高中物理选择性必修第三册配人教版-专题练习(二)-气体变质量问题与图像问题.docx

专题练习(二)　气体变质量问题与图像问题
课后篇素养形成
必备知识基础练
1.用打气筒将压强为1 atm的空气打进自行车轮胎内,如果打气筒容积ΔV=500 cm3,轮胎容积V=3 L,原来压强p=1.5 atm。现要使轮胎内压强变为p'=4 atm,若用这个打气筒给自行车轮胎打气,则要打气次数为(设打气过程中空气的温度不变)(　　)

A.10次 B.15次 C.20次 D.25次
答案B
解析打气过程中空气的温度不变,由玻意耳定律的气态方程得pV+np0ΔV=p'V,
代入数据解得n=15。
2.容积为20 L的钢瓶充满氧气后,压强为150 atm,打开钢瓶的阀门让氧气同时分装到容积为5 L的小瓶中,若小瓶原来是抽空的,小瓶中充气后压强为10 atm,分装过程中无漏气,且温度不变,那么最多能分装(　　)
A.4瓶 B.50瓶 C.56瓶 D.60瓶
答案C
解析取全部气体为研究对象,根据玻意耳定律:p0V0=p'(V0+nV1)
n=p0V0-p'V0p'V1=150×20-10×2010×5瓶=56瓶。
3.大气压强p0=1.0×105 Pa。某容器的容积为V0=20 L,装有压强为p1=2.0×106 Pa的理想气体,如果保持气体温度不变,把容器的开关打开,等气体达到新的平衡时,容器内剩余的气体质量与原来气体的质量之比为(　　)
A.1∶19 B.1∶20
C.2∶39 D.1∶18
答案B
解析由玻意耳定律得p1V0=p0V0+p0V,因V0=20 L,则V=380 L,即容器中剩余20 L压强为p0的气体,而同样大气压下气体的总体积为400 L,所以剩余气体的质量与原来气体的质量之比等于同压下气体的体积之比,即20400=120,B正确。
4.

(多选)中医拔火罐的物理原理是利用火罐内外的气压差使罐吸附在人体上,进而可以养疗。如图所示,是治疗常用的一种火罐,使用时,先加热罐中气体,然后迅速按到皮肤上,降温后火罐内部气压低于外部,从而吸附在皮肤上。某次使用时,先将气体由300 K加热到400 K,按在皮肤上后又降至300 K,由于皮肤凸起,罐内气体体积变为罐容积的1516,以下说法正确的是(　　)
A.加热后罐内气体质量是加热前的34
B.加热后罐内气体质量是加热前的37
C.温度降至300 K时,罐内气体压强变为原来的34
D.温度降至300 K时,罐内气体压强变为原来的45
答案AD
解析由等压变化有V1T1=V2T2,得V2=T2V1T1=400×V1300=43V1,气体总体积变为原来的43,总质量不变,则火罐内气体的密度变为原来的34,所以加热后罐内气体质量是加热前的34,故A正确,B错误;由理想气体状态方程可得p3V3T3=p2V2T2,即p3×1516V0300=p2×V0400,则罐内气体压强变为原来的45,故C错误,D正确。
5.桶装纯净水及压水装置原理如图所示。柱形水桶直径为24 cm,高为35 cm;柱压水蒸气囊直径为6 cm,高为8 cm,水桶颈部的长度为10 cm。当人用力向下压气囊时,气囊中的空气被压入桶内,桶内气体的压强增大,水通过细出水管流出。已知水桶所在处大气压强相当于10 m水压产生的压强,当桶内的水还剩5 cm高时,桶内气体的压强等于大气压强,忽略水桶颈部的体积。至少需要把气囊完全压下几次,才能有水从出水管流出?(不考虑温度的变化)(　　)

