物理備課資料 九 熱學 熱點剖析 氣體實驗定律的應用 選修3-3

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1、高考熱點剖析氣體實驗定律的應用高考熱點剖析氣體實驗定律的應用全全國國卷卷高高考考真真題題剖剖析析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)一固定的豎直汽缸由一固定的豎直汽缸由一大一小兩個同軸圓一大一小兩個同軸圓筒組成筒組成,兩圓筒中各有兩圓筒中各有一個活塞一個活塞,初始時大活初始時大活塞與大圓筒底部相距塞與大圓筒底部相距 ,兩活塞間封閉氣體兩活塞間封閉氣體的溫度為的溫度為T T1 1=495 K,=495 K,現(xiàn)現(xiàn)汽缸內氣體溫度緩慢汽缸內氣體溫度

2、緩慢下降下降,活塞緩慢下移活塞緩慢下移,求缸內封閉氣體的溫求缸內封閉氣體的溫度及缸內封閉氣體的度及缸內封閉氣體的壓強壓強.一粗細均一粗細均 勻的勻的U U形管形管豎直放置豎直放置,A,A側上端封側上端封閉閉,B,B側上端與大氣相側上端與大氣相通通,下端開口處開關下端開口處開關K K關閉關閉,現(xiàn)將開關現(xiàn)將開關K K打開打開,從從U U形管中放出部分水形管中放出部分水銀銀,當兩側水銀面的高當兩側水銀面的高度差為度差為h h1 1=10.0 cm=10.0 cm時時,求求A A側空氣柱的長度和側空氣柱的長度和再向再向B B側注入水銀側注入水銀,使使A,BA,B兩側的水銀面達到兩側的水銀面達到同一高度

3、時注入的水同一高度時注入的水銀在管內的長度銀在管內的長度.一氧氣瓶的容積為一氧氣瓶的容積為0.08 0.08 m3,m3,開始時瓶中氧氣的開始時瓶中氧氣的壓強為壓強為2020個大氣壓個大氣壓.某某實驗室每天消耗實驗室每天消耗1 1個大個大氣壓的氧氣氣壓的氧氣0.36 m3.0.36 m3.當當氧氣瓶中的壓強降低到氧氣瓶中的壓強降低到2 2個大氣壓時個大氣壓時,需重新充需重新充氣氣.若氧氣的溫度保持若氧氣的溫度保持不變不變,求這瓶氧氣重新求這瓶氧氣重新充氣前可供該實驗室使充氣前可供該實驗室使用多少天用多少天.p=.p=,其其中中=0.070 N/m.=0.070 N/m.現(xiàn)讓現(xiàn)讓水下水下10 m

4、10 m處一半徑為處一半徑為0.50 cm0.50 cm的氣泡緩慢上的氣泡緩慢上升升,求在水下求在水下10 m10 m處氣處氣泡內外的壓強差及氣泡泡內外的壓強差及氣泡上升到接近水面時上升到接近水面時,氣氣泡的半徑與其原來半徑泡的半徑與其原來半徑之比的近似值之比的近似值.一氧氣瓶的容積為一氧氣瓶的容積為0.08 m0.08 m3 3,開始時瓶中開始時瓶中氧氣的壓強為氧氣的壓強為2020個大個大氣壓氣壓.某實驗室每天消某實驗室每天消耗耗1 1個大氣壓的氧氣個大氣壓的氧氣0.36 m0.36 m3 3.當氧氣瓶中當氧氣瓶中的壓強降低到的壓強降低到2 2個大氣個大氣壓時壓時,需重新充氣需重新充氣.若若

5、氧氣的溫度保持不變氧氣的溫度保持不變,求這瓶氧氣重新充氣求這瓶氧氣重新充氣前可供該實驗室使用前可供該實驗室使用多少天多少天.2l2r全全國國卷卷高高考考真真題題剖剖析析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形玻璃管豎直放形玻璃管豎直放置置,左端開口左端開口,右端右端封閉封閉,左端上部有一左端上部有一光滑的輕活塞光滑的輕活塞.初始初始時時,管內汞柱及空氣管內汞柱及空氣柱長度如圖所示柱長度如圖所示.用用力向下緩慢推活塞力向下緩慢推活塞,

