訓(xùn)練二十六 氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用-備戰(zhàn)2024年高考物理一輪復(fù)習(xí)專題復(fù)習(xí)與訓(xùn)練原卷版

訓(xùn)練二十六氣體試驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用題型一玻璃管液封模型學(xué)問梳理1．氣體試驗(yàn)定律及抱負(fù)氣體狀態(tài)方程抱負(fù)氣體狀態(tài)方程：eq\f(pV,T)＝Ceq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(當(dāng)T肯定時(shí)，p1V1＝p2V2,當(dāng)p肯定時(shí)，\f(V1,T1)＝\f(V2,T2),當(dāng)V肯定時(shí)，\f(p1,T1)＝\f(p2,T2)))2．玻璃管液封模型求液柱封閉的氣體壓強(qiáng)時(shí)，一般以液柱為爭辯對象分析受力、列平衡方程求解，要留意：(1)液體因重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)為p＝ρgh(其中h為液體的豎直高度)；(2)不要漏掉大氣壓強(qiáng)，同時(shí)又要平衡掉某些氣體產(chǎn)生的壓力；(3)有時(shí)留意應(yīng)用連通器原理——連通器內(nèi)靜止的液體，同一液體在同一水平面上各處壓強(qiáng)相等；(4)當(dāng)液體為水銀時(shí)，可機(jī)敏應(yīng)用壓強(qiáng)單位“cmHg”，使計(jì)算過程簡捷．考向1單獨(dú)氣體例1如圖所示，一粗細(xì)均勻、長度為L＝1.0m、導(dǎo)熱性能良好的細(xì)玻璃管豎直放置，下端封閉，上端開口．長度為d＝0.50m的水銀柱將長度為L0＝0.50m的空氣柱(可視為抱負(fù)氣體)封閉在玻璃管底部，大氣壓強(qiáng)p0＝75cmHg，管內(nèi)空氣的初始溫度為t0＝27℃，熱力學(xué)溫度與攝氏溫度之間的關(guān)系為T＝(t＋273)K.(1)若緩慢上升管內(nèi)氣體的溫度，當(dāng)溫度為T1時(shí)，管內(nèi)水銀恰好有一半溢出，求T1的大??；(2)若保持管內(nèi)空氣溫度不變，緩慢傾斜玻璃管，當(dāng)玻璃管與水平面間的夾角為θ時(shí)，管內(nèi)水銀恰好有一半溢出，求sinθ的值．考向2關(guān)聯(lián)氣體例2(2023·河北石家莊市模擬)如圖所示，豎直放置、導(dǎo)熱性能良好的U形玻璃管截面均勻，左端開口，右端封閉，左右管內(nèi)用長度分別為h1＝5cm、h2＝10cm的水銀柱封閉兩段氣體a、b.氣體a的長度La＝15cm，氣體b的長度Lb＝20cm，最初環(huán)境溫度T1＝300K時(shí)，兩水銀柱下表面齊平．現(xiàn)緩慢上升環(huán)境溫度，直至兩段水銀柱的上表面齊平．已知大氣壓強(qiáng)為75cmHg，右側(cè)水銀柱未進(jìn)入U(xiǎn)形玻璃管的水平部分，兩段氣體均可視為抱負(fù)氣體．求：(1)兩段水銀柱的下表面齊平常氣體b的壓強(qiáng)；(2)兩段水銀柱的上表面齊平常環(huán)境的溫度T2.題型二汽缸活塞類模型學(xué)問梳理1．解題的一般思路(1)確定爭辯對象爭辯對象分兩類：①熱學(xué)爭辯對象(肯定質(zhì)量的抱負(fù)氣體)；②力學(xué)爭辯對象(汽缸、活塞或某系統(tǒng))．(2)分析物理過程①對熱學(xué)爭辯對象分析清楚初、末狀態(tài)及狀態(tài)變化過程，依據(jù)氣體試驗(yàn)定律列出方程．②對力學(xué)爭辯對象要正確地進(jìn)行受力分析，依據(jù)力學(xué)規(guī)律列出方程．(3)挖掘題目的隱含條件，如幾何關(guān)系等，列出幫助方程．(4)多個(gè)方程聯(lián)立求解．留意檢驗(yàn)求解結(jié)果的合理性．2．兩個(gè)或多個(gè)汽缸封閉著幾部分氣體，并且汽缸之間相互關(guān)聯(lián)的問題，解答時(shí)應(yīng)分別爭辯各部分氣體，找出它們各自遵循的規(guī)律，并寫出相應(yīng)的方程，還要寫出各部分氣體之間壓強(qiáng)或體積的關(guān)系式，最終聯(lián)立求解．考向1單獨(dú)氣體例3如圖所示，內(nèi)壁光滑的薄壁圓柱形導(dǎo)熱汽缸開口朝下，汽缸高度為h，橫截面積為S.