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简答题

如图所示,A、B两个相同的容器中装有同种理想气体,容器间连有一根玻璃管,管中有一段水银柱D.当容器A中气体的温度为0℃,B中气体的温度为20℃时,水银柱D恰好静止在管中央.求当A、B两

容器中气体的温度均下降10℃时水银柱的移动方向.

设容器A中气体的初、末状态参量分别为PA、VA、TA和P‘A、V'A、T'A;容器B中气体的初、末状态参量分别为PB、VB、TB和P'B、V'A、T'B.由题意PA=PB,VA=VB

甲同学解:设水银柱不动,由查理定理得,即=<1,

所以P'A<P'B,水银柱应向A容器移动;

乙同学解:设水银柱不动,A、B两部分气体都作等容变化,由查理定理得:,PA=PB,因而<1,

所以P'A<P'B,水银柱应向A容器移动;

丙同学解:温度变化时,水银柱缓慢移动,受力平衡,所以A、B两部分气体的压强应时时刻刻相等,由盖•吕萨克定律得:,VA=VB,因而<1,

所以V'A<V'B,水银柱向A容器移动.

请对三位同学的求解作出评价,如有错误,请指出错在哪里.

正确答案

解:①甲错,只能对同一部分气体的两个状态的参量列方程,左右两侧气体质量不同,故不能对两个不同气体的状态列方程;

②乙正确,先假设气体体积不变,根据查理定律列式升温后的气压,在进行比较;

③丙错误,小水银柱缓慢移动过程中,受力平衡,两边气体压强相等;

但对左侧部分和右侧部分气体来说压强都是在改变的,不是等压过程,盖-吕萨克定律不成立;

答:只有乙同学的解法是正确的.

解析

解:①甲错,只能对同一部分气体的两个状态的参量列方程,左右两侧气体质量不同,故不能对两个不同气体的状态列方程;

②乙正确,先假设气体体积不变,根据查理定律列式升温后的气压,在进行比较;

③丙错误,小水银柱缓慢移动过程中,受力平衡,两边气体压强相等;

但对左侧部分和右侧部分气体来说压强都是在改变的,不是等压过程,盖-吕萨克定律不成立;

答:只有乙同学的解法是正确的.

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如图所示,水平放置的汽缸内壁光滑,活塞厚度不计,在A、B两处设有限制装置,使活塞只能在A、B之间运动,B左面汽缸的容积为V0,A、B之间的容积为0.1V0.开始时活塞在B处,缸内气体的压强为0.9p0(p0为大气压强),温度为297K,现缓慢加热汽缸内气体,直至399.3K.求:

(1)活塞刚离开B处时的温度TB

(2)缸内气体最后的压强p;

(3)在图中画出整个过程的p-V图线.

正确答案

解:(1)活塞离开B处前缸内气体发生等容变化

       初态:P1=0.9P0   T1=297K

       末态:P2=P0

根据查理定律得      解得:T2=330 K

     (2)当活塞到达A处时,温度升高,缸内气体又发生等容变化.

      初态:P2=P0,T2=330K,V2=V0

      末态:P3=P,T3=399.3K,V3=1.1V0

由气态方程得=

代入得:=

解得:P3=1.1P0  即P=1.1P0

     (3)P-V图线如图.

答:(1)活塞刚离开B处时的温度TB=330K;

    (2)缸内气体最后的压强p;

    (3)p-V图线如图.

解析

解:(1)活塞离开B处前缸内气体发生等容变化

       初态:P1=0.9P0   T1=297K

       末态:P2=P0

根据查理定律得      解得:T2=330 K

     (2)当活塞到达A处时,温度升高,缸内气体又发生等容变化.

      初态:P2=P0,T2=330K,V2=V0

      末态:P3=P,T3=399.3K,V3=1.1V0

由气态方程得=

代入得:=

解得:P3=1.1P0  即P=1.1P0

     (3)P-V图线如图.

答:(1)活塞刚离开B处时的温度TB=330K;

    (2)缸内气体最后的压强p;

    (3)p-V图线如图.

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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76cmHg,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,乙图气体压强为______cmHg.

(2)实验时某同学认为玻璃管的横截面积S可不用测量,这一观点正确吗?

答:______(选填“正确”或“错误”).

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.

故答案为:(1)76;80;(2)正确

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.

故答案为:(1)76;80;(2)正确

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用DIS研究一定质量气体在温度不变时,压强与体积关系的实验装置如图所示.

(1)实验中应保持不变的参量是______;所研究的对象是______

(2)下表表格中记录了实验中5组数据,由表中数据可得出的结论是:______.若要作出图线证明此结论,应作______图线.

