1.4 科学探究：气体压强与体积的关系——高二物理鲁科版（2019）选择性必修三同步课时作业
一、选择题（单选）
1.用豆粒模拟气体分子，可以模拟气体压强产生的原理。如图所示，从距秤盘80 cm高度把1000粒的豆粒连续均匀地倒在秤盘上，持续作用时间为1 s，豆粒弹起时竖直方向的速度变为碰前的一半。若每个豆粒只与秤盘碰撞一次，且碰撞时间极短（在豆粒与秤盘碰撞极短时间内，碰撞力远大于豆粒受到的重力），已知1000粒的豆粒的总质量为100 g。则在碰撞过程中秤盘受到的压力大小约为( )
A.0.2 N B.0.6 N C.1.0 N D.1.6 N
2.如图所示，两端封闭的U形管中装有水银，分别封闭住A、B两部分气体，当它们温度相同且A、B端竖直向上放置，静止时左右液面高度差为h，以下说法中错误的是( )
A.使A、B两部分气体降低相同的温度，则水银柱高度差h变大
B.两部分气体升高到相同的温度后，两部分气体的压强差比升温前大
C.当U形管由图示位置开始下落时，两侧水银柱高度差h变大
D.若U形管加速下落过程中（）液柱稳定，则两部分气体的压强差为零
3.下列说法正确的是( )
A.气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子撞击器壁的作用力增大，气体的压强一定增大
B.气体的体积变小时，单位体积的分子数增多，单位时间内打到器壁单
位面积上的分子数增多，气体的压强一定增大
C.等温压缩过程中，气体压强增大是因为单个气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大
D.等压膨胀过程中，在相同时间内，气体分子对容器壁单位面积的冲量大小相等
4.描述气体的三个状态参量是( )
A.温度、体积、压强 B.质量、温度、密度
C.质量、压强、温度 D.密度、压强、温度
5.下列关于气体压强的说法正确的是( )
A.大气压强与封闭气体的压强产生原因完全相同
B.容器内的大量气体分子对器壁的碰撞满足统计规律，机会均等，故器壁各部分气体压强相等
C.等温压缩过程中，气体压强增大是因为单个气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大
D.一定质量的理想气体，只要体积减小，单位体积内气体的分子数就增多，气体分子对器壁的碰撞就更加频繁，压强就增大
6.如图所示，两个完全相同的圆柱形密闭容器，甲中装满水，乙中充满空气，则下列说法正确的是(容器容积恒定)( )
A.两容器中器壁的压强都是由于分子撞击器壁而产生的
B.两容器中器壁的压强都是由所装物质的重力而产生的
C.甲容器中，乙容器中
D.当温度升高时，变大，也要变大
7.如图是一定质量的某种理想气体的等压线，等压线上的a、b两个状态相比较，下列说法正确的是( )
A.a状态在相同时间内撞在单位面积上的分子数较少
B.两状态单位体积中的分子数一样多
C.两状态在相同时间内撞在相同面积上的分子数一样多
D.b状态在相同时间内撞在单位面积上的分子数较少
8.如图所示，竖直放置一根上端开口，下端封闭的细玻璃管，内有两段长为20cm的水银柱，封闭了长度均为20cm的A、B两段空气柱，已知大气压强，环境温度保持不变。则A、B两段空气柱的压强( )
