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简答题

通过热学的学习,我们知道,气体的压强跟气体的温度有关。一定质量的气体在体积不变的情况下,气体温度升高时压强增大,气体温度降低时压强减小。1787年法国科学家查理通过实验研究,发现所有的气体都遵从这样的规律:一定质量的气体,在体积不变的情况下,温度每升高(或降低)1℃,增加(或减小)的压强等于它在0℃时压强的。                   

(1)根据查理发现的规律,试写出一定质量的气体在体积不变的情况下,其压强与温度

t(摄氏温度)之间的函数关系式。

(2)根据查理发现的规律的表述可知,一定质量的气体在体积不变的情况下,其压强与摄氏温度t不成正比,若定义一种新的温度T,使查理发现的规律这样表述:一定质量的气体在体积不变的情况下,其压强与温度T成正比。试通过计算导出温度T与摄氏温度t的关系式。

正确答案

(1)Pt= P0(1+)(2)T=273+t

(1)设0℃时的压强为P0t℃时的压强为Pt

根据查理发现的规律的表述,得:

       (Pt-P0)/t=P0/273

整理得:Pt= P0(1+)                        (7分)

(2)设温度为t1时的压强为P1, 温度为t2时的压强为P2,有:

P1= P0(1+t1

P2= P0(1+t2

所以有:P1/ P2=(273+t1)/(273+t2

要使    P1/ P2=T1/T2

则有:  T=273+t                                  (15分)

(其它推导只要合理均给分)

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简答题

(09·宁夏物理·34)(1)带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体。气体开始处于状态a,然后经过过程ab到达状态b或进过过程ac到状态c,b、c状态温度相同,如V-T图所示。设气体在状态b和状态c的压强分别为Pb、和PC,在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac,则        (填入选项前的字母,有填错的不得分)     (     )

A. Pb >Pc,Qab>Qac

B. Pb >Pc,Qabac

C. Pb c,Qab>Qac

D. Pb c,Qabac

(2)图中系统由左右连个侧壁绝热、底部、截面均为S的容器组成。左容器足够高,上端敞开,右容器上端由导热材料封闭。两个容器的下端由可忽略容积的细管连通。

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p0,温度为T0=273K,连个活塞因自身重量对下方气体产生的附加压强均为0.1 p0。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

(i)第二次平衡时氮气的体积;

(ii)水的温度。

正确答案

(i)(ii)

(i)考虑氢气的等温过程。该过程的初态压强为,体积为hS,末态体积为0.8hS。

设末态的压强为P,由玻意耳定律得

             ①

活塞A从最高点被推回第一次平衡时位置的过程是等温过程。该过程的初态压强为1.1,体积为V;末态的压强为,体积为,则

               ②

                         ③

由玻意耳定律得

                 ④

(i i) 活塞A从最初位置升到最高点的过程为等压过程。该过程的初态体积和温度分别为,末态体积为。设末态温度为T,由盖-吕萨克定律得

                   ⑤

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如图所示,一传热性能很好的容器两端是两个直径不同的两个圆筒,里面各有一个活塞,其截面积分别为=10=4,质量分别为 =6kg、=4kG.它们之间用一质量不计的细杆相连,两活塞可在筒内无摩擦滑动但不漏气.在气温为-23℃时,用销子M把B栓住,并把阀门K打开,使容器与大气相通,随后关闭K,此时两活塞间体积为300.当温度升至27℃时,将销子拔去,设大气压强=1×Pa,求:

(1)刚拔去销子时,两活塞的加速度大小和方向;

(2)若活塞在各自圆筒内运动一段位移后速度达到最大,这段位移等于多少

正确答案

(1)   1.2m/s2  , 方向水平向左(2)10cm

①对于容器中的气体,在K关闭至M拔去前的过程中,为等容变化.

对活塞和杆整体:

受力分析如图(取向左方向为正)所示.

②分析知,当其加速度为0时,速度达到最大.

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电灯泡内充有氮氩的混合气体,如果要使灯泡内的混合气体在500℃时的压强不超过一个大气压,那么在20℃的室温下充气,电灯泡内的气体压强最大为多少?

