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选择性必修三 2.1 气体实验定律（Ⅰ）
一、单选题
1．如图，自动洗衣机洗衣缸的底部与竖直均匀细管相通，细管上部封闭，并与压力传感器相接。洗衣缸进水时，细管中的空气被水封闭，随着洗衣缸中水面的上升，细管中的空气被压缩，当细管中空气压强达到一定数值时，压力传感器使进水阀门关闭，这样就可以自动控制进水量。已知刚进水时细管中被封闭空气柱长度为，大气压强，水的密度，重力加速度。当空气柱被压缩到长时，压力传感器关闭洗衣机进水阀门，此时洗衣缸内水位高度约为（　　）
A． B． C． D．
2．一定质量的气体在温度保持不变时，压强增大到原来的4倍，则气体的体积变为原来的（　　）
A．4 B．2 C． D．
3．小楷同学在做“用DIS研究温度不变时气体的压强与体积的关系”实验时，缓慢推动活塞，在使注射器内空气体积逐渐变小的过程中，多次从注射器的刻度上读出体积值并输入计算机，同时由压强传感器将对应体积的压强值通过数据采集器传送给计算机。下列说法中正确的是（　　）
A．实验过程中在注射器内壁涂油主要是为了减小摩擦
B．现有5mL和20mL的注射器，要使注射器在较小的推力时传感器示数能有明显的变化，应该选用20mL的注射器
C．在本实验操作的过程中，需要保持不变的量是气体的温度和外界的大气压
D．现有20mL和50mL的注射器，作出的图像不过原点，选用50mL的注射器可以减小误差
4．如图所示为一定质量的理想气体的图像、是双曲线上的两点，和的面积分别为和，则（　　）
A． B．
C． D．与的大小无法确定
5．如图所示，有一重力可以忽的薄壁小试管开口向下竖直地浮在很大的水银槽内，试管中有一长为h1的水银柱封住两段气体A、B，A、B气柱长分别为l1、l2，管内外水银面高度差为h2，在保持温度不变的情况下，下列说法错误的是（ ）
A．开始时h2一定等于h1
B．若外界大气压缓慢增加少许，则h2不变，l1变小，l2变小
C．若外界大气压缓慢增加少许，则h2变小，l1变大，l2变大
D．若用手轻按试管，使试管竖直向下移少许，则h2变大，l1变小，l2变小
6．如图是一竖直放置开口向上的均匀玻璃管，内用水银柱封有一定质量的理想气体，水银与玻璃管间摩擦力不计，开始时手拿玻璃管处于平衡状态，后松开手，玻璃管沿竖直方向运动，最后达到稳定状态的过程中，下列说法中正确的是 （　　）
A．刚开始瞬间，玻璃管的加速度一定大于重力加速度g
B．刚开始短时间内，试管内的气体压强一定在逐渐变小
C．刚开始短时间内，玻璃管的加速度在逐渐变小
D．以上情况一定均会发生
7．如图，两端开口的弯管，左管插入水银槽中，管内外水银面高度差为，右侧管有一段水银柱，两端液面高度差为，中间封有一段空气，则（　　）
A．若环境温度升高，则不变，增大
B．若大气压强增大，则减小，减小
C．若把弯管向下移少许距离，则增大，不变
D．若在右管开口端沿管壁加入少许水银，则不变，增大
8．用密封性能良好的活塞把一定质量的理想气体封闭在导热性能良好的汽缸中，汽缸的内壁光滑。现将汽缸缓慢地由水平放置（如图甲所示）变成竖直放置（如图乙所示）。在此过程中如果环境保持恒温，下列说法正确的是（　　）
A．气体分子的平均速率变大
B．气体分子的平均动能变大
C．气缸内壁单位面积上受到气体分子撞击的平均作用力不变
D．气缸内气体的分子数密度变大
9．如图所示为两端开口的形直管，右侧直管中有一部分空气被一段水银柱与外界隔开，若在右侧直管中再注入一些水银，则平衡后（外界温度恒定）（　　）
A．两侧水银面A、高度差减小 B．两侧水银面A、高度差增大
C．右侧封闭气柱体积变大 D．两侧水银面A、高度差不变
