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2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)規(guī)范練42 氣體實(shí)驗(yàn)定律 理想氣體狀態(tài)方程 新人教版 1. (多選)(xx山東德州下學(xué)期模擬)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始,經(jīng)歷等溫或等容過(guò)程ab、bc、cd、a回到原狀態(tài),其V-T圖象如圖所示,其中對(duì)角線ac的延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn)O。下列判斷正確的是(　　) A.氣體在a、c兩狀態(tài)的壓強(qiáng)相等 B.氣體在狀態(tài)b時(shí)壓強(qiáng)小于狀態(tài)d時(shí)的壓強(qiáng) C.氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能 D.在過(guò)程cd中氣體從外界吸收的熱量大于氣體對(duì)外界做的功 E.在過(guò)程bc中氣體向外界放出的熱量等于在過(guò)程da中氣體從外界吸收的熱量 答案ACE 解析根據(jù)=C,則V=T可知,因?qū)蔷€ac的延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn)O,可知?dú)怏w在a、c兩狀態(tài)的壓強(qiáng)相等,選項(xiàng)A正確;V-T線的斜率的倒數(shù)與壓強(qiáng)成正比,可知?dú)怏w在狀態(tài)b時(shí)壓強(qiáng)大于狀態(tài)d時(shí)的壓強(qiáng),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;氣體在狀態(tài)a時(shí)的溫度大于它在狀態(tài)c時(shí)的溫度,則氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能,選項(xiàng)C正確;在過(guò)程cd中氣體的溫度不變,體積變大,則內(nèi)能不變,則氣體從外界吸收的熱量等于氣體對(duì)外界做的功,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;在過(guò)程bc中氣體體積不變,溫度降低,內(nèi)能減小,氣體向外界放出熱量;在過(guò)程da中氣體體積不變,溫度升高,內(nèi)能增加;過(guò)程bc中氣體溫度降低的值等于過(guò)程da中氣體溫度升高的值,則兩過(guò)程中內(nèi)能的變化相同,即在過(guò)程bc中氣體向外界放出的熱量等于在過(guò)程da中氣體從外界吸收的熱量,選項(xiàng)E正確;故選ACE。 2. (xx山東德州下學(xué)期模擬)如圖所示為農(nóng)村家用液化氣用完后罐裝示意圖,兩個(gè)導(dǎo)熱性能良好的完全相同的鋼瓶,甲裝有36 L的液體和4 L、6個(gè)大氣壓的高壓氣體;乙內(nèi)有一個(gè)大氣壓的40 L氣體(瓶?jī)?nèi)液化氣用完后仍有少量殘液,體積不計(jì));現(xiàn)將甲瓶倒置按如圖所示連接,將甲瓶?jī)?nèi)液體緩慢壓裝到乙瓶中。(不計(jì)連接管道的長(zhǎng)度和體積以及液體產(chǎn)生的壓強(qiáng)) (1)試分析在壓裝過(guò)程中隨甲瓶?jī)?nèi)液體減少,甲內(nèi)部氣體內(nèi)能如何變化?鋼瓶甲吸熱還是放熱? (2)甲瓶最多可向乙瓶?jī)?nèi)壓裝多少液體? 答案(1)不變　吸熱　(2)12.5 L 解析(1)甲瓶?jī)?nèi)液體緩慢壓裝到乙瓶中,甲瓶?jī)?nèi)氣體的溫度可認(rèn)為不變,則內(nèi)能不變;體積變大,對(duì)外做功,則氣體吸熱。 (2)設(shè)甲內(nèi)液體最多有xL進(jìn)入乙瓶,乙瓶中氣體灌裝液體前,壓強(qiáng)為p乙=1atm,體積為V1=40L; 灌裝后體積最小為V乙=(40-x)L 此時(shí)乙瓶中壓強(qiáng)與甲瓶中壓強(qiáng)相等,均為p, 由等溫變化可知:p乙=V乙=pV乙 甲瓶中氣體氣壓為p甲=6atm,體積為V甲=4L,結(jié)束后壓強(qiáng)為p,體積為V甲=(40+x)L;由等溫變化可得:p甲V甲=pV甲 聯(lián)立解得x=12.5L。 3.(xx山東濟(jì)南二模)汽車行駛時(shí)輪胎的胎壓太高容易造成爆胎事故,太低又會(huì)造成油耗上升,某型號(hào)輪胎能在-40 ℃~90 ℃正常工作,為使輪胎在此溫度范圍內(nèi)工作時(shí)的最高胎壓不超過(guò)3.5倍,最低胎壓不低于1.6倍。那么在t=20 ℃時(shí)給該輪胎充氣,充氣后的胎壓在什么范圍內(nèi)比較合適?(已知標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為p0,輪胎的容積不變) 答案2.01p0≤p≤2.83p0 解析設(shè)充氣后的最小胎壓為pmin,最大胎壓為pmax,充氣后氣體做等容變化, 當(dāng)溫度為-40℃時(shí),即T1=233K時(shí),壓強(qiáng)為p1,根據(jù)查理定律可得,即,解得pmin=2.01p0; 當(dāng)溫度為90℃時(shí),即T2=363K,壓強(qiáng)為p2,根據(jù)查理定律可得,即,解得pmax=2.83p0。 所以2.01p0≤p≤2.83p0 4. (xx江西南昌三模)如圖所示,開(kāi)口向上的氣缸C靜置于水平桌面上,用一橫截面積S=50 cm2的輕質(zhì)活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體,一輕繩一端系在活塞上,另一端跨過(guò)兩個(gè)定滑輪連著一勁度系數(shù)k=2 800 N/m的豎直輕彈簧A,A下端系有一質(zhì)量m=14 kg的物塊B。開(kāi)始時(shí),缸內(nèi)氣體的溫度t1=27 ℃,活塞到缸底的距離L1=120 cm,彈簧恰好處于原長(zhǎng)狀態(tài)。已知外界大氣壓強(qiáng)恒為p0=1.0105 Pa,重力加速度g取10 m/s2,不計(jì)一切摩擦?，F(xiàn)使缸內(nèi)氣體緩慢冷卻,求: (1)氣缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng); (2)氣缸內(nèi)封閉氣體的溫度。 答案(1)p=0.72105 Pa　(2)t2=-66 ℃ 解析(1)當(dāng)物體B離開(kāi)地時(shí),繩的拉力等于重力,此時(shí)氣缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)為p=p0=0.72105Pa; (2)彈簧伸長(zhǎng)為x==5cm, 根據(jù)氣態(tài)方程可得, 解得t2=-66℃。 點(diǎn)撥對(duì)于氣體問(wèn)題,關(guān)鍵是分析研究氣體的狀態(tài)參量,尤其是氣體的壓強(qiáng),一般是通過(guò)活塞或者缸筒的受力情況列方程求解。 5. (xx山東日照校際聯(lián)考)如圖所示,豎直放置的U形管左端封閉,右端開(kāi)口,左、右兩管的橫截面積均為2 cm2,在左管內(nèi)用水銀封閉一段長(zhǎng)為20 cm、溫度為27 ℃的空氣柱(可看成理想氣體),左右兩管水銀面高度差為15 cm,外界大氣壓為75 cmHg。 (1)若向右管中緩慢注入水銀,直至兩管水銀面相平,求在右管中注入水銀的體積V(以cm3為單位); (2)在兩管水銀面相平后,緩慢升高氣體的溫度,直至封閉空氣柱的長(zhǎng)度為開(kāi)始時(shí)的長(zhǎng)度,求此時(shí)空氣柱的溫度T。 