高中物理选修3-3：《理想气体状态方程》含解析

第四单元理想气体状态方程(时间：90分钟，满分：100分)一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分．在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项符合题目要求．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分．)1．某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大．若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么()A．外界对胎内气体做功，气体内能减小B．外界对胎内气体做功，气体内能增大C．胎内气体对外界做功，内能减小D．胎内气体对外界做功，内能增大2．如图所示是理想气体经历的两个状态的p－T图象，对应的p－V图象应是()3．一定质量的理想气体经历等温压缩过程时，气体的压强增大，从分子微观角度来分析，这是因为()A．气体分子的平均动能增大B．单位时间内器壁单位面积上分子碰撞的次数增多C．气体分子数增加D．气体分子对器壁的碰撞力变大4．一定质量的某种理想气体的压强为p，热力学温度为T，单位体积内的气体分子数为n，则()A．p增大，n一定增大B．T减小，n一定增大C.pT增大时，n一定增大 D.pT增大时，n一定减小5.一定质量的某种理想气体经历如图所示的一系列过程，ab、bc、cd和da这四个过程在p－T图上都是直线段，其中ab的延长线通过坐标原点O，bc垂直于ab，cd平行于ab，由图可以判断()A．ab过程中气体体积不断减小B．bc过程中气体体积不断减小C．cd过程中气体体积不断增大D．da过程中气体体积不断增大6.一定质量的理想气体做等压变化时，其V－t图象如图所示，若保持气体质量不变，使气体的压强增大后，再让气体做等压变化，则其等压线与原来相比，下列可能正确的是()A．等压线与t轴之间夹角变大B．等压线与t轴之间夹角变小C．等压线与t轴交点的位置不变D．等压线与t轴交点的位置一定改变7．一绝热容器内封闭着一些气体，容器在高速运输途中突然停下来，则下列说法正确的是()A．因气体温度与机械运动的速度无关，故容器中温度不变B．因容器是绝热的，故容器中气体温度不变C．因容器突然停止运动，气体分子运动的速度亦随之减小，故容器中温度降低D．容器停止运动时，由于分子和容器壁的碰撞，机械运动的动能转化为分子热运动的动能，故容器中气体温度将升高8．一钢筒内装有压缩空气，当打开阀门后气体迅速从筒内逸出，很快筒内气体的压强与大气压强p0相同，然后立即关闭阀门．如果钢瓶外部环境保持温度不变，经较长的时间后筒内的气体压强()A．等于p0B．大于p0C．小于p0D．无法判定9.如图中A、B两点代表一定质量的理想气体的两个不同的状态，状态A的温度为T A，状态B的温度为T B；由图可知()A．T B＝2T A B．T B＝4T AC．T B＝6T A D．T B＝8T A10．已知湖水深度为20 m，湖底水温为4 ℃，水面温度为17 ℃，大气压强为1.0×105 Pa.当一气泡从湖底缓慢升到水面时，其体积约为原来的(取g＝10 m/s2，ρ＝1.0×103 kg/m3)()A．12.8倍B．8.5倍C．3.1倍D．2.1倍11．教室内的气温会受到室外气温的影响，如果教室内上午10时的温度为15 ℃，下午2时的温度为25 ℃，假设大气压强无变化，则下午2时与上午10时相比较，房间内的() A．空气分子密集程度增大B．空气分子的平均动能增大C．空气分子的速率都增大D．空气质量增大12.如图所示，一定质量的理想气体由状态A沿平行于纵轴的直线变化到状态B，则它的状态变化过程是()A．气体的温度不变B．气体的内能增加C．气体分子的平均速率减小D．气体分子在单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数不变题号123456789101112答案二、非选择题(本题共4小题，共40分．按题目要求作答．解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．)13．(10分)如图，上端开口的圆柱形汽缸竖直放置，截面积为5×10－3m2，一定质量的理想气体被质量为 2.0 kg的光滑活塞封闭在汽缸内，其压强为________Pa(大气压强取1.01×105 Pa，g取10 m/s2)．若从初温27 ℃开始加热气体，使活塞离汽缸底部的高度由0.50 m缓慢地变为0.51 m，则此时气体的温度为________℃(取T＝t＋273 K)．14．(10分)一定质量的理想气体经历了温度缓慢升高的变化，如图所示，p－T和V－T 图各记录了其部分变化过程．(1)试求温度600 K时气体的压强；(2)在p－T图象上将温度从400 K升高到600 K的变化过程补充完整．15.(10分)有一空的薄金属筒开口向下静止于恒温透明液体中，筒中液面与A 点齐平．现缓慢将其压到更深处，筒中液面与B 点齐平，此时筒中气体长度减为原来的23.若测得A 点压强为1.2×105Pa ，不计气体分子间相互作用，且筒内气体无泄漏．(1)求液体中B 点的压强；(2)从微观上解释气体压强变化的原因．16.(10分)如图所示为一均匀薄壁U 形管，左管上端封闭，右管开口且足够长，管的横截面积为S ，内装有密度为ρ的液体．右管内有一质量为m 的活塞搁在固定卡口上，卡口与左管上端等高，活塞与管壁间无摩擦且不漏气．温度为T 0时，左、右管内液面等高，两管内空气柱(可视为理想气体)长度均为L ，压强均为大气压强p 0，重力加速度为g ，现使左、右两管温度同时缓慢升高，在活塞离开卡口上升前，左右两管液面保持不动．