物理备课资料 九 热学 热点剖析 气体实验定律的应用 选修3-3

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高考热点剖析气体实验定律的应用高考热点剖析气体实验定律的应用全全国国卷卷高高考考真真题题剖剖析析20152015年年卷卷,33(2),33(2)20152015年年卷卷,33(2),33(2)20162016年年卷卷,33(2),33(2)20162016年年卷卷,33(2),33(2)一固定的竖直汽缸由一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆一大一小两个同轴圆筒组成筒组成,两圆筒中各有两圆筒中各有一个活塞一个活塞,初始时大活初始时大活塞与大圆筒底部相距塞与大圆筒底部相距 ,两活塞间封闭气体两活塞间封闭气体的温度为的温度为T T1 1=495 K,=495 K,现现汽缸内气体温度缓慢汽缸内气体温度缓慢下降下降,活塞缓慢下移活塞缓慢下移,求缸内封闭气体的温求缸内封闭气体的温度及缸内封闭气体的度及缸内封闭气体的压强压强.一粗细均一粗细均 匀的匀的U U形管形管竖直放置竖直放置,A,A侧上端封侧上端封闭闭,B,B侧上端与大气相侧上端与大气相通通,下端开口处开关下端开口处开关K K关闭关闭,现将开关现将开关K K打开打开,从从U U形管中放出部分水形管中放出部分水银银,当两侧水银面的高当两侧水银面的高度差为度差为h h1 1=10.0 cm=10.0 cm时时,求求A A侧空气柱的长度和侧空气柱的长度和再向再向B B侧注入水银侧注入水银,使使A,BA,B两侧的水银面达到两侧的水银面达到同一高度时注入的水同一高度时注入的水银在管内的长度银在管内的长度.一氧气瓶的容积为一氧气瓶的容积为0.08 0.08 m3,m3,开始时瓶中氧气的开始时瓶中氧气的压强为压强为2020个大气压个大气压.某某实验室每天消耗实验室每天消耗1 1个大个大气压的氧气气压的氧气0.36 m3.0.36 m3.当当氧气瓶中的压强降低到氧气瓶中的压强降低到2 2个大气压时个大气压时,需重新充需重新充气气.若氧气的温度保持若氧气的温度保持不变不变,求这瓶氧气重新求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使充气前可供该实验室使用多少天用多少天.p=.p=,其其中中=0.070 N/m.=0.070 N/m.现让现让水下水下10 m10 m处一半径为处一半径为0.50 cm0.50 cm的气泡缓慢上的气泡缓慢上升升,求在水下求在水下10 m10 m处气处气泡内外的压强差及气泡泡内外的压强差及气泡上升到接近水面时上升到接近水面时,气气泡的半径与其原来半径泡的半径与其原来半径之比的近似值之比的近似值.一氧气瓶的容积为一氧气瓶的容积为0.08 m0.08 m3 3,开始时瓶中开始时瓶中氧气的压强为氧气的压强为2020个大个大气压气压.某实验室每天消某实验室每天消耗耗1 1个大气压的氧气个大气压的氧气0.36 m0.36 m3 3.当氧气瓶中当氧气瓶中的压强降低到的压强降低到2 2个大气个大气压时压时,需重新充气需重新充气.若若氧气的温度保持不变氧气的温度保持不变,求这瓶氧气重新充气求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用前可供该实验室使用多少天多少天.2l2r全全国国卷卷高高考考真真题题剖剖析析20162016年年卷卷,33(2),33(2)20172017年年卷卷,33(2),33(2)20172017年年卷卷,33(2),33(2)20172017年年卷卷,33(2),33(2)一一U U形玻璃管竖直放形玻璃管竖直放置置,左端开口左端开口,右端右端封闭封闭,左端上部有一左端上部有一光滑的轻活塞光滑的轻活塞.