2025高考物理步步高同步練習(xí)選修3第二章　氣體、固體和液體溫度和溫標(biāo)含答案

2025高考物理步步高同步練習(xí)選修3第二章氣體、固體和液體1溫度和溫標(biāo)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道系統(tǒng)的狀態(tài)參量及平衡態(tài).2.明確溫度的概念，知道熱平衡定律及其與溫度的關(guān)系.3.了解溫度計(jì)的原理，知道熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的換算關(guān)系．一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)1．熱力學(xué)系統(tǒng)和外界(1)熱力學(xué)系統(tǒng)：由大量分子組成的系統(tǒng)叫作熱力學(xué)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱系統(tǒng)．(2)外界：系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其他物體統(tǒng)稱外界．2．狀態(tài)參量：用來確定系統(tǒng)的狀態(tài)的物理量．常用的狀態(tài)參量有體積V、壓強(qiáng)p、溫度T等．3．平衡態(tài)：在沒有外界影響的情況下，只要經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量能夠達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)．二、熱平衡與溫度1．熱平衡：兩個(gè)相互接觸的熱力學(xué)系統(tǒng)，經(jīng)過一段時(shí)間，各自的狀態(tài)參量不再變化，說明兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了平衡，這種平衡叫作熱平衡．2．熱平衡定律：如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡．3．溫度：熱平衡中，表征“共同的熱學(xué)性質(zhì)”的物理量．4．熱平衡的性質(zhì)：達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度．三、溫度計(jì)與溫標(biāo)1．確定一個(gè)溫標(biāo)的方法(1)選擇一種測(cè)溫物質(zhì)．(2)了解測(cè)溫物質(zhì)用以測(cè)溫的某種性質(zhì)．(3)確定溫度的零點(diǎn)和分度的方法．2．熱力學(xué)溫度T與攝氏溫度t(1)攝氏溫標(biāo)：一種常用的表示溫度的方法．規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)為0℃，水的沸點(diǎn)為100℃，把玻璃管上0℃刻度和100℃刻度之間均勻分成100等份，每份算作1℃.(2)熱力學(xué)溫標(biāo)：現(xiàn)代科學(xué)中常用的表示溫度的方法．熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度叫作熱力學(xué)溫度．用符號(hào)T表示，單位是開爾文，簡(jiǎn)稱開，符號(hào)為K.(3)攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的關(guān)系為T＝t＋273.15K.1．判斷下列說法的正誤．(1)表示系統(tǒng)的狀態(tài)參量常用的有體積、壓強(qiáng)和溫度等．(√)(2)兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，它們一定具有相同的熱量．(×)(3)溫度計(jì)測(cè)溫原理是熱平衡定律．(√)(4)0℃的溫度可以用熱力學(xué)溫度粗略地表示為273K．(√)2．(1)兩個(gè)系統(tǒng)具有相同的時(shí)，即達(dá)到了熱平衡．(2)北京時(shí)間2016年8月6日是第31屆里約奧運(yùn)會(huì)開幕的日子，中央電視臺(tái)播報(bào)天氣預(yù)報(bào)，里約的最高氣溫是38℃，它是K．我國(guó)在研究超導(dǎo)問題方面走在世界前列，我國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)某種超導(dǎo)材料的臨界溫度是90K，它是℃.答案(1)溫度(2)311.15－183.15一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)導(dǎo)學(xué)探究(1)在力學(xué)中，為了確定物體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，我們使用了物體的坐標(biāo)和速度這兩個(gè)物理量．在熱學(xué)中如果我們要研究一箱氣體的狀態(tài)，需要哪些物理量呢？(2)如果系統(tǒng)與外界沒有能量交換，該系統(tǒng)就達(dá)到平衡態(tài)了嗎？答案(1)體積、壓強(qiáng)和溫度(2)不是知識(shí)深化1．熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)參量(1)體積V：系統(tǒng)的幾何參量，它可以確定系統(tǒng)的空間范圍．(2)壓強(qiáng)p：系統(tǒng)的力學(xué)參量，它可以描述系統(tǒng)的力學(xué)性質(zhì)．(3)溫度T：系統(tǒng)的熱學(xué)參量，它可以確定系統(tǒng)的冷熱程度．2．