求：(1)温度升高到T 1为多少时，右管活塞开始离开卡口上升； (2)温度升高到T 2为多少时，两管液面高度差为L .参考答案与解析1．[49] 解析：选D.中午，车胎内气体温度升高，内能增大，车胎体积增大，气体对外做功．选项D 正确．2．[50] 解析：选C.由p －T 图象可知，气体先经历等容变化，后经历等温变化，所以对应的p －V 图象是C ，所以C 正确，A 、B 、D 错误．3．[51] 解析：选B.温度不发生变化，分子的平均动能不变，分子对器壁的碰撞力不变，故A 、D 错；质量不变，分子总数不变，C 错误；体积减小，气体分子密集程度增大，单位时间内器壁单位面积上分子碰撞次数增多，故B 正确．4．[52] 解析：选C.只有p 或T 变化时，不能得出体积的变化情况，A 、B 错误；pT 增大，V 一定减小，单位体积内的分子数一定增大，C 正确，D 错误．5．[53] 解析：选BCD.四条直线段只有ab 是等容过程，A 错误；连接Ob 、Oc 和Od ，则Ob 、Oc 、Od 都是一定质量的理想气体的等容线，依据p －T 图中等容线的特点(斜率越大，气体体积越小)，比较这几条图线的斜率，即可得出V a ＝V b >V d >V c ，故B 、C 、D 都正确．6．[54] 解析：选BC.对于一定质量气体的等压线，其V －t 图线的延长线一定过t 轴上－273.15 ℃的点，故C 项正确，D 项错误；气体压强增大后，温度还是0 ℃时，由理想气体状态方程pVT＝C 可知，V 0减小，等压线与t 轴夹角减小，A 项错误，B 项正确．7．[55] 解析：选D.只有与分子微观热运动所对应的动能才能包括在气体的内能之中，而与气体宏观运动所对应的动能，应属于气体的机械能中的动能．当容器在高速运输途中突然停下来时，气体分子与器壁撞击，使气体分子的定向运动转化为分子的无规则运动，于是气体整体的宏观运动的动能就转化成气体分子微观热运动的动能，即机械能转化为内能，使气体的温度升高．8．[56] 解析：选B.气体迅速膨胀时温度降低，刚关闭阀门时，筒内温度低，当和环境温度达到热平衡后，筒内压强变大．9．[57] 解析：选C.对于A 、B 两个状态应用理想气体状态方程p A V A T A ＝p B V B T B 可得：T BT A＝p B V B p A V A ＝3p 0×4V 02p 0×V 0＝6，即T B ＝6T A ，C 项正确． 10．[58] 解析：选C.对气泡内气体：在湖底处p 1＝p 0＋ρgh ，V 1，T 1＝277 K ； 在水面时，p 2＝p 0，V 2，T 2＝290 K. 由理想气体状态方程：p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2，代入数据得V 2V 1＝p 1T 2p 2T 1＝3.1，故C 对．11．[59] 解析：选B.温度升高，气体分子的平均动能增大，平均每个分子对器壁的冲力将变大，但气压并未改变，可见单位体积内的分子数一定减少，故A 、D 项错误，B 项正确；温度升高，并不是所有空气分子的速率都增大，C 项错误．12．[60] 解析：选B.从p －V 图象中的AB 图线知，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．选项A 中温度不变是不正确的，应该是压强增大，温度升高．气体的温度升高，内能增加，选项B 正确．气体的温度升高，分子平均速率增加，故选项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碰撞的次数增加，故选项D 是错误的．13．[61]解析：活塞的受力情况如图， 由平衡条件得，pS ＝p 0S ＋mg ， 则p ＝p 0S ＋mg S ＝p 0＋mg S＝1.01×105 Pa ＋2.0×105×10－3 Pa ＝1.05×105Pa.由盖—吕萨克定律V 1T 1＝V 2T 2得T 2＝V 2T 1V 1＝h 2T 1h 1＝0.51×3000.5 K ＝306 Kt 2＝T 2－273 K ＝33 ℃. 答案：1.05×105 3314．[62] 解析：(1)p 1＝1.0×105Pa ，V 1＝2.5 m 3，T 1＝400 K ， p 2＝？，V 2＝3 m 3，T 2＝600 K ，p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2p 2＝p 1V 1T 2T 1V 2＝1.25×105 Pa.(也可以利用图象来解，但要有必要的说明) (2)图象如图所示．答案：(1)1.25×105 Pa (2)见解析图15．[63] 解析：(1)由题意知气体做等温变化 则有p A V ＝p B 23V代入数据得p B ＝1.8×105Pa.(2)在缓慢下压过程中，温度不变，气体分子的平均动能不变；但单位体积内的气体分子数增多，单位时间内气体分子碰撞器壁的次数增多，气体的压强变大．答案：(1)1.8×105Pa (2)见解析16．[64] 解析：(1)活塞刚离开卡口时，对活塞mg ＋p 0S ＝p 1S 得：p 1＝p 0＋mgS两侧气体体积不变，对右管气体p 0T 0＝p 1T 1得：T 1＝T 0⎝⎛⎭⎫1＋mg p 0S . (2)左管内气体，V 2＝3L 2S ，p 2＝p 0＋mgS ＋ρgL应用理想气体状态方程：p 0LS T 0＝p 2V 2T 2得T 2＝3T 02p 0p 2＝3T 02p 0⎝⎛⎭⎫p 0＋mg S ＋ρgL . 答案：(1)T 0⎝⎛⎭⎫1＋mg p 0S (2)3T 02p 0⎝⎛⎭⎫p 0＋mg S ＋ρgL。