课时分层检测(9)理想气体的综合问题-【创新大课堂系列】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步辅导与测试(人教版)

班级 姓名 课时分层检测（九》 …0基础达标练0 1.如图，p-T图像中a、b两 点，表示一定质量的理想气 体的两个状态，则气体在这 两个状态的体积之比V。: 0 V6为 A.3:1 B.1:3 C.9:2 D.2:9 2.如图，封有空气的玻璃瓶开口 向下静置于恒温水中。将其 空气 缓慢往下压了一小段距离，此 过程中气体的质量保持不变。 不考虑气体分子间的相互作 用，则能反映瓶内气体状态变化的图像是 3.一定质量的气体做等压变化 时，其V-t图像如图所示，若 保持气体质量不变，使气体 的压强增大后，再让气体做 等压变化，则其等压线与原来相比，下列可 能正确的是 A.等压线与t轴之间夹角变大 B.等压线与t轴之间夹角不变 C.等压线与t轴交点的位置不变 D.等压线与t轴交点的位置一定改变 1 得分 理想气体的综合问题 4.一圆筒形真空容器，在筒顶 系着的轻弹簧下端挂一质 量不计的活塞，弹簧处于自 然长度时，活塞正好触及筒 底，如图所示，当在活塞下 方注入一定质量的理想气 体后，温度为T时，气柱高为h,则温度为T 时，气柱的高为（活塞与圆筒间摩擦不计） C.hT D.T 5.向汽车轮胎内充气，已知轮胎内原有空气的 压强为1.5atm,温度为21℃，体积为20L, 若充入的空气的体积为117L,压强为 1atm,温度也为21℃，充入气体后轮胎空气 温度升高为27℃，则充气后，轮胎内空气的 压强是多大？（设轮胎体积不变） 班级 姓名 6.如图所示，两个质量均为m=1kg的活塞 M、N(厚度均不计)将两部分理想气体封闭！ 在绝热汽缸内，活塞M导热良好，活塞N绝 热，两活塞均可沿汽缸无摩擦地滑动，其横 截面积为S=3cm。现将一质量也为m= 1kg的小物体放在活塞M的上表面，稳定 时活塞M相对汽缸底部的高度为H=: 18cm,活塞N相对汽缸底部的高度为h1= 9cm,两部分气体温度均为27℃。已知大 气压强为p0=1.0×105Pa,汽缸足够高，取g= 10m/s2,T=t+273K。 m M (1)求稳定后活塞N下面气体的压强。 (2)现通过电热丝（图中未画出）对活塞N下 面气体进行缓慢加热，使活塞N下面气体的 、 温度变为127℃，求稳定后活塞M距离汽缸 底部的高度。 13 得分 …0能力提升练0… 7.如图所示是一定质量理想气体经历的三个 状态变化的饣-T图像，对应的转换图像中 可能正确的是 B A D D v A B D.C T D 8.如图所示，水平放置的密封汽缸内的气体被 一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在汽 缸内无摩擦滑动，右侧汽缸内有一电热丝， 汽缸壁和隔板均绝热，初始时隔板静止，左 右两边气体温度和体积均相等。现给电热 丝通电，一段时间后切断电流。当缸内气体 再次达到平衡时，右侧气体的热力学温度为 初始时的1.5倍。下列说法正确的是 ( 左 右 A.再次平衡时左边气体压强小于右边气体 压强 B.再次平衡时右边气体的体积为初始时 的号 C.再次平衡时左边气体的体积大于初始时 的 D.再次平衡时右边气体的压强为初始时的 1.5倍 班级 姓名 9.如图所示，横截面积为 :10 10cm2的汽缸内有a、b两 个质量忽略不计的活塞， 两个活塞把汽缸内的气体 分为A、B两部分，A部分 气柱的长度为30cm,B部分气柱的长度是 A部分气柱长度的一半，汽缸和活塞b是绝 热的。与活塞b相连的轻弹簧劲度系数为 100N/m。初始状态A、B两部分气体的温 度均为27℃，活塞a刚好与汽缸口平齐，弹 簧为原长。