4. 实验：探究气体等温变化的规律（分层作业）物理教科版选择性必修第三册

第2.4课 实验：探究气体等温变化规律 ID： 一、单选题 1．物理学中，常用图像或示意图描述现象及其规律， 甲图是对一定质量的气体进行的等温实验中压强随体积的变化图像，乙图是氧气分子的速率分布规律图像，丙图是分子间作用力随分子间距的变化图像，丁图是每隔一定时间悬浮在水中的粉笔末位置示意图，关于下列四幅图像的所描述的热现象，说法正确的是（　　） A．由图甲可知，图线①对应的温度较低 B．由乙图可知，图线②对应的温度较低 C．由图丙可知，分子间距离从r₀增大的过程中，分子力先减小后增大 D．图丁说明分子在短时间内沿直线运动 2．如图所示，一细线竖直悬挂汽缸的活塞，使汽缸悬空静止。缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞与汽缸间无摩擦，且不漏气，气体温度保持不变。当大气压强增大时，下列说法正确的是（　　） A．细绳所受的拉力将增大 B．细绳所受的拉力将减小 C．缸内气体的体积将增大 D．缸内气体的体积将减小 3．如图为“用传感器探究气体等温变化的规律”的实验装置，实验时某同学缓慢推动活塞，在使注射器内空气体积逐渐减小的过程中，由注射器壁上的刻度读出气体的体积V，由压强传感器测得的压强值p在计算机屏幕上实时显示，实验过程中该同学发现，封闭气体的温度有缓慢且细微的升高，则实验得到的图像可能是（　　） A．B．C． D． 4．活塞式真空泵的工作原理如图所示，抽气筒与被抽密闭容器通过自动阀门相连，当活塞从抽气筒的左端向右移动到右端的过程中，阀门自动开启，密闭容器内的气体流入抽气筒，待稳定后，活塞从右端向左移动到左端的过程中，阀门自动关闭，抽气筒内活塞左侧的气体被排出，即完成一次抽气过程，如此往复，密闭容器内的气体压强越来越小，若密闭容器的容积为，抽气筒的容积为，抽气过程中气体的温度不变，若第1次抽气过程中被抽出的气体质量为；第4次抽气过程中被抽出的气体质量为，则质量与之比正确的是（　　） A． B． C． D． 5．一容积为V0的金属氧气瓶内装有可视为理想气体的氧气。用该氧气瓶先后给甲、乙两个完全相同的氧气袋充气，每个氧气袋充气前袋内均无气体，充满氧气后容积均为V，且每次充气结束时氧气袋和氧气瓶中的气体压强相同。整个过程中，氧气温度保持不变。则充满氧气后，甲、乙两个氧气袋中的气体压强之比为（　　） A． B． C．1 D． 二、多选题 6．某同学用如图甲所示装置做“探究气体等温变化的规律”的实验，下列说法中正确的是（　　） A．为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油 B．推拉柱塞时，为了稳定，手要握住注射器筒 C．该同学分别在及温度下实验并作出图乙所示图，则 D．若某次实验压缩气体时缓慢漏气，则作出的图线应为图丙中的② 7．如图所示粗细相同、导热良好的薄壁U形管竖直放置，左管开口，右管封闭。管中装有水银，左管内水银面比右管内水银面高，左管内水银面到管口的距离，右管内封闭的空气柱长度。现用活塞把开口端封住，并缓慢推动活塞，使左、右管内水银面齐平。已知大气压强恒为，活塞可沿左管壁无摩擦地滑动，推动过程中气体温度始终不变，下列说法正确的是（　　） A．左管内水银面向下移动的距离为 B．活塞向下移动的距离为 C．稳定后右管中气体的压强为 D．稳定后固定活塞，若环境温度缓慢降低，则左管内水银面逐渐低于右管 8．在光滑水平面上有一个内外壁光滑的汽缸，汽缸质量为M，汽缸内有一质量为m的活塞，已知M>m。活塞密封一部分理想气体。现对汽缸施一水平向左的拉力F时，如图甲所示，汽缸的加速度为a1，封闭气体的压强为p1，体积为V1；若用同样大小的力F水平向左推活塞，如图乙所示，汽缸的加速度为a2，封闭气体的压强为p2，体积为V2。设密封气体的质量和温度均不变，则（　　） A．a1=a2 B．a1<a2 C．p1>p2 D． 三、实验题 9．某同学用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律。在橡胶塞和柱塞间封闭着一段空气柱，空气柱的长度可以从刻度尺上读取，空气柱的压强可以从与空气柱相连的压力表上读取。改变并记录空气柱的长度及对应的压强。 (1)处理数据时，某同学分别绘制了乙、丙两种图像，为了快速判断本实验中气体压强和体积的关系，应选择 （填“乙”或“丙”）图像处理数据。 (2)在相同温度下，、B两个小组分别进行了实验，并在同一坐标纸上作出了如图丁所示的图像，两组同学实验所用注射器内的气体质量分别为和，由图像可知 （填“＞”“＝”或“＜”）。 四、解答题 10．如图所示，竖直放置开口向上质量为的气缸，用质量为的活塞密封一部分理想气体，静止在水平地面上，气柱的高度为。