新教材2023_2024学年高中物理第2章气体固体和液体测评新人教版选择性必修第三册

第二章测评

一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题目要求。

1.下列说法正确的是(　　)

A.表面张力的方向总是垂直于液面,指向液体内部

B.产生毛细现象时,液体在毛细管中一定上升

C.液晶像液体一样具有流动性,而其光学性质与某些晶体相似

D.熔化的金属在太空中呈现球形,是由于液体内部分子间存在引力

2.新买的冰箱在第一次通电后一段时间,首次打开冰箱门会发现门比较紧,产生这种现象的原因是(　　)

A.冰箱工作后,随着温度下降,腔体内气体压强小于外界压强

B.冰箱工作后,随着温度下降,腔体内气体压强大于外界压强

C.腔体内气体分子平均动能变大

D.腔体内气体分子平均动能不变

3.如图所示,某次实验时,试管中用水银柱封闭了一定质量的理想气体,一段时间后,发现水银柱往下移动了一定距离。则关于这个实验,下列说法正确的是(　　)

A.封闭气体的分子平均动能减小,气体吸热

B.在相等时间内封闭气体的分子对单位面积器壁的冲量不变

C.封闭气体在单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数不变

D.由于水银对玻璃不浸润,附着层内分子比水银的分子内部密集

4.如图所示为医院给病人输液的部分装置,A为输液瓶,B为滴壶,C为进气管,与大气相通。在输液过程中(假设病人保持不动、瓶A液体未流完)(　　)

A.瓶A上方的气体压强、滴壶B中的气体压强均减小

B.瓶A上方的气体压强、滴壶B中的气体压强均增大

C.瓶A上方的气体压强增大,滴壶B中的气体压强不变

D.瓶A上方的气体压强减小,滴壶B中的气体压强不变

5.(2023山东泰安高二月考)气压式升降椅通过汽缸上下运动来支配椅子升降,其简易结构如图所示,圆柱形汽缸与椅面固定连接,柱状汽缸杆与底座固定连接。可自由移动的汽缸与汽缸杆之间封闭一定质量的理想气体,设汽缸气密性、导热性能良好,忽略摩擦力。设气体的初始状态为A,某人坐上椅面后,椅子缓慢下降一段距离达到稳定状态B。然后打开空调,一段时间后,室内温度降低到设定温度,稳定后气体状态为C(此过程人的双脚悬空);接着人缓慢离开座椅,直到椅子重新达到另一个稳定状态D,室内大气压保持不变,则气体从状态A到状态D的过程中,关于p、V、T的关系图正确的是(　　)

6.(2023湖北高二开学考试)将密闭着一定质量的理想气体的导热汽缸按如图所示两种方式放置。图(a)中竖直弹簧下端固定在水平地面上,上端与活塞相连;图(b)中竖直弹簧上端固定在天花板上,下端与活塞相连。不计汽缸内壁与活塞间的摩擦,环境温度保持不变,弹簧始终在弹性限度内。当外界大气压变大时,下列说法正确的是(　　)

A.两图中弹簧弹力均变大

B.图(a)中气体压强变大,图(b)中气体压强变小

C.相对于地面,图(a)中汽缸位置下降,图(b)中汽缸位置上升

D.相对于地面,图(a)中活塞位置下降,图(b)中活塞位置上升

7.(2023山东临沂高二月考)某学习小组设计了一种测温装置,用于测量教室内的气温(教室内的气压为一个标准大气压,相当于76 cm汞柱产生的压强),结构如图所示,导热性能良好的大玻璃泡A内有一定量的气体,与A相连的B管插在水银槽中,B管内水银面的高度x可反映所处环境的温度,据此在B管上标注出温度的刻度值。当教室内温度为7 ℃时,B管内水银面的高度为20 cm。B管的体积与大玻璃泡A的体积相比可忽略不计,则以下说法正确的是(　　)

