课时作业(4) 气体实验定律和理想气体状态方程（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（粤教版2019）

课时作业(4)气体实验定律和理想气体状态方程 [对应学生用书P108] 1．有一定质量的理想气体，如果要使它的密度减小，可能的办法是(　　) A．保持气体体积一定，升高温度 B．保持气体的压强和温度一定，增大体积 C．保持气体的温度一定，增大压强 D．保持气体的压强一定，升高温度 D　[由ρ＝可知，ρ减小，V增大，又由＝C可知A、B、C三项错，D项对．] 2．一气泡从30 m深的海底升到海面，设水底温度是4 ℃，水面温度是15 ℃，那么气泡在海面的体积约是水底时的(　　) A．3倍　　　　　　　　　 B．4倍 C．5倍 D．12倍 B　[根据理想气体状态方程：＝，知＝，其中T1＝(273＋4)K＝277 K，T2＝(273＋15)K＝288 K，故≈1，而p2＝p0≈10ρ水g，p1＝p0＋p≈40ρ水g，即≈4，故≈4.故选B项．] 3.如图所示，由导热材料制成的汽缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁之间无摩擦，活塞上方存有少量液体．将一细管插入液体，由于虹吸现象，活塞上方液体缓慢流出，在此过程中，大气压强与外界的温度保持不变．下列各个描述理想气体状态变化的图像中，与上述过程相符合的是(　　) D　[A、B错：根据题设条件可知，汽缸和活塞是由导热材料制成的，汽缸内气体的温度由于热交换与环境温度保持相等，外界的温度保持不变，则封闭气体的温度不变．C错、D对：根据玻意耳定律得：pV＝C，得p＝C·，即p与成正比，p­图像是过原点的倾斜直线．] 4.如图是一定质量的某种气体的等压线，等压线上的a、b两个状态比较，下列说法正确的是(　　) A．在相同时间内撞在单位面积上的分子数，b状态较多 B．在相同时间内撞在单位面积上的分子数，a状态较多 C．在相同时间内撞在相同面积上的分子数，两状态一样多 D．单位体积的分子数，两状态一样多 B　[b状态比a状态体积大，故单位体积分子数b状态比a状态少，D错误；b状态比a状态温度高，其分子平均动能大，而a、b状态压强相等，故相同时间内撞到单位面积上的分子数a状态较多，B正确，A、C错误．] 5．(多选)某校外学习小组在进行实验探讨，如图所示，在烧瓶上连着一根玻璃管，用橡皮管把它跟一个水银压强计连在一起，在烧瓶中封入了一定质量的理想气体，整个烧瓶浸没在温水中．用这个实验装置来研究一定质量的气体在体积不变时，压强随温度的变化情况．开始时水银压强计U形管两端水银面一样高，在下列几种做法中，能使U形管左侧水银面保持原先位置(即保持瓶内气体体积不变)的是(　　) A．甲同学：把烧瓶浸在热水中，同时把A向下移 B．乙同学：把烧瓶浸在热水中，同时把A向上移 C．丙同学：把烧瓶浸在冷水中，同时把A向下移 D．丁同学：把烧瓶浸在冷水中，同时把A向上移 BC　[浸在热水中，温度升高，p＝p0＋h，上移A管保持体积不变；浸在冷水中，温度降低，p＝p0－h，下移A管保持体积不变．] 6．钢瓶中装有一定质量的气体，现在用两种方法抽取钢瓶中的气体，第一种方法是用小抽气机，每次抽出1 L气体，共抽取三次，第二种方法是用大抽气机，一次抽取3 L气体，这两种抽法中，抽取气体质量较多的是(　　) A．第一种抽法 B．第二种抽法 C．两种抽法抽出气体质量一样多 D．无法判断 A　[设初状态气体压强为p0，抽气体后压强为p，对气体状态变化应用玻意耳定律，第一种抽法：p0V＝p1(V＋1)， p1＝，p1V＝p2(V＋1)，p2＝＝p0，p2V＝p3(V＋1)，p3＝＝p0，即三次抽完后：p3＝p0；第二种抽法：p0V＝p′(V＋3)，p′＝p0＝p0＞p3，由此可知第一种抽法抽出气体后，剩余气体的压强小，即抽出气体的质量大，故A正确．] 7．一定质量的理想气体，由状态A变化到状态B的过程如图所示，由图中AB线段可知，气体分子的平均速率在状态变化过程中的变化情况是(　　) A．不断增大 B．不断减小 C．先增大、后减小 D．