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简答题

图1为“研究一定质量气体在体积不变的条件下,压强变化与温度变化关系”的实验装置示意图1.在烧瓶A中封有一定质量的气体,并与气压计相连,初始时气压计两侧液面平齐.

(1)若气体温度升高,为使瓶内气体的体积不变,应将气压计右侧管______(填“向上”或“向下”)缓慢移动,直至______

(2)(单选)实验中多次改变气体温度,用△t表示气体升高的温度,用△h表示气压计两侧管内液面高度差的变化量.则根据测量数据作出的图线(图2)应是______

正确答案

解:(1)气体温度升高,压强变大,气压计左管水银面下降,为保证气体体积不变,应适当提高气压计右管,所以应将右管向上移动,直至气压计左管水银面等高,即保证了气体体积不变;

(2)实验中多次改变气体温度,用△t表示气体升高的温度,用△h表示气压计两侧管内液面高度差的变化量;

体积不变时压强变化与温度变化的关系是成正比的,所以根据测量数据作出的图线是A.

故答案为:(1)向上,气压计左管液面回到原来的位置;(2)A.

解析

解:(1)气体温度升高,压强变大,气压计左管水银面下降,为保证气体体积不变,应适当提高气压计右管,所以应将右管向上移动,直至气压计左管水银面等高,即保证了气体体积不变;

(2)实验中多次改变气体温度,用△t表示气体升高的温度,用△h表示气压计两侧管内液面高度差的变化量;

体积不变时压强变化与温度变化的关系是成正比的,所以根据测量数据作出的图线是A.

故答案为:(1)向上,气压计左管液面回到原来的位置;(2)A.

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简答题

某学校科技兴趣小组,利用废旧物品制作了一个简易气温计:在一个空葡萄酒瓶中插入一根两端开口的玻璃管,玻璃管内有一段长度可忽略的水银柱,接口处用蜡密封,将酒瓶水平放置,如图所示.已知:该装置密封气体的体积为560cm3,玻璃管内部横截面积为0.5cm2,瓶口外的有效长度为48cm.当气温为7℃时,水银柱刚好处在瓶口位置.

(1)求该气温计能测量的最高气温.

(2)假设水银柱从瓶口处缓慢移动到最右端的过程中,密封气体从外界吸收3.2J热量,问在这一过程中该气体的内能如何变化?变化了多少?(已知大气压为1×105Pa)

正确答案

解:(1)当水银柱到达管口时,所测气温最高,设为T2,此时气体体积为V2

初状态:T1=(273+7)K=280K;  V1=560cm3,末状态V2=(560+48×0.5)cm3=584cm3

气体发生等压变化,由概率萨克定律得:=,即:=

解得:T2=292K;

(2)水银柱移动过程中,外界对气体做功W=-P0SL=-1×105×0.5×10-4×48×10-2J=-2.4J,

由热力学第一定律知内能变化为:△U=W+Q=-2.4J+3.2J=0.8J,气体内能增加;

答:(1)该气温计能测量的最高气温是292K;

(2)气体内能增加,增加了0.8J.

解析

解:(1)当水银柱到达管口时,所测气温最高,设为T2,此时气体体积为V2

初状态:T1=(273+7)K=280K;  V1=560cm3,末状态V2=(560+48×0.5)cm3=584cm3

气体发生等压变化,由概率萨克定律得:=,即:=

解得:T2=292K;

(2)水银柱移动过程中,外界对气体做功W=-P0SL=-1×105×0.5×10-4×48×10-2J=-2.4J,

由热力学第一定律知内能变化为:△U=W+Q=-2.4J+3.2J=0.8J,气体内能增加;

答:(1)该气温计能测量的最高气温是292K;

(2)气体内能增加,增加了0.8J.

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在“探究气体等温变化的规律”实验中,封闭的空气如图所示,U形管粗细均匀,右端开口,已知外界大气压为75.5cmHg高,图中给出了气体的两个不同的状态.

