2020高考物理一輪總復(fù)習(xí) 第十三章 熱學(xué) 能力課 氣體實驗定律的綜合應(yīng)用練習(xí)（含解析）新人教版

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1、能力課 氣體實驗定律的綜合應(yīng)用一、選擇題1對于一定質(zhì)量的理想氣體，在溫度不變的條件下，當(dāng)它的體積減小時，下列說法正確的是()單位體積內(nèi)分子的個數(shù)增加在單位時間、單位面積上氣體分子對器壁碰撞的次數(shù)增多在單位時間、單位面積上氣體分子對器壁的作用力不變氣體的壓強增大A B C D解析：選B在溫度不變的條件下，當(dāng)它的體積減小時，單位體積內(nèi)分子的個數(shù)增加，氣體分子單位時間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的次數(shù)越多，氣體壓強增大，故B正確，A、C、D錯誤2.(多選)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體，沿狀態(tài)A、B、C變化，下列說法中正確的是()A沿ABC變化，氣體溫度不變BA、B、C三狀態(tài)中，B狀態(tài)氣體溫度最高CA、B、C

2、三狀態(tài)中，B狀態(tài)氣體溫度最低D從AB，氣體壓強減小，溫度升高E從BC，氣體密度減小，溫度降低解析：選BDE由理想氣體狀態(tài)方程常數(shù)可知，B狀態(tài)的pV乘積最大，則B狀態(tài)的溫度最高，A到B的過程是升溫過程，B到C的過程是降溫過程，體積增大，密度減小，選項B、D、E正確，選項A、C錯誤3.如圖所示，U形汽缸固定在水平地面上，用重力不計的活塞封閉著一定質(zhì)量的氣體，已知汽缸不漏氣，活塞移動過程中與汽缸內(nèi)壁無摩擦初始時，外界大氣壓強為p0，活塞緊壓小擋板現(xiàn)緩慢升高汽缸內(nèi)氣體的溫度，則選項圖中能反映汽缸內(nèi)氣體的壓強p隨熱力學(xué)溫度T變化的圖象是()解析：選B當(dāng)緩慢升高汽缸內(nèi)氣體溫度時，開始一段時間氣體發(fā)生等容變

3、化，根據(jù)查理定律可知，缸內(nèi)氣體的壓強p與汽缸內(nèi)氣體的熱力學(xué)溫度T成正比，在p T圖象中，圖線是過原點的傾斜的直線；當(dāng)活塞開始離開小擋板時，缸內(nèi)氣體的壓強等于外界的大氣壓，氣體發(fā)生等壓膨脹，在p T圖象中，圖線是平行于T軸的直線，B正確二、非選擇題4.(2018屆寶雞一模)如圖所示，兩端開口的汽缸水平固定，A、B是兩個厚度不計的活塞，面積分別為S120 cm2，S210 cm2，它們之間用一根細桿連接，B通過水平細繩繞過光滑的定滑輪與質(zhì)量為M的重物C連接，靜止時汽缸中的空氣壓強p1.3105 Pa，溫度T540 K，汽缸兩部分的氣柱長均為L.已知大氣壓強p01105 Pa，取g10 m/s2，缸

4、內(nèi)空氣可看作理想氣體，不計一切摩擦求：(1)重物C的質(zhì)量M；(2)逐漸降低汽缸中氣體的溫度，活塞A將向右緩慢移動，當(dāng)活塞A剛靠近D處而處于平衡狀態(tài)時缸內(nèi)氣體的溫度解析：(1)活塞整體受力處于平衡狀態(tài)，則有pS1p0S2p0S1pS2Mg代入數(shù)據(jù)解得M3 kg.(2)當(dāng)活塞A靠近D處時，活塞整體受力的平衡方程沒變，氣體壓強不變，根據(jù)氣體的等壓變化有解得T360 K.答案：(1)3 kg(2)360 K5.(2018屆鷹潭一模)如圖所示，是一個連通器裝置，連通器的右管半徑為左管的兩倍，左端封閉，封有長為30 cm的氣柱，左右兩管水銀面高度差為37.5 cm，左端封閉端下60 cm處有一細管用開關(guān)D

5、封閉，細管上端與大氣聯(lián)通，若將開關(guān)D打開(空氣能進入但水銀不會入細管)，穩(wěn)定后會在左管內(nèi)產(chǎn)生一段新的空氣柱已知外界大氣壓強p075 cmHg.求：穩(wěn)定后左端管內(nèi)的所有氣柱的總長度為多少？解析：空氣進入后將左端水銀柱隔為兩段，上段僅30 cm，初始狀態(tài)對左端上面空氣有p1p0h175 cmHg37.5 cmHg37.5 cmHg末狀態(tài)左端上面空氣柱壓強p2p0h275 cmHg30 cmHg45 cmHg由玻意耳定律p1L1Sp2L2S解得L2 cm25 cm上段水銀柱上移，形成的空氣柱長為5 cm，下段水銀柱下移，與右端水銀柱等高設(shè)下移的距離為x，由于U形管右管內(nèi)徑為左管內(nèi)徑的2倍，則右管橫截

