第四节 充放气问题-2024-2025学年高二下学期物理专项训练

第四节 冲放气问题 需要掌握的内容 1.方法一：通过气团分子个数计算。个数比为质量比。 由公式可知看是一个与分子个数有关的物理量，所以可以通过计算个数来写出混合气体前后的关系式。。此算法结果如果算错了没有分。 2.方法二：统一压强与温度后，通过体积计算。体积比为质量比。 第一团气第二团气融合后的气团，。此算法如果结果算错了还能有一些过程分。 经典习题 单选题1．放假期间，某同学家人准备驾车出游启动汽车后，发现胎压监测系统发出警告，显示“左前轮胎胎压低，胎压为2.0p0”，于是驾车前往汽车修理店给汽车轮胎打气，打完气后，四个轮胎内气体的胎压均为2.5p0，打气泵内的气体压强为3p0，每个轮胎的体积均为V，且始终保持不变。若打气过程中轮胎内气体温度不变，则向左前轮胎中内打入气体的体积为（　　） A． B． C． D． 单选题2．在巴蜀中学春季运动会上释放的气球是充有氦气的可降解气球。释放前工作人员用容积为、压强为的氦气罐给气球充气（充气过程温度不变），要求充气后气球体积为、压强为；气球释放后飘向高空，当气球体积膨胀到时就会爆裂落回地面。已知高度每升高，大气温度下降，高度每升高，大气压减小，庆祝现场地面空气温度为，大气压为，不计充气过程的漏气和气球内原有气体，下列说法正确的是（　　） A．用一个氦气罐可以充出500个符合要求的气球 B．用氦气罐给气球充气过程中，氦气放出热量 C．当气球发生爆裂时，气球离地面的高度为3448m D．要降低气球发生爆裂时的高度，在地面充气时可使充气后的气球体积适当减小 多选题3．中医拔火罐的物理原理是利用火罐内外的气压差使罐吸附在人体上、如图所示是治疗时常用的一种火罐，使用时，先加热罐中气体，然后迅速将罐口按到皮肤上，降温后火罐内部气压低于外部，从而吸附在皮肤上、某次使用时，先将气体由300 K加热到400 K，然后将罐口按在皮肤上，当罐内气体的温度降至300 K时，由于皮肤凸起，罐内气体体积变为罐容积的，以下说法正确的是（　　） A．加热后罐内气体质量是加热前的 B．加热后罐内气体质量是加热前的 C．温度降至300 K时，罐内气体压强变为原来的 D．温度降至300 K时，罐内气体压强变为原来的 多选题4．某次篮球比赛前，篮球在器材室被打入温度为19℃的空气后，球内压强为1.46atm。比赛过程中，篮球内气体的温度升高为33℃。比赛中，篮球被打出场外刺出一小孔开始漏气，换下后置于馆内稳定后篮球内气体的温度为27℃，压强为p0=1.00atm。将空气看成理想气体，认为整个过程中篮球的容积不变，则下列分析正确的是（　　） A．温度升高为33℃时球内气体的压强为1.53atm B．温度升高为33℃时球内气体的压强为1.55atm C．篮球漏出空气的质量与比赛前篮球内空气质量的比值 D．篮球漏出空气的质量与比赛前篮球内空气质量的比值 单选题5．增压玩具水枪通过压缩空气提高储水腔内的压强。已知储水腔的容积为1.0L，初始时，在储水腔中注入0.5L的水，此时储水腔内气体压强为p0，现用充气管每次将0.02L压强为的气体注入储水腔中，忽略温度变化，空气视为理想气体。要使储水腔内气体压强增大到，则应该充气的次数为（　　） A．5 B．10 C．15 D．20 单选题6．2021年11月8日，王亚平身穿我国自主研发的舱外航天服“走出”太空舱，成为我国第一位在太空“漫步”的女性。舱外航天服有一定伸缩性，能封闭一定的气体，提供人体生存的气压，王亚平先在节点舱（出舱前的气闸舱）穿上舱外航天服，航天服内密闭气体的体积约为，压强，温度。她穿好航天服后，需要把节点舱的气压不断降低，以便打开舱门。为便于舱外活动，宇航员出舱前将一部分气体缓慢放出，使航天服内气压降到。假设释放气体过程中温度不变，航天服内气体体积变为，则航天服需要放出的气体与原来航天服内气体的质量比为（　　）    A． B． C． D． 单选题7．中国职业篮球联赛（简称CBA联赛）是我国最顶尖的篮球赛事，赛前对篮球的检查是一项重要工作。比赛用球的体积为V0，标准气压为0.48-0.62bar（1bar=105Pa）。有一篮球经检测发现气压为0.3bar，现用打气筒对其充气，打气筒每次能充入压强为105Pa、体积为0.02V0的气体，气体可视为理想气体，忽略充气过程温度和篮球体积的变化，则为达到比赛用球标准，充气次数至少为（　　） A．2 B．6 C．9 D．16 单选题8．