2015-2016学年高中物理 第八章 气体（课件+试题+素材）（打包14套）新人教版选修3-3.zip

1第八章 气体1 气体的等温变化一、非标准1.在 “探究气体等温变化的规律 ”实验中,下列四个因素中对实验的准确性影响最小的是( )A.针筒封口处漏气B.采用横截面积较大的针筒C.针筒壁与活塞之间存在摩擦D.实验过程中用手去握针筒解析: “探究气体等温变化的规律 ”实验前提是气体的质量和温度不变,针筒封口处漏气,则质量变小,用手握针筒,则温度升高,所以 A 和 D 错误;实验中我们只是测量空气柱的长度,不需测量针筒的横截面积,并且针筒的横截面积大,会使结果更精确,B 正确;活塞与筒壁的摩擦对结果没有影响的前提是不考虑摩擦产生的热,但实际上由于摩擦生热,会使气体温度升高,影响实验的准确性,C 错误。答案:B2.(2013·重庆一中第一次摸底)如图所示,某种自动洗衣机进水时 ,与洗衣缸相连的细管中会封 闭一定质量的空气,通 过压力传感器感知管中的空气压力,从而控制进水量。设温度不变,洗衣缸内水位升高,则细管中被封闭的空气( )A.体 积不变,压强变小 B.体积变小,压强变大C.体积不变,压强变大 D.体积变小,压强变小解析:水位升高,封闭气体体积减小,由玻意耳定律 pV=C 可知压强变大,选项 B 正确。答案:B3.一个气泡由湖面下 20m 深处上升到湖面下 10m 深处,它的 体积约变为原来体积的(温度不变,水的密度为 1.0×103kg/m3,g 取 10 m/s2)( )A.3 倍 B.2 倍 C.1.5 倍 D.0.7 倍解析:根据玻意耳定律有:。答案:C4.(2014·贵阳高二检测)在室内,将装有 5 个标准大气压的 6L 气体的容器的阀门打开后,从容器中逸出的气体相当于 (设室内大气压强 p0=1 个标准大气压)( )A.5 个标准大气压的 3L B.1 个标准大气压的 24LC.5 个标准大气压的 4.8L D.1 个标准 大 气压的 30L2解析: 当气体从阀门跑出时,温度不变 ,所以 p1V1=p2V2,当 p2=1 个标准大气压时,得 V2=30L,逸出气体30L-6L=24 L,B 正确。据 p2(V2-V1)=p1V1'得 V1'=4.8L,所以逸出的气体相当于 5 个标准大气压的4.8 L气体,C 正确。故应选 B、C。答案:BC5.如图所示为一定质量的某种气体在 p V 图中的等温线, A、 B 是等温线上的两点,△ OAD 和△ OBC 的面积分别为 S1和 S2,则( )A.S1S2 B.S1=S2C.S1S2 D.无法比较解析:△ OBC 的面积 S2=BC·OC=pBVB,同理,△ OAD 的面积 S1=pAVA,根据玻意耳定律 pAVA=pBVB,可知两个三角形面积相等。答案:B6.如图所示,开口向下插入水银槽的玻 璃管内封闭着长为 H 的空气柱,管内外水银高度差为 h,若缓慢向上提起玻璃管(管口 未离开槽内水银面 ),H 和 h 的变化情况是( )A.h 和 H 都增大 B.h 和 H 都减小C.h 增大 ,H 减小 D.h 减小, H 增大解析:假设上提时水银柱不动,则封闭气体压强减小,在大气压的作用下水银柱上升,而封闭气体由于压强减小,体积增大。答案:A7.中学物理课上有一种演 示气体定律的有趣仪器 ——哈勃瓶,它是一个底部开有圆孔,瓶颈很短的平底大烧瓶。在瓶内塞有一气 球,气球的吹气口反扣在瓶口上,瓶底的圆孔上配有一个橡皮塞。在一次实验中,瓶内由气球和橡皮塞封闭一定质量的气体,在对气球缓慢吹气过程中,当瓶内气体体积减小 Δ V 时,压强增大 20%。若使瓶内气体体积减小 2Δ V,则其压强增大( )3A.20% B.30% C.40% D.50%解析:瓶内气体做等温变化,设初始状态,气体压强为 p,体积为 V,当瓶内气体体积减小 2Δ V 时,气体压强大小为 xp,则 pV=1.2p(V-Δ V)=xp(V-2Δ V),可求得, x=1.5,所以,其压强增大 50%。故 D 正确。答案:D8.(2013·重庆理综)汽车未装载货物时,某个轮胎 内气体的体积为 V0,压强为 p0;装载货物后,该轮胎内气体的压强增加了 Δ p。若轮胎内气体视为理想气体,其质量、温度在装载货物前后均不变,求装载货物前后此轮胎内气体体积的变化量。解析:装载货物前后,气体进行等温变化,设装载货物后气体体积变化 Δ V,根据玻意尔定律p0V0=(p+Δ p)(V0+Δ V)得Δ V=-答案: -9.如图,容积为 V1的容器内充有压缩空气。容器与水银压强计相连,压强计左右两 管下部由软胶管相连,气阀关闭时,两管中水银面等高,左管中水银面上方到气阀之间空气的体积为 V2。打开气阀,左管中水银面下降;缓慢地向上提右管,使左管中水银面回到原来高度,此时右管与左管中水银面的高度差为 h。已知水银的密度为 ρ,大气压强为 p0,重力 加速度为 g;空气可视为理想气体,其温度不变。求气阀打开前容器中压缩空气的压强 p1。解析:先选体积为 V2的那部分气体为研究对象。其初状态的 压强为 p0,末状态的压强为( p0+ρ gh),设末状态的体积为 V2',由玻意耳定律得 p0V2=(p0+ρ gh)V2'再研究容器内的压缩空气,其初状态的压强为 p1,体积为 V1;末状态的压强为 p0+ρ gh,体积为 (V1+V2-V2')。