第二章 气体、固体和液体（举一反三重难点训练）物理人教版选择性必修第三册

第二章 气体、固体和液体 【题型1 气体压强的计算】 1 【题型2 气体实验定律与气体状态方程的应用】 3 【题型3 气体状态变化的图像问题】 7 【题型4 液柱移动问题】 10 【题型1 气体压强的计算】 1.若已知大气压强为p0，如图所示各装置均处于静止状态，图中液体密度均为ρ，重力加速度为g，则(　　) A．图甲中被封闭气体的压强为p0＋ρgh B．图乙中被封闭气体的压强为p0＋ρgh C．图丙中被封闭气体的压强为p0＋ρgh D．图丁中被封闭气体的压强为p0＋ρgh1 【答案】D 【解析】　在题图甲中，以高为h的液柱为研究对象，由二力平衡知p气S＋ρghS＝p0S，所以p气＝p0－ρgh，故A错误；在题图乙中，以B液面为研究对象，由平衡条件得F上＝F下，即p气S＋ρghS＝p0S，所以p气＝p0－ρgh，故B错误；在题图丙中，以B液面为研究对象，有p气S＋ρghS sin 60°＝p0S，所以p气＝p0－ρgh，故C错误；在题图丁中，以液面A为研究对象，由二力平衡得p气S＝p0S＋ρgh1S，所以p气＝p0＋ρgh1，故D正确。 2.若已知大气压强为p0，重力加速度为g，汽缸横截面积均为S，不计摩擦力，如图甲、乙所示，各装置均处于静止状态，求各装置中被封闭气体的压强。 【答案】　甲：p0－　乙：p0＋ 【解析】　题图甲：选汽缸为研究对象，受力分析如图(a)所示， 由平衡条件知p0S＝p甲S＋Mg，解得p甲＝p0－。 题图乙：选活塞为研究对象，受力分析如图(b)所示， 由平衡条件有p乙S下sin α＝p0S上＋FN＋mg， FN＝Mg，S下sin α＝S上， S下为活塞下表面面积，S上为活塞上表面面积，即S上＝S，由以上得p乙＝p0＋。 3.如图所示，光滑水平面上放有一质量为M的汽缸，汽缸内放有一质量为m的可在汽缸内无摩擦滑动的活塞，活塞面积为S。已知外界大气压强为p0。现用水平恒力F向右推汽缸，最后汽缸和活塞达到相对静止状态，则此时缸内封闭气体的压强为(　　) A．p0＋ B．p0＋ C．p0＋ D．p0＋ 【答案】D 【解析】　以汽缸和活塞整体为研究对象，根据牛顿第二定律得F＝(M＋m)a；以活塞为研究对象，根据牛顿第二定律得pS－p0S＝ma，联立解得p＝p0＋，D正确。 【题型2 气体实验定律与气体状态方程的应用】 4.如图所示，高为的导热汽缸的底部与体积可以忽略的透明管相连，活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，汽缸上端与大气相通。初始时，活塞位于汽缸中部处，竖直细管内水银柱的高度为式中为水银的密度，水银柱的上方为一小段真空。已知大气压强为，活塞的横截面积为，重力加速度为。不计活塞的厚度、与汽缸间的摩擦，不计细管内气体的体积变化，水银柱始终未进入汽缸。 求活塞的质量； 若在初始状态下将汽缸顶端封闭将大气视为理想气体，然后把整个系统置于低温环境中，稳定时测得活塞距离汽缸底部的高度为。已知初始时环境温度为，求该低温环境的温度。 【答案】解：设封闭气体的压强为，对活塞由平衡条件有 用水银柱表达气体的压强 联立解得 对活塞上方、下方气体，由气体状态方程分别有 上方：， 下方：， 对活塞有， 解得， 。  5.如图，容积均为、缸壁可导热的甲、乙两圆柱形汽缸通过体积可忽略的细管连通，放置在压强为、温度为的环境中甲汽缸的左下部通过开口与外界相通。汽缸内的两活塞各自将缸内气体分成体积相等的两部分，环境压强保持不变，不计活塞的体积，忽略摩擦。 