2.2 气体的等温变化 分层作业 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 分层清晰（A/B/C），知识覆盖从单一到综合，注重物理观念建构与科学思维培养，适配新授课基础巩固与能力提升。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A层|玻意耳定律基础应用、实验条件|单选/多选/基础计算，试管、活塞等简单模型，强化物质与相互作用观念| |B层|实际情境综合应用（升降椅、潜水员）|联系生活的计算题，需受力分析与定律结合，培养科学推理能力| |C层|多气体系统、非平衡状态（自由落体、转动）|复杂综合题，跨力学与热学，提升质疑创新与科学论证能力|

2.2 气体的等温变化 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．将空试管开口朝下竖直全部插入水中，在某一深度处放手，试管恰好处于悬浮状态，下列判断正确的是（　　） A．若将试管稍下移后放手，试管会上浮 B．若将试管稍下移后放手，试管会下沉 C．若将试管稍上移后放手，试管会静止 D．若将试管稍上移后放手，试管会下沉 2．一医用氧气瓶内有压强为、温度为、体积为V的氧气。该氧气瓶内的氧气可以通过调压阀分装到氧气袋中从而方便使用。若每次分装时，氧气袋均是折叠状态，袋内无气体，分装结束后，每个氧气袋内氧气的压强为、温度为、体积为，若氧气可视为理想气体，下图中能正确表示氧气瓶内剩余氧气的压强p与充气次数n的关系图像的是（　　） A．B．C．D． 3．（多选）2024年6月25日，中国嫦娥六号探测器成功完成人类首次月球背面采样返回地球。如图所示，玻璃管开口向上竖直静止放置，长度为30cm的水银柱密闭了1cm长的气柱。如果将这个玻璃管带到月球表面，发现水银柱缓慢向上移动且未溢出玻璃管。已知地球表面大气压强为75cmHg、重力加速度为g，月球表面为真空状态、重力加速度为，整个过程温度保持不变。则（　　） A．在地球表面将玻璃管开口向上竖直静止放置时，密闭气柱所受压强为105cmHg B．在地球表面将玻璃管开口向上缓慢倾斜至与水平面成角时，密闭气柱所受压强为52.5cmHg C．在月球表面将玻璃管开口向上竖直静止放置时，密闭气柱所受压强为17.5cmHg D．将玻璃管带到月球表面开口向上竖直静止放置，发现水银柱向上移动了20cm 4．（多选）某实验小组用图所示的实验装置“探究气体等温变化的规律”。实验操作的过程中，需要保持不变的是气体的（　　） A．质量 B．温度 C．体积 D．压强 5．如图所示，导热良好的圆柱形容器上端开口，下端封闭，竖直固定放置在水平地面上，已知大气压强为，容器体积为，现在容器口水平轻放一质量为的薄活塞，已知活塞面积与圆柱体的横截面积均为，重力加速度大小为，不计摩擦阻力，当活塞静止时，求： (1)容器内气体的压强； (2)活塞距容器底部的距离。 B层 6． 图甲为气压式升降椅，其简化结构如图乙所示，圆柱形气缸可沿气缸杆上下滑动。气缸与椅面固定在一起，其整体质量；杆与底座固定在一起，横截面积，在气缸与杆间封闭一长的气体（视为理想气体）。当人坐在椅面上，脚悬空稳定后椅面下降高度。已知室内温度不变，气缸气密性、导热性能良好，忽略摩擦力，大气压强，重力加速度，求： (1)椅面未坐人时，气缸中的气体压强； (2)该人的质量。 7．一定质量的理想气体经历如图所示的循环过程，过程是等温过程，过程中气体与外界无热量交换，过程是等温过程，过程中气体与外界无热量交换。下列说法正确的是（　　） A．过程，气体吸收热量，内能不变 B．过程，气体对外做功，温度不变 C．过程，气体放出的热量大于外界对气体做的功 D．过程，气体从外界吸收的热量小于过程放出的热量 8．