- 气体的等温变化
- 共525题
如图所示,在一辆静止的小车上,竖直固定着两端开口、内径均匀的U形管,U形管的竖直部分与水平部分的长度均为l,管内装有水银,两管内水银面距管口均为
.现将U形管的左端封闭,并让小车水平向右做匀加速直线运动,运动过程中U形管两管内水银面的高度差恰好为
.已知重力加速度为g,水银的密度为ρ,大气压强为p0=ρgl,环境温度保持不变,求:
(ⅰ)左管中封闭气体的压强p;
(ⅱ)小车的加速度a.
正确答案
解析
解:(ⅰ)以左管中封闭的气体为研究对象,设U形管的横截面积为S,由玻意耳定律得:
p0()S=p(
-
)S
解得:p=;
(ⅱ)以水平管内长为l的水银为研究对象,由牛顿第二定律得:
(pS+ρglS)-(p0S+ρg
lS)=ρlSa
解得:a=g
答:
(i)左管中封闭气体的压强p为;
(ⅱ)小车的加速度a为g.
如图,玻璃管内封闭了一段气体,气柱长度为l,管内外水银面高度差为h.若温度保持不变,把玻璃管稍向上提起一段距离,则( )
正确答案
解析
解:在实验中,水银柱产生的压强加上封闭空气柱产生的压强等于外界大气压.如果将玻璃管向上提,则管内水银柱上方空气的体积增大,因为温度保持不变,所以压强减小,而此时外界的大气压不变,根据上述等量关系,管内水银柱的压强须增大才能重新平衡,故管内水银柱的高度增大.
故选A.
某同学在研究温度不变时压强与体积关系的实验中,测出了几组P和V的值,如下表所示:
试根据他测得的结果,猜想这实验说明了什么问题?原因是什么?______,______.
正确答案
pv的乘积减小,即该同学的实验结果:p1v1≠p2v2
说明实验过程中有漏气现象
解析
解:在温度不变时,PV乘积应该都相等,从表格中可以看出,pv的乘积减小,即该同学的实验结果:p1v1≠P2V2,产生这一现象的原因:说明实验过程中有漏气现象.
答案为:pv的乘积减小,即该同学的实验结果:p1v1≠p2v2.
说明实验过程中有漏气现象.
(B题)(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关系,实验中应保持不变的参量是______;所研究的对象是______;它的体积可用______直接读出,它的压强是由图中______,______得到.
(2)在室温27℃情况下,测得一组p、v值,如下表所示:
①据测量值,在p-V坐标上画出曲线图(如图 甲所示)
②根据所给条件(在室温27℃情况下的测量值),在p-T坐标上画出曲线图(如图乙所示)
(3)实验过程中,下列哪些操作是正确的:______
A.推拉活塞时,动作要慢.
B.推拉活塞时,手不能握住注射器筒.
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)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;
由于横截面积相同,故体积与长度成正比;它的体积可用注射器上刻度直接读出,气体压强由压强传感器和数据采集器直接读取;
(2)根据实验数据作图得
(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;
故选ABD
故答案为:(1)温度,针筒内气体,注射器上刻度,压强传感器和数据采集器
(2)如图
(3)ABD
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;
由于横截面积相同,故体积与长度成正比;它的体积可用注射器上刻度直接读出,气体压强由压强传感器和数据采集器直接读取;
(2)根据实验数据作图得
(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;
故选ABD
故答案为:(1)温度,针筒内气体,注射器上刻度,压强传感器和数据采集器
(2)如图
(3)ABD
有同学在做“用DIS研究温度不变时气体的压强跟体积的关系”实验时,用连接计算机的压强传感器直接测得注射器内气体的压强值.缓慢推动活塞,在使注射器内空气体积逐渐减小的过程中,多次从注射器的刻度上读出体积值并输入计算机,同时由压强传感器将对应体积的压强值通过数据采集器传送给计算机.实验完成后,计算机屏幕上显示出如图1所示的P-V图线(其中实线是实验所得图线,虚线为一根参考双曲线).
(1)仔细观察不难发现,该图线与玻意耳定律不够吻合,造成这一现象的可能原因是:______;
(2)根据(1)中的回答,说明减小误差应采取的措施:______.
(3)由于此图无法说明P与V的确切关系,所以改画P-1/V图象.根据上述误差的图象画出的P-1/V图象应当与图2所示的哪个图象最接近______.
