第二章 专题训练三 气体实验定律与理想气体状态方程的应用-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册练习手册（人教版）

第二章气体、固体和液体 专题训练三 气体实验定律与理想气体状态方程的应用 1.一圆柱形汽缸，质量M为10kg,总长度2.如图所示，光滑水平面上放有一质量为M L为40cm,内有一厚度不计的活塞，质 的汽缸，汽缸内放有一质量为m的可在 量m为5kg,截面积S为50cm2,活塞与 汽缸内无摩擦滑动的活塞，活塞面积为 汽缸壁间摩擦不计，但不漏气。当外界： S,活塞距汽缸底部的距离为d。现用水 大气压强po为1xl05Pa,温度to为7℃时， 平恒力F向右推汽缸，最后汽缸和活塞达 用绳子系住活塞将汽缸悬挂起来，如图所： 到相对静止状态，假设这个过程中气体温 示，此时汽缸内气体柱的高L1为35cm, 度不发生变化。求此时活塞距汽缸底部的 g取10m/s2。求： 距离。（已知外界大气压为P) (1)此时汽缸内气体的压强。 (2)当温度升高到多少摄氏度时，活塞与 汽缸将分离？ 第2题图 hMMMmMMM 第1题图 练(23 N 高中物理选择性必修第三册（人教版） 3.如图所示，绝热汽缸A与导热汽缸B均：*4.如图所示，两竖直且正对放置的导热汽 固定在地面上，由刚性杆连接的绝热活塞 缸底部由细管道（体积忽略不计）连通， 与两汽缸间均无摩擦。两汽缸内装有处于 两活塞a、b用刚性杠杆相连，可在两汽 平衡状态的理想气体，开始时体积均为 缸内无摩擦地移动。上下两活塞（厚度 V、温度均为T。缓慢加热A中气体，停 不计)的横截面积分别为S,=10cm2、S2= 止加热达到稳定后，A中气体压强为原来 20cm,两活塞，总质量为M=5kg,两汽缸 的1.2倍。设环境温度始终保持不变，求 高度均为H=l0cm。汽缸内封有一定质量 汽缸A中气体的体积VA和温度TA。 的理想气体，系统平衡时活塞a、b到汽 缸底的距离均为L=5cm(图中未标出)， 已知大气压强为po=1.0×10Pa,环境温 度为T=300K,g取10m/s2。 分☑ 第3题图 (1)若缓慢升高环境温度，使活塞缓慢 移到一侧汽缸的底部，求此时环境 温度。 (2)若保持温度不变，用竖直向下的力 缓慢推活塞b,在活塞b由开始运动 到汽缸底部过程中，求向下推力的 最大值。 第4题图 24)练 第二章气体、固体和液体 5.一个U形玻璃管竖直放置，左端开口，右：6.如图所示，U形管右管横截面积为左管横 端封闭，在左端上部放一光滑的轻活塞。 截面积的2倍，在左管内用水银封闭一段 初始时，管内汞柱及空气柱长度如图所 长为26cm、温度为280K的空气柱，左 示。用力向下缓慢推活塞，直至管内两 右两管水银面高度差为36cm,外界大气 边汞柱高度相等时为止。求此时右侧管 压为76cmHg。若给左管的封闭气体加 热，使管内气柱长度为30cm,则此时左 内气体的压强和活塞向下移动的距离。 管内气体的温度为多少摄氏度？ (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po=75.0cmHg。环境温度 不变) 36cm 活塞 第6题图 4.00cm 20.0cm 20.0cm 水银 5.00 cm 第5题图 练(25高中物理选择性必修第三册（人教版） >"专题训练二理想气体的状态方程 1.AC【解析】理想气体是一种理想化模型，指严 格遵守气体实验定律的气体，在温度不太低、压强不太 大的情况下，一般气体可以看成理想气体。A、C正确。 2.C【解析】一定质量的理想气体压强不变，体积 与热力学温度成正比，温度由100℃上升到200℃时， 体积约增大为原来的1.27倍，A错误；理想气体状态方 程成立的条件为质量不变，B缺条件，B错误；由理想 气体状态方程=恒量可知，C正确，D错误。 3.D【解析】根据理想气体状态方程卫=2，判 T T 断可知D正确。 4.C【解析】根据理想气体状态方程，可得卫V Pa=Pe,由图可知PAVxPVsPcVo=3:4:3,则T TB Tc TB:T=3:4:3。 