章末综合检测(2) 固体、液体和气体（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

章末综合检测(二)　固体、液体和气体 (时间：75分钟　满分：100分) 一、选择题(本题共12小题，共40分。在每小题给出的四个选项中，第1～8题只有一项符合题目要求，每小题3分；第9～12题有多项符合题目要求，每小题4分，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分) 1．关于下列四幅图中所涉及晶体微观结构及其解释的论述中，不正确的是(　　) A．图甲中，晶体中沿不同的方向上微粒排列的情况不同，故晶体在不同的方向上会表现出不同的物理性质 B．图乙为金刚石中碳原子形成的一种紧密结构，相互之间作用力很强，所以金刚石十分坚硬，可制造玻璃刀和钻头 C．图丙为食盐晶体的点阵结构，晶体的许多特性都与点阵结构有关 D．图丁为液晶分子的排列示意图，液晶分子的排列会因温度、压力等外界条件的微小变动而发生变化，由此引起液晶光学性质的改变 B　解析：图甲中晶体中沿不同的方向上微粒排列的情况不同，故晶体在不同的方向上会表现出不同的物理性质，A正确，不符合题意；图乙为石墨的微观结构，B错误，符合题意；晶体的许多特性都与点阵结构有关，C正确，不符合题意；温度、压力、电磁作用等可以改变液晶的光学性质，D正确，不符合题意。 2．如图所示，折线abcd是某种固体物质在一定压强下的熔化过程特征图，其中纵坐标表示热力学温度T，横坐标表示时间t，则下列说法正确的是(　　) A．ab段表示液态，bc段表示固液共存状态，cd段表示固态 B．该固体物质一定是单晶体 C．a到b过程中，物质中每个分子的速率都增大 D．b到c过程中，物质分子的平均动能不变，分子势能增大 D　解析：该图像是晶体熔化的图像，ab段表示固态，bc段表示固液共存状态，cd段表示液态，A错误；该固体物质一定是晶体，即可能是单晶体，也可能是多晶体，B错误；a到b过程中，物质中分子平均速率变大，但不是每个分子的速率都增大，C错误；b到c过程中，温度不变，则物质分子的平均动能不变，但是由于要吸收热量，则分子势能增大，D正确。 3．如图所示，内径相同，导热良好的“T”形细玻璃管上端开口，下端、右端封闭，管中用水银封闭着A、B两部分理想气体，各部分长度如图。已知大气压强p0＝76 cmHg，设外界温度不变。现沿管壁向竖直管缓慢灌入一定量的水银，B部分气体长度缩短1 cm，则灌入水银后B部分气体的压强为(　　) A．77 cmHg B．86 cmHg C．88 cmHg D．90 cmHg C　解析：设玻璃管的横截面积为S，初始状态下，气体B的压强pB＝p0＋10 cmHg＝86 cmHg，由玻意耳定律有pBSlB＝pB′SlB′，又lB－lB′＝1 cm，解得pB′＝88 cmHg，C正确。 4．0.3 mol的某种气体的压强和温度的关系图像(p－t图像)如图所示。p0表示1个标准大气压，标准状态(0 ℃，1个标准大气压)下气体的摩尔体积为22.4 L·mol－1。下列说法正确的是(　　) A．状态A时气体的体积为5.6 L B．状态A时气体的体积为7.72 L C．状态B时气体的体积为1.2 L D．状态B时气体的体积为8.4 L D　解析：此气体在0 ℃时，压强为标准大气压，所以此时它的体积应为22.4×0.3 L＝6.72 L，由题中图线可知，从压强为p0到A状态，气体做等容变化，A状态时气体的体积为6.72 L，温度为(127＋273)K＝400 K，从A状态到B状态为等压变化，B状态的温度为(227＋273)K＝500 K，根据盖­吕萨克定律＝得VB＝＝ L＝8.4 L，D正确。 5．如图所示，一绝热汽缸由导热隔板分为左右两部分，隔板可沿汽缸内壁无摩擦滑动，汽缸两侧充有同种气体(可视为理想气体)。缓慢推动绝热活塞压缩右侧气体，当左右两侧气体达到新的热平衡时，以下说法正确的是(　　) A．两侧气体的温度相等 B．