A.B管上所刻的温度数值上高下低

B.B管内水银面的高度为16 cm时,教室内的温度为17 ℃

C.B管上所刻的温度数值间隔是不均匀的

D.若把这个已刻好温度值的装置移到高山上,测出的温度比实际温度偏高

二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分。全部选对得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。

8.(2023河南三门峡高二期末)下列说法正确的是(　　)

A.将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒是非晶体

B.单晶体有固定的熔点,多晶体和非晶体没有固定的熔点

C.由同种元素构成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体

D.在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体

9.如图所示,汽缸内用厚度不计、质量为m的活塞封闭一定质量的理想气体,活塞横截面积为S,到汽缸底部距离为L,活塞与汽缸壁间的摩擦不计,汽缸导热性能良好。现缓慢地在活塞上加一定质量的细砂,活塞下移达到稳定,环境温度保持不变,大气压强为p0,重力加速度大小为g,则(　　)

A.细砂质量为+m

B.汽缸内分子平均动能增大

C.汽缸内气体分子密度不变

D.单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多

10.如图所示,足够长U形管竖直放置,左右两侧分别用水银封闭着L1、L2两部分气体,则下列陈述正确的是(　　)

A.只对气柱L1加热,则气柱L1长度增大,气柱L2长度不变

B.只对气柱L2加热,则h不变,气柱L2长度减小

C.只在右管中注入一些水银,气柱L1长度将增大

D.对气柱L1、L2同时加热,则气柱L1、L2长度均增大

三、非选择题:本题共5小题,共54分。

11.(6分)大气压强对许多物理实验和化学实验有着重要的影响。现用如图所示的仪器来测量大气压强p0。注射器针筒已被固定在竖直方向上,针筒上所标刻度是注射器的容积,最大刻度Vmax=10 mL。注射器活塞已装上钩码框架,如图所示。此外,还有一架托盘天平、若干钩码、一把刻度尺、一个针孔橡皮帽和少许润滑油。

(1)下面是实验步骤,试在下面的空白处填写合适的文字或表达式。

①用刻度尺测出注射器针筒上全部刻度的长度L。

②　。 

③把适量的润滑油抹在注射器的活塞上,将活塞插入针筒中,上下拉动活塞,使活塞与针筒的间隙内均匀地涂上润滑油。

④将活塞插到适当的位置。

⑤　。 

⑥在钩码框架两侧挂上钩码,记下挂上的钩码质量m1。在达到平衡后,记下注射器中空气柱的体积V1。在这个过程中,不要用手接触注射器以保证空气柱温度不变。

⑦增加钩码的个数,使钩码的质量增大为m2,达到平衡后,记下空气柱的体积V2。

(2)求出计算大气压强p0的表达式　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用已给的和测得的物理量表示)。 

12.(8分)(2023广东中山高二期末)“用DIS研究在温度不变时,一定质量的气体压强与体积的关系”的实验装置示意图如图所示,实验操作步骤如下:

①将活塞移动到注射器满刻度处;

②用软管连接注射器和压强传感器,并将压强传感器重置;

③用数据线依次连接压强传感器、数据采集器、计算机;

④缓慢移动活塞至某位置,待示数稳定后记录注射器上的刻度数值V,以及相应的压强传感器示数p;

⑤重复上述步骤④,多次测量并记录;

⑥根据记录的数据,作出相应图像,分析得出结论。

(1)在本实验操作的过程中,需要保持不变的量是气体的　　　　和　　　　; 

(2)实验过程中,下列说法正确的　　　　; 

A.推拉活塞时,动作要快,以免气体进入或漏出

B.推拉活塞时,手不可以握住注射器气体部分

C.活塞移至某位置时,应迅速记录此时注射器内气柱的长度和压强传感器的示数

(3)某同学测出了注射器内封闭气体的几组压强p和体积V的值后,以p为纵轴、为横轴,画出图像如图所示,则产生的可能原因是　　　　; 