正确答案
解:(1)仔细观察不难发现,该图线与玻意耳定律不够吻合,造成这一现象的可能原因是:实验时注射器内的空气向外泄漏,或“实验时环境温度降低了”.
(2)增加密封性或者保持恒温;
(3)由于此图无法说明p与V的确切关系,所以改画p-图象.
由于实验时环境温度降低了,所以p-图象的图形向下弯曲,所以画出的p-
图象应当是A.
故答案为:(1)实验时环境温度降低了 或 实验时注射器内的空气向外泄漏.
(2)保持实验环境不变 或 给活塞涂润滑油,增加密闭性.
(3)A.
解析
解:(1)仔细观察不难发现,该图线与玻意耳定律不够吻合,造成这一现象的可能原因是:实验时注射器内的空气向外泄漏,或“实验时环境温度降低了”.
(2)增加密封性或者保持恒温;
(3)由于此图无法说明p与V的确切关系,所以改画p-图象.
由于实验时环境温度降低了,所以p-图象的图形向下弯曲,所以画出的p-
图象应当是A.
故答案为:(1)实验时环境温度降低了 或 实验时注射器内的空气向外泄漏.
(2)保持实验环境不变 或 给活塞涂润滑油,增加密闭性.
(3)A.
(1)对一定量的气体,下列说法正确的是______
A.气体的体积是所有气体分子的体积之和
B.气体分子的热运动越剧烈,气体的温度就越高
C.气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的
D.当气体膨胀时,气体分子之间的势能减小,因而气体的内能减少
(2)一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的气缸内,活塞相对于底部的高度为h,可沿气缸无摩擦地滑动,取一小盒沙子缓慢地倒在活塞的上表面上,沙子倒完时,活塞下降了h/4,再取相同质量的一小盒沙子缓慢地倒在活塞的上表面上,外界天气的压强和温度始终保持不变,求此次沙子倒完时活塞距气缸底部的高度.
正确答案
解:(1)A、气体分子间空隙很大,气体的体积大于所有气体分子的体积之和.故A错误.
B、温度的微观含义是反映物体内分子的热运动剧烈程度,温度越高,分子热运动越剧烈.故B正确.
C、气体的压强产生的机理是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的,故C正确.
D、当气体膨胀时,气体分子之间的势能增大,内能变化无法判断.故D错误
故选BC
(2)设大气和活塞对气体产生的压强为P0,一小盒沙子对气体产生的压强为P,
则由玻意耳定律,得
P0h=(P0+P)(h-)
解得P=
再加一小盒沙子后,气体的压强为P0+2P,活塞的高度为h′
则P0h=(P0+2P)h′
解得h′=
答:(1)BC
(2)此次沙子倒完时活塞距气缸底部的高度为.
解析
解:(1)A、气体分子间空隙很大,气体的体积大于所有气体分子的体积之和.故A错误.
B、温度的微观含义是反映物体内分子的热运动剧烈程度,温度越高,分子热运动越剧烈.故B正确.
C、气体的压强产生的机理是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的,故C正确.
D、当气体膨胀时,气体分子之间的势能增大,内能变化无法判断.故D错误
故选BC
(2)设大气和活塞对气体产生的压强为P0,一小盒沙子对气体产生的压强为P,
则由玻意耳定律,得
P0h=(P0+P)(h-)
解得P=
再加一小盒沙子后,气体的压强为P0+2P,活塞的高度为h′
则P0h=(P0+2P)h′
解得h′=
答:(1)BC
(2)此次沙子倒完时活塞距气缸底部的高度为.
[物理--选修3-3]
(1)对于分子间同时存在引力和斥力的理解,正确的是______.
A.石块难于被拉伸,说明固体分子间的引力总大于斥力
B.水可随意流动,是因为液体分子间引力和斥力均为零
C.压缩气缸中气体时要用力,表明气体分子间存在斥力
D.任何物质分子间引力和斥力都会随分子间距离的增大而减小.
(2)如图所示.一根长L=90cm、一端封闭的细玻璃管开口向上竖直放置,管内用h=25cm长的水银柱封闭了一段长L1=50cm的空气柱.已知大气压强为P0=75cmHg,玻璃管周围环境温度保持不变.
①若将玻璃管缓慢平放在水平桌面上,求玻璃管中气柱将变为多长:
②若保持玻璃管直立,继续向玻璃管中缓慢注入水银,则最多能注入多长的水银柱.
