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2019-2020年高中物理 第8章 第3節(jié) 理想氣體的狀態(tài)方程同步練習(xí) 新人教版選修3-3
一、選擇題(1~3題為單選題,4、5題為多選題)
1.為了控制溫室效應(yīng),各國(guó)科學(xué)家提出了不少方法和設(shè)想。有人根據(jù)液態(tài)CO2密度大于海水密度的事實(shí),設(shè)想將CO2液化后,送入深海海底,以減小大氣中的CO2的濃度。為使CO2液化,最有效的措施是( )
A.減壓、升溫 B.增壓、升溫
C.減壓、降溫 D.增壓、降溫
答案:D
解析:要將CO2液化需減小體積,根據(jù)=C,知D選項(xiàng)正確。
2.有一定質(zhì)量的理想氣體,如果要使它的密度減小,可能的辦法是( )
A.保持氣體體積一定,升高溫度
B.保持氣體的壓強(qiáng)和溫度一定,增大體積
C.保持氣體的溫度一定,增大壓強(qiáng)
D.保持氣體的壓強(qiáng)一定,升高溫度
答案:D
解析:由ρ=m/V可知,ρ減小,V增大,又由=C可知A、B、C錯(cuò),D對(duì)。
3.一定質(zhì)量的理想氣體,經(jīng)歷一膨脹過程,這一過程可以用下圖上的直線ABC來表示,在A、B、C三個(gè)狀態(tài)上,氣體的溫度TA、TB、TC相比較,大小關(guān)系為( )
A.TB=TA=TC B.TA>TB>TC
C.TB>TA=TC D.TB
TA=TC。
4.關(guān)于理想氣體的狀態(tài)變化,下列說法中正確的是( )
A.一定質(zhì)量的理想氣體,當(dāng)壓強(qiáng)不變而溫度由100℃上升到200℃時(shí),其體積增大為原來的2倍
B.氣體由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2時(shí),一定滿足方程=
C.一定質(zhì)量的理想氣體體積增大到原來的4倍,可能是壓強(qiáng)減半,熱力學(xué)溫度加倍
D.一定質(zhì)量的理想氣體壓強(qiáng)增大到原來的2倍,可能是體積不變,熱力學(xué)溫度加倍
答案:CD
解析:一定質(zhì)量的理想氣體壓強(qiáng)不變,體積與熱力學(xué)溫度成正比。溫度由100℃上升到200℃時(shí),體積增大為原來的1.27倍,故A錯(cuò)誤;理想氣體狀態(tài)方程成立的條件為質(zhì)量不變,B項(xiàng)缺條件,故錯(cuò)誤。由理想氣體狀態(tài)方程=恒量可知,C、D正確。
5.如圖所示,一定質(zhì)量的空氣被水銀封閉在靜置于豎直平面的U形玻璃管內(nèi),右管上端開口且足夠長(zhǎng),右管內(nèi)水銀面比左管內(nèi)水銀面高h(yuǎn),能使h變大的原因是( )
A.環(huán)境溫度升高
B.大氣壓強(qiáng)升高
C.沿管壁向右管內(nèi)加水銀
D.U形玻璃管自由下落
答案:ACD
解析:對(duì)于左端封閉氣體,溫度升高,由理想氣體狀態(tài)方程可知:氣體發(fā)生膨脹,h增大,故A對(duì)。大氣壓升高,氣體壓強(qiáng)將增大,體積減小,h減小,故B錯(cuò)。向右管加水銀,氣體壓強(qiáng)增大,內(nèi)、外壓強(qiáng)差增大,h將增大,所以C對(duì)。當(dāng)管自由下落時(shí),水銀不再產(chǎn)生壓強(qiáng),氣壓壓強(qiáng)減小,h變大,故D正確。
二、非選擇題
6.如圖所示,1、2、3為p-V圖中一定量理想氣體的三種狀態(tài),該理想氣體由狀態(tài)1經(jīng)過程1→3→2到達(dá)狀態(tài)2。試?yán)脷怏w實(shí)驗(yàn)定律證明:=。
答案:證明:由題圖可知1→3是氣體等壓過程,
據(jù)蓋呂薩克定律有:
=①
3→2是等容過程,據(jù)查理定律有:
=②
由①②式合并消去T可得=。
7.如圖所示,一個(gè)密閉的氣缸,被活塞分成體積相等的左、右兩室,氣缸壁與活塞是不導(dǎo)熱的;它們之間沒有摩擦,兩室中氣體的溫度相等?,F(xiàn)利用電熱絲對(duì)右室加熱一段時(shí)間,達(dá)到平衡后, 左室的體積變?yōu)樵瓉淼?,氣體的溫度T1=300K,求右室氣體的溫度。
答案:500K
解析:根據(jù)題意對(duì)氣缸中左、右兩室中氣體的狀態(tài)進(jìn)行分析:
左室的氣體:加熱前p0、V0、T0,加熱后p1、V0,T1;
右室的氣體:加熱前p0、V0、T0,加熱后p1、V0、T2。
根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程:=恒量,
左室氣體=,
右室氣體=,
所以=,所以T2=500K。
能力提升
一、選擇題(1~3題為單選題,4題為多選題)
1.(吉林一中xx~xx學(xué)年高二下學(xué)期期末)如圖所示,一根豎直的彈簧支持著一倒立氣缸的活塞,使氣缸懸空而靜止。設(shè)活塞與缸壁間無摩擦,可以在缸內(nèi)自由移動(dòng),缸壁導(dǎo)熱性良好使缸內(nèi)氣體的溫度保持與外界大氣溫度相同,則下列結(jié)論中正確的是( )
A.若外界大氣壓增大,則彈簧將壓縮一些
B.若外界大氣壓增大,則氣缸的上底面距地面的高度將增大
C.若氣溫升高,則活塞距地面的高度將減小
D.若氣溫升高,則氣缸的上底面距地面的高度將增大
答案:D
解析:以活塞和氣缸整體為研究對(duì)象可知,重力等于彈簧彈力,跟外界大氣壓無關(guān),即彈簧壓縮量不變,A錯(cuò)。以氣缸為研究對(duì)象,若外界大氣壓增大,則氣缸的上底面距地面的高度將減小,B錯(cuò)。若氣溫升高,因?yàn)閺椓Σ蛔兓钊嗟孛娴母叨炔蛔?,C錯(cuò)。若氣溫升高,氣體壓強(qiáng)增大故氣缸上升所以上底面距地面的高度將增大,D對(duì)。