5.AD【解析】由题图可知，在A→B的过程中，气 体温度升高体积变大，且体积与温度成正比，由兴 C,气体压强不变，故A正确；由题图可知，在B→C 的过程中，体积不变而温度降低，由平=C可知，压强 p减小，故B、C错误；由题图可知，在C→D的过程 中，气体温度不变，体积减小，由平=C可知，压强p 增大，故D正确。 6.C【解析】在水面时：压强等于大气压p1=1.0× 105Pa,T=(273+17)K=290K;在湖底时：P2=p1+pgh= 3.0×105Pa,T=(273+4)K=277K,根据理想气体状态方 程=，解得V=3.1V2,C正确。 T T 7.ACD【解析】环境温度升高时，假设气体体积不 变，由少=C可知，封闭气体压强增大。以左侧液面为 研究对象，温度没有升高前：受力平衡pS=(Po+h)S,温 度升高后：假设h不变，pS>(Po+h)S,液面所受合力向 下，左侧液面下移，右侧液面上升，重新平衡后h增 大，故A正确；同理，大气压强增大时，假设左侧液面 不动，则pS<(Po+h)S,左侧液面合力向上，液面上移， 故重新平衡后高度差减小，B错误；向右管加入水银 时，假设左侧液面没动，则pS<(Po+h)S,左侧液面所受 合力向上，液面上升，结果是气体体积减小，气体压强 增大，重新平衡后，p=p+h,p增大，h也增大，两边液 面都升高，故C正确；U形管自由下落时，取右侧h高 液柱为研究对象，由于完全失重状态，液柱只受重力作 用，液柱上下面压强相等，即封闭气体压强等于大气 压，故封闭气体压强减小，体积增大，故液柱右移，高 50 度差h增大，D正确。 8.373℃【解析】以汽缸里的混合气体为研究对象。 初态：p=1.0x10Pa,V1=0.93L,T=(50+273)K= 323K, 末态：p2=1.2x10Pa,V=0.155L,T=? 由DVL=卫2V2可求得T=卫2业T,代入数据， T piV 得T=1.2x10x0.155X323K=-646K. 1.0x105x0.93 混合气体的温度升高，t=(646-273)℃=373℃。 9.(1)78℃(2)11.75cmHg 【解析】(1)对左管中的气体：t=31℃状态：p1= 76cmHg,V1=lS,T=304K,t2状态：p2=78cmHg,V= S,T=?由D=,得I=业T,=351K, piVi T-273=78℃。 (2)右管加人水银后：p=?,V=V=S,T=T2,由 失-告.则m=7.72677》cm=875 T1273+31 cmHg,所以应加入水银的长度为87.75cm-76cm=11.75 cmo *10.827℃【解析】T=127℃时，对活塞受力分析， 由平衡条件：mg+p S-p4,得pp-=0.75x10Pa, 升温到某一温度2时，对活塞、汽缸整体进行受力分析， 由平衡条件：kx=(m+M)g,x=m+Mg=7.5cm, 对汽缸受力分析，由平衡条件pS=Mg+poS,P2=po+ Mg=1.5x105Pa, 对缸内气体： 初状态：V=LS,p1=0.75x105P,T=(273+127)K, 末状态：V=(L+x)S,T=?,P=1.5x105Pa, 由理想气体状态方程卫WL=卫V TT 即0.75x10x20S=1.5x10x27.5S 400 解上式可得T,=1100K,即t=T,-273=827℃。 专题训练三气体实验定律与理想 气体状态方程的应用 1.(1)0.8x105Pa(2)47℃ 【解析】(1)以汽缸为研究对象，受力平衡：PS= pS+Mg,p-poS -1XI0-00nP=0sx0P (2)温度升高，汽缸内气体的压强不变，体积增 大，根据气体等压变化方程得片片，当话塞与汽缸 将分离时，气柱的总长度为40cm,代人数据得 405,解得7=320K=47℃。 T 2.x=-poS(M+m)d -【解析】对汽缸、活塞整体， poS(M+m)+mF 由牛顿第二定律F=(M+m)a①. 对活塞，由牛顿第二定律pS-pS=ma②， 对汽缸内封闭的气体，由玻意耳定律poSd-pSx③， 联立①②③得p-=p+S(M+m)' mF 综合以上可得仁pS(M+m)d poS(M+m)+mF 3名。