平衡態(tài)的理解(1)熱力學(xué)的平衡態(tài)與力學(xué)的平衡態(tài)的意義不同，熱力學(xué)的平衡態(tài)是一種動(dòng)態(tài)平衡，組成系統(tǒng)的分子仍在不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，只是分子運(yùn)動(dòng)的平均效果不隨時(shí)間變化，表現(xiàn)為系統(tǒng)不受外界的影響，狀態(tài)參量(壓強(qiáng)、體積和溫度)不隨時(shí)間變化．(2)平衡態(tài)是一種理想情況，因?yàn)槿魏蜗到y(tǒng)完全不受外界影響是不可能的．例1(2021·岳陽(yáng)市高二月考)下列關(guān)于系統(tǒng)是否處于平衡態(tài)的說法正確的是()A．開空調(diào)2min內(nèi)教室里的氣體處于平衡態(tài)B．兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸，這兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)處于非平衡態(tài)C．0℃的冰水混合物放入1℃的環(huán)境中，冰水混合物處于平衡態(tài)D．壓縮密閉容器中的空氣，空氣處于平衡態(tài)答案B解析開空調(diào)2min內(nèi)教室里的氣體溫度要變化，故不是平衡態(tài)，A錯(cuò)誤；兩物體溫度不同，接觸后高溫物體會(huì)向低溫物體傳熱，是非平衡態(tài)，B正確；0℃的冰水混合物放入1℃的環(huán)境中，周圍環(huán)境會(huì)向冰水混合物傳熱，不是平衡態(tài)，C錯(cuò)誤；壓縮密閉容器中的空氣，要對(duì)空氣做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，不是平衡態(tài)，D錯(cuò)誤．二、熱平衡與溫度導(dǎo)學(xué)探究(1)用手心握住體溫計(jì)玻璃泡，觀察到體溫計(jì)的示數(shù)逐漸上升．當(dāng)上升到36℃左右時(shí)，為什么不再上升？(2)當(dāng)把它立即放入40℃的水中時(shí)，你又看到什么現(xiàn)象？為什么？答案(1)因?yàn)轶w溫計(jì)與人體溫度相同，即達(dá)到了熱平衡．(2)體溫計(jì)的示數(shù)繼續(xù)上升，因?yàn)轶w溫計(jì)玻璃泡的溫度與水的溫度不相同，沒有達(dá)到熱平衡．知識(shí)深化1．平衡態(tài)與熱平衡的區(qū)別和聯(lián)系平衡態(tài)熱平衡區(qū)別研究對(duì)象一個(gè)系統(tǒng)兩個(gè)接觸的系統(tǒng)判斷依據(jù)系統(tǒng)不受外界影響，狀態(tài)參量不變兩個(gè)系統(tǒng)的溫度相同聯(lián)系處于熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)都處于平衡態(tài)2.熱平衡定律的意義決定兩個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到了熱平衡的最主要參量是溫度．因?yàn)榛闊崞胶獾奈矬w具有相同的溫度，所以在比較各物體的溫度時(shí)，不需要將各物體直接接觸，只需將溫度計(jì)分別與各物體接觸，即可比較溫度的高低．3．熱平衡與溫度(1)對(duì)溫度的理解①宏觀上，表示物體的冷熱程度．②微觀上，反映分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度．③一切達(dá)到熱平衡的物體都具有相同的溫度．(2)溫度計(jì)的測(cè)溫原理若物體與A處于熱平衡，它同時(shí)也與B處于熱平衡，則A的溫度等于B的溫度，這就是溫度計(jì)用來測(cè)量溫度的基本原理．例2(2021·寧夏吳忠中學(xué)高二期末)關(guān)于熱平衡，下列說法不正確的是()A．系統(tǒng)甲與系統(tǒng)乙達(dá)到熱平衡就是它們的溫度達(dá)到相同的數(shù)值B．冷熱程度相同的兩系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)C．量體溫時(shí)溫度計(jì)需和身體接觸5分鐘是為了讓溫度計(jì)跟身體達(dá)到熱平衡D．標(biāo)準(zhǔn)狀況下冰水混合物與0℃的水未達(dá)到熱平衡答案D解析兩系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)的標(biāo)志是它們的溫度相同，或者說它們的冷熱程度相同，故A、B正確；量體溫時(shí)溫度計(jì)需和身體接觸5分鐘是為了讓溫度計(jì)跟身體達(dá)到熱平衡，故C正確；標(biāo)準(zhǔn)狀況下冰水混合物的溫度為0℃，與0℃的水能達(dá)到熱平衡，故D錯(cuò)誤．例3(2021·蕪湖市高二期末)下列有關(guān)熱平衡的說法，正確的是()A．如果兩個(gè)系統(tǒng)在某時(shí)刻處于熱平衡，則這兩個(gè)系統(tǒng)永遠(yuǎn)處于熱平衡B．熱平衡定律只能研究三個(gè)系統(tǒng)的問題C．如果兩個(gè)系統(tǒng)彼此接觸而不發(fā)生狀態(tài)參量的變化，這兩個(gè)系統(tǒng)又不受外界影響，那么這兩個(gè)系統(tǒng)一定處于熱平衡D．兩個(gè)處于熱平衡的系統(tǒng)，溫度可以有微小的差別答案C解析處于熱平衡的系統(tǒng)，如果受到外界的影響，狀態(tài)參量會(huì)隨之變化，溫度也會(huì)變化，故A錯(cuò)誤；熱平衡定律對(duì)多個(gè)系統(tǒng)也適用，故B錯(cuò)誤；如果兩個(gè)系統(tǒng)彼此接觸而狀態(tài)參量不再變化，這兩個(gè)系統(tǒng)又不受外界影響，那么這兩個(gè)系統(tǒng)一定處于熱平衡，故C正確；兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，它們的溫度一定相同，故D錯(cuò)誤．三、溫度計(jì)與溫標(biāo)導(dǎo)學(xué)探究(1)如圖所示，伽利略溫度計(jì)是利用玻璃管內(nèi)封閉的氣體作為測(cè)溫物質(zhì)制成的，當(dāng)外界溫度越高時(shí)，細(xì)管內(nèi)的水柱越高嗎？