第2章 专题探究3 变质量问题-【学霸黑白题】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（教科版）

专题探究三 黑题 专题强化练 题型1等温变化中的变质量问题 1.(2023·山东临沂二模)自行车轮胎正常气压 约为大气压强P的4倍，一同学骑自行车上 学时，发现自行车轮胎气压大约只有1.5p0,于 是用家里容积为10cm3的圆柱形打气筒给自 行车轮胎充气.已知自行车轮胎的容积为 80cm3,打气过程中气体温度不变，为使轮胎 内气体的压强达到正常值，该同学至少要打 气的次数为 A.16 B.20 C.24 D.36 2.容积V=10L的钢瓶充满氧气后，压强p= 20atm,打开钢瓶盖阀门，让氧气分别装到容 积为V。=5L的小瓶子中去，若小瓶子已抽成 真空，分装到小瓶子中的氧气压强均为P0= 2atm.在分装过程中无漏气现象，且温度保持 不变，那么最多可装的瓶数是 ( A.2瓶 B.18瓶 C.10瓶 D.20瓶 3.(2023·江苏昆山中 自动阀门 学期末)活塞式真空 密闭容器 活塞 活塞杆 泵的工作原理如图所 抽气筒 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，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V,抽气筒的容积为0.05V,抽气 前密闭容器内气体的压强为P.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m1;第2次抽气过程中被抽出 选择性必修第三册·JK 变质量问题 限时：40min 的气体质量为m2,则 () A.m2:m1=20:21 B.m2:m1=1:21 C.m2:m1=19:20 D.m2:m1=1:1 4.某种喷雾器的贮液筒的总容积为7.5L,如图 所示，装入6L的药液后再用密封盖将贮液筒 密封，与贮液筒相连的活塞式打气筒每次能 压入300cm3、1atm的空气，设整个过程温度 保持不变，求： (1)要使贮液筒中空气的压强达到4atm,打 气筒应打压几次？ (2)当贮液简中空气的压强达到4atm时，打 开喷嘴使其喷雾，直到内外气体压强相 等，这时简内还剩多少药液？ 题型2等压、等容变化中的变质量问题 5.(2023·山西太原一模)“拔火罐”时，用点燃 的酒精棉球加热小玻璃罐内的空气，随后迅 速把小罐倒扣在需要治疗的部位，冷却后小 罐便紧贴在皮肤上.假设加热前小罐内的空气 质量为mo、空气温度为室温T。,气压为标准大 气压P;加热后小罐内的空气温度为T.则当 紧贴在皮肤上的罐最后冷却为室温时，其罐 内空气的质量和压强大小分别约为（) To To B.TmoPo TT TT。 C.7o7 D. Tome TPo 黑白题30 6.(2023·重庆巴蜀中学质检)我国部分地区有 放孔明灯祈福的习俗，如图所示为一圆柱形 孔明灯，下端开口，其底面面积S=0.52m2, 高h=1.0m,灯体的质量m=0.13kg,将灯体 固定，加热灯内气体，当温度由7℃升至77℃ 时，重力加速度取10m/s2,常压下7℃空气密 度p=1.3kg/m3,求： (1)灯内逸出气体的质量与加热前灯内气体 的质量之比； (2)灯体解除固定，灯内温度升高到多少孔明 灯能升空？（保留一位小数） 题型3利用理想气体状态方程解决变质量 问题 7.“早穿皮袄午穿纱，抱着火炉吃西瓜”，形容我 国新疆吐鲁番昼夜温差大的自然现象，利用这 一特点可以制作品质优良的葡萄干现有一葡 萄晾房四壁开孔，如图，房间内晚上温度7℃， 中午温度升为37℃，假设中午大气压强比晚上 减小7%，则中午房间内逸出的空气质量与晚 上房间内空气质量之比为 () A.4 25 B.4 C.3 31 D、3 21 28 第二章 8.