由玻意耳定律得 p1V1=(p0+ρ gh)(V1+V2-V2')联立两个方程解得p1=。答案:1第八章 气体1 气体的等温变化教学建议本节内容在实施教学的过程中,教师要引导学生进行自主探究,鼓励学生自己完成探究的每一个过程 ,如提出问题、猜想与假设、实验设计、实验数据采集与处理、实验结论的分析与评估。在设计探究实验之前,教师要启发学生提出猜想,即一定质量的气体在温 度保持不变的情况下,压强与体积之间可能是什么关系。猜想并不是 胡思乱想,引导学生根据自己的生活经验或演示实验进行合理的猜想和假设 。实验设计对学生来说比较困难,教师应该与学生共同设计,在设计中不断地提出问题。教科书在实验探究后安排了 “玻意耳定律 ”,并对等温过程的 p V 图进行讨论。利用图象来 分析问题,对学生来说比较抽象,有一定的难度,在这里可通过例题的分析帮助学生进行讨论研究。参考资料测定肺活量的简 易方法肺活量是人的一项重要生理指标,其大小从一个侧面反映了一个人 的身体状况的好坏。下面利用理想气体的玻意耳定律,介绍一种测定肺活量的简 单实用的方法。如图所示为测 定肺活 量的装置示意图,图中 A 为倒扣在水中的开口圆筒,测量前排尽其中的空气。测量时,被测者尽力吸足空气,再通过 B 尽量将空气呼出,呼出的空气通过导管进入 A 内,使 A浮起。测出圆筒的质量 m,横截面积 S,筒底浮出水面的高度 h,大气压强 p0,设水的密度为 ρ,假设被测者的肺活量为 V。以被封在圆筒内的气体为研究对象:在未进入圆筒之前,这部分气体的状态: p1=p0, V1=V;在进入圆筒之后,设这部分气体的压强为p2,体 积为 V2。圆筒浮于水中稳定后,根据物体平衡条件,可得p2S=p0S+mg,则 p2=p0+设 Δ h 为筒内外水面高度差,根据圆筒所受重力与浮力大小相等,可得 mg=ρΔ hSg,则:Δ h=得 V2=(h+Δ h)S=(h+)S若温度不变,根据玻意耳定律 p1V1=p2V2,有p0V=(p0+)(h+)S所以,被测者的肺活量 为 V=(S+)(h+)。12 气体的等容变化 和等压变化一、非标准1.对于一定质量的气体,在体积不变时,压强增大到原来的 2 倍,则气体温度的变化情况是( )A.气体的摄氏温度升高到原来的 2 倍B.气体的热力 学温度升高到原来的 2 倍C.气体的摄氏温度降为原来的一半D.气体的热力学温度降为原来的一半解析:一定质量的气体体积不变时,压强与热力学温度成正比,即,所以 T2=·T1=2T1,B 项正确。答案:B2.如图所示,四个两端封闭、粗细均 匀的玻璃管内的空气被一段水银柱隔开,按图中标明的条件,当玻璃管水平放置时,水银柱处于静止状态。如果管内两端的空气都升高相同的温度,则水银柱向左移动的是( )解析:假设 升温后,水银柱不动,则压强要增加,由查理定律有,压强的增加量 Δ p=,而各管原 p 相同,所以 Δ p∝,即 T 高,Δ p 小,也就可以确定水银柱应向温度高的 方向移动,故 C、D 正确。答案:CD3.(2014·临沂高二检测)将质量相同的同种气体 A、 B 分别密封在体 积不同的两容器中,保持两部分气体体积不变, A、 B 两部分气体压强随温度的变化曲线如图所示,下列说法正确的是( )A.A 部分气体的体积比 B 部分小B.A、 B 直线延长线将相交于 t 轴上的同一点C.A、 B 气体温度改变量相同时,压强改变量也相同D.A、 B 气体温度改变量相同时,压强改 变量不相同解析: p t 图象中等容线的斜率越大,体积越小,所以 A 正确; p t 图象中等容线的延长线都相交于 t轴上( -273.15℃,0)点,B 正确;由于=C,而 C 与气体体积有关,A 和 B 体积不同,C 不同,所以当温度改变量相同时,气体压强改变量不同,D 正确 。答案:ABD4.如图所示,一小段水银封闭 了一段空气,玻璃管竖直静放在室内。下列说法正确的是 ( )2A.现发现水银柱缓慢上升了一小段距离,这表明气温一定上升了B.若外界大气压强不变,现发现水银柱缓慢上升了一小段距离,这表明气温上升了C.若发现水银柱缓慢下降一小段距离,这可能是外界的气温下降所致D.若把管子转至水平状态,稳定后水银未流出,此时管中空气的体积将大于原来竖直状态时的体积解析:若水银柱上移,表示气体体积增大,可能的原因是外界压强减小而温度没变,也可能是压强没变而 气温升高,A 错,B 对;同理水银柱下降可能是气温下降或外界压强变大所致,C 对;管子置于水平时,压强减小,体积增大,D 对。答 案:BCD5.如图所示,甲、乙为一定质量的某种气体的等容或等压变化图象 ,关于这两个图象的正确 说法是( )A.甲是等压线,乙是等容线B.乙图中 p t 线与 t 轴交点对应的温度是 -273.15℃,而甲图中 V t 线与 t 轴的交点不一定是-273.15 ℃C.由乙图可知,一定质量的气体,在任何情况下都是 p 与 t 成直线关系D.乙图表明随温度每升高 1℃,压强增加相同,但甲图随温度的升高压强不变解析:由查理定律 p=CT=C(t+273.15K)及盖—吕萨克定律 V=CT=C(t+273.15 K)可知,甲图是等压线,乙图是等容线,故 A 项正确;由 “外推法 ”可知两种图线的反向延长线与 t 轴的交点温度为 -273.15℃,即热力学温度的 0 K,故 B 项错误;查理定律及盖—吕萨克定律是气体的实验定律,都是在温度不太低、压强不太大的条件下得出的,当压强很大、温度很低时,这些定律就不成立了,故 C 项错误;由于 图线是直线,故 D项正确。