若在活塞a上放上一个质量为： 2kg的重物，则活塞a下降一段距离后静 止。然后对B部分气体进行缓慢加热，使活； 塞a再次上升到与汽缸口平齐，则此时B部 分气体的温度为多少？（己知外界大气压强 为po=1×105Pa,重力加速度大小g取 10m/s2,不计活塞与汽缸间的摩擦，不计弹 簧及电热丝的体积，T=273K十t) 140 得分 如图所示，粗细均匀、横截面 积为S的L形玻璃管放在竖 B 直平面内，封闭段AD竖直 放置，长度为75cm;开口段 F ED DF水平放置，长度为50cm, 管内有一段长度为25cm的水银柱BC将 玻璃管AD三等份，E将玻璃管DF两等 份。被水银柱封闭的空气柱为理想气体， 已知玻璃管导热性能良好，环境的温度为 27℃，大气压强为po=75cmHg(已知管径 极小)。求： (1)环境温度缓慢升高300K时，AB段气 柱长度变为原来的多少倍； (2)环境温度缓慢升高到多少时，水银柱下 端刚好到达E点。△m △V 0.28V 7 V+△V-7+0.28V32· 答案(1)卡车胎压不安全，计算说明见解析(2)7：32 6.解析抽气过程气体发生等温变化，由玻意耳定律得 第一次抽气过程：oV=1·2V, 解得p1=2po, 第二次抽气过程：p1V=p2·2V, 解得p=号p1=(号)'po, 第三次抽气过程：pV=p·2V, 解得p,=p,=(分)p, 第n次抽气过程：pn-1V=力n·2V, 解得，=2b,-1=(2)”p0· 由题意可知pe=768mmHg,pn=3mmHg, 解得n=8次。 答案8次 7.解析(1)塞子被打开前，选瓶中气体为研究对象 初态：p1=1.0X105Pa,T1=(273+27)K=300K 末态：p2=?,T2=(273十127)K=400K 由麦理定排会一会得：票1一器 400 1.0×105Pa≈ 105Pa。 (2)塞子塞紧后，选瓶中剩余气体为研究对象 初态：p1'=1.0X105Pa,T1'=400K 末态：p2'=?,T2'=300K -P1 由查理定律，有片一了 T2' 解得p2X-08X1.0X10Pa=7.5×10Pm 答案(1)1.33×105Pa(2)7.5×101Pa 8.解析(1)抽气过程是等温变化，设青铜鼎的体积为V。 初状态：p1=po,V1=V。一V 15 末状态：p?=160 由玻意耳定律得1V1=p2V2 则三三。(V。二) 根据袖出的气体体积为脂有 V-告-忘w” 解得V=名，： (2)帐据1)计年得V=吾V。 第二次拍气：V=,(w+治) 225 p-256D0 此时初找态：1=poV1=名V 225 末状态：p3=2560 设气体压强为p:时体积为V3,则p3V:=p1V 解得=化器 答案(1)合。(2)225：256 课时分层检测（九） 1.解析根据一定质量的理想气体的状态方程可得 T T. 代人货-架-器子数D正瑞 答案D 2.解析气体发生等温变化，由玻意耳定律可知，气体的压强 成反比，玻璃瓶下降的过程中，气体体积V变小，压强力变大 B错说：气体温度T不变，由y-C可知，p=号T,C、T为 p与亡成正比，故C正确，D错误。 答案C !3.解析对于一定质量气体的等压线，其V-1图线的延长线一定过 点（一273.15℃，0），故选项C正确，D错误：气体压强增大后，由理 想气体找态方程-C可知，子的比值减小，故图像的斜率减小， V 等压线与t轴夹角减小，选项A、B错误。 答案C :4,解析设弹簧的劲度系数为k,当气柱高度为时，禅簧禅力F= h,由比产生的压强D5警(S为圆简的横我面积)：取封闭的 气体为研完对象，初执态为(TAS）未我态为(TS警） 由理想气体状态方程了·S签·⅓3 T T ,得h'=h行，C正确。 答案C 5.