2019高考物理二輪復(fù)習(xí) 小題狂做專練三十一 氣體實(shí)驗(yàn)定律

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1、 31 氣體實(shí)驗(yàn)定律 一、解答題 1．【2018全國(guó)I卷】如圖，容積為V的汽缸由導(dǎo)熱材料制成，面積為S的活塞將汽缸分成容積相等的上下兩部分，汽缸上部通過(guò)細(xì)管與裝有某種液體的容器相連，細(xì)管上有一閥門(mén)K。開(kāi)始時(shí)，K關(guān)閉，汽缸內(nèi)上下兩部分氣體的壓強(qiáng)均為p0。 現(xiàn)將K打開(kāi)，容器內(nèi)的液體緩慢地流入汽缸，當(dāng)流入的液體體積為時(shí)，將K關(guān)閉，活塞平衡時(shí)其下方氣體的體積減小了，不計(jì)活塞的質(zhì)量和體積，外界溫度保持不變，重力加速度大小為g。求流入汽缸內(nèi)液體的質(zhì)量。 2．【湖北、山東部分重點(diǎn)中學(xué)2019屆高三第一次聯(lián)考】如圖為“研究一定質(zhì)量氣體在體積不

2、變的條件下，壓強(qiáng)變化與溫度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。粗細(xì)均勻的彎曲玻璃管A臂插入燒瓶中，B臂與玻璃管C下部用橡膠管連接，C管開(kāi)口向上，一定質(zhì)量的理想氣體被水銀封閉于燒瓶?jī)?nèi)。開(kāi)始時(shí)，燒瓶中氣體溫度為300 K，B、C內(nèi)的水銀面等高。已知大氣壓強(qiáng)p0＝75 cmHg且保持不變，現(xiàn)對(duì)燒瓶中氣體緩慢加熱使其溫度變?yōu)?60 K。 (1)為保證氣體體積不變，C管應(yīng)該向哪移動(dòng)？移動(dòng)距離是多少？ (2)為保證氣體壓強(qiáng)不變，C管應(yīng)該向哪移動(dòng)？說(shuō)明理由。 3．【蘭州一中2019屆期中】如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m的T形活塞在汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞的體積可忽略不計(jì)，距汽缸底部

3、h0處連接一U形細(xì)管(管內(nèi)氣體體積可忽略)，初始時(shí)，封閉氣體溫度為T(mén)0，活塞水平部分距離汽缸底部1.4h0。現(xiàn)緩慢降低氣體的溫度，直到U形管中兩邊水銀面恰好相平，此時(shí)T形活塞的豎直部分與汽缸底部接觸。已知大氣壓強(qiáng)為p0，汽缸橫截面積為S，活塞豎直部分高為1.2h0，重力加速度為g。求： (1)汽缸底部對(duì)T形活塞的支持力大??； (2)兩水銀面相平時(shí)氣體的溫度。 4．【濟(jì)寧2019屆調(diào)研】如圖所示，一個(gè)高為H＝60 cm，橫截面積S＝10 cm2的圓柱形豎直放置的導(dǎo)熱汽缸，開(kāi)始活塞在汽缸最上方，將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸內(nèi)，現(xiàn)在活塞上輕放一個(gè)質(zhì)量為5

4、kg的重物，待整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定后，測(cè)得活塞與汽缸底部距離變?yōu)閔。已知外界大氣壓強(qiáng)始終為p0＝1×105 Pa，不計(jì)活塞質(zhì)量及其與汽缸之間的摩擦，取g＝10 m/s2。求： (1)在此過(guò)程中被封閉氣體與外界交換的熱量； (2)若開(kāi)始環(huán)境溫度為27 ℃，現(xiàn)將汽缸開(kāi)口朝上整體豎直放在87 ℃的熱水系統(tǒng)中，則穩(wěn)定后活塞與汽缸底部距離變?yōu)槎嗌伲? 5．【桂林市2019屆月考】如圖所示，一根粗細(xì)均勻的玻璃管長(zhǎng)為L(zhǎng)＝100 cm，下端封閉上端開(kāi)口豎直放置，管內(nèi)有一段長(zhǎng)為H＝25 cm的水銀柱封閉了一段長(zhǎng)為L(zhǎng)1＝40 cm的空氣柱。已知環(huán)境溫度為t＝27℃，熱力學(xué)溫度與攝氏

5、溫度的關(guān)系為T(mén)＝t＋273 K，大氣壓強(qiáng)為p0＝75 cmHg。 (1)如果將玻璃管緩緩放平（水銀不外溢），求玻璃管內(nèi)氣柱將變?yōu)槎嚅L(zhǎng)（保留三位有效數(shù)字）？ (2)如果保持玻璃管口向上，緩慢升高管內(nèi)氣體溫度，當(dāng)溫度升高到多少攝氏度時(shí)，管內(nèi)水銀開(kāi)始溢出？ 6．【湖南師大附中2019屆月考】如圖所示，一水平放置的氣缸，由截面積不同的兩圓筒聯(lián)接而成。活塞A、B用一長(zhǎng)為3l的剛性細(xì)桿連接，B與兩圓筒聯(lián)接處相距l(xiāng)＝1.0 m，它們可以在筒內(nèi)無(wú)摩擦地沿左右滑動(dòng)。A、B的截面積分別為SA＝30 cm2、SB＝15 cm2，A、B之間封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，兩活塞外側(cè)