答案(1)46 cm3　(2)415 K 解析(1)開(kāi)始時(shí)左右兩管水銀面高度差為h=15cm,外界大氣壓p0=75cmHg 則封閉氣體初始?jí)簭?qiáng)p1=p0-h=60cmHg 緩慢加入水銀,等水銀面相平后,封閉氣體的壓強(qiáng)p2=p0=75cmHg 封閉氣體經(jīng)歷等溫變化,開(kāi)始時(shí)空氣柱的長(zhǎng)度l=20cm,設(shè)末狀態(tài)空氣柱的長(zhǎng)度為l, p1l=p2l l=16cm 加入水銀的長(zhǎng)度x=h+2(l-l)=23cm 解得加入水銀的體積V=46cm3。 (2)空氣柱的長(zhǎng)度變?yōu)殚_(kāi)始時(shí)的長(zhǎng)度l時(shí),左管水銀面下降Δh=l-l=4cm 右管水銀面會(huì)上升4cm,此時(shí)空氣柱的壓強(qiáng) p3=h0+2Δh=83cm 初始溫度T=300K,封閉氣體從初始到最終,可以看成等容變化 由 解得T=415K。 6. (xx湖南郴州第二次質(zhì)量監(jiān)測(cè))如圖所示,開(kāi)口向上的氣缸C靜置于水平桌面上,用一橫截面積S=50 cm2、質(zhì)量M=5 kg的活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體,一輕繩一端系在活塞上,另一端跨過(guò)兩個(gè)定滑輪連著一質(zhì)量m=15 kg的物塊A,開(kāi)始時(shí),用手托住物塊,使輕繩剛好伸直,物塊A距離地面的高度為20 cm。缸內(nèi)氣體的溫度t1=27 ℃,活塞到缸底的距離L1=16 cm。已知外界大氣壓強(qiáng)恒為p0=1.0105 Pa,g取10 m/s2,不計(jì)一切摩擦?，F(xiàn)緩慢釋放物塊,一段時(shí)間后,系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)(活塞未離開(kāi)氣缸)求: (1)穩(wěn)定時(shí)活塞離氣缸底的高度h1; (2)穩(wěn)定后將缸內(nèi)氣體的溫度緩慢冷卻到-63 ℃時(shí),活塞離汽缸底的高度h2。 答案(1)h1=22 cm　(2)h2=15.4 cm 解析(1)活塞受力平衡可得:p1S=p0S+Mg V1=L1S,由以上兩式解得:p1=1.1105Pa 放手后穩(wěn)定活塞離汽缸的高度為h1,V2=h1S 活塞受力平衡可得:p2S+mg=p0S+Mg,解得:p2=0.8105Pa 發(fā)生等容變化有p1V1=p2V2,代入數(shù)據(jù)解得:h1=22cm; (2)氣體的溫度冷卻到-63℃時(shí)穩(wěn)定時(shí)活塞離汽缸的高度為h2,此時(shí)V3=h2S,T3=63+273K=210K V2=h1S,T2=27+273K=300K 發(fā)生等壓變化,代入數(shù)據(jù)解得:h2=15.4cm。 7. (xx湖南益陽(yáng)調(diào)研)如圖所示,兩個(gè)大小、形狀都相同的氣缸開(kāi)口相對(duì)固定于水平地面上,氣缸A絕熱,裝有能加熱氣體的電阻絲,氣缸B導(dǎo)熱性良好,兩個(gè)完全相同的厚度不計(jì)的絕熱活塞用輕桿相連,分別置于兩個(gè)氣缸中,每個(gè)氣缸與活塞間均封有一定質(zhì)量的理想氣體,活塞與氣缸間無(wú)摩擦且不漏氣,最初兩氣缸內(nèi)氣體體積均為V0,溫度均為T0。現(xiàn)對(duì)氣缸A中氣體加熱,使其體積緩慢增大為原來(lái)的1.2倍,環(huán)境溫度保持T0不變,求: (1)氣缸A中氣體的溫度; (2)若氣缸A中電熱絲釋放的熱量為Q,活塞對(duì)外做功為W,比較Q與W的大小并說(shuō)明原因。 答案(1)1.5T0　(2)Q>W,原因見(jiàn)解析 解析(1)由于是用輕桿連接,兩部分氣體壓強(qiáng)相等,設(shè)初態(tài)為壓強(qiáng)為p0,體積為V0, 氣缸B中氣體初末狀態(tài)溫度相等,由玻意耳定律得 p0V0=0.8pBV0　pB=1.25p0 對(duì)氣缸A中氣體,由理想氣體狀態(tài)方程得 　TA=1.5T0。 (2)氣缸A中氣體溫度升高,內(nèi)能增加,由熱力學(xué)第一定律可知Q>W。 8. (xx重慶調(diào)研)如圖所示,水平固定放置的氣缸,由截面積不同的兩圓筒連接而成?；钊鸄、B面積分別為2S和S,活塞A、B用長(zhǎng)為2l的細(xì)直桿連接,活塞與筒壁氣密性好且摩擦不計(jì)。現(xiàn)活塞間密閉有一定質(zhì)量的理想氣體,兩活塞外側(cè)(A的左方和B的右方)都是大氣,大氣壓強(qiáng)始終保持為p0,當(dāng)氣缸內(nèi)氣體溫度為T0時(shí),活塞B與兩圓筒連接處的距離為l且處于靜止?fàn)顟B(tài)。 (1)現(xiàn)使氣缸內(nèi)氣體溫度緩慢下降,活塞A剛剛緩慢右移到兩圓筒連接處時(shí),求密閉氣體的溫度T1; (2)若氣缸內(nèi)氣體溫度緩慢下降至,求細(xì)直桿對(duì)活塞的彈力大小F。 答案(1)T0　(2) 解析(1)由題可知,氣缸內(nèi)氣體溫度緩慢下降時(shí),氣體壓強(qiáng)為p0保持不變,初態(tài)體積:V0=2Sl+Sl=3Sl;末態(tài)體積:V2=2Sl 由等壓變化: 解得T1=T0 (2)若氣缸內(nèi)氣體溫度緩慢下降至,氣體發(fā)生等容變化,故氣體壓強(qiáng)p2, 有 p2=p0 細(xì)直桿對(duì)活塞的彈力大小為F=。 9. (xx河北石家莊質(zhì)量檢測(cè))如圖所示,粗細(xì)均勻的U形管豎直放置,左管上端封閉,右管上端開(kāi)口,下端正中開(kāi)口處有一開(kāi)關(guān)K,K關(guān)閉,管中裝有水銀,左右兩管中的水銀面在同一水平線上,左管中的空氣柱長(zhǎng)度L1=21 cm?？刂崎_(kāi)關(guān)K緩慢放出一些水銀,使左管液面比右管液面高h(yuǎn)1=25 cm時(shí)關(guān)閉開(kāi)關(guān)K。已知大氣壓強(qiáng)p0=75 cmHg,環(huán)境溫度不變。 (1)求放出水銀后左管空氣柱的長(zhǎng)度L2; (2)放出這些水銀后,再?gòu)挠夜芸诰徛⑷胨y,使得右管液面比左管液面高h(yuǎn)2=15 cm,求需在右管中加入的水銀柱長(zhǎng)度H。 答案(1)31.5 cm　(2)68 cm 解析(1)設(shè)U形管的橫截面積為S,水銀的密度為ρ。 根據(jù)玻意耳定律有:p0L1S=(p0-ρgh1)L2S 解得:L2=31.5cm (2)設(shè)此時(shí)左管中空氣柱的長(zhǎng)度為L(zhǎng)3 根據(jù)玻意耳定律有:p0L1S=(p0+ρgh3)L3S 由幾何關(guān)系可知:H=2(L2-L3)+h1+h2 解得H=68cm。 10.(xx湖北八市3月聯(lián)考)如圖甲所示,有一“上”形、粗細(xì)均勻的玻璃管,開(kāi)口端豎直向上放置,水平管的兩端封閉有理想氣體A與B,氣柱長(zhǎng)度都是22 cm,中間水銀柱總長(zhǎng)為12 cm?，F(xiàn)將水銀全部推進(jìn)水平管后封閉管道接口處,并把水平管轉(zhuǎn)成豎直方向,如圖乙所示,為了使A、B兩部分氣體一樣長(zhǎng),把B氣體的一端單獨(dú)放進(jìn)恒溫?zé)崴屑訜?試問(wèn)熱水的溫度應(yīng)控制為多少?(已知外界大氣壓強(qiáng)為76 cmHg,氣溫275 K) 答案312.5 K 解析玻璃管開(kāi)口向上時(shí),AB兩部分氣體的初狀態(tài)pA=pB=80cmHg,LA=LB=22cm,T=275K 將水銀全部推進(jìn)水平管時(shí)pA1=pB1,LA1=LB1=20cm 對(duì)A氣體,由玻意耳實(shí)驗(yàn)定律:pALA=pA1LA1 解得pA1=88cmHg 對(duì)于最終狀態(tài)的B氣體pB2=pA1+12cmHg=100cmHg 由理想氣體狀態(tài)方程 解得熱水的溫度T2=312.5K。