（2023·广东梅州三模)小明在使用运动吸管 杯时发现了这样的现象：在热力学温度恒为 300K的室内，向吸管杯内注人开水并迅速盖 上带有吸管的杯盖，吸管上端封闭、杯盖与杯 体未拧紧，这时有大量气泡从吸管底溢出，过 了一会儿，吸管底端不再有气泡溢出，此时水 与吸管内气体热力学温度均为367.2K,测得 杯体水面与吸管顶端的高度差h=2cm,吸管 总长L=22cm.已知水面上方气体的压强始终 与外界大气压强相同，外界大气压强Po=1.0× 105Pa,吸管内气体可视为理想气体，重力加 速度g取10m/s2,水的密度p=1.0× 103kg/m3,求： (1)吸管底端不再有气泡溢出时，吸管内气体 的压强； (2)从吸管内溢出气体的质量与吸管内初始 气体质量的比值 杯盖 2 cm 吸管 22 cm 杯身 黑白题314AD解析：根据兴=C,则V-1,则-T图像上某点与原 点连线的斜率与压强成反比.A.因c点与原点连线的斜率小 于d点与原点连线的斜率，可知状态c压强大于状态d压 强，即从状态c到状态d的过程中，压强一直减小，选项A正 确：B.从状态d到状态a的过程中，图像上各点与原点连线 的斜率先增大后减小，则压强先减小后增大，选项B错误； C.从状态a到状态b的过程中，图像上各点与原点连线的 斜率减小，则压强增大，选项C错误：D.从状态b到状态c的 过程中，各点与原点连线的斜率先减小后增大，则压强先增 大后减小，选项D正确.故选AD. 5.A解析：A.由图像可知，a→b过程，气体压强减小而体积 增大，气体的压强与体积倒数成正比，则压强与体积成反比， 气体发生的是等温变化，故A正确，B.由理想气体状态方程 可知：pV=C·T,由图示可知，连接0点与b→c图线上的点 的直线的斜率逐渐变大，所以b→℃过程温度升高，压强增 大，体积也增大，故B错误：C.由图像可知，c→d过程，气体 压强p不变而体积V变小，由理想气体状态方程-G可 知，气体温度降低，故C错误；D.由图像可知，d→a过程，气 体体积V不变，压强变小，由理想气体状态方程 刀=C可 知，气体温度降低，故D错误.故选A 6.BD解析：A.气体从状态A到B为等压变化，有 验费解 得了。=1，选项A错误；B汽缸悬挂后处于平衡状态， 有Mg+PBTR=POTR,解得Pg=PO- ,选项B正确：C.气 体在状态B时活塞处于顶端，B到C为等容变化，有PB= Pc :解得P。3%选项C;误：D气体从状态B 22mR21 到C为等容变化，有气二解得7：货1=子，选项 D正确.故选BD. 7.B解析：在题图p-T图像中，气体在1→2过程发生的是等 容变化，且压强、温度均增大，2→3过程发生的是等温变化 且压强减小、体积增大，3→1过程发生的是等压变化，且温 度减小、体积减小，结合各过程状态参量变化特点，可知 B正确. 8.D解析：设管内气体的压强为P、体积为V,水银柱的长度 为h,转过的角度为0，则p=po-P,cos 0.当0增大时，cos8减 小，封闭气体的压强增大、体积减小、温度不变.A.根据理想 气体状态方程 7=C可得=C ·T,压强增大，V-T图像中 D 斜率应该诚小，故A错误：R根据理想气体状态方程=C 可得p=T,气体体积减小，P-T图像的斜率应增大，故 B结误：C根据理想气体状态方程yC可得p=C1,温度 不变，压强增大，图中箭头方向反了，故C错误；D.p-V图像 的等温线为双曲线的一支，由于封闭气体的压强增大、体积 减小、温度不变，故D正确.故选D. 9.B解析：从状态A到状态B过程中，气体等温压缩，体积减 参考答案与解析 小，压强增大，温度不变，从B到C,气体等压降温，温度降 低，体积减小，压强不变，从C到D过程中，气体等温膨胀， 体积变大，压强减小，且D状态的压强恢复为原A状态的压 强故选B. 专题探究三 变质量问题 黑题专题强化练 1.B解析：打气过程气温不变，设打了次，此时胎内气体压 强为4po,根据玻意耳定律有1.5pV+np。V。