正确答案
解:(1)A、石块难于被拉伸,说明固体分子间存在引力.但是固体分子间的引力不全是大于斥力,故A错误
B、水可随意流动,不是因为液体分子间引力和斥力均为零,而是 分子没有固定的位置,运动比较自由,分子间的作用力比较小,故B错误
C、压缩气体时要用力,只是说明气体分子间存在空隙,用力将气体压缩后将空隙减小.这不能说明气体间力的情况,故C错误
D、任何物质分子间引力和斥力都会随分子间距离的增大而减小.故D正确
故选D.
(2)①设初态压强为P1,平放后压强P2=P0,气柱长L2,根据玻马定律得:
P1L1=P2L2
代入数值解得:L2=66.67cm
②当水银柱与管口相平时,设管中水银柱长为hx
P1L1=(P0+hx)(90-hx)
解得hx=50cm
最多能注入的水银柱长度是△h=50-25=25cm
故答案为:(1)D
(2)①玻璃管中气柱长度将变为66.67cm
②最多能注入的水银柱长度是25cm.
解析
解:(1)A、石块难于被拉伸,说明固体分子间存在引力.但是固体分子间的引力不全是大于斥力,故A错误
B、水可随意流动,不是因为液体分子间引力和斥力均为零,而是 分子没有固定的位置,运动比较自由,分子间的作用力比较小,故B错误
C、压缩气体时要用力,只是说明气体分子间存在空隙,用力将气体压缩后将空隙减小.这不能说明气体间力的情况,故C错误
D、任何物质分子间引力和斥力都会随分子间距离的增大而减小.故D正确
故选D.
(2)①设初态压强为P1,平放后压强P2=P0,气柱长L2,根据玻马定律得:
P1L1=P2L2
代入数值解得:L2=66.67cm
②当水银柱与管口相平时,设管中水银柱长为hx
P1L1=(P0+hx)(90-hx)
解得hx=50cm
最多能注入的水银柱长度是△h=50-25=25cm
故答案为:(1)D
(2)①玻璃管中气柱长度将变为66.67cm
②最多能注入的水银柱长度是25cm.
如图所示,左右两个容器的侧壁都是绝热的、底部都是导热的、横截面积均为S.左容器足够高,上端敞开,右容器上端由导热材料封闭.两个容器的下端由容积可忽略的细管连通.容器内两个绝热的活塞A、B下方封有氮气,B上方封有氢气.大气的压强为p0,外部气温为T0=273K保持不变,两个活塞因自身重力对下方气体产生的附加压强均为0.1p0.系统平衡时,各气体柱的高度如图所示.现将系统的底部浸入恒温热水槽中,再次平衡时A上升了一定的高度.用外力将A缓慢推回第一次平衡时的位置并固定,第三次达到平衡后,氢气柱高度为0.8h.氮气和氢气均可视为理想气体.求:
(1)第二次平衡时氮气的体积;
(2)水的温度.
正确答案
解:(1)考虑氢气的等温过程,该过程的初态压强为P0,体积为hS,末态体积为0.8hS,
设末态的压强为P,由玻意耳定理得:
P==1.25P0
活塞A从最高点被第一次推回平衡位置的过程是等温过程,该过程的初态压强为1.1P0,体积为V,末态压强为P′,末态体积V′
则:P′=P+0.1P0=1.35P0
V′=2.2hS
由玻意耳定理得:V=×2.2hS=2.7hS
(2)活塞A从从最初位置升到最高位置过程为等压过程,该过程的初态体积和温度分别为2hS和T0=273K,末态体积为2.7hS,
设末态温度为T,由该吕萨克定律得:T==368.55K
答:第二次平衡时氮气的体积为2.75hS;水的温度为368.55K.
解析
解:(1)考虑氢气的等温过程,该过程的初态压强为P0,体积为hS,末态体积为0.8hS,
设末态的压强为P,由玻意耳定理得:
P==1.25P0
活塞A从最高点被第一次推回平衡位置的过程是等温过程,该过程的初态压强为1.1P0,体积为V,末态压强为P′,末态体积V′
则:P′=P+0.1P0=1.35P0
V′=2.2hS
由玻意耳定理得:V=×2.2hS=2.7hS
(2)活塞A从从最初位置升到最高位置过程为等压过程,该过程的初态体积和温度分别为2hS和T0=273K,末态体积为2.7hS,
设末态温度为T,由该吕萨克定律得:T==368.55K
答:第二次平衡时氮气的体积为2.75hS;水的温度为368.55K.