6、面積為左管的4倍，由等式7.5x，解得x6 cm所以產(chǎn)生的空氣柱總長為L(6525)cm36 cm.答案：36 cm6.(2019屆河北四市調(diào)研)如圖，橫截面積相等的絕熱汽缸A與導(dǎo)熱汽缸B均固定于地面，由剛性桿連接的絕熱活塞與兩汽缸間均無摩擦，兩汽缸內(nèi)都裝有理想氣體，初始時體積均為V0、溫度為T0且壓強相等，緩慢加熱A中氣體，停止加熱達到穩(wěn)定后，A中氣體壓強變?yōu)樵瓉淼?.5倍，設(shè)環(huán)境溫度始終保持不變，求汽缸A中氣體的體積VA和溫度TA.解析：設(shè)初態(tài)壓強為p0，對汽缸A加熱后A、B壓強相等：pB1.5p0B中氣體始、末狀態(tài)溫度相等，由玻意耳定律得p0V01.5p0VB2V0VAVB解得VAV0對

7、A部分氣體，由理想氣體狀態(tài)方程得解得TA2T0.答案：V02T07.(2018年全國卷)在兩端封閉、粗細均勻的U形細玻璃管內(nèi)有一段水銀柱，水銀柱的兩端各封閉有一段空氣當(dāng)U形管兩端豎直朝上時，左、右兩邊空氣柱的長度分別為l118.0 cm和l212.0 cm，左邊氣體的壓強為12.0 cmHg.現(xiàn)將U形管緩慢平放在水平桌面上，沒有氣體從管的一邊通過水銀逸入另一邊求U形管平放時兩邊空氣柱的長度在整個過程中，氣體溫度不變解析：設(shè)U形管兩端豎直朝上時，左、右兩邊氣體的壓強分別為p1和p2.U形管水平放置時，兩邊氣體壓強相等，設(shè)為p，此時原左、右兩邊空氣柱長度分別變?yōu)閘1和l2.由力的平衡條件有p1p2

8、g(l1l2)式中為水銀密度，g為重力加速度由玻意耳定律有p1l1pl1p2l2pl2l1l1l2l2由式和題給條件得l122.5 cml27.5 cm.答案：22.5 cm7.5 cm8.(2019屆福州質(zhì)檢)如圖所示，開口向上豎直放置的內(nèi)壁光滑絕熱汽缸，汽缸下面有加熱裝置開始時整個裝置處于平衡狀態(tài)，缸內(nèi)理想氣體、兩部分高度均為L0，溫度均為T0.已知活塞A導(dǎo)熱、B絕熱，A、B質(zhì)量均為m、橫截面積為S，外界大氣壓強為p0保持不變，環(huán)境溫度保持不變現(xiàn)對氣體緩慢加熱，當(dāng)A上升h時停止加熱，求：(1)此時氣體的溫度；(2)若在活塞A上逐漸添加鐵砂，當(dāng)鐵砂質(zhì)量等于m時，氣體的高度解析：(1)氣體這一

9、過程為等壓變化初狀態(tài)：溫度T0、體積V1L0S末狀態(tài)：溫度T、體積V2(L0h)S根據(jù)查理定律可得解得TT0.(2)氣體這一過程做等溫變化初狀態(tài)：壓強p1p0體積V1L0S末狀態(tài)：壓強p2p0體積V2L1S由玻意耳定律得p1L0Sp2L1S解得L1L0.答案：(1)T0(2)L0|學(xué)霸作業(yè)|自選一、選擇題1.(多選)(2018屆蘭州一中月考)如圖所示，密閉容器內(nèi)可視為理想氣體的氫氣溫度與外界空氣的溫度相同，現(xiàn)對該容器緩慢加熱，當(dāng)容器內(nèi)的氫氣溫度高于外界空氣的溫度時，則()A氫分子的平均動能增大B氫分子的勢能增大C氫氣的內(nèi)能增大 D氫氣的內(nèi)能可能不變E氫氣的壓強增大解析：選ACE溫度是分子的平均