10．如图所示，，、三根完全相同的玻璃管，一端封闭，管内各用相同长度的一段水银柱封闭了质量相等的空气，管竖直向下做自由落体运动，管竖直向上做加速度为的匀加速运动，管沿倾角为的光滑斜面下滑，若空气温度始终相同且不变，当水银柱相对管壁静止时，，、三管内的空气柱长度、、间的关系为（　　）
A． B． C． D．
11．如图所示，一定质量的理想气体先后处于、、、四个状态，则这四个气体状态的温度关系正确的是 （　　）
A． B．
C． D．
12．在“用DIS研究温度不变时，一定质量气体的压强与体积关系”实验中，关于实验前压强传感器操作以及缓慢压缩气体时对应的图像正确的是（　　）
A．不需要调零 图 B．不需要调零 图 C．需要调零 图 D．需要调零 图
13．现有一个容积为400L的医用氧气罐，内部气体可视为理想气体，压强为15MPa，为了使用方便，用一批相同规格的小型氧气瓶（瓶内视为真空）进行分装，发现恰好能装满40个小氧气瓶，分装完成后原医用氧气罐及每个小氧气瓶内气体的压强均为3MPa，不考虑分装过程中温度的变化，则每个小氧气瓶的容积为（　　）
A．20L B．40L C．50L D．60L
14．风箱是中国传统的鼓风设备，公元前4世纪的《道德经》中曾写到“天地之间，其犹橐龠（tuoyue）乎？虚而不屈，动而愈出。”橐龠即当时的鼓风用具，在古代既应用于熔炼金属，又应用于家庭炉灶，后逐渐演变制成风箱，其构造如图甲所示，剖面图如图乙所示，无论向左推进拉杆还是向右拉出拉杆过程中都有气流从出气口排出，从而可以一直鼓风，吹旺炉火。已知大气压强为，以下说法正确的是（　　）
A．往左推动拉杆时，进气口A闭合，进气口打开；阀门闭合，阀门打开，气流可以从出气口排出
B．往右拉动拉杆时，进气口A打开，进气口闭合；阀门闭合，阀门打开，气流可以从出气口排出
C．若堵住出气口，往左推动拉杆，则左边气体压强大于，右边气体压强小于
D．若堵住出气口，往右拉动拉杆，则左边气体压强小于，右边气体压强大于
15．用打气筒将压强为1atm的空气打进自行车胎内，如果打气筒容积，轮胎容积V=3L，原来压强。现要使轮胎内压强变为 ，问用这个打气筒要打气几次（设打气过程中空气的温度不变）（　　）
A．25次 B．20次 C．15次 D．10次
二、填空题
16．某同学探究气体等温变化规律的实验装置如图所示。该同学测出了注射器内封闭气体的几组压强和体积的值后，以为纵坐标，为横坐标，画出图像如图甲、乙、丙，则甲产生的可能原因是______；乙产生的可能原因是______；丙产生的可能原因是______。
A．各组的、取值范围太小
B．实验过程中有漏气现象
C．实验过程中气体温度升高
D．在计算压强时，没有计入由于活塞和框架的重力引起的压强
17．如图所示，一个一端封闭、内径均匀、两臂竖直倒置的U形管中，水银柱封闭着两段空气柱，图中空气柱长、以及水银面的高度差 h1、h2单位都是 cm ．大气压强支持P0 cm Hg ．则左右两段空气柱的质量之比＝____．
18．如图所示为一两端开口的形玻璃管，B管插在水银槽C中，A管内有一段5 cm长的水银柱处于静止状态，则B管中水银面与槽中水银面高度差为________cm。把该玻璃管缓慢上提一点，A管水银柱相对地面移动情况是_________。
19．内壁光滑、粗细均匀、左端封闭的玻璃管水平放置。横截面积为20cm2的活塞封闭一定质量的气体，气柱长度为20cm，压强与大气压强相同，为1.0×105Pa。缓慢推动活塞，当气柱长度变为5cm时，管内气体的压强为______Pa，此时作用在活塞上的推力大小为______N。
三、解答题
