第2章 第5节 第3课时 理想气体的状态方程-【学霸黑白题】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（教科版）

厂，空气溢出后，教室内的空气质量与空气密度成正比， 所以有心'业29 mV230' 故选A 4.B解析：ABC.令外界环境压强与密封气体压强分别为Po, P1,对活塞与硬杆整体分析有PoS4+P1Sg=P1S4+PoSg,解得 Po=P,可知，气体发生的是等压变化，根据盖-吕萨克定律 有上兰，可知，当缸内气体温度缓慢下降到时，密封气 TT 体体积将随之减小，由于活塞用硬杆相连，两活塞移动的距 离相等，当体积减小时，活塞应向横截面积较小的活塞一侧 移动，即活塞将向右移动，故AC错误，B正确；D.根据上述 可知，活塞再次静止时，缸内气体的体积、温度与降温前相比 都发生了变化，而压强没有发生变化，故D错误.故选B. 5.(1)均匀(2)t=(24.5+0.25h)℃(3)偏大，见解析 解析：(1)根据7=C,油柱体积随温度均匀变化，则刻度是 均匀的.(2)初状态：V,=(357+0.3×10)cm3=360cm3,T1= (273+27)K=300K,任意态：V2=(357+0.3×h)cm3,T2= V 273*)K,由-，得：=(245+0.25h)℃.(3)由 ,可得：比？由于油柱重力产生压强的影明没有 了，V2偏大，则测得的T,偏大 黑题应用提优练 1.D解析：在0℃和273℃两个状态时，由盖-吕萨克定律可 0.3m3 知，对气体a有273+273)K=273R,对气体6有 (273+273)K273K,解得V.=0.6m3,,=0.2m,△v= V 0.1m3 V。-V。=0.4m3,选项D正确. 2.C解析：设刚好从地面浮起时气袋内的气体密度为P1,则 升起时浮力等于孔明灯和内部气体的总重力，有PgV。=Mg+ PgV。将气袋内的气体温度升高时，气体视为等压变化，原 来的气体温度升高时体积为V。,升高后体积为V,(有V。留 在气袋内)，根据质量相等则有pV。=P1V1,原来的气体温度 升高后压强不变，体积从%变为？，由等压变化得之=上 T。T, 根报卖二1.5T联立解得7。一1一3’级选C T 3.B解析：AB.活塞位于汽缸正中间时，以汽缸为研究对象 由平衡条件得p1S=Mg+PoS,当活塞在汽缸的最下端时，缸 内气体温度为T2,压强为P2,此时仍有P2S=Mg+PoS,可得 P2=P1,可知缸内气体为等压变化，由盖-吕萨克定律可得 公会可得万 T,V2_(27+273)×SK=60K,则能测量 V, 1 25 的最大温度为600K:又有△V=S·△L,由上式可知，刻度表 的刻度是均匀的，A错误，B正确：C.由以上分析可知，汽缸 内的气体做等压变化，弹簧受到的弹力不变，因此环境温度 降低时，弹簧的长度仍不变，C错误；D.以汽缸为研究对象， (不包含活塞)对汽缸受力分析，由平衡条件可得P1S=Mg+ PoS,代入数据解得缸内气体的压强为P1=1.1×10Pa,D错 误故选B. 参考答案与解析 压轴挑战 4a肾(2) 4 解析：(1)对右侧汽缸中的活塞，由受力平衡有p2S=2mg,对 左侧汽缸中的活塞，由受力平衡有P2S=mg+p1S,解得P1= 学（(2)在缓慢升温过程中，两部分气体的压强均不变，均为 等压变化，设右侧活塞刚好上升至汽缸顶部时，左侧活塞下 降，对I气体，初态有y=公，工=，末态有 (台+)小3由盖-昌萨克定律得7=行，对I气体，初态 有%=，1，=，未态有=S+(2s由盖-吕萨克定 宁号取立部想7子 白题基础过关练第3课时理想气体的状态方程 1.A解析：ACD.