第十三章 微专题22　气体实验定律的综合应用 专项训练 -2027届高考物理一轮专题复习（人教版）

**基本信息** 聚焦气体实验定律综合应用，按单一气体多过程、变质量、关联气体三视角分层设计，题型典型，逻辑递进，强化物理观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |单一气体多过程|1题|涉及状态变化与压强分析，需结合平衡条件|从基础状态分析到多过程关联，构建气体状态变化模型| |变质量气体|2题|含质量变化及气体交换，应用理想气体定律|拓展气体质量变量，深化气体实验定律适用条件理解| |关联气体|2题|多气体状态关联，需分析压强关系|整合多个气体系统，提升综合推理与模型建构能力| |高考过关练|2题|综合热力学过程与力学平衡，情境复杂|对接高考命题趋势，强化科学推理与问题解决能力|

微专题22　气体实验定律的综合应用 课时作业 A级·基础巩固练 命题视角1　单一气体的多过程问题 1.如图,上端开口的圆柱形容器竖直放置在水平地面上,质量为m的活塞处于容器中部,活塞面积为S。用密封的盖子封住容器口后,将容器在竖直面内沿顺时针缓慢转至水平位置,这时活塞左边气体体积为V1,右边气体体积为V2。已知大气压强为p0,重力加速度为g,整个过程温度不变,活塞与容器无摩擦且不漏气。则为(　　) A.1- B.1+ C.1- D.1+ 解析:D　竖直放置时,设下面封闭气体的压强为p′,体积为,对活塞有mg+p0S=p′S,水平放置时,两侧气体压强相等,设为p,则对左端气体有p=pV1,对右端气体有p0=pV2,联立以上方程解得=1+,D正确。 命题视角2　变质量气体问题 2.呼吸机可以帮助患者进行吸气。一患者某次吸气前肺内气体的体积为V0,肺内气体的压强为p0。吸入压强为p0的气体后肺内气体的体积变为1.2V0,压强为1.1p0,若空气可视为理想气体,整个过程温度保持不变,则吸入气体的体积为(　　) A.1.2V0 B.1.1V0 C.0.64V0 D.0.32V0 解析:D　根据玻意耳定律,温度不变时,气体压强与体积的乘积保持不变。初始状态下 ,肺内原有气体和吸入气体在压强p0下的总体积为V0+V(V为吸入气体体积),最终状态气体压强为1.1p0,体积为1.2V0,由玻意耳定律p0(V0+V)=1.1p0·1.2V0,解得V0+V=1.32V0,吸入气体体积V=1.32V0-V0=0.32V0,D正确。 3.如图所示,一导热良好的柱形容器内壁光滑,被隔板分成A、B两部分,起初A、B两部分封闭气体的质量均为m,压强均为1.2p0,隔板到左、右两侧面的距离均为L。现打开左侧阀门,A部分气体缓慢排出,封闭气体可视为理想气体,外界大气压强恒为p0,外界环境温度不变,求: (1)稳定后隔板向左移动的距离d; (2)稳定后从阀门排出的气体质量Δm。 解析:(1)在A部分气体缓慢排出的过程中,气体压强减小,隔板缓慢向左运动,稳定后B部分封闭气体的压强等于外界大气压,设隔板的面积为S,对B部分气体,整个过程可以看成等温变化,根据玻意耳定律可得 1.2p0LS=p0(L+d)S,解得d=。 (2)A部分气体等温膨胀到压强为p0时的体积V=(L+d)S,则有=,解得Δm=。 答案:(1)　(2) 命题视角3　关联气体问题 4.横截面积处处相同的U形玻璃管竖直放置,左端封闭,右端开口,初始时,右端管内用h1=4 cm的水银柱封闭一段长为L1 =9 cm的空气柱A,左端管内用水银封闭一段长为L2=14 cm的空气柱B,这段水银柱左右两液面高度差为h2=8 cm。