20．如图所示为农村打水装置的原理结构图，打水时先将活塞推到阀门处且阀门关闭，在活塞上方加水，活塞上移时阀门自动开启，阀门与地下水之间的空气将扩散到阀门与活塞之间，活塞再下移时阀门关闭，空气就从活塞与大金属管壁之间逸出，反复操作，地下水就能被抽上来。若刚开始活塞位于阀门处时小金属管中的气体压强为外界大气压强，Pa，再将水倒入活塞上方，当活塞第一次提起高度m时小金属管中上升的水柱长度m。已知活塞的横截面积m2，小金属管的内横截面积m2，地下水位线处的压强恒为，水的密度kg/m3，取m/s2，抽水过程小金属管中空气的温度视为不变。求：
（1）地下水位线与阀门间的高度差H。
（2）活塞第二次从阀门处提起高度m时小金属管中剩余的空气柱长度。
21．如图所示是一个连通器装置，连通器的右管横截面积为左管的两倍，左端封闭，封有长为30cm的气柱，左右两管水银面高度差为37.5cm，左端封闭端下60cm处有一细管用开关D封闭，细管上端与大气连通，若将开关D打开（空气从D处进入水银柱将其分为上下两部分，水银不会进入细管，稳定后会在左管内产生一段新的空气柱（设此过程中温度不变）。已知外界大气压强。求：稳定后左端管内的所有气柱的总长度为多少？
22．如图1所示，底面积S=10cm2、质量为M=2kg、足够长圆柱形导热汽缸开口向上置于水平地面上，缸内有两个质量均为m=1kg的可沿缸内壁无摩擦滑动的活塞，活塞封闭着A和B两部分气体（均视为理想气体），初始时两部分气柱的长度均为L0=12cm。现将整个装置放置在倾角为30°的光滑斜面上（如图2），在平行于斜面的外力F作用下一起沿斜面向上做匀加速运动，稳定后气体A的长度变为L1=11cm。整个过程环境的温度不变，大气压强恒为p0=1.0×105Pa，重力加速度g取10m/s2。求：
（1）外力F的大小；
（2）系统稳定后气体B的长度为多少（保留3位有效数字）。
23．如图，两个相同的内壁光滑的薄壁汽缸和，质量均为，用质量均为的活塞封闭同种气体，体积都为，汽缸的开口处有卡环可以防止活塞离开汽缸。活塞跟汽缸的缸底用细线相连后跨过滑轮，斜面光滑，倾角为。已知大气对活塞的压力等于活塞重力的2.25倍，且，重力加速度为。在外力的作用下，系统一开始处于静止状态，细线绷紧。现撤去外力，让和一起运动，待系统稳定后，求
（1）和运动的加速度大小；
（2）若汽缸中温度不变，汽缸中气体体积变为多少？
24．如图所示，一开口竖直向上、质量为m0的薄壁汽缸内用质量与厚度均不计的光滑活塞封闭着一定质量的理想气体，活塞和汽缸的导热性能均良好。用轻绳将整个装置悬挂在天花板上，稳定后活塞到汽缸底部的距离为汽缸高度的一半。现在汽缸底部挂一砂桶，往砂桶内缓慢添加砂子，当活塞到达缸口时停止添加砂子。活塞的横截面积为S，大气压强恒为（g为重力加速度大小），环境的热力学度恒为T0。求：
（1）未挂砂桶时缸内气体的压强p；
（2）活塞到达缸口时砂桶（含砂）的质量m。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
【详解】
压力传感器关闭洗衣机进水阀门，此时管内气体的压强为
则由玻意耳定律可知
解得
h≈43.6cm
故选A。
2．D
【详解】
根据玻意耳定律得温度一定时，气体的压强与体积成反比，所以体积变为原来的。
故选D。
3．D
【详解】
．在实验中，要保证气体的质量不变，所以实验过程中在注射器内壁涂油主要是为了防止漏气，故A错误；
B．根据压强的计算公式可得
容积越大的注射器截面积越大，在施加相同压力的情况下，压强变化较小，要使注射器在较小的推力时传感器示数能有明显的变化，应该选用的注射器，故B错误；
C．在本实验操作的过程中，需要保持不变的量是气体的温度和封闭气体的质量，与外界气体的压强无关，故C错误；
D．现有和的注射器，作出的图像不过原点，在绝对误差一定的情况下，体积越大、相对误差越小，故选用的注射器可以减小误差，故D正确。