(1)实验时甲图气体的压强为______ cmHg高,乙图气体压强为______ cmHg高.

(2)实验时某同学认为管子的横截面积S可不用测量,这一观点正确吗?

答:______(选填“正确”或“错误”).

(3)数据测量完后在用图象法处理数据时,某同学以压强p为纵坐标,以体积V(或空气柱长度)为横坐标来作图,你认为他这样做能方便地看出p与V间的关系吗?

答:______

正确答案

解:(1)由连通器原理可知,甲图中气体压强为p0=76cmHg,乙图中气体压强为p0+4cmHg=80cmHg.

(2)由玻意耳定律p1V1=p2V2,即p1l1S=p2l2S,即p1l1=p2l2(l1、l2为空气柱长度),所以玻璃管的横截面积可不用测量.

(3)以p为纵坐标,以V为横坐标,作出p-V图是一条曲线,但曲线未必表示反比关系,所以应再作出p-图,看是否是过原点的直线,才能最终确定p与V是否成反比.

故答案为:

(1)75.5;79.5;

(2)正确;

(3)不能.

解析

解:(1)由连通器原理可知,甲图中气体压强为p0=76cmHg,乙图中气体压强为p0+4cmHg=80cmHg.

(2)由玻意耳定律p1V1=p2V2,即p1l1S=p2l2S,即p1l1=p2l2(l1、l2为空气柱长度),所以玻璃管的横截面积可不用测量.

(3)以p为纵坐标,以V为横坐标,作出p-V图是一条曲线,但曲线未必表示反比关系,所以应再作出p-图,看是否是过原点的直线,才能最终确定p与V是否成反比.

故答案为:

(1)75.5;79.5;

(2)正确;

(3)不能.

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我国西部地区,有一种说法:“早穿棉袄午披纱,围坐火炉吃西瓜”,反映昼夜温差大的自然现象.有一房间内中午温度37°C,晚上温度7°C,假设大气压强不变,求晚上房间增加空气质量与中午房间内空气质量之比.

正确答案

解:设房间体积为V0,晚上房间内的空气在370C时体积应为V1

故增加空气质量与中午房间内空气质量之比:

答:晚上房间增加空气质量与中午房间内空气质量之比为0.107.

解析

解:设房间体积为V0,晚上房间内的空气在370C时体积应为V1

故增加空气质量与中午房间内空气质量之比:

答:晚上房间增加空气质量与中午房间内空气质量之比为0.107.

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一个“┌”型细玻璃管A、B两端开口,水平段内有一段长为5cm的水银柱,初始时长度数据如图所示.现将玻璃管B端封闭,然后将下端A插入大水银槽中,整个过程温度不变,稳定后竖直管内水银面比大水银槽面低5cm,已知大气压强为75cmHg.求:

(1)稳定后玻璃管B端水平段内被封闭气体的压强为多少?

(2)竖直管A端插入水银槽的深度h.

正确答案

解:(1)竖直段部分封闭气体初始状态:P1=75cmHg,L1=70cm    

稳定后:P2=75+5=80cmHg,

等温变化,则P1L1S=P2L2S                              

得L2=62.625cm>60cm,所以水银柱还是在水平段管内.   

稳定后B端水平段内气体压强P′2=P2=80cmHg.      

(2)稳定后水平段内气体长度

进入竖直管内的水银长度为△h=60+35-18.75-5-62.625=8.625cm

竖直管插入水银槽的深度h=8.625+5=13.625cm.      

答:(1)稳定后玻璃管B端水平段内被封闭气体的压强为80cmHg;

(2)竖直管A端插入水银槽的深度h为13.625cm.

解析

解:(1)竖直段部分封闭气体初始状态:P1=75cmHg,L1=70cm    

稳定后:P2=75+5=80cmHg,

等温变化,则P1L1S=P2L2S                              

得L2=62.625cm>60cm,所以水银柱还是在水平段管内.   

