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简答题

一定量的理想气体与两种实际气体I、II在标准大气压下做等压变化时的V-T关系如图(a)所示,图中。用三份上述理想气体作为测温物质制成三个相同的温度计,然后将其中二个温度计中的理想气体分别换成上述实际气体I、II。在标准大气压下,当环境温度为T0时,三个温度计的示数各不相同,如图(b)所示,温度计(ii)中的测温物质应为实际气体________(图中活塞质量忽略不计);若此时温度计(ii)和(iii)的示数分别为21°C和24°C,则此时温度计(i)的示数为________°C;可见用实际气体作为测温物质时,会产生误差。为减小在T1-T2范围内的测量误差,现针对T0进行修正,制成如图(c)所示的复合气体温度计,图中无摩擦导热活塞将容器分成两部分,在温度为T1时分别装入适量气体I和II,则两种气体体积之比VI:VII应为________。

  

正确答案

II,23,2:1

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简答题

薄膜材料气密性能的优劣常用其透气系数来加以评判。对于均匀薄膜材料,在一定温度下,某种气体通过薄膜渗透过的气体分子数,其中t为渗透持续时间,S为薄膜的面积,d为薄膜的厚度,为薄膜两侧气体的压强差。k称为该薄膜材料在该温度下对该气体的透气系数。透气系数愈小,材料的气密性能愈好。图为测定薄膜材料对空气的透气系数的一种实验装置示意图。EFGI为渗透室,U形管左管上端与渗透室相通,右管上端封闭;U形管内横截面积A=0.150cm2。实验中,首先测得薄膜的厚度d=0.66mm,再将薄膜固定于图中处,从而把渗透室分为上下两部分,上面部分的容积,下面部分连同U形管左管水面以上部分的总容积为V1,薄膜能够透气的面积S=1.00cm2。打开开关K1、K2与大气相通,大气的压强P1=1.00atm,此时U形管右管中气柱长度。关闭K1、K2后,打开开关K3,对渗透室上部分迅速充气至气体压强,关闭K3并开始计时。两小时后,U形管左管中的水面高度下降了。实验过程中,始终保持温度为。求该薄膜材料在时对空气的透气系数。(本实验中由于薄膜两侧的压强差在实验过程中不能保持恒定,在压强差变化不太大的情况下,可用计时开始时的压强差和计时结束时的压强差的平均值来代替公式中的。普适气体常量R=8.31Jmol-1K-1,1.00atm=1.013×105Pa)。

正确答案

解:开始时U形管右管中空气的体积和压强分别为

V2=HA ①

p2=p1

经过2小时,U形管右管中空气的体积和压强分别为

 ②

 ③

渗透室下部连同U形管左管水面以上部分气体的总体积和压强分别为

 ④

 ⑤

式中ρ为水的密度,g为重力加速度。由理想气体状态方程可知,经过2小时,薄膜下部增加的空气的摩尔数

在2个小时内,通过薄膜渗透过去的分子数 ⑦,式中NA为阿伏伽德罗常量

渗透室上部空气的摩尔数减少,压强下降,下降了△p

经过2小时渗透室上部分中空气的压强为

测试过程的平均压强差

根据定义,由以上各式和有关数据,可求得该薄膜材料在0℃时对空气的透气系数

 ⑾

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简答题

如图(甲)所示为一下粗上细且上端开口的薄壁玻璃管,管内有一部分水银封住密闭气体,上管足够长,图中大小截面积分别为S1=2cm2、S2=1cm2,粗细管内水银长度分别为h1=h2=2cm,封闭气体长度为L=22cm.大气压强为p0=76cmHg,气体初始温度为57℃.求:

(1)若缓慢升高气体温度,升高至多少开尔文方可将所有水银全部挤入细管内;

(2)若温度升高至492K,液柱下端离开玻璃管底部的距离;

(3)在图(乙)中作出全过程的p-V图象.

