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题型:简答题
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简答题

如图所示为气体实验装置,开始时玻璃管内封闭的空气柱长度为3 cm,此时气压表显示容器内气体的压强,现在将活塞缓慢向下推动,直到封闭空气柱的长度变为。试求:

(1)这一过程中气体分子的平均动能如何变化?

(2)最终气压表的示数是多少?

(3)若在另一次快速压缩气体过程中,气体内能增加1.5 J,气体放出的热量为1.4J,那么活塞对气体做功是多少?

正确答案

(1)平均动能不变(2)(3)

(1)缓慢压缩,气体温度不变。所以气体分子的平均动能不变-----2分

(2)L0 =" 3" cm ,L =" 2" cm ,

设压缩后气体压强为,由玻意耳定律:---------------2分

解得:----------------1分

(3)由热力学第一定律:--------------2分

解得:-------------------------------1分

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题型:简答题
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简答题

如图,粗细均匀的弯曲玻璃管A、B两端开口,管内有一段水银柱,右管内气体柱长为39cm,中管内水银面与管口A之间气体柱长为40cm。先将口B封闭,再将左管竖直插入水银槽中,设整个过程温度不变,稳定后右管内水银面比中管内水银面高2cm,求:

(1)稳定后右管内的气体压强p;

(2)左管A端插入水银槽的深度h。(大气压强p0=76cmHg)

正确答案

解:(1)插入水银槽后右管内气体:p0l0=p(l0-△h/2),p=78cmHg

(2)插入水银槽后左管压强:p'=p+rg△h=80cmHg

左管内外水银面高度差h1=4cm

中、左管内气体p0l=p'l',l'=38cm

左管插入水银槽深度h=l+△h/2-l'+h1=7cm

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简答题

(选修3-3选做题)

如图,由U形管和细管连接的玻璃泡A、B和C浸泡在温度均为0°C的水槽中,B的容积是A的3倍。阀门S将A和B两部分隔开。A内为真空,B和C内都充有气体。U形管内左边水银柱比右边的低60mm。打开阀门S,整个系统稳定后,U形管内左右水银柱高度相等。假设U形管和细管中的气体体积远小于玻璃泡的容积。

(1)求玻璃泡C中气体的压强(以mmHg为单位);

(2)将右侧水槽的水从0°C加热到一定温度时,U形管内左右水银柱高度差又为60mm,求加热后右侧水槽的水温。

正确答案

解:(1)在打开阀门S前,两水槽水温均为0=273K。设玻璃泡B中气体的压强为1,体积为,玻璃泡C中气体的压强为,依题意有1=+△

式中△=60mmHg。打开阀门S后,两水槽水温仍为0,设玻璃泡中气体的压强为依题意,有A=  ②

玻璃泡A和B中气体的体积为2=+   ③

根据玻意耳定律得1=2    ④

联立①②③④式,并代入题给数据得  ⑤

(2)当右侧水槽的水温加热至T'时,U形管左右水银柱高度差为△p。玻璃泡C中气体的压强为pc'=pa+△p ⑥

玻璃泡C的气体体积不变,根据查理定理得  ⑦

联立②⑤⑥⑦式,并代入题给数据得T'=364 K ⑧

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简答题

如图所示,内径均匀的U形管中装入水银,两管中水银面与管口的距离均为l=10.0cm,大气压强P0=75.8cmHg时,将右侧管口封闭,然后从左侧管口处将一活塞缓慢向下推入管中,直到左右两侧水银面高度差达h=6.0cm为止。求活塞在管内移动的距离。

正确答案

解:由题给“活塞缓慢向下推入管中”的条件中可知,推入过程是等温的,左右两侧被封闭的气体均做等温变化,遵守玻意耳定律,而两部分气体中间隔着可以流动的水银柱,故它们的压强之间必有一定的关系。另外题中气体被压缩后,气体体积的确定是一个难点。设活塞在管内移动的距离为xcm,则左侧气体体积为cm柱长,右侧气体体积为cm柱长。取右侧气体为研究对象,根据玻意耳定律有

解得

左侧气柱的压强为

取左侧气柱为研究对象,由玻意耳定律得

解得x≈6.4cm

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简答题

如图所示,两气缸AB粗细均匀,等高且内壁光滑,其下部由体积可忽略的细管连通;A的直径为B的2倍,A上端封闭,B上端与大气连通;两气缸除A顶部导热外,其余部分均绝热。两气缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞a、b,活塞下方充有氮气,活塞a上方充有氧气;当大气压为p0,外界和气缸内气体温度均为7℃且平衡时,活塞a离气缸顶的距离是气缸高度的,活塞b在气缸的正中央。

(ⅰ)现通过电阻丝缓慢加热氮气,当活塞b升至顶部时,求氮气的温度;

