高中 | 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 题目答案及解析

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选修3-3

第八章 气体

8.1 气体的等温变化

探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系

使用注射器和压强传感器探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系。下表为小明和小曹同学对同一空气样本测得的实验数据,操作序号$1\sim5$为小明完成,操作序号$5\sim9$为小曹完成。

操作序号$1$$2$$3$$4$$5$$6$$7$$8$$9$
压强$p/\rm kPa$$185.1$$131.6$$102.4$$84.2$$71.1$$88.9$$114.5$$164.6$$244.5$
体积$\rm {V/cm}^{3}$$5$$7$$9$$11$$13$$11$$9$$7$$5$
$\rm pV$乘积$925.5$$921.2$$921.6$$926.2$$924.3$$977.9$$1030.5$$1152.2$$1222.5$

 

①分析表格的数据可知                 (选涂:$\rm A$.小明      $\rm B$.小曹)的操作有错误;

②错误的原因可能是                 

[["$\\rm B$","气体的温度升高,即环境温度升高"]]

根据玻意耳定律知,若实验操作正确,$pV$乘积基本保持不变,故分析表格的数据可知小曹的操作错误,故选:$\rm B$

根据$pV=\dfrac{m}{M_{{mol}}}RT$

可知,$pV$乘积变大,可能是气体的温度升高,即环境温度升高;

将表格数据绘制成右侧$p − V$图像,曲线①对应小明的操作,曲线②对应小曹的操作,在曲线上找到气体的三个状态$a、 b$$c$,其对应坐标如图所示。

①在$a → b$的过程中                 

$\rm A$.活塞对密封气体做正功

$\rm B$.分子平均动能几乎不变

$\rm C$.气体分子垂直作用在器壁单位面积上的平均冲击力增大

②气体处于$a$$c$状态时温度分别为$T_{1}$$T_{2}$,则可知$\dfrac{T_{1}}{T_{2}} =$                 。(用图中字母表示)

③在$a → b → c$的过程中,密封气体从外界吸收了热量$Q$                 (选涂:$\rm A$.小于、  $\rm B$.等于、  $\rm C$.大于)气体对活塞做的功$W$

[["$\\rm B$","$\\dfrac{V_{1}}{V_{3}}$","大于"]]

$\rm A$.在$a → b$的过程中,气体体积增大,活塞对密封气体做负功,故$\rm A$错误;

$\rm B$.根据小题$1$的分析知,在$a → b$的过程中,是等温变化,温度不变,分子平均动能几乎不变,故$\rm B$正确;

$\rm C$.在$a → b$的过程中,气体压强减小,气体体积增大,分子数密度减小,温度不变,气体分子垂直作用在器壁单位面积上的平均冲击力减小,故$\rm C$错误。

故选:$\rm B$

气体处于$a$$c$状态时温度分别为$T_{1}$$T_{2}$$a$$c$状态压强相等,根据盖吕$—$萨克定律可知$\dfrac{T_{1}}{T_{2}}=\dfrac{V_{1}}{V_{3}}$

$a → b → c$的过程中,根据热力学第一定律$\Delta U=W+Q$

根据小题$1$的分析知,温度升高$\Delta U \gt 0$

$Q \gt −W$,故密封气体从外界吸收的热量$Q$大于气体对活塞做的功$W$

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