答案:AD6.一定质量气体的状态经历了如图所示的 AB、 BC、 CD、 DA 四个过程,其中 BC 的延长线通过原点,CD 垂直于 AB 且与水平轴平行, DA 与 BC 平行,则气体体积在( )A.AB 过程中不断增加 B.BC 过程中保持不变C.CD 过程中不断增加 D.DA 过程 中保持不变3解析:如图,连结 OA、 OD,OA、 OC、 OD 即为三条等容线,且 VB=VCVAVD,所以 A、B 两项正确,C、D 两项错误。答案:AB7.(2014·昆明高二检测)如图 所示为 0.5mol 某种气体的 p t 图线,图中 p0为标准大气压。则气体在标准状况 下的体积是 L,在 B 状态时的体积是 L。 解析:根据 Vmol=22.4 L/mol,可得 0.5mol 气体在标准状况下的体积是 11.2L;气体从 0℃升温到127℃的过程中, p=k(273K+t)=kT∝ T,所以气体做等容变化, VA=11.2L;从 A→B,气体做等压变化,所以,即,可得 VB=14 L。答案:11 .2 148.气体温度计结构如图所示。玻璃测温泡 A 内充有某种气体,通过细玻璃管 B 和水银压强计相连。开始时 A 处于冰水混合物中,左管 C 中水银面在 O 点处,右管 D 中水银面高出 O 点 h1=14cm,后将 A放入待测恒温槽中,上下移动 D,使 C 中水银面仍在 O 点处,测得 D 中水银面高出 O 点 h2=44cm。求恒温槽的温度。〔已知外界大气压为 1 个标准大气压(1.0×10 5 Pa),1 标准大气压相当于 76cmHg,取T=t+273K〕解析:设恒温槽的温度为 T2,由题意知 T1=273KA 内气体发生等容变化,根据查理定律得①p1=p0+②p2=p0+③联立①②③式,代入数据得T2=364K(或 91℃)。答案:364K 或 91℃49.如图所示,一圆柱形容器竖直放置,通过活塞封闭着摄氏温度为 t 的理想气体。活塞的质量为 m,横截面积为 S,与容器底部相距 h。现通过电热丝给气体加热一段时间,结果活塞缓慢上升了 h,已知大气压强为 p0,重力加速度为 g,不计器壁向外散失的热量及活塞与器壁间的摩擦,求:(1)气体的压强;(2)这段时间内气体的温度升高了多少?解析:(1)以活塞为研究对象,受力分析得:pS=p0S+mg解得气体的压强为 p=p0+。(2)以被封闭气体为研究对象,气体经历等压变化,初状态: V1=hS T1=273K+t末状态: V2=2hS T2=273K+t'由盖 —吕萨 克定律得:解得: t'=273K+2tΔ t=t'-t=273K+t。答案:(1) p0+ (2)273K +t12 气体的等容变化和等压变化教学建议查理定律的建 立与热力学温标是结合在一起叙 述的,这里用到 “外推法 ”。应使学生明确,这里的 “外推 ”并不表示查理定律的适用范 围的扩展,只是为了引入新的温标。对于气体在压强不变的情况下体积与温度的关系,可以向学生介绍其探究方法,或启发学生设计探究实验方案,不一定都要让学生进行实验探究。一是实验条件可能不允许,二是教学时间不允许。但气体在等压下的体积与温度的关系要告诉学生,并能用此关系解决相关物理现象与相关问题。参考资料查理查理(1746 —1823)是法国物理学家。他成年之后,最初在法国政府财政部当小职员。后来,他被美国物理学家富兰克林在费城雷雨中冒着生命危险研究雷电现象,勇敢探索自然界奥秘的精神所打动,对科学实验产生了浓厚的兴趣。于是,他动手制作和大量收集各种物理仪器,致力于科学实验,重复地验证了富兰克 林做过的 许多实验。 他多次举办 各种物理讲座,当众出色地进 行物理实验演示,在学术界赢得了很高的声誉。他经过不懈地努力,后来成为巴黎工艺学院的物理学教授,并于 1795年被选为法国科学院院士。查理在 1783 年首先将氢气装入气球,进行充氢气球升空实验。他随后又改进了气 球的充气装置及吊起吊篮的方法,改进了测量空气流速的仪表。他与罗伯特兄弟合作,第一次实现了充氢气球升天, 第一次他和小罗伯特乘这种气球上天 ,后来他又独自一人乘氢气球上升到三千米的高空 。他们的实验在巴黎引起了很大的轰动。查理研究了气体的膨胀问 题,发现了气体的压强随温度而改变的规律,即一定质量的气体,当体积不变时,它的压强和绝对温度成正比,这就是查理定律。他进一步发现,对于一定质量的气体,当体积不 变的时候,温度每升高 1℃,压强就增加它在 0 ℃时压强的。查理还用它作根据,推算出气体在 恒定压力下的膨胀率是个常数。这个预言 后来由盖—吕萨克的实验所证实。13 理想气体的状态方程一、非标准1.对一定质量的气体,下列说法正确的是( ) A.温度发生变化时,体积和压强可以不变B.温度发生变化时,体积和压强至少有一个发生变化C.如果温度、体积和压强三个量都不变化,我们就说气体状态不变D.只有温度、体积和压强三个量都发生变化,我们就说 气体 状态变化了解析: p、 V、 T三个量 中,可以两个量发生变化,一个量恒定,也可以三个量同时发生变化,而一个量变化,另外两个量不变的情 况 是不存在的,气体状态的变化就是 p、 V、 T的变化。故 B、C 说法正确。答案:BC2.对于一定量的理想气体,下列说法正确的是( )A.