2024-2025学年粤教版（2019）选择性必修第三册 2.3气体实验定律的微观解释 同步作业（含解析）
一、单选题
1．如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始经三个过程回到原状态。已知ab延长线过O点，气体在状态a、b的压强分别为，分子平均动能与热力学温度成正比。对于该气体，下列说法正确的是( )
A.与c状态相比，气体在a状态下体积更大
B.气体在c状态下的内能是a状态下内能的2倍
C.过程气体放出热量
D.与过程相比，过程中气体做功的绝对值更大
2．一定质量的理想气体从状态a开始。第一次经绝热过程到状态b；第二次先经等压过程到状态c，再经等容过程到状态b。图像如图所示。则( )
A.过程气体从外界吸热
B.过程比过程气体对外界所做的功多
C.气体在状态a时比在状态b时的分子平均动能小
D.气体在状态a时比在状态c时单位时间内撞击在单位面积上的分子数少
3．真空轮胎，又称“低压胎”“充气胎”，有较好的弹性和气密性，并有良好的附着力和散热性能。在车沿相同路面匀速行进过程中，由轮胎和路面摩擦产生的高温会使内部气体温度升高。若不计行进过程中轮胎内气体体积的变化，把胎内气体看成理想气体，则升温过程( )
A.单位时间轮胎表面单位面积上的分子扩散到地面的数量不变
B.单位时间撞击单位面积轮胎内壁的气体分子数减少
C.胎内气体压强变化率与温度变化率相等
D.胎内气体分子速率均增大
4．真空轮胎，又称“低压胎”“充气胎”，有较好的弹性和气密性，并有良好的附着力和散热性能。在车沿相同路面匀速行进过程中，由轮胎和路面摩擦产生的高温会使内部气体温度升高。若不计行进过程中轮胎内气体体积的变化，把胎内气体看成理想气体，则升温过程( )
A.单位时间轮胎表面单位面积上的分子扩散到地面的数量不变
B.单位时间撞击单位面积轮胎内壁的气体分子数减少
C.胎内气体压强变化率与温度变化率相等
D.胎内气体分子速率均增大
5．真空轮胎，又称“低压胎”“充气胎”，有较好的弹性和气密性，并有良好的附着力和散热性能。在车沿相同路面匀速行进过程中，由轮胎和路面摩擦产生的高温会使内部气体温度升高。若不计行进过程中轮胎内气体体积的变化，把胎内气体看成理想气体，则升温过程( )
A.单位时间轮胎表面单位面积上的分子扩散到地面的数量不变
B.单位时间撞击单位面积轮胎内壁的气体分子数减少
C.胎内气体压强变化率与温度变化率相等
D.胎内气体分子速率均增大
6．一导热汽缸内封有气体，活塞可以无摩擦滑动。汽缸按下列中四种方式放置，活塞平衡后，缸内气体分子数密度最大的是( )
A. B.
C. D.
7．一定质量的理想气体，经历如图所示循环过程，过程温度不变，过程压强不变。下列说法正确的是( )
A.过程，气体对外做功，内能减少
B.过程，压强不变，分子平均动能不变
C.过程，气体向外界放出的热量等于外界对气体做的功
D.过程，气体从外界吸收的热量等于气体内能的增加量
8．一定质量的理想气体从状态a开始，经三个过程后回到初始状态a，其图像如图所示。下列判断正确的是( )
A.气体在过程中做等温变化
B.气体在过程中内能增加
C.气体在过程和过程对外界做的功相等
D.气体在一次循环过程中会向外界放出热量
二、多选题
9．一定质量的理想气体，从初始状态a经状态b、c、d再回到a，它的压强p与体积V的变化关系如图所示，abcd为一平行四边形.下列判断正确的是( )
A.气体在状态a的温度大于在状态c的温度
B.d→a过程，气体向外界放出的热量大于225J
C.b→c过程气体内能的增加量等于c→d过程它向外界放出的热量
D.从初始状态a经状态b、c、d再回到a的过程，气体吸收的热量为300J
10．如图所示，一开口竖直向下导热良好的玻璃管用水银柱封闭一定质量的空气。水银柱长度为15cm，下端刚好与玻璃管溢出口平齐；被封闭的空气柱长度为30cm。此时周围环境温度为，大气压强为。现将玻璃管缓慢旋转至开口竖直向上（水银没溢出玻璃管），然后再加热至。下列说法正确的是( )
A.玻璃管刚好旋转至开口向上时管内空气柱长度为20cm
B.玻璃管刚好旋转至开口向上时管内空气柱长度为25cm
C.将玻璃管加热至时空气柱长度为33.6cm