汽缸開口處有一厚度可忽視不計(jì)的活塞．缸內(nèi)封閉了壓強(qiáng)為2p0的抱負(fù)氣體．已知此時(shí)外部環(huán)境的熱力學(xué)溫度為T0，大氣壓強(qiáng)為p0，活塞的質(zhì)量為eq\f(2p0S,g)，g為重力加速度．(1)若把汽缸放置到熱力學(xué)溫度比外部環(huán)境低eq\f(1,10)T0的冷庫中，穩(wěn)定時(shí)活塞位置不變，求穩(wěn)定時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)；(2)若把汽缸緩緩倒置，使開口朝上，環(huán)境溫度不變，求穩(wěn)定時(shí)活塞到汽缸底部的距離．考向2關(guān)聯(lián)氣體例4(2022·河北卷·15(2))水平放置的氣體阻尼器模型截面如圖所示，汽缸中間有一固定隔板，將汽缸內(nèi)肯定質(zhì)量的某種抱負(fù)氣體分為兩部分，“H”型連桿活塞的剛性連桿從隔板中心圓孔穿過，連桿與隔板之間密封良好．設(shè)汽缸內(nèi)、外壓強(qiáng)均為大氣壓強(qiáng)p0.活塞面積為S，隔板兩側(cè)氣體體積均為SL0，各接觸面光滑．連桿的截面積忽視不計(jì)．現(xiàn)將整個(gè)裝置緩慢旋轉(zhuǎn)至豎直方向，穩(wěn)定后，上部氣體的體積為原來的eq\f(1,2)，設(shè)整個(gè)過程溫度保持不變，求：(1)此時(shí)上、下部分氣體的壓強(qiáng)；(2)“H”型連桿活塞的質(zhì)量(重力加速度大小為g)．題型三變質(zhì)量氣體模型學(xué)問梳理1．充氣問題選擇原有氣體和即將充入的氣體整體作為爭辯對象，就可把充氣過程中氣體質(zhì)量變化問題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量氣體問題．2．抽氣問題選擇每次抽氣過程中抽出的氣體和剩余氣體整體作為爭辯對象，抽氣過程可以看成質(zhì)量不變的等溫膨脹過程．3．灌氣分裝把大容器中的剩余氣體和多個(gè)小容器中的氣體整體作為爭辯對象，可將變質(zhì)量問題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量問題．4．漏氣問題選容器內(nèi)剩余氣體和漏出氣體整體作為爭辯對象，便可使漏氣過程中氣體質(zhì)量變化問題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量氣體問題．考向1充氣、抽氣問題例5(2021·山東卷·4)血壓儀由加壓氣囊、臂帶、壓強(qiáng)計(jì)等構(gòu)成，如圖所示．加壓氣囊可將外界空氣充入臂帶，壓強(qiáng)計(jì)示數(shù)為臂帶內(nèi)氣體的壓強(qiáng)高于大氣壓強(qiáng)的數(shù)值，充氣前臂帶內(nèi)氣體壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)，體積為V；每次擠壓氣囊都能將60cm3的外界空氣充入臂帶中，經(jīng)5次充氣后，臂帶內(nèi)氣體體積變?yōu)?V，壓強(qiáng)計(jì)示數(shù)為150mmHg.已知大氣壓強(qiáng)等于750mmHg，氣體溫度不變．忽視細(xì)管和壓強(qiáng)計(jì)內(nèi)的氣體體積．則V等于()A．30cm3B．40cm3C．50cm3D．60cm3變式訓(xùn)練1(2023·河北唐山市高三檢測)2021年11月8日，神舟十三號的三名宇航員在相互協(xié)作下圓滿完成從空間站到太空的出艙任務(wù)，宇航員出艙時(shí)，要穿出艙航天服，從太空艙進(jìn)入到氣閘艙，示意圖如圖所示，關(guān)閉太空艙艙門，將氣閘艙中氣體緩慢抽出，壓強(qiáng)漸漸減小到真空，再打開氣閘艙艙門，從氣閘艙進(jìn)入到艙外活動．已知?dú)忾l艙中氣體的初始壓強(qiáng)為105Pa，給航天員一個(gè)適應(yīng)過程．在第一階段降壓過程中，求：(1)若氣閘艙的溫度保持不變，要抽出105Pa壓強(qiáng)下多少m3的氣體；(2)若氣閘艙溫度變?yōu)?90K，氣閘艙內(nèi)存留氣體與原來氣體在105Pa壓強(qiáng)下的體積比．