稳定后B端水平段内气体压强P′2=P2=80cmHg.      

(2)稳定后水平段内气体长度

进入竖直管内的水银长度为△h=60+35-18.75-5-62.625=8.625cm

竖直管插入水银槽的深度h=8.625+5=13.625cm.      

答:(1)稳定后玻璃管B端水平段内被封闭气体的压强为80cmHg;

(2)竖直管A端插入水银槽的深度h为13.625cm.

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某学校科技兴趣小组,利用废旧物品制作了一个简易气温计:在一个空葡萄酒瓶中插入一根两端开口的玻璃管,玻璃管内有一段长度可忽略的水银柱,接口处用蜡密封,将酒瓶水平放置,如图所示.已知:该装置密封气体的体积为480cm3,玻璃管内部横截面积为0.4cm2,瓶口外的有效长度为48cm.当气温为7℃时,水银柱刚好处在瓶口位置.

(1)求该气温计能测量的最高气温.

(2)假设水银柱从瓶口处缓慢移动到最右端的过程中,密封气体从外界吸收3J热量,问在这一过程中该气体的内能如何变化?变化了多少?(已知大气压为1×l05Pa)

正确答案

解:(1)当水银柱到达管口时,所测气温最高,设为T2,此时气体体积为V2

初状态:T1=(273+7)k=280k;V1=480cm3,未状态V2=(480+48×0.4)=499.2cm3

由概率萨克定律得:=,即:=

解得:T2=291.2K;

(2)水银柱移动过程中,外界对气体做功

W=-P0SL═lxl0×0.4×10×48×10=-1.92J,

由热力学第一定律得:内能变化为:

△U=W+Q=-1.92J+3J=1.08J,气体内能增加;

答:(1)该气温计能测量的最高气温是291.2K;

(2)气体内能增加,增加了1.08J.

解析

解:(1)当水银柱到达管口时,所测气温最高,设为T2,此时气体体积为V2

初状态:T1=(273+7)k=280k;V1=480cm3,未状态V2=(480+48×0.4)=499.2cm3

由概率萨克定律得:=,即:=

解得:T2=291.2K;

(2)水银柱移动过程中,外界对气体做功

W=-P0SL═lxl0×0.4×10×48×10=-1.92J,

由热力学第一定律得:内能变化为:

△U=W+Q=-1.92J+3J=1.08J,气体内能增加;

答:(1)该气温计能测量的最高气温是291.2K;

(2)气体内能增加,增加了1.08J.

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我国北方常遭遇严重的沙尘暴天气.所谓沙尘暴可简化为如下情景:快速向上刮起的大风将大量沙尘颗粒扬起后悬浮在空中,可视为这时风对沙尘的作用力与沙尘的重力平衡.已知风对沙尘粒作用力大小的可近似表达为 f=ρπr2 v 2,式中ρ为空气密度,r为沙尘粒的半径(沙尘粒可近似看成球体,且体积V=πr3),v为风速.如果沙尘粒的密度ρ=3×103kg/m3,沙尘粒的半径r=2.5×10-4m,地面的空气密度ρ=1.25kg/m3,若空气密度ρ 随地面高度h的变化关系为每升高1km,空气密度减少0.2kg/m3(g取10m/s2).求:

(1)要形成沙尘暴现象,地面的风速至少为多少?

(2)当地面风速为8m/s时,沙尘暴的最大高度为多少?

正确答案

解:(1)沙尘颗粒受重力G=mg=ρVg=ρπr3g与空气作用力为f=πρr2v2作用而平衡,

在地面附近空气密度ρ0=1.25kg/m3,由平衡条件得:ρπr3g=ρπr2v2

则v===4m/s;

(2)当风速v=8m/s时,由ρπr3g=ρ′πr2v2,得:

其中ρ′=ρ-kh 

故h=-= km- km=4.7km

答:(1)要形成沙尘暴现象,地面的风速至少为4m/s;

(2)当地面风速为8m/s时,沙尘暴的最大高度为4.7km.

