2026届高考物理一轮复习课件 第十五章 第4讲 小专题 气体的变质量问题

这是一份2026届高考物理一轮复习课件 第十五章 第4讲 小专题 气体的变质量问题，共40页。PPT课件主要包含了规范答题，答案14，方法总结，满分50分，课时作业，基础对点练，对点1充气问题，综合提升练等内容，欢迎下载使用。
在解决气体状态变化的问题时,经常会遇到状态变化中某物质的量变化的情况,如充气、抽气问题,气体分装问题,气体泄漏问题,这些问题中气体的质量及状态参量因不同部分、不同时刻而发生变化,处理问题时一般不能直接套用实验定律或状态方程,一般将变质量问题转化为定质量问题。(1)将混合前(或分开后)的两部分或几部分不同压强、温度的气体分别转化为相同压强、温度的同一状态的气体组合在一起作为一个状态,与这些气体的另一状态由气体实验定律或状态方程列式求解。
(2)克拉珀龙方程及其应用。
③使用条件。分态式方程和密度式方程只适用于同种气体问题。
[例1] 【充气问题】 (2024·安徽卷,13)某人驾驶汽车,从北京到哈尔滨,在哈尔滨发现汽车的某个轮胎内气体的压强有所下降(假设轮胎内气体的体积不变,且没有漏气,可视为理想气体)。于是在哈尔滨给该轮胎充入压强与大气压相同的空气,使其内部气体的压强恢复到出发时的压强(假设充气过程中,轮胎内气体的温度与环境相同,且保持不变)。已知该轮胎内气体的体积V0=30 L,从北京出发时,该轮胎气体的温度t1=-3 ℃,压强p1=2.7×105 Pa。哈尔滨的环境温度t2=-23 ℃,大气压强p0取1.0×105 Pa。求:
【答案】 (1)2.5×105 Pa
(1)在哈尔滨时,充气前该轮胎气体压强的大小。
(2)充进该轮胎的空气体积。
【答案】 (2)6 L
【解析】 (2)设充入气体的体积为V,对充入的气体,假设压强由p0变为p2,根据玻意耳定律有p0V=p2V′,即p2(V0+V′)=p1V0,则p2V0+p0V=p1V0,代入数据解得V=6 L。 
[例2] 【抽气问题】 (2023·湖南卷,13)汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力。如图,刹车助力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分构成,连杆AB与助力活塞固定为一体,驾驶员踩刹车时,在连杆AB上施加水平力推动液压泵实现刹车。助力气室与抽气气室用细管连接,通过抽气降低助力气室压强,利用大气压与助力气室的压强差实现刹车助力。每次抽气时,K1打开,K2闭合,抽气活塞在外力作用下从抽气气室最下端向上运动,助力气室中的气体充满抽气气室,达到两气室压强相等;然后,K1闭合,K2打开,抽气活塞向下运动,抽气气室中的全部气体从K2排出,完成一次抽气过程。已知助力气室容积为V0,初始压强等于外部大气压强p0,助力活塞横截面积为S,抽气气室的容积为V1。假设抽气过程中,助力活塞保持不动,气体可视为理想气体,温度保持不变。
(1)求第1次抽气之后助力气室内的压强p1;
(2)第n次抽气后,求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小ΔF。
[例3] 【气体分装问题】 (2025·河南阶段练习)如图所示,容积为5 L的氧气袋广泛用于野外病人急救。若原本真空且容积为5 L的氧气袋是由医用钢瓶内的氧气分装的,已知某型号医用钢瓶容积为10 L,贮有压强为3.6×106 Pa的氧气,充气后的氧气袋中氧气压强都是1.2×106 Pa,设充气过程不漏气,环境温度不变。求:
【解析】 (1)对分装前钢瓶内氧气,其体积V1=10 L,压强p1=3.6×106 Pa,设分装为n个氧气袋,氧气袋体积为V0,则分装后体积V2=(V1+nV0),压强p2=1.2×106 Pa,分装过程温度不变,根据玻意耳定律有p1V1=p2V2,代入数据解得n=4。
(1)一医用钢瓶最多可分装多少个氧气袋;
(2)病人用后,氧气袋内气压降至1.0×106 Pa,用去的氧气质量与原来气体总质量之比(结果可以用分数表示)。