正确答案

3.79×104 Pa

以泡内气体为研究对象,

初状态  P1=?            T1="293" K

末状态  P2=1.01×105 Pa    T2="773" K

由查理定律得 

代入已知数据解得  P1=3.79×104 Pa

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简答题

如图8-2-14所示,圆柱形气缸倒置在水平粗糙地面上,气缸内被活塞封闭有一定质量的空气,气缸质量为M="10" kg,缸壁厚度不计,活塞质量m="5.0" kg,其圆面积S="50" cm2,与缸壁摩擦不计.在缸内气体温度为27 ℃时,活塞刚好与地面接触并对地面无压力.现设法使缸内气体温度升高,问当缸内气体温度升高到多少摄氏度时,气缸对地面恰好无压力?(大气压强p0=105 Pa,g取10 m/s2)

图8-2-14

正确答案

127 ℃.

根据已知条件,分别对活塞和气缸作受力分析,列平衡方程,结合查理定律进行计算.

当温度T1="273+27=300" K时,活塞对地面无压力,列平衡方程:

p1S+mg=p0S

解得p1=p0-=105 Pa- Pa=0.9×105 Pa

若温度升高,气体压强增大,气缸恰对地面无压力时,列平衡方程:

p2S=Mg+p0S

解得p2=p0+=105 Pa+ Pa=1.2×105 Pa

根据查理定律:

=

=

t="127" ℃.

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如图所示,活塞A封往汽缸B中的理想气体,A的质量为=10kg,B的质量为=20kg,A可在B中无摩擦地滑动,A的横截面S=50,当B中理想气体的温度=127℃时,A与地面接触但对地压力为零,求此时B对地的压力=?当B中理想气体的温升至(℃)时,B与地接触但对地的压力为零,求此时A对地的压力=?,=?(大气压强为Pa,g取10m/

正确答案

300N ;   300K ,427℃

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(12分)如图所示,一导热性能良好的容器水平放置,两端是直径不同的两个圆筒,里面各有一个活塞,其横截面积分别为,质量分别是。它们之间用一质量不计的轻质细杆相连。两活塞可在筒内无摩擦滑动,但不漏气。在气温是-23℃时,用销子M把B拴住,并把阀门K打开,使容器和大气相通,随后关闭K,此时两活塞间气体体积是300cm3,当气温升到T时把销子M拔去。若刚拔去销子M时两活塞的加速度大小为l.2m/s2(设大气压强为l.0×105Pa不变,容器内气体温度始终和外界气温相同。)

(1)分析说明刚拔去销子M时两活塞的加速度的方向。

(2)求温度T为多少?

正确答案

T2=300K

选取活塞和杆为研究对象,当拔去M时,其受力情况分析如下图所示。根据牛顿第二定律  

   

得:

根据查理定律 得T2=300K

本题考查气体压强公式和牛顿第二定律,以活塞和杆为研究对象,分析受力情况,应用牛顿第二定律列式求解

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如图所示,两个截面积都为S的圆柱形容器,右边容器高为H,上端封闭,左边容器上端是一个可以在容器内无摩擦滑动的质量为M的活塞。两容器由装有阀门的极细管道相连,容器、活塞和细管都是绝热的。开始时阀门关闭,左边容器中装有理想气体,平衡时活塞到容器底的距离为H,右边容器内为真空。现将阀门缓慢打开,活塞便缓慢下降,直至系统达到新的平衡,此时理想气体的温度增加为原来的1.4倍,已知外界大气压强为p0,求此过程中气体内能的增加量。

正确答案

 

试题分析:理想气体发生等压变化。设气体压强为p,活塞受力平衡

                             1分

设气体初态的温度为T,系统达到新平衡时活塞下降的高度为x,由盖——吕萨克定律

                         2分

解得                                1分

又系统绝热,即Q=0                         1分

外界对气体做功为                2分

根据热力学第一定律有           1分

所以           2分

点评:本题难度中等,处理气体状态方程问题时,明确初末状态以及初末状态下各物理量的关系

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如图所示为验证查理定律的实验装置,A为烧瓶,内贮空气,B为水银压强计(两管粗细相同)。由于组装不慎,U形管左侧水银柱10cm下方有一段4cm的空气柱,左侧水银柱上表面齐标志线E。开始时烧瓶所在水槽内水温为7℃,U形管两边水银面相平。当水温升至63℃时,上下调整右边开口水银管,使左侧水银柱上表面齐标志线E。此时

(1)左侧管内空气柱变为多长?