(2)如果氣體的溫度是1℃，也可以說氣體的溫度是多少K？如果氣體的溫度升高了1℃，也可以說氣體的溫度升高了多少K?答案(1)不是．由熱脹冷縮可知，當(dāng)外界溫度越高時(shí)，氣體膨脹越厲害，細(xì)管內(nèi)的水柱越低．(2)274.151知識(shí)深化1．“溫度”含義的兩種說法(1)宏觀角度：表示物體的冷熱程度．(2)熱平衡角度：兩個(gè)處于熱平衡的系統(tǒng)存在一個(gè)數(shù)值相等的物理量，這個(gè)物理量就是溫度．2．常見溫度計(jì)及其原理名稱原理水銀溫度計(jì)根據(jù)水銀熱脹冷縮的性質(zhì)來測(cè)量溫度金屬電阻溫度計(jì)根據(jù)金屬的電阻隨溫度的變化來測(cè)量溫度壓力表式溫度計(jì)根據(jù)氣體壓強(qiáng)隨溫度的變化來測(cè)量溫度熱電偶溫度計(jì)根據(jù)不同導(dǎo)體因溫差產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的大小來測(cè)量溫度3.溫度計(jì)測(cè)溫原理一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度．溫度計(jì)與待測(cè)物體接觸，達(dá)到熱平衡，其溫度與待測(cè)物體的溫度相同．例4(2021·江蘇省新豐中學(xué)高二期中)關(guān)于溫度，下列說法中正確的是()A．溫度升高1℃，也可以說溫度升高1KB．溫度由攝氏溫度t升至2t，對(duì)應(yīng)的熱力學(xué)溫度便由T升至2TC．絕對(duì)零度就是當(dāng)一定質(zhì)量的氣體體積為零時(shí)，用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出的溫度D．隨著人類制冷技術(shù)的不斷提高，總有一天絕對(duì)零度會(huì)達(dá)到答案A解析由T＝t＋273K可知A對(duì)，B錯(cuò)．絕對(duì)零度在現(xiàn)實(shí)中無(wú)法達(dá)到，C、D錯(cuò)．考點(diǎn)一平衡態(tài)與熱平衡1．下列說法正確的是()A．狀態(tài)參量是描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，系統(tǒng)處于非平衡態(tài)時(shí)各部分的狀態(tài)參量不發(fā)生變化B．當(dāng)系統(tǒng)不受外界影響且經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間時(shí)，其內(nèi)部各部分狀態(tài)參量將會(huì)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)C．只有處于平衡態(tài)的系統(tǒng)才有狀態(tài)參量D．兩物體發(fā)生傳熱時(shí)，它們組成的系統(tǒng)處于平衡態(tài)答案B解析系統(tǒng)處于非平衡態(tài)時(shí)狀態(tài)參量會(huì)發(fā)生變化，兩物體發(fā)生傳熱表示溫度在發(fā)生變化，它們組成的系統(tǒng)處于非平衡態(tài)，故A、D錯(cuò)誤；當(dāng)系統(tǒng)不受外界影響且經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間時(shí)，其內(nèi)部各部分狀態(tài)參量將會(huì)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即平衡態(tài)，故B正確；狀態(tài)參量是描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，無(wú)論系統(tǒng)處于何種狀態(tài)都具有狀態(tài)參量，故C錯(cuò)誤．2．下列說法不正確的是()A．兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，它們一定具有相同的熱量B．如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)也必定處于熱平衡C．溫度是決定兩個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡的唯一物理量D．熱平衡定律是溫度計(jì)能夠用來測(cè)量溫度的基本原理答案A解析達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的狀態(tài)參量，即溫度，A錯(cuò)誤，C正確；由熱平衡定律可知，若系統(tǒng)C與系統(tǒng)A處于熱平衡，它同時(shí)也與系統(tǒng)B處于熱平衡，則系統(tǒng)A的溫度等于系統(tǒng)B的溫度，這也是溫度計(jì)用來測(cè)量溫度的基本原理，B、D正確．3．兩個(gè)原來處于熱平衡的系統(tǒng)，分開后，由于受外界的影響，其中一個(gè)系統(tǒng)的溫度升高了5K，另一個(gè)系統(tǒng)的溫度升高了5℃，則下列說法正確的是()A．兩個(gè)系統(tǒng)不再處于熱平衡B．兩個(gè)系統(tǒng)此時(shí)仍處于熱平衡C．兩個(gè)系統(tǒng)的溫度不再相同了D．兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)都沒有發(fā)生變化答案B解析由于兩個(gè)系統(tǒng)原來處于熱平衡，溫度相同，當(dāng)分別升高5℃和5K后，溫度仍相同，兩個(gè)系統(tǒng)仍處于熱平衡，溫度相同，故A、C錯(cuò)誤，B正確；由于溫度發(fā)生了變化，系統(tǒng)的狀態(tài)也發(fā)生了變化，故D錯(cuò)誤．考點(diǎn)二溫度、溫度計(jì)與溫標(biāo)4．