现用竖直向上的恒定拉力（大小未知）作用在活塞上，当二者相对静止且一起向上做匀加速运动时，活塞相对气缸上升了。已知大气压强恒为，活塞横截面积为，活塞和气缸导热性能良好，环境温度不变，不计活塞和气缸间的摩擦，忽略空气阻力，重力加速度大小为，求： (1)匀加速上升过程中密封气体的压强； (2)拉力的大小。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第2.4课 实验：探究气体等温变化规律 ID： 一、单选题 1．物理学中，常用图像或示意图描述现象及其规律， 甲图是对一定质量的气体进行的等温实验中压强随体积的变化图像，乙图是氧气分子的速率分布规律图像，丙图是分子间作用力随分子间距的变化图像，丁图是每隔一定时间悬浮在水中的粉笔末位置示意图，关于下列四幅图像的所描述的热现象，说法正确的是（　　） A．由图甲可知，图线①对应的温度较低 B．由乙图可知，图线②对应的温度较低 C．由图丙可知，分子间距离从r₀增大的过程中，分子力先减小后增大 D．图丁说明分子在短时间内沿直线运动 【答案】A 【详解】A．图甲中，一定质量的理想气体在不同温度下的等温线，根据理想气体状态方程，结合图像可知，A正确； B．图乙中，曲线②速率大的分子占据的比例较大，则说明曲线②对应的平均动能较大，曲线②对应的温度较高，B错误； C．图丙中，分子间的距离从增大的过程中，分子力先增大后减小，C错误； D．图丁是每隔一定时间悬浮在水中的粉笔末位置示意图，这些位置的连线并不是分子的运动轨迹，也不能说明分子在短时间内做直线运动，D错误。 故选A。 2．如图所示，一细线竖直悬挂汽缸的活塞，使汽缸悬空静止。缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞与汽缸间无摩擦，且不漏气，气体温度保持不变。当大气压强增大时，下列说法正确的是（　　） A．细绳所受的拉力将增大 B．细绳所受的拉力将减小 C．缸内气体的体积将增大 D．缸内气体的体积将减小 【答案】D 【详解】AB．设缸内气体压强为，大气压强为，活塞面积为S、质量为m，汽缸质量为M，细绳所受的拉力大小为T，对活塞根据平衡条件有 对汽缸根据平衡条件有 联立解得 所以细绳所受的拉力将不变，故AB错误； CD．当增大时，对汽缸根据平衡条件有 可知增大，由于缸内气体温度不变，根据玻意耳定律 可知缸内气体的体积将减小，故C错误，D正确。 故选D。 3．如图为“用传感器探究气体等温变化的规律”的实验装置，实验时某同学缓慢推动活塞，在使注射器内空气体积逐渐减小的过程中，由注射器壁上的刻度读出气体的体积V，由压强传感器测得的压强值p在计算机屏幕上实时显示，实验过程中该同学发现，封闭气体的温度有缓慢且细微的升高，则实验得到的图像可能是（　　） A．B．C． D． 【答案】B 【详解】根据理想气体状态方程 整理可得 由此可知，随着环境温度的升高，图像的斜率会逐渐变大。 故选B。 4．活塞式真空泵的工作原理如图所示，抽气筒与被抽密闭容器通过自动阀门相连，当活塞从抽气筒的左端向右移动到右端的过程中，阀门自动开启，密闭容器内的气体流入抽气筒，待稳定后，活塞从右端向左移动到左端的过程中，阀门自动关闭，抽气筒内活塞左侧的气体被排出，即完成一次抽气过程，如此往复，密闭容器内的气体压强越来越小，若密闭容器的容积为，抽气筒的容积为，抽气过程中气体的温度不变，若第1次抽气过程中被抽出的气体质量为；第4次抽气过程中被抽出的气体质量为，则质量与之比正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】第1次抽气过程，根据玻意耳定律可得 同理，第2次抽气过程，有 第3次抽气过程，有 第4次抽气过程，有 根据 每次被抽出的气体的体积、温度都相同，则第1次抽气过程中被抽出的气体质量与第4次抽气过程中被抽出的气体质量的比值为 故选C。 5．一容积为V0的金属氧气瓶内装有可视为理想气体的氧气。用该氧气瓶先后给甲、乙两个完全相同的氧气袋充气，每个氧气袋充气前袋内均无气体，充满氧气后容积均为V，且每次充气结束时氧气袋和氧气瓶中的气体压强相同。整个过程中，氧气温度保持不变。则充满氧气后，甲、乙两个氧气袋中的气体压强之比为（　　） A． B． C．1 D． 【答案】B 【详解】设甲充气前，氧气瓶内气体压强为p0，甲充气后气体压强为p甲，由玻意耳定律有 乙充气后气体压强为p乙，则 联立可得 故选B。 二、多选题 6．某同学用如图甲所示装置做“探究气体等温变化的规律”的实验，下列说法中正确的是（　　） A．为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油 B．