- 气体
- 共2322题
气体温度计结构如图所示。玻璃测温泡A内充有理想气体,通过细玻璃管B和水银压强计相连。开始时A处于冰水混合物中,左管C中水银面在O点处,右管D中水银面高出O点h1=14 cm,后将A放入待测恒温槽中,上下移动D,使C中水银面仍在O点处,测得D中水银面高出O点h2=44 cm(已知外界大气压为1个标准大气压,1标准大气压相当于76 cmHg)。
(1)求恒温槽的温度。
(2)此过程A内气体内能____(填“增大”或“减小”),气体不对外做功,气体将____(填“吸热”或“放热”)。
正确答案
解:(1)设恒温槽的温度为T2,由题意知T1=273 K,A内气体发生等容变化,根据查理定律得:
P1=P0+Ph1
P2=P0+Ph2
联立解得:T2=364 K(或91℃)
(2)增大,吸热
太阳能空气集热器,底面及侧面为隔热材料,顶面为透明玻璃板,集热器容积为V0,开始时内部封闭气体的压强为P0。经过太阳暴晒,气体温度由T0=300K升至T1=450K。
(1)求此时气体的压强;
(2)说明此过程压强变化的微观原因。
正确答案
解:(1)设升温后气体的压强为P1,由查理定律得
代人数据得P1=1.5P0
(2)微观原因:气体体积不变,分子密集程度不变,温度升高,气体分子平均动能增大,导致气体压强变大
用DIS研究一定质量气体在温度不变时,压强与体积关系的实验装置如图所示.
(1)实验中应保持不变的参量是______;所研究的对象是______.
(2)下表表格中记录了实验中5组数据,由表中数据可得出的结论是:______.若要作出图线证明此结论,应作______图线.
(3)表中最后一组数据偏差较大,其可能原因是:______.
正确答案
(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;
(2)由表格数据可得:在误差范围内,一定质量的气体,温度不变时,PV乘积为一定值,即压强与体积成正比,为了图象直观,应做P-图象
(3)根据理想气体状态方程=C,有PV=CT,常数C由气体的质量决定,根据温度不变的情况下,出现乘积变小,则可能是气体的质量减小,即实验时注射器的空气向外发生了泄漏.
故答案为;(1)温度、注射器内气体
(2)误差范围内,一定质量的气体,温度不变时,压强与体积成反比;P-
(3)实验时注射器的空气向外发生了泄漏
如图甲所示,竖直放置的汽缸内壁光滑,活塞厚度与质量均不计,在B处设有限制装置,使活塞只能在B以上运动,B以下汽缸的容积为V0,A、B之间的容积为0.2V0.开始时活塞在A处,温度为87℃,大气压强为p0,现缓慢降低汽缸内气体的温度,直至活塞移动到A、B的正中间,然后保持温度不变,在活塞上缓慢加砂,直至活塞刚好移动到B,然后再缓慢降低汽缸内气体的温度,直到-3℃.求:
(1)活塞刚到达B处时的温度TB;
(2)缸内气体最后的压强p;
(3)在图乙中画出整个过程的p-V图线.
正确答案
(1)缓慢降低汽缸内气体的温度,直至活塞移动到A、B的正中间,这个过程是等压过程:
根据盖吕萨克定律:=
代入数据=
,
解得TB=330K,
然后保持温度不变,在活塞上缓慢加砂,直至活塞刚好移动到B,这个过程是等温过程,故活塞刚到达B处时的温度就为330K.
(2)保持温度不变,在活塞上缓慢加砂,直至活塞刚好移动到B,这个过程是等温过程:
根据玻意耳定律有:p0×1.1V0=p1×V0,
解得p1=1.1p0,
再接下是等容过程,根据查理定律有:=
,
解得p=0.9p0
(3)整个过程的p-V图线,如右所示.
答:(1)活塞刚到达B处时的温度TB为330K;
(2)缸内气体最后的压强p为0.9p0;
(3)整个过程的p-V图线,如上所示.