A. B. C. D.
9.关于对气体压强的理解，下列说法错误的是( )
A.大气压强是由地球表面空气重力产生的，因此将开口瓶密闭后，瓶内气体脱离大气，它自身重力太小，会使瓶内气体压强远小于外界大气压强
B.气体压强是由气体分子不断撞击器壁而产生的
C.气体压强取决于单位体积内分子数和分子的平均速率
D.单位面积器壁受到空气分子碰撞的平均压力就是气体对器壁的压强
10.25℃室外，氧气贮存罐贮存高压氧气，打开阀门，氧气向外喷出，喷气过程中，关于贮存罐表面温度和贮存罐内气体分子单位时间撞击内表面的次数，下列说法中正确的是( )
A.表面温度比室温低，碰撞次数减少 B.表面温度与室温相等，碰撞次数不变
C.表面温度比室温高，碰撞次数减少 D.表面温度比室温低，碰撞次数增加
11.在一定温度下，当一定量气体的体积增大时，气体的压强减小，这是由于( )
A.单位体积内的分子数变少，单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数减少
B.气体分子的密集程度变小，分子对器壁的吸引力变小
C.每个分子对器壁的平均撞击力变小
D.气体分子的密集程度变小，单位体积内分子的重量变小
12.一定质量的气体在温度不变的情况下，当气体的体积变化时，下列各量中发生变化的是( )
A.分子的平均速率 B.单位体积内的分子数
C.所有分子的速率 D.分子总数
13.下列各组物理量哪些能决定气体的压强( )
A.分子的平均速率和分子种类 B.分子的数密度和分子的平均速率
C.分子总数和分子的平均速率 D.分子的数密度和分子种类
二、实验题
14.用如图甲所示的装置研究“温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”实验，操作步骤如下：
①将压强传感器调零；
②在活塞上均匀涂抹润滑油，把活塞移至注射器适当刻度处；
③逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器、计算机；
④推动活塞，记录多组注射器内气体的体积V，以及相应的压强传感器示数p。
（1）请改正以上步骤中的不妥之处：__________；
（2）实验操作中，活塞上均匀涂抹润滑油，主要目的是__________；推动活塞时要缓慢，原因是__________；
（3）图乙给出的是一次标准、正确实验操作得到的图象，小明在操作过程中，误将手一直握住注射器的筒壁，猜想小明实验可能得到的图象，并在图中用虚线画出；
（4）小明注意操作细节后重新实验，作出图象，如图乙所示，能否根据绘制的图线直接得到气体压强和体积的关系？如果能，请说明是什么关系；如果不能，请简单说明处理方法__________。
15.如图甲是“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。
主要步骤如下：
①将压强传感器调零；
②在活塞上均匀涂抹润滑油，把活塞移至针筒满刻度处；
③逐一连接针筒、压强传感器、数据采集器、计算机；
④推动活塞，记录多组针筒内气体的体积V以及相应的压强传感器示数p.
（1）实验操作中，活塞上均匀涂抹润滑油，主要目的是______.
（2）为了保持封闭气体的温度恒定，下列措施可行的是______.
A.针筒必须固定在竖直平面内
B.用手握针筒推拉活塞
C.缓慢推动活塞
（3）测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，为直观反映压强与体积之间的关系，若以p为纵坐标，则应以______为横坐标在坐标系中描点作图；小明所在的小组不断压缩气体，由测得数据发现p与V的乘积值越来越小，则用上述方法作出的图线应为图乙中的______（填“①”或“②”），造成该现象的原因可能是______（回答一种情况即可）.
答案以及解析
1.答案：B
解析：豆粒下落到秤盘上的速度
反弹后速度大小为
设向上为正方向，在豆粒与秤盘碰撞极短时间内，由于碰撞力远大于豆粒受到的重力，则可忽略豆粒的重力，每个豆粒只与秤盘碰撞一次，可认为碰完后豆粒都离开了秤盘平台，根据动量定理得
得
由牛顿第三定律可知，在碰撞过程中秤盘受到的压力大小为0.6 N。
故选B。
2.答案：A
解析：AB.A管气压为，B管气压为
此时
升高或降低相同的温度，根据
知在体积不变时有
所以升高同样温度，初状态压强大的气体（B气体）压强增加量大，水银柱向左移动，所以h变大，两部分气体的压强差比升温前大；反之降低相同的温度，B气体压强减小量大，水银柱右移，高度差h变小，故A错误，符合题意，B正确，不符合题意；
C.当U形管由图示位置开始下落时，系统处于完全失重状态，高出h的水银柱不再对B产生压强，右边的气体会将水银柱向左压，所以h变大，故C正确，不符合题意；
D.若U形管加速下落过程中液柱稳定时，通过对水银柱受力分析（加速度等于重力加速度g）可知A、B两部分气体压强相等，则两部分气体的压强差为零，故D正确，不符合题意。
故选A。
3.答案：D
解析：A.气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子撞击器壁的作用力增大，气体的压强不一定增大，因为气体做等压变化时，温度升高，气体的体积增大，压强可以不变，所以A错误；B.气体的体积变小时，单位体积的分子数增多，单位时间内打到器壁单位面积上的分子数增多，气体的压强也不一定增大，因为气体做等压变化时，温度降低，气体的体积减小，压强可以不变，所以B错误；C.等温压缩过程中，气体压强增大不是因为单个气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大，而是单位时间内打到器壁单位面积上的分子数增多，所以C错误；D.等压膨胀过程中，在相同时间内，气体分子对容器壁单位面积的冲量大小相等，所以D正确；故选D。
4.答案：A
解析：描述气体的三个状态参量是：温度、体积、压强，故选A.
