2020届高考物理人教版第一轮专题复习强化练：气体实验定律的综合应用(含解析)

2020届高考物理人教版第一轮专题复习强化练气体实验定律的综合应用一、选择题1、如图所示，U形汽缸固定在水平地面上，用重力不计的活塞封闭着一定质量的气体，已知汽缸不漏气，活塞移动过程中与汽缸内壁无摩擦．初始时，外界大气压强为p0，活塞紧压小挡板．现缓慢升高汽缸内气体的温度，则选项图中能反映汽缸内气体的压强p随热力学温度T变化的图象是( )答案：B解析：当缓慢升高汽缸内气体温度时，开始一段时间气体发生等容变化，根据查理定律可知，缸内气体的压强p与汽缸内气体的热力学温度T成正比，在p ­T图象中，图线是过原点的倾斜的直线；当活塞开始离开小挡板时，缸内气体的压强等于外界的大气压，气体发生等压膨胀，在p ­T图象中，图线是平行于T轴的直线，B正确．2、对于一定质量的理想气体，在温度不变的条件下，当它的体积减小时，下列说法正确的是( )①单位体积内分子的个数增加②在单位时间、单位面积上气体分子对器壁碰撞的次数增多③在单位时间、单位面积上气体分子对器壁的作用力不变④气体的压强增大A．①④ B．①②④C．①③④ D．①②③④答案：B解析：在温度不变的条件下，当它的体积减小时，单位体积内分子的个数增加，气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数越多，气体压强增大，故B正确，A、C、D错误．3、(多选)如图所示，一定质量的理想气体，沿状态A、B、C变化，下列说法中正确的是( )A．沿A→B→C变化，气体温度不变B．A、B、C三状态中，B状态气体温度最高C．A、B、C三状态中，B状态气体温度最低D．从A→B，气体压强减小，温度升高E ．从B→C，气体密度减小，温度降低 答案：BDE解析：由理想气体状态方程pVT ＝常数可知，B 状态的pV 乘积最大，则B 状态的温度最高，A 到B 的过程是升温过程，B 到C 的过程是降温过程，体积增大，密度减小，选项B 、D 、E 正确，选项A 、C 错误．4.如图所示，在p －T 坐标系中的a 、b 两点，表示一定质量的理想气体的两个状态，设气体在状态a 时的体积为V a ，密度为ρa ，在状态b 时的体积为V b ，密度为ρb ，则( )A ．V a >V b ，ρa >ρbB ．V a <V b ，ρa <ρbC ．V a >V b ，ρa <ρbD ．V a <V b ，ρa >ρb 答案 D解析 过a 、b 两点分别作它们的等容线，由于斜率k a >k b ，所以V a <V b ，由于密度ρ＝mV，所以ρa >ρb ，故D 正确．5、如图所示，一定质量的空气被水银封闭在静置于竖直平面的U 形玻璃管内，右管上端开口且足够长，右管内水银面比左管内水银面高h ，能使h 变大的原因是( ) A ．环境温度升高 B ．大气压强升高 C ．沿管壁向右管内加水银 D ．U 形玻璃管自由下落 答案 ACD解析 对左管被封气体：p ＝p 0＋p h ，由pVT ＝k ，可知当温度T 升高，大气压p 0不变时，h 增加，故A 正确；大气压升高，h 减小，B 错；向右管加水银时，由温度T 不变，p 0不变，V 变小，p 增大，即h 变大，C 正确；U 形管自由下落，水银完全失重，气体体积增加，h 变大，D 正确．6．如图所示为一定质量的某种气体沿着如图所示的方向发生状态变化的过程，则该气体压强的变化是（）图9A．从状态c到状态d，压强减小B．从状态d到状态a，压强不变C．从状态a到状态b，压强增大D．从状态b到状态c，压强增大答案AC解析在V－T图上，等压线是延长线过原点的倾斜直线，对一定量的气体，图线的斜率表示压强的倒数，斜率大的，压强小，因此A、C正确，B、D错误．