右侧气体分子的平均速率大于左侧气体分子的平均速率 C．右侧气体压强大于左侧气体压强 D．汽缸内每个气体分子的动能均相等 A　解析：由热平衡定律可知，当左右两侧气体达到新的热平衡时，两侧气体温度相等，A正确；温度是分子平均动能的标志，所以两侧气体分子的平均动能相等，由于汽缸两侧充有同种气体，则两侧气体分子的平均速率相等，B错误；当左右两侧气体达到新的热平衡时，右侧气体压强等于左侧气体压强，C错误；两侧气体分子的平均动能相等，但不能说明汽缸内每个气体分子的动能均相等，D错误。 6．如图所示为一定质量的理想气体体积V随热力学温度T变化的图像，则下列说法正确的是(　　) A．从状态a到状态c，气体分子密度先减小后增大 B．从状态a到状态c，气体分子的平均速率先增大后减小 C.在状态d时与在状态b时相比，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数少 D．气体在状态a的压强大于气体在状态b的压强 C　解析：从状态a到状态c，气体体积先变小后变大，因此气体分子密度先增大后减小，A错误；从状态a到状态c，气体温度升高，因此气体分子平均动能增大，分子平均速率增大，B错误；状态d时体积大于状态b时的体积，系统状态d分子密度低，状态d时温度等于状态b时的温度，分子平均速率相同，则状态d时单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比状态b少，C正确；根据＝C可知，＝C，可得V－T图像上的点与坐标原点连线的斜率与压强的倒数成正比，状态a的斜率大于状态b的斜率，则气体在状态a的压强小于气体在状态b的压强，D错误。 7．气压式升降椅通过汽缸上下运动来支配椅子升降，其简易结构如图乙所示，圆柱形汽缸与椅面固定连接，柱状汽缸杆与底座固定连接。可自由移动的汽缸与汽缸杆之间封闭一定质量的理想气体，设汽缸气密性、导热性能良好，忽略摩擦力。设气体的初始状态为A，某人坐上椅面后，椅子缓慢下降一段距离达到稳定状态B。然后打开空调，一段时间后，室内温度降低到设定温度，稳定后气体状态为C(此过程人的双脚悬空)；接着人缓慢离开座椅，直到椅子重新达到另一个稳定状态D，室内大气压保持不变，则气体从状态A到状态D的过程中，关于p、V、T的关系图正确的是(　　) B　解析：从状态A到状态B过程中，气体等温压缩，体积减小，压强增大，温度不变，从B到C，气体等压降温，温度降低，体积减小，压强不变，从C到D过程中，气体等温膨胀，体积变大，压强减小，且D状态的压强恢复为原A状态的压强，B正确。 8．一只两用活塞气筒的原理如图所示(打气时如图甲，抽气时如图乙)，其筒内体积为V0，现将它与另一只容积为V的容器相连接，气筒和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(　　) A．np0，p0 B．p0，p0 C．p0，np0 D．p0，np0 D　解析：打气时，活塞每推动一次，把体积为V0、压强为p0的气体推入容器内，若活塞工作n次，就是把压强为p0、体积为nV0的气体推入容器内、容器内原来有压强为p0、体积为V的气体，现在全部充入容器中，根据玻意耳定律得p0(V＋nV0)＝p′V，所以p′＝p0＝p0，抽气时，活塞每拉动一次，把容器中的气体的体积从V膨胀为V＋V0，而容器中的气体压强就要减小，活塞推动时，将抽气筒中的V0气体排出，而再次拉动活塞时，将容器中剩余的气体从V又膨胀到V＋V0，容器内的压强继续减小，根据玻意耳定律得：第一次抽气时有p0V＝p1(V＋V0)，则p1＝p0，第二次抽气时有p1V＝p2(V＋V0)，则p2＝p1＝2p0，则第n次抽气后时有pn＝np0，D正确。 9．土法爆米花已成为一代人童年的美好回忆。如图所示为一个土法爆米花铁质容器，把玉米倒入容器后将盖盖紧，然后一边加热一边转动容器，同时观察容器上压强计的示数变化，当压强达到一定值时，便可打开容器，就在打开容器的瞬间，米花便爆成了。