先减小、后增大 C　[因为温度是分子平均动能的标志，所以分子平均速率变化情况应与温度变化情况相同，由图线可知，AB线段中有一点对应pV值最大，即温度最高，因而气体分子平均速率经历先增大后减小的过程，故选项C正确．] 8．某不封闭的房间容积为20 m3，在温度为7 ℃、大气压强为9.8×104 Pa时，室内空气质量为25 kg.当温度升高到27 ℃、大气压强为1.0×105 Pa时，室内空气的质量是多少？(T＝273 K＋t) 解析　假设气体质量不变，末态体积为V2， 由理想气体状态方程有：＝， 解得V2＝＝ m3＝21.0 m3因为V2＞V1，即有部分气体从房间内流出，设剩余气体质量为m2，由比例关系有：＝，m2＝＝23.8 kg. 答案　23.8 kg 9.如图所示，两端封闭的U形玻璃管中装有水银，并在上端封有理想气体，温度相同，现将管放在沸水中使两段气体同时升高相同温度，则下面说法中正确的是(　　) A．气柱B的体积变小 B．气柱A的体积变小 C．气柱B的体积变大 D．无法判断气柱体积的变化过程 A　[如图所示设气体的初温为T，同时升高相同温度ΔT时假定水银柱不动，A、B两部分气体发生等容变化，以气柱A为研究对象，根据查理定律有： ＝ 即＝，ΔpA＝×pA 同理，得ΔpB＝×pB 依题pA＞pB，所以ΔpA＞ΔpB，即同时升高相同温度时，水银柱向压强增加小的一方移动，气柱B的体积变小，A的体积变大，选项A正确． ] 10．一定质量的理想气体自状态A沿直线变化到状态B，如图所示，在此过程中其压强(　　) A．逐渐增大 B．逐渐减小 C．始终不变 D．先增大后减小 B　[将t轴上绝对零度(－273.15 ℃)的点D与A、B连接起来，如图所示． AD与BD均表示气体的等压变化．由数学知识知，等压线斜率越大，越大，压强越小．图中AD斜率较小，BD斜率较大，则图线AD对应的气体压强较大，图线BD对应的压强较小，故气体由A变化到B，压强逐渐减小．] 11．如图所示，在两端封闭的均匀半圆(圆心为O)管道内封闭一定质量的理想气体，管内有不计质量、可自由移动的活塞P，将管内气体分成两部分，OP与管道的水平直径的夹角θ＝45°.其中两部分气体的温度均为T0＝300 K，压强均为p0＝1×105 Pa，现对活塞左侧气体缓慢加热，而保持活塞右侧气体温度不变，当可动活塞缓慢移到管道最低点时(不计摩擦)，求： (1)活塞右侧气体的压强； (2)活塞左侧气体的温度． 解析　(1)对于管道右侧气体，因为气体做等温变化，则有：p0V1＝p2V2 V2＝V1 解得p2＝1.5×105 Pa. (2)对于管道左侧气体，根据理想气体状态方程， 有＝ V2′＝2V1′ 当活塞P移动到最低点时．对活塞P受力分析可得出两部分气体的压强p2′＝p2 解得T＝900 K 答案　(1)1.5×105 Pa　(2)900 K 12．如图所示，水平放置的汽缸内壁光滑，活塞厚度不计，在A、B两处设有限制装置，使活塞只能在A、B之间运动，B左面汽缸的容积为V0，A、B之间的容积为0.1V0.开始时活塞在B处，缸内气体的压强为0.9p0(p0为大气压强)，温度为297 K，现缓慢加热汽缸内气体，直到399.3 K．求： (1)活塞刚离开B处时的温度TB； (2)缸内气体最后的压强p； (3)在图中画出整个过程的p­V图线． 解析　(1)汽缸内的气体初态时p1＝0.9p0，V1＝V0， T1＝297 K. 当活塞刚离开B处时，气体的状态参量p2＝p0，V2＝V0，T2＝TB， 根据查理定律＝，即＝，解得TB＝330 K. (2)随着温度不断升高，活塞最后停在A处时，气体的状态参量p4＝p，V4＝1.1V0，T4＝399.3 K. 根据理想气体状态方程＝， 得＝，解得p＝1.1p0. (3)随着温度的升高，当活塞恰好停在A处时，气体的状态参量p3＝p0，V3＝1.1V0，T3＝TA， 由＝得＝， 解得TA＝363 K. 综上可知，气体在温度由297 K升高到330 K过程中，气体做等容变化；由330 K升高到363 K过程中，气体做等压变化；由363 K升高到399.3 K过程中，气体做等容变化．故整个过程中p­V图像如图所示． 答案　(1)330 K　(2)1.1p0　(3)见解析图 学科网（北京）股份有限公司 $$