(ⅱ)继续缓慢加热,使活塞a上升,当活塞a上升的距离是气缸高度的时,求氧气的压强。

正确答案

(ⅰ)320K(ⅱ)

试题分析:(ⅰ)活塞b升至顶部的过程中,活塞a不动,活塞ab下方的氮气经历等压过程,设气缸A的容积为V0,氮气初始状态的体积为V1,温度为T1,末态体积V2,温度为T2,按题意,气缸B的容积为V0/4,由题给数据及盖吕萨克定律有:   ①

            ②

            ③

由①②③式及所给的数据可得:T2="320K"                     ④

(ⅱ)活塞b升至顶部后,由于继续缓慢加热,活塞a开始向上移动,直至活塞上升的距离是气缸高度的1/16时,活塞a上方的氮气经历等温过程,设氮气初始状态的体积为,压强为;末态体积为,压强为,由所给数据及玻意耳定律可得

 ⑤

 ⑥

由⑤⑥式可得: ⑦

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简答题

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:

      

,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:

    

或:正确解法:先要判断玻璃管经过最低点的情况,设玻璃管管口竖直向下时有水银流出,设玻璃管管口竖直向下时水银柱长度为h,则由玻意耳定律有:

所以此假设不合理,既玻璃管经过最低点时水银未流出,……后面解法同上

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简答题

(选做题,选修3-3)

新航天服(如图)是神七的一大突破,其采用的新材料能够防火与抗辐射。新航天服不但适合太空行走,还非常舒服,具有防微流星、真空隔热屏蔽、气密、保压、通风、 调温等多种功能,让航天员在太空中如同在地面上一样。假如在地面上航天服内气压为1atm,气体体积为2L,到达太空后由于外部气压低,航天服急剧膨胀,内部气体体积变为4L,使航天服达到最大体积。若航天服内气体的温度不变,将航天服视为封闭系统。

(1)求此时航天服内的气体压强;

(2)由地面到太空的过程中航天服内气体“吸热”还是“放热”。

正确答案

解:

①对航天服内气体,开始时压强为P1=1 atm,体积为V1= 2L,到达太空后压强为P2,气体体积V2=4 L。由等温变化的 玻意耳定律有P1V1=P2 V2,解得P2=0.5 atm;

②因为气体体积膨胀对外做功,而航天服内气体温度不变,即气体内能不变,由热力学第一定律可知气体吸热。

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简答题

内壁光滑的导热气缸开口向上竖直浸放在盛有冰水混合物的水槽中,用不计质量的活塞封闭着体积为2.73×10-3 m3的理想气体,活塞面积为2.00×10-4 m2。现在活塞上方缓缓倒上砂子,使封闭气体的体积变为原来的,然后将气缸移出水糟,缓缓加热,使气体体积重新变为2.73×10-3 m3(大气压强p0=1.00×105Pa,g=10m/s2)。求:

(1)所加砂子的质量;

(2)气缸内气体最终的温度。

正确答案

解:(1)气体体积变为原来的的过程为等温压缩

由玻意耳定律

 

 

解得 

(2)将气缸取出后加热为等压膨胀,则    

    

,得  

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简答题

如图所示,一端封闭、粗细均匀的薄壁玻璃管开口向下竖直插在装有水银的水银槽内,管内封闭有一定质量的空气,水银槽的截而积上下相同,是玻璃管截面积的5倍,开始时管内空气柱长度为6cm,管内外水银面高度差为50cm。将玻璃管沿竖直方向缓慢上移(管口未离开槽中水银),使管内外水银而高度差变成60cm。(大气压强相当于75cmHg)求:

(1)此时管内空气柱的长度;

(2)水银槽内水银面下降的高度。

正确答案

解:(1)玻璃管内的空气作等温变化

 

 

(2)设水银槽内水银面下降,水银体积不变

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简答题

如图所示为一支长100cm的粗细均匀的玻璃管,开口向上竖直放置,管内由20cm长的水银柱封闭着50cm长的空气柱,若将管口向下竖直放置,空气柱长变为多少?(设外界大气压强为75cmHg)

正确答案

解:以封闭气体为研究对象,假设水银柱长度不变,设管的横截面积为S,开口向下时空气柱长为x0初态P1=95cmHg,V1=50S

末态P2=55cmHg,V2=x0S

由玻意耳定律P1V1=P2V2得:95×50S=55x0S

解得x0=86.4cm

由于x0+20=106.4cm>100cm,因此不符合实际,说明管口向下竖直放置时有水银溢出

再设剩有水银柱xcm,则p3=(75-x)cmHg,V3=(100-x)S

由P1V1=p3V3得:95×50S=(75-x)(100-x)S

解得:x1=157.5cm(舍去),x2=17.5cm

气柱长为100cm-17.5cm=82.5cm

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简答题

如图所示,一端封闭、粗细均匀的薄壁玻璃管开口向下竖直插在装有水银的水银槽内,管内封闭有一定质量的空气,水银槽的截面积上下相同。开始时管内空气柱长度为6cm,管内外水银面高度差为50cm。将玻璃管沿竖直方向缓慢上移(管口未离开槽中水银),使管内空气柱长度为10cm,此时水银槽内水银面下降了2cm。(大气压强相当于75cmHg)则:

(1)此时管内外水银面高度差为多大?