初始初始时时,管内汞柱及空气管内汞柱及空气柱长度如图所示柱长度如图所示.用用力向下缓慢推活塞力向下缓慢推活塞,直至管内两边汞柱直至管内两边汞柱高度相等时为止高度相等时为止.求求此时右侧管内气体此时右侧管内气体的压强和活塞向下的压强和活塞向下移动的距离移动的距离.初始时初始时,三个阀门均三个阀门均打开打开,关闭关闭K K2 2,K,K3 3,通过通过K1K1给汽缸充气给汽缸充气,使使A A中气体的压强达中气体的压强达到大气压到大气压p p0 0的的3 3倍后倍后关闭关闭K1.K1.求气体的体求气体的体积和压强及活塞的积和压强及活塞的位置位置.一热气球体积为一热气球体积为V,V,内部充有温度为内部充有温度为T Ta a的的热空气热空气,气球外冷空气球外冷空气的温度为气的温度为T Tb b.该气该气球内、外的气压始球内、外的气压始终都为终都为1 1个大气压个大气压,重力加速度大小为重力加速度大小为g.g.求该热气球所受求该热气球所受浮力及球内空气的浮力及球内空气的重力重力.一种测量稀薄气体压一种测量稀薄气体压强的仪器强的仪器,开始测量开始测量时时,M,M与与K K2 2相通相通;逐渐逐渐提升提升R,R,直到直到K2K2中水银中水银面与面与K K1 1顶端等高顶端等高,此此时水银已进入时水银已进入K1,K1,且且K1K1中水银面比顶端低中水银面比顶端低h,h,求待测气体的压强求待测气体的压强及该仪器能够测量的及该仪器能够测量的最大压强最大压强.常常考考类类型型1.“1.“汽缸汽缸”类问题类问题2.“2.“液柱液柱”类问题类问题3.“3.“打气抽气打气抽气”类问题类问题【热点集训热点集训】答案答案:(1)120(1)120 cmHgcmHg(1)(1)求烧瓶求烧瓶A A中气体压强中气体压强(压强单位可用压强单位可用cmHgcmHg););答案答案:(2)48 cm(2)48 cm(2)(2)将橡胶气囊将橡胶气囊B B恢复原状恢复原状,再将水槽缓慢加热至再将水槽缓慢加热至47,47,求求U U形管两测水银面形管两测水银面的高度差的高度差.2.2.“汽缸汽缸”类问题类问题(20172017吉林省吉林市三模吉林省吉林市三模)如图所示如图所示,两个壁厚可忽略的圆两个壁厚可忽略的圆柱形金属筒柱形金属筒A A和和B B套在一起套在一起,底部到顶部的高度为底部到顶部的高度为18 cm,18 cm,两者横截面积相等两者横截面积相等,光光滑接触且不漏气滑接触且不漏气.将将A A用绳系于天花板上用绳系于天花板上,用一块绝热板托住用一块绝热板托住B,B,使它们内部密封使它们内部密封的气体压强与外界大气压相同的气体压强与外界大气压相同,均为均为1.01.010105 5 Pa,Pa,然后缓慢松开绝热板然后缓慢松开绝热板,让让B B下下沉沉,当当B B下沉了下沉了2 cm2 cm时时,停止下沉并处于静止状态停止下沉并处于静止状态.求求:答案答案:(1)0.9(1)0.910105 5 Pa Pa(1)(1)此时金属筒内气体的压强此时金属筒内气体的压强.答案答案:(2)-3 (2)-3 (2)(2)若当时的温度为若当时的温度为27,27,欲使下沉后的金属筒恢复到原来位置欲使下沉后的金属筒恢复到原来位置,应将气体的应将气体的温度变为多少摄氏度温度变为多少摄氏度?3.3.“打气打气”类问题类问题(20172017辽宁大连二模辽宁大连二模)标准状况下大气压强为标准状况下大气压强为p p0 0=1.013=1.01310105 5 Pa,Pa,在标准状况下用打气筒给一个体积为在标准状况下用打气筒给一个体积为V V0 0=2.5 L=2.5 L的足球充气的足球充气,如图所示如图所示.