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第二章 复习与提高——高二物理人教版（2019）选择性必修第三册课后习题
【教材课后习题】
1.在完全失重的情况下气体对器壁是否还有压强？为什么？请设计实验验证你的猜想。
2.如图，某自动洗衣机洗衣缸的下部与一控水装置的竖直均匀细管相通，细管的上部封闭，并和一压力传感器相接。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升高，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，达到自动控水的目的。假设刚进水时细管被封闭的空气柱长度为50 cm，当空气柱被压缩到48 cm时压力传感器使洗衣机停止进水，此时洗衣缸内水位有多高？大气压取，g取。
3.今有一质量为m的汽缸，用活塞封着一定质量的理想气体，当汽缸水平横放时，汽缸内空气柱长为（图甲），现把活塞按如图乙那样悬挂，汽缸悬在空中保持静止。求此时汽缸内空气柱长度为多少？已知大气压为，活塞的横截面积为S，它与汽缸之间无摩擦且不漏气，气体温度保持不变。
4.一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C，其中过程为等压变化，过程为等容变化。已知状态A的体积V为，状态A的温度，与状态C的温度相同，都为300 K，状态B的温度为400 K。
（1）求气体在状态B时的体积。
（2）说明过程压强变化的微观原因。
5.有一教室，上午8时温度为17 ℃，下午2时的温度为27 ℃，假定大气压无变化，则下午2时与上午8时教室内的空气质量的比值为多大？
6.在一次科技活动上，胡老师表演了一个“马德堡半球实验”他先取出两个在碗底各焊接了铁钩的不锈钢碗，在一个碗里烧了一些纸，然后迅速把另一个碗扣上，再在碗的外面浇水，使其冷却到环境温度。用两段绳子分别钩着铁钩朝相反的方向拉，试图把两个碗拉开（如图）。当两边的人各增加到5人时，才把碗拉开。已知碗口的直径为20 cm，环境温度为15 ℃，实验过程中碗不变形，也不漏气，设每人平均用力为200 N。请你估算一下，两个不锈钢碗刚被扣上时，里面空气的温度是多少？
7.如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始，经历两个状态变化过程，先后到达状态B和C。已知状态A的温度为300 K，求状态C的温度。
8.菜农在一种蔬菜完全收割之后往往会将地翻松，在适合的时节再种植新的蔬菜。据菜农说，翻松的土层可以防止土壤中的水分散失，这是什么道理？
9.有人设计了一种测温装置，其结构如图所示。玻璃泡A内封有一定量气体，与A相连的B管插在水银槽中，管内水银面的高度x即可反映泡内气体的温度，即环境温度，并可由B管上的刻度直接读出。设B管的体积与A泡的体积相比可略去不计。
（1）在标准大气压下对B管进行温度刻度标注（标准大气压相当于76 cm高的水银柱所产生的压强）。当温度为27 ℃时，管内水银面高度为16 cm，此高度即为27 ℃的刻度线。问t为-3 ℃的刻度线在x为多少厘米处？
（2）如果对以上B管标注27 ℃刻度线时，环境真实压强比标准大气压小（例如在高山上实验），但实验者当成了标准大气压来设计。若此温度计显示为“-3 ℃”，则显示温度比实际温度高还是低？为什么？认为环境大气压没有随温度变化。
10.超市中有一种“强力吸盘挂钩”如图所示。图是它的工作原理示意图。使用时，按住锁扣把吸盘紧压在墙上（图甲），吸盘中的空气被挤出一部分。然后要把锁扣扳下（图乙），让锁扣以盘盖为依托把吸盘向外拉出。在拉起吸盘的同时，锁扣对盘盖施加压力，致使盘盖以很大的压力压住吸盘。为什么锁扣扳下后，盘盖对吸盘会产生很大的压力？
11.为了测量一些形状不规则而又不便浸入液体的固体体积，可用图所示的装置测量。操作步骤和实验数据如下。
a.打开阀门K，使管A、容器C、容器B和大气相通。上下移动D，使左侧水银面到达刻度n的位置。
b.关闭K，向上举D，使左侧水银面达到刻度m的位置。这时测得两管水银面高度差为19.0 cm。
c.打开K，把被测固体放入C中，上下移动D，使左侧水银面重新到达位置n，然后关闭K。
d.向上举D，使左侧水银面重新到达刻度m处，这时测得两管水银面高度差为20.6 cm。已知容器C和管A的总体积为，求被测固体的体积。