A.2次 B.3次 C.4次 D.5次
答案B
解析设至少需要把气囊完全压下n次,才能有水从出水管流出,大气压强为p0,水桶内气体体积为V0,气囊体积为V1,根据玻意耳定律可得p0(V0+nV1)=p1V0,其中p0=ρgh=10ρg,V0=4 320π cm3,V1=72π cm3,p1=ρg(h+0.4 m)=10.4ρg,代入解得n=2.4,所以至少需要把气囊完全压下3次,才能有水从出水管流出,故B正确。
6.用活塞式抽气机抽气,在温度不变的情况下,从玻璃瓶中抽气,第一次抽气后,瓶内气体的压强减小到原来的45,要使容器内剩余气体的压强减为原来的256625,抽气次数应为(　　)
A.2 B.3 C.4 D.5
答案C
解析设玻璃瓶的容积是V,抽气机的容积是V0,
气体发生等温变化,由玻意耳定律可得
pV=45p(V+V0),解得V0=14V,
设抽n次后,气体压强变为原来的256625,
由玻意耳定律可得:
抽一次时:pV=p1(V+V0),解得p1=45p,
抽两次时:p1V=p2(V+V0),解得p2=452p,
抽n次时:pn=45np,又pn=256625p,则n=4,C正确。

7.(多选)如图所示,用活塞把一定质量的理想气体封闭在固定的导热汽缸中,用水平外力F作用于活塞杆,使活塞缓慢向右移动,气体由状态①变化到状态②。如果环境保持恒温,分别用p、V、T表示该理想气体的压强、体积、温度。气体从状态①变化到状态②,此过程可用选项图中哪几个图像表示(　　)

答案AD
解析由题意知,气体由状态①到状态②的过程中,温度不变,体积增大,根据pVT=C可知压强将减小。对A图像进行分析,p-V图像是双曲线,即等温线,且由状态①到状态②,气体体积增大,压强减小,故A项正确;对B图像进行分析,p-V图像是直线,气体温度会发生变化,故B项错误;对C图像进行分析,可知气体温度不变,但体积减小,故C项错误;对D图像进行分析,可知气体温度不变,压强减小,故体积增大,故D项正确。
8.(多选)如图所示为一定质量理想气体的压强p与体积V的关系图像,气体状态经历A→B→C→A完成一次循环,A状态的温度为290 K,下列说法正确的是(　　)

A.A→B的过程中,每个气体分子的动能都增加
B.B→C的过程中,气体温度先升高后降低
C.C→A的过程中,气体温度一定减小
D.B、C两个状态温度相同,均为580 K
答案BC
解析A→B的过程中,气体体积不变,压强变大,则温度升高,气体分子平均动能变大,但并非每个气体分子的动能都增加,选项A错误;B、C两状态的pV乘积相等,可知B、C两状态的温度相同,由数学知识可知,B→C的过程中,pV乘积先增大后减小,则气体温度先升高后降低,选项B正确;C→A的过程中,气体压强不变,体积减小,根据VT=C可知气体的温度一定减小,选项C正确;对A、B两状态,由查理定律得pATA=pBTB,代入数据解得TB=870 K,则B、C两个状态温度相同,均为870 K,选项D错误。
关键能力提升练
9.

用传统的打气筒给自行车打气时,不好判断是否已经打足了气。某研究性学习小组的同学经过思考,解决了这一问题。他们在传统打气筒基础上进行了改装(如图所示):圆柱形打气筒高H,内部横截面积为S,底部有一单向阀门K,厚度不计的活塞上提时外界大气可从活塞四周进入,活塞下压时可将打气筒内气体推入容器B中,B的容积VB=3HS,向B中打气前A、B中气体初始压强均为p0,该组同学设想在打气筒内壁焊接一个卡环C(体积不计),C距气筒顶部高度为h=23H,这样就可以自动控制容器B中的最终压强。求:
(1)假设气体温度不变,第一次将活塞从打气筒口压到C处时,容器B内的压强;
(2)要使容器B内压强不超过5p0,h与H的比值。
答案(1)1.2p0　(2)45
解析(1)第一次将活塞从打气筒口压到C处时,设容器B内的压强为pB,
由玻意耳定律得p0(VB+HS)=pBVB+HS3
解得pB=1.2p0。
(2)对打气筒内的气体,要使容器B内压强不超过5p0,意味着活塞从顶端下压至C处时,打气筒C处以下的压强不能超过5p0,由玻意耳定律得p0HS=5p0(H-h)S
解得ℎH=45。
10.如图所示,A、B两容器容积相同,用细长直导管相连,二者均封入压强为p、温度为T的一定质量的理想气体,现使A内气体温度升温至T',B内的气体温度不变,稳定后A容器的压强为多少?