故选D。
4．B
【详解】
的面积为
的面积为
而、是等温线上的两点，根据玻意耳定律可得
故有
选项B正确，ACD错误；
故选B。
5．C
【详解】
ABC．分析两段气柱的压强变化，气体发生的是等温变化，根据玻意耳定律判断l1、l2的长度变化。薄壁小试管的质量可以不计，则由
ρgh1S=ρgh2S
知
h1=h2
B中气体压强等于
p1+ρgh1=p0+ρgh2
所以A中气体压强等于大气压强，当外界大气压缓慢增加少许时，A、B中的气体压强增大，根据玻意耳定律，体积减小，l1变小，l2变小；由于h1=h2，即h2不变，AB正确，不符合题意；C错误，符合题意；
D．用手轻按试管，相当于施加一向下的力，A、B中气体压强均增大，l1变小，l2变小
p2=p0+ρgh2
变大，h2变大，D项正确，不符合题意；
故选C。
6．D
【详解】
刚开始运动时，玻璃管的内部气体的压强大于外部，所以玻璃管的加速度大于重力加速度g；最初水银所受合力为零，当玻璃管向下运动后，内部气体压强减小，内外气体压强差减少，所以最初的短时间内，水银的加速度在逐渐变大，玻璃管的加速度逐渐变小。
故选D。
7．B
【详解】
设大气压为p0，水银的密度为ρ，则管中封闭气体的压强
p=p0+ρgh1=p0+ρgh2
解得
h1=h2
A．如果温度升高，封闭气体压强与体积都增大，h1、h2都增大，故A错误；
B．若大气压升高时，封闭气体的压强增大，由玻意耳定律pV=C可知，封闭气体的体积减小，水银柱将发生移动，使h1和h2同时减小，故B正确；
C．若把弯管向下移动少许，封闭气体的体积减小，由玻意耳定律pV=C可知，气体压强增大，h1、h2都增大，故C错误；
D．右管中滴入少许水银，封闭气体压强增大，封闭气体体积减小，h1、h2都增大，故D错误。
故选B。
8．D
【详解】
AB．据题分析知缸内气体作等温变化，而温度是分子平均动能的标志，所以气体分子的平均动能不变，则分子的平均速率不变，故AB错误；
CD．由题知，此过程气体的压强增大，根据玻意耳定律
可知体积减小，气缸内气体的分子数密度变大，气体的压强与分子平均动能和分子数密度有关，气体分子的平均动能不变，而压强增大，说明气内壁单位面积上受到气体分子撞击的平均作用力增大，故C错误，D正确。
故选D。
9．B
【详解】
设大气压为，由题图可知，右侧封闭气体压强
向右管内注入一些水银，变大，则变大，不变，由
可知，变大，气体温度不变，压强变大，由玻意耳定律可知，气体体积减小，故ACD错误，B正确。
故选B。
10．D
【详解】
设大气压为。对管，管竖直向下做自由落体运动，处于完全失重状态，封闭气体的压强等于大气压，即。
对管，以水银为研究对象，根据牛顿第二定律得
得
对管，以水银为研究对象，根据牛顿第二定律得
对管和水银整体，有
得
解得
可得
根据玻意耳定律有，可得，ABC错误，D正确。
故选D。
11．D
【详解】
根据
可知，pV乘积越大，则温度T越大，由图可知，a、b、c、d四点的pV乘积的大小分别为（格子数乘积）6、18、9、18，则四点的温度关系是
故选D。
12．C
【详解】
在“用DIS研究温度不变时，一定质量气体的压强与体积关系”实验中，根据理想气态方程
pV =nRT
得
压强与气体体积的倒数成正比，是一条过原点的直线，故在使用前压强传感器需要校准，需要调零。
故选C。
13．B
【详解】
设每个小氧气瓶的容积为V0，以医用氧气罐中所有氧气为研究对象，初态：p1＝15MPa，V1＝400L；末态：p2＝3MPa，V2＝40V0＋400L；因为不考虑温度变化，由玻意耳定律有
代入数据得V0＝40L，B正确。
故选B。
14．B
【详解】