若气体的压强和体积都不变,其内能也一定不变B.若气体的内能不变,其状态也一定不变C.若气体的温度随时间不断升高,其压强也一定不断增大D.气体温度每升高 1K所吸收的热量与气体经历的过程有关E.当气体温度升高时,气体的内能一定增大解析: 一定质量的理想气体的内能仅由温度来决定,温度不变,气体的内能不变,温度升高,气体的内能增加,选项 E正确;由 =C(常量)可知, p、 V不变则 T一定不变,选项 A正确;同理可知,选项 C错误;若气体的内能不变,气体的温度一定不变(等温变化),则 pV的乘积不变,其状态有可能改变,选项 B错 误;气体温度每升高 1K吸收的热量与过程有关 ,气体温度升高 1K的 过程中气体对外做功和气体对外不做功两种情况下,气体吸收的热量并不 相等。选项 D正确。答案:ADE3.对于理想气体方程 =恒量,下列叙述正确的是( )A.质量相同的不同种气体,恒量一定相同B.质量不同的不同种气体 ,恒量一定不相同C.物 质的量相同的任何气 体,恒 量一定相等D.标准状态下的气体,恒量一定相同解析: =恒量中的 “恒量 ”只与物质的量有关。答案:C4.(2014·松原高二检测)向固定容器内充气,当气体压强为 p,温度为 27℃时气体的密度为 ρ,当温度为 327℃,气体压强为 1.5p时,气体的密度为( )A.0.25ρ B.0.5ρ C.0.75ρ D.ρ解析:由理想气体状态方程的密度的表达式 得 ρ 2==0.75ρ,所以 C正确,A、B、D 错误。答案:C25.一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轴之间夹角不变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解析:对于一定质量气体的等压线,其 V t图线的延长线一定 过 -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 =C可知,V 0减小,等压线与 t轴夹角减小,A、B 项错误。答案:C6.一定质量的理想气体经历一膨胀过程,此过程可以用 p V图象上的直线 ABC来表示,如图所示,在A、 B、 C三个状态中,气体的温度 TA TC、 TB TA。(选填 “”“=”或 “7.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 2.0kg的光滑活塞封闭在汽缸内,其压强为 Pa(大气压强取 1.01×105Pa,g取 10m/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 0.51m,则此时气体的温度为 ℃(取 T=t+273K)。 解析:活塞的受力情况如图,3由平衡条件得, pS=p0S+mg,则p==p0+=1.01×105Pa+Pa=1.05×105Pa。由盖 —吕萨克定律得 T2=K=306Kt2=T2-273K=33℃。答案:1 .05×105 338.钢筒内装有 3kg气体,当温度是 -23℃,压强为 4×105Pa,如果用掉 1 kg后温度升高到 27℃,求筒内气体压强。解析:本题是变质量问题,如果我们在研究对象上做一下处理,可以使变质量问题成为一定质量的问题,本题的做法是选取筒内的质量为研究对象,这样,初始状态体积占钢筒体积的,末状态占全部体积。以钢筒内剩下的 2kg气体为研究对象。设钢管容积为 V,则该部分气体在初状态占有的体积为V,末状态时恰好充满整个钢筒。由一定质量理想气体的状态方程得p2=Pa=3.2×105Pa。答案:3 .2×105Pa9.(2014·昆明高二检测) 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,试求:(1)温度为 600K时气体的压强;(2)在 p T图象上将温度从 400K升高到 600K的变化过程补充完整。解析:(1)由理想气体的状态方程得,代入数据有,可得,温度为 600K时气体的压强为 p2=1.25×105Pa。(2)如图所示,根 据 V T图象可知:在温度从 400K升高到 500K的变化过程中,气体经历了等容变化,其 p T图象是正比例函数图象;在温度从 500K升高到 600K的变化过程中,气体经历了等压变化,其 p T图象是平行于 T轴的直线段,其 p T图象如图所示。4答案:(1)1 .25×105Pa (2)见解析图13 理想气体的状态方程教学建议理想气体是为了研究问题方便而提出的一种理想化模型,是实际气体的一种近似,就像在力学中提出的质点、电学中提出的点电荷等模型一样。理想模型的方法突出矛盾的主要方面,忽略次要方面,从而认识物理现象的本质,是物理学中一种常用的方法。理想气体严格遵从三个实验定律,理想气体是不存在 的,但在常温常压下 ,大多数实际气体,都可以近似地看成理想气体。教科书通过 “思考与讨论 ”,引 导学生根据已学过的气体实验定律推导理想气体的状态方程。用不同方法推导,得到同样的结果,这也说明了 A 与 C状态参量之间的关系,只跟这两个状态有关,与中间过程无关。有的学生可能会联想到用实验的方法,使三个状态参量都变化,这种想法很正常,但三个量同时变化,很难从采集的数据中找出它们的数学关系,因此只能将实验作为验证。