1.4 科学探究：气体压强与体积的关系 1.5 气体实验定律 练习-2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第三册

科学探究：气体压强与体积的关系、气体实验定律 学科网（北京）股份有限公司 一、选择题：本题共12小题，每小题5分，共60分。 1.如图所示，在一端封闭的玻璃管中，用两段水银将管内气体A、B与外界隔绝，管口向下放置，若保持温度不变，将管倾斜，待稳定后，以下关于气体A、B的说法正确的是( ) A.气体A的压强不变 B.气体B的压强减小 C.气体A、B的体积都增大 D.气体A、B的体积都减小 2.如图所示，一辆上表面水平的小车静止在水平面上，小车上竖直固定着内径均匀的U形细管，U形管的左端封闭、右端开口，管内装有水银，小车静止时，U形管左右两端的水银面等高，左端封闭气柱的长度为L。当小车以加速度水平向右做匀加速直线运动时，U形管左右两端的水银面的高度差为，已知重力加速度为g，水银的密度为ρ，大气压强为，封闭气体温度保持不变，则U形管水平部分的长度为( ) A. B. C. D. 3.下列关于气体压强的说法，正确的是( ) A.大气压强与封闭气体的压强产生原因完全相同 B.容器内的大量气体分子对器壁的碰撞满足统计规律，机会均等，故器壁各部分气体压强相等 C.一定质量的理想气体，只要温度升高，气体分子的平均速率就增大，在单位时间内对单位面积器壁的平均撞击力就增大，压强就增大 D.一定质量的理想气体，只要体积减小，单位体积内气体的分子数就增多，气体分子对器壁的碰撞就更加频繁，压强就增大 4.如图所示为模拟气体压强产生机理的实验，在一定时间内将大量沙粒从秤盘上方某一高度处均匀连续倒在秤盘上，观察指针摆动情况。关于该实验下列说法正确的是( ) A.仅增加单位时间内倒下沙粒数量，可模拟温度降低对气体压强的影响 B.仅增加单位时间内倒下沙粒数量，可模拟体积增大对气体压强的影响 C.仅将倒沙的位置升高，可模拟温度升高对气体压强的影响 D.仅将倒沙的位置升高，指针示数不变 5.如图所示，一个横截面积为S的圆筒形容器竖直放置。金属圆板形活塞的下表面是水平的，上表面是倾斜的，上表面与水平面的夹角为θ，活塞的质量为m。不计活塞与容器内壁之间的摩擦。若大气压强为，重力加速度为g，则被活塞封闭在容器中的气体的压强p等于( ) A. B. C. D. 6.某教室内的空间为，温度为17 ℃，大气压强为76 cmHg，室内空气质量为60 kg。由于教室内使用暖气，一段时间后，温度恒为27 ℃，大气压强为76 cmHg，则教室内空气的质量变为( ) A.2 kg B.37.8 kg C.58 kg D.62 kg 7.如图所示为水平放置的固定圆柱形气缸，气缸内被A、B两活塞封有一定质量的气体，活塞之间用硬杆相连（硬杆的粗细可忽略），活塞与气缸壁之间可无摩擦地滑动而不漏气。现缸内气体温度为，活塞在图示位置保持静止，若缸内气体温度缓慢下降到，且降温幅度很小，外界环境压强不变，则下列说法正确的是( ) A.缸内气体将做等容变化，活塞不发生移动 B.活塞将向右移动 C.活塞将向左移动 D.活塞再次静止时，缸内气体的体积、温度、压强与降温前相比都发生了变化 8.竖直放置的粗细均匀、两端封闭的细长玻璃管中，有一段水银柱将管中气体分为A和B两部分，如图所示。已知两部分气体A和B的体积关系是，温度相同，将玻璃管温度均匀升高相同温度的过程中，水银将( ) A.向A端移动 B.向B端移动 C.始终不动 D.以上三种情况都有可能 9.如图所示，两个容器A和B容积不同，内部装有气体，其间用细管相连，管中有一小段水银柱将两部分气体隔开。当A中气体温度为中气体温度为，且，水银柱恰好在管的中央静止。若对两部分气体降温，使它们都降低相同的温度，测水银柱将( ) A.向右移动 B.向左移动 C.始终不动 D.以上三种情况都有可能 10.水银气压计在超失重情况下不能显示准确的气压。若某次火箭发射中携带了一个水银气压计。发射的火箭舱密封，起飞前舱内温度，水银气压计显示舱内气体压强为1个标准大气压。当火箭以加速度竖直向上起飞时，舱内水银气压计示数稳定在，已知水银气压计的示数与液柱高度成正比，如图所示。可视为起飞时重力加速度恒为g，则起飞时舱内气体的温度是( ) A.250 K B.300 K C.360 K D.400 K 11.