6、(A的左方和B的右方)都是大氣，大氣壓強(qiáng)始終保持為p0＝1×105 Pa?；钊鸅的中心連一不能伸長(zhǎng)的細(xì)線，細(xì)線的另一端固定在墻上．當(dāng)氣缸內(nèi)氣體溫度為T(mén)1＝540 K，活塞A、B的平衡位置如圖所示，此時(shí)細(xì)線中的張力為F1＝30 N。 (1)現(xiàn)使氣缸內(nèi)氣體溫度由初始的540 K緩慢下降，溫度降為多少時(shí)活塞開(kāi)始向右移動(dòng)？ (2)繼續(xù)使氣缸內(nèi)氣體溫度緩慢下降，溫度降為多少時(shí)活塞A剛剛右移到兩圓筒聯(lián)接處？ 答案與解析 1．【解析】設(shè)活塞再次平衡后，活塞上方氣體的體積為V1，壓強(qiáng)為p1；下方氣體的體積為V2，壓強(qiáng)為p2，在活塞下移的過(guò)程中

7、，活塞上下方氣體的溫度均保持不變。由玻意耳定律得① ② 由已知條件得③ ④ 設(shè)活塞上方液體的質(zhì)量為m，由力的平衡條件得 ⑤ 聯(lián)立以上各式得⑥ 2．【解析】（1）由條件可知，氣體做等容變化。 由查理定律： 可得：P=90cmHg 因此最終穩(wěn)定后，左側(cè)液柱應(yīng)該比右側(cè)液柱高15cm，即C端上移15cm。 （2）若氣體做等壓變化，則氣體體積膨脹，B端液面下移，穩(wěn)定后C與B液面相平，即C端應(yīng)向下移動(dòng)。 3．【解析】(1)由U形管兩邊的液面相平可知 。 (2)初態(tài)時(shí)，；末態(tài)時(shí)， 由理想氣體狀態(tài)方程得， 解得，。 4．【解析】(1)封閉氣體發(fā)生等溫變化，氣體初狀態(tài)的壓

8、強(qiáng)為p1＝p0＝1.0×105Pa， 氣體末狀態(tài)的壓強(qiáng)為 根據(jù)玻意耳定律得p1HS＝p2hS 得:h＝0.40m 外界對(duì)氣體做功W＝(p0S＋mg)(H－h(huán)) 根據(jù)熱力學(xué)第一定律得ΔU＝W＋Q＝0 解得:Q＝-30J，即放出30J熱量. (2)氣體發(fā)生等壓變化，得: 代入數(shù)據(jù)可得h1＝0.48m. 5．【解析】（1）以玻璃管內(nèi)封閉氣體為研究對(duì)象，設(shè)玻璃管橫截面積為S， 初態(tài)壓強(qiáng)為：， 倒轉(zhuǎn)后壓強(qiáng)為：， 由玻意耳定律可得： 解得： （2）保持玻璃管口向上，緩慢升高管內(nèi)氣體溫度，，當(dāng)水銀柱與管口相平時(shí)，管中氣柱長(zhǎng)為： ，體積為： 由于氣體發(fā)生等壓變化，根據(jù)

9、蓋-呂薩克定律可得： 已知， 代入數(shù)據(jù)解得： 6．【解析】(1)設(shè)氣缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p1，F(xiàn)1為細(xì)線中的張力，則活塞A、B及細(xì)桿這個(gè)整體的平衡條件為： p0SA-p1SA+p1SB-p0SB+F1=0 解得：p1=p0+=1.2 只要?dú)怏w壓強(qiáng)p1p0，細(xì)線就會(huì)拉直且有拉力，活塞就不會(huì)移動(dòng).當(dāng)氣缸內(nèi)氣體等容變化，溫度下降使壓強(qiáng)降到p0時(shí)，細(xì)線拉力變?yōu)榱?，再降溫時(shí)活塞開(kāi)始向右移動(dòng)，設(shè)此時(shí)溫度為T(mén)2，壓強(qiáng)為p2=p0 由查理定律：= 代入數(shù)據(jù)得：T2=450K. (2)再降溫細(xì)線松了，要平衡必有氣體壓強(qiáng)：p=p0，是等壓降溫過(guò)程，活塞右移，氣體體積相應(yīng)減少，當(dāng)A到達(dá)兩圓筒連接處時(shí)，溫度為T(mén)3 由蓋-呂薩克定律：=，=， 代入數(shù)據(jù)得：T1=270K。 6