正确答案

(1)由于水银总体积保持不变 设水银全部进入细管水银长度为x

V=h1S1+h2S2=xS2

x==6cm

P1=p0+ρg(h1+h2)=80 cmHg

P2=p0+ρgx=82 cmHg

从状态1到状态2由理想气体状态方程 =

代入数据T2==369K

(2)从状态2到状态3经历等压过程.=

设水银下表面离开粗细接口处的高度为yy==16 cm

所以水银下表面离开玻璃管底部的距离h=y+L+h1=40 cm.

(3)根据对应的压强和体积的数据作出p-V图象.

答:(1)若缓慢升高气体温度,升高至369K方可将所有水银全部挤入细管内;

(2)若温度升高至492K,液柱下端离开玻璃管底部的距离是40 cm;

(3)如图.

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简答题

(8分)如图所示,A、B、C、D分别为p-V图中矩形的顶点,其中AB、CD为等容线,BD、AC为等压线。在A、B和C三点气体温度分别为TATBTC,求:

(1)D点的温度TD

(2)矩形对角线交点H处的温度TH

正确答案

(1)

(2)

(1)                     (2分)

                         (1分)

(2)H点的状态参量为:    (1分)

          (1分)

(1分)

                    (1分)

pHVH代入整理可得:

           (1分)

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简答题

为了测量大米的密度,某同学根据如图所示实验装置,设计实验步骤如下:

A.取适量的大米,用天平测出其质量,然后将大米装入注射器内;

B.缓慢推动活塞至某一位置,记录活塞所在位置的刻度Vl,通过压强传感器、数据采集器从计算机上读取此时气体的压强p1

C.重复步骤B,记录活塞在另一位置的刻度V2和读取相应的气体压强p2

D.根据记录的数据,算出大米的密度

(1)本实验根据______定律设计的.

(2)如果这些大米的质量为6.46×10-3kg,则大米的密度为______kg/m3(结果保留两位有效数字)

(3)为了减小实验误差,该同学决定采用图象法处理数据.为此实验步骤C改为______,且通过绘制V-______的图象,从所得直线和纵轴的交点可直接读取大米的体积.

正确答案

(1)气体在变化的过程中,气体的温度是不变的,所以气体做的是等温变化,所以本实验是根据玻意耳定律来设计的;

(2)设大米的体积的为V0,对于封闭的气体有,

初状态 P1=1.60×106Pa,V1=1.37×10-3-V0

末状态 P2=1.78×106Pa,V2=1.27×10-3-V0

由玻意耳定律可得,

P1V1=P2V2

带入数据解得V0=3.8×10-3m3

所以大米的密度为ρ==1.7×103kg/m3

(3)为了减小实验误差,可以采用图象法处理数据,

根据由玻意耳定律可得,

PV=K

即P(V-V0)=K,

所以V=V0+K

所以可以通过绘制V-的图象,从所得直线和纵轴的交点可直接读取大米的体积.

故答案为:(1)玻意耳

(2)1.7×103

(3)重复步骤B,记录多个位置的刻度V和读取相应的气体压强p,

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简答题

一根两端开口、粗细均匀的长直玻璃管横截面积为S=2×10-3m2,竖直插入水面足够宽广的水中。管中有一个质量为m=0.4kg的密闭活塞,封闭一段长度为L0=66cm的气体,气体温度T0=300K,如图所示。开始时,活塞处于静止状态,不计活塞与管壁间的摩擦。外界大气压强P0=1.0×105Pa,水的密度ρ=1.0×103kg/m3。试问:

(1)开始时封闭气体的压强多大?

(2)现保持管内封闭气体温度不变,用竖直向上的力F缓慢地拉动活塞。当活塞上升到某一位置时停止移动,此时F=6.0N,则这时管内外水面高度差为多少?管内气柱长度多大?

(3)再将活塞固定住,改变管内气体的温度,使管内外水面相平,此时气体的温度是多少?