参考资料实际气 体不能严格遵守气体实验定律的原因玻意耳定律、查理定律和盖 —吕萨克定律,都是在压强不太大(和大 气压强比较)、温度不太低(和室温比较)的条件下根据实验总结出来的。当压强很大、温度很低时,由上述气体定律得出的结果就和实际测量的结果有很大的差别。为了研究的方便,人们设想一种严格遵守实验定律的气体,这样的气体叫作理想气体。理想气体是不存在的,它只是实际气体在一定程度上的近似。有许多实际气体,特别是那些不易液化的气体,如氢气、氧 气、氮气、空气、氦气等,在通常的温度和压强下,它们的性质近似于理想气体的性质 ,可以把它们看成理想气体。这样 处理的结果,误差很小,处理起来也简便多了。那么,为什么实际 气体不能严格遵守气体实验定律呢?下面就气体的等温变化来研究这一问题。下表列举了几种常见气体在 0℃和不同压强下,压强和体积的乘积 pV 的实验值。实验所取的气体在0℃、1.013×10 5 Pa 时的体积为 1L。pV/(1.013×105Pa·L)p/(1.013×105Pa) H2 N2 O2 空气1 1.000 0 1.000 0 1.000 0 1.000 0100 1.069 0 0.994 1 0.926 5 0.973 0200 1.138 0 1.048 3 0.914 0 1.010 0500 1.356 5 1.390 0 1.156 0 1.340 01 000 1.720 0 2.068 5 1.735 5 1.992 02由 上表可以看出,在气体压强为 1.013×105Pa 到 1.013×107 Pa 之间时,实验结果与玻意耳定律相差不大;压强超过 1.013×107 Pa 时,实验值与理论值已有显著偏离;当压强达到 1.013×108 Pa 时,玻意耳定律已完全不适用 了。14 气体热现象的微观意义一、非标准1.在研究热现象时,我们可以采用统计方法,这是因为( )A.每个分子的运动速率随温度的变化是有规律的B.个别分子的运动不具有规律性C.在一定温度下,大量分子的速率分布是确定的D.在一定 温度下,大量分子的速率分布随时间而变化解析:在研究热现象时,单个分子的运动具有无规则的特征,但大量的分子却满足统计规律,故正确选项为 B、C。答案:BC2.气体能够充满密闭容器,说明气体分子除相互碰撞的短暂时间外( )A.气体分子可以做布朗运动B.气体分子的动能都一样大C.相互作用力十分微弱,气体分子可以自由运动D.相互作用力十分微弱,气体分子间的距离都 一样大解析:布朗运动是悬浮在液体或气体中的微小颗粒的运动,是分子无规则运动的反映,选项 A 错误;分子的速率分布是 “两头 少,中间多 ”,各个分子的速率并不都相等,选项 B 错误;气体分子间的距离远大于分子间发生作用的距离,故相互作用力可忽略,故选项 C 正确;分子间的距离并不一定一样大,平时说的是平均距离,选项 D 错误。答案:C3.(2014·临沂高二检测)如图所示,两个完全相同的圆柱形密闭容器,甲中恰好装满 水,乙中充满空气,则下列说法中正确的是(容器容积恒定)( )A.两容器中器壁的压强都是由于分子撞击器壁而产生的B.两容器中器壁的压强都是由所装物质的重力而产生的C.甲容器中 pApB,乙容器中 pC=pDD.当温度升高时, pA、 pB变大, pC、 pD也要变大解析:甲容器压强产生的原因是液体受到重力的作用,而乙容器压强产生的原因是分子撞击器壁,A、B 错;液体的压强 p=ρ gh,hAhB,可知 pApB,而密闭容器中气体压 强各处均相等,与位置无关,pC=pD,C 对;温度升高时, pA、 pB不变,而 pC、 pD增大,D 错。答案:C24.对于一定质量的理想气体,下列叙述中正确的是( )A.当分子热运动变剧烈时,压强必变大B.当 分子热运动变剧烈时,压强可以不变C.当分子间的平均距离变大时,压 强必变小D.当分子间的平均距离变大时,压强必变大解析:根据 气体压强产生的原因可知 :一定质量的理想气体的压强由气体分子的平均动能和气体分子的密集程度共同决定。分子平均动能越大,单位时间内分子撞击器壁的次数 越多,气体压强越大,A、C、D 三个选项均只给定了其中一个因素,而另 一个因素不确定。不能判断压强是变大还是变小,所以只有 B 正确。答案:B5.用滚珠做空气分子模型,把装有滚珠的杯子拿到秤盘上方某处,把 1 粒滚珠倒在秤盘上,秤的 指针会摆动一下。再在相同的高度处把 100 粒或更多的滚珠匀速倒在秤盘上,秤的指针 会在一个位置附近小幅度摆动。如果使这些滚珠从更高的位置倒在秤盘上,可以观察到秤的指针所指示的力更大,这表明( )A.大量滚珠撞击秤盘,对秤盘产生了持续的、均匀的压力B.在一定的时间内,碰撞的滚珠越多,对秤盘产生的压力越大C.这些滚珠的动能越大,对秤盘产生的压力越大D.指针在一个位置附近摆动,说明大量滚珠撞击秤盘时,并没有对秤盘产生持续、均匀的压力解析:1 粒滚珠下落对秤盘产生瞬间的压力,秤的指 针会摆动一下,大量滚珠 撞击秤盘,对秤盘产生的是持续的、均匀的压力,指针在一个位置附近小幅度摆动。答案:ABC6.封闭在汽缸内一定质量的气体,如果保持气体体积不变,当温度升高时,下列说法正确的是( )A.气体的密度变大B.气体的压强增大C.分子的平均动能减小D.气体在单位时间 内撞击器壁单位面积的分子数增多解析:气体的质量和体积都不发生变化,故密度不变,A 项错。温度是分子平均动能的标志,温度升高分子平均动能增大,C 项错。