答案2T'T+T'p
解析因为升温前后,A、B容器内的气体都发生了变化,是变质量问题,我们可以把变质量问题转化为定质量问题。我们把升温前整个气体分为(V-ΔV)和(V+ΔV)两部分(如图所示),升温后,让气体(V-ΔV)充满A容器,气体(V+ΔV)压缩进B容器,于是由理想气体状态方程或气体实验定律有:

p(V-ΔV)T=p'VT'　　　　　　①p(V+ΔV)=p'V②
联立①②两个方程,解得p'=2T'T+T'p
11.如图所示,是一定质量的气体从状态A经状态B、C到状态D的p-T图像,已知气体在状态B时的体积是8 L,求VA、VC和VD,并画出此过程中的V-T图像。

答案4 L　8 L　323 L　见解析图
解析A→B为等温过程,由玻意耳定律得pAVA=pBVB
所以VA=pBpAVB=1.0×1052.0×105×8 L=4 L
B→C为等容过程,所以VC=VB=8 L
C→D为等压过程,有VCTC=VDTD
则VD=TDTCVC=400300×8 L=323 L
此过程的V-T图像如图所示:

12.氧气瓶的容积是40 L,瓶内氧气的压强是130 atm,规定瓶内氧气压强降到10 atm时就要重新充氧。有一个车间,每天需要用1 atm的氧气400 L,则一瓶氧气能用几天?(假定温度不变,氧气可视为理想气体)
答案12
解析用如图所示的方框图表示气体的变化思路。

以氧气瓶内的气体为研究对象,气体发生等温变化,由V1→V2,由玻意耳定律可得p1V1=p2V2,
V2=p1V1p2=130×4010 L=520 L,
由(V2-V1)→V3,由玻意耳定律可得p2(V2-V1)=p3V3,V3=p2(V2-V1)p3=10×4801 L=4 800 L,
则V3400L=12(天)。
13.如图,医院消毒用的压缩式喷雾器储液桶的容量为5.7×10-3 m3,开始时桶内倒入了4.2×10-3 m3的药液。现关闭进气口,开始打气,每次能打进2.5×10-4 m3的空气,假设打气过程中药液不会向外喷出。当打气n次后,喷雾器内空气的压强达到4 atm,设周围环境温度不变,气压为标准大气压强1 atm。

(1)求出n的数值;
(2)试判断这个压强能否使喷雾器的药液全部喷完。
答案(1)18　(2)能
解析(1)根据理想气体状态方程的分列式,得p0V+p0nV'=4p0V,其中V=5.7×10-3 m3-4.2×10-3 m3=1.5×10-3 m3,V'=2.5×10-4 m-3,代入数值,解得n=18;
(2)当空气完全充满储液桶后,如果空气压强仍然大于标准大气压强,则药液可以全部喷出。
由于温度不变,根据玻意耳定律p1V1=p2V2,得p2=4p0V5.7×10-3
解得p2=1.053p0>p0
所以药液能全部喷出。
14.(2019全国卷Ⅰ)热等静压设备广泛应用于材料加工中。该设备工作时,先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中,然后炉腔升温,利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理,改善其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13 m3,炉腔抽真空后,在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.2×10-2 m3,使用前瓶中气体压强为1.5×107 Pa,使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106 Pa;室温为27 ℃。氩气可视为理想气体。
(1)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强;
(2)将压入氩气后的炉腔加热到1 227 ℃,求此时炉腔中气体的压强。
答案(1)3.2×107 Pa　(2)1.6×108 Pa
解析设初始时每瓶气体的体积为V0,压强为p0;使用后气瓶中剩余气体的压强为p1。假设体积为V0、压强为p0的气体压强变为p1时,其体积膨胀为V1。由玻意耳定律p0V0=p1V1①
被压入进炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为
V1'=V1-V0②
设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为p2,体积为V2。由玻意耳定律p2V2=10p1V1'③
联立①②③式并代入题给数据得
p2=3.2×107 Pa④
(2)设加热前炉腔的温度为T0,加热后炉腔温度为T1,气体压强为p3。由查理定律p3T1=p2T0⑤
联立④⑤式并代入题给数据得
p3=1.6×108 Pa⑥
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