2.3 气体的等压变化和等容变化（第2课时 理想气体、气体实验定律的微观解释） 同步练习-2026-2027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，从基础概念到综合应用再到素养培优，通过选择与计算结合，强化理想气体状态方程及微观解释的理解与应用，适配新授课知识巩固与能力提升。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A级|理想气体概念、状态方程基础应用、微观解释|以选择题为主，直接考查基础概念（如理想气体模型）和单一规律应用，夯实物理观念| |B级|气体实验定律综合应用、力学结合气体问题|选择+计算题，涉及多过程分析（如U形管旋转与温度变化），培养科学推理能力| |C级|复杂情境下气体状态变化|综合计算题，需模型建构与推理（如玻璃管旋转后温度调整），提升科学探究素养|

3　气体的等压变化和等容变化 第2课时　理想气体、气体实验定律的微观解释 A级 必备知识基础 一、理想气体 1.(2025盐城期中)关于理想气体,下列说法正确的是(　　) A.温度极低的气体也是理想气体 B.压强极大的气体也遵从气体实验定律 C.理想气体是对实际气体的抽象化模型 D.理想气体分子间的相互作用力不可忽略 二、理想气体的状态方程 2.对于一定质量的理想气体,其状态变化可能实现的是(　　) A.保持压强和体积不变,只改变它的温度 B.保持压强不变,降低温度并同时增大体积 C.保持温度不变,同时增大体积和压强 D.保持体积不变,增大压强并同时升高温度 3.一定质量的理想气体,经历如图所示的状态变化,A→B→C,则这三个状态的热力学温度之比TA∶TB∶TC为(　　) A.1∶3∶5 B.3∶2∶1 C.5∶6∶3 D.3∶6∶5 4.如图所示,一定质量的理想气体用质量为M的活塞封闭在容器中,活塞与容器间光滑接触,在图中三种稳定状态下的温度分别为T1、T2、T3,则T1、T2、T3的大小关系为(　　) A.T1=T2=T3 B.T1<T2<T3 C.T1>T2>T3 D.T1<T2=T3 5.如图是伽利略设计的一种测温装置示意图,玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通,下端插入水中,玻璃泡中封闭有一定质量的空气。若玻璃管中水柱上升,则外界大气的变化可能是(　　) A.温度降低,压强增大 B.温度升高,压强不变 C.温度升高,压强减小 D.温度不变,压强减小 三、气体实验定律的微观解释 6.如图所示,一定质量的理想气体,从状态A经等温变化到状态B,再经等容变化到状态C,状态A、状态C压强相等,则下列说法正确的是(　　) A.从状态A到状态B气体分子平均动能增大 B.从状态B到状态C气体分子平均动能不变 C.状态A、状态C气体压强相等的原因是分子撞击器壁的平均作用力相等 D.从状态A到状态B过程气体压强变小的原因是分子的密集程度减小 7.(2025宿迁期末)一定质量的理想气体,体积不变,温度升高,则(　　) A.分子数密度不变,压强不变 B.分子平均动能变大,压强变大 C.分子平均动能变小,压强变小 D.单位时间、单位面积上碰撞器壁的分子数减少 8.对于一定量的理想气体,经过下列过程,其初始状态的内能与末状态的内能可能相等的是(　　) A.等容增压后再等温膨胀 B.等压膨胀后再等温压缩 C.等温增压后再等压压缩 D.等容减压后再等压膨胀 B级 关键能力提升 9.如图所示,两端开口的弯管,左管插入水银槽中,管内、外水银液面高度差为h1,右侧管有一段水银柱,两端液面高度差为h2,弯管中间封有一段空气,则(　　) A.若环境温度升高,则h1不变,h2增大 B.若大气压强增大,则h1不变,h2减小 C.若把弯管向下移少许距离,则h1增大,h2不变 D.若在右管开口端沿管壁加入少许水银,则h1增大,h2增大 10.(2025常州期中)如图所示,两端封闭的U形管中装有水银,分别封闭住A、B两部分气体,当它们温度相同且A、B端竖直向上放置,静止时左右液面高度差为h,以下说法正确的是(　　) A.