高考物理力学知识点之理想气体易错题汇编附答案解析
高考物理力学知识点之理想气体易错题汇编附答案解析
一、选择题
1．如图所示的p-V图像， 1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是T1、T2、T3，用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的次数，下列说法中正确的是()
A．气体从1状态变化到2状态要放热，N1 > N2，T1>T2
B．气体从2状态变化到3状态对外做功，吸热，N2= N3，T3>T2
C．气体从3状态变化到1状态内能不变，放热，N1 D．以上说法都不对 2．一定质量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其P-T图象如图所示。下列判断正确的是（） A．气体在状态c体积最小 B．过程bc中气体既不吸热也不放热 C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热 D．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同 3．如图所示，a、b、c三点表示一定质量理想气体的三个状态，则气体在a、b、c三个状态的热力学温度之比是（） A．1：1：1 B．1：2：1 C．3：4：3 D．1：2：3 4．图中气缸内盛有定量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，但不漏气。现将活塞杆与外界连接使其缓慢的向右移动，这样气体将等 温膨胀并通过杆对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是（ ） A ．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律 B ．气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律 C ．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律 D ．ABC 三种说法都不对 5．如图所示，1、2是一定质量的某气体在温度分别是1t ，2t 时状态变化的等温线，A 、B 为线上的两点，表示它们的状态参量分别为1p 、1V 和2p 、2V ，则由图像可知（ ） A ．12t t > B ．12t t = C ．12t t < D ．1122p V p V > 6．如图是一定质量的气体由A 状态到B 状态变化过程的p -V 图线，从图线上可以判断，气体的变化过程中，其温度（ ） A ．一直降低 B ．一直升高 C ．先降低后升高 D ．先升高后降低 7．一定质量的理想气体，在温度不变的条件下，使其压强增大，则在这一过程中气体 ( ) A ．从外界吸收了热量 B ．对外界做了功 C ．密度增大 D ．分子的平均动能增大 8．一定质量的理想气体，经图所示方向发生状态变化，在此过程中，下列叙述正确的是（ ） A ．1→2气体体积增大 B ．3→1气体体积增大 C ．2→3气体体积不变 D ．3→1→2气体体积不断减小 9．下列说法正确的是________． A ．晶体体积增大，其分子势能一定增大 B ．大头针能浮在水面上，是由于水的表面存在张力 C ．人感觉到空气湿度大，是因为空气中水蒸气的饱和汽压大 D ．气体分子热运动越剧烈，气体压强越大 10．如图所示,容器左边的体积是右边的4倍,两边充有同种气体,温度分别为20℃和10℃,此时连接两容器的细玻璃管的水银柱保持静止,如果容器两边的气体温度各升高10℃,忽略水银柱及容器的膨胀,则水银柱将（ ） A ．向右移动 B ．向左移动 C ．静止不动 D ．条件不足,无法判断 11．以下说法中正确的是 A ．分子力做正功，分子势能一定增大 B ．气体的压强是由气体分子间的吸引和排斥产生的 C ．分子间距离增大时，分子间的引力和斥力都减小 D ．绝对零度就是当一定质量的气体体积为零时，用实验方法测出的温度 12．如图所示，一端开口，一端封闭的玻璃管，封闭端有一定质量的气体，开口端置于水银槽中，用弹簧测力计拉着玻璃试管而平衡，此时管内外水银面高度差为h 1，弹簧测力计示数为F 1．