(1)下列说法正确的是______
A.区分晶体与非晶体的最有效方法是看有没有规则的几何外形
B.已知某种液体的密度为ρ,摩尔质量为M,阿伏伽德罗常数为NA,则该液体分子间的平均距离可以表示为或
C.分子间距离减小时,分子力一定增大
D.空气的相对湿度等于水蒸气的实际压强与同温下水的饱和汽压的比值
(2)用活塞将一定量的理想气体密封在气缸内,当气缸开口竖直向上时封闭气柱的长度为h.将气缸慢慢转至开口竖直向下时,封闭气柱的长度为4h/3.已知气缸的导热性能良好,活塞与缸壁间的摩擦不计,外界温度不变,大气压强为P0.
①此过程气体是吸热还是放热?______.
②气缸开口向上时,缸内气体的压强为多少?
正确答案
解:
(1)A、区分晶体与非晶体的有效方法,除了根据有没有规则的几何外形外,还看是各向同性,还是各向异性.故A错误.
B、设液体分子间的平均距离为d.把液体分子看成球形或正方体形,而且一个挨一个紧密排列,则
=
或d3=
,得到,d=
或
.故B正确.
C、分子力与分子距离的关系比较复杂,分子间距离减小时,分子力不一定增大.故C错误.
D、空气的相对湿度等于水蒸气的实际压强与同温下水的饱和气压的比值.故D正确.
故选BD.
(2)解:①将气缸慢慢转至开口竖直向下时,气体的压强减小,体积增大,对外界做功,而内能不变,根据热力学第一定律分析得知,封闭气体吸热.
②设气缸的横截面积为s,活塞的重力产生的附加压强为△P.则根据玻意耳定律得:
,
解得:
故答案为:(1)BD;(2)①吸热;②缸内气体的压强为.
解析
解:
(1)A、区分晶体与非晶体的有效方法,除了根据有没有规则的几何外形外,还看是各向同性,还是各向异性.故A错误.
B、设液体分子间的平均距离为d.把液体分子看成球形或正方体形,而且一个挨一个紧密排列,则
=
或d3=
,得到,d=
或
.故B正确.
C、分子力与分子距离的关系比较复杂,分子间距离减小时,分子力不一定增大.故C错误.
D、空气的相对湿度等于水蒸气的实际压强与同温下水的饱和气压的比值.故D正确.
故选BD.
(2)解:①将气缸慢慢转至开口竖直向下时,气体的压强减小,体积增大,对外界做功,而内能不变,根据热力学第一定律分析得知,封闭气体吸热.
②设气缸的横截面积为s,活塞的重力产生的附加压强为△P.则根据玻意耳定律得:
,
解得:
故答案为:(1)BD;(2)①吸热;②缸内气体的压强为.
一同学用如图所示装置研究一定质量气体的压强与体积的关系,实验过程中温度保持不变,最初,U形管两臂中的水银面齐平,烧瓶中无水,当用注射器往烧瓶中注入水时,U形管两臂中的水银面出现高度差,实验的部分数据记录在下表.
(1)实验时的大气压强是多少cmHg?
(2)当U形管两边水银面的高度差为38.0cm时,烧瓶内气体的体积是多少mL?
正确答案
解:(1)设大气压强为p0,由图示及表中实验数据可知:
状态1:P1=P0,V1=800mL,
状态3:P3=P0+25cmHg,V3=600mL
由玻意耳定律得:P1V1=P3V3,
即:P0×800=(P0+25)×600,
解得:P0=75cmHg;
(2)状态4:P4=P0+38cmHg=113cmHg,
由玻意耳定律:P1V1=P4V4,
即:75×800=113×V4,
解得:V4=531mL;
答:(1)实验时的大气压强是75cmHg.
(2)当U形管两边水银面的高度差为38.0cm时,烧瓶内气体的体积是531mL.
解析
解:(1)设大气压强为p0,由图示及表中实验数据可知:
状态1:P1=P0,V1=800mL,
状态3:P3=P0+25cmHg,V3=600mL
由玻意耳定律得:P1V1=P3V3,
即:P0×800=(P0+25)×600,
解得:P0=75cmHg;
(2)状态4:P4=P0+38cmHg=113cmHg,
由玻意耳定律:P1V1=P4V4,
即:75×800=113×V4,
解得:V4=531mL;
答:(1)实验时的大气压强是75cmHg.
(2)当U形管两边水银面的高度差为38.0cm时,烧瓶内气体的体积是531mL.
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