高中物理选修-气体压强专项练习题

气体压强是热学部分的核心概念之一，也是分析和解决许多物理问题的基础。理解气体压强的产生机理、掌握其计算方法，并能灵活运用理想气体状态方程等规律解决实际问题，对同学们的物理素养提出了较高要求。下面，我们通过一系列专项练习来巩固和深化这方面的知识。一、概念辨析与基础计算1.关于气体压强的微观解释，下列说法正确的是（）A.气体的压强是由气体分子间的斥力产生的B.气体的压强是由大量气体分子对器壁的频繁碰撞产生的C.气体的压强是由气体的重力产生的D.气体压强的大小只与气体分子的平均动能有关2.一定质量的理想气体，在温度保持不变的情况下，如果体积增大，则气体的压强会如何变化？请结合气体压强的微观解释说明原因。3.如图所示（示意图，可自行脑补一个一端封闭的玻璃管，内有一段水银柱封闭了一定质量的气体），一根一端封闭的均匀玻璃管，开口向上竖直放置，管内有一段长为h的水银柱封闭了一段长为L的空气柱。已知大气压强为p₀，水银的密度为ρ，重力加速度为g。试写出封闭气体的压强p的表达式（用已知量表示）。二、综合应用与情境分析4.一个足球的容积是固定的。某同学在夏天将足球充足气后放在室外阳光下暴晒，过了一段时间，发现足球变得更硬了。忽略足球容积的微小变化，试分析足球内气体的压强变化情况，并解释原因。5.在一个粗细均匀的U形管中，注入一定量的水银。当温度为T₁时，左右两管水银面齐平，此时封闭在左管中的空气柱长为L₁。若将整个装置的温度升高到T₂，发现左管水银面下降了Δh，右管水银面上升了Δh，设大气压强为p₀，水银密度为ρ，重力加速度为g，U形管的横截面积为S。求温度升高后，左管中封闭气体的压强。（提示：水银柱的移动导致了两管水银面的高度差）6.一个带有活塞的密闭容器内装有一定质量的理想气体。初始时，气体的压强为p₁，体积为V₁，温度为T₁。若保持气体温度不变，缓慢推动活塞使气体体积减小为V₂。（1）求此时气体的压强p₂。（2）在上述过程中，气体分子的平均动能如何变化？气体的内能如何变化？7.在海拔几千米的高山上，用普通的锅很难将鸡蛋煮熟，而使用高压锅则可以。请结合气体压强与沸点的关系，解释这一现象。8.如图所示（示意图，可自行脑补一个气缸，内有活塞，活塞上放置重物），一个横截面积为S的气缸水平固定放置，缸内有一个可以无摩擦滑动的活塞，活塞与缸壁间密封良好。活塞左侧封闭了一定质量的理想气体，右侧与大气相通（大气压强为p₀）。活塞上通过一根轻绳跨过一个定滑轮悬挂着一个质量为m的重物。当系统处于静止状态时，封闭气体的体积为V。重力加速度为g。（1）求此时封闭气体的压强p。（2）若将重物的质量增加，活塞将向哪个方向移动？封闭气体的压强将如何变化？参考答案与解析思路（以下为参考答案与解析思路，实际撰写时可根据需要调整详略）1.答案：B解析：气体压强的微观本质是大量气体分子对器壁的频繁碰撞产生的，与分子的平均动能（温度）和分子密集程度（单位体积内分子数）有关。选项A和C错误，B正确。选项D忽略了分子密集程度的影响，故错误。2.答案：压强减小。解析：温度不变，气体分子的平均动能不变，分子每次碰撞器壁的平均作用力不变。体积增大，单位体积内的分子数减少，即分子密集程度减小，单位时间内碰撞器壁单位面积的分子数减少，因此气体压强减小。3.答案：p=p₀+ρgh解析：以水银柱为研究对象，受力平衡。水银柱受到竖直向下的重力（G=ρShg）、竖直向下的大气压力（F₀=p₀S）和竖直向上的封闭气体压力（F=pS）。由平衡条件得：pS=p₀S+ρShg，两边消去S，得p=p₀+ρgh。4.答案：压强增大。解析：足球容积V近似不变，气体质量m不变。暴晒后温度T升高。根据理想气体状态方程pV=nRT（n=m/M，为物质的量，R为常量），当V、m不变时，T增大，则p增大。气体压强增大，所以足球感觉更硬。5.答案：p=p₀+2ρgΔh解析：初始时，左右水银面齐平，封闭气体压强p₁=p₀。温度升高后，左管水银面下降Δh，右管上升Δh，两管水银面高度差为2Δh。此时封闭气体压强p₂=p₀+ρg(2Δh)=p₀+2ρgΔh。（若需结合理想气体状态方程求其他量，可进一步，但本题只问压强）6.（1）答案：p₂=p₁V₁/V₂解析：温度不变，由玻意耳定律p₁V₁=p₂V₂可得。（2）答案：气体分子的平均动能不变；气体的内能不变。解析：温度是分子平均动能的标志，温度不变，分子平均动能不变。理想气体内能只与温度和分子数有关，故内能不变。7.答案：见解析。解析：液体的沸点与液面上方气体的压强有关，压强越大，沸点越高；压强越小，沸点越低。高山上大气压小于平原地区。普通锅锅内气压等于大气压，水的沸点低于100摄氏度，无法达到煮熟鸡蛋所需的温度。高压锅密封性好，水汽化后锅内气压增大，水的沸点升高，能达到更高温度，从而煮熟鸡蛋。8.（1）答案：p=p₀-mg/S解析：以活塞为研究对象，受力平衡。水平方向：封闭气体向左的压力pS，大气向右的压力p₀S，绳子向右的拉力mg（与重物重力平衡）。平衡条件：pS+mg=p₀S，解得p=p₀-mg/S。（2）答案：活塞向左移动；封闭气体的压强将增大。解析：重物质量增加，拉力增大，活塞所受向右的合力大于向左的合力，活塞向左移动，气体体积减小。根据玻意耳定律（若温度不变），体积减小，压强增大。结语气体压强的学习，关键在于理解其微观本质，并能熟练运用理想气体状态方程等规律分析和解决实