【选修3-3选做题】
如图为均匀薄壁U形管,左管上端封闭,右管开口且足够长,管的截面积为S,内装有密度为ρ的液体,右管内有一质量为m的活塞搁在固定卡口上,卡口与左管上端等高,活塞与管壁间无摩擦且不漏气,温度为T0时,左、右管内液面等高,两管内空气柱长度均为L,压强均等于外界大气压P0,重力加速度为g,现使左、右两管温度同时缓慢升高,在活塞离开卡口上升前,左、右两管液面保持不动,试求:
(1)温度升高到多少时,右管活塞开始离开卡口上升;
(2)温度升高到多少时,两管液面高度差为L。
正确答案
解:(1)活塞刚离开卡口时,对活塞满足mg+P0S=p1S
得
右管内气体做等容变化,由查理定律得
解得
(2)当两管内气体高度差为L时,左管内气体长度为,压强为
对左管内气体由理想气体状态方程得
解得
某登山爱好者在攀登珠穆朗玛峰的过程中,发现他携带的手表表面玻璃发生了爆裂。这种手表是密封的,出厂时给出的参数为:27℃时表内气体压强为1×105Pa;在内外压强差超过6×104Pa时,手表表面玻璃可能爆裂。已知当时手表处的气温为-13℃,则手表表面玻璃爆裂时表内气体压强的大小为__________Pa;已知外界大气压强随高度变化而变化,高度每上升12m,大气压强降低133Pa。设海平面大气压为1×105Pa,则登山运动员此时的海拔高度约为_________m。
正确答案
8.7×104,6586
汽车行驶时轮胎的胎压太高容易造成爆胎事故,太低又会造成耗油量上升。已知某型号轮胎能在-40~90℃下正常工作,为使轮胎在此温度范围内工作时的最高胎压不超过3.5 atm,最低胎压不低于1.6 atm,那么,在t=20℃时给该轮胎充气,充气后的胎压在什么范围内比较合适?(设轮胎的体积不变)
正确答案
解:由于轮胎容积不变,轮胎内气体做等容变化
设在T0=293 K时充气后的最小胎压为Pmin,最大胎压为Pmax
依题意,当T1=233 K时胎压为P1=1.6 atm
根据查理定律即
,解得:Pmin=2.01 atm
当T2=363 K时胎压为P2=3.5 atm
根据查理定律,即
解得:Pmax=2.83 atm
一粗细均匀的J型玻璃管竖直放置,短臂端封闭,长臂端(足够长)开口向上,短臂内封有一定质量的理想气体。初始状态时管内各段长度如图(a)所标,密闭气体的温度为27℃。大气压强为75cmHg,求:
(1)若沿长臂的管壁缓慢加入5cm的水银柱并与下方的水银合为一体,为使密闭气体保持原来的长度,应使气体的温度变为多少?
(2)在第(1)小题的情况下,再使玻璃管沿绕过O点的水平轴在竖直平面内逆时针转过180°,稳定后密闭气体的长度变为多大?
(3)在图(b)的p-T坐标系中画出以上两个过程中密闭气体的状态变化过程。
正确答案
解:(1)p1= p0=75cmHg,T1=273+27K=300K, p2= p0+5cmHg=80cmHg,
由,解得:T2= 320K
(2)假设玻璃管转过180°后短臂内没有水银,水平管内留有水银柱的长度为x
P2= 80cmHg,V1=S ·18 cm
P3= p0-(10+10+10+5-x)cmHg=(40+x)cmHg,V2= S ·(18+10+10- x)cm=S ·(38- x)cm
由p2V2= p3V3,得到80×18=(40+x)×(38- x)
解得:x=8cm,与假设相符,所以假设成立。
密闭气体的长度变为(18+10+10- x)=30cm。
(3)
某小组同学利用如图(a)所示的装置研究一定质量气体的压强与温度的关系.他们在试管中封闭了一定质量的气体,将压强传感器和温度传感器的压敏元件和热敏元件伸入到试管内部,通过数据采集器和计算机测得试管内气体的压强和温度.
(1)实验中,他们把试管浸在烧杯的冷水中,通过在烧杯中逐次加入热水来改变试管内气体的温度,每次加入热水后就立即记录一次压强和温度的数值,最后得到一组气体的压强和温度的数值.上述操作中错误的是______;
(2)采取了正确的操作后,他们针对同一部分气体在三个不同体积的情况下记录了相关数据,计算机绘出的p-t图象分别如图(b)中的①、②、③所示,其中p1为已知量,则图线①的函数表达式为______;
(3)图(c)中可能符合上述气体变化过程的图线是______.
正确答案
(1))“加入热水后就立即记录一次压强和温度的数值”是错误的,应该是“加入热水后,在气体状态稳定后再记录压强和温度的数值”;
(2)斜率为:k==
;
纵轴截距为:P1;
故图线①的函数表达式为:P=kt+P1=t+p1;
(3)同一部分气体在三个不同体积的情况下的P-t图象中,0摄氏度时图线①压强最大,说明体积最小;
A、B、三条图线都是等容变化,且图线①对应体积最小,故A错误,B正确;
C、D、三条图线都是等容变化,且图线①对应体积最小,故C错误,D错误;
故选B;
故答案为:(1)“加入热水后就立即记录一次压强和温度的数值”是错误的,应该是“加入热水后,在气体状态稳定后再记录压强和温度的数值”;(2)p=t+p1;(3)B.
