高考物理專題84氣體實(shí)驗(yàn)定律的應(yīng)用練習(xí)含解析

PAGEPAGE1專題84氣體實(shí)驗(yàn)定律的應(yīng)用1．注意確定初、末狀態(tài)的三個狀態(tài)參量(溫度、體積、壓強(qiáng)).2.對變質(zhì)量問題要注意研究對象的選?。?部分氣體或全部氣體)1.(2020·河南鄭州一中模擬)如圖1所示，一質(zhì)量為2m的汽缸，用質(zhì)量為m的活塞封有一定質(zhì)量的理想氣體，當(dāng)汽缸開口向上且通過活塞懸掛靜止時，空氣柱長度為L1(如圖甲所示)．現(xiàn)將汽缸旋轉(zhuǎn)180°懸掛缸底靜止(如圖乙所示)，已知大氣壓強(qiáng)為p0，活塞的橫截面積為S，汽缸與活塞之間不漏氣且無摩擦，整個過程封閉氣體溫度不變，重力加速度為g.求：圖1(1)圖乙中空氣柱的長度；(2)從圖甲到圖乙，氣體吸熱還是放熱，并說明理由．答案(1)eq\f(p0S－2mg,p0S－mg)L1(2)放熱，理由見解析解析(1)對汽缸內(nèi)氣體，處于甲狀態(tài)時，壓強(qiáng)p1＝p0－eq\f(2mg,S).處于乙狀態(tài)時，氣體的壓強(qiáng)為p2＝p0－eq\f(mg,S).根據(jù)玻意耳定律可得p1L1S＝p2L2S解得L2＝eq\f(p0S－2mg,p0S－mg)L1(2)氣體從狀態(tài)甲變化到狀態(tài)乙，氣體溫度相同，內(nèi)能相同，由于體積減小，外界對氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，氣體要放出熱量．2.(2020·遼寧丹東市檢測)一容積為V0的容器通過細(xì)管與一個裝有水銀的粗細(xì)均勻的U形管相連(U形管和細(xì)管中的氣體體積遠(yuǎn)小于容器的容積V0)，U形管的右管與大氣相通，大氣壓為750mmHg.關(guān)閉閥門，U形管的左、右管中水銀面高度相同，此時氣體溫度為300K．現(xiàn)僅對容器內(nèi)氣體進(jìn)行加熱．圖2(1)如圖2所示，當(dāng)U形管右側(cè)管中的水銀面比左側(cè)管中的水銀面高H＝50mm時，求封閉容器內(nèi)氣體的溫度；(2)保持(1)問中的溫度不變，打開閥門緩慢抽出部分氣體，當(dāng)U形管左側(cè)管中的水銀面比右側(cè)管中的水銀面高50mm時(水銀始終在U形管內(nèi))，求封閉容器內(nèi)剩余氣體的質(zhì)量與原來總質(zhì)量的比值；(3)判斷在抽氣的過程中剩余氣體是吸熱還是放熱，并闡述原因．答案(1)320K(2)eq\f(7,8)(3)見解析解析(1)由題意可知p0＝750mmHg，T0＝300K，升溫后氣體的壓強(qiáng)為p1＝800mmHg，設(shè)升溫后氣體的溫度為T1，由查理定律得eq\f(p0,T0)＝eq\f(p1,T1)，解得T1＝320K(2)當(dāng)U形管左側(cè)管中的水銀面比右側(cè)管中的水銀面高50mm時，氣體壓強(qiáng)p＝700mmHg.抽氣過程可等效為等溫膨脹過程，設(shè)膨脹后氣體的總體積為V，由玻意耳定律得p1V0＝pV設(shè)剩余氣體的質(zhì)量與原來總質(zhì)量的比值為k，由題意得k＝eq\f(V0,V)＝eq\f(7,8)(3)吸熱．因?yàn)槌闅膺^程中剩余氣體溫度不變，故內(nèi)能不變，而剩余氣體膨脹對外做功，所以根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知剩余氣體要吸熱．3．(2020·江西重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)盟聯(lián)考)如圖3甲所示為“⊥”形上端開口的玻璃管，管內(nèi)有一部分水銀封住密閉氣體，上管足夠長，圖中粗細(xì)部分面積分別為S1＝4cm2、S2＝1cm2.密閉氣體初始溫度為253K，氣體長度為L＝11cm，圖乙為對封閉氣體緩慢加熱過程中氣體壓強(qiáng)隨體積變化的圖線，大氣壓強(qiáng)p0＝76cmHg(約為1.0×105Pa)(S1可認(rèn)為是一超薄輕質(zhì)的網(wǎng)狀活塞)．