正确答案

解:(1)当活塞静止时,

(2)当F=6.0N时,有

管内外液面的高度差

由玻意耳定律:P1L1S=P2L2S

空气柱长度:

(3)P3=P0=1.0×105Pa,L3=68+10=78cm,T2=T1

由气态方程:

气体温度变为:

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有人设计了一种测定某种物质与环境温度关系的测温仪,其结构非常简单(如图所示)。两端封闭、粗细均匀的竖直玻璃管内有一段长10cm的水银柱将管内气体分隔成上、下两部分,上部分气柱长20cm,压强为50cmHg,下部分气柱长5cm。今将管子下部分插入待测温度的液体中(上部分仍在原环境中),水银柱向上移动2cm后稳定不动。已知环境温度为27℃,上部分气柱的温度始终与外部环境温度保持一致。求稳定后:

(1)上部分气柱的压强;

(2)下部分气柱的压强;

(3)待测液体的温度。

正确答案

解:(1)上部分气体,玻意耳定律:p1V1=p1′V1

即p1l1S=p1′l1′S,p1′=p1l1/ l1

解出p1′=500/9cmHg=55.56cmHg

(2)下部分气体压强p2′=p1′+ρgh=(500/9+10)cmHg =65.56 cmHg

(3)插入前,下部分气体压强p2=p1+ρgh=50+10=60 cmHg

对下部分气体使用理想气体状态方程:

解出185.89℃

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简答题

内燃机汽缸里的混合气体,在吸气冲程之末,温度为50℃,压强为1.0×105Pa,体积为0.93L,在压缩冲程中,把气体的体积压缩为0.155L时,气体的压强增大到1.2×106Pa.求这时混合气体的温度升高到多少摄氏度?

正确答案

气体初状态的状态参量为:

p1=1.0×105Pa,V1=0.93L,

T1=(50+273)K=323K.

气体末状态的状态参量为:

p2=1.2×106Pa,V2=0.155L,T2为未知量.

由理想气体状态方程得:

=

所以,得:T2=T1

将已知量代入上式,得:T2=×323K=646K.

混合气体的温度为:t=(646-273)℃=373℃.

答:混合气体的温度升高到373℃

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简答题

某同学做“验证玻意耳定律”实验时,将注射器竖直放置,测得的数据如下表所示,发现第5组数据中的PV乘积有较大偏差,如果读数和计算无误,那么造成此偏差的原因可能是______、______.

A.温度升高        B.温度降低       C.漏入气体        D.漏出气体

正确答案

根据理想气体状态方程,可以得到PV=CT,当温度一定时,PV恒定,PV变大,可能是P变大,即温度升高,也可能是C变大,即气体质量变大,漏入了气体;

故选AC.

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简答题

一圆柱形气缸直立在地面上,内有一个具有质量、无摩擦的绝热活塞(A、B两部分气体之间没有热传递),把气缸分成容积相同的A、B两部分,如图所示.两部分气体的温度相同,均为t0=27℃,A部分气体的压强pA0=1.0×105Pa,B部分气体的压强pB0=2.0×105pa.现对B部分气体加热,使活塞上升,保持A部分气体的温度不变,使A部分气体的体积减小为原来的2/3.求此时:

(1)A部分气体的压强

(2)B部分气体的温度.

正确答案

(1)设开始时两部分气体的体积均为V0

对A部分气体:

初态:P1=105Pa,V1=V0

末态:P2=?V2=V0

因为部分气体保持温度不变,所以由玻意耳定律,有P1V1=P2V2

代入解得,P2=1.5×105Pa                                            

(2)初态时,B、A的压强差△p=pB0-pAO=2.0×105pa-1.0×105Pa=1.0×105Pa

这个压强差是由活塞的重力产生的,由于活塞的重力不变,则这个压强差不变.两部分气体体积之和保持不变,则此时B部分气体的体积为2V0-V0=V0

对于B部分气体:

初态:P3=2×105Pa,V3=V0,T3=300K

末态:P4=P2+△P=2.5×105Pa,V3=V0,T4=?

根据理想气体状态方程得:

  =

代入解得 T4=500k

答:(1)A部分气体的压强是1.5×105Pa;

(2)B部分气体的温度是500k.

下一知识点 : 气体热现象的微观意义
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