已知容器的体积为V0，外界大气压强为p0，环境的温度为T0，容器内的气体可视为理想气体，玉米需要容器内气体压强达到5p0时打开容器才可爆米成花，容器内玉米的体积忽略不计，下列说法正确的是(　　) A．在整个加热过程中，容器内的气体压强与摄氏温度成正比 B．在加热过程中，温度升高，单位时间内、单位面积上气体分子与器壁的碰撞对器壁的作用力增大 C.当打开容器时，气体迅速膨胀，米粒内、外压强差变大，瞬间米花生成 D．要使玉米正常爆花，打开容器时容器内气体的温度需达到5T0 BCD　解析：以容器内的气体为研究对象，在整个加热过程中，气体的体积不变，压强与热力学温度成正比，A错误；玉米在容器中加热，随着温度不断上升，气体平均分子动能增大，单位时间内、单位面积上气体分子与器壁的碰撞对器壁的作用力增大，容器内气体压强增大，B正确；当打开容器，容器内气体迅速膨胀，压强降低，米粒内、外压强差变大，瞬间米花生成，C正确；根据查理定律有＝，由题可知，当气压p1＝5p0时才可以正常爆花，解得T1＝5T0，D正确。 10．一定质量的理想气体经历两个不同过程，分别由压强一体积(p－V)图像上的两条曲线 Ⅰ 和 Ⅱ 表示，如图所示，曲线均为反比例函数曲线的一部分。a、b为曲线 Ⅰ 上的两点，气体在状态a和b的压强分别为pa、pb，温度分别为Ta、Tb。c、d为曲线 Ⅱ 上的两点，气体在状态c和d的压强分别为pc、pd，温度分别为Tc、Td。下列关系式正确的是(　　) A．＝ B．＝ C．＝ D．＝ BC　解析：根据理想气体状态方程pV＝nRT以及曲线均为反比例函数曲线的一部分，可得ab为等温变化，所以有Ta＝Tb，A错误；a到c为等压变化，所以有＝，得＝＝，B正确；c到d为等温变化，所以有pcVc＝pdVd，解得pd＝＝p0，所以有＝，C正确；a到b为等温变化，所以有paVa＝pbVb，得pb＝＝p0，所以结合C选项有＝2，D错误。 11．一U形玻璃管竖直放置，左端开口，右端封闭，左端上部有一光滑的轻活塞。初始时，管内汞柱及空气柱长度如图所示。用力向下缓慢推活塞，直至管内两边汞柱高度相等时为止。已知玻璃管的横截面积处处相同。在活塞向下移动的过程中，没有发生气体泄漏，大气压强p0＝75.0 cmHg，环境温度不变。下列说法正确的是(　　) A．两边汞柱高度相等时右侧管内气体的压强为90 cmHg B．两边汞柱高度相等时右侧管内气体的压强为144 cmHg C．活塞向下移动的距离为9.58 cm D．活塞向下移动的距离为9.42 cm BD　解析：设初始时，右管中空气柱的压强为p1，长度为l1；左管中空气柱的压强为p2＝p0；长度为l2，活塞被下推后，右管中空气柱的压强为p1′，长度为l1′，左管中空气柱的压强为p2′，长度为l2′；以 cmHg为压强单位，由题给条件可得p1＝p0＋(20.0－5.00) cmHg＝90 cmHg，l1′＝(20.0－) cm＝12.5 cm，由玻意耳定律得p1l1S＝p1′l1′S，解得p1′＝144 cmHg，A错误，B正确；依题意，l2′＝4.00 cm＋ cm－h＝11.5 cm－h，由玻意耳定律得p2l2S＝p2′l2′S，解得活塞向下移动的距离h≈9.42 cm，C错误，D正确。 12．中医拔火罐的物理原理是利用火罐内外的气压差使罐吸附在人体上、如图所示是治疗时常用的一种火罐，使用时，先加热罐中气体，然后迅速将罐口按到皮肤上，降温后火罐内部气压低于外部，从而吸附在皮肤上。某次使用时，先将气体由300 K加热到400 K，然后将罐口按在皮肤上，当罐内气体的温度降至300 K时，由于皮肤凸起，罐内气体体积变为罐容积的，以下说法正确的是(　　) A．加热后罐内气体质量是加热前的 B．加热后罐内气体质量是加热前的 C．温度降至300 K时，罐内气体压强变为原来的 D．