A．由图可知，往左推动拉杆时，进气口A闭合，进气口打开；阀门打开，阀门闭合，气流可以从出气口排出，故A错误；
B．往右拉动拉杆时，进气口A打开，进气口闭合；阀门闭合，阀门打开，气流可以从出气口排出，故B正确；
C．若堵住出气口，往左推动拉杆，则左边气体压强大于，右边气体压强等于，故C错误；
D．若堵住出气口，往右拉动拉杆，则左边气体压强等于，右边气体压强大于，故D错误。
故选B。
15．B
【详解】
设压强为时气体体积为，根据玻意耳定律得
设打入的压强为的气体体积为，则
设打入的压强为的气体体积为，则
则用这个打气筒要打气次数为
故选B。
16． D C B
【详解】
[1]甲图：是线性关系，但不过原点，相当于把图线向右平移了一定距离或向下平移了一定距离，分析知，体积计算是不会出错误，应该是少了一部分压强，故选D。
[2]乙图：图线向上弯曲，说明乘积变大，是温度升高或质量增加造成的现象，故选C。
[3]丙图：图线向下弯曲，说明乘积变小，是温度下降或质量减小造成的现象，故选B。
17．（p0-h2）l2：(p0-h2+h1)l1
【详解】
左边一段空气柱的压强为：p2=p0-h2；右边一段空气柱的压强为：p1=p0-h2+h1；根据气态方程可知，两段气体温度相同，则质量比等于pV乘积之比，即：=（p0-h2）l2：(p0-h2+h1)l1．
18． 5 上升
【详解】
[1]对A管内水银分析，有
对对B管内水银分析，有
联立解得
则B管中水银面与槽中水银面高度差为5cm。
[2] 由于右边水银柱的高度不变，则气体压强不变，假设气体体积不变，把该玻璃管缓慢上提一点，则B管中水银高度增大， 则B管中的水银会被压出来，所以体积会增大，但由于气体压强不变，所以右边A管水银柱相对地面上升。
19． 4.0×105 600
【详解】
[1]玻璃管内气体等温变化，由玻意耳定律
p0l0S＝plS
得
[2]活塞受力平衡，由平衡条件得
p0S＋F＝pS
解得
F＝（p－p0）S＝（4.0×105－1.0×105）×20×10-4N＝600N
20．（1）10m；（2）6m
【详解】
（1）活塞第一次从阀门处提高高度h时封闭气体的压强为
根据玻意耳定律有
解得
（2）活塞第二次从阀门处提起高度时，小金属管中空气柱长设为L，根据玻意耳定律有
解得
（另一解不符合题意，舍去）
21．35cm
【详解】
空气进入后将左端水银柱隔为两段，上段仅30cm，对左端空气有
由玻意耳定律
得
上段水银柱上移，形成的空气柱长为25cm，下段水银柱下移，设下移的距离为x，由于U型管右管横截面积为左管的2倍，由等式
解得
所以产生的空气柱长为
左管空气柱总长度为
22．（1）80N；（2）10.3cm
【详解】
（1）初始时，对气体A有
得
体积为
对A在斜面上面有
得
对整个装置，由牛顿第二定律
得
F=80N
（2）初始时，气体B有
得
整个装置在斜面上稳定时，对AB间活塞有
得
对气体B，由理想气体状态方程有
得
23．（1）；（2）
【详解】
（1）当系统处于光滑斜面时，对系统分析，则有
解得
（2）系统均静止时，对中活塞分析，则有
解得
加速运动时对中活塞，则有
解得
由玻意耳定律，则有
解得
24．（1）；（2）4m0
【详解】
（1）设未挂砂桶时缸内气体的压强为p，对汽缸，根据物体的平衡条件有
解得
（2）设汽缸的高度为h，活塞处于缸口时缸内气体的压强为，根据玻意耳定律有
解得
对汽缸、砂桶（含砂）组成的系统，根据物体的平衡条件有
解得
m=4m0
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页

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