充气前足球呈球形、内部空气的压强为充气前足球呈球形、内部空气的压强为1.0131.01310105 5 Pa,Pa,设充气过程设充气过程中球内、外的温度始终保持中球内、外的温度始终保持20 20 不变不变.在充气的最后时刻在充气的最后时刻,对打气筒活塞施加对打气筒活塞施加的压力为的压力为F=200 N.F=200 N.设打气筒为圆柱形设打气筒为圆柱形,其活塞的横截面积为其活塞的横截面积为S=10 cmS=10 cm2 2,打气筒打气筒每次打气压下的高度为每次打气压下的高度为20 cm.20 cm.不计各种摩擦不计各种摩擦,打气筒的活塞与连杆、把手的重打气筒的活塞与连杆、把手的重力均不计力均不计.求充气过程中求充气过程中,打气筒的活塞下压了多少次打气筒的活塞下压了多少次?解析解析:打气的最后时刻打气的最后时刻,设足球内气体的压强为设足球内气体的压强为p,p,以活塞为研究对象以活塞为研究对象,由平由平衡条件得衡条件得p p0 0S+F=S+F=pSpS,每次压下打气筒的体积为每次压下打气筒的体积为lSlS,设共需要压下打气筒设共需要压下打气筒n n次次,取足球内原有气体与外面打进的气体整体为研究对象取足球内原有气体与外面打进的气体整体为研究对象,做等温变化做等温变化,由玻由玻意耳定律得意耳定律得p p0 0(V(V0 0+nlS)=p+nlS)=pV V0 0,解得解得n=25(n=25(次次).).答案答案:2525次次4.4.“液柱液柱”类问题类问题(20172017江西南昌二模江西南昌二模)如图所示如图所示,两端开口、粗细均匀的足两端开口、粗细均匀的足够长玻璃管插在大水银槽中够长玻璃管插在大水银槽中,管的上部有一定长度的水银柱管的上部有一定长度的水银柱,两段空气柱被封两段空气柱被封闭在左右两侧的竖直管中闭在左右两侧的竖直管中.开启上部连通左右水银的阀门开启上部连通左右水银的阀门A,A,当温度为当温度为300 K,300 K,平平衡时水银柱的位置如图衡时水银柱的位置如图(h(h1 1=h=h2 2=5 cm,L=5 cm,L1 1=50 cm),=50 cm),大气压强为大气压强为75 75 cmHgcmHg.解析解析:(1)(1)左管内气体压强左管内气体压强p p1 1=p=p0 0+p+ph2h2=(75+5)cmHg=80=(75+5)cmHg=80 cmHgcmHg,右管内气体压强右管内气体压强p p2 2=p=p1 1+p+ph1h1=(80+5)cmHg=85=(80+5)cmHg=85 cmHgcmHg,p p2 2=p=p0 0+p+ph3h3,解得解得,右管内外液面高度差右管内外液面高度差h h3 3=10 cm,=10 cm,右管内气柱长度右管内气柱长度L L2 2=L=L1 1-h-h1 1-h-h2 2+h+h3 3=50 cm.=50 cm.答案答案:(1)50 cm(1)50 cm求求:(1):(1)右管内气柱的长度右管内气柱的长度L L2 2.答案答案:(2)60 cm(2)60 cm(2)(2)关闭阀门关闭阀门A,A,当温度升至当温度升至405 K405 K时时,左侧竖直管内气柱的长度左侧竖直管内气柱的长度L L3 3.(.(大气压强大气压强保持不变保持不变)5.5.“汽缸汽缸”类问题类问题(20172017陕西宝鸡一模陕西宝鸡一模)如图如图(甲甲)所示所示,竖直放置的汽缸中的竖直放置的汽缸中的活塞上放置一重物活塞上放置一重物,活塞可在汽缸内无摩擦滑动活塞可在汽缸内无摩擦滑动.