若将环境温度缓慢降低，求甲汽缸中的活塞刚到达甲汽缸最右端时的温度 若将环境温度缓慢降低至，然后用气泵从开口向汽缸内缓慢注入气体，求甲汽缸中的活塞刚到达甲汽缸最右端时，乙汽缸内气体的压强。 【答案】解：当环境温度降低时，两汽缸内气体压强总等于大气压强，则被两活塞封闭的中间部分气体和乙右边部分气体都发生等压变化，则当甲汽缸中的活塞刚到达甲汽缸最右端时，由盖吕萨克定律可得对于乙汽缸中右边部分气体有， 两活塞封闭的中间部分气体， 解得； 设当汽缸中的活塞刚到达甲汽缸最右端时，乙汽缸内气体的压强为，则此时两活塞之间气体压强也等于，设此时乙内右边部分气体的体积为，则两活塞中间气体被压缩的体积为，则 对于乙汽缸中右边部分气体有， 两活塞封闭的中间部分气体， 联立解得，。  6.如图所示，绝热汽缸固定在水平桌面上，可通过电热丝给内部封闭的气体加热，其活塞用一轻绳与导热汽缸的活塞通过定滑轮相连，汽缸悬在空中，质量为，底部悬挂有一质量也为的物体，汽缸的活塞到汽缸内部底端的距离为两活塞面积均为，两汽缸中均封闭有相同质量的同种理想气体，两汽缸都不漏气．开始时系统处于平衡状态，且温度均与环境温度相同为，不计活塞和气体的重力，不计任何摩擦，已知重力加速度为，外界大气压强为． 求、汽缸中气体的压强； 若环境温度、大气压保持不变，取下汽缸底部悬挂的物体，重新稳定后，要使汽缸底部离地面的高度与取下物体前相同，则汽缸中气体的温度应升高多少活塞不会脱离汽缸 【答案】解：取下物体前对汽缸的活塞根据平衡条件有： ， 解得： ， 取下物体前对汽缸的活塞根据平衡条件有：   ， 解得： ，故汽缸、中的压强相等； 取下物体，重新稳定后，对汽缸有： ，解得： ， 此过程中汽缸中的气体等温变化，有：  ， 此过程中汽缸上移的距离为： ， 联解得： ， 取下物体前，汽缸、中的压强相同，温度也相同，且两汽缸中均封闭有相同质量的同种理想气体，故汽缸、中的气体体积相同，汽缸中活塞到汽缸内部底端的距离也为，要使汽缸底部离地面的高度与取下物体前相同，则汽缸中活塞应向右移动的距离，因此在此过程中对中气体有： ， 而：  ，联解得： ， 汽缸中气体的温度应升高： 。 7.某医学氧气钢瓶的容积为，钢瓶在室外时，环境温度为，钢瓶内压力表显示瓶内氧气的压强为约为，现将钢瓶移至于室内温度为的医院病房内钢瓶的热胀冷缩可以忽略。已知热力学温度与摄氏温度间的关系为，求： 钢瓶移入室内达到热平衡后，钢瓶内氧气的压强为多少？ 在室内环境下，若氧气输出的压强恒为，流量为，且要求钢瓶内氧气应保留不少于的剩余压力，在输出氧气过程中钢瓶内温度保持不变，该氧气瓶最多能持续使用多少分钟？ 【答案】解：由题意可知，初态， 末态 设末态压强为，则由查理定律得 解得： 由题意，设压强为，体积为的气体可以等效为压强为，体积为，设初始状态体积为，则由玻意耳定律得 解得 由题意可得，输出的体积为 设流量为，则该氧气瓶最多能持续使用时间为 答：钢瓶移入室内达到热平衡后，钢瓶内氧气的压强为； 该氧气瓶最多能持续使用分钟．  【题型3 气体状态变化的图像问题】 8.如图所示，一定质量的理想气体经历的过程，已知气体在状态时的温度为，且，下列说法正确的是 A. 在状态，气体的温度为 B. 在状态，气体的内能最大 C. 过程，气体对外做功 D. 过程，单位时间撞出容器壁上单位面积的分子数可能不变 【答案】C  【解答】A.由理想气体的状态方程，解得气体在状态的温度；故A错误； B.根据图像，在状态时乘积最大，知状态气体的温度最高，故状态气体的内能最大；故B错误； C.过程，体积增大，由图像，图像与横纵坐标形成图形的面积表示做功，得：气体对外做功 ；故C正确； D.