专题3.1 理想气体实验定律的应用-2023年高考物理靶向专项强化训练（三大题型+冲刺模拟）

2023年高考物理靶向专项强化训练

专题3.1 理想气体实验定律的应用

1．2021年11月7日“神十三”宇航员王亚平，身穿厚厚的航天服出舱活动，成为我国首位太空行走的的女宇航员。航天服由6层组成，其中的一层是“气密限制层”，在层内封闭一定质量的气体。可以使宇航员的身体周围保持一定压力。气密限制层外面是“隔热层”，可以防止温度过冷或者过热。假如在地面时航天服内气压为一个标准大气压，气体体积为2L，温度为27℃，进入太空后，宇航员穿着航天服出舱后，由于外部气压低，航天服急剧膨胀，气体体积变为4L，温度降为7℃，航天服可视为封闭系统，内部气体可视为理想气体（T=t+273K）。

（1）求航天员进入太空，出舱较长时间后，航天服内的气体压强。（结果保留2位有效数字）

（2）若在地面上开启航天服封闭系统向航天服内充气，使航天服内气压达到标准大气压的90%，体积变为4L，则需补充温度为27℃、一个标准大气压的气体多少升?（结果保留2位有效数字）

（3）已知气体在0℃、1105Pa时的摩尔体积为22.4L/mol，阿伏伽德罗常数，求气密限制层内气体的分子数。（结果保留1位有效数字）

2．如图1所示是真空搬运机搬运货物的过程。真空搬运机吸盘的吸取、提升、下降和释放都是通过控制一个轻便灵活的摆杆来实现的，体现了人体工程学设计的轻便、安全和高效的特点。真空搬运机原理如图2所示，下面是要吸取的工件A，真空吸盘B空腔容积为V。抽气机通过通气口C抽气。假设真空吸盘内的气体均为理想气体，抽气过程中气体温度不变，外界大气压强为p0（真空吸盘边缘与工件接触部分不计，重力加速度）。

（1）假设真空吸盘在抽气过程中空腔的容积几乎不变，而在工作时空腔里的实际压强是，求吸盘空腔中被抽去的气体质量和原来的气体质量之比；

（2）如果所吸工件的质量为1t，求真空吸盘的最小面积。

3．三星堆考古引发的关注热潮，让考古再次走进大众视线。除了常见的陆地考古外，更让人惊喜的是水下考古打捞和发掘。水下考古困难更多，有些文物出水后，因为受到压力变小，也会变形，或出现裂缝，打捞前需要临时存放于压力容器内，模拟水底的压力环境。如图，某文物在水下深处，文物已存放在压力容器中，容器用被锁定的活塞密封好，容器中除了文物和一些海水外，已充入的理想气体，气压与此处水压相等。接着缓慢将容器提起，到水面时，因容器内气体热力学温度升高了10%，文物所处环境压强也相应发生了变化。已知海水密度为，大气压强为，重力加速度。

（1）求文物打捞前和打捞到水面时所处环境的压强分别是多少？

（2）打捞到水面时，为了抵消温度升高的影响，应通过阀门将压力容器内的气体放出一些，求所放出的气体占容器内原有气体的百分比？

4．如图所示为各学校、各机关单位常用的饮用水装置。桶装水的容积为18.9L，为了取水方便，在上面装一个取水器。某次取水前桶内气体压强为，剩余水的体积为2.9L，水面距出水口的高度，取水器每下压一次打入桶里空气的体积为、压强为，求取水器下压几次后，桶中的水才能从出水口流出。（已知大气压强，水的密度，重力加速度，假设整个过程中气体温度保持不变）

5．某科研团队为了研究深海濒危鱼类保护工作，把某种生活在海面下800m深处的濒危鱼类从海里移到如图所示的两层水箱中，为使鱼存活，须给它们创造一个类似深海的压强条件。在一层水箱中有一条鱼，距离二层水箱水面的高度h＝50m，二层水箱水面上部空气的体积V＝30L，与外界大气相通。外界大气压po＝1.0×105Pa，水的密度ρ=1.0×103kg/m3，g取10m/s2。（水箱内气体温度恒定）

（1）该类濒危鱼类所需生活环境的压强为多少？

（2）为保证该濒危鱼类正常存活，须将二层水箱关闭前再打进压强为Po、体积为多少的空气？

6．如图所示，两水平放置的导热汽缸底部由管道连通，轻质活塞a、b用刚性轻杆相连，可在汽缸内无摩擦地移动，两活塞横截面积分别为和，且。缸内密封有一定质量的气体，系统处于平衡状态时，左右汽缸内气体的体积均为。已知大气压强为，环境温度为，忽略管道中的气体体积，两活塞始终未脱离汽缸。

（1）若活塞在外力作用下，使右侧汽缸内的体积减小，求稳定后缸内气体的压强。

（2）若大气压强不变，缓慢升高环境温度，使左侧汽缸内的气体体积恰好为零，求此时的环境温度。

7．如图所示，两正对且固定不动的导热汽缸，与水平面成30°角，底部由体积忽略不计的细管连通，活塞a、b用不可发生形变的轻直杆相连，不计活塞的厚度以及活塞与汽缸的摩擦，a、b两活塞的横截面积分别为S1=10 cm2、S2=20 cm2，两活塞的总质量为m=12 kg，两汽缸高度均为H=10 cm。汽缸内封闭一定质量的理想气体，系统平衡时活塞a、b到汽缸底部的距离均为L=5 cm（图中未标出）。已知大气压强为p0=1.0×105 Pa，环境温度为T0=300 K，重力加速度g取10 m/s2。若保持环境温度不变，用沿轻杆向上的力缓慢推活塞a，在活塞a由开始运动到到达汽缸底部的过程中，求推力的最大值。

8．两个完全相同的、足够深的汽缸如图所示静止放置在水平地面上，汽缸内各用一个完全相同、面积均为S的活塞分别封闭两部分理想气体A和B，两活塞中间用轻质弹簧连接。已知大气压为，两汽缸的重力均为，两活塞的重力均为，弹簧的劲度系数为，初始时上、下活塞到缸底的距离均为L，不计一切摩擦，若在上面汽缸底部施加外力缓慢提起汽缸，直至下面汽缸刚好离开地面，此过程中，气体温度保持不变，求：

（i）下面活塞上移的距离；

（ii）上面汽缸上移的距离。