D.将玻璃管加热至时空气柱长度为36cm
11．炎热的夏天，停在露天停车场的汽车，经暴晒后轮胎内的气体压强较早晨时有所增大。在压强增大的过程中，不考虑轮胎内气体的质量和体积的变化，且气体可视为理想气体，则下列说法正确的是( )
A.轮胎内气体的内能增大
B.轮胎内气体分子的平均动能增大
C.轮胎内所有气体分子的运动速率都增大
D.单位时间内单位面积上气体分子与轮胎内壁碰撞的次数不变
三、计算题
12．某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气，温度为27℃时，压强为。
（1）当夹层中空气的温度升至37℃，求此时夹层中空气的压强；
（2）当保温杯外层出现裂隙，静置足够长时间，求夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比值，设环境温度为27℃，大气压强为。
13．质量的汽缸与质量的活塞，封闭一定质量的理想气体（气体的重力可以忽略），不漏气的活塞被一劲度系数的轻质弹簧竖直向上举起立于空中，如图所示。环境温度为时被封气柱长度，汽缸口离地的高度，若环境温度变化时，汽缸体有良好的导热性能。已知活塞与汽缸壁间无摩擦，弹簧原长，活塞横截面积，大气压强，当地重力加速度g取。求：
（1）汽缸下落过程中，气体的压强为多少？
（2）环境温度降到多少时汽缸着地？下降过程中，外界对气体所做的功是多少？
（3）环境温度降到多少时能使弹簧恢复原长？
参考答案
1．答案：B
解析：为等压降温过程，气体体积减小，A错误；为等容变化，可知，得为等温变化，可知，设气体分子数为N，则，可知，气体在c状态下的内能是a状态下内能的2倍，B正确；过程中气体温度不变，压强减小，故体积增大，气体对外做功，必吸收热量，C错误；由可知状态下气体体积相等，可知，即两过程中气体体积变化量的绝对值相等，过程中气体压强始终大于过程中气体压强，由可知，与过程相比，过程中气体做功的绝对值更小，D错误。
2．答案：B
解析：A.过程，气体体积不变，即等容变化过程，气体压强变小，温度降低，故内能减小，该过程气体对外不做功，故气体向外界放热，A错误；
B.由微元法可得图像与横坐标围成的面积表示为气体做功的多少，由图像可知，过程比过程气体对外界所做的功多，B正确；
C.过程为绝热过程，气体体积变大对外做功，由热力学第一定律可知，气体内能减小，温度降低。温度是分子平均动能的标志，故气体在状态a时比在状态b时的分子平均动能大，C错误；
D.过程，气体的压强相等，体积变大温度变大，分子的平均动能变大，分子撞击容器壁的动量变化量变大。由气体压强的微观解释可知，在状态a时比在状态c时单位时间内撞击在单位面积上的分子数多，D错误。
故选B。
3．答案：C
解析：温度越高，扩散现象越明显，A错误；行进过程胎内气体发生等容变化，即胎内气体分子数密度不变，气体温度升高，气体分子平均动能（速率）增大，则单位时间撞击单位面积轮胎内壁的分子数增多，B错误；根据气体实验定律有，可得，即压强变化率与温度变化率相等，C正确；升温后，胎内气体压强增大，轮胎内分子平均速率增大，但不是每个分子的速率均增大，D错误。
4．答案：C
解析：温度越高，扩散现象越明显，A错误；行进过程胎内气体发生等容变化，即胎内气体分子数密度不变，气体温度升高，气体分子平均动能（速率）增大，则单位时间撞击单位面积轮胎内壁的分子数增多，B错误；根据气体实验定律有，可得，即压强变化率与温度变化率相等，C正确；升温后，胎内气体压强增大，轮胎内分子平均速率增大，但不是每个分子的速率均增大，D错误。
5．答案：C
解析：温度越高，扩散现象越明显，A错误；行进过程胎内气体发生等容变化，即胎内气体分子数密度不变，气体温度升高，气体分子平均动能（速率）增大，则单位时间撞击单位面积轮胎内壁的分子数增多，B错误；根据气体实验定律有，可得，即压强变化率与温度变化率相等，C正确；升温后，胎内气体压强增大，轮胎内分子平均速率增大，但不是每个分子的速率均增大，D错误。
6．答案：B
解析：汽缸导热，说明汽缸内气体的温度与外界温度相同，所以选项中四种情形分子的平均动能一样大。设活塞质量为m，横截面积为S，活塞平衡后，根据平衡条件可知，选项AC中汽缸内气体的压强等于外界大气压强
选项B中气体的压强最大，等于