（多选）如图所示，洗衣机水箱的导管内存在一竖直密闭空气柱，根据此空气柱的长度可知洗衣机内的水量。当压力传感器的示数为时，空气柱的长度为，水位下降后，压力传感器的示数为。压力传感器与空气柱的接触面水平，空气柱的温度不变，将空气视为理想气体。下列说法正确的是（　　） A．在水位下降的过程中，外界对空气柱做负功 B．在水位下降的过程中，外界对空气柱做正功 C．水位下降后，空气柱的长度为 D．水位下降后，空气柱的长度为 9．为研究潜水的某潜水员快速上浮时肺部面临的风险，某实验将人体肺部简化为一个与体外环境通过气道相通、温度恒为的弹性气囊。已知水面处的大气压强为，潜水员肺部处于自然松弛状态，体积为。假设气体可视为理想气体。 (1)潜水员在水深处时，肺部体积会被压缩到水面时体积的，求此时肺部气体的压强。 (2)潜水员从水深处上浮时需先用嘴从压缩气瓶中往肺里吸入部分空气使肺部体积恢复至，潜水员上浮过程中为避免肺部过度扩张，需在某安全深度处吐出（在当前深度压强下）的气体，已知潜水员到达水面时肺部体积为，求该安全深度h。 C层 10． 如图所示，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为10cm的A、B两段细管组成，A管的内径是B管的倍，B管在上方。管内空气被一段水银柱隔开，水银柱在两管中的长度均5cm。现将玻璃管倒置使A管在上方，平衡后，A管内的空气柱长度改变1cm，则B管在上方时，玻璃管内上部分气体的压强为（气体温度保持不变，以cmHg为压强单位）（　　） A．56.4cmHg B．44.2cmHg C．36.4cmHg D．23.2cmHg 11．（多选）如图所示，用活塞把一定质量的理想气体封闭在固定的导热气缸中，用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢向右移动，气体由状态①变化到状态②。如果环境保持恒温，分别用p、V、T表示该理想气体的压强、体积、温度。气体从状态①变化到状态②，此过程可用选项图中哪几个图像表示（　　） A．B．C．D． 12．如图所示，小淑同学将内径粗细均匀的导热U形管竖直放置在温度恒定不变的环境中，底部水平管道长为，左侧管足够长且上端开口，并用的水银柱封闭有长为的理想气体，气体下端到管底长度，右侧管上端封闭，并用水银柱封闭一段长为的理想气体，左右两管内水银面高度差，大气压强恒为，不计一切摩擦，U形管内径远小于。 (1)求初始状态右端封闭气体的压强大小（用表示）； (2)若将整个装置静止释放，使其保持竖直做自由落体运动，待稳定后，求水银柱移动的距离； (3)若将U形管以左侧管子为轴在水平面内以角速度匀速转动，待稳定后右侧管气柱长度变为21cm，1cmHg相当于1360Pa，水银密度，求大小。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《2.2》参考答案 题号 1 2 3 4 7 8 10 11 答案 B A AD AB A AD D AD 1．B 【详解】AB．下移则水压增大，试管内气体压强增大，根据可知，试管内气体收缩，浮力小于重力，试管会下沉，故A错误，B正确； CD．上移则水压减小，试管内气体压强减小，根据可知，试管内气体膨胀，浮力大于重力，试管会上浮，故CD错误。 故选B。 2．A 【详解】气体进行等温度变化，由玻意耳定律可知 即 则p—n图像为一条下倾的直线。 故选A。 3．AD 【详解】A．在地球表面将玻璃管开口向上竖直静止放置时，密闭气柱所受压强，故A正确； B．在地球表面将玻璃管开口向上缓慢倾斜至与水平面成角时，密闭气柱所受压强为，故B错误； C．在月球表面将玻璃管开口向上竖直静止放置时，密闭气柱所受压强为，故C错误； D．