温度降至300 K时，罐内气体压强变为原来的 AD　解析：加热罐中气体时，气体发生等压变化，由盖­吕萨克定律有＝，解得V2＝V1＝V1＝V1，气体总体积变为原来的，则火罐内气体的密度变为原来的，所以加热后罐内气体质量是加热前的，A正确，B错误；罐内气体温度由400 K降至300 K，由理想气体状态方程有＝，即×V0＝V0，解得p3＝p2，则罐内气体压强变为原来的，C错误，D正确。 二、非选择题(本题共6小题，共60分) 13．(8分)某个实验小组用图甲所示装置探究气体等温变化规律。 (1)(多选)实验前他们先讨论了实验注意事项，下列说法正确的是________。 A．实验前给注射器管塞涂润滑油是为了提高装置的气密性，防止漏气 B．实验前给注射器管塞涂润滑油是为了减小管塞与注射器间的摩擦力，减小压强的测量误差 C．为了减小实验误差，实验时推拉注射器管塞的动作要快 D．为了减小实验误差，实验时不可用手握注射器 (2)由注射器刻度读出空气柱的长度，并记录对应压强传感器的示数。通过推拉注射器的柱塞，得到多组空气柱长度L和对应的气体压强p，以气体压强p为纵轴，空气柱长度L为横轴，将得到的数据描点、连线，得到如图乙所示的图像，由此图像可以得出的实验结论为________________，由于图像是曲线，不好定量分析气体的压强和体积关系，有同学提出以气体压强p为纵轴，________(空气柱长度L的相关函数)为横轴，若得到一条过原点的直线，则表明在温度不变的情况下气体的压强与体积成反比。 (3)他们对同样的封闭气体在两个不同温度下进行实验，得到了如图丙所示的两条图线a、b，当压强都为p1时，横轴坐标分别为x1＝0.091、x2＝0.100，其中a图像对应的实验温度为7 ℃，请你由气体实验定律推断b图像对应的实验温度应该为________ ℃(保留两位有效数字)[T＝(t＋273)K]。 答案：(1)AD　(2)见解析　　(3)35 解析：(1)实验前给注射器管塞涂润滑油是为了增加实验装置的气密性，保证封闭气体质量不变，而不是为了减小管塞与注射器之间的摩擦力，因为气体的压强由压强传感器直接测得。A正确，B错误；为了防止封闭气体的温度变化影响实验结果的准确性，要缓慢推拉管塞，并且不能用手握注射器。C错误，D正确。 (2)由图乙可以得出的实验结论为空气柱体积(V＝LS)越大，封闭气体的压强越小，若封闭气体的压强与气体的体积成反比，则有 p＝＝＝· 所以以气体压强p为纵轴，为横轴，若得到一条过原点的直线，则表明在温度不变的情况下气体的压强与体积成反比。 (3)由题意有a图像对应的实验温度 T2＝(7＋273)K＝280 K 气体从x2到x1过程为等压变化，所以有 ＝＝＝＝ 即x2T2＝x1T1 所以T1＝308 K 即35 ℃。 14．(8分)某个饮料瓶内密封着一定质量的理想气体(如图)，当t＝27 ℃时，其压强p＝1.0×105 Pa。 (1)若气体温度升高到t′＝36 ℃时，气压是多大？ (2)若保持温度不变，挤压瓶子，使气体压强与第(1)问中相同时，气体体积为原来的多少倍？ 答案：(1)p′＝1.03×105 Pa　(2)0.97 解析：(1)瓶内气体的始末状态的热力学温度分别为 T＝(27＋273)K＝300 K， T′＝(36＋273)K＝309 K 温度变化过程中体积不变，故由查理定律有 ＝ 解得p′＝1.03×105 Pa。 (2)等温变化过程，由玻意耳定律有 pV＝p′V′ 解得＝≈0.97。 15.(8分)如图所示，小明用仪器测一个质量为1 kg的生肖摆件的密度。已知密闭容器的容积为1 000 cm3，抽气筒的容积为200 cm3，把生肖摆件放入密闭容器，抽气筒与密闭容器通过单向阀门相连，活塞从抽气筒的左端向右移动到右端的过程中，阀门开启，密闭容器内的气体进入抽气筒，活塞从右端向左移动到左端过程中，阀门关闭，抽气筒内活塞左侧的气体被排出，完成一次抽气过程。开始时密闭容器内空气压强为105 Pa，抽气一次后，密闭容器内气体压强为8×104 Pa，抽气过程中气体的温度不变，气体可视为理想气体，求： (1)生肖摆件的密度； (2)抽气10次后，密闭容器内剩余气体和抽气前气体质量的比值。 