(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)考向2灌氣分裝例6某市醫(yī)療物資緊缺，需要從北方調(diào)用大批大鋼瓶氧氣(如圖)，每個(gè)鋼瓶內(nèi)體積為40L，在北方時(shí)測得大鋼瓶內(nèi)氧氣壓強(qiáng)為1.2×107Pa，溫度為7℃，長途運(yùn)輸?shù)皆撌嗅t(yī)院檢測時(shí)測得大鋼瓶內(nèi)氧氣壓強(qiáng)為1.26×107Pa.在醫(yī)院實(shí)際使用過程中，先用小鋼瓶(加抽氣機(jī))緩慢分裝，然后供病人使用，小鋼瓶體積為10L，分裝后每個(gè)小鋼瓶內(nèi)氧氣壓強(qiáng)為4×105Pa，要求大鋼瓶內(nèi)壓強(qiáng)降到2×105Pa時(shí)就停止分裝．不計(jì)運(yùn)輸過程中和分裝過程中氧氣的泄漏，求：(1)在該市檢測時(shí)大鋼瓶所處環(huán)境溫度為多少攝氏度；(2)一個(gè)大鋼瓶可分裝多少小鋼瓶供病人使用．強(qiáng)基固本練(1)當(dāng)夾層中空氣的溫度升至37℃，求此時(shí)夾層中空氣的壓強(qiáng)；(2)當(dāng)保溫杯外層消滅裂隙，靜置足夠長時(shí)間，求夾層中增加的空氣質(zhì)量與原有空氣質(zhì)量的比值，設(shè)環(huán)境溫度為27℃，大氣壓強(qiáng)為1.0×105Pa.2．(2020·全國卷Ⅲ·33(2))如圖，兩側(cè)粗細(xì)均勻、橫截面積相等、高度均為H＝18cm的U形管，左管上端封閉，右管上端開口．右管中有高h(yuǎn)0＝4cm的水銀柱，水銀柱上表面離管口的距離l＝12cm.管底水平段的體積可忽視．環(huán)境溫度為T1＝283K．大氣壓強(qiáng)p0＝76cmHg.(1)現(xiàn)從右側(cè)端口緩慢注入水銀(與原水銀柱之間無氣隙)，恰好使水銀柱下端到達(dá)右管底部．此時(shí)水銀柱的高度為多少？(2)再將左管中密封氣體緩慢加熱，使水銀柱上表面恰與右管口平齊，此時(shí)密封氣體的溫度為多少？3.豎直放置的一粗細(xì)均勻的U形細(xì)玻璃管中，兩邊分別灌有水銀，水平部分有質(zhì)量肯定的空氣柱(可視為抱負(fù)氣體)，各部分長度如圖所示，單位為cm.現(xiàn)將管的右端封閉，從左管口緩慢倒入水銀，恰好使水平部分右端的水銀全部進(jìn)入右管中．已知大氣壓強(qiáng)p0＝75cmHg，環(huán)境溫度不變，左管足夠長．求：(1)此時(shí)右管封閉氣體的壓強(qiáng)；(2)左管中需要倒入水銀柱的長度．4.(2022·全國甲卷·33(2))如圖，容積均為V0、缸壁可導(dǎo)熱的A、B兩汽缸放置在壓強(qiáng)為p0、溫度為T0的環(huán)境中；兩汽缸的底部通過細(xì)管連通，A汽缸的頂部通過開口C與外界相通；汽缸內(nèi)的兩活塞將缸內(nèi)氣體分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分，其中第Ⅱ、Ⅲ部分的體積分別為eq\f(1,8)V0和eq\f(1,4)V0.環(huán)境壓強(qiáng)保持不變，不計(jì)活塞的質(zhì)量和體積，忽視摩擦．(1)將環(huán)境溫度緩慢上升，求B汽缸中的活塞剛到達(dá)汽缸底部時(shí)的溫度；(2)將環(huán)境溫度緩慢轉(zhuǎn)變至2T0，然后用氣泵從開口C向汽缸內(nèi)緩慢注入氣體，求A汽缸中的活塞到達(dá)汽缸底部后，B汽缸內(nèi)第Ⅳ部分氣體的壓強(qiáng)．5.(2023·山東菏澤市模擬)試驗(yàn)室有帶閥門的儲氣罐A、B，它們的大小、外形不同，導(dǎo)熱性能良好，裝有同種氣體，在溫度為27℃時(shí)的壓強(qiáng)均為p0.為了測量兩儲氣罐的容積比k＝eq\f(VA,VB).現(xiàn)用A罐通過細(xì)導(dǎo)氣管(容積不計(jì))對B罐充氣(如圖所示)，充氣時(shí)A罐在27℃的室溫中，把B罐放在－23℃的環(huán)境中．充氣完畢穩(wěn)定后，關(guān)閉閥門，撤去導(dǎo)氣管，測得B罐中的氣體在溫度為27℃時(shí)的壓強(qiáng)達(dá)到1.1p0.已知充氣過程中A罐中的氣體溫度始終不變，且各處氣密性良好．求：(1)充氣完畢時(shí)A中的氣體壓強(qiáng)；(2)容積比k.6.(2022·山東卷·15)某些魚類通過調(diào)整體內(nèi)魚鰾的體積實(shí)現(xiàn)浮沉．如圖所示，魚鰾結(jié)構(gòu)可簡化為通過閥門相連的A、B兩個(gè)密閉氣室，A室壁厚、可認(rèn)為體積