=4poV,解得n= 20(次)，故选B. 2.B解析：根据题意，设分装后气体的体积为V,由玻意耳定 律有pV=p1V,解得V,=100L,则最多可装的瓶数是n= V-V =18(瓶)，故选B. V。 3.A解析：设完成第一次抽气后，密闭容器内的压强为P1,根 据等温变化规律有poV=P1(V+0.05V),解得p1=+0.05V 品设完成第二次拍气后，密闭容器内的压强为，根据等 pVp1 温变化规律有p,V=p,(V40.05,解得p,740.05V1.0s 1,O5,则第二次抽出气体的量与第一次抽出气体质量的比 Po 为合品故选入 4.(1)15次(2)1.5L 解析：(1)设打气筒打压n次可以使压强达到4atm.初状态： p1=1atm,V1=V+nV,其中V-(7.5-6)L=1.5L=1.5× 103cm3,末状态：p2=4atm,V2=V,由玻意耳定律得p1V1= P2V2,代入数据解得n=15.(2)设停止喷雾时贮液筒内气体 体积为V,由玻意耳定律得：p2V2=p,V",4atm×1.5L= 1atm×V,解得：V=6L,故还剩药液体积为：7.5L-6L= 1.5L 5.B解析：以小玻璃罐内的气体为研究对象，依题意，设小玻 璃罐的容积为V。,加热后，小罐内的空气的体积变为V,则有 会秘君-名名可尚热G随内学气的 T To 质量为m=只m:加热后冷却至室温，体积不变，故气体做 等容变化，有宁号，可得肉空气的压强大小p=了， To 故选B. 6.(1)1:5(2)73.7℃ 解析：(1)加热前气体的温度为T,=(273+7)K=280K,加热 后的气体温度为T2=(273+77)K=350K,设圆柱形孔明灯 的体积为V,逸出的气体的体积为△V,对剩余气体的体积 根据盖-吕萨克定律得 -Ay”同温同压下，气体的质量 T 比等于体积比，所以逸出的气体与加热前的质量比为Am mo 二解得物2)灯上升的临界条件是灯体的重力和 内部气体的重力之和等于浮力，所以排出的气体的重力等于 灯体的重力.设加热到3后排出的气体的体积为△V2,P· 黑白题11 -△V2 △V2=m,对剩余气体的体积根据盖-吕萨克定律得 T K,根据题意得V=Sh,解得t3=73.7℃. 273+t3 7.A解析：设房间的体积为V,晚上压强为p,则在中午和晚上 时有天0架，解得4引中车房同内选 出的空气质量与晚上房间内空气质量之比”=4 A4V25,放 选A 8.(1)1.02x103Pa(2)6 解析：(1)设吸管内气体压强为P1,则有P1=po+Pg(L-h),解 得p1=1.02×103Pa. (2)吸管中的气体初始状态为Po=1.0×10Pa,V。=LS,T。= 300K. 假设温度升高时，吸管中的气体没有溢出，而是膨胀成一个 整体，该整体的状态为p1=1.02×10Pa,V2=V。+V1,T1= 367.2K则有0_P,逸出气体的体积为y,=,-,则从 T。T1 吸管内溢出气体的质量与吸管内初始气体质量的比值号 联立解得m1 M-6 本章达标检测 白题单元达标测 1.C解析：A.由T=t+273.15K可知-33℃与240.15K表示 相同的温度，A错误；B.因绝对零度达不到，故热力学温度 不可能取负值，B错误；C.由T=1+273.15K可知AT=△，即 热力学温标温度的变化总等于摄氏温标温度的变化，温度变 化1℃，也就是温度变化1K,C正确；D.初始热力学温度 为273.15K+t,末态为273.15K+2t,温度变化了t,D错误故 选C. 2.C解析：多晶体和非晶体是各向同性，单晶体各向异性.这 种在不同方向上性能不同的物质一定是单晶体故选C. 3.B解析：A.因为液体表面张力的存在，有些小昆虫才能无拘 无束地在水面上行走自如，故A错误： B将棉线圈中肥皂膜刺破后，扩成一个圆孔，是表面张力作 用的结果，故B正确： C.