(3)表中最后一组数据偏差较大,其可能原因是:______

正确答案

解:(1)探究气体的压强和体积的关系,要保持温度一定;研究的气是体针筒封闭一定质量的气体;

(2)由表格数据可得:在误差范围内,一定质量的气体,温度不变时,PV乘积为一定值,即压强与体积成正比,为了图象直观,应做图象

(3)根据理想气体状态方程,有PV=CT,常数C由气体的质量决定,根据温度不变的情况下,出现乘积变小,则可能是气体的质量减小,即实验时注射器的空气向外发生了泄漏.

故答案为;(1)温度、注射器内气体

(2)误差范围内,一定质量的气体,温度不变时,压强与体积成反比;

(3)实验时注射器的空气向外发生了泄漏

解析

解:(1)探究气体的压强和体积的关系,要保持温度一定;研究的气是体针筒封闭一定质量的气体;

(2)由表格数据可得:在误差范围内,一定质量的气体,温度不变时,PV乘积为一定值,即压强与体积成正比,为了图象直观,应做图象

(3)根据理想气体状态方程,有PV=CT,常数C由气体的质量决定,根据温度不变的情况下,出现乘积变小,则可能是气体的质量减小,即实验时注射器的空气向外发生了泄漏.

故答案为;(1)温度、注射器内气体

(2)误差范围内,一定质量的气体,温度不变时,压强与体积成反比;

(3)实验时注射器的空气向外发生了泄漏

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重庆科技馆内的热气球模型深受小朋友们的喜爱.当加热气球内空气时,部分空气会从底部开口处溢出,从而使得气球在浮力作用下升空.设该热气球外壳和吊篮总质量为M,内有空气质量为10M.加热前,球内外空气温度均为t0=27℃,现用加热装置加热球内空气,设气球体积不变,为使热气球升空,球内气体温度至少应该升高到多少摄氏度?(忽略气球外壳壁和吊篮的体积:加热球内空气时外部空气温度压强密度均不改变;球内空气各部分均匀.)

正确答案

解:由题意可知,气球受到的浮力:F=10Mg,

气球要升空,球内空气剩余质量为9M,

气体膨胀过程为等压过程,温度:T1=300K,

设升温前气体的体积为V1,升温膨胀后体积为V2

由盖吕萨克定律得:===

代入数据解得:T2=333.3K=60.3℃;

答:为使热气球升空,球内气体温度至少应该升高到60.3摄氏度.

解析

解:由题意可知,气球受到的浮力:F=10Mg,

气球要升空,球内空气剩余质量为9M,

气体膨胀过程为等压过程,温度:T1=300K,

设升温前气体的体积为V1,升温膨胀后体积为V2

由盖吕萨克定律得:===

代入数据解得:T2=333.3K=60.3℃;

答:为使热气球升空,球内气体温度至少应该升高到60.3摄氏度.

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在“研究气体压强p与体积V的变化关系”的实验中,某实验小组的同学首先作出猜想:“压强p与体积V成反比”,根据实验数据作出“p-V”图线,稍作思考后又作出“p-”图线,从而得出了实验结论.这里转换函数关系作图的原因是______.有人将两个小组的实验数据描绘在同“p-”坐标系中,得到了如图所示的两条图线a和b.你认为在同一实验室里得到实验图线不同的原因是______

正确答案

解:根据玻意耳定律知,当温度不变时,一定质量的理想气体压强与体积成反比,故描绘“p-”图象更直观看出P与V关系;

根据克拉柏龙方程PV=nRT知,PV值不同,可能是各实验小组封闭气体的质量不同.

故答案为:通过压强与体积的倒数的图线是一条经过原点的直线,能够直观的看出P与V是否成反比;

两实验小组封闭气体的质量不同.

解析

解:根据玻意耳定律知,当温度不变时,一定质量的理想气体压强与体积成反比,故描绘“p-”图象更直观看出P与V关系;

根据克拉柏龙方程PV=nRT知,PV值不同,可能是各实验小组封闭气体的质量不同.

故答案为:通过压强与体积的倒数的图线是一条经过原点的直线,能够直观的看出P与V是否成反比;

两实验小组封闭气体的质量不同.

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一定质量的理想气体从状态A变化到状态B,再变化到状态C,其状态变化过程的p-V图象如图所示.已知该气体在状态A时的温度为27℃.则:

①该气体在状态B、C时的温度分别为多少℃?

②该气体从状态A到状态C的过程中内能的变化量是多大?

正确答案

解;①对于理想气体由图象可知:A→B等容变化,由查理定律得:

代入数据得:TB=100K…①

又:T=273+t…②

①②得:tB=-173℃

B→C等压变化,由盖吕萨克定律得:

代入数据得:TC=300K…③

②③联立得:tC=27℃

②由A→C过程,温度相等,故内能变化量△E=0

答:①该气体在状态B、C时的温度分别为-173℃,27℃

②该气体从状态A到状态C的过程中内能的变化量为零.