两部分气体升高相同的温度,水银柱高度差h不变 B.两部分气体降低相同的温度,水银柱高度差h变大 C.当U形管由图示位置开始加速下落时,两侧水银柱高度差h变小 D.当U形管由图示位置开始加速上升时,两侧水银柱高度差h变小 11.如图所示,圆柱形汽缸A中用质量为2m的活塞封闭一定质量的理想气体,温度为27 ℃,汽缸中活塞通过滑轮系统悬挂一质量为m的重物,稳定时活塞与汽缸底部的距离为h,现往重物上加挂质量为的小物体。已知大气压强为p0,活塞横截面积为S,m=,不计一切摩擦,T=273 K+t,求当气体温度升高到37 ℃且系统重新稳定后,封闭气体的压强和重物下降的高度。 12.如图甲所示,一粗细均匀的U形细玻璃管竖直放置在水平桌面上,左端用水银封闭一段气体,右端开口,U形管的底部长度为L=26 cm。当环境温度为27 ℃ 时,左、右两边的水银面的高度相差h=16 cm。 保持环境温度不变,将U形管绕右下角顺时针旋转90°, 此时液面正好相平,如图乙所示。已知大气压强p0相当于76 cm高的水银柱产生的压强。 (1)求图甲状态下,左端封闭气体的长度。 (2)将该U形玻璃管放入温度为480 K的密闭恒温箱,若保持图甲所示摆放方式,稳定时左、右两边液面正好相平,求恒温箱内气体的压强相当于多高的水银柱产生的压强。 甲 乙 C级 学科素养培优 13.(2025海安高级中学月考)如图所示,一端封闭、一端开口且粗细均匀的直角细玻璃管(直径远小于5 cm),在直角处用一段水银柱封闭了一定质量的空气(视为理想气体),开始时,封闭端处于竖直状态,水银柱的竖直部分长为h=15 cm,水平部分长为x=5 cm。封闭端空气柱的长度L=30 cm。现将玻璃管在竖直平面内沿逆时针方向绕直角缓慢旋转90°,使开口端处于竖直状态,该过程中空气温度保持27 ℃不变。已知大气压强p0相当于75 cm高的水银柱产生的压强。 (1)求旋转后空气柱的长度。 (2)要使空气柱的长度恢复到30 cm,应该将玻璃管中空气柱温度升高到多少摄氏度? 参考答案 1.C　 解析 只要实际气体的压强不是很大,温度不是很高,都可以近似地当成理想气体来处理,理想气体是物理学上为了简化问题而引入的一个理想化模型,在现实生活中不存在;通常状况下,严格遵从气态方程的气体,叫作理想气体,理想气体分子间的相互作用力可忽略。故选C。 2.D　 解析 由理想气体的状态方程=C(常量)可知,保持压强和体积不变,则温度不变,A项错误;保持压强不变,降低温度时,体积减小,B项错误;保持温度不变,增大体积时,压强减小,C项错误;保持体积不变,增大压强时,温度升高,D项正确。 3.D　 解析 根据=C,可知热力学温度之比等于pV值之比,即TA∶TB∶TC=(3×1)∶(2×3)∶(1×5)=3∶6∶5,故选D。 4.B　 解析 以活塞为研究对象,对T1、T2状态下的气体有p1S=Mg+p0S,p2S=p0S+Mg,对T3状态下的气体有p3S=p0S+Mg+mg,得p1=p2<p3;根据理想气体状态方程,因V1<V2,p1=p2,则T1<T2,因V2=V3,p2<p3,则T2<T3,即T1<T2<T3,B正确。 5.A　 解析 由题意可知,封闭空气温度与大气温度相同,封闭空气体积随水柱的上升而减小,将封闭空气看作理想气体,根据理想气体状态方程=C可知,若温度降低,体积减小,则压强可能增大、不变或减小,A项正确;若温度升高,体积减小,则压强一定增大,B、C项错误;若温度不变,体积减小,则压强一定增大,D项错误。 6.D　 解析 从状态A到状态B气体温度不变,分子平均动能不变,故A项错误;从状态B到状态C为等容变化,根据查理定律有可知,气体压强增大,温度升高,则气体分子平均动能增大,故B项错误;从状态A到状态C为等压变化,根据盖-吕萨克定律有可知,气体体积增大,温度升高,则气体分子平均动能增大,分子撞击器壁的平均作用力增大,故C项错误;从状态A到状态B气体温度相同,分子撞击器壁的平均作用力相等,压强变小的原因是气体体积增大,分子密集程度减小,故D项正确。 7.B　 解析 体积不变,温度升高,则分子平均动能变大,根据可知压强变大,气体质量不变,分子数不变,则分子数密度不变,故A、C项错误,B项正确;温度升高,分子平均速率变大,体积不变,则单位时间、单位面积上碰撞器壁的分子数增多,故D项错误。 