2024高考物理一輪復習考點攻破訓練——氣體實驗定律的應(yīng)用練習含解析教科版-試卷下載-教習網(wǎng)

圖1
(1)該溫度計最大刻度值是多少？若忽略吸管中水柱產(chǎn)生的壓強，溫度達最大刻度值時，瓶內(nèi)水的體積占瓶容積的比例為多大？
(2)若考慮吸管中水柱產(chǎn)生壓強對瓶內(nèi)封閉氣體體積的影響，實際的80℃溫度線應(yīng)比吸管上80℃刻線位置________(選填“高”或“低”)．
2．(2023·廣東揭陽市下學期第二次模擬)如圖2所示，大氣壓強恒為p0，用橫截面積為S的可動水平活塞將一定質(zhì)量的理想氣體密封于懸掛在天花板上的汽缸中，活塞的質(zhì)量為m＝eq \f(p0S,10g).當環(huán)境的熱力學溫度為T0時，活塞與汽缸底部的高度差為h0.由于環(huán)境溫度緩慢降低，活塞緩慢向上移動，降至某一值時，活塞向上移動了0.25h0.已知密封氣體的內(nèi)能U與熱力學溫度T的關(guān)系為U＝kT(k為正常數(shù))，汽缸導熱良好，與活塞間的摩擦不計，重力加速度為g，求此過程中：
圖2
(1)活塞緩慢向上移動距離0.25h0時氣體的溫度；
(2)密封氣體向外界放出的熱量．
3．(2023·河北中原名校聯(lián)盟下學期聯(lián)考)如圖3所示，絕熱性能良好的汽缸開口向上，缸中用絕熱性能良好的活塞封閉一段氣體，氣柱的長為h，活塞與汽缸內(nèi)壁無摩擦且氣密性良好，活塞的質(zhì)量為m，橫截面積為S，大氣壓強為p0，開始時缸中氣體的溫度為T0，重力加速度為g.
圖3
(1)若在汽缸上放一個質(zhì)量為m的物塊，再給缸中氣體加熱，使氣柱長仍為h，則加熱后氣體的溫度為多少？
(2)若只給缸中氣體緩慢加熱，當氣體溫度為2T0時，電熱絲產(chǎn)生的熱量為Q，則氣體的內(nèi)能增加多少？
4．(2023·廣東深圳市調(diào)研)如圖4所示，為了測量某剛性導熱容器A的容積，將細管把它與水平固定的導熱汽缸B相連，汽缸中活塞的橫截面積S＝100cm2.初始時，環(huán)境溫度T＝300K，活塞離缸底距離d＝40cm.現(xiàn)用水平向左的力F緩慢推活塞，當F＝1.0×103N時，活塞離缸底距離d′＝10cm.已知大氣壓強p0＝1.0×105Pa.不計一切摩擦，整個裝置氣密性良好，T＝(t＋273) K．求：
圖4
(1)容器A的容積VA；
(2)保持力F＝1.0×103N不變，當外界溫度緩慢變化時，活塞向缸底緩慢移動了Δd＝3cm時，此時環(huán)境溫度為多少攝氏度？
5．(2023·湖北武漢市四月調(diào)研)有一只一端開口的L形玻璃管，其豎直管的橫截面積是水平管橫截面積的2倍，水平管長為90cm，豎直管長為8cm，在水平管內(nèi)有一段長為10cm的水銀封閉著一段長為80cm的空氣柱如圖5所示．已知氣柱的溫度為27℃，大氣壓強為
75cmHg，管長遠大于管的直徑．
圖5
(1)現(xiàn)對氣體緩慢加熱，當溫度上升到多少時，水平管中恰好無水銀柱？
(2)保持(1)中的溫度不變，將玻璃管以水平管為軸緩慢旋轉(zhuǎn)180°，使其開口向下．求穩(wěn)定后封閉部分氣體壓強．
答案精析
1．(1)87℃ eq \f(2,5) (2)低
解析 (1)Δt＝57℃－27℃＝30℃對應(yīng)6cm，吸管長度為12cm，則由刻度辦法知，最大量程為27℃＋2×30℃＝87℃
T1＝300K，V1＝eq \f(V,2)
由題意知，被封閉氣體做等壓變化
則eq \f(V1,T1)＝eq \f(V2,T2) 得：eq \f(V1,T1)＝eq \f(ΔV,ΔT)
87℃時，被封閉氣體體積增大：ΔV＝eq \f(V,10)
此時瓶內(nèi)水的體積為瓶容積的eq \f(2,5).