(2022·臨沂市蘭陵四中高二檢測(cè))上海某天的最高溫度為33℃，最低為22℃，用熱力學(xué)溫標(biāo)來表示上海這一天的最高溫度和最大溫差分別為()A．33K；11K B．306K；11KC．33K；295K D．306K；295K答案B解析最高溫度和最低溫度分別為T1＝273K＋t1＝(273＋33)K＝306K，T2＝273K＋t2＝(273＋22)K＝295K，最大溫差為ΔT＝T1－T2＝306K－295K＝11K，故選B.5．冬天，內(nèi)蒙古的氣溫最低可達(dá)－42℃，為了測(cè)量那里的氣溫應(yīng)選用(已知水銀的熔點(diǎn)是－38.87℃；酒精的熔點(diǎn)是－114℃)()A．水銀溫度計(jì) B．酒精溫度計(jì)C．水溫度計(jì) D．體溫計(jì)答案B解析水銀的熔點(diǎn)是－38.87℃，低于－38.87℃時(shí)水銀會(huì)凝固，而酒精的熔點(diǎn)是－114℃，水在零度就結(jié)冰，而體溫計(jì)的測(cè)量范圍為35～42℃，所以只能選B.6．(2022·禹州市三立高級(jí)中學(xué)月考)關(guān)于熱力學(xué)溫度和攝氏溫度，下列說法中正確的是()A．某物體的攝氏溫度為10℃，則熱力學(xué)溫度為10KB．熱力學(xué)溫度升高1K，對(duì)應(yīng)攝氏溫度升高1℃C．?dāng)z氏溫度升高10℃，對(duì)應(yīng)熱力學(xué)溫度升高283.15KD．熱力學(xué)溫度和攝氏溫度對(duì)應(yīng)的溫標(biāo)不同，兩者表示的溫度無(wú)法比較答案B解析熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系為T＝t＋273.15K，知ΔT＝Δt，故熱力學(xué)溫度升高1K，對(duì)應(yīng)攝氏溫度升高1℃；攝氏溫度升高10℃，對(duì)應(yīng)熱力學(xué)溫度升高10K，故B正確，C錯(cuò)誤；10℃對(duì)應(yīng)熱力學(xué)溫度283.15K，故A錯(cuò)誤；熱力學(xué)溫度和攝氏溫度對(duì)應(yīng)的溫標(biāo)不同，但可通過關(guān)系式T＝t＋273.15K進(jìn)行轉(zhuǎn)換和比較，故D錯(cuò)誤．7.(2021·臨沂市高二期中)伽利略在1593年制造了世界上第一個(gè)溫度計(jì)—空氣溫度計(jì)，如圖所示，一個(gè)細(xì)長(zhǎng)頸的球形瓶倒插在裝有紅色液體的槽中，細(xì)管中的液面清晰可見，如果不考慮外界大氣壓的變化，就能根據(jù)液面的變化測(cè)出溫度的變化，則下列說法正確的是()A．該溫度計(jì)的測(cè)溫物質(zhì)是槽中的液體B．該溫度計(jì)的測(cè)溫物質(zhì)是細(xì)管中的紅色液體C．該溫度計(jì)的測(cè)溫物質(zhì)是球形瓶D．該溫度計(jì)的測(cè)溫物質(zhì)是球形瓶中的空氣答案D解析細(xì)管中的紅色液體是用來顯示球形瓶中空氣的體積隨溫度變化情況的，測(cè)溫物質(zhì)是球形瓶中封閉的空氣，該溫度計(jì)是利用球形瓶中空氣熱脹冷縮的原理制成的，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確．8．下列說法中正確的是()A．若物體的溫度增加1℃，也就是增加274KB．隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，我們可以使溫度逐漸降低，并最終達(dá)到絕對(duì)零度C．我們可以根據(jù)鉑的電阻隨溫度的變化來制造金屬電阻溫度計(jì)D．常見的體溫計(jì)是根據(jù)玻璃泡的熱膨脹原理制成的答案C解析由T＝t＋273.15K得ΔT＝Δt，則若物體的溫度增加1℃，也就是增加1K，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；絕對(duì)零度是低溫的極限，永遠(yuǎn)不可能達(dá)到，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；金屬鉑的電阻隨溫度變化較明顯，故可用來制作電阻溫度計(jì)，選項(xiàng)C正確；常見的體溫計(jì)是根據(jù)玻璃泡內(nèi)的液體熱脹冷縮原理制成的，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．9．(2021·商丘市高二期中)實(shí)驗(yàn)室有一支讀數(shù)不準(zhǔn)確的溫度計(jì)，在測(cè)冰水混合物的溫度時(shí)，其讀數(shù)為20℃；在測(cè)一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸水的溫度時(shí)，其讀數(shù)為80℃，下面分別是溫度計(jì)示數(shù)為41℃時(shí)對(duì)應(yīng)的實(shí)際溫度和實(shí)際溫度為60℃時(shí)溫度計(jì)的示數(shù)，其中正確的是()A．41℃，60℃ B．21℃，40℃C．35℃，56℃ D．35℃，36℃答案C解析此溫度計(jì)每一刻度表示的實(shí)際溫度為eq\f(100,80－20)℃＝eq\f(5,3)℃，當(dāng)它的示數(shù)為41℃時(shí)，它上升的格數(shù)為41－20＝21(格)，對(duì)應(yīng)的實(shí)際溫度應(yīng)為21×eq\f(5,3)℃＝35℃；當(dāng)實(shí)際溫度為60℃時(shí)，2氣體的等溫變化第1課時(shí)封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.學(xué)會(huì)計(jì)算靜止或勻速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中封閉氣體的壓強(qiáng).2.學(xué)會(huì)計(jì)算容器加速運(yùn)動(dòng)時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)．