7、一定质量的理想气体经历如图所示的一系列过程，ab、bc、cd和da这四段过程在p­T图上都是直线段，ab和cd的延长线通过坐标原点O，bc垂直于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答案BD解析由p ­T图线的特点可知a、b在同一条等容线上，过程中体积不变，故A错；c、d在同一条等容线上，过程中体积不变，故C错；在p ­T图线中，图线的斜率越大与之对应的体积越小，因此b→c的过程体积减小，同理d→a的过程体积增大，故B、D 均正确．8、钢瓶中装有一定质量的气体，现在用两种方法抽钢瓶中的气体：第一种方法是用小抽气机，每次抽出1 L气体，共抽取三次；第二种方法是用大抽气机，一次抽取3 L气体．这两种抽法中，抽取气体质量较大的是（）A．第一种抽法B．第二种抽法C．两种抽法抽出的气体质量一样大D．无法判定答案 A解析设初态气体压强为p0，抽出气体后压强变为p，对气体状态变化应用玻意耳定律，则第一种抽法： p 0V ＝p 1(V ＋1)，p 1＝p 0·V 1＋V ；同理p 2＝p 1V V ＋1＝p 0(V 1＋V )2；三次抽完后的压强p 3：p 3＝p 0(V 1＋V)3.第二种抽法：p 0V ＝p′(V＋3)，得p′＝p 0VV ＋3. 比较可知：p 3＝p 0(V 1＋V )3<p′＝p 0VV ＋3.即第一种抽法抽出气体后，剩余气体的压强小，即抽出的气体质量大． 二、非选择题9、如图所示，两端开口的汽缸水平固定，A 、B 是两个厚度不计的活塞，面积分别为S 1＝20 cm 2，S 2＝10 cm 2，它们之间用一根细杆连接，B 通过水平细绳绕过光滑的定滑轮与质量为M 的重物C 连接，静止时汽缸中的空气压强p ＝1.3×105 Pa ，温度T ＝540 K ，汽缸两部分的气柱长均为L.已知大气压强p 0＝1×105 Pa ，取g ＝10 m/s 2，缸内空气可看作理想气体，不计一切摩擦．求：(1)重物C 的质量M ；(2)逐渐降低汽缸中气体的温度，活塞A 将向右缓慢移动，当活塞A 刚靠近D 处而处于平衡状态时缸内气体的温度．解析：(1)活塞整体受力处于平衡状态，则有 pS 1＋p 0S 2＝p 0S 1＋pS 2＋Mg 代入数据解得M ＝3 kg.(2)当活塞A 靠近D 处时，活塞整体受力的平衡方程没变，气体压强不变，根据气体的等压变化有S 1＋S 2L T ＝S 2×2LT′ 解得T′＝360 K. 答案：(1)3 kg (2)360 K10、如图所示，是一个连通器装置，连通器的右管半径为左管的两倍，左端封闭，封有长为30 cm 的气柱，左右两管水银面高度差为37.5 cm ，左端封闭端下60 cm 处有一细管用开关D 封闭，细管上端与大气联通，若将开关D 打开(空气能进入但水银不会入细管)，稳定后会在左管内产生一段新的空气柱．已知外界大气压强p 0＝75 cmHg.求：稳定后左端管内的所有气柱的总长度为多少？解析：空气进入后将左端水银柱隔为两段，上段仅30 cm，初始状态对左端上面空气有p1＝p0－h1＝75 cmHg－37.5 cmHg＝37.5 cmHg 末状态左端上面空气柱压强p2＝p0－h2＝75 cmHg－30 cmHg＝45 cmHg由玻意耳定律p1L1S＝p2L2S解得L2＝p1L1p2＝37.5×3045cm＝25 cm上段水银柱上移，形成的空气柱长为 5 cm，下段水银柱下移，与右端水银柱等高设下移的距离为x，由于U形管右管内径为左管内径的2倍，则右管横截面积为左管的4倍，由等式7.5－x＝x4，解得x＝6 cm所以产生的空气柱总长为L＝(6＋5＋25)cm＝36 cm.答案：36 cm11、如图，横截面积相等的绝热汽缸A与导热汽缸B均固定于地面，由刚性杆连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦，两汽缸内都装有理想气体，初始时体积均为V 0、温度为T 0且压强相等，缓慢加热A 中气体，停止加热达到稳定后，A 中气体压强变为原来的1.5倍，设环境温度始终保持不变，求汽缸A 中气体的体积V A 和温度T A .