- 气体
- 共1086题
在图中，各装置均静止，已知大气压强为P0 ，液体密度为ρ，求被封闭气体的压强p
正确答案
(1)p=p0-ρgh
(2) p=p0+ρgh
(3) p=p0-ρgh
(4)P1=P0+ρgh1cosα；P2 =P0+ρg(h1cosα- h2 )
高压锅有很好的密封性，基本上不会漏气．锅盖中间有一个排气孔，上面套有类似阀门的限压阀，将排气孔堵住．当加热高压锅，锅内气体压强增加到一定程度时，气体就能把限压阀顶起来，部分蒸汽即从排气孔排除锅外．已知某高压锅的限压阀的质量是0.1kg，排气孔横截面积约为1.0×10-5m2，大气压强为1.0×105pa．
试求：
（1）锅内气体的压强最大可达多少？
（2）若压强每增加3.5×103pa，水的沸点相应增加1℃，则这只高压锅内能达到的最高温度是多少？
（3）若锅盖上再增加一个相同大小的排气孔和限压阀，则这只高压锅内能达到的最高温度如何变化？
正确答案
（1）锅内最大压强为：
P=P0+
（2）锅内压强增加了：
△P=P-P0=2.0×105Pa-1×105Pa=1.0×105Pa，
水的沸点增高：
△t=
所以，锅内温度最高可达：t=100℃+28.6℃=128.6℃．
（3）锅盖上再增加一个相同大小的排气孔和限压阀，对原来的限压阀无影响，故锅内气压不变，温度不变；
答：（1）锅内气体的压强最大可达2.0×105Pa．
（2）锅内的最高温度可达128.6℃．
（3）高压锅内能达到的最高温度仍然为128.6℃．
如图所示，一水平放置的气缸，由截面积不同的两圆筒连接而成．活塞A、B用一长为3l的刚性细杆连接，它们可以在筒内无摩擦地沿地沿水平方向左右滑动．A、B的截面积分别为SA=30cm2、SB=15cm2．A、B之间封闭着一定质量的理想气体．两活塞外侧（A的左方和B的右方）都是大气，大气压强始终保持为P0=1.0×105Pa．活塞B的中心连一不能伸长的细线，细线的另一端固定在墙上．当气缸内气体温度为T1=540K，活塞A、B的平衡位置如图所示，此时细线中的张力为F1=30N．
（1）现使气缸内气体温度由初始的540K缓慢下降，温度降为多少时活塞开始向右移动？
（2）继续使气缸内气体温度下降，温度降为多少时活塞A刚刚右移到两圆筒连接处？
（3）活塞A移到两圆筒连接处之后，维持气体温度不变，另外对B施加一个水平向左的推力，将两活塞慢慢推向左方，直到细线拉力重新变为30N．求此时的外加推力F2是多大．
正确答案
（1）设气缸内气体压强为P0，F为细线中的张力，则活塞A、B及细杆这个整体的平衡条件为：
P0SA-PSA+PSB-P0SB+F=0 ①
解得：P=P0+
对于初始状态S时：F=F1=30N，
代入①式，就得到气缸中气体的初始压强：
P1=P0+
由①式看出，只要气体压强P＞P0，细线就会拉直且有拉力，于是活塞不会移动．使气缸内气体温度降低是等容降温过程，当温度下降使压强降到P0时，细线拉力变为零，再降温时活塞开始向右移，设此时温度为T2，压强P2=P0，该过程气体作等容变化，有：
得：T2=450K
故温度降为450K时活塞开始向右移动．
（2）再降温，细线松了，要平衡必有气体压强P=P0，是等压降温过程，活塞右移、体积相应减小，当A到达两圆筒连接处时，温度为T3，由等压变化得：
得：T3=270K
故温度降为270K时活塞A刚刚右移到两圆筒连接处．
（3）维持T3=270K不变，向左推活塞，是等温过程，最后压强为P4，有：
推力F2向左，由力的平衡条件得：
P0SA-PASA+PASB-P0SB+F1-F2=0
解得：F2=90N
故此时的外加推力F2为90N．
如图所示，绝热隔板S把绝热的气分隔成体积相等的两部分，S与气缸壁的接触是光滑的.两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体
正确答案
见解析
汽缸隔板绝热，电热丝对气体
如图所示为某校物理兴趣小组设计的一个玻璃管测力计，玻璃管竖直悬挂，上端封闭、下端开口，管内一个很薄的轻质活塞封闭了一定质量的空气，活塞连接一轻质秤钩．已知玻璃管横截面积S为1cm2，现将不同质量的钩码M挂在秤钩上，稳定后用刻度尺测量出活塞与管顶之间的距离L，在实验过程中气体的温度保持不变，四次实验的数据记录在下面的表格上：
（1）通过计算可得实验时大气压强P0=______Pa．
（2）在玻璃管测力计上L=4.00cm处应标上所测作用力F=______N，空气柱长度L随加在秤钩上作用力F变化而______（填：均匀，不均匀）变化．
（3）通过实验同学们发现用这种玻璃管测力计来测力，存在一些不足之处，请列举两点：
a______
b______．
正确答案
（1）由力平衡条件得：所挂钩码的质量为M时，封闭气体的压强为P=P0-
封闭气体的压强分别：
状态1：P1=P0，
状态2：P2=P0-
根据玻意耳定律得：P1L1=P2L2，代入解得，P0=1.01×105Pa
（2）当L=4.00cm时，由P1L1=P3L=（P0-