一、靜止或勻速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算導(dǎo)學(xué)探究(1)如圖甲所示，C、D液面水平且等高，液體密度為ρ，重力加速度為g，其他條件已標(biāo)于圖上，試求封閉氣體A的壓強(qiáng)．(2)在圖乙中，汽缸置于水平地面上，活塞質(zhì)量為m，橫截面積為S，汽缸與活塞之間無(wú)摩擦，設(shè)大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g，試求封閉氣體的壓強(qiáng)．答案(1)同一水平液面C、D處壓強(qiáng)相同，可得pA＝p0＋ρgh.(2)以活塞為研究對(duì)象，受力分析如圖所示，由平衡條件得mg＋p0S＝pS，則p＝p0＋eq\f(mg,S).知識(shí)深化1．取等壓面法同種液體在同一深度向各個(gè)方向的壓強(qiáng)相等，在連通器中，靈活選取等壓面，利用同一液面壓強(qiáng)相等求解氣體壓強(qiáng)．如圖甲所示，同一液面C、D兩處壓強(qiáng)相等，故pA＝p0＋ph；如圖乙所示，M、N兩處壓強(qiáng)相等，從左側(cè)管看有pB＝pA＋ph2，從右側(cè)管看，有pB＝p0＋ph1.2．力平衡法例1如圖所示，活塞的質(zhì)量為m，缸套的質(zhì)量為M，通過彈簧靜止吊在天花板上，汽缸內(nèi)封住一定質(zhì)量的氣體，缸套和活塞間無(wú)摩擦，活塞橫截面積為S，大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g，則封閉氣體的壓強(qiáng)p為()A．p0＋eq\f(Mg,S) B．p0＋eq\f(M＋mg,S)C．p0－eq\f(Mg,S) D.eq\f(mg,S)答案C解析以缸套為研究對(duì)象，有pS＋Mg＝p0S，所以封閉氣體的壓強(qiáng)p＝p0－eq\f(Mg,S)，故應(yīng)選C.例2如圖所示，一橫截面積為S的圓柱形容器豎直放置，圓板A的上表面是水平的，下表面是傾斜的，且下表面與水平面的夾角為θ，圓板的質(zhì)量為M，不計(jì)一切摩擦，大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g，則被圓板封閉在容器中的氣體的壓強(qiáng)p為()A．p0＋eq\f(Mgcosθ,S) B．p0＋eq\f(Mgsinθ,S)C．p0＋eq\f(Mgcos2θ,S) D．p0＋eq\f(Mg,S)答案D解析以圓板為研究對(duì)象，對(duì)圓板受力分析，如圖所示，豎直方向受力平衡，則pS′cosθ＝p0S＋Mg，因?yàn)镾′＝eq\f(S,cosθ)，所以peq\f(S,cosθ)·cosθ＝p0S＋Mg，可得p＝p0＋eq\f(Mg,S)，D正確．例3如圖所示，豎直靜止放置的U形管，左端開口，右端封閉，管內(nèi)有a、b兩段水銀柱，將A、B兩段空氣柱封閉在管內(nèi)．已知水銀柱a長(zhǎng)h1為10cm，水銀柱b兩個(gè)液面間的高度差h2為5cm，大氣壓強(qiáng)為75cmHg，求空氣柱A、B的壓強(qiáng)分別是多少．答案65cmHg60cmHg解析設(shè)管的橫截面積為S，選a的下端面為參考液面，它受向下的壓力為(pA＋ph1)S，受向上的大氣壓力為p0S，由于系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，則(pA＋ph1)S＝p0S，所以pA＝p0－ph1＝(75－10)cmHg＝65cmHg，再選b的左下端面為參考液面，由連通器原理知：液柱h2的上表面處的壓強(qiáng)等于pB，則(pB＋ph2)S＝pAS，所以pB＝pA－ph2＝(65－5)cmHg＝60cmHg.二、容器加速運(yùn)動(dòng)時(shí)封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算導(dǎo)學(xué)探究如圖所示，玻璃管開口向上，豎直靜止放置，外界大氣壓強(qiáng)為p0，液體密度為ρ，高度為h，重力加速度為g，若將上述玻璃管由靜止自由釋放，求下落過程中封閉氣體的壓強(qiáng)．答案下落過程中對(duì)液柱受力分析如圖所示由牛頓第二定律得：p0S＋mg－pS＝ma①a＝g②聯(lián)立①②解得p＝p0.例4如圖所示，光滑水平面上放有一質(zhì)量為M的汽缸，汽缸內(nèi)放有一質(zhì)量為m的可在汽缸內(nèi)無(wú)摩擦滑動(dòng)的活塞，活塞橫截面積為S.現(xiàn)用水平恒力F向右推汽缸，最后汽缸和活塞達(dá)到相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，求此時(shí)缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)p.(已知外界大氣壓強(qiáng)為p0)答案p0＋eq\f(mF,M＋mS)解析選取汽缸和活塞整體為研究對(duì)象，汽缸和活塞相對(duì)靜止時(shí)有：F＝(M＋m)a①以活塞為研究對(duì)象，由牛頓第二定律有：pS－p0S＝ma②聯(lián)立①②解得：p＝p0＋eq\f(mF,M＋mS).1．當(dāng)容器加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，通常選與氣體相關(guān)聯(lián)的液柱、汽缸或活塞為研究對(duì)象，并對(duì)其進(jìn)行受力分析，然后由牛頓第二定律列方程，求出封閉氣體的壓強(qiáng)．2．在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)，可針對(duì)具體情況選用整體法或隔離法．1.如圖所示，U形管封閉端內(nèi)有一部分氣體被水銀封住，已知大氣壓強(qiáng)為p0，封閉部分氣體的壓強(qiáng)p(以cmHg為單位)為()A．p0＋h2B．p0－h(huán)1C．