解析

解:(1)沙尘颗粒受重力G=mg=ρVg=ρπr3g与空气作用力为f=πρr2v2作用而平衡,

在地面附近空气密度ρ0=1.25kg/m3,由平衡条件得:ρπr3g=ρπr2v2

则v===4m/s;

(2)当风速v=8m/s时,由ρπr3g=ρ′πr2v2,得:

其中ρ′=ρ-kh 

故h=-= km- km=4.7km

答:(1)要形成沙尘暴现象,地面的风速至少为4m/s;

(2)当地面风速为8m/s时,沙尘暴的最大高度为4.7km.

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如图所示,用一个带有刻度的注射器,及计算机辅助系统来探究气体的压强和体积关系.

(1)实验中封闭气体的体积可由______直接读出,它的压强可由图中______测得.

(2)实验完成后,计算机屏幕上显示出如下图所示的实验结果.

观察可以发现pV(×105Pa•mL)栏中的数值越来越小,造成这一现象的可能原因是______

A.实验时环境温度升高了

B.实验时外界大气压强发生了变化

C.实验时注射器内的空气向外发生了泄漏

D.实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不断增大

(3)实验时为减小误差,下列那些操作是不正确的______

A.推、拉活塞时,动作要慢

B.推、拉活塞时,手不能握住注射器

C.压强传感器与注射器之间的软管脱落后,应立即重新接上,继续实验并记录数据

D.活塞与针筒之间要保持润滑又不漏气.

正确答案

解:(1)研究其压强和体积的关系,实验中封闭气体的体积可由注射器刻度直接读出,压强可以通过压强传感器读出.

(2):(1)A、实验时环境温度增大了,根据根据气体方程,应该PV的乘积在变大,而实验数据PV的乘积在变小,故A错误.

B、实验时外界大气压强发生了变化,对本实验没有影响,故B错误.

C、实验时注射器内的空气向外发生了泄漏,所以实验只测得部分气体的PV的乘积,故C正确.

D、.实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不断增大,由于缓慢推动活塞,所以不影响研究温度不变时气体的压强跟体积的关系,故D错误.

故选C.

(3)A、推拉活塞时,动作要慢,使其温度与环境保持一致,故A正确;

B、推拉活塞时,手不能握住注射器,防止手对其起加热作用,故B正确

C、橡皮帽与注射器脱落后,气体质量变化,需重新做实验,故C错误;

D、活塞与针筒之间要保持润滑,可以减小摩擦;不漏气可以保证气体质量一定,故D正确;

本题选错误的,故选C.

故答案为:(1)注射器的刻度;压强传感器;(2)C;(3)C

解析

解:(1)研究其压强和体积的关系,实验中封闭气体的体积可由注射器刻度直接读出,压强可以通过压强传感器读出.

(2):(1)A、实验时环境温度增大了,根据根据气体方程,应该PV的乘积在变大,而实验数据PV的乘积在变小,故A错误.

B、实验时外界大气压强发生了变化,对本实验没有影响,故B错误.

C、实验时注射器内的空气向外发生了泄漏,所以实验只测得部分气体的PV的乘积,故C正确.

D、.实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力不断增大,由于缓慢推动活塞,所以不影响研究温度不变时气体的压强跟体积的关系,故D错误.

故选C.

(3)A、推拉活塞时,动作要慢,使其温度与环境保持一致,故A正确;

B、推拉活塞时,手不能握住注射器,防止手对其起加热作用,故B正确

C、橡皮帽与注射器脱落后,气体质量变化,需重新做实验,故C错误;

D、活塞与针筒之间要保持润滑,可以减小摩擦;不漏气可以保证气体质量一定,故D正确;

本题选错误的,故选C.