10、動能的標(biāo)志，氫氣的溫度升高，則分子的平均動能一定增大，故A正確；氫氣視為理想氣體，氣體分子勢能忽略不計，故B錯誤；密閉容器內(nèi)氣體的內(nèi)能由分子動能決定，氫氣的分子動能增大，則內(nèi)能增大，故C正確，D錯誤；根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程C可知，氫氣的體積不變，溫度升高則壓強增大，故E正確2(多選)對于一定量的稀薄氣體，下列說法正確的是()A壓強變大時，分子熱運動必然變得劇烈B保持壓強不變時，分子熱運動可能變得劇烈C壓強變大時，分子間的平均距離必然變小D壓強變小時，分子間的平均距離可能變小解析：選BD根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程C可知，當(dāng)壓強變大時，氣體的溫度不一定變大，分子熱運動也不一定變得劇烈，選項A錯誤；當(dāng)壓

11、強不變時，氣體的溫度可能變大，分子熱運動也可能變得劇烈，選項B正確；當(dāng)壓強變大時，氣體的體積不一定變小，分子間的平均距離也不一定變小，選項C錯誤；當(dāng)壓強變小時，氣體的體積可能變小，分子間的平均距離也可能變小，選項D正確3.如圖所示為一定質(zhì)量理想氣體的體積V與溫度T的關(guān)系圖象，它由狀態(tài)A經(jīng)等溫過程到狀態(tài)B，再經(jīng)等容過程到狀態(tài)C.設(shè)A、B、C狀態(tài)對應(yīng)的壓強分別為pA、pB、pC，則下列關(guān)系式中正確的是()ApApB，pBpB，pBpCCpApB，pBpC解析：選A由常量，得A到B過程，T不變，體積減小，則壓強增大，所以pApB；B經(jīng)等容過程到C，V不變，溫度升高，則壓強增大，即pBpC，所以A正確

12、二、非選擇題4圖甲是一定質(zhì)量的氣體由狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的VT圖象已知氣體在狀態(tài)A時的壓強是1.5105 Pa.(1)說出AB過程中壓強變化的情形，并根據(jù)圖象提供的信息，計算圖甲中TA的溫度值；(2)請在圖乙坐標(biāo)系中，作出該氣體由狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的pT圖象，并在圖線相應(yīng)位置上標(biāo)出字母A、B、C.如果需要計算才能確定的有關(guān)坐標(biāo)值，請寫出計算過程解析：(1)從題圖甲可以看出，A與B連線的延長線過原點，所以AB是一個等壓變化，即pApB根據(jù)蓋呂薩克定律可得所以TATB300 K200 K.(2)由題圖甲可知，由BC是等容變化，根據(jù)查理定律得所以pCpBpBpB1.5105 Pa2.0

13、105 Pa則可畫出由狀態(tài)ABC的pT圖象如圖所示答案：(1)等壓變化200 K(2)見解析5.(2018屆商丘一中押題卷)如圖所示，用絕熱光滑活塞把汽缸內(nèi)的理想氣體分A、B兩部分，初態(tài)時已知A、B兩部分氣體的熱力學(xué)溫度分別為330 K和220 K，它們的體積之比為21，末態(tài)時把A氣體的溫度升高70 ，把B氣體溫度降低20 ，活塞可以再次達到平衡求氣體A初態(tài)的壓強p0與末態(tài)的壓強p的比值解析：設(shè)活塞原來處于平衡狀態(tài)時A、B的壓強相等為p0，后來仍處于平衡狀態(tài)壓強相等為p.根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，對于A有 對于B有 化簡得 由題意設(shè)VA2V0，VBV0汽缸的總體積為V3V0所以可得VAVV0將代入

14、式得.答案：6.(2018年全國卷)如圖，一豎直放置的汽缸上端開口，汽缸壁內(nèi)有卡口a和b，a、b間距為h，a距缸底的高度為H；活塞只能在a、b間移動，其下方密封有一定質(zhì)量的理想氣體已知活塞質(zhì)量為m，面積為S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均絕熱，不計它們之間的摩擦開始時活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)，上、下方氣體壓強均為p0，溫度均為T0.現(xiàn)用電熱絲緩慢加熱汽缸中的氣體，直至活塞剛好到達b處求此時汽缸內(nèi)氣體的溫度以及在此過程中氣體對外所做的功重力加速度大小為g.解析：開始時活塞位于a處，加熱后，汽缸中的氣體先經(jīng)歷等容過程，直至活塞開始運動，設(shè)此時汽缸中氣體的溫度為T1，壓強為p1，根據(jù)查理定律有根據(jù)力的平衡條件有