p0－(h1＋h2)D．p0＋(h2－h(huán)1)答案B解析選右邊液面為研究對(duì)象，右邊液面受到向下的大氣壓強(qiáng)p0，在相同高度的左邊液面受到液柱h1向下的壓強(qiáng)和液柱h1上面氣體向下的壓強(qiáng)p，根據(jù)連通器原理可知：p＋h1＝p0，所以p＝p0－h(huán)1，B正確．2.如圖所示，內(nèi)壁光滑的汽缸豎直放置在水平地面上，T形活塞的質(zhì)量為M，下底面積為S，上底面積為4S，若大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g，則被封閉氣體的壓強(qiáng)p等于()A．4p0＋eq\f(Mg,S) B．3p0＋eq\f(Mg,S)C．p0＋eq\f(Mg,S) D．條件不夠，無(wú)法判斷答案C解析以活塞為研究對(duì)象，活塞受重力、大氣壓力和封閉氣體的支持力，根據(jù)受力平衡得Mg＋p0S＝pS，解得p＝p0＋eq\f(Mg,S)，C正確．3.如圖所示，兩端開口的足夠長(zhǎng)的均勻U形管豎直放置，用兩段汞柱封閉了一段空氣柱．若在右端再注入2cm的汞柱，則封閉氣體的壓強(qiáng)為cmHg；若在左端再注入2cm的汞柱，則封閉氣體的壓強(qiáng)為cmHg.(大氣壓為76cmHg)答案88864．質(zhì)量為M的汽缸口朝上靜置于水平地面上(如圖甲)，用質(zhì)量為m的活塞封閉一定質(zhì)量的氣體(氣體的質(zhì)量忽略不計(jì))，活塞的橫截面積為S.將汽缸倒扣在水平地面上(如圖乙)，靜止時(shí)活塞沒有接觸地面．已知大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g，不計(jì)一切摩擦，則下列分析正確的是()A．圖甲中，汽缸對(duì)地面的壓力大小為MgB．圖甲中，封閉氣體壓強(qiáng)為p0＋eq\f(mg,S)C．圖乙中，地面對(duì)汽缸的支持力大小為Mg＋p0SD．圖乙中，封閉氣體壓強(qiáng)為p0－eq\f(Mg,S)答案B解析題圖甲中對(duì)活塞受力分析可知，p0S＋mg＝pS，則封閉氣體壓強(qiáng)為p＝p0＋eq\f(mg,S)，選項(xiàng)B正確；題圖甲、乙中，對(duì)活塞和汽缸整體受力分析可知，地面對(duì)汽缸的支持力大小為Mg＋mg，則汽缸對(duì)地面的壓力大小為Mg＋mg，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤；題圖乙中，對(duì)活塞受力分析可知，p′S＋mg＝p0S，則封閉氣體壓強(qiáng)為p′＝p0－eq\f(mg,S)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．5.如圖所示，內(nèi)徑均勻、兩端開口的細(xì)V形管，B管豎直插入水銀槽中，A管與B管之間的夾角為θ，A管中有一段長(zhǎng)為h的水銀柱保持靜止，下列說法中正確的是()A．B管內(nèi)水銀面比槽內(nèi)水銀面高h(yuǎn)B．B管內(nèi)水銀面比槽內(nèi)水銀面高h(yuǎn)sinθC．B管內(nèi)水銀面比槽內(nèi)水銀面低hcosθD．管內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)比大氣壓強(qiáng)小答案D解析以A管中的水銀柱為研究對(duì)象，設(shè)管的橫截面積為S，則有pS＋ρ水銀ghcosθ·S＝p0S，管內(nèi)封閉氣體壓強(qiáng)p＝p0－ρ水銀ghcosθ，顯然p<p0，且B管內(nèi)水銀面要比槽內(nèi)水銀面高h(yuǎn)cosθ，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤．6．求圖中被封閉氣體A的壓強(qiáng)．其中(1)、(2)、(3)圖中的玻璃管內(nèi)都裝有水銀，(4)圖中的小玻璃管浸沒在水中．大氣壓強(qiáng)p0＝76cmHg.(p0＝1.01×105Pa，g＝10m/s2，ρ水＝1×103kg/m3)答案(1)66cmHg(2)71cmHg(3)81cmHg(4)1.13×105Pa解析(1)pA＝p0－ph＝76cmHg－10cmHg＝66cmHg.(2)pA＝p0－ph＝76cmHg－10×sin30°cmHg＝71cmHg.(3)pB＝p0＋ph2＝76cmHg＋10cmHg＝86cmHg，pA＝pB－ph1＝86cmHg－5cmHg＝81cmHg.(4)pA＝p0＋ρ水gh＝1.01×105Pa＋1×103×10×1.2Pa＝1.13×105Pa.7.如圖所示，汽缸橫截面積為S，活塞質(zhì)量為M，在活塞上放質(zhì)量為m的鐵塊，設(shè)大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g，不計(jì)一切摩擦，當(dāng)汽缸以加速度a向上勻加速運(yùn)動(dòng)，汽缸和活塞達(dá)到相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，求缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)p.答案p0＋eq\f(M＋mg＋a,S)解析以活塞和鐵塊整體為研究對(duì)象，由牛頓第二定律得：pS－p0S－(M＋m)g＝(M＋m)a解得：p＝p0＋eq\f(M＋mg＋a,S).第2課時(shí)實(shí)驗(yàn)：探究氣體等溫變化的規(guī)律[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道什么是等溫變化.2.會(huì)測(cè)量氣體的壓強(qiáng)與體積，能作出氣體的p－V圖像、p－eq\f(1,V)圖像，并通過圖像得出等溫情況下p、V的關(guān)系．一、等溫變化一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，其壓強(qiáng)與體積變化時(shí)的關(guān)系．