- 气体等温变化的P-V图象
- 共285题
(1)如图(1)所示,一密闭气缸固定在地面上,内装有某种实际气体,气缸壁导热性能良好,活塞与气缸间摩擦不计.现已知气体分子间的作用力表示为斥力,则______
A.如果保持外界温度不变,在活塞上加放物体,气体的内能将增加
B.如果保持外界温度不变,把活塞缓慢向上提,气体内能可能先减小后增加
C.保持活塞位置不变,使外界温度下降,气体的内能一定减小
D.如果外界温度上升,使得活塞缓慢上移,则气体的内能一定增加
(2)如图(2)所示,一个上下都与大气相通的直圆筒,中间用两个活塞A与B封住一定质量的理想气体,A,B都可沿圆筒无摩擦地上、下滑动,但不漏气.A的质量可不计,B的质量为M,并与一劲度系数k=5×103N/m的较长的弹簧相连,已知大气压强p0=1×105Pa,平衡时,两活塞问的距离l0=0.6m,现用力压A,使之缓慢向下移动一定距离后,保持平衡,此时,用于压A的力F=5×102N,求活塞A向下移动的距离.(假定气体温度保持不变)
正确答案
解:
(1)A、保持外界温度不变,气体分子的动能不变.气体分子间的作用力表示为斥力,在活塞上加放物体,气体被压缩,分子间平均距离减小,要克服分子力做功,分子势能增加,则气体的内能增加.故A正确.
B、保持外界温度不变,气体分子的动能不变.把活塞缓慢向上提,气体分子间的作用力表示为斥力,气体对外做功,势能减小,若气体分子力表现为引力,外界克服引力做功,势能增大.气体内能可能先减小后增加.故B正确.
C、保持活塞位置不变,气体发生等容变化,分子势能不变.使外界温度下降,气体的温度也降低,分子动能减小,则内能减小.故C正确.
D、如果外界温度上升,分子动能增加.使得活塞缓慢上移,分子势能可能减小,也可能增加,气体内能可能减小,也可能增加.故错误.
故选ABC
(2)设活塞A向下移动l,相应B向下移动x,对气体分析:
初态:p1=p0 V1=l0S
末态: V2=(l0-1+x)S
由玻-意耳定律:p1V1=p2V2
得: ①
初态时,弹簧被压缩量为x‘,由胡克定律:Mg=kx'②
当活塞A受到压力F时,活塞B的受力情况如图所示.F'为此时弹簧弹力
由平衡条件可知p0S+F'=p0S+F+Mg ③
由胡克定律有:F'=k(x+x')④
联立①②③④解得:l=0.3m.
故答案为:
(1)ABC
(2)活塞A向下移动的距离是0.3m.
解析
解:
(1)A、保持外界温度不变,气体分子的动能不变.气体分子间的作用力表示为斥力,在活塞上加放物体,气体被压缩,分子间平均距离减小,要克服分子力做功,分子势能增加,则气体的内能增加.故A正确.
B、保持外界温度不变,气体分子的动能不变.把活塞缓慢向上提,气体分子间的作用力表示为斥力,气体对外做功,势能减小,若气体分子力表现为引力,外界克服引力做功,势能增大.气体内能可能先减小后增加.故B正确.
C、保持活塞位置不变,气体发生等容变化,分子势能不变.使外界温度下降,气体的温度也降低,分子动能减小,则内能减小.故C正确.
D、如果外界温度上升,分子动能增加.使得活塞缓慢上移,分子势能可能减小,也可能增加,气体内能可能减小,也可能增加.故错误.
故选ABC
(2)设活塞A向下移动l,相应B向下移动x,对气体分析:
初态:p1=p0 V1=l0S
末态: V2=(l0-1+x)S
由玻-意耳定律:p1V1=p2V2
得: ①
初态时,弹簧被压缩量为x‘,由胡克定律:Mg=kx'②
当活塞A受到压力F时,活塞B的受力情况如图所示.F'为此时弹簧弹力
由平衡条件可知p0S+F'=p0S+F+Mg ③
由胡克定律有:F'=k(x+x')④
联立①②③④解得:l=0.3m.
故答案为:
(1)ABC
(2)活塞A向下移动的距离是0.3m.
