8.3 理想气体状态方程 同步作业 -2025-2026学年高二下学期（中职）物理高教版(2021)机械建筑类

主题八 固体、液体和气体的性质及其应用 第三节 理想气体状态方程同步作业 一、选择题（本题共12小题，每小题3分，共36分。每小题只有一项符合题目要求） 1. 下列关于理想气体的说法，正确的是（ ） A. 理想气体是真实存在的气体，其分子间无相互作用力 B. 机械工程中的空气在常温常压下可近似为理想气体 C. 理想气体的内能仅与温度有关，与体积和压强无关 D. 建筑供暖系统中的水蒸气属于理想气体 2. 理想气体状态方程的表达式为pV=nRT，其中n表示（ ） A. 气体的质量 B. 气体的密度 C. 气体的物质的量 D. 气体的分子数 3. 关于气体实验定律与理想气体状态方程的关系，下列说法正确的是（ ） A. 玻意耳定律是理想气体状态方程在温度不变时的特例 B. 查理定律是理想气体状态方程在体积不变时的特例 C. 盖-吕萨克定律是理想气体状态方程在压强不变时的特例 D. 以上说法均正确 4. 建筑工地上使用的氧气瓶，在使用过程中瓶内气体的温度保持不变，随着氧气的流出，瓶内气体的（ ） A. 压强增大，体积减小 B. 压强减小，体积不变 C. 压强减小，体积增大 D. 压强不变，体积减小 5. 一定质量的理想气体，在压强不变的情况下，温度从27℃升高到127℃，其体积将变为原来的（ ） A. 3/4 B. 4/3 C. 1/3 D. 3倍 6. 机械气动系统中，一密闭气缸内的理想气体，温度不变时，若体积从V₁减小到V₂=V₁/2，则压强将变为原来的（ ） A. 1/2 B. 2倍 C. 4倍 D. 不变 7. 下列现象中，不能用理想气体状态方程解释的是（ ） A. 夏天汽车轮胎容易爆胎 B. 建筑供暖管道内的气体随温度升高压强增大 C. 液压千斤顶顶起重物 D. 高压气瓶打开阀门后气体体积膨胀 8. 一定质量的理想气体，在体积不变的情况下，温度从0℃升高到100℃，其压强的变化情况是（ ） A. 压强变为原来的100倍 B. 压强变为原来的100/273倍 C. 压强增加了100/273倍 D. 压强保持不变 9. 关于热力学温度的说法，正确的是（ ） A. 热力学温度的单位是摄氏度（℃） B. 热力学温度的零点是-273.15℃，称为绝对零度 C. 热力学温度与摄氏温度的换算关系为T=t-273.15K D. 温度升高1℃，对应的热力学温度升高273K 10. 某理想气体的压强为p，体积为V，温度为T，若压强变为2p，体积变为2V，则温度变为（ ） A. T/4 B. T/2 C. 2T D. 4T 11. 建筑工程中使用的压力容器，其内部气体的质量不变，若容器体积固定，当环境温度升高时，容器内气体的压强将（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定 12. 一定质量的理想气体，经历“压强不变、体积增大”的过程，其温度的变化情况是（ ） A. 升高 B. 降低 C. 不变 D. 先升高后降低 二、填空题（本题共6小题，每空2分，共24分） 13. 理想气体的分子模型假设：分子间无__________，分子本身的体积__________（选填“可以忽略”或“不可忽略”）；实际气体在__________、__________的条件下，可近似为理想气体。 14. 理想气体状态方程是在__________、__________、三个实验定律的基础上推导得出的，其表达式为（用p、V、n、R、T表示）或（用p₁、V₁、T₁和p₂、V₂、T₂表示一定质量的气体）。 15. 热力学温度的单位是__________（符号为K），它与摄氏温度的换算关系为__________；当摄氏温度为27℃时，对应的热力学温度为__________K。 16. 机械气动设备中，压缩空气的过程可近似为__________不变的过程（选填“温度”“体积”或“压强”），遵循__________定律；此时气体的压强与体积成__________比。 17. 建筑供暖系统中，管道内的气体在温度升高时，若体积不变，压强会__________，这是因为气体分子的__________增大，碰撞管道壁的作用力增强。 18. 一定质量的理想气体，在标准状况下（p₀=1×10⁵Pa，T₀=273K）的体积为22.4L，若温度升高到546K，压强增大到2×10⁵Pa，则此时气体的体积为__________L。 三、简答题（本题共2小题，每小题8分，共16分） 19. 结合机械气动工具（如气动扳手）的工作原理，说明理想气体状态方程在其中的应用，并解释为什么压缩空气能为工具提供动力。 20. 