（多选）如图所示，两端开口、内径均匀的玻璃弯管固定在竖直平面内，两段水银柱A和C将空气柱B封闭在左侧竖直段玻璃管中，平衡时A段水银有一部分在水平管中，竖直部分高度为，C段水银两侧液面高度差为。若保持温度不变，向右管缓缓注入少量水银，则再次平衡后( ) A.C段水银两侧液面高度差增大 B.A段水银竖直部分高度减小 C.空气柱B的长度增大 D.空气柱B的压强增大 12.（多选）关于热力学温度，下列说法正确的是( ) A. B.温度变化1 ℃，也就是温度变化1 K C.摄氏温度与热力学温度都可能取负值 D.温度由升至，对应的热力学温度升高了 二、非选择题：本题共2小题，共40分。 13.（20分）如图甲是“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”的实验装置。 主要步骤如下： ①将压强传感器调零； ②在活塞上均匀涂抹润滑油，把活塞移至注射器满刻度处； ③逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器和计算机； ④推动活塞，记录多组注射器内气体的体积V，以及相应的压强传感器示数p。 （1）实验操作中，活塞上均匀涂抹润滑油，主要目的是________。 （2）为了保持封闭气体的温度恒定，下列措施可行的是________。 A.注射器必须固定在竖直平面内 B.用手握注射器推拉活塞 C.缓慢推动活塞 （3）测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，为直观反映压强与体积之间的关系，若以p为纵坐标，则应以________为横坐标在坐标系中描点作图。小明所在的小组不断压缩气体，由测得数据发现p与V的乘积越来越小，则用上述方法作出的图线应为图乙中的________（选填“①”或“②”），造成该现象的原因可能是________（答一种即可）。 14.（20分）某物理研究小组设计了一个测定水深的深度计。如图所示，导热性能良好的气缸Ⅰ、Ⅱ内径相同，长度均为L，内部分别有轻质薄活塞A、B，活塞密封性良好且可无摩擦左右滑动，气缸Ⅰ左端开口。外界大气压强为，气缸Ⅰ内通过A封有压强为的气体，气缸Ⅱ内通过B封有压强为3的气体，一细管（体积不计）连通两气缸，初始状态A、B均位于气缸最左端。该装置放入水下后，通过A向右移动的距离可测定水的深度。已知相当于10 m深的水产生的压强，不计水温变化，被封闭气体视为理想气体，求： （1）当A向右移动时，水的深度h； （2）该深度计能测量的最大水深。 参考答案 1.答案：D 解析：设上、下两段水银柱的竖直高度分别为，被封闭气体B的压强，被封闭气体A的压强。当管倾斜时两段水银柱竖直高度都将减小，则封闭气体压强和均增大，又由于气体发生等温变化，由玻意耳定律可得，气体A、B的体积均减小，故选D。 2.答案：B 解析：设U形管的横截面积为S，根据题意可知，小车静止时，初态：左侧封闭气体的压强、体积为SL；末态：小车以加速度水平向右做匀加速直线运动时，左侧封闭气体的压强为、体积为，对左管中的气体由玻意耳定律得，解得左侧封闭气体的压强。设水平部分的长度为x，以水平管内长为x的水银为研究对象，由牛顿第二定律得，联立解得，故选B。 3.答案：B 解析：A（×）封闭气体的压强是大量气体分子对器壁频繁、持续地碰撞造成的，而大气压是地球对气体的引力造成的。 B（√）容器内的大量气体分子对器壁的碰撞满足统计规律，机会均等，故器壁各部分气体压强相等。 C（×）温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增大，每次碰撞对容器壁的作用力增大。由于气体体积的变化情况不确定，在单位时间内气体分子对单位面积器壁的平均撞击力不一定增大。 D（×）一定质量的理想气体，从宏观上看，压强与气体的体积及温度均有关系，从微观上看，压强与单位体积内的分子数及分子的平均动能有关，故体积减小，压强不一定增大。 4.答案：C 解析：A（×）B（×）因气体体积减小时，气体的数密度增大，单位时间内撞击器壁的分子数增加，则仅增加单位时间内倒下沙粒数量，可模拟体积减小时对气体压强的影响。 