求；圖3(1)h1和h2的值；(2)若緩慢升高氣體溫度，升高到多少開爾文可將所有水銀全部壓入細(xì)管內(nèi)；(3)在(2)的前提下所有水銀剛好全部壓入細(xì)管內(nèi)，在這個過程中氣體對外做的功．(計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)答案(1)1cm15cm(2)285K(3)－0.49J解析(1)由圖乙可知，初狀態(tài)p1＝p0＋h1＋h2＝92cmHg體積由44cm3到48cm3，可知h1＝1cm，p0＝76cmHg，聯(lián)立得h2＝15cm(2)以封閉氣體為研究對象，末狀態(tài)，由S1h1＝S2h3，解得h3＝4cm又p2＝p0＋h2＋h3＝95cmHg由理想氣體狀態(tài)方程得eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)其中p1＝92cmHg，V1＝S1L，T1＝253K，p2＝95cmHg，V2＝S1(L＋h1)代入數(shù)據(jù)解得T2＝285K(3)由圖乙可知W＝eq\f(p1＋p2,2)(V2－V1)代入數(shù)據(jù)解得W＝－0.49J.4.(2020·湖北武漢市五月質(zhì)檢)如圖4為打氣筒給足球充氣的示意圖．先上提活塞，閥門B關(guān)閉，閥門A打開，外界大氣進(jìn)入氣筒內(nèi)；再下壓活塞，閥門A關(guān)閉，閥門B打開，氣筒內(nèi)氣體全部進(jìn)入足球，完成一次打氣．如此重復(fù)多次，即可給足球充足氣．外界大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa，環(huán)境溫度t0＝17℃，氣筒的體積V0＝1.0×10－4m3.初始時，足球內(nèi)氣體壓強(qiáng)p＝0.60×105Pa，足球的體積V＝5.0×10－3m3(始終保持不變)，忽略連接部件的體積，氣體可視為理想氣體．圖4(1)不考慮氣筒和足球內(nèi)氣體溫度的變化，打氣一次后，足球內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為多大？(2)打氣過程中，氣筒內(nèi)氣體溫度與環(huán)境溫度保持一致，球內(nèi)氣體溫度最終升高至t＝27℃.為使足球內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不低于pn＝1.1×105Pa，求打氣的次數(shù)n至少為多少？答案(1)0.62×105Pa(2)24次解析(1)打氣前后氣體溫度不變，對氣筒內(nèi)的氣體，設(shè)壓縮后在球內(nèi)占據(jù)的體積為V′.由玻意耳定律得p0V0＝p1V′.對足球內(nèi)的氣體，壓縮后在球內(nèi)占據(jù)的體積為V－V′.由玻意耳定律得pV＝p1(V－V′)，解得p1＝0.62×105Pa.(2)設(shè)打氣次數(shù)為n次，相當(dāng)于一次將壓強(qiáng)為p0、體積為nV0、溫度為T0＝290K的氣體與足球內(nèi)原有氣體一起壓縮成體積為V、溫度為T＝300K的氣體．由理想氣體狀態(tài)方程得eq\f(p0·nV0＋p·V,T0)＝eq\f(pnV,T)，解得n＝23.2次．所以，打氣次數(shù)至少為24次．5.(2020·三圖5(1)A水銀柱上表面與右管中B水銀柱上表面高度差；(2)若不在左管中倒入水銀，而是在左側(cè)管口緩慢推入一個活塞，使B段水銀在左管中水銀面也下降2cm，則活塞需推入管中多長距離？答案(1)3.8cm(2)2.4cm解析(1)根據(jù)力的平衡條件可知，右管中水銀柱的長L＝L2＋L4＝6cm.當(dāng)B水銀柱在左管中水銀液面下降2cm，則右管中水銀柱長變?yōu)?cm根據(jù)力的平衡可知，左側(cè)管中需加入的水銀柱長h＝8cm－L2＝4cm對氣柱Ⅱ研究，開始時壓強(qiáng)p1＝76cmHg＋4cmHg＝80cmHg加水銀后，氣體的壓強(qiáng)p2＝76cmHg＋8cmHg＝84cmHg.設(shè)加水銀后氣體Ⅱ的長為L3′，氣體發(fā)生等溫變化，則有p1L3S＝p2L3′S解得L3′＝3.8cm這時，A水銀柱上表面與右管中B水銀柱上表面高度差Δh＝L3′＝3.8cm(2)若不在左管中倒入水銀，而是在左側(cè)管口