如图甲所示,已知大气压强p0相当于76 cm高的水银柱产生的压强,环境温度不变。若将玻璃管缓慢旋转180°,使U形管竖直倒置(水银未混合未溢出),如图乙所示。当管中水银静止时,左右两水银柱液面高度差h3为(　　) A.10 cm B.12 cm C.8 cm D.14 cm 解析:B　初始时,设空气柱A的压强为pA,空气柱B的压强为pB,则有pA=p0+ρgh1,pB+ρgh2=pA,联立解得pB相当于72 cm高的水银柱产生的压强,U形管倒置后,空气柱A的压强设为pA1,空气柱B的压强设为pB1,则pA1=p0-ρgh1,pB1=pA1+ρgh3,空气柱B的长度LB1=L2-,由玻意耳定律可得pBL2=pB1LB1,解得h3=12 cm,B正确。 5.如图所示,一定质量的理想气体被轻质绝热活塞封闭在粗细均匀的绝热汽缸下部a内,汽缸顶端有一绝热阀门K,汽缸底部接有电热丝E,汽缸的总高度h=90 cm。a缸内被封闭气体初始温度t1=27 ℃,活塞与底部的距离h1=60 cm,活塞和汽缸间的摩擦不计,T=t+273 K。若绝热阀门K始终打开,电热丝通电一段时间,稳定后活塞与底部的距离h2=66 cm,关于上述变化过程,下列说法正确的是(　　) A.汽缸上部b中逸出的气体占原汽缸上部b中气体的 B.汽缸下部a中的气体温度升高,压强增大 C.稳定后,汽缸下部a内的气体温度为50 ℃ D.稳定后,汽缸下部a内的气体温度为57 ℃ 解析:D　由题意可知,原汽缸上部b的高度h1′=h-h1=30 cm,当汽缸下部a稳定后活塞与底部的距离h2=66 cm,此时汽缸上部b的高度h2′=h-h2=24 cm。设S为活塞的面积,那么汽缸上部b中逸出的气体占原汽缸上部b中气体的比为=,故A错误;由于K始终打开,汽缸下部a中气体的压强不变,根据盖-吕萨克定律可得=,其中V1=h1S,V2=h2S,联立解得稳定后,汽缸下部a内的气体温度为t2=57 ℃,故B、C错误,D正确。 B级·高考过关练 6.如图所示,水平地面上竖直放置着一个高为2h的圆柱形绝热汽缸,汽缸内有一定质量的理想气体,汽缸底部通过阀门连接气筒,横截面积为S且导热性能良好的活塞将气体分成上下两部分,轻质弹簧上下两端分别固定于活塞下表面和汽缸底部。开始时轻质弹簧处于原长,活塞恰好位于汽缸正中间位置,活塞上部分气体压强为p0,下部分气体压强为2p0,两部分气体的温度均为T0。现在对气体缓慢加热使活塞上升0.2h,稳定后,两部分气体的温度均为3T0,之后温度保持不变。已知重力加速度为g,忽略电热丝、轻质弹簧、阀门所占汽缸内的体积,不计活塞的厚度,活塞与汽缸之间无摩擦且不漏气。下列说法正确的是(　　) A.活塞的质量为 B.弹簧的劲度系数为 C.缓慢抽气使活塞回到汽缸正中间位置,上部分气体的压强为2.5p0 D.缓慢抽气使活塞回到汽缸正中间位置,需要抽出气体的体积在温度为3T0、压强为p0的条件下为2hS 解析:D　活塞静止在汽缸正中间时,设活塞的质量为m,由平衡条件mg+p0S=2p0S,解得m=,A错误;对气体缓慢加热使活塞上升0.2h,设稳定后上部分气体的压强为p1,下部分气体的压强为p2,弹簧的劲度系数为k,由理想气体状态方程有=,=,由平衡条件有p1S+mg+0.2kh=p2S,联立解得弹簧的劲度系数为k=,B错误;对于上部分气体,设活塞回到汽缸正中间位置,上部分气体的压强为p3,根据理想气体状态方程=,解得p3=3p0,设下部分气体的压强为p4,根据平衡条件有p3S+mg=p4S,对下部分气体缓慢抽气,等温变化过程满足关系有1.2p2hS-p0Vx=p4hS,解得Vx=2hS,故C错误,D正确。 