15、p1Sp0Smg聯(lián)立式可得T1T0此后，汽缸中的氣體經(jīng)歷等壓過程，直至活塞剛好到達b處，設(shè)此時汽缸中氣體的溫度為T2；活塞位于a處和b處時氣體的體積分別為V1和V2.根據(jù)蓋呂薩克定律有式中V1SHV2S(Hh)聯(lián)立式解得T2T0從開始加熱到活塞到達b處的過程中，汽缸中的氣體對外做的功為W(p0Smg)h.答案：T0(p0Smg)h7.(2016年全國卷)一U形玻璃管豎直放置，左端開口，右端封閉，左端上部有一光滑的輕活塞初始時，管內(nèi)汞柱及空氣柱長度如圖所示用力向下緩慢推活塞，直至管內(nèi)兩邊汞柱高度相等時為止求此時右側(cè)管內(nèi)氣體的壓強和活塞向下移動的距離已知玻璃管的橫截面積處處相同；在活塞向下移動的過

16、程中，沒有發(fā)生氣體泄漏；大氣壓強p075.0 cmHg.環(huán)境溫度不變解析：設(shè)初始時，右管中空氣柱的壓強為p1，長度為l1；左管中空氣柱的壓強為p2p0，長度為l2.活塞被下推h后，右管中空氣柱的壓強為p1，長度為l1；左管中空氣柱的壓強為p2，長度為l2.以cmHg為壓強單位由題給條件得p1p0(20.05.00)cmHgl1cm由玻意耳定律得p1l1p1l1聯(lián)立式和題給條件得p1144 cmHg依題意p2p1l24.00 cm cmh由玻意耳定律得p2l2p2l2聯(lián)立式和題給條件得h9.42 cm.答案：144 cmHg9.42 cm8.(2019屆沈陽模擬)如圖所示，內(nèi)壁光滑的圓柱形導(dǎo)熱汽

17、缸固定在水平面上，汽缸內(nèi)被活塞封有一定質(zhì)量的理想氣體，活塞橫截面積為S，質(zhì)量和厚度都不計，活塞通過彈簧與汽缸底部連接在一起，彈簧處于原長，已知周圍環(huán)境溫度為T0，大氣壓強恒為p0，彈簧的勁度系數(shù)k(S為活塞橫截面積)，原長為l0，一段時間后，環(huán)境溫度降低，在活塞上施加一水平向右的壓力，使活塞緩慢向右移動，當(dāng)壓力增大到某一值時保持恒定，此時活塞向右移動了0.2l0，缸內(nèi)氣體壓強為1.1p0.(1)求此時缸內(nèi)氣體的溫度T1；(2)對汽缸加熱，使氣體溫度緩慢升高，當(dāng)活塞移動到距汽缸底部1.2l0時，求此時缸內(nèi)氣體的溫度T2.解析：(1)汽缸內(nèi)的氣體，初態(tài)時：壓強為p0，體積為V0Sl0，溫度為T0末

18、態(tài)時：壓強為p11.1p0，體積為V1S(l00.2l0)由理想氣體狀態(tài)方程得解得T10.88T0.(2)當(dāng)活塞移動到距汽缸底部1.2l0時，體積為V21.2Sl0，設(shè)氣體壓強為p2由理想氣體狀態(tài)方程得此時活塞受力平衡方程為p0SFp2Sk(1.2l0l0)0當(dāng)活塞向右移動0.2l0后壓力F保持恒定，活塞受力平衡p0SF1.1p0Sk(0.2l0)0解得T21.8T0.答案：(1)0.88T0(2)1.8T09(2017年全國卷)一熱氣球體積為V，內(nèi)部充有溫度為Ta的熱空氣，氣球外冷空氣的溫度為Tb.已知空氣在1個大氣壓，溫度T0時的密度為0，該氣球內(nèi)、外的氣壓始終都為1個大氣壓，重力加速度大小為g.(1)求該熱氣球所受浮力的大小；(2)求該熱氣球內(nèi)空氣所受的重力；(3)設(shè)充氣前熱氣球的質(zhì)量為m0，求充氣后它還能托起的最大質(zhì)量解析：(1)設(shè)1個大氣壓下質(zhì)量為m的空氣在溫度為T0時的體積為V0，密度為0在溫度為T時的體積為VT，密度為(T)由蓋呂薩克定律得聯(lián)立式得(T)0氣球所受到的浮力為f(Tb)gV聯(lián)立式得fVg0.(2)氣球內(nèi)熱空氣所受的重力為G(Ta)Vg聯(lián)立式得GVg0.(3)設(shè)該氣球還能托起的最大質(zhì)量為m，由力的平衡條件得mgfGm0g聯(lián)立式得mV0T0m0.答案：(1)Vg0(2)Vg0(3)V0T0m011