汽缸导热性良好汽缸导热性良好,其侧壁有一其侧壁有一个小孔与装有水银的个小孔与装有水银的U U形玻璃管相通形玻璃管相通,汽缸内封闭了一段高为汽缸内封闭了一段高为80 cm80 cm的理想气体的理想气体柱柱(U(U形管内的气体体积不计形管内的气体体积不计,U,U形管足够长且水银始终没有进入汽缸形管足够长且水银始终没有进入汽缸),),此时缸内此时缸内气体处于图气体处于图(乙乙)中的中的A A状态状态,温度为温度为27.27.已知大气压强已知大气压强p p0 0=1.0=1.010105 5 Pa=75 Pa=75 cmHgcmHg,重力加速度重力加速度g g取取10 m/s10 m/s2 2.答案答案:(1)37.5 cm(1)37.5 cm625 kg625 kg(1)(1)求求A A状态时状态时U U形管内水银面的高度差形管内水银面的高度差h h1 1和活塞及重物的总质量和活塞及重物的总质量m;m;答案答案:(2)327 (2)327 (2)(2)若对汽缸缓慢加热若对汽缸缓慢加热,使缸内气体变成使缸内气体变成B B状态状态,求此时缸内气体的温度求此时缸内气体的温度.6.6.“打气打气”类问题类问题(20172017重庆校级一模重庆校级一模)如图是一种气压保温瓶的结构示意如图是一种气压保温瓶的结构示意图图.其中出水管很细其中出水管很细,体积可忽略不计体积可忽略不计,出水管口与瓶胆口齐平出水管口与瓶胆口齐平,用手按下按压用手按下按压器时器时,气室上方的小孔被堵塞气室上方的小孔被堵塞,使瓶内气体压强增大使瓶内气体压强增大,水在气压作用下从出水管水在气压作用下从出水管口流出口流出.最初瓶内水面低于水管口最初瓶内水面低于水管口10 cm,10 cm,此时瓶内气体此时瓶内气体(含气室含气室)的体积为的体积为2.02.010102 2 cm cm3 3,已知水的密度为已知水的密度为1.01.010103 3 kg/m kg/m3 3,按压器的自重不计按压器的自重不计,大气压大气压p p0 0=1.01=1.0110105 5 Pa,g Pa,g取取10 m/s10 m/s2 2.求求:解析解析:(1)(1)由题意知由题意知,瓶内外气压以及水的压强存在以下关系瓶内外气压以及水的压强存在以下关系p p内内=p=p0 0+p+p水水=p=p0 0+gh+gh水水=1.01=1.0110105 5 Pa+1.0 Pa+1.010103 3 kg/m kg/m3 310 m/s10 m/s2 20.1 m0.1 m=1.02=1.0210105 5 Pa;Pa;答案答案:(1)1.02(1)1.0210105 5 Pa Pa(1)(1)要使水从出水管口流出要使水从出水管口流出,瓶内水面上方的气体压强至少要多大瓶内水面上方的气体压强至少要多大?解析解析:(2)(2)当瓶内气体压强为当瓶内气体压强为p=1.16p=1.1610105 5 Pa Pa时时,设瓶内气体的体积为设瓶内气体的体积为V V由玻意耳定律有由玻意耳定律有p p0 0V V0 0=pV=pV压缩量为压缩量为V=VV=V0 0-V-V已知瓶内原有气体体积已知瓶内原有气体体积V V0 0=2.0=2.010102 2 cm cm3 3解得解得V25.9 cmV25.9 cm3 3.答案答案:(2)25.9 cm(2)25.9 cm3 3(2)(2)当瓶内压强为当瓶内压强为1.161.1610105 5 Pa Pa时时,瓶内气体体积的压缩量是多少瓶内气体体积的压缩量是多少?(?(忽略瓶内忽略瓶内气体的温度变化气体的温度变化)
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