14【解析】初态压强为，膨张后A B压强相等，即pB=PA=1.2po。B中气体始末状态温度相 等，由玻意耳定律得poV1.2poVg,又2V。=V+V,所以 V石。对A中气体，由理想气体状态方程得% To 1.2pVA,所以TA=1.4Tg TA *4.(1)400K(2)75N【解析】(1)汽缸内气 体压强不变，温度升高，气体体积变大，故活塞向上移 动，由盖-吕萨克定律得LSS,=S,代人数据得 To T=400K。 (2)设初始气体压强为P1,把活塞作为研究对象， 由平衡条件有poS+pS2=Mg+poS+pS,代入数据得P1= 1.5×I05Pa;活塞b刚要到达汽缸底部时，向下的推力最 大，此时气体的体积为HS,压强为P2,由玻意耳定律 有p1(LS,+LS2)=pHS,代人数据得p2=2.25×10Pa;把活 塞作为研究对象，由平衡条件有pS1+p2S2=Mg+poS2+pS+ F,代人数据得F=75N。 *5.144cmHg9.42cm 【解析】两边气体均做等温变化。 对右管空气柱： 初状态：pp+l5.0cmHg-90 cmHg, 末状态：p右'=印左'， 由玻意耳定律得plS=p有''S, 代入数据得p右'=144 cmHg。 对左管空气柱：初状态：p左=75.0cmHg, 末状态：p右'=印左， 由玻意耳定律得p左l左S=p左'l左'S, 代入数据得h≈9.42cm。 6.98.5℃【解析】设U形管左管的横截面积为S, 当左管内封闭的气柱长度变为30cm时，左管水银柱下 降4cm,右管水银柱上升2cm,即左右两端水银柱高 度差变为h'=30cm,对左管内封闭的气体：p1=po-h= 40 cmHg,Vi=lS,Ti=280 K,p2=po-h'=46 cmHg, V='S,由理想气体状态方程得L=2,可得T,≈ T T 371.5K,则t=98.5℃。 参考答案与解析。 >m4.固体 基础练习 1.AB【解析】明矾和石英是晶体，魔方和塑料是 非晶体。A、B正确。 2.AD【解析】因为这种材料属于非晶体，因此在 物理性质上具有各向同性，没有一定的熔点。A、D 正确。 3.B【解析】金属是多晶体，它的金属晶粒的排列 是无序的，B正确。 4.A【解析】沿0,0和0,0两对称轴测该长方体所 得电阻值相同。且是≠是、正说明该物质沿00和 O,0方向电阻率（即导电性能）不同，即表现出各向异 性的物理性质，这块样品是单晶体，故A正确。 5.AB【解析】在测量油膜分子的直径时，将油分 子看成球形分子，并且把油膜看成单分子油膜，此时油 酸薄膜厚度等于油酸分子直径，A正确；在研究溴蒸气 的扩散实验，若温度升高，则分子的运动越激烈，所以 扩散的速度加快，B正确；图丙模拟气体压强产生机理 的实验，说明气体压强是由气体分子频繁碰撞容器壁产 生的，C错误；图丁的形状，由于是椭圆，则说明云母 晶体具有各向异性，D错误。 6.BD【解析】同种元素原子可以按不同结构排列， 即具有不同的空间点阵，物理性质则不同，如石墨和金 刚石的物质密度、机械强度、导热性、导电性、光学性 质等都有很大差别：同种元素形成晶体可能有不同的排 列规律，所以B、D正确，A、C错误。 7.ABC【解析】晶体和非晶体在一定条件下可以相 互转化，如石英是晶体，加热后制成的玻璃是非晶体， 同一种物质可以形成晶体也可以形成非晶体。A、B、C 正确。 8.BCD【解析】金刚石和石墨都是由碳原子组成 的，它们具有相同化学性质，A错误，C正确；但由于 碳原子按不同的结构排列，决定了它们的物理性质不 同，金刚石是网状结构决定了其中碳原子间的作用力很 强，石墨是层状结构决定了其中碳原子间的作用力弱一 些，D正确。 提升练习 9.BD【解析】由图丁可知，甲、丙有确定熔点， 乙无确定熔点，所以甲、丙为晶体，乙为非晶体，B正 确，A、C错误；再由图甲、乙、丙可知，甲、乙各向 同性，丙各向异性，因此甲为多晶体，丙为单晶体，故 D正确。 10.ACD【解析】组成晶体的物质微粒可以是分子、 原子或离子，这些物质微粒也就是分子动理论所说的分 子，A正确；组成晶体的物质微粒处在永不停息的无规 则热运动之中，B错误；物质微粒之间还存在相互作