(2)右侧管内水银面高度将升高多少?(已知大气压=76cmHg)

正确答案

(1)  3.5cm    (2)16.5cm

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简答题

一端开口的钢制圆筒在开口端放一轻活塞,活塞与筒壁摩擦及活塞重均不计,现将开口端向下竖直缓慢地放入7℃时的水中,筒底恰与水面相平时,筒静止。此时筒内气柱长1.4m,当水温升到27℃时,求筒底露出水面多高?(筒壁厚不计)

正确答案

0.1m

 

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多选题

如图所示,两端封闭、粗细均匀的U形管,两边封有理想气体,U形管处于竖直平面内,且上管置于容器A中,下管置于容器B中,设A中初温为TA,B中初温为TB,此时下管水银比上管水银长了L,若同时将A、B温度升高△T,重新稳定后,则(  )

AL可能不变

B上管气体体积一定减小

C上管气体压强一定增大

D下管气体压强一定比上管气体压强增加的多

正确答案

A,C

解析

解:设U形管竖直管中水银柱的高度为h,则PB=PA+h,假设气体体积不变;

由查理定律得:=,压强的变化量△P=P′-P=P,△T相同,

不知道两气体初温关系,因此无法判断两部分气体压强变化的大小,

两部分气体压强变化量可能相等,L不变,可能A压强增加量小,L变小,

A压强的增加量可能大于B气体压强的增加量,L变大;

气体温度升高,气体压强一定变大;故AC正确,BD错误;

故选AC.

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如图,内横截面积为S的气缸竖直放置,缸内有一可无摩擦滑动的活塞,其质量为m,最初活塞放在缸内壁固定的卡环上,将温度为T0、压强为P0/4、长为L的气体封闭在气缸内.设大气压强P0=2mg/S,现对缸内气体加热,

(1)要使活塞刚好离开卡环,气体的温度应升到多大.

(2)气体温度升到10T0时,缸内气体的长度L1多大.

正确答案

(1)   6To      (2)   1.67L

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简答题

有人设计了一种测温装置,其结构如图8-2-7所示,玻璃泡A内封有一定量气体,与A相连的B管插在水银槽中,管内水银面的高度x即可反映泡内气体的温度,即环境温度,并可由B管上的刻度直接读出.设B管的体积与A泡的体积相比可略去不计.在1标准大气压下对B管进行温度刻度(1标准大气压相当于76 cmHg的压强).已知当温度t1="27" ℃时,管内水银面高度x1="16" cm,此高度即为27 ℃的刻度线,问t="0" ℃的刻度线在何处?

图8-2-7

正确答案

21.4 cm.

应选玻璃泡A内的一定量的气体为研究对象,由于B管的体积略去不计,温度变化时A内气体经历的是一个等容过程.

(1)玻璃泡A内气体的初始状态:

T1="300" K,p1=(76-16) cmHg="60" cmHg

末态即t="0" ℃的状态:

T0="273" K,p=?

由查理定律得

p=p1=×60 cmHg="54.6" cmHg

所以t="0" ℃时水银面高度,即刻度线的位置是

x0=(76-54.6) cm="21.4" cm.

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简答题

.对于一定质量的理想气体,有两个状态A(p1,V1)、B(p2,V2),如图所示.它们对应的温度分别为T1、T2.且T1≠T2,图中的曲线为等温线.请你利用理想气体实验定律证明:,要求在图上标出与证明过程相应的状态变化图线.

正确答案

P1V1/T1= P2 V2/T2

由状态A到状态C遵循玻意耳定律

P1V1 = P2V3------------------------------------------------①

由状态C到状态B遵循盖-吕萨克定律

V3/T1=V2/T2------------------------------------------------②

①式除以T1与②式乘以P2联立得

P1V1/T1= P2 V2/T2

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简答题

【选修3-3选做题】

如图所示,一定质量的理想气体从状态A变化到状态B,再由B变化到C。已知状态A的温度为300K。

(1)求气体在状态B的温度;

(2)由状态B变化到状态C的过程中,气体是吸热还是放热?简要说明理由。

正确答案

解:(1)由理想气体的状态方程

得气体在状态B的温度

(2)由状态B→C,气体做等容变化,由查理定律得:

故气体由B到C为等容变化,不做功,但温度降低,内能减小。根据热力学第一定律,,可知气体要放热

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