋ρgH＝1.0×105 Pa＋1.0×103×10×0.225 Pa＝1.022 5×105 Pa。 (2)以最终在桶中的气体为研究对象，由玻意耳定律得p0(V0＋ΔV)＝p2(V0＋V1) 解得ΔV＝2.225 L。 12．(8分)(2024·山东青岛市高二统考)如图(a)所示，导热良好的封闭气缸内盛有一定深度的水银，细、薄玻璃管开口朝下竖直漂浮在水银中。平衡时，玻璃管内气柱总长度l0＝20 cm，露出水银面的高度h0＝4 cm，气缸内水银面上方气体压强为p0＝76 cmHg。现利用充气泵给上层气体缓慢充气，使玻璃管上端(管底)恰好与水银面相平。整个过程中各部分气体温度保持不变，不考虑水银的蒸发。求： (1)玻璃管上端恰好与水银面相平时，玻璃管内气体的压强； (2)充气过程中充入气缸内气体的质量与原气缸内气体的质量之比η； (3)系统稳定性是指系统要素在外界影响下表现出的某种稳定状态。系统受到某种干扰而偏离原来状态时，能经过自身调整恢复原状态，则系统是稳定的；相反，如果不能恢复到原状态，甚至偏离越来越大，则系统是不稳定的。请简要说明当气缸内的压强发生微小变化时，图(b)中处于悬浮状态的细玻璃管是否是稳定状态。 答案：(1)115 cmHg　(2)　(3)否，理由见解析 解析：(1)设玻璃管内气体压强为p管，气缸内气体压强为p缸，玻璃管的横截面积为S。对玻璃管及内部气体受力分析得p管S＝p缸S＋mg 由内、外液面高度差为H得p管＝p缸＋pH 由以上两式得pH＝ 由此判断玻璃管在向下移动过程中管内液面不变。当玻璃管刚好没入水中时管内气柱长度为 l＝l0－h0＝16 cm 由玻意耳定律得p1V1＝p2V2 其中p1＝p0＋pl，V1＝l0S，V2＝lS 解得p2＝115 cmHg。 (2)由(1)得充气后气缸内压强p′＝p2－pl＝99 cmHg 设充入的气体压强为p0，体积为ΔV，初始气体体积为V0，则由等温变化得p0V0＋p0ΔV＝p′V0 代入数据得ΔV＝V0 所以充入的气体质量与原来气体质量之比η＝＝＝。 (3)玻璃管及管内气体悬浮状态受力平衡，有F浮＝mg 即ρgV排＝mg，V排即管内气体的体积 当气缸内压强增大时，玻璃管内的气体压强也随之增大，管内气体体积将减小。由上式知玻璃管及管内气体受力不再平衡，合力向下，玻璃管将向下运动，且越往下运动，管内压强越大，气体体积越小，向下的合力就越大，做加速度变大的加速运动，不会回到原位置。当气缸内压强减小时，玻璃管加速向上，直至露出水面。所以处于悬浮状态的玻璃管是不稳定的。 学生用书第55页 学科网（北京）股份有限公司 $$