选项D中气体压强最小等于
根据压强的微观解释或分子数密度公式，可知选项B中气体的分子数密度最大。
故选B。
7．答案：D
解析：A.过程温度不变，压强减小，根据可知，体积增大，所以气体对外做功，但理想气体的内能只与温度有关，所以内能不变，故A错误；
BC.过程，压强不变，温度降低，气体内能减小，分子平均动能也减小，又根据可知，体积减小，外界对气体做功，根据可知，气体向外界放出热量，且气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功，故BC错误；
D.过程，温度升高，内能增加，且恒定，根据可知，体积不变，气体从外界吸收的热量等于气体内能的增加量，故D正确。
故选D。
8．答案：C
解析：A.气体在过程中因乘积变大，可知温度升高，选项A错误；
B.气体在过程中因乘积变小，可知温度降低，内能减小，选项B错误；
C.在图像中，图像与坐标轴围成的面积等于气体对外做功，可知气体在过程和过程对外界做的功相等，选项C正确；
D.气体在一次循环过程中从a到b再到c过程对外做功，从c到a过程外界对气体做功，整个过程中气体对外做功，且内能不变，则气体会从外界吸收热量，选项D错误。
故选C。
9．答案：BCD
解析：A.气体在状态a的pV乘积小于在状态c的pV乘积，可知在状态a的温度小于在状态c的温度，选项A错误；
B.d→a过程，外界对气体做功等于图像与坐标轴围成的面积，为
因d态的pV乘积大于a态的pV乘积，可知d态温度高于a态，从d到a气体内能减小，则气体向外界放出的热量大于外界对气体做功，即大于225J，选项B正确；
C.因bd两态的pV乘积相等，可知bd两态的温度相等内能相等，则从b→c过程气体内能的增加量等于c→d过程内能减小量；而从c到d，体积不变，则内能减小量等于它向外界放出的热量，可知b→c过程气体内能的增加量等于c→d过程它向外界放出的热量，选项C正确；
D.从初始状态a经状态b、c、d再回到a的过程，气体内能不变，气体对外做功数值上等于平行四边形abcd的面积，则气体吸收的热量为
选项D正确。
故选BCD。
10．答案：AD
解析：AB.设玻璃管横截面积为S，则倒置时管内气体压强为，由平衡条件可知
解得
管内气柱体积为
将玻璃管缓慢倒置过来，稳定后管内气体压强为，由平衡条件得
解得
设此时管内气体气柱长度为，则
根据玻意耳定律可得
解得
故A正确，B错误；
CD.假设加热过程中，水银未溢出。将玻璃管加热至的过程中管内气体为等压变换，玻璃管气柱高度为，则
由盖—吕萨克定律得
由单位换算
，
解得
故有部分水银溢出，此种结果不符合题意，需要舍弃。
设水银溢出后，水银柱高度为，则
设温度加热到时，水银柱上端正好与溢出口平齐且不溢出，则由盖—吕萨克定律得
解得
水银柱上端正好与溢出口平齐后再继续加热到，则
联立以上方程，解得
则空气柱长度为
故C错误，D正确。
故选AD。
11．答案：AB
解析：AB.当车胎内气体的温度升高时，内能增大，分子运动越剧烈，车胎内气体分子的平均动能增大，故AB正确；C.由于轮胎内气体分子的平均动能增大，气体分子的平均速率增大，但是不是所有气体分子的运动速度增大，故C错误；D.气体单位体积内分子数不变，但是温度升高，分子平均速率增大，所以气体分子在单位时间内单位面积上与车胎碰撞的次数增多，故D错误。故选AB。
12．答案：（1）（2）
解析：（1）由题意可知夹层中的气体发生等容变化，根据理想气体状态方程可知
代入数据解得
（2）当保温杯外层出现裂缝后，静置足够长时间，则夹层压强和大气压强相等，设夹层体积为V，以静置后的所有气体为研究对象有
解得
则增加空气的体积为
所以增加的空气质量与原有空气质量之比为
13．答案：（1）（2）1250K（3）480K
解析：（1）汽缸下落过程中，气体等压变化，气体的压强为
（2）汽缸下落过程中，气体等压变化，活塞位置不变，由盖-吕萨克定律知
解得
汽缸下落过程中，气体等压变化，外界对气体做功为，
解得：
（3）待缸口着地后，再降温时，气体压强减小，活塞上移，弹簧逐渐恢复原长，由胡克定律知
解得弹簧的形变量为
设弹簧恢复原长时的环境温度为，气体压强为，气柱长度为，由活塞的平衡知
由几何关系知
由理想气体状态方程，可知
解得