解析：设初态压强为p 0，对汽缸A 加热后A 、B 压强相等： p B ＝1.5p 0B 中气体始、末状态温度相等，由玻意耳定律得 p 0V 0＝1.5p 0V B 2V 0＝V A ＋V B 解得V A ＝43V 0对A 部分气体，由理想气体状态方程得 p 0V 0T 0＝1.5p 0V AT A 解得T A ＝2T 0. 答案：43V 0 2T 012、如图所示，开口向上竖直放置的内壁光滑绝热汽缸，汽缸下面有加热装置．开始时整个装置处于平衡状态，缸内理想气体Ⅰ、Ⅱ两部分高度均为L 0，温度均为T 0.已知活塞A 导热、B 绝热，A 、B 质量均为m 、横截面积为S ，外界大气压强为p 0保持不变，环境温度保持不变．现对气体Ⅱ缓慢加热，当A 上升h 时停止加热，求：(1)此时气体Ⅱ的温度；(2)若在活塞A 上逐渐添加铁砂，当铁砂质量等于m 时，气体Ⅰ的高度．解析：(1)气体Ⅱ这一过程为等压变化 初状态：温度T 0、体积V 1＝L 0S 末状态：温度T 、体积V 2＝(L 0＋h)S 根据查理定律可得V 1T 0＝V 2T解得T ＝L 0＋hL 0T 0.(2)气体Ⅰ这一过程做等温变化 初状态：压强p 1′＝p 0＋mgS体积V 1′＝L 0S末状态：压强p 2′＝p 0＋2mgS体积V 2′＝L 1′S由玻意耳定律得p 1′L 0S ＝p 2′L 1′S 解得L 1′＝p 0S ＋mgp 0S ＋2mg L 0.答案：(1)L 0＋hL 0T 0(2)p 0S ＋mg p 0S ＋2mgL 013、如图所示，一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V 0，开始时内部封闭气体的压强为p 0，经过太阳曝晒，气体温度由T 0＝300 K 升至T 1＝350 K.(1)求此时气体的压强；(2)保持T 1＝350 K 不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p 0.求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值． 答案 (1)76p 0(2)67解析 (1)由题意知，气体体积不变，由查理定律得p 0T0＝p 1T 1所以此时气体的压强p 1＝T 1T 0p 0＝350300p 0＝76p 0. (2)抽气过程可等效为等温膨胀过程，设膨胀后气体的总体积为V 2，由玻意耳定律可得p 1V 0＝p 0V 2 可得V 2＝p 1V 0p 0＝76V 0 所以集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值为ρV 0ρ·76V 0＝67. 14、某种喷雾器的贮液筒的总容积为7.5 L ，如图所示，装入6 L 的药液后再用密封盖将贮液筒密封，与贮液筒相连的活塞式打气筒每次能压入300 cm 3,1 atm 的空气，设整个过程温度保持不变，求：(1)要使贮气筒中空气的压强达到4 atm ，打气筒应打压几次？ (2)在贮气筒中空气的压强达到4 atm 时，打开喷嘴使其喷雾，直到内、外气体压强相等，这时筒内还剩多少药液？ 答案 (1)15(2)1.5 L解析(1)设需打n次，贮气筒内压强变为4 atm，由玻意耳定律：p1(V1＋nΔV)＝p2V1其中p1＝1 atm，p2＝4 atm，V1＝7.5 L－6 L＝1.5 L ΔV＝300 cm3＝0.3 L.将已知量代入上式得：n＝15(次)．(2)设停止喷雾时贮液筒内气体体积为V由玻意耳定律得：4 atm×1.5 L＝1 atm×VV＝6 L故还剩药液7.5 L－6 L＝1.5 L。