若在水银槽中缓慢地倒入部分水银，使槽内水银面升高一些，稳定后管内外水银面高度差为h 2，弹簧测力计示数为F ２，则 （填选项前的字母） A ．h 1= h 2，F 1= F ２ B ．h 1 > h 2，F 1 > F ２ C ．h 1> h 2，F 1 D ．h 1< h 2，F 1> F ２ 13．如图所示为一定质量理想气体的p —t 图，a 、b 、c 分别是三个状态点，设a 、b 、c 状态的气体密度为,,a b c ρρρ，内能为,,a b c E E E ，则下列关系中正确的是（ ） A ．a b c ρρρ>>;a b c E E E >> B ．a b c ρρρ<=；a b c E E E => C ．a b c ρρρ>=；a b c E E E >= D ．a b c ρρρ=>；a b c E E E >= 14．如图，玻璃管下端开口插入水银槽中，上端封有一定质量的气体，当玻璃管绕顶端转过一个角度时，水银面的高度h 和空气柱的长度l 的变化情况是（ ） A ．h 增大，l 增大 B ．h 增大，l 减小 C ．h 减小，l 增大 D ．h 减小，l 减小 15．若通过控制外界条件，使图甲装置中气体的状态发生变化．变化过程中气体的压强p 随热力学温度T 的变化如图乙所示，图中AB 线段平行于T 轴，BC 线段延长线通过坐标原点，CA 线段平行于p 轴．由图线可知 A ．A → B 过程中外界对气体做功 B ．B → C 过程中气体对外界做功 C ．C →A 过程中气体内能增大 D ．A →B 过程中气体从外界吸收的热量大于气体对外界做的功 16．关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是（ ） A ．第二类永动机违背能量守恒定律 B ．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加 C ．保持气体的质量和体积不变，当温度升高时，每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多 D ．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能的转化或转移的观点来看这两种改变方式没有区别 17．如图所示，两端开口、内径均匀的玻璃弯管竖直固定，两段水银柱将空气柱B 封闭在 玻璃管左侧的竖直部分，A 侧水银有一部分在水平管中。若保持温度不变，向右管缓缓注入少量水银，稳定后 A ．右侧水银面高度差h 1增大 B ．空气柱B 的长度不变 C ．空气柱B 的压强增大 D ．左侧水银面高度差h 2减小 18．如图所示，氧气在0 ℃和100 ℃两种不同情况下，各速率区间的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系．下列说法正确的是 A ．甲为0 ℃时情形，速率大的分子比例比100 ℃时少 B ．乙为0 ℃时情形，速率大的分子比例比100 ℃时少 C ．甲为100 ℃时情形，速率小的分子比例比0 ℃时多 D ．乙为100 ℃时情形，速率小的分子比例比0 ℃时多 19．如图所示，一个横截面积为S 的圆筒形容器竖直放置.金属圆板A 的上表面是水平的，下表面是倾斜的，下表面与水平面的夹角为θ，圆板的质量为.M 不计圆板与容器内壁之间的摩擦.若大气压强为0p ，则被圆板封闭在容器中的气体的压强p 等于( ) A ．0cos P Mg S θ+ B ．0cos cos P Mg S θθ+ C ．20cos Mg P S θ+ D ．0Mg P S + 20．一定质量的理想气体，其状态变化的P-T 图像如图所示。气体在由状态1变化到状态2的过程中，下列说法正确的是 A．分子热运动的平均速率增大 B．分子热运动的平均速率减小 C．单位体积内分子数增多 D．单位面积、单位时间内撞击器壁的分子数增多 21．如图所示，一定质量的理想气体沿图线从状态a，经状态b变化到状态c，在整个过程中，其体积 A．逐渐增大 B．逐渐减小 C．先减小后增大 D．先增大后减小 22．雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，是特定气候条件与人类活动相互作用的结果．