第十五章　第5課時　專題強化：理想氣體的變質(zhì)量問題-2025年高中物理大一輪復習

第5課時專題強化：理想氣體的變質(zhì)量問題目標要求1.能夠通過合理選擇研究對象，將充氣、抽氣、灌裝、漏氣等變質(zhì)量問題轉(zhuǎn)化為一定質(zhì)量的氣體問題，培養(yǎng)建模能力。2.能夠解決混合氣體問題，培養(yǎng)科學思維能力。1.充氣問題選擇原有氣體和即將充入的氣體整體作為研究對象，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研究對象，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小容器中的氣體整體作為研究對象，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研究對象，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。例1(2023·廣東惠州市一模)某同學自行車輪胎的參數(shù)如圖所示，輪胎容積V＝3L。由于輪胎氣門芯漏氣，使胎內(nèi)外氣壓相同。該同學換了氣門芯后給輪胎充氣，打氣筒每次能將V0＝1L的空氣打入輪胎中，早晨打氣時氣溫為27℃，不計充氣過程中輪胎容積和氣體溫度的變化，空氣可看成理想氣體，大氣壓p0＝1.0×105Pa。若中午室外氣溫升到37℃，要保證自行車中午放置在室外時不爆胎(即不超過胎內(nèi)氣壓允許的最大值)，該同學早上最多能給輪胎充氣多少次。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例2(2023·湖南卷·13)汽車剎車助力裝置能有效為駕駛員踩剎車省力。如圖，剎車助力裝置可簡化為助力氣室和抽氣氣室等部分構(gòu)成，連桿AB與助力活塞固定為一體，駕駛員踩剎車時，在連桿AB上施加水平力推動液壓泵實現(xiàn)剎車。助力氣室與抽氣氣室用細管連接，通過抽氣降低助力氣室壓強，利用大氣壓與助力氣室的壓強差實現(xiàn)剎車助力。每次抽氣時，K1打開，K2閉合，抽氣活塞在外力作用下從抽氣氣室最下端向上運動，助力氣室中的氣體充滿抽氣氣室，達到兩氣室壓強相等；然后，K1閉合，K2打開，抽氣活塞向下運動，抽氣氣室中的全部氣體從K2排出，完成一次抽氣過程。已知助力氣室容積為V0，初始壓強等于外部大氣壓強p0，助力活塞橫截面積為S，抽氣氣室的容積為V1。假設(shè)抽氣過程中，助力活塞保持不動，氣體可視為理想氣體，溫度保持不變。(1)求第1次抽氣之后助力氣室內(nèi)的壓強p1；(2)第n次抽氣后，求該剎車助力裝置為駕駛員省力的大小ΔF。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例3(2023·廣東廣州市三模)現(xiàn)代瓷器的燒制通常采用電熱窯爐。如圖是窯爐的簡圖，上方有一單向排氣閥，當窯內(nèi)氣壓升高到2.4p0(p0為大氣壓強)時，排氣閥才會開啟。某次燒制過程，初始時窯內(nèi)溫度為27℃，窯內(nèi)氣體體積為V0，壓強為p0。(1)求窯內(nèi)溫度為387℃時窯內(nèi)氣體的壓強；(2)求窯內(nèi)溫度為927℃時，排出氣體質(zhì)量與窯內(nèi)原有氣體質(zhì)量的比值。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________充入氣體或排出氣體屬于變質(zhì)量問題，一般選充入后或排出前所有氣體為研究對象，把變質(zhì)量轉(zhuǎn)化為一定質(zhì)量的理想氣體進行研究，從而直接應用氣體實驗定律列方程求解。求充入或排出氣體的質(zhì)量與總質(zhì)量之比，也就是求充入或排出氣體的體積與總體積之比。例4(2023·廣西南寧三中二模)我國發(fā)射的問天實驗艙包括工作艙、氣閘艙、資源艙三部分。工作艙容積V工＝60m3。通過艙門A與氣閘艙連接，氣閘艙是供航天員進出太空的氣密性裝置，容積為V氣＝15m3，一側(cè)開有直徑1m的圓形艙門B。初始時，工作艙與氣閘艙中均有p0＝1.0×105Pa的氣體，當航天員準備從氣閘艙進入太空時，他們會先關(guān)閉艙門A，通過氣體回收裝置使氣閘艙內(nèi)氣壓降到p氣＝0.7×105Pa。假設(shè)回收的氣體都緩慢排放進工作艙，整個過程中氣體溫度不變，忽略航天員對氣體的影響。求：(1)換氣結(jié)束后，工作艙中的氣體壓強(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)；(2)艙門B受到的壓力，并為航天員能夠順利進入太空提出一條合理化建議。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________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