高中物理理想气体的状态方程综合题

[物理--选修3-3]

（1）如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是________（最多选3个）。

A．	气体自发扩散前后内能相同
B．	气体在被压缩的过程中内能增大
C．	在自发扩散过程中，气体对外界做功
D．	气体在被压缩的过程中，外界对气体做功
E．	气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变

（2）一热气球体积为 $V$ ，内部充有温度为 $T_a$ 的热空气，气球外冷空气的温度为 $T_b$ 。已知空气在1个大气压、温度 $T_0$ 时的密度为 ${\rho }_0$ ，该气球内、外的气压始终都为1个大气压，重力加速度大小为 $g$ 。

（i）求该热气球所受浮力的大小；

（ii）求该热气球内空气所受的重力；

（iii）设充气前热气球的质量为 $m_0$ ，求充气后它还能托起的最大质量。

[物理--选修3-3]

（1）如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到初态a。下列说法正确的是________（填正确答案标号．最多选3个）。

A．	在过程ab中气体的内能增加
B．	在过程ca中外界对气体做功
C．	在过程ab中气体对外界做功
D．	在过程bc中气体从外界吸收热量
E．	在过程ca中气体从外界吸收热量

（2）一种测量稀薄气体压强的仪器如图（左）所示，玻璃泡M的上端和下端分别连通两竖直玻璃细管 $K_1$ 和 $K_2$ 。 $K_1$ 长为 $l$ ，顶端封闭， $K_2$ 上端与待测气体连通； $M$ 下端经橡皮软管与充有水银的容器R连通。开始测量时， $M$ 与 $K_2$ 相通；逐渐提升R，直到 $K_2$ 中水银面与 $K_1$ 顶端等高，此时水银已进入 $K_1$ ，且 $K_1$ 中水银面比顶端低 h，如图（右）所示。设测量过程中温度、与 $K_2$ 相通的待测气体的压强均保持不变，已知 $K_1$ 和 $K_2$ 的内径均为 d， $M$ 的容积为 $V_0$ ，水银的密度为 $\rho$ ，重力加速度大小为g。求：

（i）待测气体的压强；

（ii）该仪器能够测量的最大压强。

（1）如p-V图所示，1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是T ₁、T ₂、T ₃。用N ₁、N ₂、N ₃分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的次数，则N ₁________N ₂， T ₁________T ₃， T ₃， N ₂________N ₃。（填"大于""小于"或"等于"）

（2）如图，一容器由横截面积分别为2 S和 S的两个汽缸连通而成，容器平放在地面上，汽缸内壁光滑。整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分，分别充有氢气、空气和氮气。平衡时，氮气的压强和体积分别为 p ₀和 V ₀ ， 氢气的体积为2 V ₀ ， 空气的压强为 p。现缓慢地将中部的空气全部抽出，抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变，活塞没有到达两汽缸的连接处，求：

（i）抽气前氢气的压强；

（ii）抽气后氢气的压强和体积。

（1）某未密闭房间的空气温度与室外的相同，现对该室内空气缓慢加热，当室内空气温度高于室外空气温度时，（）

A．	室内空气的压强比室外的小
B．	室内空气分子的平均动能比室外的大
C．	室内空气的密度比室外大
D．	室内空气对室外空气做了负功

（2）汽车未装载货物时，某个轮胎内气体的体积为，压强为；装载货物后，该轮胎内气体的压强增加了。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。

（1）下列说法正确的是（填正确答案标号。）

A．	把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面，这是由于水表面存在表面张力的缘故
B．	水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干净的玻璃板上却不能，为是因为油脂使水的表面张力增大的缘故
C．	在围绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果
D．	在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关
E．	当两薄玻璃板间夹有一层水膜时，在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开，这是由于水膜具有表面张力的缘故

（2）如图所示，一带有活塞的气缸通过底部的水平细管与一个上端开口的竖直管相连，气缸与竖直管的横截面面积之比为，初始时，该装置的底部盛有水银；活塞与水银面之间有一定量的气体，气柱高度为（以为单位）；竖直管内的水银面比气缸内的水银面高出。现使活塞缓慢向上移动，这时气缸和竖直管内的水银面位于同一水平面上，求初始时气缸内气体的压强（以为单位）

（1）下列关于热现象的描述正确的是（）

A.根据热力学定律，热机的效率可以达到100%
B.做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的
C.温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同
D.物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规律的
（2）我国"蛟龙"号深海探测船载人下潜超七千米，再创载人深潜新纪录。在某次深潜实验中，"蛟龙"号探测到深处的海水温度为。某同学利用该数据来研究气体状态随海水温度的变化，如图所示，导热性良好的气缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，气缸所处海平面的温度，压强，封闭气体的体积。如果将该气缸下潜至深处，此过程中封闭气体可视为理想气体。

①求深处封闭气体的体积（相当于深的海水产生的压强）。

②下潜过程中封闭气体(填"吸热"或"放热")，传递的热量（填"大于"或"小于"）外界对气体所做的功。

（1）下列说法中正确的是        (   )

A．当两个分子间的距离为r0(平衡位置)时，分子力为零，分子势能最小

B．同时撞击固体微粒的液体分子数越多，布朗运动越剧烈

C．第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律

D．一定质量的理想气体，如果保持温度不变，压强变大时，内能将减小

（2）如图所示，一根粗细均匀、内壁光滑的玻璃管竖直放置，玻璃管上端有一抽气孔，管内下部被活塞封住一定质量的理想气体，气体温度为T₁。现将活塞上方的气体缓慢抽出，当活塞上方的压强达到p₀时，活塞下方气体的体积为V₁，此时活塞上方玻璃管的容积为2.6 V₁，活塞因重力而产生的压强为0.5p₀。继续将活塞上方抽成真空后密封，整个抽气过程中管内气体温度始终保持不变，然后将密封的气体缓慢加热。求：
（1）活塞刚碰到玻璃管顶部时气体的温度T₂；
（2）当气体温度达到1.8T₁时的压强p。

（1）关于分子运动和热现象，下列说法正确的是（填人正确选项前的字母）（   ）

A．布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒分子无规则运动的反映

B．物体温度不变而体积减小时，物体中所有分子的动能不变势能减少

C．气体失去容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在着斥力的缘故

D．坚固容器内气体温度升高，气体分子平均动能增大使器壁单位面积平均受的压力增大

（2）如图所示，导热性能良好粗细均匀两端封闭的细玻璃管ABCDEF竖直放置．AB段和CD段装有空气，BC段和DE段为水银，EF段是真空，各段长度相同，即   AB=BC=CD=DE=EF，管内AB段空气的压强为p，环境温度为T．
（1）若要使DE段水银能碰到管顶F，则环境温度至少需要升高到多少？ 
（2）若保持环境温度下不变，将管子在竖直面内缓慢地旋转180°便F点在最下面，求此时管内两段空气柱的压强以及最低点F处的压强． 

（1）下列说法正确的是（）

A．	当一定量气体吸热时，其内能可能减小
B．	玻璃、石墨和金刚石都是晶体，木炭是非晶体
C．	单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点
D．	当液体与大气相接触时，液体表面层内的分子所受其它分子作用力的合力总是指向液体内部
E．	气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内气体的分子数和气体温度有关

（2）如右图，体积为、内壁光滑的圆柱形导气缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；气缸内密封有温度为、压强的理想气体，与分别为大气的压强和温度。已知：气体内能与温度的关系为，为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的。求：
（i）气缸内气体与大气达到平衡时的体积；

（ii）在活塞下降过程中，气缸内气体放出的热量。

如图8-3-13所示，竖直放置的足够长的密闭气缸，缸体与缸内理想气体的总质量m₁="10" kg，活塞质量m₂="2" kg，活塞横截面积S=2×10^-3 m²，活塞上端与一个劲度系数k=1×10³ N/m 的弹簧相连.当气缸下部被木柱支住时，弹簧刚好不伸长，封闭在气缸内的气柱长L₁="0.2" m，若外界大气压p₀=1×10⁵ Pa，g取10 m/s²，求

图8-3-13
(1)这时气缸内气体的压强为多大？
(2)将木柱拿开，待气缸重新平衡后(温度保持不变)弹簧伸长多少？
(3)气缸下降的距离是多少？

如图8-3-11所示，竖直圆筒是固定不动的，粗筒横截面积是细筒的4倍，细筒足够长，粗筒中A、B两轻质活塞间封有空气，气柱长L="20" cm，活塞A上方的水银深H="10" cm，两活塞与筒壁间的摩擦不计.用外力向上托住活塞B，使之处于平衡状态，水银面与粗筒上端相平，现使活塞B缓慢上移，直至水银的一半被推入细筒中，求活塞上B移的距离，设在整个过程中气柱的温度不变，大气压强p₀相当于75 cm的汞柱产生的压强.

图8-3-11

如图8-3-14所示，将一盆绿色植物放在一个密闭的装有氢氧化钠溶液的容器内，溶液上方充满体积为V的氧气.玻璃导管一端插入密闭容器，另一端经胶皮管与U形管相连，U形管中装有一定量的水，两侧水面相平.将此装置放在黑暗中24小时后，U形管中两侧水面将出现高度差.试回答：

图8-3-14
(1)U形管中哪一侧水面上升？
(2)将此装置放置在黑暗中的目的是什么？
(3)U形管中两侧水面的高度差为h，容器内的氧气保持温度T不变，以ρ表示水的密度，以p₀、T₀表示标准状况下气体的压强和温度，以V_mol表示气体摩尔体积，实验时大气压强都为p₀，则可求得容器内的绿色植物因上述根本原因消耗了多少葡萄糖？(用化学方程式表示).

如图8-3-12所示,一连通器与贮水银的瓶M用软管相连,连通器的两支管竖直放置,粗细相同且上端封闭的均匀直管A和B内充有水银,水银面的高度差为h,水银面上方都是空气,气柱水均为2h,当气体的温度为T₀(K)时,A管中气体的压强与3h高的水银产生的压强相等.现使气体的温度升高到1.5T₀(K),同时调节M的高度,使B管中的水银面高度不变,问流入A管的水银柱的长度为多少?

图8-3-12

放在光滑地面上的汽缸如图8-3-6所示，缸体质量为2 kg，活塞质量为1 kg.静止时，活塞距离汽缸底面10 cm，活塞面积为100 cm²，外界大气压p₀为1×10⁵ Pa.现用水平推力F向左推活塞，活塞和汽缸以共同加速度向左加速运动，这时活塞和汽缸底的距离为8 cm,求水平推力F.（温度不变，下列因素不考虑：缸体厚度、空气阻力、活塞与汽缸间的摩擦）

图8-3-6

在湖面下50 m深处，温度为7℃，体积为1 cm³的气泡，升到湖面，温度为17℃，体积将变为多大？（p₀="10" m水柱）