雾霾中，各种悬浮颗粒物形状不规则，但可视为密度相同、直径不同的球体，并用PM10、PM2.5分别表示直径小于或等于10 μm、2.5 μm的颗粒物（PM是颗粒物的英文缩写）．某科研机构对北京地区的检测结果表明，在静稳的雾霾天气中，近地面高度百米的范围内，PM10的浓度随高度的增加略有减小，大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小，且两种浓度分布基本不随时间变化．据此材料，以下叙述正确的是（） A．PM10表示直径小于或等于1.0×10-6 m的悬浮颗粒物 B．PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其受到的重力 C．PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动 D．PM2.5的浓度随高度的增加逐渐增大 23．一定质量的理想气体经历了A→B→C的三个变化过程，其压强随摄氏温度变化的p﹣t 图如图所示，A、B、C三个状态时气体的体积分别为V A、V B、V C，则通过图象可以判断它们的大小关系是（） A．V A=V B＞V C B．V A=V B＜V C C．V A＜V B ＜V C D．V A＞V B＞V C 24．如图所示，一开口向右的气缸固定在水平地面上，活塞可无摩擦移动且不漏气，气缸中间位置有一挡板，外界大气压为p0。初始时，活塞紧压挡板处；现缓慢升高缸内气体温度，则图中能正确反应缸内气体压强变化情况的p﹣T图象是（） A．B． C． D． 25．如图所示，长L＝34 cm的粗细均匀的长直玻璃管竖直放置，上端开口，用长h=15 cm 的水银将一定质量的气体封闭在管的下端，稳定后气体长度l=10 cm。已知外界大气压 p0=75cmHg，现保持温度不变的情况下从管的上端开口处缓慢加入水银，则加入水银的最大长度为 A．9 cm B．10 cm C．14 cm D．15 cm 【参考答案】***试卷处理标记，请不要删除 一、选择题 1．A 解析：A 【解析】 【详解】 A. 气体从1状态变化到2状态，体积不变，压强减小，则温度降低，即T1>T2；温度降低，内能减小，体积不变，气体不对外做功，外界也不对气体做功，所以气体要放热；体积不变，气体的数密度不变，而温度减小，则气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的次数减小，即N1 > N2，故选项A正确； B. 气体从2状态变化到3状态，体积变大，压强不变，则温度升高，即T3>T2；体积变大，则气体对外做功，温度升高，则气体内能增加，所以气体吸热。状态2到状态3，温度升高，分子运动更加剧烈，单个分子对器壁的平均作用力变大，压强不变，所以在状态2单位时间内撞击器壁单位面积的分子数大于状态3单位时间内撞击器壁单位面积的分子数，即N2>N3，选项B错误； C. 由图像可知气体在状态3和状态1的pV乘积相同，则温度相同，即T1=T3，所以气体从3状态变化到1状态内能不变，体积减小，则外界对气体做功，所以气体放热；因从3状态变化到1状态体积减小，气体的数密度变大，又温度不变，所以气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的次数增加，即N1>N3，选项C错误； D. 由以上分析可知，选项D错误。 2．D 解析：D 【解析】 试题分析：气体从a到b发生等容变化，V a=V b，b到c发生等温变化，压强减小，体积增大，故气体在状态C体积最大，故A错误；由图示图象可知，bc过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强减小，由玻意耳定律可知，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律△U=Q+W可知，气体吸热，故B错误；由图象可知，ca过程气体压强不变，温度降低，由盖吕萨克定律可知，其体积减小，外界对气体做功，W＞0，气体温度降低，内能减少，△U＜0，由热力学第一定律可知，气体要放出热量，过程ca中外界对气体所做的功小于气体所放热量，故C错误由图象可知，bc过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强减小，由玻意耳定律可知，体积增大，b、c状态气体的分子数密度不同，b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，故D正确；故选D。 