(2)若考慮吸管中水柱產(chǎn)生壓強對瓶內(nèi)封閉氣體體積的影響，則封閉氣體的壓強小于外界壓強，根據(jù)eq \f(p1,T1)＝eq \f(p2,T)可知，實際的80℃溫度線應(yīng)比吸管上80℃刻線位置低．
2．(1)eq \f(3,4)T0 (2)eq \f(1,4)kT0＋eq \f(9p0Sh0,40)
解析 (1)由蓋－呂薩克定律，得：eq \f(h0S,T0)＝eq \f(?h0－0.25h0?S,T)
解得：T＝eq \f(3,4)T0.
(2)此過程，氣體內(nèi)能的變化量：ΔU＝kT－kT0
外界對氣體做的功：W＝pSΔh
其中：pS＝p0S－mg，Δh＝0.25h0
由熱力學第一定律，得：ΔU＝Q＋W
聯(lián)立解得：Q＝－eq \f(1,4)kT0－eq \f(9p0Sh0,40)
即密封氣體向外界放出的熱量：Q＝eq \f(1,4)kT0＋eq \f(9p0Sh0,40).
3．(1)eq \f(p0S＋2mg,p2S＋mg)T0 (2)Q－p0Sh－mgh
解析 (1)沒有放物塊時，缸內(nèi)氣體的壓強為
p1＝p0＋eq \f(mg,S)
放一個質(zhì)量為m的物塊后，缸內(nèi)氣體的壓強為
p2＝p0＋eq \f(2mg,S)
則有eq \f(p1,T0)＝eq \f(p2,T2)
解得T2＝eq \f(p0S＋2mg,p0S＋mg)T0.
(2)若只給缸內(nèi)氣體緩慢加熱，氣體發(fā)生等壓變化，當氣體溫度為2T0時，設(shè)活塞上升的高度為H，則有
eq \f(hS,T0)＝eq \f(?H＋h?S,2T0)
解得H＝h
此過程氣體對外做功
W＝p1Sh＝(p0＋eq \f(mg,S))Sh＝p0Sh＋mgh
根據(jù)熱力學第一定律，氣體內(nèi)能的增加量為
ΔE＝Q－W＝Q－p0Sh－mgh.
4．(1)2L (2)－3℃
解析 (1)由題意，汽缸和容器內(nèi)所有氣體先做等溫變化有：p1V1＝p2V2
其中壓縮前：p1＝p0，V1＝VA＋dS
壓縮后：p2＝p0＋eq \f(F,S)，V2＝VA＋d′S
代入數(shù)據(jù)，解得VA＝2L.
(2)依題意，接著做等壓變化，有：eq \f(V2,T2)＝eq \f(V3,T3)
其中變化前：T2＝T
變化后：V3＝V2－Δd·S，T3＝t3＋273
代入數(shù)據(jù)，解得t3＝－3℃.
5．(1)360K (2)72cmHg
解析 (1)以封閉氣體為研究對象，設(shè)水平管的橫截面積為S，則p1＝75cmHg，V1＝80Scm3，T1＝300K；p2＝80cmHg，V2＝90Scm3，由理想氣體的狀態(tài)方程：eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2)
解得T2＝360K.
(2)玻璃管旋轉(zhuǎn)180°后，設(shè)粗管中的水銀長度為xcm，則細管中的水銀長度為(10－2x) cm；
p3＝(75－x) cmHg，V3＝[90－(10－2x)]Scm3
由玻意耳定律：p2V2＝p3V3
則x無解，水銀從粗管逸出，
設(shè)粗管中剩下的水銀長lcm；p3′＝(75－l)cmHg
V3′＝[90＋2(8－l)]Scm3
由玻意耳定律：p2V2＝p3′V3′
解得l＝3cm
所以氣體的壓強p3′＝(75－l)cmHg＝72cmHg.