气体分子大小和相互作用力可以忽略不计， 也可以不计气体分子与器壁碰撞的动能损失，这样的气体称 为理想气体它是理论上假想的一种把实际气体的性质加以 简化的气体理想气体在任何情况下都严格遵守气体实验定 律，也就是说，实际气体并不严格遵循这些定律，只有在温度 不太低，压强不太大时，才可做近似处理.一般可认为温度不 低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时的气体为 理想气体，故A正确，CD错误：B.对于理想气体，分子间不 存在相互作用力，也就没有分子势能的变化，其内能的变化 即为分子动能的变化，宏观上表现为温度的变化，B错误.故 选A. 2C解析根据理想气体状态方程%-G可知，使气体的温度 保持不变，而压强和体积同时增大显然是不可能的，故C符 合题意. 3.D解析：气体的质量一定，则分子数一定，当体积减小 时，分子总数不变，单位体积的分子数增加，因温度不变， 则分子的平均速率不变，则气体分子每次碰撞器壁的平均作 用力不变，气体的压强变大，则单位时间内单位面积器壁上 受到气体分子碰撞的次数增多.故选D. 4.D解析：A.篮球中空气质量增大了，但空气的体积没有变， 根据公式=”可知密度变大，球内气体分子数密度变大， 故A错误；BC.在快速充气过程中，压缩球内气体做功，而气 体与外界来不及进行热交换，故空气内能增大、温度升高，分 子平均动能增大，但并不是每一个分子的动能都增大，故 BC错误；D.由上分析可知，温度升高，分子数密度增大，所 以单位时间内碰撞单位面积内壁的分子数增大，故D正确。 故选D. 5.C解析：外界大气温度升高，压强减小，则玻璃泡内部气体 温度升高，气体压强增大，玻璃管中水柱下降，故C符合 题意 6.D解析：如图所示，过A、B两点分别作出等容变化的图像， 由G可得P=十·T心，可知，B点对应的图线斜率较大， 黑白题09 体积较小，即V4>Va,B到C等温升压，可知体积减小， 即Va>Vc,D正确. ↑p/Pa B -273.150 t/℃ 7.C解析：气泡在湖底的压强p1=po+pgh=10Pa+103×10× 20Pa=3×105Pa,气泡在湖底的温度为：T1=(273+4)K= 277K,气泡在水面的压强为：P2=po=10Pa,气泡在水面的 温度为：T2=(273+17)K=290K,根据理想气体状态方程， 有学学0 ,Y≈3.1，故选C 8.C解析：以打开开关后剩余的气体为研究对象，设舱内体 积为V,根据理想气体状态方程，有1-m)”_2V T p(1-n）-,解得p2= 30p(1-n) ，该病员舱规定的负压值 310300 31 1+30n 为p2Po=-3P,故ABD错误，C正确， 9.B解析：当汽缸刚好要离开水平桌面时，弹簧的弹力为mg, 则mg=,解得弹簧伸长量为x=1X0m=0.05m则当 汽缸刚好要离开水平桌面时，活塞与汽缸底部的间距为L,= L-x=0.05m,当汽缸刚好要离开水平桌面时，汽缸内气体压 强为P1=n,%=1.0x10Pa-0pa=0.99x10°Pa,对汽缸 0.01 内气你由事气体秋本方程得，解得当汽缸 好要离开水平桌面时环境温度为T,=148.5K,故选B. 10D20s 11g 解析：(1)对气体A有P。=T,解得Pa=p。 T (2)在地球表面有pmS+mg=PS,在月球表面有piS+6mg= 1 pS,对气体B有P*05P%x07 10poS T 0,解得m= 11g 黑题应用提优练 1.B解析：设三种稳定状态下气体的压强分别为PP2P,以 活塞为研究对象，三种稳定状态下分别有Mg+PoS=P,S, poS+Mg=P2S,PoS+Mg+mg=P3S,可以得出P1=P2<p3.