浙江專版2023-2024學(xué)年新教材高中物理新人教版選擇性必修第三冊 2.2 氣體的等溫變化（課件+訓(xùn)練提升）（2份）

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2氣體的等溫變化

課前·基礎(chǔ)認(rèn)知

課堂·重難突破

素養(yǎng)·目標(biāo)定位

隨堂訓(xùn)練

素養(yǎng)目標(biāo)定位

目標(biāo)素養(yǎng)

1.理解一定質(zhì)量的氣體,在溫度不變的情況下壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。

2.學(xué)會通過實驗的方法研究問題,探究物理規(guī)律,學(xué)習(xí)用電子表格與圖像對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析,體驗科學(xué)探究過程。

3.理解氣體等溫變化的p-V圖像的物理意義。

4.學(xué)會用玻意耳定律計算有關(guān)的問題。

知識概覽

課前·基礎(chǔ)認(rèn)知

一、等溫變化

1.等溫變化:一定質(zhì)量的氣體,在溫度不變的條件下,其壓強(qiáng)與體積變化時的關(guān)系,我們把這種變化叫作氣體的等溫變化。

2.探究氣體等溫變化的規(guī)律。

(1)實驗器材:鐵架臺、注射器、橡膠塞、壓力表等。注射器下端用橡膠塞密封,上端用活塞封閉一段空氣柱,這段空氣柱是我們的研究對象。

(2)數(shù)據(jù)收集:空氣柱的壓強(qiáng)p由上方的壓力表讀出,體積V用刻度尺讀出的空氣柱的長度l乘氣柱的橫截面積S。用手把活塞向下壓或向上拉,讀出體積與壓強(qiáng)的幾組值。

(3)數(shù)據(jù)處理。

以壓強(qiáng)p為縱坐標(biāo),以氣體體積的倒數(shù)為橫坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系,將收集的各組數(shù)據(jù)描點作圖,若圖像是過原點的直線,說明壓強(qiáng)跟體積的倒數(shù)成正比,也就說明壓強(qiáng)跟體積成反比。

3.玻意耳定律。

(1)內(nèi)容:一定質(zhì)量的某種氣體,在溫度保持不變的情況下,壓強(qiáng)p和體積V成反比。

(2)公式:pV=C(常量)或p1V1=p2V2。

(3)適用條件。

①氣體質(zhì)量不變、溫度不變。

②氣體溫度不太低、壓強(qiáng)不太大。

微探究在一個恒溫池中,一串串氣泡由池底慢慢升到水面,有趣的是氣泡在上升過程中,體積逐漸變大,到水面時就會破裂。

(1)上升過程中,氣泡內(nèi)氣體的溫度發(fā)生改變嗎

(2)上升過程中,氣泡內(nèi)氣體的壓強(qiáng)怎么改變

(3)氣泡在上升過程中體積為何會變大

提示:(1)因為在恒溫池中,

所以氣泡內(nèi)氣體的溫度保持不變。

(2)變小。

(3)由玻意耳定律pV=C可知,壓強(qiáng)變小,氣體的體積增大。

二、氣體等溫變化的p-V圖像

1.p-V圖像:一定質(zhì)量的氣體的p-V圖像為一條雙曲線,如圖所示。

如圖所示。

微思考若實驗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)氣體體積減小,壓強(qiáng)增大的特點,能否斷定壓強(qiáng)與體積成反比

課堂·重難突破

重難歸納

【實驗?zāi)康摹?/p>

探究一定質(zhì)量的氣體,在溫度不變的條件下,其壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。

【實驗原理】

在保證密閉注射器中氣體的質(zhì)量和溫度不變的條件下,改變密閉注射器中氣體的體積,由壓力表讀出對應(yīng)氣體的壓強(qiáng),進(jìn)而研究在恒溫條件下氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。

一實驗:探究氣體等溫變化的規(guī)律

【實驗器材】

帶鐵夾的鐵架臺、注射器、柱塞(與壓力表密封連接)、壓力表、橡膠套、刻度尺。

【實驗步驟】

(1)按下圖組裝實驗器材。

(2)利用注射器抽取一段空氣柱為研究對象,注射器下端的開口有橡膠套,它和柱塞一起把這一段空氣柱封閉。

(3)把柱塞緩慢地向下壓或向上拉,讀取空氣柱的長度與壓強(qiáng)的幾組數(shù)據(jù)。空氣柱的長度l可以通過刻度尺測量,空氣柱的長度l與橫截面積S的乘積就是它的體積V。空氣柱的壓強(qiáng)p可以從壓力表讀取。

(4)將得到的數(shù)據(jù)填在下表中。

項目12345

壓強(qiáng)p/Pa

體積V/cm3

體積倒數(shù)/cm-3

【數(shù)據(jù)處理】

(1)作p-V圖像。

以壓強(qiáng)p為縱坐標(biāo),以體積V為橫坐標(biāo),用采集的各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點,繪出等溫曲線,如圖所示。觀察p-V圖像看能否得出p、V的定量關(guān)系。

(3)實驗結(jié)論:一定質(zhì)量的某種氣體,在溫度不變的情況下,其壓強(qiáng)與體積的倒數(shù)成正比。

【誤差分析】

(1)注射器有漏氣現(xiàn)象。

(2)實驗過程中的溫度不能保證完全一致。

【注意事項】

(1)改變氣體體積時,要緩慢進(jìn)行。

(2)實驗過程中,不要用手接觸注射器的外壁。

(3)實驗前要在柱塞上涂抹潤滑油。

(4)讀數(shù)時視線要與柱塞底面平行。

(5)作p-圖像時,應(yīng)使盡可能多的點落在直線上,不在直線上的點應(yīng)均勻分布于直線兩側(cè),偏離太大的點應(yīng)舍棄掉。

典例剖析

某同學(xué)用如圖所示裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律。

(1)在實驗中,下列操作不必需的是。

A.用橡膠套密封注射器的下端

B.用游標(biāo)卡尺測量柱塞的直徑

C.讀取壓力表上顯示的壓強(qiáng)

D.讀取刻度尺上顯示的空氣柱長度

(2)實驗裝置用鐵架臺固定,而不是用手握住

玻璃管(或注射器),并且在實驗中要緩慢推動

活塞,這些要求的目的是。

(3)下列圖像中,最能直觀反映氣體等溫變化的規(guī)律的是

。

答案:(1)B

(2)保證氣體狀態(tài)變化過程中溫度盡可能保持不變

(3)C

解析:(1)為了保證氣密性,應(yīng)用橡膠套密封注射器的下端,選項A必需;由于注射器的直徑均勻恒定,根據(jù)V=lS可知體積和空氣柱長度成正比,所以只需讀取刻度尺上顯示的空氣柱長度,無須測量直徑,選項B不必需,D必需;為了得知氣壓的變化情況,需要讀取壓力表上顯示的壓強(qiáng),選項C必需。

(2)手溫會影響氣體的溫度,且實驗過程中若氣體壓縮太快,溫度升高后熱量不能快速釋放,氣體溫度會升高,所以這樣做的目的是保證氣體狀態(tài)變化過程中溫度盡可能保持不變。

規(guī)律方法1.保證氣體質(zhì)量不變的方法:針筒要密封,為此可于實驗前在柱塞上涂好潤滑油,以免漏氣。

2.保證氣體溫度不變的方法。

(1)改變氣體體積時,要緩慢進(jìn)行。

(2)實驗操作時不要觸摸注射器的空氣柱部分。

(3)改變氣體體積后不要立即讀數(shù),待穩(wěn)定后再讀數(shù)。

3.實驗數(shù)據(jù)處理:用p-V圖像處理數(shù)據(jù)時,得到的圖線是雙曲線;用p-圖像處理數(shù)據(jù)時,得到的圖線是過原點的直線,圖線的斜率等于pV,且保持不變。

學(xué)以致用

用如圖甲所示的實驗裝置探究

等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)

與體積的關(guān)系。在注射器活塞

上涂潤滑油并插入注射器針筒,

用細(xì)軟管將針筒小孔與壓強(qiáng)傳

感器連接,密封一定質(zhì)量氣體,移動活塞改變氣體的體積和壓強(qiáng),氣體體積由注射器刻度讀取,氣體壓強(qiáng)由壓強(qiáng)傳感器讀取。

(1)下列說法正確的是。

A.氣體的壓強(qiáng)和體積必須用國際單位

B.在活塞上涂潤滑油只是為了減小摩擦力

C.移動活塞應(yīng)緩慢且不能用手握住注射器

D.若實驗中連接傳感器和注射器的軟管脫落,可以立即接上繼續(xù)實驗

(2)交流實驗成果時某同學(xué)發(fā)現(xiàn)各小組所測的壓強(qiáng)與體積的乘積并不相同,最主要的原因是。

(3)某小組實驗操作無誤,但根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出的V-圖線不過坐標(biāo)原點,如圖乙所示,圖中V0代表的體積。

答案:(1)C

(2)密封的氣體質(zhì)量不同

(3)壓強(qiáng)傳感器與注射器之間氣體

解析:(1)本體積的比例關(guān)系,單位無須統(tǒng)一為國際單位,故選項A實驗研究氣體的壓強(qiáng)和錯誤;為了防止漏氣,應(yīng)當(dāng)在注射器活塞上涂潤滑油,來增加連接處密封性,故選項B錯誤;移動活塞要緩慢,實驗時不要用手握住注射器,都是為了保證實驗的恒溫條件,故選項C正確;壓強(qiáng)傳感器與注射器之間的軟管脫落后,氣體質(zhì)量變化了,應(yīng)該重新做實驗,故選項D錯誤。

重難歸納

1.取等壓面法。

同種液體在同一深度向各個方向的壓強(qiáng)相等,靈活選取等壓面,求解氣體壓強(qiáng)。如圖甲所示,C、D兩處壓強(qiáng)相等,故pA=p0+ph;如圖乙所示,M、N兩處壓強(qiáng)相等,從左側(cè)管看有pB=pA+ph2,從右側(cè)管看,有pB=p0+ph1。

二封閉氣體壓強(qiáng)的計算

2.力平衡法。

選與封閉氣體接觸的活塞、汽缸或液體為研究對象進(jìn)行受力分析,由平衡條件列式求氣體壓強(qiáng)。

3.牛頓運動定律法。

容器勻變速運動時,選與封閉氣體接觸的活塞、汽缸或液體為研究對象,由牛頓第二定律列方程求解。

如圖所示,在溫度不變的情況下,把一根上端封閉的玻璃管豎直插入水銀槽中,插入后管口到槽內(nèi)水銀面的距離是l,若大氣壓為p0,兩液面的高度差為h。玻璃管內(nèi)液面處的壓強(qiáng)和玻璃管口處的壓強(qiáng)分別是多少

提示:玻璃管內(nèi)液面處的壓強(qiáng)p1=p0+ρgh。

玻璃管口處的壓強(qiáng)p2=p0+ρgl。

典例剖析

如圖所示,豎直靜止放置的U形管,左端開口,右端封閉,管內(nèi)有a、b兩段水銀柱,將A、B兩段空氣柱封閉在管內(nèi)。已知水銀柱a長h1,水銀柱b兩個液面間的高度差為h2,大氣壓強(qiáng)為p0,則空氣柱A、B的壓強(qiáng)分別是多少(已知水銀的密度為ρ)

答案:p0-ρgh1p0-ρg(h1+h2)

解析:設(shè)管的橫截面積為S,選a的下端面為參考液面,它受的向下的壓力為(pA+ph1)S,受向上的大氣壓力為p0S,由于系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài),則(pA+ph1)S=p0S,所以pA=p0-ph1=p0-ρgh1;再選b的左下端面為參考液面,則(pB+ph2)S=pAS,所以pB=pA-ph2=p0-ρgh1-ρgh2=p0-ρg(h1+h2)。

規(guī)律總結(jié)封閉氣體壓強(qiáng)計算的常見類型和方法步驟

學(xué)以致用

如圖所示,活塞的質(zhì)量為m,缸套的質(zhì)量為m',通過彈簧靜止吊在天花板上,汽缸內(nèi)封住一定質(zhì)量的氣體,缸套和活塞間無摩擦,活塞橫截面積為S,大氣壓強(qiáng)為p0,重力加速度為g,則封閉氣體的壓強(qiáng)p為()

答案:C

解析:以缸套為研究對象,有pS+m'g=p0S,

所以封閉氣體的壓強(qiáng)p=p0-,故選項C正確。

重難歸納

1.對玻意耳定律的理解。

(1)成立條件:玻意耳定律p1V1=p2V2是實驗定律,只有在氣體質(zhì)量一定、溫度不變的條件下才成立。

(2)玻意耳定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式pV=C中的常量C不是一個普適恒量,它與氣體的種類、質(zhì)量、溫度有關(guān)。對一定質(zhì)量的氣體,溫度越高,該恒量C越大。

三玻意耳定律的理解與應(yīng)用

2.應(yīng)用玻意耳定律的思路和方法。

(1)確定研究對象,并判斷是否滿足玻意耳定律成立的條件。

(2)確定始末狀態(tài)及狀態(tài)參量(p1、V1、p2、V2)。

(3)根據(jù)玻意耳定律列方程p1V1=p2V2,代入數(shù)值求解(注意各狀態(tài)參量要統(tǒng)一單位)。

(4)注意分析題目中的隱含條件,必要時還應(yīng)由力學(xué)或幾何知識列出輔助方程。

(5)有時要檢驗結(jié)果是否符合實際,對不符合實際的結(jié)果要刪去。

使用氣壓式保溫瓶時不用傾倒,只需用手壓瓶蓋便能使水流出。你知道其中的道理嗎觀察氣壓式保溫瓶的結(jié)構(gòu),討論它出水的原理。

提示:由于熱水瓶內(nèi)是密封的,氣體質(zhì)量不變,瓶內(nèi)氣體可以看成做等溫變化,當(dāng)按下頂部活塞時,瓶內(nèi)氣體體積減小,根據(jù)玻意耳定律可知,瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大,當(dāng)瓶內(nèi)壓強(qiáng)增大到一定程度時,水就從出水口流出。

典例剖析

如圖所示,一個上下都與大氣相通的直圓筒,

內(nèi)部橫截面積為S=0.01m2,中間用兩個活塞

A和B封住一定質(zhì)量的氣體。A、B都可沿圓

筒無摩擦地上下滑動,且不漏氣。A的質(zhì)量不

計,B的質(zhì)量為m0,并與一勁度系數(shù)為k=5×103N/m的較長的彈簧相連。已知大氣壓p0=1×105Pa,平衡時兩活塞之間的距離l0=0.6m,現(xiàn)用力壓A,使之緩慢向下移動一段距離后,保持靜止。此時用于壓A的力F=500N,求活塞A下移的距離。

答案:0.3m

解析:設(shè)活塞A下移的距離為l,活塞B下移的距離為x,

對圓筒中的氣體有

初狀態(tài):p1=p0,V1=l0S

誤區(qū)警示應(yīng)用玻意耳定律解題時的兩個誤區(qū)

誤區(qū)1:誤認(rèn)為在任何情況下玻意耳定律都成立。只有一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時,定律成立。

誤區(qū)2:誤認(rèn)為氣體的質(zhì)量變化時,一定不能用玻意耳定律進(jìn)行分析。

當(dāng)氣體經(jīng)歷多個質(zhì)量發(fā)生變化的過程時,可以分段應(yīng)用玻意耳定律列方程,也可以把發(fā)生變化的所有氣體作為研究對象,保證初、末態(tài)的氣體的質(zhì)量、溫度不變,應(yīng)用玻意耳定律列方程。

學(xué)以致用

1.呼吸機(jī)在抗擊新冠肺炎的疫情中發(fā)揮了重要的作用。呼吸機(jī)的工作原理可以簡述為吸氣時會將氣體壓入患者的肺內(nèi),當(dāng)壓力上升到一定值時,呼吸機(jī)會停止供氣,呼氣閥也會相繼打開,患者的胸廓和肺就會產(chǎn)生被動性的收縮,進(jìn)行呼氣。若吸氣前肺內(nèi)氣體的體積為V0,肺內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p0(大氣壓強(qiáng))。吸入一些壓強(qiáng)為p0的氣體后肺內(nèi)氣體的體積變?yōu)閂,壓強(qiáng)為p,若空氣視為理想氣體,整個過程溫度保持不變,則吸入氣體的體積為()

D

解析:設(shè)壓入的氣體體積為V1,氣體做等溫變化,

則pV=p0V0+p0V1,

2.使用膠頭滴管時,插入水中,捏尾部的橡膠頭,使其體積減小,排出一定空氣后穩(wěn)定狀態(tài)如圖所示。然后松手,橡膠頭體積增大V1,有體積V2的水進(jìn)入了滴管。忽略溫度的變化,根據(jù)圖中h1和h2的高度關(guān)系,有()

A.V1>V2

B.V1h2,則p1>p2

設(shè)氣體開始時的體積為V10,吸入水后的體積為V20,

氣體的溫度不變,根據(jù)玻意耳定律p1V10=p2V20

由于p1>p2,則V10V2故A正確,B、C、D錯誤。

重難歸納

四兩種等溫變化圖像

下圖是一定質(zhì)量的某種氣體狀態(tài)變化的p-V圖像,氣體沿直線由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中溫度變化嗎

提示:由題圖可知,pAVA=pBVB,所以A、B兩狀態(tài)的溫度相等,在同一等溫線上。過A和B畫一條等溫線如圖所示,直線AB上的其他點并不在等溫線上,所以氣體沿直線由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中溫度變化。

典例剖析

(多選)右圖為一定質(zhì)量的氣體在不同溫度下的兩條等溫線,則下列說法正確的是()

A.從等溫線可以看出,一定質(zhì)量的氣體在

發(fā)生等溫變化時,其壓強(qiáng)與體積成反比

B.一定質(zhì)量的氣體,在不同溫度下的等

溫線是不同的

C.一定質(zhì)量的氣體,溫度越高,氣體壓強(qiáng)與體積的乘積越小

D.由圖可知T1>T2

AB

解析:由等溫線的物理意義可知,選項A、B正確;對于一定質(zhì)量的氣體,溫度越高,氣體壓強(qiáng)與體積乘積越大,等溫線的位置越高,選項C、D錯誤。

規(guī)律總結(jié)1.不同的等溫線溫度不同,越靠近原點的等溫線溫度越低,越遠(yuǎn)離原點的等溫線溫度越高。

2.由不同等溫線的分布情況可以判斷溫度的高低。

學(xué)以致用

如圖所示,由導(dǎo)熱材料制成的汽缸和活塞將一定質(zhì)量的氣體封閉在汽缸內(nèi),活塞與汽缸壁之間無摩擦,活塞上方存有少量液體。將一細(xì)管插入液體,由于虹吸現(xiàn)象,活塞上方液體緩慢流出,在此過程中,大氣壓強(qiáng)與外界的溫度保持不變。

下列各個描述氣體狀態(tài)變化的圖像中與上述過程相符合的是()

答案:D

解析:封閉氣體做的是等溫變化,選項D正確。

隨堂訓(xùn)練

1.(多選)探究氣體等溫變化規(guī)律的實驗裝置如圖所示,下列說法正確的是()

A.實驗過程中應(yīng)保持被封閉氣體的質(zhì)量和溫度不發(fā)生變化

B.實驗中為找到體積與壓強(qiáng)的關(guān)系,一定要測量空氣柱的橫截面積

C.為了減小實驗誤差,可以在柱塞上涂潤滑油,以減小摩擦

AD

解析:本實驗采用的方法是控制變量法,所以要保持被封閉氣體的質(zhì)量和溫度不變,選項A正確;由于注射器的橫截面積不變,所以只需測出空氣柱的長度即可,選項B錯誤;涂潤滑油的主要目的是防止漏氣,使被封閉氣體的質(zhì)量不發(fā)生變化,選項

2.如圖所示,某種自動洗衣機(jī)進(jìn)水時,與洗衣缸相連的細(xì)管中會封閉一定質(zhì)量的空氣,通過壓力傳感器感知管中的空氣壓力,從而控制進(jìn)水量。設(shè)溫度不變,洗衣缸內(nèi)水位升高,則細(xì)管中被封閉的空氣()

A.體積不變,壓強(qiáng)變小

B.體積變小,壓強(qiáng)變大

C.體積不變,壓強(qiáng)變大

D.體積變小,壓強(qiáng)變小

答案:B

解析:由于氣體溫度不變,屬于等溫變化,水位升高,封閉氣體的體積減小,根據(jù)玻意耳定律pV=C(C為定值)知,壓強(qiáng)增大,故選項B正確。

3.一個籃球的容積是3L,用打氣筒給這個籃球打氣,每打一次都把體積為300mL、壓強(qiáng)與大氣壓相同的氣體打進(jìn)球內(nèi)。如果打氣前籃球已經(jīng)是球形,并且里面的壓強(qiáng)與大氣壓相等,則打了10次后,籃球內(nèi)部空氣的壓強(qiáng)與大氣壓的比值是(整個打氣過程籃球內(nèi)溫度不變)()

A.1B.1.5C.2D.2.5

答案:C

解析:打氣過程視為等溫變化,研究全部氣體,設(shè)大氣壓強(qiáng)為p0,根據(jù)玻意耳定律有p0V0=p1V1,代入數(shù)據(jù)得p0×(3L+10×0.3L)

=3L·p1,解得p1=2p0,故選C。

4.如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體,從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2,其

p-圖像為傾斜直線,下述正確的是()

A.氣體的密度不變B.氣體的壓強(qiáng)不變

C.氣體的體積不變D.氣體的溫度不變

答案:D

5.若已知大氣壓強(qiáng)為p0,下圖中各裝置均處于靜止?fàn)顟B(tài),液體密度均為ρ,求被封閉氣體的壓強(qiáng)。

6.現(xiàn)有一質(zhì)量為m0的汽缸,用質(zhì)量為m的活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體,當(dāng)汽缸豎直放置時,空氣柱長為l0(如圖甲所示)。已知大氣壓強(qiáng)為p0,活塞的橫截面積為S,它與汽缸之間無摩擦且不漏氣,氣體溫度保持不變。

(1)求圖甲中封閉氣體的壓強(qiáng)。

(2)汽缸如圖乙所示懸掛并保持靜止

時,求封閉氣體的壓強(qiáng)及氣柱長度。

解析:(1)在題圖甲中,對活塞受力分析,

(2)在題圖乙中,對汽缸受力分析,根據(jù)平衡條件得

p2S+m0g=p0S

以汽缸中的氣體為研究對象,根據(jù)玻意耳定律有

p1l0S=p2lS2氣體的等溫變化

課后·訓(xùn)練提升

基礎(chǔ)鞏固

一、選擇題Ⅰ(每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的)

1.如圖所示,豎直放置、開口向上的試管內(nèi)用水銀封閉一段氣體,若試管自由下落,管內(nèi)的封閉氣體()

A.壓強(qiáng)增大,體積增大

B.壓強(qiáng)增大,體積減小

C.壓強(qiáng)減小,體積增大

D.壓強(qiáng)減小,體積減小

答案:C

解析:設(shè)豎直放置、開口向上的試管保持靜止時,試管內(nèi)封閉氣體壓強(qiáng)為p,大氣壓強(qiáng)為p0,水銀對試管內(nèi)氣體產(chǎn)生壓強(qiáng)為p',則有p=p0+p',當(dāng)試管自由下落時,水銀完全失重,p=p0,所以試管內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小,試管自由下落可看作是等溫過程,由pV=C可知氣體的體積增大,選項A、B、D錯誤,C正確。

2.在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓p0下,把粗細(xì)均勻的玻璃管開口向下豎直地壓入水中,管中共有部分充滿水,假設(shè)溫度不變,則此時管內(nèi)空氣壓強(qiáng)為()

A.3p0B.2p0

C.p0D.p0

答案:B

解析:設(shè)管中的氣體的初始壓強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓p0,體積為Sl,壓縮后的壓強(qiáng)為p,體積為Sl,根據(jù)玻意耳定律有p0Sl=p·Sl,解得p=2p0,故選項B正確,A、C、D錯誤。

3.研學(xué)小組對自行車打氣過程進(jìn)行實驗研究。首先設(shè)法測得拔下氣門芯狀態(tài)下內(nèi)胎的容積是打足氣狀態(tài)的容積的一半(考慮到外胎的束縛,設(shè)打足氣狀態(tài)的容積不變,大小為V0)。安好氣門芯后給自行車胎緩慢地打氣(保證打氣筒溫度不變)。打氣筒的總?cè)莘e是V0的十分之一,每次將打氣筒活塞拉到最頂端緩慢壓到最底端,保證氣筒內(nèi)氣體全部進(jìn)入車胎。假設(shè)打氣過程中各個銜接處不漏氣,也不考慮打氣筒與輪胎連接管內(nèi)的微量氣體影響。這樣連續(xù)打氣20次后胎內(nèi)氣體壓強(qiáng)為(設(shè)當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為p0)()

A.2p0B.2.5p0

C.0.4p0D.0.5p0

答案:B

解析:設(shè)車胎容積為V0,開始時體積為V0,打入車胎內(nèi)的體積為20×V0=2V0

打氣20次后胎內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p1,根據(jù)玻意耳定律可得p0=p1V0

解得打氣20次后胎內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p1=2.5p0,故選項B正確。

二、選擇題Ⅱ(每小題列出的四個備選項中至少有一個是符合題目要求的)

4.在做托里拆利實驗時,玻璃管內(nèi)有些殘存的空氣,此時玻璃管豎直放置,如圖所示。假如把玻璃管豎直向上提起一段距離,玻璃管下端仍浸在水銀中,則管內(nèi)()

A.空氣體積不變

B.空氣體積變大

C.水銀柱長度變大

D.空氣壓強(qiáng)變大

答案:BC

解析:在實驗中,水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)加上封閉空氣柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)等于外界大氣壓。如果將玻璃管向上提,則管內(nèi)水銀柱上方空氣的體積增大,故選項A錯誤,B正確;因為管內(nèi)空氣的體積增大且溫度保持不變,由玻意耳定律可知,壓強(qiáng)減小,管內(nèi)空氣的壓強(qiáng)p=p0-ρ水銀gh,因為壓強(qiáng)p變小且大氣壓強(qiáng)p0不變,所以h變大,即管內(nèi)水銀柱長度變大,故選項C正確,D錯誤。

5.如圖所示,在一端封閉的玻璃管中,用一段水銀將管內(nèi)氣體與外界隔絕,管口向下放置,若將管傾斜,待穩(wěn)定后則呈現(xiàn)的物理現(xiàn)象是()

A.封閉端內(nèi)氣體的壓強(qiáng)增大

B.封閉端內(nèi)氣體的壓強(qiáng)減小

C.封閉端內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不變

D.封閉端內(nèi)氣體的體積減小

答案:AD

解析:設(shè)水銀柱的高度為h,由圖示可知,氣體壓強(qiáng)間的關(guān)系為p2=p0-ρ水銀gh,如果玻璃管傾斜,h變小,玻璃管中的氣體壓強(qiáng)變大;由于氣體溫度不變,壓強(qiáng)增大,由玻意耳定律pV=C可知,氣體體積變小,故選項A、D正確,B、C錯誤。

6.某同學(xué)用帶有刻度的注射器做驗證玻意耳定律的實驗,溫度不變,由圖中的圖線可以得出()

A.如果實驗是從E狀態(tài)→F狀態(tài),則表示外界有空氣進(jìn)入注射器內(nèi)

B.如果實驗是從E狀態(tài)→F狀態(tài),則表示注射器內(nèi)有部分空氣漏了出來

C.如果實驗是從F狀態(tài)→E狀態(tài),則表示注射器內(nèi)有部分空氣漏了出來

D.如果實驗是從F狀態(tài)→E狀態(tài),則表示外界有空氣進(jìn)入注射器內(nèi)

答案:AC

解析:連接OE、OF,因為OF的斜率大于OE的斜率,表示pEVE>pFVF,說明如果實驗是從E狀態(tài)→F狀態(tài),則表示外界有空氣進(jìn)入注射器內(nèi);如果實驗是從F狀態(tài)→E狀態(tài),則表示注射器內(nèi)有部分空氣漏了出來,故選項A、C正確,B、D錯誤。

三、非選擇題

7.某同學(xué)用如圖所示裝置探究氣體做等溫變化的規(guī)律。

(1)在實驗中,下列哪些操作不是必需的。

A.用橡膠塞密封注射器的下端

B.用游標(biāo)卡尺測量柱塞的直徑

C.讀取壓力表上顯示的氣壓值

D.讀取刻度尺上顯示的空氣柱長度

(2)實驗裝置用鐵架臺固定,而不是用手握住玻璃管(或注射器),并且在實驗中要緩慢推動活塞,這些要求的目的是。

(3)下列圖像中,最能直觀反映氣體做等溫變化的規(guī)律的是。

(4)一定質(zhì)量的氣體由狀態(tài)A變到狀態(tài)B的過程如圖所示,A、B位于同一雙曲線上,則此變化過程中,溫度。

A.一直下降

B.先上升后下降

C.先下降后上升

D.一直上升

答案:(1)B(2)保證氣體狀態(tài)變化過程中溫度盡可能保持不變(3)C(4)B

解析:(1)用橡膠塞密封注射器的下端,是為了封住一定量的氣體,故選項A是必需的;沒有必要測量柱塞的直徑,由于整個過程中,截面不變,知道長度就可以,列方程時,可以把兩邊截面消掉,故選項B不是必需的;讀取壓力表上顯示的氣壓值,知道初末狀態(tài)的氣壓值,故選項C是必需的;讀取刻度尺上顯示的空氣柱長度來表示空氣的體積,故選項D是必需的。

(2)不是用手握住玻璃管(或注射器),并且在實驗中要緩慢推動活塞,這些要求的目的是盡可能保證封閉氣體在狀態(tài)變化過程中的溫度不變。

(3)圖像中直線比曲線直觀,在等溫變化中,p與成正比,因此作p-圖像,應(yīng)是一條過坐標(biāo)原點的直線,故選項C正確,A、B、D錯誤。

(4)A、B位于同一雙曲線上,由圖示p-V圖像可知,A、B兩點在同一條等溫線上,在直線AB上取一點C(可以取中點),過C點的等溫曲線如圖所示,由理想氣體狀態(tài)方程=C可知,兩等溫線的溫度關(guān)系為T1ΔFB

D.ΔpASB可知ΔpA<ΔpB,故選項D正確。

二、選擇題Ⅱ(每小題列出的四個備選項中至少有一個是符合題目要求的)

3.某同學(xué)用同一個注射器做了兩次研究等溫變化中氣體與體積關(guān)系的實驗,操作完全正確。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)卻畫出了兩條不同的p-V雙曲線,如圖所示。造成這種情況的原因可能是()

A.兩次實驗中空氣質(zhì)量不同

B.兩次實驗中溫度不同

C.兩次實驗中保持空氣質(zhì)量、溫度相同,但所取氣體壓強(qiáng)的數(shù)據(jù)不同

D.兩次實驗中保持空氣質(zhì)量、溫度相同,但所取氣體體積的數(shù)據(jù)不同

答案:AB

解析:由玻意耳定律可以知道pV為定值。若pV乘積一定,則p-V圖是雙曲線,且乘積不同,雙曲線不同,所以題中可能是溫度T不同,也可能是氣體質(zhì)量不同。故選項A、B正確,C、D錯誤。

4.如圖所示,兩端開口的均勻玻璃管豎直插入水銀槽中,管中有一段長為h1的水銀柱封閉一定質(zhì)量的氣體,這時管下端開口處內(nèi)外水銀面高度差為h2,若保持環(huán)境溫度不變,當(dāng)外界壓強(qiáng)增大時,下列分析正確的是()

A.h2變長B.h2不變

C.水銀柱上升D.水銀柱下降

答案:BD

解析:對于管內(nèi)封閉的氣體有p=p0+