7.如图所示,玻璃杯内盛有温度为87 ℃的热水,杯口用湿润后的玻璃片盖住后可使杯内气体不漏出,封闭气体温度始终与水温相同,水温从87 ℃缓慢降到27 ℃,由于玻璃片与杯身间有间隙,水杯内外气体的压强始终相等。已知杯口面积S=40 cm2,水和杯子的总质量M=0.6 kg,玻璃片的质量m=0.1 kg。大气压强p0=1.0×105 Pa,重力加速度g取10 m/s2,忽略汽化、液化现象,杯中气体可视为理想气体。 (1)水温下降过程中分子的平均动能　　　　(选填“增大”“不变”或“减小”),单位时间内撞击水杯内壁单位面积的气体分子数　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。  (2)求水温从87 ℃降到27 ℃过程中从外界进入杯子的气体质量与原有气体质量之比。 (3)若杯口和玻璃片间不漏气,把杯子放在干燥的桌面上,水温下降过程中,某时刻拿着玻璃片恰能沿竖直方向提起杯子,求此时杯内气体的摄氏温度。 解析:(1)气体温度降低的过程中,分子的平均动能减小,又因气体的压强不变,故单位时间内撞击水杯内壁单位面积的气体分子数增大。 (2)以杯内原有气体为研究对象,初始温度为T1=273+87(K)=360 K,最终温度为T2=273+27(K)= 300 K,设原有气体初始体积为V0,由盖吕萨克定律得=,解得V2=,故进入的空气的体积V1=V0-V2=,所以外界进入杯子的气体质量与原有气体质量之比为Δm∶m原=V1∶V2=1∶5。 (3)由题意知,杯内气体做等容变化,当恰能提起杯子时,设杯子内气体温度为T3,压强为p1,由查理定律得=,杯子恰好被提起时,对整体有F-mg-Mg=0,对玻璃片有F+p1S-p0S-mg=0 联立解得T3=354.6 K,即t3=81.6 ℃。 答案:(1)减小　增大 (2)1∶5 (3)81.6 ℃ 学科网（北京）股份有限公司 $ 微专题22　气体实验定律的综合应用 课时作业 A级·基础巩固练 命题视角1　单一气体的多过程问题 1.如图,上端开口的圆柱形容器竖直放置在水平地面上,质量为m的活塞处于容器中部,活塞面积为S。用密封的盖子封住容器口后,将容器在竖直面内沿顺时针缓慢转至水平位置,这时活塞左边气体体积为V1,右边气体体积为V2。已知大气压强为p0,重力加速度为g,整个过程温度不变,活塞与容器无摩擦且不漏气。则为(　　) A.1- B.1+ C.1- D.1+ 命题视角2　变质量气体问题 2.呼吸机可以帮助患者进行吸气。一患者某次吸气前肺内气体的体积为V0,肺内气体的压强为p0。吸入压强为p0的气体后肺内气体的体积变为1.2V0,压强为1.1p0,若空气可视为理想气体,整个过程温度保持不变,则吸入气体的体积为(　　) A.1.2V0 B.1.1V0 C.0.64V0 D.0.32V0 3.如图所示,一导热良好的柱形容器内壁光滑,被隔板分成A、B两部分,起初A、B两部分封闭气体的质量均为m,压强均为1.2p0,隔板到左、右两侧面的距离均为L。