2.3 气体的等压变化和等容变化 练习题 -2022-2023学年高二下学期物理人教版2019选择性必修第三册（解析版）

3气体的等压变化和等容变化1.如图所示,一根竖直的弹簧支持着一倒立汽缸的活塞,使汽缸悬空而静止。设活塞与缸壁间无摩擦且可以在缸内自由移动,缸壁导热性能良好使缸内气体总能与外界大气温度相同,则下述结论中正确的是()A.若外界大气压增大,则弹簧将压缩一些B.若外界大气压增大,则汽缸上底面距地面的高度将不变C.若气温升高,则活塞距地面的高度将减小D.若气温升高,则汽缸的上底面距地面的高度将增大2.如图所示,两端开口的玻璃管插入汞槽内,在管中有一段空气柱被汞柱封住。当管内气体温度升高时,图中所示的高度h1和h2变化情况是()A.h1不变,h2变大B.h1不变,h2变小C.h1变大,h2不变D.h1变小,h2不变3.一定质量的理想气体保持体积不变,下列说法中错误的是()A.气体状态发生变化的过程是等容过程B.温度每升高1℃,压强就增加1C.气体的压强和热力学温度呈线性关系D.气体压强的增量与摄氏温度的增量成正比4.两个容器A、B,用截面均匀的水平细玻璃管连通,如图所示,A、B所装气体的温度分别为17℃和27℃,水银柱在管中央平衡,如果两边温度都升高10℃,则水银柱将()A.向右移动 B.向左移动C.不动 D.条件不足,不能确定5.对于一定量的理想气体,下列说法正确的是()A.若气体的压强和体积都不变,其内能可能减小B.若气体的内能不变,其状态也一定不变C.若气体的温度随时间不断升高,其压强也一定不断增大D.当气体温度升高时,气体的内能一定增大6.一定质量的理想气体,从图中A状态开始,经历了B、C,最后到D状态,下列说法中错误的是()A.A→B温度升高,体积不变B.B→C压强不变,体积变小C.C→D压强变小,体积变小D.B点的温度最高,C点的体积最小7.如图所示,一定质量的理想气体由状态A沿平行纵轴的直线变化到状态B,则关于它的状态变化过程的下列说法不正确的是()A.气体的温度增大B.气体的内能增加C.气体的分子平均速率减小D.气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数增加10.对于一定质量的理想气体,下列说法正确的是()A.增大压强,气体内能增大B.压强减小,降低温度,气体分子间的平均距离一定减小C.保持体积不变,降低温度,气体分子单位时间内碰撞器壁单位面积的次数可能增大D.降低温度,减小体积,气体分子单位时间内碰撞器壁单位面积的次数可能增大8.如图所示,两个水平固定的汽缸由管道连通。活塞a、b用钢性杆相连,可在汽缸内无摩擦地移动,缸内及管中封有一定质量的气体。整个系统处于平衡状态,大气压强不变。现令缸内气体的温度缓慢升高一点,则系统再次达到平衡状态时()A.活塞向左移动一点,缸内气体压强不变B.活塞向左移动一点,缸内气体压强增大C.活塞向右移动一点,缸内气体压强不变D.活塞的位置没有改变,缸内气体压强增大9.如图为医院为病人输液的部分装置,如图中A为输液瓶,B为滴壶,C为进气管,与大气相通。则在输液过程中(瓶A中尚有液体),下列说法正确的是()A.瓶A中上方气体的压强随液面的下降而减小B.瓶A中液面下降,A中上方气体的压强不变C.滴壶B中的气体压强随A中液面的下降而减小D.在瓶中药液输完以前,滴壶B中的气体压强保持不变10.(2020·全国Ⅲ卷,33)如图,两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为H=18cm的U型管,左管上端封闭,右管上端开口。右管中有高h0=4cm的水银柱,水银柱上表面离管口的距离l=12cm。管底水平段的体积可忽略。环境温度为T1=283K,大气压强p0=76cmHg。(1)现从右侧端口缓慢注入水银(与原水银柱之间无气隙),恰好使水银柱下端到达右管底部。此时水银柱的高度为多少?(2)再将左管中密封气体缓慢加热,使水银柱上表面恰与右管口平齐,此时密封气体的温度为多少?11.如图(甲)是一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的VT图像。已知气体在状态A时的压强是1.5×105Pa。(1)A→B过程中为等压变化的情形,根据图像提供的信息,计算图中TA的温度值;(2)B→C过程为等容过程,根据图像提供的信息,计算图中pC的压强;(3)请在图(乙)坐标系中,作出由状态A经过状态B变为状态C的pT图像,并在图线相应位置上标出字母A、B、C。12.小赞同学设计了一个用电子天平测量环境温度的实验装置,如图所示。导热汽缸开口向上并固定在桌面上,用质量m1=600g、截面积S=20cm2的活塞封闭一定质量的理想气体,活塞与汽缸壁间无摩擦。