一同学用如图所示装置测定容器的容积，开始时注射器和气压计的示数分别为、，当他用活塞缓慢将注射器内的空气完全推进容器内时，气压计的示数变为，若忽略连接各部分的细管的容积，则可知容器的容积为（    ）    A． B． C． D． 9．工业测量中，常用充气的方法较精确地测量特殊容器的容积和检测密封性能。为测量某空香水瓶的容积，将该瓶与一带活塞的汽缸相连，汽缸和香水瓶内气体压强均为p0，汽缸内封闭气体体积为V0，推动活塞将汽缸内所有气体缓慢推入瓶中，测得此时瓶中气体压强为p，香水瓶导热性良好，环境温度保持不变。 （1）求香水瓶容积V； （2）若密封性能合格标准为：在测定时间内，漏气质量小于原密封质量的1%视为合格。将该空香水瓶封装并静置较长一段时间，发现瓶内气体温度从T升高到1.2T，其压强由p变为1.16p，通过计算判断该瓶密封性能是否合格。 10．如图所示，汽缸中横截面积为S的活塞把汽缸隔成两个密闭的气室，可通过打气筒向右室充入气体。初始时两个气室内封闭气体的温度和外界环境温度均相等，体积均为，压强均等于大气压强。当活塞两边压强差超过时活塞就会滑动，否则活塞停止运动。用打气筒向右室打气，直至左室内气体体积减小，打气过程中左、右气室的气体温度始终保持不变。 （1）求左室内气体的压强； （2）求打入右室内气体的质量和打气前的质量之比。 11．疫情期间，需要使用消毒喷雾壶对公共场合进行消毒，喷雾壶的结构如图所示，内部可用容积为3L，工作时，工作人员装入稀释过的2L溶液后拧紧壶盖，关闭喷水阀门，拉动手柄打气10次，假设每次打入压强为105Pa。体积为0.1L的气体，已知大气压强为105Pa，喷雾壶为导热材料制成，环境温度保持20℃不变，不考虑管内的药液体积和管内药液产生的压强。 （1）求打气10次后壶内气体的压强； （2）现打开阀门，消毒液喷出，当壶内不再喷出消毒液时，求壶内剩余消毒液的体积； （3）喷雾壶不再喷出消毒液时，若还想使用消毒液，可以打开阀门用双手握住喷雾壶体。试估算人用双手握住喷雾壶体外侧的一段时间内，还能使用多少升消毒液体。（计算结果保留两位有效数字） 12．2021年11月8日，王亚平身穿我国自主研发的舱外航天服“走出”太空舱，成为我国第一位在太空“漫步”的女性。舱外航天服是密封一定气体的装置，用来提供适合人体生存的气压。王亚平先在节点舱（宇航员出舱前的气闸舱）穿上舱外航天服，航天服密闭气体的体积约为V1=2L，压强p1=1.0×105Pa，温度t1=27°C，她穿好航天服后，需要把节点舱的气压不断降低，以便打开舱门。 （i）若节点舱气压降低到能打开舱门时，密闭航天服内气体体积膨胀到V2=2.5L，温度变为t2=-3°C，这时航天服内气体压强p2为多少？ （ii）为便于舱外活动，当密闭航天服内气体温度变为t2=-3°C时，宇航员把航天服内的一部分气体缓慢放出，使气压降到p3=4.0×104Pa。假设释放气体过程中温度不变，体积变为V3=3L，那么航天服需要放出的气体与原来气体的质量比为多少？ 13．神舟13号航天员从天和核心舱气闸舱出舱时身着我国新一代“飞天”舱外航天服。航天服内密封了一定质量的理想气体，体积约为V1=2L，压强p1=1.0×105Pa，温度t1=27℃。 （1）打开舱门前，航天员需将航天服内气压降低到p2=4.4×104Pa，此时密闭气体温度变为t2=-9℃，则航天服内气体体积V2变为多少？ （2）为便于舱外活动，航天员出舱前还需要把航天服内的一部分气体缓慢放出，使气压降到p3=3.0×104Pa。假设释放气体过程中温度保持为t3=-9℃不变，体积变为V3=2.2L，那么航天服放出的气体与原来气体的质量比为多少？ 14．如图所示，高为，横截面积为的导热汽缸内有一不规则物体，厚度不计的轻质活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞正好在汽缸的顶部。在活塞上放置质量为的物体后，活塞缓慢下移，并静止在与缸底的间距为的高度。已知外界大气压强，忽略缸内气体温度的变化，不计活塞和汽缸的摩擦，重力加速度为。求： （1）不规则物体的体积； （2）缸内气体向外界放出的热量。 答案 1．A 【详解】由题意可知，向左前轮胎打气过程中，气体温度不变，根据玻意耳定律有 解得，向左前轮胎中内打入气体的体积为 故选A。 2．C 【详解】A．根据题意，设用一个氦气罐可以充出个符合要求的气球，由玻意耳定律有 其中 ， ， 解得 故A错误； B．对充入气球内的氦气，从氦气罐内到气球内的过程，体积增大，对外做功，不计温度变化，内能不变，根据热力学第一定律可知，气体吸热，故B错误； C．