5.答案：B
解析：封闭气体的压强产生的原因是大量气体分子对容器壁持续的、无规则碰撞，而大气压强是因为地球的引力聚集了气体，A错误；容器内的大量气体分子对器壁的碰撞满足统计规律，机会均等，故器壁各部分气体压强相等，B正确；等温压缩过程中，气体压强增大不是因为单个气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大，而是因为单位时间内打到器壁单位面积上的分子数增多，C错误；一定质量的理想气体，从宏观上看，压强与气体的体积及温度均有关系，从微观上看，压强与单位体积内的分子数及分子的平均动能有关，故体积减小，压强不一定增大，D错误。
6.答案：C
解析：甲容器中器壁的压强产生的原因是水受到重力的作用，而乙容器中器壁的压强产生的原因是分子撞击器壁，A、B错误；水的压强，，可知，而密闭容器中气体压强各处均相等，与位置无关，则，C正确；温度升高时，不变，而变大，D错误。
7.答案：D
解析：ACD.两状态下气体的压强相等，a状态气体温度低，分子平均速率较小，分子对器壁的平均碰撞力较小，但是该状态下气体体积较小，分子数密度较大，则在相同时间内撞在单位面积上的分子数较多，选项AC错误，D正确；
B.两状态分子体积不同，则单位体积中的分子数不同，选项B错误；
故选D。
8.答案：B
解析：AB.因为环境温度保持不变，对A段空气柱有，故A错误，B正确；
CD.对B段空气柱有，故CD错误；
故选B。
9.答案：A
解析：A.大气压强是由地球表面空气重力产生的，而被密封在某种容器中的气体，其压强是大量地做无规则运动的气体分子对容器壁不断碰撞而产生的，它的大小不是由被封闭气体的重力所决定的，故A错误；
B.密闭容器内的气体压强是由大量气体分子频繁撞击器壁而产生的，故B正确；
C.气体压强取决于分子的密集程度与分子的平均速率，即为单位体积内分子数和分子的平均速率，故C正确；
D.根据公式
可知单位面积器壁受到气体分子碰撞的平均压力在数值上就等于气体压强的大小，故D正确。
本题选错误的，故选A。
10.答案：A
解析：打开气阀，氧气喷出，气体对外做功，温度降低，即贮存罐表面温度降低；贮存罐内部气体分子密度减小，单位时间内气体撞击内表面的次数减小，故A正确，BCD错误。
故选：A。
11.答案：A
解析：一定量气体，在一定温度下，分子的平均动能不变，分子撞击器壁的平均作用力不变；气体的体积增大时，单位体积内的分子数变少，单位时间内对器壁的碰撞次数减少，单位时间内器壁单位面积上受到的压力变小，气体产生的压强减小，故A正确；
故选A.
12.答案：B
解析：AC.温度不变，分子的平均速率不变，不是所有分子的速率都不变化，故A、C错误；
B.体积变化而分子总数不变，故单位体积内的分子数变化，故B正确；
D.气体的质量不变，则分子总数不变，故D错误；
故选B。
13.答案：B
解析：气体的压强是由大量分子碰撞器壁而引起的，气体分子的数密度越大（即单位体积内分子数越多），在单位时间内撞击单位面积器壁的分子就越多，则气体的压强越大。另外气体分子的平均速率越大，分子撞击器壁时对器壁产生的作用力越大，气体的压强就越大。故决定气体压强的因素是分子的数密度和分子的平均速率，故ACD错误，B正确。
故选B。
14.答案：（1）步骤①压强传感器不需要调零，需要校准
（2）保证封闭气体的质量不变；保持封闭气体的温度不变
（3）
（4）见解析
解析：（1）步骤①压强传感器不需要调零，需要校准。
（2）实验操作中，活塞上均匀涂抹润滑油，主要目的是增强气密性，从而保证封闭气体的质量不变。推动活塞时要缓慢，原因是使封闭气体能够与外界充分地发生热交换，从而保持封闭气体的温度不变。
（3）小明在操作过程中，误将手一直握住注射器的筒壁，封闭气体的温度会逐渐升高，pV值会逐渐增大，实际作出的图象会随V的减小而逐渐向上偏离标准图线，如图所示
（4）由于作出的图象具体是何种曲线不能直观判断，进而不能直接得到气体压强和体积的关系，此时应作图象，如果图像是过原点的倾斜直线，则可以判断温度不变时，一定质量的气体压强与体积成反比。
15.答案：（1）防止漏气（2）C（3）；②；漏气
解析：（1）实验操作中，活塞上均匀涂抹润滑油，主要目的是防止漏气。
（2）为了保持封闭气体的温度恒定，可行的措施为缓慢推动活塞，这样可以认为针筒中气体温度始终与环境温度保持一致，C正确。
（3）由玻意耳定律可知，为直观反映压强与体积之间的关系，若以p为纵坐标，则应以为横坐标在坐标系中描点作图。压缩气体的过程，V减小，增大，实验发现p与V的乘积减小，故压强随的增大而增大得越来越慢，图线应为图乙中的②，造成该现象的原因可能是漏气。