解析 气体初始温度T1=(273十21)K=294K 末温度T2=(273+27)K=300K 由理想气体状态方程V+V_Py 代入数据解得p3=7.5atm。 答案7.5atm !6.解析(1)根据题意，设稳定后活塞N下面气体的压强为p,以两个 活塞和重物作为整体进行受力分析得S=poS十3mg 33× 代入数据解得p=2.0×105Pa。 (2)根据题意可知，加热过程中，封闭气体的压强不变，活塞N绝热 则活塞N下面的气体做等压变化，活塞N上面的气体，由于活塞M 导热良好，温度不变，则根据一定质量的理想气体状态方程可知，活 塞N上面气体体积不变，即M、N间距离和开始时一样为d=H h=9 cm 对活塞N下面的气体，根据盖一吕萨克定律有 his h2S 可得h2=12cm 稳定后活塞M距离汽缸底部的高度 H'=d+h,=9 cm+12 cm=21 cm 答案(1)2.0×105Pa(2)21cm 7.解析 由一定质量的理想气体找态方程可得兴-C 整理得p= 由题图可知，从A到B过程，气体体积V不变，随温度的升高压强 增大，B到C过程，温度不变，随着压强的减小，体积增大，C到D过 程为等容变化，随着温度的降低，压强减小。A图中，A到B过程体 积增大，故A错误：B图中，A到B过程为等容升压，B到C过程为 等温降压，C到D过程为等容降压，故B正确：C图中，B到C过程 体积减小，故C错误；D图中，A到B过程压强保持不变，故D错误。 答案B 8.解析 因隔板可在汽缸内无摩擦滑动，故再次平衡时左边气体与右 边气体对隔板的压力大小相等，可知再次平衡时左边气体压强等于 右边气体压强，故A错误：设初始时左右两边气体热力学温度均为 T,体积均为V,压强均为卫。当缸内气体再次达到平衡时，左右两 边气体压强均为p',体积分别为V左、V专，左边气体的热力学温度为 T,右侧气体的热力学温度为1.5T。加热右侧气体，其温度升高， 若其体积不变，则其压强会增大，可知隔板会向左侧移动，故再次平 衡时右边气体的体积大于初始时的体积（即V方>V),故B错误：左 边气体发生绝热压缩过程（即V专<V),由热力学第一定律可知其 内能增加，故其温度升高，可得T>T,且p>p, 根据一定质量理想气体状态方程，对右边的气体有 pVpV 1.57 因V专>V,故可得b一1.5b,即再次平衡时右边气体的压强小于初 始时的1.5倍，故D错误： 根据一定质量理想气体状态方程，对左边的气体有 BV_B'Vk 可得V左 V h 因卫2，>1，故V左>5V p 二V,即再次平衡时左边气体的体积大 于初始时的号，故C正确。 答案C 与体积 9.解析 对于A部分气体 ,故A、 初态pA=1X105Pa,VA=L1S 常数， 末态p'=A十=1.2×105Pa 根据玻意耳定律得pAL1S=p4'L1'S 解得L1'=25cm 即A部分气柱长度变为25cm 225 若使活塞a返回原处，B部分气体未状态时气柱长为L2'=20cm,: 面积最小，故A正确。 此时弹簧要仲长5cm 答案AD 对活塞b有pA'S十k△1=pB'S :10.解析在宇宙飞船内完全失重的情况下，由于重力的存在而产生 解得pB'=pA'+会-=1.25X10Pa 的一切现象都消失：因为液体的表面张力不受失重的影响，水银不 浸润玻璃，水银的形状只由表面张力来决定。在液体表面张力的 对于B部分气体 作用下，水银的表面有收缩到最小的趋势，而体积一定时，球形的 初态pB=1×105Pa,VB=L2S,TB=(273+27)K=300K 表面积最小，所以最终水银会呈现球形，D正确。 答案 未态pm'=1.25×105Pa,VB=L2'S :11.解析解答本题应把握以下两点：(1)浸润液体和不浸润液体具有 T=? 不同的毛细现象：(2)毛细管越细，内、外液面的高度差越大。