现打开左侧阀门,A部分气体缓慢排出,封闭气体可视为理想气体,外界大气压强恒为p0,外界环境温度不变,求: (1)稳定后隔板向左移动的距离d; (2)稳定后从阀门排出的气体质量Δm。 命题视角3　关联气体问题 4.横截面积处处相同的U形玻璃管竖直放置,左端封闭,右端开口,初始时,右端管内用h1=4 cm的水银柱封闭一段长为L1 =9 cm的空气柱A,左端管内用水银封闭一段长为L2=14 cm的空气柱B,这段水银柱左右两液面高度差为h2=8 cm。如图甲所示,已知大气压强p0相当于76 cm高的水银柱产生的压强,环境温度不变。若将玻璃管缓慢旋转180°,使U形管竖直倒置(水银未混合未溢出),如图乙所示。当管中水银静止时,左右两水银柱液面高度差h3为(　　) A.10 cm B.12 cm C.8 cm D.14 cm 5.如图所示,一定质量的理想气体被轻质绝热活塞封闭在粗细均匀的绝热汽缸下部a内,汽缸顶端有一绝热阀门K,汽缸底部接有电热丝E,汽缸的总高度h=90 cm。a缸内被封闭气体初始温度t1=27 ℃,活塞与底部的距离h1=60 cm,活塞和汽缸间的摩擦不计,T=t+273 K。若绝热阀门K始终打开,电热丝通电一段时间,稳定后活塞与底部的距离h2=66 cm,关于上述变化过程,下列说法正确的是(　　) A.汽缸上部b中逸出的气体占原汽缸上部b中气体的 B.汽缸下部a中的气体温度升高,压强增大 C.稳定后,汽缸下部a内的气体温度为50 ℃ D.稳定后,汽缸下部a内的气体温度为57 ℃ B级·高考过关练 6.如图所示,水平地面上竖直放置着一个高为2h的圆柱形绝热汽缸,汽缸内有一定质量的理想气体,汽缸底部通过阀门连接气筒,横截面积为S且导热性能良好的活塞将气体分成上下两部分,轻质弹簧上下两端分别固定于活塞下表面和汽缸底部。开始时轻质弹簧处于原长,活塞恰好位于汽缸正中间位置,活塞上部分气体压强为p0,下部分气体压强为2p0,两部分气体的温度均为T0。现在对气体缓慢加热使活塞上升0.2h,稳定后,两部分气体的温度均为3T0,之后温度保持不变。已知重力加速度为g,忽略电热丝、轻质弹簧、阀门所占汽缸内的体积,不计活塞的厚度,活塞与汽缸之间无摩擦且不漏气。下列说法正确的是(　　) A.活塞的质量为 B.弹簧的劲度系数为 C.缓慢抽气使活塞回到汽缸正中间位置,上部分气体的压强为2.5p0 D.缓慢抽气使活塞回到汽缸正中间位置,需要抽出气体的体积在温度为3T0、压强为p0的条件下为2hS 7.如图所示,玻璃杯内盛有温度为87 ℃的热水,杯口用湿润后的玻璃片盖住后可使杯内气体不漏出,封闭气体温度始终与水温相同,水温从87 ℃缓慢降到27 ℃,由于玻璃片与杯身间有间隙,水杯内外气体的压强始终相等。已知杯口面积S=40 cm2,水和杯子的总质量M=0.6 kg,玻璃片的质量m=0.1 kg。大气压强p0=1.0×105 Pa,重力加速度g取10 m/s2,忽略汽化、液化现象,杯中气体可视为理想气体。 (1)水温下降过程中分子的平均动能　　　　(选填“增大”“不变”或“减小”),单位时间内撞击水杯内壁单位面积的气体分子数　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。  (2)求水温从87 ℃降到27 ℃过程中从外界进入杯子的气体质量与原有气体质量之比。 (3)若杯口和玻璃片间不漏气,把杯子放在干燥的桌面上,水温下降过程中,某时刻拿着玻璃片恰能沿竖直方向提起杯子,求此时杯内气体的摄氏温度。 学科网（北京）股份有限公司 $