A.实验过程中有气体从注射器漏出

B.实验开始前,压强传感器没有调零

C.实验过程中气体温度升高

D.实验过程中外面气体进入注射器,使注射器里面气体质量增加了

(4)在不同温度环境下,另一位同学重复了上述实验,实验操作和数据处理均正确。环境温度分别为T1、T2,且T1>T2。在如图所示的四幅图中,可能正确反映相关物理量之间关系的是　　　　。 

13.(10分)(2023广东珠海高二期末)健身球上无人时,球内气体的体积为120 L,压强为1.5×105 Pa,此时周围的环境温度为27 ℃。

(1)如图所示,某人趴在健身球上静止时,球内体积变为100 L,球内气体可看成理想气体且温度保持不变,求此时球内气体压强;

(2)把此球从温度为27 ℃的健身房放置到温度为-3 ℃的仓库,当球内气体与环境温度相同后,健身球体积变为108 L,求此时球内气体压强。

14.(14分)(2023河北邢台高二期末)如图所示,质量m=5 kg、导热性能良好的薄壁汽缸平放在粗糙水平地面上,横截面积S=10 cm2的薄活塞将一定量的理想气体封闭在汽缸内,水平轻质弹簧的左端与光滑活塞(不漏气)连接,右端固定在竖直墙上,系统处于静止状态。此时薄活塞到汽缸底部的距离L0=20 cm,缸内气体的热力学温度T0=300 K,弹簧处于原长。现用水平力向右缓慢推动汽缸(该过程中缸内气体的温度不变),当汽缸向右移动距离s=6 cm时撤去水平力,此时汽缸恰好能够静止,弹簧的压缩量x=2 cm。大气压强恒为p0=1×105 Pa,重力加速度g取10 m/s2,弹簧一直在弹性限度内,认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力,不计活塞以及缸内气体的质量。

(1)求汽缸下侧与地面之间的动摩擦因数μ;

(2)撤去外力后将汽缸固定,缓慢对缸内气体加热,求当汽缸底部到活塞的距离恢复为L0时缸内气体的热力学温度T。

15.(16分)(2023山东菏泽高二月考)深海养殖技术在海洋渔业中被普遍推广。某深海大黄鱼渔场引进的单柱半潜式养殖网箱如图甲所示,其截面示意图如图乙所示。在图乙中,网箱的中央柱形容器是由横截面积为2 m2,高16 m的镀锌铁皮(不计铁皮体积)制成的空心圆柱体,可进水或充气,以此调节网箱在海水中的位置,使整个网箱按要求上浮或下沉;网箱与海水相通,是养鱼的空间,并与圆柱体固定在一起;网箱的底部用绳索悬挂质量为20 t的铸铁块(不与海底接触),铸铁块相当于“船锚”,起稳定作用。已知制作网箱材料的总质量为10 t,养殖网箱材料和铸铁块能够排开海水的体积为6 m3,海水的密度为1.0×103 kg/m3,大气压强为1.0×105 Pa,g取10 m/s2。在认为空气温度与海水温度相同的情况下,当网箱的底部下沉到海面下15 m处静止时,求:

(1)空心圆柱体内气体的压强;

(2)通过计算说明从开始入水到该状态,需要通过气阀向空心圆柱体充气还是对外放气;

(3)充入或放出的气体在空气中的体积。

第二章测评

1.C　表面张力使液体表面有收缩的趋势,它的方向跟液面相切,选项A错误;浸润液体在毛细管内上升,不浸润液体在毛细管内下降,故B错误;液晶像液体一样具有流动性,而其光学性质与某些晶体相似,选项C正确;熔化的金属呈球状是由于液体表面分子间存在表面张力的结果,选项D错误。

2.A　根据一定质量的理想气体状态方程=C可知随着温度下降,腔体内气体压强小于外界压强,故A正确,B错误;由于温度下降,故腔体内气体分子平均动能变小,故C、D错误。