一太阳能空气集热器,底面及侧面为隔热材料,顶面为透明玻璃板,集热器容积为V0,开始时内部封闭气体的压强为P0,经过太阳曝晒,气体温度由T0=300K升至T1=350K。
(1)求此时气体的压强。
(2)保持T1=350K不变,缓慢抽出部分气体,使气体压强再变回到p0。求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值,判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热,并简述原因。
正确答案
解:(1)设升温后气体的压强为p1,由查理定律得①
代入数据得②
(2)抽气过程可等效为等温膨胀过程,设膨胀后气体的总体积为V,
由玻意耳定律得 p1V0=p0V ③
联立②③式得V=7/6V0④
设剩余气体的质量与原来总质量的比值为k,由题意得⑤
联立④⑤得⑥。
(选修3-3选做题)
某同学在研究气体的等容变化规律时,在实验室里将一玻璃瓶开口向上竖直放入烧杯中的水里,缓慢加热到77 ℃后,用一个软木塞封住瓶口,当烧杯中水温缓慢降至42 ℃时,若想向上拔出软木塞,至少需要施加多大外力?已知大气压强p0=1.0×105 Pa ,瓶口面积S=1.0×10-3 m2,软木塞的重量G=0.50 N。(软木塞与瓶口之间的摩擦不计)
正确答案
解:玻璃瓶内的空气状态为:
P1=P0=1.0×105 Pa,T1=273K+77K=350K
T2=273K+42K=315K
根据查理定律 ①
对软木塞受力分析可得:F+P2S=G+P0S ②
①②联立解得:F=10.50 N
某同学利用DIS实验系统研究一定量理想气体的状态变化,实验后计算机屏幕显示如下的P-t图象.已知在状态B时气体的体积为VB=3L,问
(1)气体由A→B,B→C各作什么变化?
(2)气体在状态A的压强是多少?
(3)气体在状态C的体积是多少?
正确答案
(1)由图象可知,气体由A→B作等容变化;
由B→C作等温变化.
(2)从图中可知,PB=1.0atm,TB=(273+91)K=364K,TA=273K.
根据查理定律,有=
,即
=
,得PA=0.75atm
(3)从图中可知,PB=1.0atm,VB=3L,PC=1.5atm;
根据玻意耳定律,有PBVB=PCVC,即1.0×3=1.5VC,
得VC=2L.
答:(1)气体由A→B作等容变化,B→C作等温变化;
(2)气体在状态A的压强是0.75atm;
(3)气体在状态C的体积是2L.
(选做题,选修3-3)
煤气泄漏到不通风的厨房是很危险的。当泄漏的煤气与厨房的空气混合,使得混合后厨房内气体的压强达到1.05 atm(设厨房原来的空气压强为1.00 atm),如果此时遇到火星就会发生爆炸,此时厨房的温度由常温27℃迅速上升至2 000℃。估算此时产生的气体压强是标准大气压的多少倍?
正确答案
解:
爆炸瞬间气体来不及外泄,经历的是一个等容式爆炸过程,厨房的温度由常温迅速上升至2 000℃。 爆炸前的温度和压强:T1=(27+273)K=300 K,P1=1.05 atm
爆炸后的温度为T2=(2000+273)K=2 273 K
由查理定律得:P1/T1= P2/T2
得P2=(T2/T1)P1代入数值,得P2=7.96 atm≈8 atm
此时产生的气体压强是标准大气压的8倍。
一定质量的理想气体,在压强不变的条件下,它在100℃时的体积和9℃时的体积之比是 。它在0℃时的热力学温度是 K。
正确答案
373:282,273
试题分析:根据等压变化方程;它在0℃时的热力学温度是273K.
2011年4月8日,在某高速公路发生一起车祸,车祸系轮胎爆胎所致.已知汽车行驶前轮胎内气体压强为2.5 atm,温度为27 ℃,爆胎时胎内气体的温度为87 ℃,轮胎中的空气可看作理想气体.
(1)求爆胎时轮胎内气体的压强;
(2)从微观上解释爆胎前胎内压强变化的原因;
正确答案
(1)3 atm(2)气体体积不变,分子密集程度不变,温度升高,分子平均动能增大,导致气体压强增大
试题分析:(1)气体作等容变化,由查理定律得:p1T1=p2T2 ①
T1=t1+273 ②
T2=t2+273 ③
p1=2.5 atm t1=27 ℃ t2=87 ℃
由①②③得:p2=3 atm. ④
(2)气体体积不变,分子密集程度不变,温度升高,分子平均动能增大,导致气体压强增
大. 3分
评分标准: 第一问① ②③每式1分, ④式2分,第二问3分 共8分.
点评:找出始末状态,根据方程列等式,比较简单
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