充入气体或排出气体属于变质量问题,一般选充入后或排出前所有气体为研究对象,把变质量转化为一定质量的理想气体进行研究,从而直接应用气体实验定律列方程求解。求充入或排出气体的质量与总质量之比,也就是求相同压强下充入或排出气体的体积与总体积之比。
[例4] 【漏气问题,克拉珀龙方程的应用】 (2023·全国甲卷,33)一高压舱内气体的压强为1.2个大气压,温度为17 ℃,密度为1.46 kg/m3。(1)升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变,求气体温度升至27 ℃时,高压舱内气体的密度;
【答案】 (1)1.41 kg/m3
(2)保持温度27 ℃不变,再释放出舱内部分气体使舱内压强降至1.0个大气压,求舱内气体的密度。
【答案】 (2)1.18 kg/m3
[A] 5次[B] 7次[C] 10次[D] 15次
对点2.抽气问题2.(4分)(2025·湖南张家界模拟)钢瓶中装有一定质量的气体,现在用两种方法抽钢瓶中的气体。第一种方法是用容积为1 L的小抽气机,共抽取两次;第二种方法是用容积为2 L的大抽气机抽取一次,抽气过程温度不变。两种抽法中,抽取气体质量较大的是(　　)[A] 第一种抽法[B] 第二种抽法[C] 两种抽法抽出的气体质量一样大[D] 无法判断
3.(12分)(2025·贵州六盘水阶段练习)A、B两个容器体积均为V,C是用活塞密封的气筒,它的工作体积为0.5V。C与A、B通过两只单向气阀a、b相连;当气筒C抽气时气阀a打开、b关闭;当气筒打气时气阀b打开、a关闭。最初A、B两容器内气体的压强均为大气压强p0,活塞位于气筒C的最右侧。(气筒与容器连接部分的气体体积忽略不计,整个装置温度保持不变,气体可视为理想气体)
(1)求以工作体积完成第1次抽气后,容器A内气体的压强p1;
(2)现在让气筒以工作体积完成抽气、打气各两次,求第1次打气后与第2次打气后容器B内气体压强之比。
【答案】 (2)6∶7
对点3.气体分装问题4.(4分)现有一个容积为400 L的医用氧气罐,内部气体可视为理想气体,压强为15 MPa,为了使用方便,用一批相同规格的小型氧气瓶(瓶内视为真空)进行分装,发现恰好能装满40个小氧气瓶,分装完成后原医用氧气罐及每个小氧气瓶内气体的压强均为3 MPa,不考虑分装过程中温度的变化,则每个小氧气瓶的容积为(　　)[A] 20 L [B] 40 L[C] 50 L[D] 60 L
【解析】 设每个小氧气瓶的容积为V0,以医用氧气罐中所有氧气为研究对象,初状态参量p1=15 MPa,V1=400 L;末状态参量p2=3 MPa,V2=40V0+400 L;根据玻意耳定律有p1V1=p2V2,代入数据得V0=40 L,故B正确。
对点4.漏气问题5.(6分)(2024·广西柳州阶段练习)(多选)如图所示为便携式登山氧气瓶,氧气瓶通过细管和上端封闭的细玻璃管相连,玻璃管内用很短的一段水银柱(质量不计)在玻璃管上方封闭了一段气柱,已知标准大气压强为p0。开始时氧气瓶内氧气压强为10p0,上方封闭气柱长度为8 cm,随着氧气的使用,水银柱逐渐下降,通过下降的距离可以读出氧气瓶内剩余氧气的质量与原来氧气质量的比值。使用一段时间后,发现水银柱下降了4 cm,使用过程中环境温度不变,则此时(　 　)
6.(4分)(2025·安徽宣城模拟)小明同学在探究查理定律的实验中,先后用粗细不同的两个试管甲、乙在相同外界环境下封闭了质量不同、体积不同(V甲>V乙)的空气,在保持各自体积不变的条件下改变温度,测出了其对应的压强,并将得到的气体的压强p与摄氏温度t的数据在同一p-t坐标系中作图,得到的图像应是图中的(　　)
[A] [B] [C] [D]
(1)当气罐内气体压强降为4p0时气泵启动对气罐充气,当充气结束时,求气泵共向气罐内泵入压强为p0的空气体积ΔV;
【答案】 (1)25 L
【解析】 (1)气罐充气前,其内气体压强为4p0,充气后气罐内气体压强为6.5p0,充气过程为等温变化,根据气体分态式方程有p0ΔV+4p0V0=6.5p0V0,解得ΔV=25 L。
(2)通过计算说明充气结束后能否用气钉枪正常射出150个钉子。