由理想 气体饰状态方程有学学学曲%得< 由V2=V3得T2<T3,即T1<T2<T3,所以选项B正确，ACD错 误故选B. 2.B解析：设胎内气体经过一定过程后温度变为T2= 0℃=273K,压强变为P2=100kPa,体积变为V2,则由理想 气体方程得业P 元，所以，=1兰=65.52L,该状态下 P2T1 气体的物质的量为n=7=242.925mol,所以气体 的分子数约为m=nW。=1.755×1024.故选B. 3.C解析：设容器总长度1，当温度为T时，活塞平衡时弹簧伸 选择性必修第三册·JK 长量为x,气体体积为 分小s,压强为号：由学=c,可知 =C,即x-T图像是过原点开口向右的抛物线，当 T 温度从T。开始缓慢增加时，P增大，V增大，x非线性变化，且 增加幅度逐渐减小，故题图乙中3正确故选C. 4.(1)30cm(2)42cm 解析：(1)初时刻，气体的压强为p,=pop水银gh=90 cmHg,加 速时，对水银由牛顿第二定律得p2S-poS-mg=ma,又mg= P水银Shg,联立解得P2=93cmHg由玻意耳定律得PLS= P2L2S,解得L2=30cm.(2)玻璃管倒过来后的压强为p3=po P*歌=60cmHg,由理想气体状态方程得PS_PL T T ,解得 L3=42cm. 压轴挑战 5.D解析：设U形管截面积为S,初状态时封闭气体的状态参 量为p1=(76+14)cmHg=90 cmHg,V=14cm×S,T,= (7+273)K=280K设加热过程中溢出的水银柱长度为h,末 状态时封闭气体的状态参量为p3=(76+h)cmHg,V3= (7cm+h)×S,T3=(7+273)K=280K由理想气体状态方程， 可知P,业_P,上，解得h=8cm.设纸张燃烧过程中的最高温度 为T2,此时封闭气体的状态参量为P2=(76+14+h)cmHg, 飞=(4cmh)xS,由理想气体状态方程，可知_P,,解 T1T21 得T2≈479K,可知纸张燃烧过程中的最高温度为t= (479-273)℃=206℃，故选D. 专题探究二理想气体状态变化图像问题 黑题 专题强化练 1.C解析：A.a→b过程中，气体压强不变，温度降低，根据 盖-吕萨克定律7=C得知，体积应减小，故A错误；B.6 过程中气体的温度保持不变，即气体发生等温变化；根据玻 意耳定律pV=C得知，由于压强减小，故体积增大，故B错 误；CD.c一→a过程中，由图可知，p与T成正比，过坐标原点， 则气体发生等容变化，体积不变，而压强增大，综上所述可知 在b状态时，气体的体积最小，故C正确，D错误：故选C. 2.D解析：此气体在0℃时，压强为标准大气压，所以此时它 的体积应为22.4×0.3L=6.72L由题中图线可知，从压强为 P0到A状态，气体做等容变化，A状态时气体体积为6.72L, 温度为(127+273)K=400K,从A状态到B状态为等压变 化，B状态的温度为(227+273)K=500K根据盖-吕萨克定 #附之会，-7-20L-4L故选 TA 400 3.B解析：A.由图像可知，由A→B过程中，温度升高体积变 大，体积与热力学温度成正比，由=C可知，气体压强不 T 变，是等压变化，故A错误；BC.由图像可知，在B→C过程 中，气体休积不变温度降低，由兴=C可知，气体压强变小， 故B正确，C错误；D.