6、直至管內兩邊汞柱直至管內兩邊汞柱高度相等時為止高度相等時為止.求求此時右側管內氣體此時右側管內氣體的壓強和活塞向下的壓強和活塞向下移動的距離移動的距離.初始時初始時,三個閥門均三個閥門均打開打開,關閉關閉K K2 2,K,K3 3,通過通過K1K1給汽缸充氣給汽缸充氣,使使A A中氣體的壓強達中氣體的壓強達到大氣壓到大氣壓p p0 0的的3 3倍后倍后關閉關閉K1.K1.求氣體的體求氣體的體積和壓強及活塞的積和壓強及活塞的位置位置.一熱氣球體積為一熱氣球體積為V,V,內部充有溫度為內部充有溫度為T Ta a的的熱空氣熱空氣,氣球外冷空氣球外冷空氣的溫度為氣的溫度為T Tb b.該氣該氣球內、外

7、的氣壓始球內、外的氣壓始終都為終都為1 1個大氣壓個大氣壓,重力加速度大小為重力加速度大小為g.g.求該熱氣球所受求該熱氣球所受浮力及球內空氣的浮力及球內空氣的重力重力.一種測量稀薄氣體壓一種測量稀薄氣體壓強的儀器強的儀器,開始測量開始測量時時,M,M與與K K2 2相通相通;逐漸逐漸提升提升R,R,直到直到K2K2中水銀中水銀面與面與K K1 1頂端等高頂端等高,此此時水銀已進入時水銀已進入K1,K1,且且K1K1中水銀面比頂端低中水銀面比頂端低h,h,求待測氣體的壓強求待測氣體的壓強及該儀器能夠測量的及該儀器能夠測量的最大壓強最大壓強.常常考考類類型型1.“1.“汽缸汽缸”類問題類問題2.

8、“2.“液柱液柱”類問題類問題3.“3.“打氣抽氣打氣抽氣”類問題類問題【熱點集訓熱點集訓】答案答案:(1)120(1)120 cmHgcmHg(1)(1)求燒瓶求燒瓶A A中氣體壓強中氣體壓強(壓強單位可用壓強單位可用cmHgcmHg););答案答案:(2)48 cm(2)48 cm(2)(2)將橡膠氣囊將橡膠氣囊B B恢復原狀恢復原狀,再將水槽緩慢加熱至再將水槽緩慢加熱至47,47,求求U U形管兩測水銀面形管兩測水銀面的高度差的高度差.2.2.“汽缸汽缸”類問題類問題(20172017吉林省吉林市三模吉林省吉林市三模)如圖所示如圖所示,兩個壁厚可忽略的圓兩個壁厚可忽略的圓柱形金屬筒柱形金

9、屬筒A A和和B B套在一起套在一起,底部到頂部的高度為底部到頂部的高度為18 cm,18 cm,兩者橫截面積相等兩者橫截面積相等,光光滑接觸且不漏氣滑接觸且不漏氣.將將A A用繩系于天花板上用繩系于天花板上,用一塊絕熱板托住用一塊絕熱板托住B,B,使它們內部密封使它們內部密封的氣體壓強與外界大氣壓相同的氣體壓強與外界大氣壓相同,均為均為1.01.010105 5 Pa,Pa,然后緩慢松開絕熱板然后緩慢松開絕熱板,讓讓B B下下沉沉,當當B B下沉了下沉了2 cm2 cm時時,停止下沉并處于靜止狀態(tài)停止下沉并處于靜止狀態(tài).求求:答案答案:(1)0.9(1)0.910105 5 Pa Pa(1)

