新教材2023_2024学年高中物理第2章气体固体和液体习题课气体变质量问题和关联气体问题课件新人教版选择性必修第三册

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第二章习题课:气体变质量问题和关联气体问题1.气体的变质量问题的处理方法。(科学思维)2.关联气体问题的处理方法。(科学思维)重难探究·能力素养全提升目录索引 学以致用·随堂检测全达标重难探究·能力素养全提升探究点一　气体的变质量问题理想气体的四类“变质量”问题气体实验定律及理想气体状态方程的适用对象都是一定质量的理想气体,但在实际问题中,常遇到气体的变质量问题;气体的变质量问题,可以通过巧妙地选择合适的研究对象,把“变质量”问题转化为“定质量”问题,从而可以利用气体实验定律或理想气体状态方程求解,常见以下四种类型:(1)充气(打气)问题在充气(打气)时,取充进容器内的气体和容器内的原有气体为研究对象时,这些气体的质量是不变的。这样,可将“变质量”问题转化成“定质量”问题。(2)抽气问题在对容器抽气的过程中,对每一次抽气而言,气体质量发生变化,解决该类变质量问题的方法与充气(打气)问题类似:把每次抽出的气体包含在气体变化的始、末状态中,即用等效法把“变质量”问题转化为“定质量”问题。(3)灌气(气体分装)问题将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是变质量问题,分析这类问题时,可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体作为一个整体来进行研究,即可将“变质量”问题转化为“定质量”问题。(4)漏气问题容器漏气过程中气体的质量不断发生变化,属于变质量问题,如果选容器内剩余气体和漏掉的气体整体为研究对象,便可使“变质量”问题转化成“定质量”问题。【例1】 如图所示,气窑是一种以可燃性气体为能源对陶瓷泥坯进行升温烧结的设备。某次烧制前,封闭在窑内的气体压强为p0,温度为室温。为避免窑内气压过高,窑上有一个单向排气阀,当窑内气压达到2p0时,窑内气体温度为327 ℃,单向排气阀开始排气。开始排气后,气窑内气体维持2p0压强不变,窑内气体温度均匀且逐渐升高,需要的烧制温度恒定为927 ℃。求:(1)烧制前封闭在窑内气体的温度;(2)本次烧制排出气体的质量占原有气体质量的比例。解析 (1)对封闭在气窑内的气体,排气前体积不变,其中T2=t2+273 K=600 K解得T1=300 K。 (2)开始排气后,气窑内气体维持2p0压强不变,取气窑内原有气体为研究对象,T3=t3+273 K=1 200 K1.(2023安徽黄山高二月考)用容积为ΔV的活塞式抽气机对容积为V0的容器中的气体抽气,如图所示。设容器中原来的气体压强为p0,抽气过程中气体温度不变。求抽气机的活塞抽气n次后,容器中剩余气体的压强pn。解析 当活塞下压时,阀门a关闭,b打开,抽气机汽缸中ΔV体积的气体排出,容器中气体压强降为p1。活塞第二次上提(即第二次抽气),容器中气体压强降为p2。根据玻意耳定律,对于第一次抽气,有p0V0=p1(V0+ΔV)2.(2023江西抚州高二期末)如图所示的蹦蹦球是一种儿童健身玩具,小明同学在27 ℃的室内对蹦蹦球充气,已知球的体积为2 L,充气前的气压为1.0×105 Pa,充气筒每次充入1.0×105 Pa、0.2 L的气体,忽略蹦蹦球体积变化及充气过程中气体温度的变化。(1)若充气30次刚好使球充好气,求此时球内气体的压强。(2)如果室外温度为-3 ℃,将充好气的蹦蹦球拿到室外足够长的时间后,求球内气体的压强。答案 (1)4×105 Pa　(2)3.6×105 Pa 解析 (1)将30次充入的气体和球内原来的气体作为研究对象,则由题意知,初始状态p1=1.0×105 Pa,V1=2 L+0.2×30 L=8 L末状态V2=2 L设末状态压强为p2,则由玻意耳定律得p1V1=p2V2解得p2=4×105 Pa。(2)由题意知,初状态p2=4×105 PaT1=(273+27) K=300 K末状态T2=(273-3) K=270 K解得p3=3.6×105 Pa。 探究点二　关联气体问题的处理这类问题涉及两部分气体,它们之间虽然没有气体交换,但其压强或体积这些量间有一定的关系,分析清楚这些关系是解决问题的关键。解决这类问题的一般方法是:(1)分别选取每部分气体为研究对象,确定初、末状态参量,根据状态方程列式。