由图像可知，在C→D过程中，气体温 度不变体积减小，由%=C可知，压强变大，放D错误故 选B. 黑白题10白题基础过关练 第3课时理想 题型1理想气体 1.关于理想气体的认识，下列说法正确的是 A.它是一种能够在任何条件下都能严格遵守 气体实验定律的气体 B.一定质量的理想气体，平均动能增大，其温 度可能不变 C.在温度不太高、压强不太小的情况下，气体 可视为理想气体 D.被压缩的气体，不能视为理想气体 2.对于一定质量的理想气体，下列哪一种情况是 不可能的 ) A.使气体的温度升高，同时体积减小 B.使气体的温度升高，同时压强增大 C.使气体的温度保持不变，而压强和体积同 时增大 D.使气体的温度降低，压强和密度同时减小 题型2气体实验定律的微观解释 3.一定质量的气体，温度不变仅体积减小后，气 体的压强增大，用分子动理论的观点分析，这 是因为 A.气体分子的总数增加 B.单位体积内的分子数目不变 C.气体分子每次碰撞器壁的平均作用力增大 D.单位时间内单位面积器壁上受到气体分子 碰撞的次数增多 4.(2023·江苏扬州期末)体育老师用气筒给篮 球快速充气，假设充气过程中篮球的容积不 变，则此过程 A.球内气体分子数密度不变 B.气体温度保持不变 C.球内所有气体分子的动能都增大 D.单位时间内碰撞单位面积内壁的分子数 增大 第二章 气体的状态方程 限时：20min 题型3理想气体状态方程的应用 5.现有一种测温装置，玻璃管的上端与导热良好 的玻璃泡连通，下端插入水中，玻璃泡中封闭 有一定量的空气.若玻璃管中水柱上升，则外 界大气的变化不可能是 空气 外界 玻璃泡 玻璃管 A.温度降低，压强增大 B.温度降低，压强不变 C.温度升高，压强减小 D.温度不变，压强增大 6.一定质量的理想气体经历了A→B→C的变化 过程，其压强随摄氏温度变化的p-t图像如图 所示，A、B、C三个状态时气体的体积分别 为VA、Vg、Vc,则通过图像可以判断它们的大 小关系是 p/Pa /℃ A.V=VE>Vo B.Va=Va<Vc C.Va<VB<Vo D.VA>VE>Vo 7.已知湖水深度为20m,湖底水温为4℃，水面 温度为17℃，大气压强为1.0×10Pa.当一气 泡从湖底缓慢升到水面时，其体积约为原来 的(g取10m/s2,P*=1.0×103kg/m3,T= 273K+t) A.2.8倍 B.8.5倍 C.3.1倍 D.2.1倍 8.(2023·山东菏泽二模)负压救护车主要用于 传染病患者的转运与抢救，使用时病员舱内 黑白题25 气压低于外界大气压，病员舱负压值（为负 值)是指舱内气体压强与外界大气压强之差。 某次转运病员前，医护人员打开控制开关使 封闭病员舱内的气体降至人体适合的温度， 同时将部分气体抽出使舱负压值达到规定值 已知T=t+273K,打开开关前舱内气体的温度 为37℃，舱内气体压强与外界大气压强均为 Po;打开开关后抽出的气体质量为原来舱内气 体质量的n(n<1)倍，舱内温度降至27℃，则 该病员舱规定的负压值为 ( A.-npo B. 30n 31Po C._1+30n D.- 1+31n 31P0 31P0 9.(2023·辽宁丹东二模)如图所示，一定质量 的理想气体用质量可忽略的活塞封闭在导热 性能良好的质量m=1kg的汽缸中，活塞的密 封性良好，用劲度系数为k=200N/m轻弹簧 将活塞与天花板连接.汽缸置于水平桌面上， 开始时弹簧刚好处于原长.已知活塞与汽缸底 部的间距为L=0.1m,活塞的横截面积为S= 0.01m2,外界环境的压强为po=1.0×105Pa, 温度为T。=300K,忽略一切摩擦，重力加速 度g取10m/s2.