分子 数不变,体积不变,但分子运动的剧烈 程度加剧了,所以单位时间内撞击器壁单位面积的分子数增多,气体压强增大,故 B、D 正确。答案:BD7.(2011·上海单科)某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示,图中 f(v)表示 v 处单位速率区间内的分子数百分率,所对应的温度分别为 TⅠ ,TⅡ ,TⅢ ,则( )3A.TⅠ TⅡ TⅢ B.TⅢ TⅡ TⅠC.TⅡ TⅠ ,TⅡ TⅢ D.TⅠ =TⅡ =TⅢ解析:气体分子运动的特点是,在某一温度下,气体分子速率都呈 “中间多、两头少 ”的规律分布,即中等速率的分子数多,速率很大和很小的分子数少;当气体温度升高时,气体分子运动的平均速率变大,但中等速率的分子数减少。则图象中三条曲线所对应的温度关系是TⅢ TⅡ TⅠ ,因此 选项 B 正确。答案:B8.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解析:从 p V 图象中的 AB 图线看,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,压强跟绝对温度成正比。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。答案:B9.(2014·青岛高二检测)一定质量的理想气体由 状态 A 经状态 B 变成状态 C,其中 A→ B 过程为等压变化 ,B→ C 过程为等容变化。 已知 VA=0.3m3,TA=TC=300K,TB=400K。(1)求气体在状态 B 时的体积。(2)说明 B→ C 过程压强变化 的微观原因。解析:(1)设气体在 B 状态时的体积为 VB,由盖 —吕萨克定律得,代入数据得 VB=0.4m3。(2)微观原因:气体体积不变,分子密集程度不变,温度变小 ,气体分子平均动能减小,导致气体压强减小。答案:(1)0 .4m3 (2)见解析14 气体热现象的微观意义教学建议在教学过程中,教师可以先 让学生课前完成 “抛硬币实验 ”,然后进行全班交流与评价,让学生充分发表自己的看法,从而使学生亲身体会统计规律的意义。教学时,还应要求学生从实际生活与社会现象中列举大量具有统计规律的生活实验与社会现象,进 一步加深对统计规律的理解。通过对演示实验与例子的分析,有利于帮助学生理解气体分子运动的特点。 “大 量雨点撞击雨 伞,使雨伞受到持续的作用 ”这一生活经验和向电子秤上倒小钢球的实验,形象地演示了气体压强产生的原因。对小钢球实验可做以下改进:用小钢球做实验操作比较困难,而且大量钢球比较难找。可以改 用豌豆做此实验,效果是相同的。对气体压强的微观解释要注意:气体压强是由大量分子与器壁的频繁碰撞所产生的,它的大小与分子的平均动量的大小有关,与单位时间在单位面积上碰撞的个数有关。当密 度不变时,温度升高,不仅碰撞的平均动量增加了,而且由于速率的增加,器壁在单位时间单位面积上受到分子碰撞的次数也增加了。参考资料大气 压强的实质大气压强的实质是大量做无规则运 动的空气分子之间或与物体之间不断碰撞而产生的。由于空气分子向各个方向碰撞的几率相等,所以就 大气中的某一点而言,向着各个方向的大气压强也都相等。根据分子动理论,我们可得出该点的压强与单位体积内的气体分子数分子的平 均动能有关。由 于气体分子的平均动能与气体的绝对 温度成正比,因此当温度不变时 ,气体的压强只与单位体积内的分子数成正比。至于说大气压强随高度的变化,那主要是由于重力的影响使大气中空气分子的分布上疏下密所造成的,如果温度不变,大气压强将随高度的增加而按指数规律递减。有人会问,既然大气压强的实质是因大量空气分子相互碰撞而产生的,那么大气压强的值与大气的重力有何关系呢?也就是说,我们从空气具有重力出发所得到的大气压强值,与从大量空气分子相互碰撞而得出的大气压强值是否相等呢?我们设想在大气中分割出一个竖直的空气柱,然后我们来看大气中其他空气分子对这个空气柱的作用。这个空气柱的上端已无空气,也就没有空气分子的碰撞,所以它上端面的压力为零。这个空气柱的前后、左右四个面所受的水平方向的压力又都是相互对称,彼此平衡,相互抵消, 唯独它的底面受到其他大量空气分子的向上碰撞,因而产生了对底面的压强 p,使底面受到竖直向上的压力F=pS。同时因空气具有重力, 这样该空气柱在竖直方向上就只受底面向上的压力 F=pS 和自重 G,而现在大气能保 持静止状态,则 pS=G,由此得 p=,这就说明了从上述两方面所得到的压强是相等的。1第八章 气体一、选择题(本题共 10 小题,每小题 5 分,共 50 分。在 每小题给出的四个选项中,至少有一个选项正确;全部选对的得 5 分,选不全的得 3 分,有选错或不答的得 0 分)1.下面的表格是某地区 1~7 月份气温与大气压强的对照表:月份/月 1 2 3 4 5 6 7平均最高气温/℃ 1.4 3.910.719.626.7 30.2 30.8平均大气压强/10 5Pa1.0211.0191.0141.0081.0030.998 40.996 07 月份与 1 月份相比较,正确的是( )A.空气分子无规则热运动的情况不变B.空气分子无规则热运动减弱了C.单位时间内空气分子对地面的撞击次数增多了D.