浸涧 银据理想气体状态方程得2= 液体在毛细管内上升，管越细，上升越高：不浸润液体在毛细管内 T 下降，管越细，下降越多，故A、D正确，B、C错误。 解得TB'=500K,则t2=227℃。 答案AD 答案227℃ 12.解析甲在升温至t2℃时开始熔化，一段时间内温度保持不变：丙 10.解析(1)令空气柱的压强为p2,水银柱产生的压强p1=25cmHg, 在升温至1℃时开始熔化，一段时间内温度保持不变，因此，甲、丙 对水银柱进行受力分析，由平衡条件有p1S十p2S=S 为晶体，且甲的熔点高。乙没有确定的熔点，为非晶体，故选项A、 解得AB段空气柱的压强p2=50CmHg。 )正确 环境温度缓慢升高到T2时，假设水银柱下端刚好到达D点，以 答案 AD AB段封闭的理想气体为研究对象，初态有V1=S1,l1=25cm,13.解析 因两个方向电阻相等，而这两个方向的长度和横裁面积不 T1=300K. 等，所以，该样品的导电性能为各向异性，该样品必是单晶体，所以 末态有V2=Sl2,T2=600K, C正确。 答案 根据盖一吕萨克定律有元=了 ·14.解析石墨中的碳原子在平衡位置附近振动，故A错误；石墨单层 代入数据解得l2=50cm,由此可知水银柱下端刚好到达D点，AB: 的厚度d-0m≈3X10”m,里层与层之问有空做，故B 段气柱长度变为原来的2倍。 (2)环境温度缓慢升高到T3时，水银柱下端刚好到达E点，以封闭 错误：石墨烯碳原子间不仅存在分子引力，同时也存在分子斥力， 故C错误：石墨烯是晶体，在熔化过程中，温度不变，所以碳原子的 的理想气体为研究对象，初态有V2=Sl2,l2=50cm,T2=600K, 平均动能不变，故D正确。 2=50 cmHg, 答案D 末态有V3=Sl3,l3=75cm,p3=75cmHg, :15.解析当玻璃板在底部时，由平衡条件得F弹十F浮十F支=G,可知 根据一定质量理想气体找态方程有业_：V 掉力小于重力； 当玻璃板在水中且没有接触杯底时，由平衡条件得F弹十F浮=G, 代入数据解得T,=1350K。 可知禅力小于重力： 答案(1)2倍(2)1350K 当玻璃杯刚好要高开水面时，设玻璃板与水分子之间的吸引力为 课时分层检测（十） F分，F弹=G十F分，可知弹力大于重力： 1,解析因为外形是否规则可以用人工的方法处理，所以选项A错 当玻璃板在空中时，弹力等于重力。故A,B、D错误，C正确。 误：多晶体在物理性质上是各向同性的，选项B错误：实验证明非晶 . 答案C 体在适当的条件下可以转化为晶体，选项C错误：晶体与非晶体的 课时分层检测（十一） 区别表现在是否有确定的熔点，选项D正确。 !1.解析焦耳是英国物理学家，A错误：焦耳实验的要求是绝热系统， 答案 D 普通玻璃杯达不到绝热要求，B错误；实验的研究对象是容器及其 2.解析固态金腐都是晶体，因而黄金也是晶体。只是因为黄金晶体 中的水组成的系统，C错误；要使同一些水及容器升高相同的温度 内部小晶粒的排列杂乱无章，才使黄金没有天然规则的几何形状，A! 即内能增加相同，必须做功相同，D正确。 错误：同一种物质可以形成多种晶体，如碳可以形成金刚石和石墨， 答案 D B错误：单晶体的各向异性是指某些物理性质是各向异性的，C错2.解析 反复弯折铁丝是用力对物体做功，在转动的砂轮上磨车刀是 误：玻璃是非晶体，因而没有确定的熔榕点和天然规则的几何形状，D: 摩擦力对车刀做功，电流通过电阻丝并做功，所以三者都是通过做 正确。 功改变物体内能的：热水放在空气中，通过热辐射以及对流等方式 答案D 句外传递了热，而使自身的内能减少，温度下降，它是通过传热方式 3.解析晶体的外形、物理性质都是由晶体的微观结构决定的，A、B、 改变内能的，故B选项正确。 D正确：各向同性的物质不一定是非晶体，多晶体也具有这样的性 答案 质，C错误。 3.