过程，气体压强不变，体积减小，温度降低，分子的平均速率减小，气体分子的密度增大；单位时间撞出容器壁上单位面积的分子数增大，故D错误； 故选C。 9.“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中，一定质量理想气体的图像如图所示。该过程对应的图像可能是(    ) A. B. C. D. 【答案】B  【解答】根据理想气体状态方程： 变形可得： 从到，气体压强不变，温度升高，则体积变大；从到，气体压强减小，温度降低，因点与原点连线的斜率小于点与原点连线的斜率，态的体积大于态体积。 故选：。 10.一定质量的理想气体从状态开始经、、三个过程回到原状态，已知垂直于轴，延长线过点，下列说法正确的是(    ) A. 过程外界对气体做功 B. 过程气体压强不变 C. 过程气体放出热量 D. 过程气体内能减小 【答案】AC  【解析】A.由理想气体状态方程化简可得，由图可知，图像的斜率越大，压强越小，故，过程为等压变化，体积减小，外界对气体做功，A正确； B.由项分析可知，过程压强减小，B错误； C.过程为等温变化，对于一定质量的理想气体，温度不变则内能不变，故 由玻意耳定律为常量可知，体积减小，压强增大，外界对气体做功，故 由热力学第一定律可知，故过程气体放出热量，C正确； D.由图可知，过程，温度升高，对于一定质量的理想气体，温度升高则内能增大，D错误。 故选AC。 11.如图所示，一定质量的理想气体从状态连续变化到状态、、，最后由状态回到状态的图像，初始状态的压强为，体积为，热力学温度为，图中在一条直线上，在一条直线上，平行于横轴，平行于纵轴。已知状态的体积为，状态的压强为，下列说法正确的是(    ) A. 状态到状态是等温变化 B. 状态的压强为 C. 状态的热力学温度为 D. 状态的温度低于状态的 【答案】AB  【解析】A.根据理想气体状态方程有：，由于在一条直线上，所以直线的斜率为定值，所以状态到状态是等温变化。故A正确 B.从状态到状态为等压变化：得，从状态到状态为等温变化：从状态到状态为等温变化：从状态到状态为等容变化：，解得。故B正确 C.从状态到状态为等温变化：。故C不正确 D.通过以上分析得到，，得到。故D不正确。 【题型4 液柱移动问题】 12.如图所示，的氧气和的氢气体积相同，汞柱在连通两容器的细管中央，下面的叙述中，正确的是(    ) A. 当氧气和氢气的温度都升高时，汞柱不移动 B. 当氧气和氢气的温度都升高时，汞柱将向左移 C. 当氧气温度升高，氢气温度升高时，汞柱向左移 D. 当氧气温度升高，氢气温度升高时，汞柱不会移动 【答案】C  【解析】假设两部分气体的体积不变，设气体初始状态的参量为、，末状态参量为、，变化温度为、变化压强为，由查理定律有 可得，开始时两部分气体的压强相同，若变化过程中相同，因为，由得，所以汞柱向右移动，故AB错误。 开始时两部分气体的压强相同，，，若，，由得，所以汞柱向左移，故C正确，D错误。 故选C。 13.两端封闭玻璃管水平放置，一段水银把管内同种气体分成两部分，，如图．当温度为时，水银柱静止不动，现把两边都加热到，则管内水银柱将(    ) A. 向左移动 B. 向右移动 C. 保持静止 D. 无法判断 【答案】C  【解答】假设水银柱不动，则气体体积不变， 由查理定律得：，则， 由于两部分气体的、、都相等，则气体压强的变化量相等， 水银柱受到两边气体压力的变化量相等，则水银柱保持不动； 故选C。 14.