10、(1)此時金屬筒內氣體的壓強此時金屬筒內氣體的壓強.答案答案:(2)-3 (2)-3 (2)(2)若當時的溫度為若當時的溫度為27,27,欲使下沉后的金屬筒恢復到原來位置欲使下沉后的金屬筒恢復到原來位置,應將氣體的應將氣體的溫度變?yōu)槎嗌贁z氏度溫度變?yōu)槎嗌贁z氏度?3.3.“打氣打氣”類問題類問題(20172017遼寧大連二模遼寧大連二模)標準狀況下大氣壓強為標準狀況下大氣壓強為p p0 0=1.013=1.01310105 5 Pa,Pa,在標準狀況下用打氣筒給一個體積為在標準狀況下用打氣筒給一個體積為V V0 0=2.5 L=2.5 L的足球充氣的足球充氣,如圖所示如圖所示.充氣前足球呈球形、

11、內部空氣的壓強為充氣前足球呈球形、內部空氣的壓強為1.0131.01310105 5 Pa,Pa,設充氣過程設充氣過程中球內、外的溫度始終保持中球內、外的溫度始終保持20 20 不變不變.在充氣的最后時刻在充氣的最后時刻,對打氣筒活塞施加對打氣筒活塞施加的壓力為的壓力為F=200 N.F=200 N.設打氣筒為圓柱形設打氣筒為圓柱形,其活塞的橫截面積為其活塞的橫截面積為S=10 cmS=10 cm2 2,打氣筒打氣筒每次打氣壓下的高度為每次打氣壓下的高度為20 cm.20 cm.不計各種摩擦不計各種摩擦,打氣筒的活塞與連桿、把手的重打氣筒的活塞與連桿、把手的重力均不計力均不計.求充氣過程中求充

12、氣過程中,打氣筒的活塞下壓了多少次打氣筒的活塞下壓了多少次?解析解析:打氣的最后時刻打氣的最后時刻,設足球內氣體的壓強為設足球內氣體的壓強為p,p,以活塞為研究對象以活塞為研究對象,由平由平衡條件得衡條件得p p0 0S+F=S+F=pSpS,每次壓下打氣筒的體積為每次壓下打氣筒的體積為lSlS,設共需要壓下打氣筒設共需要壓下打氣筒n n次次,取足球內原有氣體與外面打進的氣體整體為研究對象取足球內原有氣體與外面打進的氣體整體為研究對象,做等溫變化做等溫變化,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

13、案答案:2525次次4.4.“液柱液柱”類問題類問題(20172017江西南昌二模江西南昌二模)如圖所示如圖所示,兩端開口、粗細均勻的足兩端開口、粗細均勻的足夠長玻璃管插在大水銀槽中夠長玻璃管插在大水銀槽中,管的上部有一定長度的水銀柱管的上部有一定長度的水銀柱,兩段空氣柱被封兩段空氣柱被封閉在左右兩側的豎直管中閉在左右兩側的豎直管中.開啟上部連通左右水銀的閥門開啟上部連通左右水銀的閥門A,A,當溫度為當溫度為300 K,300 K,平平衡時水銀柱的位置如圖衡時水銀柱的位置如圖(h(h1 1=h=h2 2=5 cm,L=5 cm,L1 1=50 cm),=50 cm),大氣壓強為大氣壓強為75

14、75 cmHgcmHg.解析解析:(1)(1)左管內氣體壓強左管內氣體壓強p p1 1=p=p0 0+p+ph2h2=(75+5)cmHg=80=(75+5)cmHg=80 cmHgcmHg,右管內氣體壓強右管內氣體壓強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,右管內外液面高度差右管內外液面高度差h h3 3=10 cm,=10 cm,右管內氣柱長度右管內氣柱長度L L2 2=L=L1 1-h-h1 1-h-h2 2+h+h3 3=50 cm.=50 cm.答案答案