解析

解;①对于理想气体由图象可知:A→B等容变化,由查理定律得:

代入数据得:TB=100K…①

又:T=273+t…②

①②得:tB=-173℃

B→C等压变化,由盖吕萨克定律得:

代入数据得:TC=300K…③

②③联立得:tC=27℃

②由A→C过程,温度相等,故内能变化量△E=0

答:①该气体在状态B、C时的温度分别为-173℃,27℃

②该气体从状态A到状态C的过程中内能的变化量为零.

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物理学家帕平发明了高压锅,高压锅与普通锅不同,锅盖通过几个牙齿似的锅齿与锅体镶嵌旋紧,加上锅盖与锅体之间有橡皮制的密封圈,所以锅盖与锅体之间不会漏气,在锅盖中间有一排气孔,上面再套上类似砝码的限压阀,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,气体就把限压阀顶起来,这时蒸气就从排气孔向外排出.由于高压锅内的压强大,温度高,食物容易煮烂.若已知排气孔的直径为0.3cm,外界大气压为1.0×105 Pa,温度为20℃,要使高压锅内的温度达到120℃,则限压阀的质量应为多少?(g取10m/s2

正确答案

解:选锅内气体为研究对象,则有:

初状态:T1=293 K,p1=1.0×105 Pa

末状态:T2=393 K

由查理定律得:

则得:=×1.0×105 Pa=1.34×105Pa

对限压阀受力分析可得:

mg=p2S-p1S

可得:m==×3.14×(0.015)2kg=0.024 kg.

答:限压阀的质量应为0.024 kg.

解析

解:选锅内气体为研究对象,则有:

初状态:T1=293 K,p1=1.0×105 Pa

末状态:T2=393 K

由查理定律得:

则得:=×1.0×105 Pa=1.34×105Pa

对限压阀受力分析可得:

mg=p2S-p1S

可得:m==×3.14×(0.015)2kg=0.024 kg.

答:限压阀的质量应为0.024 kg.

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如图所示,气缸与活塞封闭了一定质量的理想气体.气缸和活塞间无摩擦,且均可与外界进行热交换.若外界环境的温度缓慢升高,则封闭气体的体积将______(增大、减小、不变),同时______(吸热、放热、既不吸热也不放热).

正确答案

解:当外界环境的温度缓慢升高时,气缸内理想气体压强不变.根据盖-吕萨克定律得知,温度升高,体积增大.

由题气缸内理想气体温度升高,内能增大,△U>0,气体膨胀,气体对外界做功,W<0,根据热力学第一定律△U=W+Q得

Q>0,则气体吸热.

故本题答案是:增大,吸热

解析

解:当外界环境的温度缓慢升高时,气缸内理想气体压强不变.根据盖-吕萨克定律得知,温度升高,体积增大.

由题气缸内理想气体温度升高,内能增大,△U>0,气体膨胀,气体对外界做功,W<0,根据热力学第一定律△U=W+Q得

Q>0,则气体吸热.

故本题答案是:增大,吸热

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(1)在做用油膜法测分子大小的实验中,将油酸溶于酒精,其浓度为每104mL,溶液中有纯油酸6mL,用注射器测得1mL上述溶液有75滴,把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里,形成单分子油膜,测得油膜的面积为200cm2,则每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是______mL,油酸分子的直径为______m.

(2)一导热性能良好,内壁光滑的气缸竖直放置,在距气缸底部l=36cm处有一与气缸固定连接的卡环,活塞与气缸底部之间封闭了一定质量的气体.当气体的温度T0=300K、大气压强p0=1.0×105Pa时,活塞与气缸底部之间的距离l0=30cm,不计活塞的质量和厚度.现对气缸加热,使活塞缓慢上升,求:

①活塞刚到卡环处时封闭气体的温度T1

②封闭气体温度升高到T2=540K时的压强p2

正确答案

解:(1)溶液浓度为:

每一滴溶液中的纯油酸的体积为:cm3=8×10-6cm3=8×10-6ml

由d==

(2)解:①设气缸的横截面积为S,由盖-吕萨克定律有:

代入数据得:T1=360K

②由查理定律有:

代入数据得:

(1)8×10-6;4×10-10

(2):①活塞刚到卡环处时封闭气体的温度为360K

②封闭气体温度升高到T2=540K时的压强为1.5×105Pa

解析

解:(1)溶液浓度为:

每一滴溶液中的纯油酸的体积为:cm3=8×10-6cm3=8×10-6ml

由d==

(2)解:①设气缸的横截面积为S,由盖-吕萨克定律有:

代入数据得:T1=360K

②由查理定律有:

代入数据得:

(1)8×10-6;4×10-10

(2):①活塞刚到卡环处时封闭气体的温度为360K

②封闭气体温度升高到T2=540K时的压强为1.5×105Pa

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