考点：P-T 图线；热力学第一定律；盖吕萨克定律 【名师点睛】本题考查气体的状态方程中对应的图象，分析清楚图示图象、知道理想气体内能由气体的温度决定即可解题，解题时要抓住在P-T 图象中等容线为过原点的直线。 3．C 解析：C 【解析】 【分析】 【详解】 根据理想气体状态方程pV C T =，可得pV T pV C =∝，由图示图象可知：a 、b 、c 三个状态的温度之比为::::31:22:133:4:3a b c a a b b c c T T T p V p V p V ==???=，C 正确． 4．C 解析：C 【解析】试题分析：气体等温膨胀，内能不变，从外界吸收的热量全部对外做功，但这个过程引起了其他变化，如有外力控制着活塞缓慢的移动，而非自动进行的，有“第三方”的参与，不违背热力学第二定律，故选C 。 考点：热力学第二定律。 5．C 解析：C 【解析】 【详解】 ABC ．由图示图象可知，气体在体积V 相同时，12p p <，由理想气体状态方程： pV C T = 可知12T T <则： 12t t < 故AB 错误，C 正确； D ．由理想气体状态方程： pV C T = 可知： PV CT = 由于C 相同而12T T <，则1122p V p V <，故D 错误； 故选C 。 【点睛】 本题考查了判断气体温度高低、气体压强与体积乘积大小之比，分析清楚图示图象、应用理想气体状态方程即可正确解题。 解析：D 【解析】 【详解】 根据理想气体状态方程pV C T =可知，气体的温度与pV 乘积成正比，由图像可知，直线上各点的横纵坐标之和一定（均为4），由数学知识可知，当横纵坐标相等时，pV 乘积最大,可知从A 到B 过程中，pV 乘积先增大后减小，即该气体的温度先升高后降低；故ABC 错误，D 正确． 故选D. 7．C 解析：C 【解析】 气体的温度不变，内能不变，使其压强增大，玻意耳定律PV=C 可知，其体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律知气体向外放热．故AB 错误．由A 知气体的体积减小，分子密度增大．故C 正确．温度是分子平均动能的标志，温度不变，分子的平均动能不变，D 错误；故选C ． 点睛：根据温度是分子平均动能的标志、一定质量的理想气体内能只与温度有关进行判断．对于气体状态变化过程，要掌握气态方程，分析参量的变化． 8．D 解析：D 【解析】 【分析】 【详解】 A ．1→2是等温变化 p 1V 1=p 2V 2 压强变大，所以体积变小，故A 错； B ．3→1是等压变化 3131V V T T = 温度变小，所以体积变小，故B 正确； C ．2→3压强变小温度变高，根据 332223 p V p V T T = 体积应变大，故C 错； D ．综上，3→1→2气体体积一直减小，故D 错误。 故选D 。 9．B 解析：B 【分析】 液体表面层中分子间距大于液体内部分子间距，分子间的作用力表现为引力，则液体表面存在张力；人感觉到空气湿度大，是由于空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的差距增大；气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁的不断碰撞而产生的，取决于分子数密度和分子热运动的平均动能. 【详解】 A 、当两分子间的距离增大时，若分子力是斥力，则分子力做正功，所以分子势能减小；若分子是引力，则分子力做负功，所以分子势能增大；故A 错误. B 、大头针能浮在水面上，是由于水的表面层的分子距离较大，分子间为引力即存在张力；故B 正确. C 、空气的相对湿度指水在空气中的蒸汽压与同温度同压强下水的饱和蒸汽压的比值，人感觉到空气湿度大，是由于空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的差距增大；故C 错误. D 、气体分子热运动越剧烈表示温度较高，但压强n p RT V =由温度和体积共同决定，单纯气体分子热运动越剧烈，则不能确定气体的压强如何变化；故D 错误. 故选B. 