故答案为:(1)注射器的刻度;压强传感器;(2)C;(3)C

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如图所示,竖直放置的气缸内盛有气体,上面被一活塞盖住,活塞通过劲度系数k=600N/m的弹簧与气缸相连接,系统处于平衡状态,已知此时外界大气压强p0=1.00×105N/m2,活塞到缸底的距离l=0.500m,缸内横截面积S=1.00×102m2,今在等温条件下将活塞缓慢上提到距缸底为2l处,此时提力为F=500N,弹簧的原长l0应为多少?若提力为F=700N,弹簧的原长l0又应为多少?不计摩擦及活塞和弹簧的质量,并假定在整个过程中,气缸不漏气,弹簧都遵从胡克定律.

正确答案

解:设弹簧的原长为l0,气体原来压强为p,后来为p′,则由玻意耳定律可得

      pl=p′•2l              ①

在原来状态下,活塞受力如图1所示,由力学平衡可得

     pS=p0S+k(l-l0)         ②

在后来状态下,活塞受力如图2所示,由力学平衡可得

    p′S+F=p0S+k(2l-l0)   ③

由①、②、③联立解得P=      ④

由式得l0=l+    ⑤

   当F=500N时,由④式得p=0.4p0 再代入⑤式得l0=1.50m,可见在整个过程中弹簧始终处于压缩状态.

   当F=700N时,由④式得p=0.8p0 再代入⑤式得l0=0.833m,可见在过程开始时弹簧处于压缩状态,当活塞提高到距缸底距离超过l0=0.833m后,弹簧被拉伸.

解析

解:设弹簧的原长为l0,气体原来压强为p,后来为p′,则由玻意耳定律可得

      pl=p′•2l              ①

在原来状态下,活塞受力如图1所示,由力学平衡可得

     pS=p0S+k(l-l0)         ②

在后来状态下,活塞受力如图2所示,由力学平衡可得

    p′S+F=p0S+k(2l-l0)   ③

由①、②、③联立解得P=      ④

由式得l0=l+    ⑤

   当F=500N时,由④式得p=0.4p0 再代入⑤式得l0=1.50m,可见在整个过程中弹簧始终处于压缩状态.

   当F=700N时,由④式得p=0.8p0 再代入⑤式得l0=0.833m,可见在过程开始时弹簧处于压缩状态,当活塞提高到距缸底距离超过l0=0.833m后,弹簧被拉伸.

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“用DIS研究温度不变时,一定质量的气体压强与体积的关系”实验.

(1)实验中不能用手握住注射器的气体部分,这是为了______

(2)(多选)实验中获得了多组(pV)值,然后以V为纵坐标,为横坐标,画出了V-图线是近似一条直线,将之延长,其延长线不通过坐标原点,而交于横轴上,如图所示,则不可能的原因是______

(A)注射器漏气

(B)各组(V,)取值范围太小

(C)实验时用手握住注射器而未能保持温度不变

(D)注射器和压强传感器的连接部分的管中的气体体积未计入气体体积.

正确答案

解:(1)本实验条件是温度不变,用手握住注射器含有气体的部分,会使气体温度升高,故手不能握住注射器;

(2)根据理想气体状态方程知PV=CT,常数C由气体的质量决定,根据温度不变的情况下,出现乘积变大,则可能是气体的质量增加,即注射器和压强传感器的连接部分的管中的气体体积未计入气体体积.不可能的原因为ABC.

故答案为:(1)保持气体温度不变 (2)ABC.

解析

解:(1)本实验条件是温度不变,用手握住注射器含有气体的部分,会使气体温度升高,故手不能握住注射器;

(2)根据理想气体状态方程知PV=CT,常数C由气体的质量决定,根据温度不变的情况下,出现乘积变大,则可能是气体的质量增加,即注射器和压强传感器的连接部分的管中的气体体积未计入气体体积.不可能的原因为ABC.

故答案为:(1)保持气体温度不变 (2)ABC.

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