(2)认真分析两部分气体的压强、体积之间的关系,并列出方程。(3)多个方程联立求解。【例2】 导热良好、粗细均匀的U形玻璃管竖直放置,左端封闭,右端开口。初始时,管内水银柱及空气柱长度如图所示,下方水银柱足够长且左、右两侧水银面等高。已知大气压强p0相当于75 cm水银柱产生的压强,且保持不变,环境初始温度为T1=300 K。现缓慢将玻璃管处环境温度提升至T2=350 K,此过程中水银无溢出,求:(1)右侧空气柱长度;(2)左侧管内水银面下降的高度。答案 (1)5.83 cm(2)3 cm解析 (1)设玻璃管的横截面积为S,右侧气体初状态体积V1=0.05S代入数据解得,右侧空气柱的长度L=5.83 cm。 (2)大气压强p0=0.75ρg,由图示可知,右管气体压强p右=p0+0.15ρg=0.9ρg左管初状态压强p左1=p右=0.9ρg左管初状态体积V左1=0.32S温度升高后,设左侧管内水银面下降的高度为h,左管气体末状态压强p左2=p右+2ρgh=(0.9+2h)ρg左管内气体末状态的体积V左2=(0.32+h)S代入数据解得h=3 cm。 3.(2023江苏无锡高二期末)如图所示,水平放置的绝热汽缸内有A、B两个活塞,活塞B导热良好,活塞A绝热,两活塞封闭了甲、乙两部分理想气体,活塞的横截面积为S,两个活塞与汽缸之间的滑动摩擦力均为Ff=p0S,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。初始时,活塞A到汽缸底部的距离为d,活塞A、B之间的距离也为d,活塞与汽缸之间的摩擦力都恰为0,两部分理想气体的热力学温度均为T0。外界大气压强为p0,环境温度恒为T0。现缓慢加热甲部分气体,当活塞B刚好要发生滑动时,求:(1)乙部分气体的压强;(2)甲部分气体的温度。答案 (1)2p0(2)4.5T0解析 (1)设B刚要发生滑动时,A向右移动距离x,对乙部分气体,由理想气体对活塞A受力分析可知p1S=p2S+Ff解得T1=4.5T0。学以致用·随堂检测全达标12341.(关联气体问题)光滑绝热的轻质活塞把密封的圆筒容器分成A、B两部分,这两部分充有温度相同的理想气体,平衡时VA∶VB=1∶2,现将A中气体加热到127 ℃,B中气体降低到27 ℃,待重新平衡后,这两部分气体体积之比VA'∶VB'为(　　)A.1∶1 B.2∶3C.3∶4 D.2∶1B12342.(气体变质量问题)容积为20 L的钢瓶充满氧气后,压强为150p0,打开钢瓶的阀门让氧气同时分装到容积为5 L的小瓶中,若小瓶原来是抽空的,小瓶中充气后压强为10p0,分装过程中无漏气,且温度不变,那么最多能分装(　　)A.4瓶 B.50瓶C.56瓶 D.60瓶C解析 取全部气体为研究对象,根据玻意耳定律有p1V1=p2(V1+nV2),得12343.(关联气体问题)如图所示,一上端开口、下端封闭的细长玻璃管竖直放置。玻璃管的下部封有长l1=25 cm的空气柱,中间有一段长l2=25 cm的水银柱,上部空气柱的长度l3=40 cm。已知大气压强p0相当于75 cm水银柱产生的压强。现将一活塞(图中未画出)从玻璃管开口处缓慢往下推,使管下部空气柱长度变为l1'=20 cm。假设活塞下推过程中没有漏气,则活塞下推的距离为(　　)A.5 cmB.10 cmC.15 cmD.20 cmC1234解析 在活塞下推前,玻璃管下部空气柱的压强为p1=p0+ρgl2设活塞下推后,下部空气柱的压强为p1',玻璃管的横截面积为S,由玻意耳定律得p1l1S=p1'l1'S设活塞下推距离为Δl,则此时玻璃管上部空气柱的长度为l3'=l3+l1-l1'-Δl设此时玻璃管上部空气柱的压强为p3',则p3'=p1'-ρgl2由玻意耳定律得p0l3S=p3'l3'S解得Δl=15 cm,C项正确。12344.(气体变质量问题)(2023广东肇庆高二期末)负压救护车的主要装置是车上的负压隔离舱。某负压舱容积为V0,负压隔离舱在A地时,舱内气体质量为m,温度为T0,隔离舱内负压为Δp(即舱内压强比外界大气压低Δp)。负压救护车行至B地时,气温下降ΔT,两地外界大气压强均为p0。(1)若负压舱运输过程中与外界没有气体交换,求负压救护车行至B地时舱内气体的压强。(2)若负压舱运输过程中舱外气体进入舱内,使舱内压强保持不变,求负压救护车行至B地时,进入舱内的气体质量。1234解析 (1)以负压舱内的气体为研究对象,体积不变,A地时舱内气体压强为p1=p0-Δp(2)负压舱运输过程中舱外气体进入舱内,设进入舱内的气体在舱内体积为ΔV