粗细均匀、两端封闭的细长玻璃管中，有一段水银柱将管中气体分为和两部分，如图所示，已知两部分气体和的体积关系是，、中所装气体温度分别为和，如果两边温度都降低，水银将(    ) A. 向端移动 B. 向端移动 C. 始终不动 D. 以上三种情况都有可能 【答案】A  【解析】解：开始时水银柱平衡，故两侧气体压强相等，设为，设温度升高时气体体积不变，根据理想气体状态方程，有： 故， 两侧初状态温度不相同，降低的温度相同，右侧压强比左侧压强变化少，故水银向端移动，故A正确； 故选：。 15.如图所示，，两容器容积相等，用粗细均匀的细玻璃管连接，两容器内装有不同气体，细管中央有一段水银柱，在两边气体作用下保持平衡时，中气体的温度为，中气体温度为，如果将它们的温度都升高，则水银柱将(    ) A. 向移动 B. 向移动 C. 不动 D. 不能确定 【答案】B  【解答】假定两个容器的体积不变，即，不变，所装气体温度分别为和，当温度升高时，左边的压强由升高到，，右边的压强由升至，， 由查理定律得：，，因为，所以，即水银柱应向移动，故ACD错误，B正确。 故选B。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二章 气体、固体和液体 【题型1 气体压强的计算】 1 【题型2 气体实验定律与气体状态方程的应用】 3 【题型3 气体状态变化的图像问题】 7 【题型4 液柱移动问题】 10 【题型1 气体压强的计算】 1.若已知大气压强为p0，如图所示各装置均处于静止状态，图中液体密度均为ρ，重力加速度为g，则(　　) A．图甲中被封闭气体的压强为p0＋ρgh B．图乙中被封闭气体的压强为p0＋ρgh C．图丙中被封闭气体的压强为p0＋ρgh D．图丁中被封闭气体的压强为p0＋ρgh1 2.若已知大气压强为p0，重力加速度为g，汽缸横截面积均为S，不计摩擦力，如图甲、乙所示，各装置均处于静止状态，求各装置中被封闭气体的压强。 3.如图所示，光滑水平面上放有一质量为M的汽缸，汽缸内放有一质量为m的可在汽缸内无摩擦滑动的活塞，活塞面积为S。已知外界大气压强为p0。现用水平恒力F向右推汽缸，最后汽缸和活塞达到相对静止状态，则此时缸内封闭气体的压强为(　　) A．p0＋ B．p0＋ C．p0＋ D．p0＋ 【题型2 气体实验定律与气体状态方程的应用】 4.如图所示，高为的导热汽缸的底部与体积可以忽略的透明管相连，活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，汽缸上端与大气相通。初始时，活塞位于汽缸中部处，竖直细管内水银柱的高度为式中为水银的密度，水银柱的上方为一小段真空。已知大气压强为，活塞的横截面积为，重力加速度为。不计活塞的厚度、与汽缸间的摩擦，不计细管内气体的体积变化，水银柱始终未进入汽缸。 求活塞的质量； 若在初始状态下将汽缸顶端封闭将大气视为理想气体，然后把整个系统置于低温环境中，稳定时测得活塞距离汽缸底部的高度为。已知初始时环境温度为，求该低温环境的温度。 5.如图，容积均为、缸壁可导热的甲、乙两圆柱形汽缸通过体积可忽略的细管连通，放置在压强为、温度为的环境中甲汽缸的左下部通过开口与外界相通。汽缸内的两活塞各自将缸内气体分成体积相等的两部分，环境压强保持不变，不计活塞的体积，忽略摩擦。 若将环境温度缓慢降低，求甲汽缸中的活塞刚到达甲汽缸最右端时的温度 若将环境温度缓慢降低至，然后用气泵从开口向汽缸内缓慢注入气体，求甲汽缸中的活塞刚到达甲汽缸最右端时，乙汽缸内气体的压强。 6.