(2)水银槽的截面积是玻璃管截面积的多少倍?

正确答案

解:(1)设玻璃管的横截面为1

1=25cmHg,1=612=10111=22,25cmHg×61=2101  

2=15cmHg,2=0=75-h(cmHg)  

=60cm

(2)设水银槽的截面积为2,则  

22=101    

2=51

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简答题

(选修3-3选做题)

如图所示,一个圆筒形气缸平放在水平面上,A、B为两个可以无摩擦滑动的活塞,活塞B质量为m,活塞A的质量及厚度都可不计。活塞B用一根轻弹簧与气缸底相连,a、b为气缸侧壁上的两个小孔,与外界相通,两小孔及两活塞静止时的位置如图甲所示,先用一根细管(细管容积可不计)把a、b两孔连通,然后把气缸直立起来,并在活塞A上压一个质量也是m的砝码C,则活塞B下降了l/6,活塞A下降了l/3,恰好挡住a孔,如图乙所示。现在活塞A上再压一个与C相同的砝码D,求A、B两活塞最后静止时的位置。(设温度始终保持不变)

正确答案

解:只放C时,气缸两部分压强相等设为p1,当活塞平衡时

对活塞B:mg=kl/6

对活塞A:mg=p1S-P0S

对气缸内两部分气体,根据气态方程,有P02lS=p15lS/3

故P0S=5mg,P1=6mg/S

再放上D后,活塞B下面的气体与大气相通,压强为P0,活塞A下面气体压强为P2

对A、B、C、D整体,有kx=3mg,k=6mg/l

故x= l/2

对活塞A:p2S=P0S+2mg=7mg

对活塞A下面的气体:P15lS/6=P2l'S

l'=5l/7

所以最后活塞B距缸底l/2,活塞A距缸底17l/14

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简答题

某容积为20L的氧气瓶装有30atm的氧气,现把氧气分装到容积为5L的小钢瓶中,使每个小钢瓶中氧气的压强为5atm。若每个小钢瓶中原有氧气压强为1atm,则共能分装多少瓶?(设分装过程中无漏气,且温度不变)

正确答案

解:设能够分装n个小钢瓶,则以20L氧气瓶中的氧气和n个小钢瓶中的氧气整体为研究对象,分装过程中温度不变,故遵守玻意耳定律

气体分装前后的状态如图所示,由玻意耳定律可知:

P1V1+nP2V2=P1'V1+nP2'V2,即

因为P1=30atm,P2=1atm,P1'=P2'=5atm,V1=20L,V2=5L

所以(瓶)

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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,活塞上方的气体的压强为p0,活塞上方玻璃管的容积为2.6V1,活塞下方气体的体积为V1,活塞因重力而产生的压强为0.5p0。缓慢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1.8Tl时气体的压强。

正确答案

解:(1)抽气过程为等温过程,活塞上面抽成真空时,下面气体的压强为0.5p0,体积为V

依题意,由玻意耳定律得(p0+0.5p0)V1=0.5p0V

此后,气体等压膨胀,设活塞碰到玻璃管顶部时气体的温度是Tˊ

由盖·吕萨克定律得

由上两式得:Tˊ=1.2T1(2)活塞碰到顶部后的过程是等容升温过程

由查理定律得

式中p2是气体温度达到1.8T1时气体的压强

由上式得:p2=0.75p0

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简答题

一气象探测气球,在充有压强为1.00atm(即76.0cmHg)、温度为27.0℃的氦气时,体积为3.50 m3。在上升至海拔6.50km高空的过程中,气球内氦气逐渐减小到此高度上的大气压36.0cmHg,气球内部因启动一持续加热装置而维持其温度不变。此后停止加热,保持高度不变。已知在这一海拔高度气温为-48.0℃。求:

(1)氦气在停止加热前的体积;

(2)氦气在停止加热较长一段时间后的体积。

正确答案

解:(1)在气球上升至海拔6.50km高空的过程中,气球内氦气经历一等温过程。

根据玻意耳定律有

1122

式中1=76.0cmHg,1=3.50m32=36.0cmHg,2是在此等温过程末氦气的体积。由上式得

2=7.39m3

(2)在停止加热较长一段时间后,氦气的温度逐渐从1=300K下降到与外界气体温度相同,即2=225K。这是一等压过程。根据盖-吕萨克定律有

式中,3是在此等压过程末氦气的体积。由上式得

3=5.54m3

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