缓慢降低环境温度，则当汽缸 刚好要离开水平桌面时，环境温度为( A.125.0K B.148.5K C.297.0K D.248.5K 10.(2023·湖南长郡中学期初)我国载人月球 探测工程登月阶段任务已经启动实施，计划 先期开展无人登月飞行，并在2030年前实 现中国人首次登陆月球如图所示，将导热容 器竖直放置在地球表面上并封闭一定质量 选择性必修第三册·JK舞 的理想气体，用可自由移动的活塞将气体分 成A、B两部分，活塞与容器无摩擦且不漏 气，横截面积为S,该处附近的温度恒为 27℃，稳定后，A部分气体的压强为P,体积 为V。,B部分气体的体积为0.5V。若将该装 置在月球表面处并竖直放置，A部分气体在 上方且体积为0.8V。,该处的温度恒为 127℃.地球表面的重力加速度为g,月球表 面的重力加速度为石8，求： (1)在月球表面，A部分气体的压强为多大？ (2)活塞的质量为多大？ B 白题26 黑题应用提优练 1.(2022·吉林农安期末)如图所示，一定质量 的理想气体用质量为M的活塞封闭在容器 中，活塞与容器间光滑接触，在图中三种稳定 状态下的温度分别为T1、T2、T3,体积分别 为V、V2、V且V<V2=V,则T1、T2、T3的大小 关系为 A.T1=T2=T3 B.T1<T2<T3 C.T1>T2>T3 D.T<T2=T3 2.2020年1月1日TPMS(胎压监测系统)强制 安装法规已开始执行.汽车行驶时TPMS显示 某一轮胎内的气体温度为27℃，压强为 240kPa,已知该轮胎的容积为30L,阿伏伽德 罗常数为N4=6.0×1023mol-1,0℃、1atm下 1mol任何气体的体积均为22.4L,1atm= 100kPa.则该轮胎内气体的分子数约为( A.1.8×102 B.1.8×1024 C.8.0×1023 D.8.0×1024 3.(2023·湖北武汉中学质检)水平放置的圆柱 形密闭容器，中间用无摩擦的活塞隔开.活塞 右端和圆柱形容器的右端用轻质弹簧相连 接，如图甲所示弹簧遵循胡克定律，自然长度 为圆柱形容器长度的一半.活塞左侧为真空， 右侧理想气体的热力学温度为T·若缓慢增加 活塞右侧理想气体的热力学温度T,其对应的 弹簧伸长量为x,则x-T的关系最接近图乙中 理想气体 真空 星 甲 乙 A.1 B.2 C.3 D.4 限时：20min 4.(2023·T8联考)如图所示，一根一端封闭粗 细均匀足够长的细玻璃管AB开口向上竖直 放置，管内用高h=15cm的水银柱封闭了一 段长L=31cm的空气柱.已知外界大气压强 为po=75cmHg,封闭气体的温度为T1= 310K,g取10m/s2.则 (1)封闭气体温度T1不变，试管以2m/s2的 加速度竖直向上加速，求水银柱稳定时试 管内空气柱长度； (2)缓慢转动玻璃管至管口向下后竖直固定， 同时使封闭气体的温度缓慢降低到T3= 280K,求此时试管内空气柱的长度L3: 压轴挑战 5.(2023·山东济南期末) 实验小组的同学用如图 所示的装置测量纸张燃 烧过程中的最高温度.在 环境温度为7℃时将一左端开口、右端封 闭的U形管稳定竖直放置，U形管右侧用 水银封闭了一段长为14cm的空气柱，左端 有一管道与容器相连，初始状态下U形管 左侧液面与右侧顶端平齐，且左侧水银恰 好不溢出.将燃烧源靠近空气柱，燃烧结束 后当温度再次恢复到7℃时左侧水银面下 降了7cm.已知大气压强为76cmHg,纸张 燃烧过程中的最高温度约为 A.500℃B.400℃C.300℃D.200℃ 进阶突破拔高练PO6 黑白题27