8.D　 解析 根据理想气体状态方程=C可知,等容增压过程温度升高,等温膨胀过程温度不变,故末状态的内能大于初状态的内能,故A项错误。根据理想气体状态方程=C可知,等压膨胀后气体温度升高,内能增大,等温压缩温度不变,内能不变,故末状态与初始状态相比内能增加,故B项错误。根据理想气体状态方程=C可知,等温增压后气体温度不变,内能不变,等压压缩温度降低,内能减小,故末状态与初始状态相比内能减小,故C项错误。根据理想气体状态方程=C可知,等容减压过程温度降低,内能减小;等压膨胀过程温度升高,末状态的温度有可能和初状态的温度相等,内能相等,故D项正确。 9.D　 解析 若环境温度升高,由=C,p=p0+ρgh1=p0+ρgh2,可知封闭气体的压强增大,h1、h2都增大,A项错误;平衡后管中封闭气体的压强p=p0+ρgh1=p0+ρgh2,则得h1=h2,若大气压升高,封闭气体的压强增大,由玻意耳定律pV=C,可知封闭气体的体积减小,水银柱将移动,使h1和h2同时减小,且二者一直相等,B项错误;若把弯管下移少许距离,封闭气体的体积减小,压强增大,水银柱将移动,h1和h2同时增大,C项错误;若在右管开口端沿管壁滴入少许水银,封闭气体的体积减小,压强增大,水银柱将移动,h1和h2同时增大,D项正确。 10.D　 解析 设水银的密度为ρ,根据平衡条件有pA+ρgh=pB,故pA<pB,由理想气体状态方程有=C,设气体开始时温度为T0,压强为p0,若体积不变,温度变化时有,故Δp=ΔT,由于两部分气体初始时温度相同,可知升高相同的温度,初始状态压强大的气体即B部分气体压强增加量大,压强差变大,液柱向左移,高度差变大,A项错误;由上述分析可知,降低相同的温度,B部分气体压强减小量大,压强差变小,水银柱向右移动,高度差h变小,B项错误;当U形管由图示位置开始自由下落时,系统处于完全失重状态,此时高度h部分的水银柱不再对B部分气体产生压强,右边气体会将水银柱向左压,即此时h变大,C项错误;当U形管由图示位置开始加速上升时,系统处于超重状态,此时高度h部分的水银柱产生的压强增大,所以水银柱右移,两侧水银柱高度差h变小,D项正确。 11.p0　0.24h 解析 初状态下,设封闭气体的压强为p1,以活塞为研究对象,有p1S+mg=p0S+2mg,可得p1=2p0,又V1=hS,T1=300 K;末状态下,设封闭气体的压强为p2,以活塞为研究对象,有p2S+mg=p0S+2mg,解得p2=p0,又V2=(h+Δh)S,T2=310 K,根据理想气体状态方程得,联立解得Δh=0.24h。 12.(1)40 cm　(2)80 cm 解析 (1)设题图甲中左管封闭气柱的长度为l1,气体压强为p1,p0=p1+ρgh,封闭气体体积V1=Sl1;设题图乙中封闭气体压强为p2,p0=p2+ρgL,封闭气体体积V2=Sl1+;由等温变化得p1V1=p2V2,解得题图甲封闭气柱的长度l1=40 cm。 (2)初始时压强为p1,V1=Sl1,T1=300 K,恒温箱中V3=Sl1+,而T2=480 K,根据理想气体状态方程,解得p3相当于80 cm高水银柱产生的压强,因为左、右两边液面正好相平,所以此时封闭气体的压强等于恒温箱内气体的压强,即相当于80 cm高的水银柱产生的压强。 13.(1)24 cm　(2)127 ℃ 解析 (1)假设玻璃管在竖直平面内沿逆时针方向绕直角缓慢旋转90°后,水银柱均处于水平状态,初态有 p0=p1+ρgh V1=SL 末态有 p2=p0 V2=SL2 气体做等温变化,则 p1V1=p2V2 解得 L2=24 cm 由于 ΔL=L-L2=6 cm>5 cm 假设成立,旋转后空气柱的长度为24 cm。 (2)空气柱的长度恢复到30 cm,此时空气柱的压强为 p3=p0+ρgx 根据理想气体状态方程 其中 V3=SL T2=(273+27) K=300 K 解得 T3=400 K 此时玻璃管中空气柱的温度为 t=T3-273 ℃=127 ℃。 学科网（北京）股份有限公司 $