浸润液体情况下容器壁对液体的吸引力较强，附着层 内分子密度较大，分子间距较小，故液体分子间作用力表现 为斥力，附着层内液面升高，故浸润液体呈凹液面，不浸润液 体呈凸液面，都属于毛细现象，故C错误； D.玻璃管的裂口在火焰上烧熔后，它的尖端会变钝，是表面 张力的原因，不是浸润现象，故D错误。 故选B. 4.A解析：因α、b内两部分气体的压强相等，则对两活塞及连 杆的整体受力分析可知pS。+PS=PoS。+pS6,可知缸内气体 压强不变；若缸内气体的温度缓慢升高一点时，则气体体积 变大，因右侧活塞面积较大，则活塞向左移动一点.故选A. 5.B解析：B.空气柱的压强p=Po+pgh',其中h'为a水银柱的 高度，由于h'的大小不变，故空气柱的压强不变，故B正 确；A.被封闭气体做等压变化，由于气体温度升高，根据 益-昌萨克定律7=C可得，气体的体积增大，放空气柱的长 选择性必修第三册·JK 度增大，故A错误；CD.被封闭气体的压强p=po+Pgh,h不 变，水银柱b的两个水银面的高度差h不变，水银柱b左边 液面不变，故CD错误故选B. 6。A解析：由理想气体状态方程可得兴=C,由题图p-T图像 可知，从A到B过程，气体压强不变，温度升高，所以体积增 大，B到C过程，温度不变，压强减小，所以体积增大，C到D 过程压强减小，温度降低，由于压强与温度成正比，所以体积 不变.A.图像中A到B过程压强不变，体积增大，B到C过程 压强减小，体积增大，该段图像符合温度不变的情况，C到D 过程体积不变，压强减小，A正确；B.图像中A到B过程体 积不变，B错误；C.图像中B到C过程体积不变，C错误； D.图像中A到B过程体积不变，所以温度降低，D错误故选A 7.C解析：设至少需要把气囊完全按压n次，才能有水从出水 管流出，设大气压强为P0,水桶内气体体积为V。,气囊体积 为V1,根据等温变化有p(V+nV1)=pVo,其中po=Pgh= 9m'pg,%=T(4)x(35-5)cm3=4320mcm2, 9）’x8m=2emAg+035m-05m Q1=94a·g,解得=，放至少需要把气表完全按 压3次，故C正确. 8.BD解析：A.在活塞上涂润滑油不仅仅为了减小摩擦力，还 封闭了气体，A错误；B.移动活塞应缓慢且不能用手握住注 射器，避免热传递，B正确：C.活塞移至某位置时，待稳定时 记录此时注射器内气柱的长度和气体的压强值，C错误； D.根据理想气体状态方程兴=C,可得p=T·,可知p 率大的图线对应温度升高了，D正 9.BD解析：B.设加热前锅内温度为T,=27℃=300K,压强 为p1=1atm=1.0×103Pa,当加热至锅内压强为P2= 1.27atm=1.27×103Pa时，压力阀刚要被顶起而发出嘶响 声，在这个过程中，气体体积不变，由查理定律得号-会得 T2=381K=108℃，B正确；A.压力阀刚要被顶起时，设压力 阀的质量为m,由受力平衡得p2S=p1S+mg,代人数据得m≈ 0.02kg,A错误；CD.设锅内温度达到沸点时温度为T3= 117℃=390K,从压力阀刚要被顶起到达到沸点的过程，锅 内压强不变，由盖-吕萨克定律得上=， 390 7,元-381 ,停止加 热时放出气体的质量与加热前锅内气体质量的比为Am。 m2 y-业=9，停止加热时锅内气体的质量为加热前锅内气体 V3390 质量的比为片0D正确，C错误放选BD 10.(1)△L=1.6cm(2)T=253.3K 解析：(1)地面上长玻璃管竖直放置时，空气柱L1和L2的压 强分别为p1=(76+4)cmHg=80cmlg,P2=(76+14)cmHg= 90cmHg,在轨运行时，神舟十五号内，空气柱L,和L,的压 强均为Po=76cmHg由玻意耳定律得p1L,S=PoLS,P2L2S= PoLS,解得L=4cm,L巧=9cm,则水银柱上表面向管口处移动 的距离为△L=(L-L,)+(L-L2)=1.6cm(2)和地面上的初态 相比，下侧气体发生等容变化，有会-，解得7=253,3K 黑白题12