15、:(1)50 cm(1)50 cm求求:(1):(1)右管內氣柱的長度右管內氣柱的長度L L2 2.答案答案:(2)60 cm(2)60 cm(2)(2)關閉閥門關閉閥門A,A,當溫度升至當溫度升至405 K405 K時時,左側豎直管內氣柱的長度左側豎直管內氣柱的長度L L3 3.(.(大氣壓強大氣壓強保持不變保持不變)5.5.“汽缸汽缸”類問題類問題(20172017陜西寶雞一模陜西寶雞一模)如圖如圖(甲甲)所示所示,豎直放置的汽缸中的豎直放置的汽缸中的活塞上放置一重物活塞上放置一重物,活塞可在汽缸內無摩擦滑動活塞可在汽缸內無摩擦滑動.汽缸導熱性良好汽缸導熱性良好,其側壁有一其側壁有一個小孔

16、與裝有水銀的個小孔與裝有水銀的U U形玻璃管相通形玻璃管相通,汽缸內封閉了一段高為汽缸內封閉了一段高為80 cm80 cm的理想氣體的理想氣體柱柱(U(U形管內的氣體體積不計形管內的氣體體積不計,U,U形管足夠長且水銀始終沒有進入汽缸形管足夠長且水銀始終沒有進入汽缸),),此時缸內此時缸內氣體處于圖氣體處于圖(乙乙)中的中的A A狀態(tài)狀態(tài),溫度為溫度為27.27.已知大氣壓強已知大氣壓強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 kg

17、625 kg(1)(1)求求A A狀態(tài)時狀態(tài)時U U形管內水銀面的高度差形管內水銀面的高度差h h1 1和活塞及重物的總質量和活塞及重物的總質量m;m;答案答案:(2)327 (2)327 (2)(2)若對汽缸緩慢加熱若對汽缸緩慢加熱,使缸內氣體變成使缸內氣體變成B B狀態(tài)狀態(tài),求此時缸內氣體的溫度求此時缸內氣體的溫度.6.6.“打氣打氣”類問題類問題(20172017重慶校級一模重慶校級一模)如圖是一種氣壓保溫瓶的結構示意如圖是一種氣壓保溫瓶的結構示意圖圖.其中出水管很細其中出水管很細,體積可忽略不計體積可忽略不計,出水管口與瓶膽口齊平出水管口與瓶膽口齊平,用手按下按壓用手按下按壓器時器時,

18、氣室上方的小孔被堵塞氣室上方的小孔被堵塞,使瓶內氣體壓強增大使瓶內氣體壓強增大,水在氣壓作用下從出水管水在氣壓作用下從出水管口流出口流出.最初瓶內水面低于水管口最初瓶內水面低于水管口10 cm,10 cm,此時瓶內氣體此時瓶內氣體(含氣室含氣室)的體積為的體積為2.02.010102 2 cm cm3 3,已知水的密度為已知水的密度為1.01.010103 3 kg/m kg/m3 3,按壓器的自重不計按壓器的自重不計,大氣壓大氣壓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)由題意知由題意知,瓶內外氣壓以及水

19、的壓強存在以下關系瓶內外氣壓以及水的壓強存在以下關系p p內內=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)要使水從出水管口流出要使水從出水管口流出,瓶內水面上方的氣體壓強至少要多大瓶內水面上方的氣體壓強至少要多大?解析解析:(2)(2)當瓶內氣體壓強為當瓶內氣體壓強為p=1.16p=1.1610105 5 Pa Pa時時,設瓶內氣體的體積為設瓶內氣體的體積為V V由玻意耳定律有由玻意耳定律有p p0 0V V0 0=pV=pV壓縮量為壓縮量為V=VV=V0 0-V-V已知瓶內原有氣體體積已知瓶內原有氣體體積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)當瓶內壓強為當瓶內壓強為1.161.1610105 5 Pa Pa時時,瓶內氣體體積的壓縮量是多少瓶內氣體體積的壓縮量是多少?(?(忽略瓶內忽略瓶內氣體的溫度變化氣體的溫度變化)