C（√）因气体温度升高时，分子平均速率增加，气体分子对器壁的碰撞力变大，则仅将倒沙的位置升高，可模拟温度升高对气体压强的影响。 D（×）仅将倒沙的位置升高，则沙粒落到秤盘上时对秤盘的碰撞力变大，则指针示数变大。 5.答案：D 解析：以活塞为研究对象，受力分析如图所示，根据平衡条件得，解得，故D正确。 6.答案：C 解析：以教室内原有的60 kg气体为研究对象，初态：；末态：。由题意可知，气体发生等压变化，根据盖—吕萨克定律有，代入数据解得，则教室内空气的质量，C正确。 7.答案：B 解析：A（×）B（√）C（×）设外界环境压强与密封气体压强分别为，对活塞与硬杆整体分析由受力平衡有，解得，可知气体发生的是等压变化，根据盖—吕萨克定律有，可知当缸内气体温度缓慢下降到时，密封气体体积将随之减小。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，两活塞与硬杆整体应向横截面积较小的活塞一侧移动，即活塞将向右移动。 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。 8.答案：B 解析：假设水银柱不动，两部分气体A、B均发生等容变化，由查理定律有，即。初始时，设气体A的压强为，气体B的压强为，水银柱的高度为h，则存在，故初始时下部分气体（气体A）的压强大于上部分气体（气体B）的压强。初始温度相同，升高相同温度时，A增加的压强大于B增加的压强，水银柱将上移，故选B。 9.答案：A 解析：假设降温后水银柱不动，即A、B两容器中的气体体积不变，则两侧气体都发生等容变化，对A中气体由查理定律有，对B中气体同理有，由于初始时，由题意可知，则，联立可得。由于，即，故，即A中气体压强的减少量小于B中气体压强的减少量，可知水银柱将向B侧移动，即向右移动。故选A。 10.答案：C 解析：设当火箭以加速度竖直向上起飞时，舱内气体压强为，对气压计内的水银柱，根据牛顿第二定律有，解得。设水银的密度为ρ，此时水银气压计内液柱高度为h，有，又，解得，所以。以舱内气体为研究对象，初始状态压强为、温度为；末态压强、温度设为。舱内体积不变，气体发生等容变化，根据查理定律有，解得，故选C。 11.答案：BC 解析：A（×）B（√）D（×）设大气压强为，水银密度为ρ，空气柱B的压强为，若保持温度不变，向右管缓缓注入少量水银，先假设左边水银面都不动，由于右管变大，C段水银左侧液面上升，使得空气柱B压强变大，从而使A段水银竖直部分下液面向上移动，使得减小，最终稳定时有，由于，可得，可知A段水银竖直部分高度减小，空气柱B的压强减小，C段水银面高度差减小。 C（√）空气柱B发生等温变化，根据玻意耳定律，由于空气柱B的压强减小，所以空气柱B的体积增大，空气柱B的长度增大。 12.答案：AB 解析：A（√）根据热力学温度与摄氏温度的关系，可知。 B（√）D（×）根据国家标准，在表示温度差的时候可以用摄氏度（℃）代替开尔文（K），即温度变化1 ℃与温度变化1 K相等。温度由升至，对应的热力学温度升高了。 C（×）对于摄氏温度，可取负值的范围为-273.15~0 ℃，因绝对零度达不到，故热力学温度不可能取负值。 13.答案：（1）防止漏气 （2）C （3）；②；漏气 解析：（1）实验操作中，活塞上均匀涂抹润滑油，主要目的是防止漏气。 （2）为了保持封闭气体的温度恒定，可缓慢推动活塞，这样能使注射器中气体温度始终与环境温度一致，C正确。 （3）温度不变时，气体的压强与体积之间存在反比关系，为直观反映压强与体积之间的关系，若以p为纵坐标，则应以为横坐标在坐标系中描点作图。 压缩气体的过程中V减小，则增大，由于p与V的乘积减小，故压强增大得越来越慢，图线应为题图乙中的②，造成该现象的原因可能是漏气。 14.答案：（1）10 m （2）30 m 解析：（1）当A向右移动时，假设B不移动，对Ⅰ内气体分析，气体发生等温变化，由玻意耳定律得 解得 而此时Ⅱ中气体的压强为 故假设成立，B不移动，而 解得。 （2）该装置放入水下后，由于水的压力A向右移动，Ⅰ内气体压强逐渐增大，当压强增大到大于后B开始向右移动，当A恰好移动到气缸Ⅰ的另一端时所测深度最大，此时原Ⅰ内气体全部进入Ⅱ内。 设B向右移动的距离为x，两部分气体压强均为，对原Ⅰ内气体分析，由玻意耳定律得 对原Ⅱ内气体分析，由玻意耳定律得 又 联立解得。 $