答案：(1)5 g/cm3　(2)10 解析：(1)设生肖摆件的体积为ΔV，第一次抽气过程，由玻意耳定律有 p0(V0－ΔV)＝p1(V0－ΔV＋V1) 其中p0＝105 Pa、V0＝1 000 cm3、p1＝8×104 Pa、V1＝200 cm3 解得ΔV＝200 cm3 生肖摆件的密度 ρ＝＝5 g/cm3。 (2)设第二次抽气后，容器内气体压强为p2，有 p1(V0－ΔV)＝p2(V0－ΔV＋V1) 设第三次抽气后，容器内气体压强为p3，有 p2(V0－ΔV)＝p3(V0－ΔV＋V1) 依次类推可知 p10＝10p0 设剩余气体压强为p0时体积为V，则有 p0V＝p10(V0－ΔV) 则剩余气体与抽气前气体的质量的比值为 ＝＝10。 16．(10分)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。 (1)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沙； (2)如果在(1)的基础上，向缸内缓慢充气，使活塞恢复到原高度，已知待充入的气体压强为大气压强p0，求需充入气体的体积V0。 答案：(1)m砂＝1 kg　(2)V0＝2×10－5 m3 解析：(1)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 根据题意有 p1＝p0＋，p2＝p0＋，V1＝hS，V2＝hS 解得m砂＝1 kg，p2＝3.0×105 Pa。 (2)向缸内缓慢充气的过程温度不变，则有 p2V2＋p0V0＝p2V1 代入数据解得 V0＝2.0×10－5 m3。 17．(12分)某同学探究一封闭汽缸内理想气体的状态变化特性，得到压强p随温度t的变化如图所示。已知图线 Ⅰ 描述的是体积为V1的等容过程，当温度为t1时气体的压强为p1；图线 Ⅱ 描述的是压强为p2的等压过程。取0 ℃为273 K，求： (1)等容过程中，温度为0 ℃时气体的压强； (2)等压过程中，温度为0 ℃时气体的体积。 答案：(1)　(2) 解析：(1)在等容过程中，设0 ℃时气体压强为p0，根据查理定律有 ＝ 解得p0＝。 (2)当压强为p2，温度为0 ℃时，设此时体积为V2，则根据理想气体状态方程有 ＝ 解得V2＝。 18．(14分)如图所示，导热良好的U形管竖直放置，足够长的左管开口向上，封闭的右管直径是左管的2倍。管中有两段水银柱1、2，在管内封闭两段气柱A、B，两段气柱长均为10 cm，水银柱1长为5 cm，水银柱2在左管中液面比右管中液面高5 cm。大气压为p0＝75 cmHg，环境温度为300 K，现要使水银柱2在左、右管中液面相平，求(结果均可用分式表示)： (1)若通过缓慢降低环境温度使水银柱2在左、右管中液面相平，则液面相平时环境温度为多少？ (2)若保持环境温度300 K不变，通过向左管中缓慢倒入水银，使水银柱2在左、右管中液面相平，则从左管口倒入的水银柱长为多少，水银柱1下降的高度为多少？ 答案：(1)K　(2) cm， cm 解析：(1)对气柱B研究，开始时，压强为 pB1＝p0＋10 cmHg＝85 cmHg 气柱长为LB1＝10 cm 温度为T1＝300 K 降温后压强为pB2＝80 cmHg 由于左、右两管直径之比为1∶2，则截面积之比S1∶S2＝1∶4，则降温后气柱B长为 LB2＝9 cm 根据理想气体状态方程 ＝ 解得T2＝K。 (2)设左管中倒入的水银柱的长为h cm，则当水银柱2在左右两管中液面相平时，气柱B的压强pB3＝(80＋h) cmHg 气体发生等温变化，则 pB1LB1S2＝pB3LB2S2 则h＝ cm 即倒入的水银柱长为 cm，对气柱A研究，压强为pA1＝80 cmHg 气柱长为LA1＝10 cm 倒入水银后压强为 pA2＝(80＋h) cmHg 气体发生等温变化，则 pA1LA1S1＝pA2LA2S1 解得LA2＝ cm 则水银柱1下降的高度 Δh＝4 cm＋10 cm－ cm＝ cm。 学科网（北京）股份有限公司 $$