解得M3g=5.05N，
即在玻璃管测力计上L=4.00cm处应标上所测作用力F=5.05N．
由P1L1=（P0-
（3）用这种玻璃管测力计来测力，容易受外界环境的影响，比如大气压强改变、环境温度改变影响测量的准确性．
故答案为：
（1）1.01×105；
（2）5.05，不均匀
（3）大气压强改变、环境温度改变．
如图所示表示一种测量最高温度的温度计的构造（记录最高温度），上端齐平长U型管内盛有温度为T0=273K的水银．在封闭的右管内水银上方有空气，空气柱长为h=24cm．当加热管子时，空气膨胀，挤出部分水银．而当冷却到初温T0后，左边的管内水银面下降了H=6cm．试求管子被加热到的最高温度．（大气压p0=76cmHg）
正确答案
开始时封闭气柱：
P1=P0+h，V1=hs（s为管截面积），T1=T0=273K
当加热到最高温度时，设封闭气柱长度为h1，有：
P2=P0+h1，V2=h1s，T2=Tm
当空气冷却再回到初温T0时有：
P3=P0+（h1-2H），V3=h1-H，T3=T0
由第1和第3状态分析得：P1V1=P3V3
100×24s=（76+h1-2×6）（h1-6）•s
得 h12+58h1-2784=0
解得h1≈31.21cm，负根舍去
再对第1和第2状态分析得：
即有 
代入数据解得 Tm=380.61K
答：管子被加热到的最高温度是380.61K．
如图所示，封闭有一定质量理想气体的汽缸固定在水平桌面上，开口向右放置，活塞的横截面积为S．活塞通过轻绳连接了一个质量为m的小物体，轻绳跨在定滑轮上．开始时汽缸内外压强相同，均为大气压p0（mg＜p0s）．汽缸内气体的温度T0，轻绳处在伸直状态．不计摩擦．缓慢降低汽缸内温度，最终使得气体体积减半，求：
（1）重物刚离地时气缸内的温度T1；
（2）气体体积减半时的温度T2；
（3）在下列坐标系中画出气体状态变化的整个过程．并标注相关点的坐标值．
正确答案
（1）对于封闭气体，P1=P0，P2=P0-
整理得：T1=
（2）从重物离地到气体体积减半，封闭气体做等压变化：
整理得：T2=
（3）图线如下：
答：（1）重物刚离地时气缸内的温度为
（2）气体体积减半时的温度为
（3）图象为
如图所示，质量为m=10kg的活塞将一定质量的理想气体密封在气缸中，开始时活塞距气缸底高度h1=40cm．此时气体的温度T1=300K．现缓慢给气体加热，气体吸收的热量Q=420J，活塞上升到距气缸底h2=60cm．已知活塞面积S=50cm2，大气压强P0=1．O×10Pa，不计活塞与气缸之间的摩擦，g取lOm/s2．求
（1）当活塞上升到距气缸底h2时，气体的温度T2
（2）给气体加热的过程中，气体增加的内能△U．
正确答案
（1）气缸内封闭气体发生等压变化，根据盖•吕萨克定律得
代入得：
解得，T2=45OK
（2）P=P0+
气体对外界做功 W=-P△V=-120J…③
根据热力学第一定律得△U=W+Q=300J…④
答：
（1）当活塞上升到距气缸底h2时，气体的温度T2为450K．
（2）给气体加热的过程中，气体增加的内能△U为300J．
如图为托里拆利实验装置，管横截面积为1cm2，大气压强为75cm汞柱，如果从管口送入一个在大气压强下体积为0.2cm3气泡，那么，
（1）气泡升到图中A点时体积变为多大？（忽略气泡上升过程中引起的水银柱高度的变化）
（2）气泡升到真空部分时管内外水银面的高度差多大？
正确答案
（1）设气泡在大气压强下为状态1，上升到A点时为状态2．
则：p2=（75-45）cmHg
P1•V1=P2•V2
75×0.2=30×V2
V2=0.5cm3
（2）设气泡上升到管顶时，管内外水银面的高度差为hx，此时气体的状态为3．
P3=（75-hx）cmHg
V3=（89-hx）cmHg
P1•V1=P3•V3
75×0.2=（75-hx）（89-hx）•S
hx1=74cm
hx2=90cm （舍去）
答：（1）气泡升到图中A点时体积 0.5cm3； （2）气泡升到真空部分时管内外水银面的高度差74cm．
一端开口的U形管内由水银柱封有一段空气柱，大气压强为76cmHg，当气体温度为27°C时空气柱长为8cm，开口端水银面比封闭端水银面低2cm，如图所示，求：
（1）当气体温度上升到多少°C时，空气柱长为10cm？
（2）若保持温度为27°C不变，在开口端加入多少长的水银柱能使空气柱长为6cm？
正确答案
（1）气体的初状态：P1=P0-PA=74cmHg，V1=8s，T1=300K
气体的末状态：P2=P0+PA=78cmHg，V2=10s，
由公式：
（2）气体的状态：V3=6s，T3=300K，
由公式：
加入水银柱的长度为L=98.7-76+2+（2×2）=28.7cm
答：气体温度上升到122.3°C时，空气柱长为10cm，在开口端加入28.7cm长的水银柱．
故答案为：（1）122.3℃（2）28.7cm
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