人教版高中物理选择性必修第三册增强版课后习题 第2章 气体、固体和液体 2.气体的等温变化

2.气体的等温变化
课后训练巩固提升
基础巩固
1.一定质量的气体发生等温变化时,若体积增大为原来的n倍,则压强变为原来的( )
A.2n
B.n
C.1
n D.2
n
pV=恒量可知C正确。

2.下列图中,p表示压强,V表示体积,T为热力学温度,各图中正确描述一定质量的气体不是等温变化的是( )
,气体的压强与体积成反比,B、C正确,D错误。

温度不变,A正确。

3.(多选)一定质量的气体,在温度不变的条件下,将其压强变为原来的2倍,则( )
A.气体分子的平均动能增大
B.气体的密度变为原来的2倍
C.气体的体积变为原来的一半
D.气体的分子总数变为原来的2倍
,由于温度T不变,故分子的平均动能不变,
据玻意耳定律得p1V1=2p1V2,得V2=1
2
V1
ρ1=m
V1,ρ2=m
V2
即ρ2=2ρ1,故B、C正确。

4.采用验证玻意耳定律实验的主要器材针管及其附件,来测定大气压强的值,实验步骤如下:
①将针管水平固定,拔下橡皮帽,向右将活塞从针管中抽出;
②用天平称出活塞与固定在其上的支架的总质量为m总;
③用游标卡尺测出活塞直径d;
④再将活塞插入针管中,保持针管中有一定质量的气体,并盖上橡皮帽,此时,从针管上可读出气柱体积为V1,如图所示;
⑤将弹簧测力计挂钩钩在活塞支架上,向右水平缓慢拉动活塞到一定位置,此时,弹簧测力计读数为F,气柱体积为V 2。

试用以上的直接测量数据,写出大气压强的最终表达式
p 0= ,本实验中实验步骤 (选填数字)是多余的。

②
p 0,向右水平缓慢拉动活塞到一定位置,弹簧测力计读数为F 时气体的压强 p 1=p 0-F
S =p 0-F
π(d 2
)2=p 0-
4F
πd 2
该过程中温度不变,则p 0V 1=p 1V 2 整理得p 0=
4FV 2πd 2(V 2-V 1)
由上面的式子可知,在表达式中,与活塞及固定在其上的支架的总质量无关,所以步骤②是多余的。

能力提升
1.一定质量的气体在不同温度下的两条等温线如图所示,下列说法错误的是
( )
A.从等温线可以看出,一定质量的气体在发生等温变化时,其压强与体积成反比
B.一定质量的气体,在不同温度下的等温线是不同的
C.由图可知T1>T2
D.由图可知T1<T2
A、B选项都对,不符合题意。

气体的温度越高时,等温图线的位置就越高,所以C错,符合题意,D对,不符合题意。

2.竖直倒立的U形玻璃管一端封闭,另一端开口向下,如图所示,用水银柱封闭一定质量的理想气体,在保持温度不变的情况下,假设在管子的D处钻一小孔,则管内被封闭的气体压强p和气体体积V变化的情况为( )
A.p,V都不变
B.V减小,p增大
C.V增大,p减小
D.无法确定
h,大气压为p0,封闭气体压强p=p0-p h,在管子的D处钻一小孔,封闭气体压强大小变为p0,气体温度不变,压强变大,由玻意耳定律可知,封闭气体体积变小,故选项B正确,A、C、D错误。

3.(多选)如图所示,图线1和2分别表示一定质量的气体在不同温度下的等温线。

下列说法正确的是( )
A.图线1对应的温度高于图线2
B.图线1对应的温度低于图线2
C.气体由状态A沿图线1变化到状态B的过程中,分子间平均距离增大
D.气体由状态A沿图线1变化到状态B的过程中,分子间平均距离减小
图像中,图线1在图线2外侧,其对应温度较高,图线1中,气体由状态A变为B是等温膨胀过程,体积增大,气体分子间的平均距离将增大,故选A、C。

4.研究一定质量的气体在温度不变时,压强与体积关系的实验装置如图甲所示,实验步骤如下:
(1)把注射器活塞移至注射器中间位置,将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接。

(2)移动活塞,记录注射器的刻度值V,同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p。

(3)用V-1
图像处理实验数据,得出如图乙所示的图线。

p
①为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主要措施
是。

②为了保持封闭气体的温度不变,实验中采取的主要措施是
和。

图线不过原点,则V0代(4)如果实验操作规范正确,但如图所示的V-1
p
表。

在注射器活塞上涂润滑油移动活塞要缓慢不能用手握住注射器封闭气体部分
(4)注射器与压强传感器连接部位的气体体积
为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主要措施是在注射器活塞上涂润滑油,这样可以保持气密性。

为了保持封闭气体的温度不变,实验中采取的主要措施是移动活塞要缓慢;不能用手握住注射器封闭气体部分。

这样能保证装置与外界温度一样。

(4)如果实验操作规范正确,但图线不过原点,则V0代表注射器与压强传感器连接部位的气体体积。

5.如图所示,竖直玻璃管里有一段4 cm长的水银柱,水银柱的下面封闭着长60 cm的空气柱,玻璃管的横截面积是0.1 cm2,在温度不变时,如果再向管里装入27.2 g的水银,至平衡时,封闭在水银柱下面的空气柱有多高?已知大气压p0相当于76 cm高水银柱产生的压强,水银的密度
ρ=13.6×103 kg/m3,g取9.8 m/s2。

27.2g水银时,水银柱增加的高度
h=V
S =m
ρS
=27.2×10-3
13.6×103×0.1×10-4
m=0.2m=20cm
空气柱初状态时的压强
p1=p0+p h1
空气柱末状态时的压强p2=p0+p h2
由玻意耳定律得p1L1S=p2L2S
=48cm。

联立以上各式得L2=p1L1
p2
6.如图所示,一汽缸中用活塞封闭一定质量的理想气体,中间的隔板将气体分为A、B两部分;初始时,A、B的体积均为V,压强均等于大气压p0。

隔板上装有压力传感器和控制装置,当隔板两边压强差超过0.5p0时隔板就会滑动,否则隔板停止运动。

气体温度始终保持不变。

向右缓慢推动活塞,。

使B的体积减小为V
2
(1)求A的体积和B的压强。

(2)再使活塞向左缓慢回到初始位置,求此时A的体积和B的压强。

p0
2p0(2)(√5-1)V 3+√5
4
对于B气体,根据玻意耳定律p0V=p B V
2
解得p B=2p0
对于A气体,根据玻意耳定律p0V=p A V A
又p A=p B+0.5p0=2.5p0
解得V A=0.4V。

(2)使活塞向左缓慢回到初始位置,对于B气体,根据玻意耳定律
V=p B2V B2
2p0·1
2
对于A气体,根据玻意耳定律
2.5p0·0.4V=p A2V A2
又V A2+V B2=2V,p B2-p A2=0.5p0
p0,V A2=(√5-1)V。

联立求得p B2=3+√5
4。