建筑工程中，冬季施工时需要对压力容器（如氧气瓶）采取保温措施，防止容器因温度过低而影响使用。请结合理想气体状态方程，解释冬季保温的必要性，并说明温度过低可能导致的问题。 四、综合应用题（本题共2小题，第21题10分，第22题14分，共24分） 21. 某机械气动系统中的气缸，内有一定质量的理想气体，初始状态下压强p₁=2×10⁵Pa，体积V₁=0.01m³，温度t₁=27℃。若气体经历等容变化，温度升高到t₂=127℃，求： （1）初始状态和末状态的热力学温度； （2）末状态气体的压强； （3）若气体的物质的量不变，求该气体的物质的量（结果保留两位小数）。 22. 建筑工地上的氧气瓶，容积V=0.04m³，内装氧气的压强p₁=1.5×10⁷Pa，温度t₁=27℃。使用一段时间后，瓶内氧气的压强降至p₂=1.0×10⁷Pa，温度降至t₂=17℃，忽略氧气的泄漏损耗，求： （1）氧气瓶内氧气的物质的量； （2）使用后瓶内氧气的体积（假设压强恢复到初始压强p₁，温度恢复到t₁）； （3）若将使用后的氧气缓慢膨胀，在压强不变的情况下，温度升高到27℃，求此时氧气的体积； （4）结合计算结果，说明为什么氧气瓶使用一段时间后，即使压强未降至零，也需要及时充气。 参考答案 一、选择题（每小题3分，共36分） 1. B 2. C 3. D 4. B 5. B 6. B 7. C 8. C 9. B 10. D 11. A 12. A 二、填空题（每空2分，共24分） 13. 相互作用力；可以忽略；常温；常压（或温度不太低、压强不太高） 14. 玻意耳定律；查理定律；盖-吕萨克定律；pV=nRT；p₁V₁/T₁=p₂V₂/T₂ 15. 开尔文；T=t+273.15K；300 16. 温度；玻意耳；反 17. 增大；平均动能 18. 22.4 三、简答题（每小题8分，共16分） 19. 应用原理：气动扳手的动力来源于压缩空气的膨胀做功，气泵压缩空气时，气体温度近似不变，体积减小、压强增大，遵循玻意耳定律；当压缩空气进入扳手气缸后，体积膨胀、压强减小，根据理想气体状态方程，气体的内能转化为机械能，推动活塞运动。 动力来源：压缩空气的压强大于外界大气压，存在压强差，膨胀时会对机械部件产生推力；同时气体膨胀过程中，内能转化为机械能，为气动扳手提供持续的动力，实现螺栓的拧紧或松开。 20. 保温必要性：氧气瓶容积V固定，内部氧气的物质的量n不变，根据理想气体状态方程pV=nRT，压强p与热力学温度T成正比。冬季环境温度低，若不保温，瓶内气体温度T降低，压强p会随之减小，无法为气动设备提供足够动力。 温度过低的问题：①瓶内气体压强不足，气动工具无法正常工作，影响施工效率；②气体温度过低可能导致气缸内水分凝结，腐蚀设备内部零件；③极端低温下，气体实际性质偏离理想气体，可能降低压力容器的安全性能，存在使用隐患。 四、综合应用题（共24分） 21. （1）初始热力学温度T₁=t₁+273=27+273=300K 末状态热力学温度T₂=t₂+273=127+273=400K （2）等容变化遵循查理定律p₁/T₁=p₂/T₂ 则p₂=p₁×T₂/T₁=2×10⁵Pa×400K/300K≈2.67×10⁵Pa （3）由理想气体状态方程p₁V₁=nRT₁，得n=p₁V₁/(RT₁) n=(2×10⁵Pa×0.01m³)/(8.31J/(mol·K)×300K)=2000/2493≈0.80mol 答：（1）初始温度300K，末状态温度400K；（2）末状态压强约2.67×10⁵Pa；（3）气体的物质的量约0.80mol。 22. （1）T₁=27+273=300K，由p₁V=nRT₁，得n=p₁V/(RT₁) n=(1.5×10⁷Pa×0.04m³)/(8.31J/(mol·K)×300K)=6×10⁵/2493≈240.67mol （2）T₂=17+273=290K，由p₁V₂/T₁=p₂V/T₂，得V₂=p₂VT₁/(p₁T₂) V₂=(1.0×10⁷Pa×0.04m³×300K)/(1.5×10⁷Pa×290K)=1.2×10⁹/(4.35×10⁹)≈0.0276m³ （3）压强不变，遵循盖-吕萨克定律V₂/T₂=V₃/T₁，得V₃=V₂T₁/T₂ V₃=0.0276m³×300K/290K≈8.28/290≈0.0286m³ （4）原因：使用后瓶内氧气虽有一定压强，但温度降低和体积膨胀后，实际可利用的有效体积大幅减小，能为气动设备提供的动力不足；若不及时充气，会导致气动工具无法正常工作，影响施工进度，甚至因动力不足引发施工安全问题。 答：（1）氧气的物质的量约240.67mol；（2）使用后氧气的体积约0.0276m³；（3）温度升高后的体积约0.0286m³；（4）见解析。 学科网（北京）股份有限公司 $