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简答题

高压锅是一种烹饪炊具,它的密封性好,加热时锅内的气压较高,沸点也较高.当高压锅加热至锅盖上的气阀放气时,锅内的水以及水上面气体的温度是相同的.为了估测高压锅内水沸腾时的水温,一个小组的同学决定先测定锅内气体的压强.他们首先测出锅盖上气孔的直径d,气阀(重物)的重力G,以及当时的室内气压p0,由此得到高压锅内气体的压强:p=p0+.得到锅内气体的压强之后,小组同学的意见发生了分歧:甲组同学认为应该根据测得的室温t0,由查理定律=得到锅内气体的温度t;乙组同学认为,得到锅内气体的压强p后,应该查阅下表直接得到锅内气体的温度.

表一:不同温度下饱和水汽的压强

(注:饱和水汽就是从水中蒸发变成汽的分子数和水汽又变成水的分子数达到动态平衡时,水面上方的水汽)

根据你的判断,______组同学采用的方法是不正确的,其理由是______

______.

正确答案

饱和水汽就是从水中蒸发变成汽的分子数和水汽又变成水的分子数达到动态平衡时,水面上方的水汽;温度不同,饱和气压不同,质量也不同;

故甲同学的观点是错误的,原因是气体质量变化,不是理想气体;

故答案为:甲,因气体质量变化,不能运用查理定律.

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简答题

如图,一根粗细均匀、内壁光滑、竖直放置的玻璃管下端密封,上端封闭但留有一抽气孔。管内下部被活塞封住一定量的气体(可视为理想气体),气体温度为T1。开始时,将活塞上方的气体缓慢抽出,当活塞上方的压强达到p0时,活塞下方气体的体积为V1,活塞上方玻璃管的容积为2.6V1。活塞因重力而产生的压强为0.5p0。继续将活塞上方抽成真空并密封,整个抽气过程中管内气体温度始终保持不变,然后将密封的气体缓慢加热。求:

(1)活塞刚碰到玻璃管顶部时气体的温度;

(2)当气体温度达到1.8T1时气体的压强。

正确答案

解:(1)由玻意耳定律得:,式中V是抽成真空后活塞下方气体体积

由盖·吕萨克定律得:

解得:T'=1.2T

(2)由查理定律得:

解得:p2=0.75p0

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如图所示,用轻质活塞在气缸内封闭一定质量理想气体,活塞与气缸壁间摩擦忽略不计,开始时活塞距气缸底高度h1=0.50m.给气缸加热,活塞缓慢上升到距离气缸底h2=0.80m处,同时缸内气体吸收Q=450J的热量.已知活塞横截面积S=5.0×10-3 m2,大气压强p0=1.0×105 Pa.求:

①缸内气体对活塞所做的功W;

②此过程中缸内气体增加的内能△U.

正确答案

①活塞缓慢上升,视为等压过程,

   则气体对活塞做功 W=F△h=p0S△h=150J       

 ②根据热力学定律△U=W+Q=-150+450=300J    

答:①缸内气体对活塞所做的功为150J

   ②此过程中缸内气体增加的内能△U=300J

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简答题

如图所示,一水平固定的柱形气缸,用活塞封闭一定质量的气体.活塞面积S=10cm2,与缸壁间的最大静摩擦力 f0=5N.气缸的长度为10cm,前端的卡口可防止活塞脱落.活塞与气缸壁的厚度可忽略,外界大气压强为105Pa.开始时气体体积为90cm3,压强为105Pa,温度为27℃.求:

(1)温度缓慢升高到37℃时,气体的压强.

(2)温度缓慢升高到127℃时,气体的压强.

某同学是这样解的:温度升高,气体体积不变,由查理定律=,即可求得不同温度时的气体压强.该同学的分析正确吗?如果正确,请按他的思路求解;如果不正确,请简要说明理由,并求出正确的结果.

正确答案

不正确.

因为温度升高时,气体先体积不变,压强增大,活塞与缸壁间的静摩擦力增大,所以当温度大于某一值时,气体体积会增大.   

(1)当活塞刚相对缸壁滑动时,pc1=p0+=105+=1.05×105Pa;

=

代入数据得=

解得Tc1=315K   

T2=37+273=310K<Tc1,因此气体体积不变.

=

代入数据得 =

解得p2=1.03×105 Pa;

另设气体体积不变,由=,得=,p2=1.03×105Pa;   

此时活塞与缸壁间的静摩擦力f=(p2-p0)S=(1.03-1)×105×10×10-4=3N

小于最大静摩擦力,因此假设成立. 

(2)当活塞刚运动到卡口处时,pc2=1.05×105Pa;  Vc2=100cm3

=,得=,Tc2=350K   

T3=127+273=400K>Tc2,因此活塞已运动到卡口处,V3=100cm3

=,得=,p3=1.2×105Pa;  

另T3=127+273=400K>Tc1,因此活塞已向右运动.设活塞仍未到卡口处,则p3=p0+=105+=1.05×105Pa;

=,得=,V3=114.3cm3   

大于气缸的最大容积100cm3,因此活塞已运动至卡口处,V3=100cm3

=,得=,p3=1.2×105Pa;   

答:(1)温度缓慢升高到37℃时,气体的压强为1.03×105 Pa.

(2)温度缓慢升高到127℃时,气体的压强为1.2×105Pa.

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(选做题,选修3-3)

以自行车代步既环保又节能,同时也锻炼身体。自行车内胎的容积约为1.5×10-3m3,现用打气筒给自行车的一个车胎打气,打气筒的容积约为3. 75×10-4m3,每次可以把气筒内80%的气体充入车胎(不考虑充 气前胎内存留气体和充气过程中气体温度变化),大气压强为P0

(1)要使车胎内气体压强为1.8P0,需给车胎打气几次?

(2)若打气后的自行车由于在阳光下暴晒,胎内气体温度由27℃升高到40℃,则胎内压强变为多大?

(3)给车胎打气过程气体是吸热还是放热?说明原因。

正确答案

解:

①设需给车胎打气n次

V1=3.75×10-4×80%n m3,P1=P0,V2=1.5×10-3m3,P2 =1.8P0

由P1V1=P2V2

解得:n =9(次)

②在暴晒过程中,胎内气体体积可以看成不变

T2= (273 +27)K,T3= (273 +40)K

解得P3=1.878P0③气体放热

给车胎打气,外界对气体做功,气体温度不变,内能不变,由热力学第一定律△U=W+Q,可知气体对外放热。

下一知识点 : 气体等容变化的P-T图象
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