(1)某日白天空气中水蒸气的压强是1.1×103Pa,此时空气的相对湿度是50%,则同温度水的饱和汽压是______Pa.
(2)某兴趣小组利用废旧物品制作了一个简易气温计:如图所示,在一个空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.已知酒瓶的容积为480cm3,玻璃管内部横截面积为0.4cm2,瓶口外的有效长度为50cm.当气温为280K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在水银柱从瓶口处缓慢移动到最右端的过程中,密封气体吸热还是放热?简要说明理由.
正确答案
解:(1)相对湿度rh=×100%,得E=2e=2.2×103Pa
(2)①当水银柱到达管口时,所测气温最高,设为T2,此时气体的体积为V2,则
初态:T1=280K,V1=480cm3
末态:V2=(480+50×0.4)cm3=500cm3
根据吕萨克定律得
代入解得T2=291.7K
②当环境温度升高时,水银柱从瓶口缓慢向右移动,此过程密封气体的内能增大,同时对外界做功,由热力学第一定律△U=W+Q,得气体要从外界吸热.
解析
解:(1)相对湿度rh=×100%,得E=2e=2.2×103Pa
(2)①当水银柱到达管口时,所测气温最高,设为T2,此时气体的体积为V2,则
初态:T1=280K,V1=480cm3
末态:V2=(480+50×0.4)cm3=500cm3
根据吕萨克定律得
代入解得T2=291.7K
②当环境温度升高时,水银柱从瓶口缓慢向右移动,此过程密封气体的内能增大,同时对外界做功,由热力学第一定律△U=W+Q,得气体要从外界吸热.
如图,一上端开口,下端封闭的细长玻璃管,下部有长L1=66cm的水银柱,中间封有长L2=6.6cm的空气柱,上部有长L3=44cm的水银柱,此时水银面恰好与管口平齐.已知大气压强为P0=76cmHg.如果使玻璃管绕底端在竖直平面内缓慢地转动一周,求:
(1)在开口向下时管中空气柱的长度.
(2)转回到原来位置时管中空气柱的长度.(封入的气体可视为理想气体,在转动过程中没有发生漏气.)
正确答案
解:设玻璃管开口向上时,空气柱压强为:P1=P0+ρgl3…①
式中,ρ和g分别表示水银的密度和重力加速度.
玻璃管开口向下时,原来上部的水银有一部分会流出,封闭端会有部分真空.
设此时开口端剩下的水银柱长度为x,则P2=ρgl1,P2+ρgx=P0 …②
(P2管内空气柱的压强.)
由玻意耳定律得P1(sl2)=P2(sh)…③
(③式中,h是此时空气柱的长度,S为玻璃管的横截面积.)
由①②③式和题给条件得:h=12cm…④
从开始转动一周后,设空气柱的压强为P3,则P3=P0+ρgx…⑤
由玻意耳定律得P1(sl2)=P3(sh‘)…⑥
(式中,h'是此时空气柱的长度.)
由①②③⑤⑥h'≈9.2cm
答:在开口向下管中空气柱的长度为12cm,到原来位置时管中空气柱的长度是9.2cm.
解析
解:设玻璃管开口向上时,空气柱压强为:P1=P0+ρgl3…①
式中,ρ和g分别表示水银的密度和重力加速度.
玻璃管开口向下时,原来上部的水银有一部分会流出,封闭端会有部分真空.
设此时开口端剩下的水银柱长度为x,则P2=ρgl1,P2+ρgx=P0 …②
(P2管内空气柱的压强.)
由玻意耳定律得P1(sl2)=P2(sh)…③
(③式中,h是此时空气柱的长度,S为玻璃管的横截面积.)
由①②③式和题给条件得:h=12cm…④
从开始转动一周后,设空气柱的压强为P3,则P3=P0+ρgx…⑤
由玻意耳定律得P1(sl2)=P3(sh‘)…⑥
(式中,h'是此时空气柱的长度.)
由①②③⑤⑥h'≈9.2cm
答:在开口向下管中空气柱的长度为12cm,到原来位置时管中空气柱的长度是9.2cm.