如图所示，绝热汽缸固定在水平桌面上，可通过电热丝给内部封闭的气体加热，其活塞用一轻绳与导热汽缸的活塞通过定滑轮相连，汽缸悬在空中，质量为，底部悬挂有一质量也为的物体，汽缸的活塞到汽缸内部底端的距离为两活塞面积均为，两汽缸中均封闭有相同质量的同种理想气体，两汽缸都不漏气．开始时系统处于平衡状态，且温度均与环境温度相同为，不计活塞和气体的重力，不计任何摩擦，已知重力加速度为，外界大气压强为． 求、汽缸中气体的压强； 若环境温度、大气压保持不变，取下汽缸底部悬挂的物体，重新稳定后，要使汽缸底部离地面的高度与取下物体前相同，则汽缸中气体的温度应升高多少活塞不会脱离汽缸 7.某医学氧气钢瓶的容积为，钢瓶在室外时，环境温度为，钢瓶内压力表显示瓶内氧气的压强为约为，现将钢瓶移至于室内温度为的医院病房内钢瓶的热胀冷缩可以忽略。已知热力学温度与摄氏温度间的关系为，求： 钢瓶移入室内达到热平衡后，钢瓶内氧气的压强为多少？ 在室内环境下，若氧气输出的压强恒为，流量为，且要求钢瓶内氧气应保留不少于的剩余压力，在输出氧气过程中钢瓶内温度保持不变，该氧气瓶最多能持续使用多少分钟？ 【题型3 气体状态变化的图像问题】 8.如图所示，一定质量的理想气体经历的过程，已知气体在状态时的温度为，且，下列说法正确的是 A. 在状态，气体的温度为 B. 在状态，气体的内能最大 C. 过程，气体对外做功 D. 过程，单位时间撞出容器壁上单位面积的分子数可能不变 9.“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中，一定质量理想气体的图像如图所示。该过程对应的图像可能是(    ) A. B. C. D. 10.一定质量的理想气体从状态开始经、、三个过程回到原状态，已知垂直于轴，延长线过点，下列说法正确的是(    ) A. 过程外界对气体做功 B. 过程气体压强不变 C. 过程气体放出热量 D. 过程气体内能减小 11.如图所示，一定质量的理想气体从状态连续变化到状态、、，最后由状态回到状态的图像，初始状态的压强为，体积为，热力学温度为，图中在一条直线上，在一条直线上，平行于横轴，平行于纵轴。已知状态的体积为，状态的压强为，下列说法正确的是(    ) A. 状态到状态是等温变化 B. 状态的压强为 C. 状态的热力学温度为 D. 状态的温度低于状态的 【题型4 液柱移动问题】 12.如图所示，的氧气和的氢气体积相同，汞柱在连通两容器的细管中央，下面的叙述中，正确的是(    ) A. 当氧气和氢气的温度都升高时，汞柱不移动 B. 当氧气和氢气的温度都升高时，汞柱将向左移 C. 当氧气温度升高，氢气温度升高时，汞柱向左移 D. 当氧气温度升高，氢气温度升高时，汞柱不会移动 13.两端封闭玻璃管水平放置，一段水银把管内同种气体分成两部分，，如图．当温度为时，水银柱静止不动，现把两边都加热到，则管内水银柱将(    ) A. 向左移动 B. 向右移动 C. 保持静止 D. 无法判断 14.粗细均匀、两端封闭的细长玻璃管中，有一段水银柱将管中气体分为和两部分，如图所示，已知两部分气体和的体积关系是，、中所装气体温度分别为和，如果两边温度都降低，水银将(    ) A. 向端移动 B. 向端移动 C. 始终不动 D. 以上三种情况都有可能 15.如图所示，，两容器容积相等，用粗细均匀的细玻璃管连接，两容器内装有不同气体，细管中央有一段水银柱，在两边气体作用下保持平衡时，中气体的温度为，中气体温度为，如果将它们的温度都升高，则水银柱将(    ) A. 向移动 B. 向移动 C. 不动 D. 不能确定 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $