2025年高考物理復(fù)習(xí)二十二：氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用（含解析）

PAGE專題強(qiáng)化練(二十二)氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用(40分鐘70分)一、選擇題1.(6分)(2023·天津河西區(qū)模擬)若一氣泡從湖底上升到湖面的過程中溫度保持不變,則在此過程中關(guān)于氣泡中的氣體,下列說法正確的是 ()A.氣體壓強(qiáng)減小體積增大B.氣體分子的平均速率增大C.氣體分子的平均動能減小D.氣體分子間的作用力增大2.(6分)導(dǎo)熱性能良好的活塞和汽缸封閉了一定質(zhì)量的理想氣體,彈簧豎直放置,一端固定于地面,一端連接活塞,在彈簧作用下活塞和汽缸處于靜止?fàn)顟B(tài),現(xiàn)緩慢升高外界溫度,此過程中不變的物理量是 ()A.封閉氣體的分子數(shù)密度B.封閉氣體的分子的平均動能C.封閉氣體的內(nèi)能D.彈簧形變量3.(6分)一個籃球的容積是5L。用打氣筒給這個籃球打氣,每打一次都把體積為200mL、壓強(qiáng)與大氣壓相同的氣體打進(jìn)籃球內(nèi)。如果在打氣前籃球就已經(jīng)是球形并且里面的壓強(qiáng)與大氣壓相同,正常情況下,籃球內(nèi)的氣壓最大為大氣壓的1.6倍,不然籃球會變形。若打氣過程氣體溫度保持不變,則給此籃球打氣的最多次數(shù)是 ()A.5次 B.10次 C.15次 D.20次4.(6分)豎直放置的粗細(xì)均勻、兩端封閉的細(xì)長玻璃管中,有一段水銀柱將管中氣體分為A和B兩部分,如圖所示。已知兩部分氣體A和B的體積關(guān)系是VB=3VA,溫度相同,將玻璃管溫度均升高相同溫度的過程中,水銀將 ()A.向A移動B.向B移動C.始終不動D.以上三種情況都有可能5.(6分)(多選)(2023·晉城模擬)一U形玻璃管豎直放置,左端開口,右端封閉,左端上部有一光滑的輕活塞。初始時(shí),管內(nèi)汞柱及空氣柱長度如圖所示。用力向下緩慢推活塞,直至管內(nèi)兩邊汞柱高度相等時(shí)為止。已知玻璃管的橫截面積處處相同。在活塞向下移動的過程中,沒有發(fā)生氣體泄漏,大氣壓強(qiáng)p0=75.0cmHg,環(huán)境溫度不變。下列說法正確的是 ()A.兩邊汞柱高度相等時(shí)右側(cè)管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為90cmHgB.兩邊汞柱高度相等時(shí)右側(cè)管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為144cmHgC.活塞向下移動的距離約為9.58cmD.活塞向下移動的距離約為9.42cm6.(6分)血壓儀由加壓氣囊、臂帶、壓強(qiáng)計(jì)等構(gòu)成,如圖所示。加壓氣囊可將外界空氣充入臂帶,壓強(qiáng)計(jì)示數(shù)為臂帶內(nèi)氣體的壓強(qiáng)高于大氣壓強(qiáng)的數(shù)值,充氣前臂帶內(nèi)氣體壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng),體積為V;每次擠壓氣囊都能將60cm3的外界空氣充入臂帶中,經(jīng)5次充氣后,臂帶內(nèi)氣體體積變?yōu)?V,壓強(qiáng)計(jì)示數(shù)為150mmHg。已知大氣壓強(qiáng)等于750mmHg,氣體溫度不變。忽略細(xì)管和壓強(qiáng)計(jì)內(nèi)的氣體體積。則V等于 ()A.30cm3 B.40cm3C.50cm3 D.60cm37.(6分)如圖,容積為2V的汽缸固定在水平地面上,汽缸壁及活塞導(dǎo)熱性能良好,活塞橫截面積為S,厚度不計(jì)。汽缸兩側(cè)的單向閥門(氣體只進(jìn)不出)均與打氣筒相連,開始活塞兩側(cè)封閉空氣的體積均為V,壓強(qiáng)均為p0。現(xiàn)用打氣筒向活塞左側(cè)打氣25次后固定活塞,再向活塞右側(cè)打氣5次。已知打氣筒每次能打入壓強(qiáng)為p0、體積為15V的空氣,外界溫度恒定,空氣視為理想氣體,不計(jì)活塞與汽缸間的摩擦。則穩(wěn)定后活塞右側(cè)空氣的壓強(qiáng)為 (A.7p0 B.4p0 C.2p0 D.p0二、計(jì)算題8.(12分)(2023·白山模擬)如圖所示,底部帶有閥門的導(dǎo)熱汽缸靜置在水平地面上,橫截面積為S的活塞上方封閉有一部分空氣。閥門K打開穩(wěn)定時(shí),活塞上、下兩部分空氣的高度均為h,現(xiàn)用打氣筒從閥門K處緩慢充入空氣,使活塞緩慢上升。已知大氣壓強(qiáng)為p0,重力加速度大小為g,活塞的質(zhì)量m=p0S5g,活塞可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動且不漏氣,空氣可視為理想氣體,不考慮封閉空氣溫度的變化,當(dāng)活塞上升h(1)活塞上方封閉空氣的壓強(qiáng)p;(2)汽缸內(nèi)活塞上、下封閉空氣的質(zhì)量之比k。9.(16分)(2023·重慶模擬)如圖所示,有一開口向上的足夠高的汽缸固定在水平面上,質(zhì)量為m=4kg、橫截面積為S=40cm2的活塞放在大小可忽略的固定擋板上,固定擋板距離汽缸底部H=33cm。將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸中,最初汽缸內(nèi)氣體的溫度為t1=27℃、壓強(qiáng)為p0=1.0×105Pa。已知大氣壓強(qiáng)為p0=1.0×105Pa,重力加速度為g=10m/s2,T=t+273K。(1)現(xiàn)將汽缸內(nèi)氣體溫度緩慢升高,當(dāng)活塞剛好離開擋板時(shí),溫度為多少攝氏度?(2)繼續(xù)升高汽缸內(nèi)氣體的溫度至127℃,此時(shí)活塞到汽缸底部的距離h是多少?【加固訓(xùn)練】(2023·葫蘆島模擬)如圖甲所示,一水平固定放置的汽缸由兩個粗細(xì)不同的圓柱形筒組成,汽缸中活塞Ⅰ與活塞Ⅱ之間封閉有一定量的理想氣體,兩活塞用長度為2L、不可伸長的輕質(zhì)細(xì)線連接,活塞Ⅱ恰好位于汽缸的粗細(xì)缸連接處,此時(shí)細(xì)線拉直且無張力?，F(xiàn)把汽缸豎立放置,如圖乙所示,活塞Ⅰ在上方,穩(wěn)定后活塞Ⅰ、Ⅱ到汽缸的粗細(xì)缸連接處的距離均為L。已知活塞Ⅰ與活塞Ⅱ的質(zhì)量分別為2m、m,面積分別為2S、S,重力加速度大小為g,大氣壓強(qiáng)和環(huán)境溫度保持不變,忽略活塞與汽缸壁的摩擦,汽缸不漏氣,汽缸與活塞導(dǎo)熱性良好,不計(jì)細(xì)線的體積。求:大氣壓強(qiáng)和圖乙狀態(tài)時(shí)細(xì)線上的張力。解析版一、選擇題1.(6分)(2023·天津河西區(qū)模擬)若一氣泡從湖底上升到湖面的過程中溫度保持不變,則在此過程中關(guān)于氣泡中的氣體,下列說法正確的是 ()A.氣體壓強(qiáng)減小體積增大B.氣體分子的平均速率增大C.氣體分子的平均動能減小D.氣體分子間的作用力增大【解析】選A。氣泡從湖底上升到湖面的過程中溫度保持不變,則氣體分子的平均動能不變,氣體分子的平均速率不變;氣體壓強(qiáng)減小,根據(jù)玻意耳定律pV=C可知?dú)怏w體積增大,故A正確,B、C錯誤;氣體分子間的距離比較大,分子間的作用力可忽略不計(jì),故D錯誤。2.(6分)導(dǎo)熱性能良好的活塞和汽缸封閉了一定質(zhì)量的理想氣體,彈簧豎直放置,一端固定于地面,一端連接活塞,在彈簧作用下活塞和汽缸處于靜止?fàn)顟B(tài),現(xiàn)緩慢升高外界溫度,此過程中不變的物理量是 ()A.封閉氣體的分子數(shù)密度B.封閉氣體的分子的平均動能C.封閉氣體的內(nèi)能D.彈簧形變量【解析】選D。設(shè)缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為p,汽缸的橫截面積為S,汽缸的質(zhì)量為m,外界大氣壓為p0,則初始狀態(tài)有p0S+mg=pS,可得p=p0+mgS,由此可知,當(dāng)溫度升高,封閉氣體做等壓變化,體積增大,分子數(shù)密度減小,故A錯誤;溫度升高,封閉氣體的分子的平均動能增大,故B錯誤;理想氣體,溫度升高,內(nèi)能增大,故C錯誤;汽缸和活塞組成的系統(tǒng)在溫度緩慢升高的過程中,始終處于受力平衡狀態(tài),彈簧的彈力大小始終等于活塞和汽缸的重力大小,可知彈簧的形變量不變,故D3.(6分)一個籃球的容積是5L。用打氣筒給這個籃球打氣,每打一次都把體積為200mL、壓強(qiáng)與大氣壓相同的氣體打進(jìn)籃球內(nèi)。如果在打氣前籃球就已經(jīng)是球形并且里面的壓強(qiáng)與大氣壓相同,正常情況下,籃球內(nèi)的氣壓最大為大氣壓的1.6倍,不然籃球會變形。若打氣過程氣體溫度保持不變,則給此籃球打氣的最多次數(shù)是 ()A.5次 B.10次 C.15次 D.20次【解析】選C。打氣過程溫度保持不變,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×(5+n×0.2)=5×1.6p0,解得n=15次,故選C。4.(6分)豎直放置的粗細(xì)均勻、兩端封閉的細(xì)長玻璃管中,有一段水銀柱將管中氣體分為A和B兩部分,如圖所示。已知兩部分氣體A和B的體積關(guān)系是VB=3VA,溫度相同,將玻璃管溫度均升高相同溫度的過程中,水銀將 ()A.向A移動B.向B移動C.始終不動D.以上三種情況都有可能【解析】選B。假設(shè)水銀柱不動,兩部分氣體都做等容變化,根據(jù)查理定律有pT=ΔpΔT,所以Δp=pTΔT,兩部分氣體初狀態(tài)溫度T相同,升高的溫度ΔT相同,初狀態(tài)氣體A的p大,則ΔpA>ΔpB,水銀柱所受合外力方向向上,應(yīng)向上移動,即向B5.(6分)(多選)(2023·晉城模擬)一U形玻璃管豎直放置,左端開口,右端封閉,左端上部有一光滑的輕活塞。初始時(shí),管內(nèi)汞柱及空氣柱長度如圖所示。用力向下緩慢推活塞,直至管內(nèi)兩邊汞柱高度相等時(shí)為止。已知玻璃管的橫截面積處處相同。在活塞向下移動的過程中,沒有發(fā)生氣體泄漏,大氣壓強(qiáng)p0=75.0cmHg,環(huán)境溫度不變。下列說法正確的是 ()A.兩邊汞柱高度相等時(shí)右側(cè)管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為90cmHgB.兩邊汞柱高度相等時(shí)右側(cè)管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為144cmHgC.活塞向下移動的距離約為9.58cmD.活塞向下移動的距離約為9.42cm【解析】選B、D。設(shè)初始時(shí),右管中空氣柱的壓強(qiáng)為p1,長度為l1;左管中空氣柱的壓強(qiáng)為p2=p0;長度為l2,活塞被下推后,右管中空氣柱的壓強(qiáng)為p1',長度為l1',左管中空氣柱的壓強(qiáng)為p2',長度為l2';以cmHg為壓強(qiáng)單位,由題給條件可得p1=p0+(20.0-5.00)cmHg=90cmHg,l1'=(20.0-20.0-5.002)cm=12.5cm。由玻意耳定律得p1l1S=p1'l1'S,解得p1'=144cmHg,A錯誤,B正確;依題意l-h=11.5cm-h,由玻意耳定律得p2l2S=p2'l2'S,解得活塞向下移動的距離為h≈9.42cm,C錯誤,D正確。6.(6分)血壓儀由加壓氣囊、臂帶、壓強(qiáng)計(jì)等構(gòu)成,如圖所示。加壓氣囊可將外界空氣充入臂帶,壓強(qiáng)計(jì)示數(shù)為臂帶內(nèi)氣體的壓強(qiáng)高于大氣壓強(qiáng)的數(shù)值,充氣前臂帶內(nèi)氣體壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng),體積為V;每次擠壓氣囊都能將60cm3的外界空氣充入臂帶中,經(jīng)5次充氣后,臂帶內(nèi)氣體體積變?yōu)?V,壓強(qiáng)計(jì)示數(shù)為150mmHg。已知大氣壓強(qiáng)等于750mmHg,氣體溫度不變。忽略細(xì)管和壓強(qiáng)計(jì)內(nèi)的氣體體積。則V等于 ()A.30cm3 B.40cm3C.50cm3 D.60cm3【解析】選D。根據(jù)玻意耳定律可知p0V+5p0V0=p1×5V,已知p0=750mmHg,V0=60cm3,p1=750mmHg+150mmHg=900mmHg,代入數(shù)據(jù)整理得V=60cm3,故選D。7.(6分)如圖,容積為2V的汽缸固定在水平地面上,汽缸壁及活塞導(dǎo)熱性能良好,活塞橫截面積為S,厚度不計(jì)。汽缸兩側(cè)的單向閥門(氣體只進(jìn)不出)均與打氣筒相連,開始活塞兩側(cè)封閉空氣的體積均為V,壓強(qiáng)均為p0?，F(xiàn)用打氣筒向活塞左側(cè)打氣25次后固定活塞,再向活塞右側(cè)打氣5次。已知打氣筒每次能打入壓強(qiáng)為p0、體積為15V的空氣,外界溫度恒定,空氣視為理想氣體,不計(jì)活塞與汽缸間的摩擦。則穩(wěn)定后活塞右側(cè)空氣的壓強(qiáng)為 (A.7p0 B.4p0 C.2p0 D.p0【解析】選A。根據(jù)題意可知,設(shè)向活塞左側(cè)打氣25次后汽缸內(nèi)空氣的壓強(qiáng)為p,左側(cè)氣體體積為V1,則右側(cè)氣體體積為2V-V1,由玻意耳定律,對左側(cè)氣體有p0V+255V=pV1,對右側(cè)氣體有p0V=p2V-V1,聯(lián)立解得V1=127V,p=72p0?；钊潭ê笤傧蚧钊覀?cè)打氣5次,則p2V-V1+p二、計(jì)算題8.(12分)(2023·白山模擬)如圖所示,底部帶有閥門的導(dǎo)熱汽缸靜置在水平地面上,橫截面積為S的活塞上方封閉有一部分空氣。閥門K打開穩(wěn)定時(shí),活塞上、下兩部分空氣的高度均為h,現(xiàn)用打氣筒從閥門K處緩慢充入空氣,使活塞緩慢上升。已知大氣壓強(qiáng)為p0,重力加速度大小為g,活塞的質(zhì)量m=p0S5g,活塞可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動且不漏氣,空氣可視為理想氣體,不考慮封閉空氣溫度的變化,當(dāng)活塞上升h(1)活塞上方封閉空氣的壓強(qiáng)p;答案:(1)8p【解析】(1)設(shè)充氣前活塞上方封閉空氣的壓強(qiáng)為p1,有p1S+mg=p0S,p1hS=ph2解得p=8p(2)汽缸內(nèi)活塞上、下封閉空氣的質(zhì)量之比k。答案:(2)8【解析】(2)設(shè)活塞下方封閉空氣的壓強(qiáng)為p2,假設(shè)活塞下方的空氣等溫膨脹到壓強(qiáng)為p時(shí)的體積為V,則有p2=p+mgS,p23h2Sk=hS2V,解得k=9.(16分)(2023·重慶模擬)如圖所示,有一開口向上的足夠高的汽缸固定在水平面上,質(zhì)量為m=4kg、橫截面積為S=40cm2的活塞放在大小可忽略的固定擋板上,固定擋板距離汽缸底部H=33cm。將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸中,最初汽缸內(nèi)氣體的溫度為t1=27℃、壓強(qiáng)為p0=1.0×105Pa。已知大氣壓強(qiáng)為p0=1.0×105Pa,重力加速度為g=10m/s2,T=t+273K。(1)現(xiàn)將汽缸內(nèi)氣體溫度緩慢升高,當(dāng)活塞剛好離開擋板時(shí),溫度為多少攝氏度?答案:(1)57℃【解析】(1)初始時(shí),氣體狀態(tài)參量p0=1.0×105Pa,T1=(27+273)K=300K當(dāng)活塞剛好離開擋板時(shí),對活塞由平衡條件得p2S=p0S+mg,解得p2=1.1×105Pa由查理定律得p1T1解得T2=330K=57℃(2)繼續(xù)升高汽缸內(nèi)氣體的溫度至127℃,此時(shí)活塞到汽缸底部的距離h是多少?答案:(2)40cm【解析】(2)氣體繼續(xù)升溫時(shí),壓強(qiáng)不變,V2=HS,T2=330K氣體升溫后的狀態(tài)參量V3=hS,T3=(127+273)K=400K根據(jù)蓋-呂薩克定律V2T2解得h=40cm【加固訓(xùn)練】(2023·葫蘆島模擬)如圖甲所示,一水平固定放置的汽缸由兩個粗細(xì)不同的圓柱形筒組成,汽缸中活塞Ⅰ與活塞Ⅱ之間封閉有一定量的理想氣體,兩活塞用長度為2L、不可伸長的輕質(zhì)細(xì)線連接,活塞Ⅱ恰好位于汽缸的粗細(xì)缸連接處,此時(shí)細(xì)線拉