二、實(shí)驗(yàn)思路在保證密閉注射器中氣體的質(zhì)量和溫度不變的條件下，通過改變密閉注射器中氣體的體積，由壓力表讀出對(duì)應(yīng)氣體的壓強(qiáng)值，進(jìn)而研究在恒溫條件下氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系．三、實(shí)驗(yàn)器材帶鐵夾的鐵架臺(tái)、注射器、柱塞(與壓力表密封連接)、壓力表、橡膠套、刻度尺．四、物理量的測(cè)量1.按如圖所示組裝實(shí)驗(yàn)器材．2．利用注射器選取一段空氣柱為研究對(duì)象，注射器下端的開口有橡膠套，它和柱塞一起把一段空氣柱封閉．3．把柱塞緩慢地向下壓或向上拉，讀取空氣柱的長(zhǎng)度與壓強(qiáng)的幾組數(shù)據(jù)．空氣柱的長(zhǎng)度l可以通過刻度尺讀取，空氣柱的長(zhǎng)度l與橫截面積S的乘積就是它的體積V.空氣柱的壓強(qiáng)p可以從與注射器內(nèi)空氣柱相連的壓力表讀取．五、數(shù)據(jù)分析1．作p－V圖像以壓強(qiáng)p為縱坐標(biāo)，以體積V為橫坐標(biāo)，用采集的各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，繪出等溫曲線，如圖所示．觀察p－V圖像的特點(diǎn)看能否得出p、V的定量關(guān)系．2．作p－eq\f(1,V)圖像以壓強(qiáng)p為縱坐標(biāo)，以eq\f(1,V)為橫坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)．如果p－eq\f(1,V)圖像中的各點(diǎn)位于過原點(diǎn)的同一條直線上(如圖)，就說明壓強(qiáng)p跟eq\f(1,V)成正比，即壓強(qiáng)與體積成反比．如果不在同一條直線上，我們?cè)賴L試其他關(guān)系．3．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，其壓強(qiáng)與體積成反比．六、注意事項(xiàng)1．改變氣體體積時(shí)，要緩慢進(jìn)行．2．實(shí)驗(yàn)過程中，不要用手接觸注射器的外壁．3．實(shí)驗(yàn)前要在柱塞上涂抹潤(rùn)滑油．4．讀數(shù)時(shí)視線要與柱塞底面平行．5．作p－eq\f(1,V)圖像時(shí)，應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)落在直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)均勻分布于直線兩側(cè)，偏離太大的點(diǎn)應(yīng)舍棄掉．一、實(shí)驗(yàn)原理與操作例1(2021·揚(yáng)州市高二期末)某同學(xué)做“探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示．(1)在柱塞上涂油，目的是；移動(dòng)柱塞速度足夠慢，目的是．(2)向下移動(dòng)柱塞記錄數(shù)據(jù)，做出p－eq\f(1,V)圖像，如圖乙所示，圖線彎曲的原因可能是．A．漏氣B．環(huán)境溫度升高C．環(huán)境大氣壓強(qiáng)減小答案(1)增加連接處的密封性防止漏氣保證實(shí)驗(yàn)的恒溫條件(2)A解析(1)在柱塞上涂油目的是增加連接處的密封性防止漏氣，移動(dòng)活塞要緩慢，目的是為了保證實(shí)驗(yàn)的恒溫條件．(2)p－eq\f(1,V)圖線的斜率k與氣體的質(zhì)量和體積都有關(guān)系，題圖乙中的圖線彎曲，斜率變小，說明二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理例2(2021·啟東中學(xué)高二開學(xué)考試)對(duì)一定質(zhì)量的氣體，在等溫條件下得出體積V與壓強(qiáng)p的數(shù)據(jù)如下表：V/m31.000.500.400.250.20p/(×105Pa)1.453.103.955.987.70(1)根據(jù)所給數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上(如圖所示)畫出p－eq\f(1,V)圖線．(2)由畫出的圖線可得結(jié)論是．答案(1)見解析圖(2)一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)與體積成反比解析(1)作圖如圖所示．(2)由圖可知p－eq\f(1,V)圖線過原點(diǎn)，即一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)p與體積的倒數(shù)eq\f(1,V)成正比，所以壓強(qiáng)與體積成反比．三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例3(2021·江蘇省鎮(zhèn)江第一中學(xué)高二期中改編)某同學(xué)用DIS研究溫度不變時(shí)，一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)中通過注射器示數(shù)讀出氣體體積V，用氣壓傳感器記錄氣體壓強(qiáng)p，研究氣體壓強(qiáng)和體積的關(guān)系．(1)關(guān)于實(shí)驗(yàn)過程，下列說法正確的是．A．推拉活塞時(shí)，為了讀數(shù)準(zhǔn)確，動(dòng)作要快B．推拉活塞時(shí)，為了穩(wěn)定，手要握住注射器筒C．氣壓傳感器與注射器之間的軟管脫落后，應(yīng)立即重新接上，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)D．