12.汽车行驶时轮胎的胎压太高或太低容易造成安全隐患。已知某型号轮胎能在-40~100 ℃温度下正常工作，为使轮胎在此温度范围内工作时的最高胎压不超过，最低胎压不低于。设轮胎容积不变，若在温度t为20 ℃时给该轮胎充气，充气后的胎压在什么范围内比较合适？
13.图是一定质量的理想气体由状态A经过状态B变为状态C的图像。已知气体在状态A时的压强是。请你建立一个坐标系，并在该坐标系中，作出气体由状态A经过状态B变为状态C的图像，并标出A、B、C的坐标值。
14.细长玻璃管用长为6.8 cm的水银柱封闭一定质量的空气。当玻璃管开口向下竖直放置时，空气柱长度为33 cm；当玻璃管水平放置时，空气柱长度为30 cm。求玻璃管开口向上竖直放置时空气柱的长度。
15.把上端A封闭、下端B开口的玻璃管插入水中。放掉适当的空气后放手，让玻璃管竖直地浮在水中，A端露出在水面上，如图所示。现将玻璃管往下压一点，放手后玻璃管会返回原来的平衡位置，请解释发生这种现象的原因。
答案以及解析
1.答案：见解析
解析：还有压强存在，因为气体压强是大量分子频繁地碰撞器壁，对器壁产生持续、均匀的压力作用。在失重的情况下，分子的运动不停息，气体对容器壁的压强不为零。
2.答案：0.44 m
解析：对于封闭在细管中的空气，由玻意耳定律得
已知
代入数据得
设此时U形管内水面高度差为，
则
代入数据得。
设洗衣缸内水位高为h，则有。
3.答案：
解析：设悬挂时空气柱长为，选取汽缸内封闭的气体为研究对象，气体发生等温变化
初始状态：
对汽缸进行受力分析
由平衡条件得
整理得
末状态：
由玻意耳定律知，
由以上各式得。
4.答案：（1）
（2）见解析
解析：（1）由的过程为等压变化
由盖-吕萨克定律
代入数据整理得
（2）由的过程为等容变化
由查理定律得
所以
即C状态气体压强较小
影响气体压强的微观因素：①分子的平均动能；②气体密度。由体积不变，气体密度不变，但温度降低，分子平均动能减小，所以压强变小。
5.答案：
解析：以上午8时教室内空气为研究对象气体发生等压变化，如图所示。
代入数据得
所以下午2时与上午8时教室内的空气质量的比值。
6.答案：149 ℃
解析：对不锈钢碗的拉力
以不锈钢碗内的气体为研究对象，气体发生等容变化。
由查理定律
代入数据整理得
即。
7.答案：270 K
解析：由图可设A状态气体体积为
则B状态和C状态气体体积为
A状态气体压强为，则B和C状态气体压强分别为和。
由理想气体状态方程
解得。
8.答案：见解析
解析：土壤中存在很多的毛细管，通过翻松土层，切断土壤中的毛细管，从而保存土壤中的水分，不会散失。
9.答案：（1）22 cm
（2）见解析
解析：（1）因为B管的体积与A泡的体积相比可略去不计，所以认为气体发生等容变化。
对管内高出水银槽液面的水银柱进行受力分析，
由平衡条件
整理得
初状态：
末状态：
由查理定律得
所以
而
所以，
即刻度线在22 cm处。
（2）显示温度比实际温度高
显示为-3 ℃时压强
实际的压强
由查理定律
所以
因为
所以
即显示温度比实际温度高。
10.答案：见解析
解析：以吸盘内封闭的气体为研究对象。锁扣向外拉出，使吸盘内空气的体积变大，在温度不变的情况下，里面气体的压强变小，导致大气压大于里面气体的压强，所以盘盖对吸盘会产生很大的压力。
11.答案：
解析：设大气压为，被测固体体积为，容器C和管A的总体积为V，B中气体体积为。
对封闭气体分析，未放入固体时：
初状态
末状态
由玻意耳定律得①
放入固体后：初状态
末状态
由玻意耳定律得②
由①②式整理可得。
12.答案：
解析：轮胎容积是不变的，所以轮胎内的气体做等容变化
设在时，充气后的最小胎压为，最大胎压为
则当时，胎压为
由查理定律得
即
计算可得
当时
胎压为
由查理定律得
即
计算可得
所以在温度t为20 ℃时给该轮胎充气，充气后的胎压在范围内比较合适。
13.答案：见解析
解析：A状态：
为等压变化，B状态：
由，由盖-吕萨克定律
所以
为等容变化，C状态：
由，由查理定律得
所以
则图像如图所示
14.答案：27.5 m
解析：设大气压强为，以封闭气体为研究对象
状态1：
状态2：
状态3：
根据玻意耳定律，可得
解得。
15.答案：见解析
解析：A端露出在水面上，且玻璃管竖直浮在水中，处于平衡状态
则管内气体压强
将玻璃管往下压一点，则气体体积减小，由玻意耳定律可知，气体压强变大，放手后要恢复原气压，所以玻璃管将向上返回到原来的平衡位置。

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