一轻质直杆中心置于固定支点A上,左端用不可伸长的细绳竖直悬挂活塞,右端用相同细绳竖直悬挂一个质量m2=1200g的铁块,并将铁块放置到电子天平上。当电子天平示数为600.0g时,测得环境温度T1=300K。设外界大气压强p0=1.0×105Pa,重力加速度g取10m/s2。(1)当电子天平示数为400.0g时,环境温度T2为多少?(2)该装置可测量的最高环境温度Tmax为多少?参考答案1.D解析:选择汽缸和活塞为整体,那么整体所受的大气压力相互抵消,若外界大气压增大,则弹簧长度不发生变化,故A错误;选择汽缸为研究对象,竖直向下受重力和大气压力p0S,向上受到缸内气体向上的压力p1S,汽缸受三力平衡G+p0S=p1S,若外界大气压p0增大,p1一定增大,根据理想气体的等温变化pV=C(常数),当压强增大时,体积一定减小,所以汽缸的上底面距地面的高度将减小,故B错误;选择汽缸和活塞为整体,那么整体所受的大气压力相互抵消,当气温升高时,则弹簧长度不发生变化,则活塞距地面的高度不变,故C错误;若气温升高,缸内气体做等压变化,根据V12.C解析:设封闭气体上方水银柱高度为h′,由图示可知,封闭气体压强p=p0+h′=p0+h2,温度升高时p0与h′不变,则气体压强不变,h2不变,气体发生等压变化,温度升高,气体体积增大,则气柱高度h1增大,故C正确。3.D解析:一定质量的气体保持体积不变,状态发生变化的过程是等容过程,选项A正确;气体发生等容变化,由查理定律pT=C得ΔpΔT=pT4.A解析:假设水银柱不动,A、B内气体都做等容变化,由Δp=ΔTΔp∝1T,因为TA<TB,所以ΔpA>ΔpB5.D6.C解析:从图像直接看出A→B温度升高,因为AB延长线经过原点,是等容线,体积不变,A正确;B→C是等压线,压强不变,根据pVT=C,压强不变,随着温度降低,体积变小,B正确;根据pVT=C,C→D温度不变,压强变小,体积增大,C错误;由图线直接看出,B点的温度最高;根据pVT=C得,pT=CV,气体的体积与pT图像的斜率成反比,由图像得kA=kB<kD<kC,则VA=VB>V7.C解析:由pV图线可看出,气体状态由A变到B为等容升压,根据查理定律,一定质量的气体。当体积不变时,压强跟热力学温度成正比,所以压强增大,温度升高,A正确;一定质量的理想气体的内能仅由温度决定,所以气体的温度升高,内能增加,B正确;气体的温度升高,分子平均速率增大,C错误;气体压强增大,则气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数增加,D正确。8.A解析:因a、b两部分气体的压强相等,则对两活塞及连杆的整体受力分析可知pSa+p0Sb=p0Sa+pSb,可知缸内气体压强不变;若缸内气体的温度缓慢升高一点时,则气体体积变大,因右侧活塞面积较大,则活塞向左移动一点。故A正确。9.D解析:瓶A中上方气体的压强为外界大气压与瓶A中的液体产生的压强差,瓶A中的液体下降,液体产生的压强就减小,所以瓶A中上方气体的压强会增大,故A、B错误正确;进气管C处的压强为大气压强,不变化,从C到滴壶B之间的液柱高度不变,所以滴壶B中的气体压强在瓶中药液输完以前是不变的,故C错误,D正确。10.解析:(1)设密封气体初始体积为V1,压强为p1,左、右管的横截面积均为S,密封气体先经等温压缩过程体积变为V2,压强变为p2。由玻意耳定律有p1V1=p2V2①设注入水银后水银柱高度为h,水银的密度为ρ,按题设条件有p1=p0+ρgh0②p2=p0+ρgh③V1=(2H-l-h0)S,V2=HS④联立①②③④式并代入题给数据得h=12.9cm。⑤(2)密封气体再经等压膨胀过程体积变为V3,温度变为T2,由盖—吕萨克定律有V2T1按题设条件有V3=(2H-h)S⑦联立④⑤⑥⑦式并代入题给数据得T2=363K。答案:(1)12.9cm(2)363K11.解析:(1)由图(甲)可以看出,A与B连线的延长线过原点O,所以A→B是一个等压变化,即pA=pB根据盖—吕萨克定律可得VAT所以TA=VAVBTB=(2)由图(甲)可知,由B→C是等容变化,根据查理定律得pBT所以pC=TCpBTB=400300×1.5×10(3)画出由状态A→B→C的pT图像如图所示。答案:(1)200K(2)2.0×105Pa(3)图见解析12.解析:(1)由电子天平示数为600.0g时,则细绳对铁块拉力为F1=(m2-m示1)g=m1g即铁块和活塞对细绳的拉力相等,则汽缸内气体压强等于大气压强p1=p0当电子天平示数为400.0g时,细绳对铁块的拉力F2=(m2-m示2)g,设此时汽缸内气体压强为p2,对m1受力分析有F2+p2S=m1g+p0S由