活塞和注射器筒之間的摩擦并不影響壓強(qiáng)的測(cè)量(2)某同學(xué)在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，按實(shí)驗(yàn)要求組裝好實(shí)驗(yàn)裝置，然后按實(shí)驗(yàn)要求推動(dòng)活塞，使注射器內(nèi)空氣體積發(fā)生變化，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示，請(qǐng)?jiān)趫D乙中作出V與eq\f(1,p)的關(guān)系圖像．序號(hào)V/mLp/×105Paeq\f(1,p)/×10－5Pa－11181.0380.9632161.1600.8623141.3110.7634121.5120.6625101.7840.560682.1780.459762.7930.358(3)本實(shí)驗(yàn)中，可以由V與eq\f(1,p)的關(guān)系圖像驗(yàn)證氣體等溫變化時(shí)p與V關(guān)系，其依據(jù)是V與eq\f(1,p)成．(選填“正比”或“反比”)(4)由于在實(shí)驗(yàn)中未考慮軟管中氣體的體積，實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定的誤差，此誤差屬于．(選填“系統(tǒng)誤差”或“偶然誤差”)答案(1)D(2)見解析圖(3)正比(4)系統(tǒng)誤差解析(1)推拉活塞時(shí)，動(dòng)作要慢，使溫度與環(huán)境溫度保持一致，故A錯(cuò)誤；推拉活塞時(shí)，手不能握住注射器筒，防止對(duì)其起加熱作用，故B錯(cuò)誤；氣壓傳感器與注射器之間的軟管脫落后，氣體質(zhì)量變化，需重新實(shí)驗(yàn)，故C錯(cuò)誤；活塞和注射器筒之間的摩擦并不影響壓強(qiáng)的測(cè)量，故D正確．(2)將表格中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)軸中描出來，然后用直線連接起來，連線的時(shí)候，使盡可能多的點(diǎn)分布在直線上，不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè)，圖像如圖所示．(3)當(dāng)溫度不變時(shí)，壓強(qiáng)p與體積V的積是一個(gè)常數(shù)，則有pV＝C，則V＝eq\f(1,p)C，可得V與eq\f(1,p)成正比；(4)由于在實(shí)驗(yàn)中未考慮軟管中氣體的體積，體積的讀數(shù)值總是比實(shí)際值小，故實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定的誤差，此誤差屬于系統(tǒng)誤差．1.(2021·泰州市期末)“探究氣體等溫變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，下列說法正確的是()A．實(shí)驗(yàn)時(shí)各實(shí)驗(yàn)小組被封閉氣體的質(zhì)量和溫度必須相同B．實(shí)驗(yàn)中為找到體積與壓強(qiáng)的關(guān)系，一定要測(cè)量空氣柱的橫截面積C．在柱塞上涂潤(rùn)滑油，只是為了減小摩擦D．處理數(shù)據(jù)時(shí)采用p－eq\f(1,V)圖像，是因?yàn)閜－eq\f(1,V)圖像比p－V圖像更直觀答案D解析本實(shí)驗(yàn)探究采用的方法是控制變量法，所以要保持被封閉氣體的質(zhì)量和溫度不變，而不需要各實(shí)驗(yàn)小組被封閉氣體的質(zhì)量和溫度必須相同，故A錯(cuò)誤；由于注射器是圓柱形的，橫截面積不變，所以只需測(cè)出空氣柱的長(zhǎng)度即可，故B錯(cuò)誤；涂潤(rùn)滑油的主要目的是防止漏氣，使被封閉氣體的質(zhì)量不發(fā)生變化，不僅是為了減小摩擦，故C錯(cuò)誤；當(dāng)p與V成反比時(shí)，p－eq\f(1,V)圖像是一條過原點(diǎn)的直線，而p－V圖像是曲線，所以p－eq\f(1,V)圖像更直觀，故D正確．2.(2021·南通市高二期末改編)用圖甲所示裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律．(1)實(shí)驗(yàn)室有容積為5mL和20mL的兩種注射器供選擇，為能用較小的力作用在活塞上使氣體體積發(fā)生明顯變化，選用容積為的注射器更合適．(2)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)下列說法正確的有．A．柱塞上應(yīng)該涂潤(rùn)滑油B．應(yīng)緩慢推拉柱塞C．用手握住注射器推拉柱塞D．注射器必須固定在豎直平面內(nèi)(3)測(cè)得多組空氣柱的壓強(qiáng)p和體積V的數(shù)據(jù)后，為直觀反映壓強(qiáng)與體積之間的關(guān)系，若以p為縱坐標(biāo)，則應(yīng)以為橫坐標(biāo)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)作圖；小明所在的小組不斷壓縮氣體，由測(cè)得數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)p與V的乘積值越來越小，則用上述方法作出的圖線應(yīng)為圖乙中的(選填“①”或“②”)．答案(1)5mL(2)AB(3)體積的倒數(shù)②解析(1)由于注射器長(zhǎng)度幾乎相同，因此體積越小，橫截面積越小，用較小的力就可以產(chǎn)生比較大的壓強(qiáng)使體積變化明顯，故選5mL的注射器．(2)柱塞上應(yīng)該涂潤(rùn)滑油，起到密封和潤(rùn)滑的作用，A正確；應(yīng)緩慢推拉柱塞，從而保證氣體的溫度不變，B正確；用手握住注射器推拉柱塞，容易引起氣體溫度發(fā)生變化，C錯(cuò)誤；由于測(cè)量的是氣體的體積和壓強(qiáng)之間的關(guān)系，與重力無(wú)關(guān)，因此注射器可以水平放置，也可以傾斜放