解析 胶塞冲出容器口后，气体膨胀，对外做功W0。由于没来得 答案C 及发生热交换，由W=△U可知内能减小。内能等于物体内所有分 4.解析 一种液体是否浸润某种固体，与这两种物质的性质均有关， 子动能和势能之和，由于体积增大，势能增大，由此可知分子平均动 只能说哪种液体对哪种固体浸润或不浸涧，选项A错误：在浸涧现 能减小，所以温度降低，即温度计示数变小。故C正确。 象中，附着层内分子受到固体分子吸引力较液体内部分子吸引力· 答案 大，分子分布比液体内部更密，因而在附着层里液体分子表现出相！4.解析热量是物体在热传递过程中内能变化的量度，在只有热传递 互排斥的力，附着层有扩展的趋势，故选项B、C错误，D正确。 的情况下，有多少热量转移，内能就变化多少，A正确：内能是物体 客) 内所有分子动能和势能的总和，宏观上看，其大小取决于物体的温 5.解析 三种晶体的原子排列不相同，但是对于每一种晶体的原子排 度、体积、物质的量，温度高只能说明其分子的平均动能大，不能说 列具有各自的规律性，故选项A正确，B错误：晶体的原子在求不停 明它的内能多，B错误：热量从高温物体传递给低温物体，而高温物 息地做热运动，故选项C错误：原子之间存在间隙，故选项D错误。 体的内能有可能比低温物体的内能少，C正确：热量不是状态量，不 答案A 能说某个物体热量多，D错误。 6.解析 小液滴呈球状，这是表面张力的缘故，故A错误：液体的性质 答案 AC 介于气体和固体之间，更接近固体，故B正确：不论液面为凸形还是！5.解析抽掉隔板后，气体膨胀，体积增大，但由于右侧为真空，所以 凹形，表面张力的效果总是使表面收缩到最小，故C错误：硬币能浮！ 气体自由膨胀不做功，因而内能不变，温度不变，故选项C正确。 在水面上是表面张力的缘故，故D错误。 答案 答案B 6.解析搓着双手来取暖，是通过克服摩擦力做功发热取暖的，首先 7,解析多晶体和非晶体都没有规则的几何外形，故A错误：同种物！ 人体内的化学能转换为双手的机械能，双手再通过克服摩擦力做功 质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，故B错误：单晶体表 转化为内能，若双手光滑，就无法克服摩擦力做功，无法取暖，故A、 现为各向异性，多晶体表现为各向同性，石墨和金刚石都是单晶体， B、D错误，C正确 故C正确，D错误。 答案 答案C 7.解析 当活塞P向B移动时，外力对气体乙做功，气体乙的内能增 8,解析液晶的微观结构介于固体和液体之间，虽然液晶分子在特定 加，温度升高。 气体乙通过导热板B向气体甲传热，因此甲乙的内 方向上排列比较整齐，但分子的排列是不稳定的，A、B两项错误：外 能都增加。因此A、B、D错误，C正确。 界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的 答案C 某些性质，温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光 60 学性质，C、D两项正确。 :8.解析每秒钟做功W=2×80×0,75×20J=10J, 答案CD 每秒钟产生的热量Q=40%W=4J, 9.解析先把棉线圈拴在铁丝环上，再把环在肥皂液里浸一下，使环！ 由Q×60×20%=cm△，得△1=0.8℃。 上布满肥皂液薄膜。膜中分子间的距高比液体内部大一些，分子间！ 答案4J0.8℃ 的相互作用表现为引力，所以产生收缩效果。若用烧热的针刺破A!9.解析乒乓球内的气体受热膨胀，故对外做功，气体温度升高，故内 侧的薄膜，B侧的薄膜具有收缩趋势，能使其面积最小，故D正确； 能增加，所以吸热，故选项A正确，选项B、C、D错误 若用烧热的针刺破B侧的薄膜，A侧的薄膜具有收缩的趋势，使其 答案A 226