如图所示,一端开口一端封闭的粗细均匀的直玻璃管,长为1m,开口向上竖直放置时,一段长为15cm的水银柱封闭了一段长50cm的气柱,若保持温度不变,将玻璃管在竖直平面内缓慢地顺时针旋转240°角,则最终管内气柱长为多少?已知大气压强为p0=75cmHg.某同学对此题的分析为:封闭气体的初始状态的空气柱长为50cm,压强为(75+15)cmHg;末状态的压强为
,设末状态的空气柱长度为l.根据玻意耳定律可求得空气柱的长度l.问:上述分析过程是否完整合理?若完整合理,求出答案;若不完整合理,请重新分析过程并作解答.
正确答案
解:不合理;
因为玻璃管旋转至管口竖直向下的过程中,气体压强减小,体积增大,而玻璃管长度有限,因此先要判断玻璃管旋转至管口向下的过程中,管内水银是否流出.
正确解法:
先判断玻璃管管口向下(最低点)的情况.设玻璃管管口竖直向下时水银未流出,
根据玻意耳定律:P1V1=P2V2
得:(75+15)×50S=(75-15)×l2S⇒l2=75cm
∵75cm+15cm=90cm<100cm,
所以玻璃管经过最低点时水银未流出,
则在其他位置 水银也不会流出
设玻璃管转过240°后,空气柱长为l,根据玻意耳定律:P1V1=P3V3
得:
解得:l=66.7cm
答:上述分析过程不完整,完整的接法如上.
解析
解:不合理;
因为玻璃管旋转至管口竖直向下的过程中,气体压强减小,体积增大,而玻璃管长度有限,因此先要判断玻璃管旋转至管口向下的过程中,管内水银是否流出.
正确解法:
先判断玻璃管管口向下(最低点)的情况.设玻璃管管口竖直向下时水银未流出,
根据玻意耳定律:P1V1=P2V2
得:(75+15)×50S=(75-15)×l2S⇒l2=75cm
∵75cm+15cm=90cm<100cm,
所以玻璃管经过最低点时水银未流出,
则在其他位置 水银也不会流出
设玻璃管转过240°后,空气柱长为l,根据玻意耳定律:P1V1=P3V3
得:
解得:l=66.7cm
答:上述分析过程不完整,完整的接法如上.
(2013春•上海校级期末)对于DIS实验“研究气体压强与体积的关系”实验.
(1)如图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的关系,实验中所应保持注射器内气体的温度和______不变.
(2)完成本实验的基本要求是______
(A)要迅速推动注射器的活塞,改变气体的体积.
(B)封闭气体的容器密封良好.
(C)必须弄清所封闭气体的质量.
(D)气体的压强和体积必须用国际单位.
(E)推拉活塞时,要用手握住注射器含有气体的部分.
(F)压强传感器与注射器之间的软管脱落后,应迅速重新装上继续实验.
正确答案
解:(1)实验的条件是:温度不变、气体质量一定.
(2)A、本实验条件是温度不变,迅速推动注射器的活塞,会使温度升高,故A错误;
B、研究的是一定质量的气体,因此尽量将容器密封好,故B正确;
C、本实验只要保证一定质量和温度即可,研究的是压强和体积关系,无需弄清所封闭气体的质量,故C错误;
D、只要每个物理量统一单位即可,不需要非得是国际单位,故D错误;
E、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E错误;
F、研究的是一定质量的气体,压强传感器与注射器之间的软管脱落后,应迅速重新装上继续实验,否则会漏气,故F正确;
故选:BF.
故答案为:(1)质量; (2)BF.
解析
解:(1)实验的条件是:温度不变、气体质量一定.
(2)A、本实验条件是温度不变,迅速推动注射器的活塞,会使温度升高,故A错误;
B、研究的是一定质量的气体,因此尽量将容器密封好,故B正确;
C、本实验只要保证一定质量和温度即可,研究的是压强和体积关系,无需弄清所封闭气体的质量,故C错误;
D、只要每个物理量统一单位即可,不需要非得是国际单位,故D错误;
E、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E错误;
F、研究的是一定质量的气体,压强传感器与注射器之间的软管脱落后,应迅速重新装上继续实验,否则会漏气,故F正确;
故选:BF.
故答案为:(1)质量; (2)BF.
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