3.B　气体压强不变,发生等压变化,又V0>V1,所以T0>T1,所以温度减小,平均分子动能减小,气体放热,在相等时间内封闭气体的分子对单位面积器壁的冲量不变,故A错误,B正确;由于体积减小,而分子数未变,所以单位时间内撞击的分子数应增大,故C错误;不浸润时,附着层内分子比水银的分子内部稀疏,故D错误。

4.C　瓶A中上方气体的压强为外界大气压与瓶A中的液体产生的压强差,瓶A中的液面下降,液体产生的压强就减小,所以瓶A中上方气体的压强会增大,进气管C处的压强为大气压强,不变化,从C到滴壶B之间的液柱高度不变,所以滴壶B中的气体压强在瓶中药液输完以前是不变的。故A、B、D错误,C正确。

5.B　从状态A到状态B过程中,气体等温压缩,体积减小,压强增大,温度不变,从状态B到状态C过程中,气体等压降温,温度降低,体积减小,压强不变,从状态C到状态D过程中,气体等温膨胀,体积变大,压强减小,且状态D的压强恢复为原状态A的压强。故选B。

6.C　把汽缸和活塞当作整体,状态变化前后均满足平衡条件F=(m0+m)g,故弹簧弹力保持不变,两活塞位置保持不变,故A、D错误;图(a)中以汽缸为研究对象m0g+p0S=p1S,p0增大,故p1增大,又温度保持不变,由玻意耳定律可知,气体体积缩小,故汽缸位置下降;图(b)中以汽缸为研究对象m0g+p2S=p0S,p0增大,故p2增大,又温度保持不变,由玻意耳定律可知,气体体积缩小,故汽缸位置上升,故B错误,C正确。

7.D　当温度升高时,管内气体体积变大,B管液面降低,则B管上所刻的温度数值上低下高,故A错误;B管的体积与大玻璃泡A的体积相比可忽略不计,可认为气体做等容变化,则当温度为7℃时,设温度为T1=273K+7K=280K,大玻璃泡A内气体压强相当于56cm汞柱产生的压强,温度改变为T2时,气体压强相当于60cm汞柱产生的压强,根据可得T2=300K=27℃,选项B错误;温度改变为T时,气体压强为p=76-x,根据可得T=380-5x,则B管上所到的温度数值间隔是均匀的,选项C错误;若把这个已经刻好温度值的装置移到高山上,大气压强比地面偏小,导致大玻璃泡A内体积偏大,管内液面下降,则测出的温度比实际偏高,故D正确。

8.CD　将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒仍然晶体,A错误;单晶体、多晶体有固定的熔点,非晶体没有固定的熔点,B错误;由同种元素构成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体,例如金刚石和石墨,C正确;在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体,例如天然石英是晶体,加工后做成玻璃就是非晶体,D正确。

9.AD　由题意可知,气体发生等温变化,初状态,对活塞受力分析,由平衡条件得p1S=mg+p0S,末状态对细砂和活塞受力分析,由平衡条件得p2S=mg+m0g+p0S,对封闭气体,由等温变化规律得p1SL=p2S×L,联立解得m0=+m,故A正确;气体温度不变,则分子平均动能不变,故B错误;汽缸内封闭气体被压缩,体积减小,而质量不变,则汽缸内气体分子密度增大,故C错误;温度不变,气体分子的平均动能不变,平均速率不变,等温压缩时,根据玻意耳定律得知,压强增大,则单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多,故D正确。

10.AD　只对L1加热,则L1长度增大,气柱L2压强不变,温度不变,故长度不变,故A正确;只对L2加热,气体L2做等压变化,压强不变,温度升高,体积增大,故气柱L2长度增大,故B错误;只在右管中注入一些水银,L2压强增大,L1的压强与h长度的水银柱产生的压强之和随之增大,可知L1的长度将减小,故C错误;使L1、L2同时升温,L2压强不变,则L1、L2长度均增大,故D正确。