2.如圖為一定質(zhì)量的理想氣體兩次不同體積下的等容變化圖線,有關(guān)說法正確的是( )
A.a(chǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氣體分子密集程度大于b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氣體分子密集程度
B.a(chǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氣體狀態(tài)其體積等于b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氣體體積
C.由狀態(tài)a沿直線ab到狀態(tài)b,氣體經(jīng)歷的是等容過程
D.氣體在狀態(tài)a時(shí)的值大于氣體在狀態(tài)b時(shí)的值
答案:A
解析:由=C,a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氣體狀態(tài)其體積小于b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氣體體積,故a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氣體分子密集程度大于b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氣體分子密集程度,故A正確,B錯(cuò)誤;由狀態(tài)a沿直線ab到狀態(tài)b,氣體經(jīng)歷的是等溫過程,故C錯(cuò)誤;氣體在狀態(tài)a時(shí)的值等于氣體在狀態(tài)b時(shí)的值,故D錯(cuò)誤。
3.已知湖水深度為20 m,湖底水溫為4℃,水面溫度為17℃,大氣壓強(qiáng)為1.0105Pa。當(dāng)一氣泡從湖底緩慢升到水面時(shí),其體積約為原來的(取g=10 m/s2,ρ水=1.0103 kg/m3)( )
A.12.8倍 B.8.5倍
C.3.1倍 D.2.1倍
答案:C
解析:湖底壓強(qiáng)大約為p0+ρ水gh,即3個(gè)大氣壓,由氣體狀態(tài)方程,=,當(dāng)一氣泡從湖底緩慢升到水面時(shí),其體積約為原來的3.1倍,選項(xiàng)C正確。
4.一定質(zhì)量的某實(shí)際氣體,處在某一狀態(tài),經(jīng)下列哪個(gè)過程后會(huì)回到原來的溫度( )
A.先保持壓強(qiáng)不變而使它的體積膨脹,接著保持體積不變而減小壓強(qiáng)
B.先保持壓強(qiáng)不變而使它的體積減小,接著保持體積不變而減小壓強(qiáng)
C.先保持體積不變而增大壓強(qiáng),接著保持壓強(qiáng)不變而使它的體積膨脹
D.先保持體積不變而減小壓強(qiáng),接著保持壓強(qiáng)不變而使它的體積膨脹
答案:AD
解析:由于此題要經(jīng)過一系列狀態(tài)變化后回到初始溫度,所以先在p-V坐標(biāo)中畫出等溫變化圖線,然后在圖線上任選中間一點(diǎn)代表初始狀態(tài),根據(jù)各個(gè)選項(xiàng)中的過程畫出圖線,如圖所示。從圖線的趨勢(shì)來看,有可能與原來的等溫線相交說明經(jīng)過變化后能夠回到原來的溫度。選項(xiàng)A、D正確。
二、非選擇題
5.如圖,上端開口的圓柱形氣缸豎直放置,截面積為510-3m2,一定質(zhì)量的氣體被質(zhì)量為2.0kg的光滑活塞封閉在氣缸內(nèi),其壓強(qiáng)為________________Pa(大氣壓強(qiáng)取1.01105Pa,g取10N/kg)。若從初溫27℃開始加熱氣體,使活塞離氣缸底部的高度由0.5m緩慢變?yōu)?.51m,則此時(shí)氣體的溫度為________________℃。
答案:1.05105 33
解析:p=p0+=1.05105Pa
=,T2=306K,t2=33℃
6.如圖所示,帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺(tái)上,其下部放入盛水的燒杯中。注射器活塞的橫截面積S=510-5m2,活塞及框架的總質(zhì)量m0=510-2kg,大氣壓強(qiáng)p0=1.0105Pa.當(dāng)水溫為t0=13℃時(shí),注射器內(nèi)氣體的體積為5.5mL。(g=10m/s2)
(1)向燒杯中加入熱水,穩(wěn)定后測(cè)得t1=65℃時(shí),氣體的體積為多大?
(2)保持水溫t1=65℃不變,為使氣體的體積恢復(fù)到5.5mL,則要在框架上掛質(zhì)量多大的鉤碼?
答案:(1)6.5mL (2)0.1kg
解析:(1)由蓋呂薩克定律=得V1=6.5mL
(2)由查理定律=
解得m=0.1kg。
7.(諸城一中xx~xx學(xué)年高二下學(xué)期期末)教室的容積是100m3,在溫度是7℃,大氣壓強(qiáng)為1.0105Pa時(shí),室內(nèi)空氣的質(zhì)量是130kg,當(dāng)溫度升高到27℃時(shí)大氣壓強(qiáng)為1.2105Pa時(shí),教室內(nèi)空氣質(zhì)量是多少?
答案:145.6kg
解析:初態(tài):p1=1.0105Pa,V1=100m3,
T1=(273+7)K=280K。
末態(tài):p2=1.2105Pa,V2=?,T2=300K。
根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程:=得
V2=V1=m3=89.3m3,
V2
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