【点睛】 本题考查了压强、液体表面张力、分子力、分子势能等基础知识点，关键要熟悉教材，牢记这些基础知识点，知道分子力做正功，分子势能减小，分子力做负功，分子势能增大． 10．B 解析：B 【解析】 【详解】 设两个容器的体积不变，即1V ，2V 不变，所装气体温度分别为293,283K K 当温度升高T ?时，左边的压强由1P 增至'1P ，'111P P P ?=- 右边的压强由2P 增至'2P ，'222P P P ?=- 由查理定律得： 11293P P T K ?= ? 22283P P T K ?=? 因为21P P = ，所以12P P ? 解析：C 【解析】 【详解】 A 、分子力做正功，分子势能减小，A 错误 B 、气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁的持续的、无规则撞击产生的，B 错误 C 、分子间引力和斥力随分子间的距离的增大而减小，随分子间的距离的减小而增大，C 正确 D 、绝对零度是不可能达到的最低温度，自然界的温度只能无限逼近。D 错误 12．B 解析：B 【解析】 试题分析：若环境温度升高，则内部气体的温度也随之升高，假设体积不变，则压强将变大，故液面一定会下降；以保持新的平衡；故h1一定会减小；故h 2＜h 1；因为题目中提出不计玻璃管的重力和浮力，因此，向上的拉力F 与水银柱的重力相平衡，而水银柱的高度h 变小，所以水银柱的重力变小，拉力F 的大小会变小．故选B ． 考点：物体的平衡 【名师点睛】在本题的分析中，一定要抓住关键，就是大气压的大小与管内水银柱压强和封闭空气的压强相等．明确管内上方有空气而不是真空，是本题最易出错之处．而水银柱高度的大小又决定了水银柱的重力，也就决定了力F 的大小．搞清这几个量之间的关系，才能最终做出正确的推理． 13．D 解析：D 【解析】 【详解】 a 、 b 是一条过点（-273，0）的倾斜直线上的两点．所以a 、b 体积相等．根据密度M V ρ= ，所以ρa =ρb ；理想气体的内能只与温度有关，温度越高，内能越大．根据p -t 图象得a 的温度大于b 的温度，所以E a ＞E b ．b 、c 温度相同，b 的压强大于c 的压强，根据气体方程得b 的体积小于c 的体积，根据密度M V ρ= ，所以ρb ＞ρc ，b 、c 温度相同，所以E b =E c ． A. a b c ρρρ>>;a b c E E E >>，与上述结论不符，故A 错误； B. a b c ρρρ<=；a b c E E E =>，与上述结论不符，故B 错误； C. a b c ρρρ>=；a b c E E E >=，与上述结论不符，故C 错误； D. a b c ρρρ=>；a b c E E E >=，与上述结论相符，故D 正确． 14．A 解析：A 【解析】 【分析】 先判断玻璃管绕顶端转过一个角度后管内气体压强的变化，再根据玻意耳定律分析气体体积的变化，即可分析管内液面如何变化． 【详解】 当玻璃管绕顶端转过一个角度时，假设管内水银不动，则管内水银的竖直高度增大，根据0h p p p =-知，管内气体的压强减小，根据玻意耳定律pV c =知气体的体积将增大，则l 增大；最终稳定时气体的压强减小，所以根据0h p p p =-知，管内液面升高，所以h 增大，A 正确． 【点睛】 在玻璃管绕顶端转过一个角度的过程中，要抓住封闭气体的温度不变，发生了等温变化，判断气体的压强如何变化，再分析体积如何变化，这是常用的思路． 15．D 解析：D 【解析】 【详解】 A. A→B 过程中，压强不变，温度升高，则体积变大，气体对外界做功，选项A 错误； B. B→C 过程中气体做等容变化，则气体不对外界做功，外界也不对气体做功，选项B 错误； C. C→A 过程中温度不变，则气体内能不变，选项C 错误； D. A→B 过程中气体压强不变，温度升高，体积变大，内能变大，气体对外做功，根据?E =W+Q 可知，气体从外界吸收的热量大于气体对外界做的功，选项D 正确． 16．C 解析：C 【解析】 【详解】 A .第二类永动机不违反能量守恒定律，违反了热力学第二定律；故A 错误. B .改变内能的方式有做功和热传递，物体从外界吸收了热量，物体的内能不一定增加；故B 错误. C .保持气体的质量和体积不变，当温度升高时，压强增大，每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多；故C 正确. D .