2024年人教版高中物理选择性必修第三册素养培优练(二)气体、固体和液体.docxVIP

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素养培优练(二)气体、固体和液体

一、液柱移动问题

1.如图所示,两根粗细相同、两端开口的直玻璃管A和B,竖直插入同一水银槽中,各用一段水银柱封闭着温度相同的空气,空气柱长度H1H2,水银柱长度h1h2,现使封闭气柱升高相同的温度(外界大气压保持不变),则两管中气柱上方水银柱的移动情况是()

A.均向上移动,B中水银柱移动较多

B.均向上移动,A中水银柱移动较多

C.均向下移动,B中水银柱移动较多

D.均向上移动,两管中水银柱移动情况相同

【解析】选B。管内封闭气柱的压强恒等于外界大气压与水银柱因自身重力而产生的压强之和,因外界大气压不变,则管内气体做等压变化,并由此推知,封闭气柱下端的水银柱高度不变。根据盖-吕萨克定律可知VT=V+ΔVT+ΔT,整理得ΔV=ΔTT·V,因A、B管中的封闭气体初温相同,温度升高ΔT也相同,且ΔT0,推导出ΔV0,即A、B管中的封闭气体体积均增大,又因为H1H2,A管中气体体积较大,所以ΔVAΔVB,即

2.如图所示,四支两端封闭、粗细均匀的玻璃管内的空气被一段水银柱隔开,按图中标明的条件,当玻璃管水平放置时,水银柱均处于静止状态,如果管内两端的空气都升高相同的温度,则水银柱位置保持不变的是()

A.VaVb,TaTb

B.VaVb,Ta=Tb

C.Va=Vb,TaTb

D.VaVb,TaTb

【解析】选B。假设升温后,水银柱不动,则两边压强都要增加,由查理定律有,压强的增加量Δp=pΔTT,而各管两端空气的初态压强相同,ΔT相同,所以Δp∝1T,即

3.(多选)如图所示,竖直放置的两端开口的U形管,一段空气柱被水银柱a和水银柱b封闭在右管内,水银柱b的两个水银面的高度差为h。现将U形管放入热水槽中,则系统再度达到平衡的过程中(水银没有溢出,外界大气压保持不变)()

A.空气柱的长度不变

B.空气柱的压强不变

C.水银柱b左边液面不变

D.水银柱a静止不动

【解析】选B、C。空气柱的压强p=p0+ρgh,其中h为a水银柱的高度,由于h的大小不变,故空气柱的压强不变,故B正确;被封闭气体做等压变化,由于气体温度升高,根据盖-吕萨克定律VT=C可得,气体的体积增大,故空气柱的长度增大,故A错误;由被封闭气体的压强p=p0+ρgh可知,h不变,水银柱b的两个水银面的高度差h不变,水银柱b

4.如图所示,在两端封闭的玻璃管中间用水银柱将其分成体积相等的左右两部分,并充入温度相同的气体,若把气体缓缓升高相同的温度(保持管水平不动),然后保持恒温,则:

(1)水银柱如何移动?

(2)若气体B初始温度高,把气体缓缓升高相同的温度,然后保持恒温,则水银柱又如何移动?

【解析】(1)假设水银柱不动,两部分气体均做等容变化,设开始时气体温度为T0,压强为pA和pB,升高温度ΔT,升温后为T1和T2,压强为pA和pB,压强变化量为ΔpA和ΔpB,分别对两部分气体应用查理定律

对于A:pAT0=

ΔpA=p

对于B:pBT0=

ΔpB=p

pA=pB,故有ΔpA=ΔpB,

故水银柱不动。

(2)假设体积不变,ΔpA=pAΔTTA,ΔpB=pBΔTTB,由于TAT

答案:(1)水银柱不动(2)水银柱向B移动

二、封闭气体多过程问题的处理

5.如图,外界大气压为p0,固定于水平地面的汽缸开口向右,用光滑轻活塞将一定质量的气体封闭在汽缸内(汽缸中间位置有小挡板)。开始时,活塞紧压于小挡板右侧。缓慢升高封闭气体温度T,封闭气体压强p随T变化图像可能正确的是()

【解析】选C。当缓慢升高缸内气体温度时,气体先发生等容变化,根据查理定律,缸内气体的压强p与热力学温度T成正比,图线是过原点的倾斜直线;当缸内气体的压强等于外界的大气压后,气体发生等压膨胀,图线是平行于T轴的直线,故C正确,A、B、D错误。

6.如图所示,导热良好的固定直立圆筒内用面积S=100cm2,质量m=1kg的活塞封闭一定质量的理想气体,活塞能无摩擦滑动。圆筒与温度300K的热源接触,平衡时圆筒内气体处于状态A,其体积VA=600cm3。缓慢推动活塞使气体达到状态B,此时体积VB=500cm3。固定活塞,升高热源温度,气体达到状态C,此时压强pC=1.4×105Pa。已知大气压p0=1.01×105Pa。气体在状态C的温度TC是()

A.343KB.347KC.350KD.420K

【解析】选C。气体在A状态时,根据平衡条件有pAS+mg=p0S,气体从状态A到状态B的过程中发生等温变化,根据玻意耳定律有pAVA=pBVB,气体从状态B到状态C发生等容变化,根据查理定律有pBTB=pCTC,其中TA=TB

7.(多选)[2023·浙江1月选考改编]某探究小组设计了一个报警装置,