单位时间内空气分子对单位面积的地面撞击次数减少了解析:温度升高,分子的无规则运动加剧,故 A、B 项均错误;空气分子对地面的撞击更强烈了,但压强减小了,所以单位时间内气体分子对单位面积的撞击次数减少了,故 D 项正确。答案:D2.某同学用带有刻度的注射器做验证玻意耳定律的实验,温度计 表明在整个实验过程中都是等温的,他根据实验数据绘出了 p 的关系图线 EF,从图中的图线可以得出( )A.如果实验是从 E 状态→ F 状态,则表示外界有空气进入注射器内B.如果实验是从 E 状态→ F 状态,则表示注射器内有部分空气漏了出来C.如果实验是从 F 状态→ E 状态,则表示注射器内有部分空气漏了出来D.如果实验是从 F 状态→ E 状态,则表示外界有空气进入注射器内解析:连接 OE、 OF,因斜率 kOFkOE,表示( pV)F(pV)E,知 E→ F,m 增大, F→ E,m 减小, 所以 A、C 正确,B、D 错。答案:AC3.一个开口玻璃瓶内有空气,现将瓶口向下按入水中,在水面下 5m 深处恰能保持静止不动,下列说法中正确的是( )A.将瓶稍向下按,放手后又回到原来位置B.将瓶稍向下按,放手后加速下沉C.将瓶稍向上提,放手后又回到原处D.将瓶稍向上提,放手后加速上浮2解析:瓶保持静止不动,受力平衡, mg=ρ gV,由玻意耳定律,将瓶下按后, p 增大而 V 减小, mgρ gV,故放手后加速下沉,B 正确。同样道理,D 选项也正确。答案:BD4.如图所示,玻璃管 A 和 B 同样粗细, A 的上端封闭,两管下端用橡皮管连通,两管中水银柱高度差为h,若将 B 管慢慢地提起,则( )A.A 管内空气柱将变长B.A 管内空气柱将变短C.两管内水银柱 高度差将增大D.两管内水银柱高度差将减小解析:将 B 管慢慢提起,可以认为气体温度不变。在气体的压强增大时,体积减小,所以气柱将变短,而 pA=p0+ph,所以高度差增大。答案:BC5.用一导热的可自由滑动的轻隔板把一圆柱形容器分隔成 A、 B 两部分, 如图所示。 A 和 B 中分别封闭有质量相等的氮气和氧气,均可视为理想气体,则可知两部分气体处于热平衡时( )A.内能相等B.分子的平均动能相等C.分子的平均速率相等D.分子数相等解析:两种理想气体的温度相同,所以分子的平均动能相同,而气体种类不同,其分子质量不同,所以分子的平均速率不同,故 B 正确,C 错误;两种气体的质量相同,而摩尔质量不同,所以分子数不同,故 D 错误;两种气体的分子平均动能相同,但分子个数不同,故内能也不相同,故 A 错误。答案:B6.如图所示,两端开口的均匀玻璃管竖直插入水银槽中,管中有一段水银柱 h1封闭一定质量的气体,这时管下端开口处内外水银面高度差为 h2,若保持环境温度不变,当外界压强增大时,下列分析正确的是( )3A.h2变长 B.h2变短C.h1上升 D.h1下降解析:被封闭气体的压强为 p=p0+h1,或 p=p0+h2,始终有 h1=h2;当 p0增大时,被封闭气体的压强增大,由玻意耳定律知,封闭气体的体积应减小。答案:D7.如图所示, A、 B 两容器容积相等,且由粗 细均匀的细玻璃管相连,两容器内装有不同气体,细管中央有一段水银柱,在两边气体作用下保持平衡时, A 中气体的温度为 0℃,B 中气体的 温度为 20 ℃,如果将它们的温度都降低 10℃,则水银柱将会( )A.向 A 移动 B.向 B 移动C.不动 D.不能确定解析:假设水银柱不移动,则两边气体的体积不变,可 用查理定律分析。由 Δ p=p,可知 Δ p∝。所以A 部分气体压强减小得多,水银柱左移。故正确选项为 A。答案:A8.两个相同的密闭容器分别装有等质量的同种理想气体,已知容器中气体的压强不相同,则下列判断中正确的是( )A.压强小的容器中气体的温度比较高B.压强大的容器中气体单位体积内的分子数比较少C.压强小的容器中气 体分子的平均动能比较小D.压强大的容器中气体分子对器壁单位面积的平均作用力比较大解析:相同的容器分别装有等质量的同种气体,说明它们所含的分子总数相同,即分子的密度相同,B项错误;压强不同,一定是因为两容器气体分子平均动能不同造成的,压强小的容器中分子 的平均动能一定较小,温度较低,故 A 项错误,C 项正确;压强大的容器中气体分子对器壁单位面积的平均作用力比较大,故 D 项正确。答案:CD9.分别以 p、 V、 T 表示气体的压强、体积、温度。一定质量的理想气体,其初始状态表示为(p0、 V0、 T0)。若分别经历如 下两种变化过程:①从( p0、 V0、 T0)变为( p1、 V1、 T1)的过程中,温度保持不变( T1=T0);②从( p0、 V0、 T0)变为( p2、 V2、 T2)的 过程中,既不吸热,也不放热。在上述两种变化过程中,如果 V1=V2V0(非自由 膨胀过程),则( )A.p1p2,T1T2 B.p1p2,T1T2解析:依据理想气体状态方程。由已知条件 T1=T0,V1V0,则 p1T2,p1p2,故选项 A 正确。答案:A410.(2013·黄冈高二检测)如图所示,一根上细下粗、粗端与细端都粗细均匀 的玻璃管上端开口、下端封闭,上端足够长,下端(粗端)中间有一段水银封闭了一定质量的理想气体。