当气球发生爆裂时，气球体积膨胀到9L，设此时气球离地面高度为，则爆裂时气体的压强和温度分别是 ， 由理想气体方程有 解得 故C正确； D．由C中分析可以推导出与的函数关系式为 可知，越小，越大，故D错误。 故选C。 3．AD 【分析】应用理想气体状态方程解题的一般思路 （1）确定研究对象：某一部分气体或多部分气体组成的整体。 （2）根据力学状态求压强，根据几何关系求体积，确定热力学温度，并注意单位的统一。 （3）确定气体的初、末状态的状态参量后，应用理想气体状态方程解题。 （4）分析讨论所得结果的合理性及其物理意义。 【详解】AB．加热罐中气体时，气体发生等压变化，由盖-吕萨克定律有 = 解得 气体总体积变为原来的三分之四，则火罐内气体的密度变为原来的四分之三，所以加热后罐内气体质量是加热前的，故A正确，B错误； CD．罐内气体温度由400 K降至300 K，由理想气体状态方程有 ＝ 即 解得 p3=p2 则罐内气体压强变为原来的，故C错误，D正确。 故选AD。 4．AC 【详解】AB．以漏气前篮球内的气体为研究对象，初状态状态参量为 ， 末状态时 气体发生等容变化，根据查理定律有 代入数值解得 故A正确，B错误； CD．换下后置于馆内稳定后篮球内气体的状态参量为 ， 设篮球的容积为V，根据理想气体状态方程可得 即有 代入数值解得 故C正确，D错误。 故选AC。 5．A 【详解】设要充气的次数为n，由等温变化有 即 解得 故选A。 ，故C错误，D正确。 故选AD。 6．C 【详解】对航天服内的气体由等温变化 解得 故航天服需要放出的气体与原来航天服内气体的质量比为 故选项ABD错误，选项C正确。 故选C。 7．C 【详解】设充气次数为次，根据玻意耳定律 代入数据 解得 故选C。 8．C 【详解】设容器的容积为，以注射器及容器内气体为研究对象，初态 ， 末态 ， 由玻意耳定律得 解得 故选C。 9．（1）； （2）不合格。 【详解】（1）缓慢变化过程中，由玻意耳定律可得 解得 （2）设温度由T变化为1.2T后，压强由p变为1.16p，体积变为，根据气体状态方程有 解得 可知漏气量占比为3.3％，故该香水瓶瓶盖密封性不合格。 10．（1）；（2） 【详解】（1）根据题意可知，打气后左室气体的体积为 左室气体发生等温变化，根据玻意耳定律有 解得 （2）根据题意可知，右室内气体的压强为 右室内气体的体积为 把右侧气室原有气体与打入的气体作为整体，设总体积为，发生等温变化，根据玻意耳定律有 解得 则打入右室内气体的质量和打气前的质量之比为 11．（1）2×105Pa；（2）1L；（3）0.12L 【详解】（1）壶内气体的体积为 3L-2L=1L 打气10次前后，壶内气体经历了等温变化。 打气前 p1＝105Pa，V1=1L+0.1L×10=2L 打气后 p2=？V2=1L 根据玻意耳定律有 p1V1=p2V2 解得 p2＝2×105Pa （2）壶内气体在药液喷出过程中经历等温变化。 喷前 p2＝2×105Pa，V2=1L 喷后 p3＝105Pa，V3=？ 根据玻意耳定律有 p2V2=p3V3 解得 V3=2L 壶内不再喷出消毒液时，剩余消毒液体积 V=3L-2L=1L （3）人用双手握住喷雾壶体外，壶内气体温度升高，有 其中 V3=2L，T3=273+20=293K，T4=273+37=310K 解得 则剩余消毒液体积 V1=3L-2.12L=0.88L 还能使用消毒液体 12．(1) p2=7.2×104Pa；(2) 【详解】(1)选航天服内密闭气体为研究对象，则气体初状态的温度 末状态温度 由理想气体状态方程 可得 (2)设航天服需要放出的气体在压强为p3状态下的体积为ΔV，根据玻意耳定律有 解得 则放出的气体与原来气体的质量比为 13．（1）4L；（2）5∶8 【详解】（1）初态体积约为V1=2L，压强p1=1.0×105Pa，温度T1=300K，末态p2=4.4×104Pa，温度T2=264K，根据理想气体状态方程可得 解得 （2）气体缓慢放出的过程中气体的温度不变，设需要放出的气体体积为ΔV，据玻意耳定律可得 航天服放出的气体与原来气体的质量比 联立解得航天服放出的气体与原来气体的质量比为 14．（1）；（2） 【详解】（1）放置重物后，假设缸内气体的压强为，根据受力平衡可得 解得 根据玻意耳定律可得 解得 （2）外界对气体做功为 根据热力学第一定律可得 又 解得气体向外界放出的热量为 学科网（北京）股份有限公司 $$