做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能时转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的；故D 错误. 17．D 解析：D 【解析】 【详解】 ACD.向右管注入少量水银，左侧的压强就增大，左侧的水银就会向左移动，从而左侧的水银A 向上运动，这时左侧水银的高度差h 2就会减小，气体的压强减小，而空气柱B 的压强为 ，得： ，所以右管与B 的水银面的高度差h 1也减 小， 故AC 错误，D 正确； B.温度保持不变，气体的压强减小，根据玻意耳定律，气体的体积就会增大，长度变大， 故B 错误。 18．A 解析：A 【解析】 【分析】 由题意可知考查分子速率分布图线，根据分子热运动的特点分析可得。 【详解】 A B ．一定质量的气体分子，温度升高，大部分分子速率增大，反映在图象上峰值右移，分子平均速率越大，分子速率大的占有比例越大。由此可知甲为0 ℃时情形，速率大的分子比例比100 ℃时少，故A 正确，B 错误； C D ．如前分析可知甲为0℃时情形，速率小的分子比例比100℃时多，故CD 均错误。 【点睛】 温度升高，大部分分子速率增大，图象的峰值右移，个别分子速率可能增大，也可能减小。 19．D 解析：D 【解析】 以活塞为研究对象，分析受力如图所示： 重力Mg 、外界大气压力P 0S ，气缸壁的压力N 和气缸内气体的压力F ， 其中F=cos PS …① 根据平衡条件，竖直方向上： P 0S+Mg=Fcosθ…② 联立①②得：P=P 0+ Mg S 故选D 点睛：以活塞为研究对象，分析受力，气缸内气体的压力方向与活塞截面垂直，活塞的合力为零，由平衡条件求解气体的压强P ． 20．A 解析：A 【解析】 【分析】 本题考查分子动理论。 【详解】 AB ．温度是分子热运动平均动能的标志，温度升高，分子热运动平均动能增加，分子热运动的平均速率增大，A 正确，B 错误； C ．由理想气体状态方程， PV nRT = nRT V P = 温度升高，压强变小，体积变大，单位体积内分子数减少，C 错误； D ．温度升高，分子热运动的平均速率增大，压强却减小了，故单位面积，单位时间内撞击壁的分子数减少，D 错误； 故选A 。 21．A 解析：A 【解析】 根据理想气体状态方程：112212 PV PV T T =,由a 到b 再到c ，压强减小，温度升高，所以体积一定增加，且一直增加，A 对． 22．C 解析：C 【解析】 试题分析：PM10表示直径小于或等于1．0×10-5m 的悬浮颗粒物，选项A 错误；颗粒物悬浮时，受到的空气分子作用力的合力与其重力相等，选项B 错误；PM10和大悬浮颗粒物都在天空中做无规则运动，即它们在做布朗运动，选项C 正确；由题意可知，PM2． 5浓度随高度的增加逐渐减小，选项D 错误． 考点：雾霾天气． 23．D 解析：D 【解析】 过理想气体A 和B 点，分别做它们的等容变化的P-t 图，如图所示．根据PV/T=C ，可得(273)C P t V =+， 可以看出，B态的斜率大于A态的斜率，所以V A＞V B；B到C的过程，温度相等，压强增加P C＞P B，由PV/T=C，得V B＞V C；所以：V A＞V B＞V C．故答案D正确．故选D．24．C 解析：C 【解析】 【详解】 BD．在p—T图象中，开始一段时间内，随着温度的升高，气体发生的等容变化，即 p 恒量，图象为一条过坐标原点的直线，BD错误； T AC．当压强增加到内外压强相等时，温度再升高，活塞将向右移动，气体发生等压变化，图象是一条水平时温度轴的直线，因此A错误，C正确。 25．B 解析：B 【解析】 【详解】 设水银柱的最大长度为x，此时气体的压强p2=(p0+x)cmHg；气体的体积为V2=（L-x）S；开始时：p1= p0+h=90cmHg；气体的体积：V1=lS；由玻意耳定律可知：p1V1= p2V2，解得 x=25cm；则加入水银的最大长度为：25-15=10cm； A. 9 cm，与结论不相符，选项A错误； B. 10 cm，与结论相符，选项B正确； C. 14 cm，与结论不相符，选项C错误； D. 15 cm，与结论不相符，选项D错误；