课下巩固训练(6) 气体的等温变化-【正禾一本通】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）

[课下巩固训练(六)]　气体的等温变化 ________________________________________________________________________ (选择题每题5分，非选择题每题10分，建议用时：40分钟)　　　　　　　　　　　　　　 【基础应用题】 1．如图所示，汽缸倒挂在天花板上，用光滑的活塞密封一定量的气体，活塞下悬挂一个沙漏，保持温度不变，在沙缓慢漏出的过程中，气体的(　　 ) A．压强变大，体积变大 B．压强变大，体积变小 C．压强变小，体积变大 D．压强变小，体积变小 解析：选B。设活塞和沙漏的总质量为m，则对活塞分析可知pS＋mg＝p0S，则当m减小时，气体压强p增大，根据玻意耳定律得pV＝C可知，体积V减小，故B正确。 2．如图所示，两端开口的均匀玻璃管竖直插入水银槽中，管中有一段水银柱h1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h2，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．h2变长 B．h2变短 C．h1上升 D．h1下降 解析：选D。密封气体的压强p＝p0＋ρgh2＝p0＋ρgh1，始终有h2＝h1，只要h1不变，则h2不变，故A、B错误；当外界压强增大时，密封气体的压强p增大，由玻意耳定律可知，气体的体积减小，h1下降，故C错误，D正确。 3．一定质量的气体，压强为3 atm，保持温度不变，当压强减小了2 atm时，体积变化了4 L，则该气体原来的体积为(　　 ) A． L B．2 L C． L D．3 L 解析：选B。设该气体原来的体积为V1，由玻意耳定律知，压强p减小时，气体体积V增大，即3V1＝(3－2)·(V1＋4 L)，解得V1＝2 L，故B正确。 4．某同学用如图所示装置探究气体等温变化的规律。 (1)在实验中，下列操作不是必需的是______。 A．用橡胶套密封注射器的下端 B．用游标卡尺测量柱塞的直径 C．读取压力表上显示的气压值 D．读取刻度尺上显示的空气柱长度 (2)实验装置用铁架台固定，而不是用手握住注射器，并且在实验中要缓慢推动柱塞，这些要求的目的是____________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)下列图像中，最能直观反映气体做等温变化的规律的是________。 解析：(1)为了保证气密性，应用橡胶套密封注射器的下端，A需要；由于注射器的直径均匀恒定，根据V＝LS可知体积和空气柱长度成正比，所以只需读取刻度尺上显示的空气柱长度，无需测量柱塞的直径，B不需要，D需要；为了得知气压的变化情况，需要读取压力表上显示的气压值，C需要。 (2)用手握住注射器会影响气体的温度，且实验过程中气体压缩太快，温度升高后热量不能快速释放，气体温度会升高，所以这样做的目的是保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变。 (3)当气体做等温变化时，p与V成反比，即p∝ ，故p ­ 图像为过原点的倾斜直线，所以为了能直观反映p与V成反比的关系，应作p ­ 图像，C正确。 答案：(1)B　(2)保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变　(3)C 5．(2024·江苏南通检测)用图甲所示装置探究气体等温变化的规律。 (1)实验室有容积为5 mL和20 mL的两种注射器供选择，为能用较小的力作用在活塞上使气体体积发生明显变化，选用容积为________的注射器更合适；实验中，为找到体积与压强的关系，________(选填“需要”或“不需要”)测出空气柱的横截面积。 (2)关于该实验，下列说法正确的有______。 A．注射器柱塞上应该涂润滑油 B．应缓慢地向下压或向上拉柱塞 C．推拉柱塞时用手握住注射器 D．注射器必须固定在竖直平面内 (3)测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，为直观反映压强与体积之间的关系，若以p为纵坐标，则应以________为横坐标在坐标系中描点作图；小明所在的小组不断压缩气体，由测得数据发现p与V的乘积值越来越小，则用上述方法作出的图线应为图乙中的________(选填“①”或“②”)，造成该现象的原因可能是________________________________________________________________________。 解析：(1)由于注射器长度几乎相同，因此体积越小，横截面积越小，用较小的力就可以产生比较大的压强使体积变化明显，故选5 mL的注射器；实验中，只要知道各状态体积之间的关系，就可以找到体积与压强的关系，在横截面积一定时，体积与空气柱的长度成正比，因此不需要测量空气柱的横截面积。 (2) 注射器柱塞上涂上润滑油可以起到密封和润滑的作用，A正确；应缓慢地向下压或向上拉柱塞，从而保证气体的温度不变，B正确；若推拉柱塞时用手握住注射器，容易引起气体温度发生变化，C错误；由于测量的是气体的体积和压强之间的关系，与重力无关，因此注射器可以水平放置，也可以倾斜放置，D错误。 (3)气体等温变化的p ­V图像为曲线，而p ­ 图像为过原点的倾斜直线，因此，为便于探究变化规律，应以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐标；根据pV＝C，可知p＝C·，p与V的乘积值越来越小，说明p ­图像中图线的斜率越来越小，因此图线应为图乙中的②，造成该现象的原因可能是封闭气体漏气或气体温度降低。 答案：(1)5 mL　不需要　(2)AB　(3)　②　封闭气体漏气(或气体温度降低) 【综合提升题】 6．物理小组的同学们利用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律。实验步骤如下： ①将注射器下端开口处套上橡胶套，和柱塞一起把一段空气柱封闭； ②已知空气柱的横截面积为S，通过刻度尺读取空气柱的长度L，可得空气柱的体积V＝LS； ③从与注射器内空气柱相连的压力表读取空气柱的压强p； ④把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强，获取空气柱的体积V和压强p的几组数据； ⑤将各组数据在坐标纸上描点，绘制曲线，得出温度不变时气体压强与体积的关系。 完成下列填空： (1)实验时要缓慢地移动柱塞，原因是________。 A．能与环境充分热交换，保持气体温度不变 B．保证气体质量不变 C．防止注射器晃动而不便于测体积 (2)小明同学根据测量结果，作出p ­V图像，如图乙所示，________(填“能”或“不能”)根据绘制的图线直接得到空气柱的压强与体积的关系。 (3)小军同学根据测量结果，作出V ­图像，如图丙所示，图线不过原点，则V0代表________________________________________________________________________。 解析：(1)为减小实验误差，应缓慢移动柱塞，以防止柱塞移动过快时不能与环境充分热交换，气体温度会升高，故选A。 (2)因为曲线所表示的函数关系不清楚，则不能根据绘制的图线直接得到空气柱的压强与体积的关系；应该先猜想可能成反比关系，再作p ­ 图像，如果图线是过原点的倾斜直线，可以判断空气柱的压强与体积成反比。 (3)体积读数值比实际值小V0。根据p(V＋V0)＝C，C为定值，则V＝－V0，如果实验操作规范正确，但题图丙所示的V ­ 图线不过原点，则V0代表注射器下面橡胶套内气体体积。 答案：(1)A　(2)不能　(3)注射器下面橡胶套内气体体积 7．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h＝10 cm的水银柱将管内一部分空气密封，当管开口向上竖直放置时，管内空气柱的长度l1＝0.3 m；若温度保持不变，玻璃管开口向下放置，水银没有溢出。待水银柱稳定后，密封空气柱的长度l2为多少米？(大气压强p0＝76 cmHg) 解析：以管内封闭的气体为研究对象，若压强的单位都取cmHg，则水银的压强可以用高度h表示。 玻璃管开口向上时，管内封闭气体的压强 p1＝p0＋h 气体的体积V1＝l1S(S为玻璃管的横截面积) 当玻璃管开口向下时，管内封闭气体的压强p2＝p0－h 气体的体积V2＝l2S 封闭气体的温度不变，由玻意耳定律得 (p0＋h)l1S＝(p0－h)l2S 解得l2≈0.39 m。 答案：0.39 m 8．(2024·山东聊城检测)如图所示，一个圆筒形导热汽缸开口向上竖直放置，内有活塞，其横截面积为S＝1×10－4 m2，质量为m＝1 kg，活塞与汽缸之间无摩擦且不漏气，其内密封有一定质量的理想气体，气柱高度h＝0.2 m。已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g＝10 m/s2。如果在活塞上缓慢堆放一定质量的细砂，气柱高度变为原来的，求砂子的质量m砂。 解析：因为缓慢放置砂子，气体发生等温变化，根据玻意耳定律有 p1V1＝p2V2 放置砂子前气体的压强 p1＝p0＋ 体积V1＝Sh 放置砂子后气体的压强 p2＝p0＋ 体积V2＝ Sh 联立各式并代入数据解得m砂＝1 kg。 答案：1 kg 【创新拔高题】 9．(2022·广东高考)玻璃瓶可作为测量水深的简易装置。如图所示，潜水员在水面上将80 mL水装入容积为380 mL的玻璃瓶中，拧紧瓶盖后带入水底，倒置瓶身，打开瓶盖，让水进入瓶中，稳定后测得瓶内水的体积为230 mL。将瓶内气体视为理想气体，全程气体不泄漏且温度不变。大气压强p0取1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2，水的密度ρ取1.0×103 kg/m3。求水底的压强p和水的深度h。 [创新空间]“强力吸盘挂钩”的工作原理 如图为“强力吸盘挂钩”的示意图。使用时，按住锁扣把吸盘紧压在墙上(图甲)，吸盘中的空气大部分被挤出，然后把锁扣扳下(图乙)，让锁扣以盘盖为依托把吸盘向外拉出，吸盘内剩余空气因膨胀而压强变小，则吸盘内外会形成较大的压强差，从而将挂钩“吸附”在墙上。 解析：以瓶中封闭的气体为研究对象，由玻意耳定律可知p0V0＝pV 即1.0×105×(380－80)＝p×(380－230) 解得p＝2.0×105 Pa 根据p＝p0＋ρgh 解得h＝10 m。 答案：2.0×105 Pa　10 m 学科网（北京）股份有限公司 $$