现对气体缓慢加热,气体温度不断升高,水银柱上升,则被封闭气体体积和热力学温度的关系最接近哪个图象( )解析:对气体缓慢加热的过程中,水银柱缓慢上升,始终处于平衡状态;刚开始,水银柱完全处在下端,气体的压强 p1=p0+ρ gh1保持不变 ,气体经历等压变化,此时 V T 图象是正比例函数图象,斜率 k1∝;最终水银柱将完全处在上端,同理,此时气体的压强 p2=p0+ρ gh2保持不变,气体经历等压变化,此时V T 图象是正比例函数图象,图象的斜 率 k2 ∝,显然, h1k2,选项 B、C 可排除;在水银柱经过粗细交接部位时,水银 柱 的长度由 h1逐渐增大到 h2,气体的压强也由 p1逐渐增大到 p2,气体的体积和温度也均在变化,显然,该过程不是等容过程,选项 D 错误。本题答案为 A。答案:A二、填空题(本题共 2 小题 ,共 16 分。把答案填在题中的横线上)11.(9 分)对于一定质量的理想气体,以 p、 V、 T 三个状态参量中的两个为坐标轴建立直角坐标系,在坐标系上描点能直观地表示这两个参量的数值。如图所示,三个坐标系中,两个点都表示相同质量某种理想气体的两个状态。根据坐标系中不同点的位置来比较第三个参量的大小。(1)p T 图象(如图甲)中 A、 B 两个状态, 状态体积小。 (2)V T 图象(如图乙 )中 C、 D 两个状态, 状态压强小。 (3)p V 图象(如图丙)中 E、 F 两个状态, 状态温度低。 解析:甲图画出的倾斜直线为等容线,斜率越小,体积越大,所以 VBVA。乙图画出的倾斜直线为等压线,斜率越小,压强越大,所以 pDpC。丙图画出的双曲线为等温线,离原点越远,温度越高,所以TETF。答案:(1) A (2) C (3) F12.(7 分)如图所示的是医院用于静脉滴注的示意图,倒置的输液瓶上方有一段气体 A,密封的瓶口处的软木塞上插有两根细管,其中 a 管与大气相通, b 管为输液软管,中间又有一气室 B,而其 c 端则通过针头接入人体静脉。5(1)若气室 A、 B 中的压强分别为 pA、 pB,则它们与外界大气压强 p0的大小顺序应为 。 (2)在输液瓶悬挂高度与输液软管内径确定的情况下,药液滴注的速度 (选填 “越滴越慢 ”“越滴越快 ”或 “恒定 ”)。 解析:(1)由于 a 管与大气相通,气室 A 中的气体压强 pA加上输液瓶中液体的压强等于大气压强,故pAp0。综合比较: pAp0pB。(2)只要瓶中有液体, b 管上端压强恒定不变, B 气室中气体压强 pB也恒定不变,那么药液滴注的速度就恒定。答案:(1) pAp0pB (2)恒定三、解答题(本题共 3 小题,共 34 分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)13.(10 分)如图所示的试管内由水银封有一定质量的气体,静止时气柱长为 l0,大气压强为 p0。当试管绕竖直轴以角速度 ω 在水平面内匀速转动时气柱长变为 l。其他尺寸如图所示。求转动时的气体压强。(设温度不变,试管横截面积为 S,水银密度为 ρ)解析:选取水银柱为研究对象,转动所需向心力由液柱两侧气体压力差提供。(p-p0)S=mω 2R而 m=ρ l1S,R=l2+所以 p=p0+ρ l1ω 2(l2+)。答案: p=p0+ρ l1ω 2(l2+)14.(12 分)如图,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。两汽缸内装有处于平衡状态的理想气体,开始时体积均为 V0、温度均为 T0。缓慢加热 A 中气体,停止加热达到稳定后, A 中气体压强为原来的 1.2 倍。设环境温度始终保持不变,求汽缸 A 中气体的体积 VA和温度 TA。解析:设初态压强为 p0,膨胀后 A、 B 压强相等pB=1.2p06B 中气体始末状态温度相等p0V0=1.2p0(2V0-VA)所以 VA=V0A 部分气体满足所以 TA=1.4T0。答案: V0 1 .4T015.(12 分)(2012·课标全国理综)如图,由 U 形管和细管连接的玻璃泡 A、 B 和 C 浸泡在温度均为0℃的水槽中, B 的容积是 A 的 3 倍。阀门 S 将 A 和 B 两部分隔开。 A 内为真空, B 和 C 内都充有气体。U 形管内左边水银柱比右边的低 60mm。打开阀门 S,整个系统稳定后,U 形管内左右水银柱高度相等。假设 U 形管和细管中的气体体积远小于玻璃泡的容积。(1)求玻璃泡 C 中气体的压强(以 mmHg 为单位);(2)将右侧水槽的水从 0℃加热到一定温度时,U 形管内左右水银柱高度差又为 60 mm,求加热后右侧水槽的水温。解析:(1)在打开阀门 S 前,两水槽水温均为 T0=273K。设玻璃泡 B 中气体的压强为 p1、体积为 VB,玻璃泡 C 中气体的压强为 pC,依题意有p1=pC+Δ p①式中 Δ p=60mmHg,打开阀门 S 后,两水槽水温仍为 T0,设玻璃泡 B 中气体的压强为 pB。依题意,有pB=pC②玻璃泡 A 和 B 中气体的体积为V2=VA+VB③根据玻意耳定律得p1VB=pBV2④联立①②③④式,并代入 题给数据得pC=Δ p=180mmHg⑤(2)当右侧 水槽的水温加热至 T'时,U 形管左右水银柱高度差为 Δ p。玻璃泡 C 中气体的压强为pC'=pB+Δ p⑥玻璃泡 C 的气体体积不变,根据查理定律得⑦联立②⑤⑥⑦式,并代入题给数据得T'=364K⑧答案:(1)180mmHg (2)364K