11.答案 (1)②称出活塞和钩码框架的总质量M　⑤将注射器针筒上的小孔用橡皮帽堵住

(2)p0=

解析 (1)本实验的原理是注射器内的气体的压强与大气压相关,通过气体的等温变化规律建立气体压强、大气压与相关体积的关系,进一步求得大气压。

(2)设活塞和钩码框架的总质量为M,活塞的横截面积为S=,根据步骤⑥⑦可知,气体的初状态p1=p0+,体积为V1,末状态p2=p0+,体积为V2,根据玻意耳定律,有p1V1=p2V2,得p0=-M。

12.答案 (1)质量　温度　(2)B　(3)CD　(4)AC

解析 (1)在本实验操作的过程中,需要保持不变的量是气体的质量和温度。

(2)推拉活塞时动作过快,实验过程中会使气体的温度发生变化,A错误;推拉活塞时,手不可以握住注射器气体部分,以保证气体的温度不变,B正确;活塞移至某位置时,要等稳定后记录此时注射器内气柱的长度和压强传感器的示数,C错误。

(3)由一定质量的理想气体状态方程=C可知p=CT,图像发生了弯曲,则说明在实验中温度发生了变化,因图像向上弯曲,p-图像的斜率为k=CT,故可能是气体的温度升高了,或者质量变大了,故选CD。

(4)由于实验操作和数据处理均正确,同体积情况下,则温度高对应压强大,pV乘积较大的是T1对应的图线,A正确,B错误;由理想气体状态方程=C可知V=CT,对于一定量的气体,温度T越高V-图像的斜率越大,已知T1>T2,C正确,D错误。

13.答案 (1)1.8×105 Pa　(2)1.5×105 Pa

解析 (1)对球内的气体由玻意耳定律可得p1V1=p'V'

解得球内气体的压强p'=1.8×105Pa。

(2)当把此球从27℃的健身房放置到-3℃仓库,由理想气体状态方程

解得p2=1.5×105Pa。

14.答案 (1)0.5　(2)525 K

解析 (1)汽缸向右移动后系统处于静止状态时,活塞到汽缸底部的距离L=L0+x-s

在汽缸向右移动的过程中,缸内气体做等温变化,设撤去外力时缸内气体的压强为p,有p0L0S=pLS

对活塞,根据物体的平衡条件有pS=p0S+kx

对汽缸与活塞整体,根据物体的平衡条件有kx=μmg

解得μ=0.5。

(2)经分析可知,当汽缸底部到活塞的距离恢复为L0时,弹簧的压缩量x'=s=6cm

设此时缸内气体的压强为p',有

对活塞,根据物体的平衡条件有p'S=p0S+kx'

解得T=525K。

15.答案 (1)2.2×105 Pa　(2)充气　(3)25.2 m3

解析 (1)网箱材料和铸铁块的总质量m=10t+20t=30t=3×104kg

网箱静止在海水中,整个装置受到的浮力等于它的总重力,即F浮=G=mg=3×104×10N=3×105N

根据阿基米德原理V排=m3=30m3

空心圆柱体排开水的体积V排'=V排-V0=30m3-6m3=24m3

空心圆柱体内海水的体积V海水=15×2m3-24m3=6m3

空心圆柱体内海水的高度h==3m

空心圆柱体内气体的压强p=1.0×105Pa+(15-3)×10×103Pa=2.2×105Pa。

(2)假设既没有放气也没有充气,根据玻意耳定律可得p0V=p1V'

其中V=16×2m2=32m2,V'=13×2m2=26m2

解得p1≈1.23×105Pa

比较可知p1<p

可知需要通过气阀向空心圆柱体充气。

(3)设充入的体积为V″,根据玻意耳定律p0(V+V″)=pV'

解得V″=25.2m3。