推拉柱塞时，为了稳定，手要握住注射器筒 C．该同学分别在及温度下实验并作出图乙所示图，则 D．若某次实验压缩气体时缓慢漏气，则作出的图线应为图丙中的② 【答案】AD 【详解】A．为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油，堵住微小缝隙，故A正确； B．为避免气体温度变化，手不能握住注射器筒，故B错误； C．如图乙，相同体积时，温度越大则气体压强越大，则，故C错误； D．由于缓慢漏气，压缩到体积越小时，气体压强增大会变缓，则图线应为图丙中的②，故D正确。 故选AD。 7．如图所示粗细相同、导热良好的薄壁U形管竖直放置，左管开口，右管封闭。管中装有水银，左管内水银面比右管内水银面高，左管内水银面到管口的距离，右管内封闭的空气柱长度。现用活塞把开口端封住，并缓慢推动活塞，使左、右管内水银面齐平。已知大气压强恒为，活塞可沿左管壁无摩擦地滑动，推动过程中气体温度始终不变，下列说法正确的是（　　） A．左管内水银面向下移动的距离为 B．活塞向下移动的距离为 C．稳定后右管中气体的压强为 D．稳定后固定活塞，若环境温度缓慢降低，则左管内水银面逐渐低于右管 【答案】BC 【详解】A．当左、右管内水银面齐平时，左管内水银面向下移动的距离为∆h1=6cm，右侧上升∆h1=6cm，选项A错误； BC．对右侧气体，根据玻意耳定律 解得 则左侧气体压强也为112cmHg，对左侧气体 解得 活塞向下移动的距离为，选项BC正确； D．假设环境温度降低时两边液面仍平齐，则由查理定理 因稳定后两管中气体压强相等，若环境温度缓慢降低，则两管中气压减小量相等，所以两管中气压仍然相等，水银柱不动，故D错误。 故选BC。 8．在光滑水平面上有一个内外壁光滑的汽缸，汽缸质量为M，汽缸内有一质量为m的活塞，已知M>m。活塞密封一部分理想气体。现对汽缸施一水平向左的拉力F时，如图甲所示，汽缸的加速度为a1，封闭气体的压强为p1，体积为V1；若用同样大小的力F水平向左推活塞，如图乙所示，汽缸的加速度为a2，封闭气体的压强为p2，体积为V2。设密封气体的质量和温度均不变，则（　　） A．a1=a2 B．a1<a2 C．p1>p2 D． 【答案】AD 【详解】AB．对汽缸与活塞组成的整体，据牛顿第二定律可得 可知a1=a2 选项Ａ正确，Ｂ错误； CD．对图甲，以活塞为研究对象，有p0S-p1S=ma1 对图乙，以汽缸为研究对象，有p2S-p0S=Ma2 由以上两式可得p1<p2 根据玻意耳定律可得p1V1=p2V2 则V1>V2 C错误，D正确。 故选AD。 三、实验题 9．某同学用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律。在橡胶塞和柱塞间封闭着一段空气柱，空气柱的长度可以从刻度尺上读取，空气柱的压强可以从与空气柱相连的压力表上读取。改变并记录空气柱的长度及对应的压强。 (1)处理数据时，某同学分别绘制了乙、丙两种图像，为了快速判断本实验中气体压强和体积的关系，应选择 （填“乙”或“丙”）图像处理数据。 (2)在相同温度下，、B两个小组分别进行了实验，并在同一坐标纸上作出了如图丁所示的图像，两组同学实验所用注射器内的气体质量分别为和，由图像可知 （填“＞”“＝”或“＜”）。 【答案】(1)丙 (2)＞ 【详解】（1）由于注射器横截面积各处相同，所以可用空气柱长度定性表示空气柱的体积，题图丙中图像为直线，可以直观地表示出压强与成正比关系，即说明压强与体积成反比，题图乙中图像为曲线，不通过计算不能直接由图判断出压强与体积成反比，故为了快速判断本实验中压强和体积的关系，应选择丙图像处理数据。 （2）由题图丁及题意可知，体积和温度相同时 由气体压强的微观意义可知组中气体分子数密度较大，故 四、解答题 10．如图所示，竖直放置开口向上质量为的气缸，用质量为的活塞密封一部分理想气体，静止在水平地面上，气柱的高度为。现用竖直向上的恒定拉力（大小未知）作用在活塞上，当二者相对静止且一起向上做匀加速运动时，活塞相对气缸上升了。已知大气压强恒为，活塞横截面积为，活塞和气缸导热性能良好，环境温度不变，不计活塞和气缸间的摩擦，忽略空气阻力，重力加速度大小为，求： (1)匀加速上升过程中密封气体的压强； (2)拉力的大小。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）对活塞，由静止受力平衡得 对密封气体，从开始到施加力后达到稳定时，由玻意耳定律可得 联立解得匀加速上升过程中密封气体的压强 （2）施加力后达到稳定时，对活塞由牛顿第二定律得 对气缸和活塞整体由牛顿第二定律得 联立解得拉力 / 学科网（北京）股份有限公司 $$