设玻璃管的横截面积为长度为，密闭气体发生等温变化，有 代入数据解得 水银柱向上移动了，故D正确。 故选AD 。 4．AB 【详解】题目要求探究气体等温变化规律，需要使得气体的质量不变，温度不变，从而研究气体的压强与体积之间的关系。 故选AB。 5．(1) (2) 【详解】（1）当活塞静止时，根据力的平衡有 解得 （2）容器内气体等温变化，根据玻意耳定律 解得 6．(1) (2) 【详解】（1）初始状态时，以气缸和椅面整体为研究对象，由平衡条件可得 代入数据解得 （2）人坐在椅面上脚悬空稳定后，设气缸内气体柱长度为，根据玻意耳定律可得 其中 代入数据解得 根据平衡条件可得 代入数据解得 7．A 【详解】A．a→b过程，温度不变，内能不变，体积增大，气体对外界做功，故吸收热量，故A正确； B．b→c过程，气体对外做功，且，则内能减小，温度降低，故B错误； C．c→d过程，温度不变，内能不变，体积减小，外界对气体做功等于气体放出的热量，d→a过程绝热，外界对气体做功，内能增大，故c→d→a过程，气体放出的热量小于外界对气体做的功，故C错误； D．由前分析知，a→b过程，气体从外界吸收的热量等于该过程气体对外界做的功，c→d过程放出的热量等于该过程外界对气体做的功，由图像知，a→b过程气体对外界做的功大于c→d过程外界对气体做的功，则a→b过程，气体从外界吸收的热量大于c→d过程放出的热量，故D错误。 故选A。 8．AD 【详解】AB．在水位下降的过程中，空气柱变长，可知该过程中外界对空气柱做负功，选项A正确，B错误； CD．设空气柱的横截面积为S，根据玻意耳定律有 解得，选项C错误，D正确。 故选AD。 9．(1) (2) 【详解】（1）设水深90m处压强为，肺部气体发生等温变化，根据玻意耳定律有 得 （2）水深90m处压强 解得 吐气前到水面过程中，根据气体物质的量守恒，初状态气体的物质的量等于吐出的气体与末状态气体的物质的量之和，由于温度恒定，气体的物质的量正比于pV乘积，故有 解得 根据 得 联立可得 【点睛】推导：将压强为p、体积为V的气体分成n部分，每份的体积分别为、、、……、，每部分的压强均为p，则有 每部分气体均做等温变化，末态压强分别为、、、……、，体积分别为、、、……、，对每部分气体由玻意耳定律得，，，……， 各式相加得 即 10．D 【详解】设B管在上方时上部分气压为,则此时下方气压为,此时有 倒置后A管气体压强变小，空气柱长度增加1cm,则A管中水银柱减小1cm，两管半径之比为:1，则横截面积的关系=2，由于水银柱总体积不变，可知B管水银柱增加2cm，空气柱减小2cm。此时水银柱总长为11cm，设此时两管的压强分别为、，则有 倒置前后温度不变，根据玻意耳定律，有 其中，，联立以上各式，解得初始时玻璃管内上部分气体的压强为 故选D。 11．AD 【详解】A．双曲线的方程：恒量，是等温变化，由①变化到②温度不变，体积增大，压强减小，是可能的，故A正确； B．B图像是图像，是一条直线，温度会发生变化，故B错误； C．①到②的过程体积减小，与实际体积增大相反，故C错误； D．①到②的过程温度不变，压强减小，气体的体积增大，故D正确。 故选AD。 12．(1) (2)1.3cm (3) 【详解】（1）初始状态右端封闭气体的压强大小 （2）若将整个装置静止释放，使其保持竖直做自由落体运动，则两部分气体的压强均为，对右边气体 解得 对左边气体 解得 水银柱移动的距离 （3）对右管气体 解得 因右侧气柱缩短9cm，则左侧液面下降9cm，水平管中仍充满水银，对管中水银受力分析可知右侧压强 左侧压强 由牛顿第二定律 1cmHg相当于1360Pa 解得 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $