第1章 专题强化练2 气体实验定律的综合应用（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（鲁科版）

专题强化练2　气体实验定律的综合应用 1.(2023陕西西安一模)某同学设计了一款火灾报警器,如图,导热良好的金属气缸A放置在容易发生火灾的危险处,平时A中储存有体积为V0、压强为2p0、温度为室温T0的理想气体,A与另一导热良好的气缸B通过很长的细管连接,细管上安有一阀门K,平时阀门K关闭,只有发生火灾时阀门才会打开,触发报警装置。气缸B通过轻质活塞c也封闭了体积为V0、温度为室温T0的理想气体,活塞的横截面积为S,活塞上方为空气,不计活塞与气缸壁间的摩擦力,大气压强为p0,室温T0始终不变,不计细管中的气体体积。 (1)该同学查得火焰的平均温度约为3T0时,阀门刚好打开,求阀门K打开前的瞬间,左右两侧气体的压强差; (2)阀门K打开后,A中气体向B中移动,A中气体温度保持为3T0,当A中理想气体的压强变为3p0时,阀门自动关闭,经过较长时间稳定后,求活塞上升的距离。 2.(2024安徽芜湖无为第一中学测评)如图(a)所示,“系留气球”是一种用缆绳固定于地面、高度可控的氦气球,作为一种长期留空平台,具有广泛用途。图(b)为某一“系留气球”的简化模型图,主、副气囊通过无漏气、无摩擦的活塞分隔,主气囊内封闭有一定质量的氦气(可视为理想气体),副气囊与大气连通。轻弹簧右端固定、左端与活塞连接。当气球在地面附近达到平衡时,活塞与左挡板刚好接触(无挤压),弹簧处于原长状态。在气球升空过程中,大气压强逐渐减小,弹簧被缓慢压缩。当气球上升至目标高度时,活塞与右挡板刚好接触(无挤压),氦气体积变为地面附近时的1.5倍,此时活塞两侧气体压强差为地面大气压强的。已知地面附近大气压强p0=1.0×105 Pa、温度T0=300 K,弹簧始终处于弹性限度内,活塞厚度忽略不计。 图(a) 图(b) (1)设气球升空过程中氦气温度不变,求目标高度处氦气的压强和此处的大气压强; (2)气球在目标高度处驻留期间,设该处大气压强不变(与上一问相同),气球内外温度达到平衡时,弹簧压缩量为左、右挡板间距离的,求: ①此时气球内部的压强; ②此时气球驻留处的大气温度。 3.(2024四川绵阳诊断)趣味运动“充气碰碰球”如图所示。用完全封闭的PVC薄膜充气膨胀成型,人钻入洞中,进行碰撞游戏。充气之后碰碰球内气体体积为0.88 m3,压强为1.5×105 Pa。碰撞时气体最大压缩量为0.08 m3,不考虑压缩时气体的温度变化。 (1)求压缩量最大时球内气体的压强; (2)为保障游戏安全,球内气体压强不能超过1.75×105 Pa。在早晨17 ℃环境下充完气的碰碰球,球内气体压强为1.5×105 Pa,若升温引起的球内容积变化可忽略,请通过计算判断是否可以安全地在中午31.5 ℃的环境下进行碰撞游戏。(取T=t+273 K) 4.(2024湖南长沙一中月考)气压式升降椅通过气缸上下运动来支配椅子升降,其简易结构如图乙所示,圆柱形气缸与椅面固定连接,其总质量为m=6 kg,横截面积为S=30 cm2的柱状气动杆与底座固定连接。可自由移动的气缸与气动杆之间封闭一定质量的理想气体,稳定后测得封闭气柱长度为L=20 cm,设气缸气密性、导热性良好,忽略摩擦力。已知大气压强为p0=1.0×105 Pa,室内温度T1=308 K,重力加速度为g=10 m/s2,求: (1)若质量M=54 kg的人盘坐在椅面上,室内温度保持不变,稳定后椅面下降了多少? (2)人盘坐稳定后再打开空调,在室内气温缓慢降至T2=300.3 K的过程中,外界对缸内气体所做的功。(假设室内气压恒为大气压) 答案与分层梯度式解析 专题强化练2　气体实验定律的综合应用 1.答案　(1)5p0　(2) 解析　(1)发生火灾前,以活塞c为研究对象,根据平衡条件有pB=p0 发生火灾时,以A中理想气体为研究对象,根据查理定律有= 解得pA=6p0 则阀门K打开前的瞬间,左右两侧气体的压强差Δp=pA-pB=5p0。 (2)阀门K打开后,A中气体向B中移动,以A中气体为研究对象,根据玻意耳定律有pAV0=3p0 解得=2V0 则进入到B中的气体的体积为-V0=V0,压强为3p0、温度为3T0,以B中原气体和进入到B中的气体为研究对象,根据理想气体状态方程有 += 解得V=2V0 则活塞上升的距离为 h===。 2.答案　(1)6.67×104 Pa　5.0×104 Pa (2)①6.33×104 Pa　②266 K 解析　(1)氦气温度不变,则发生的是等温变化,设氦气在目标位置的压强为p1,由玻意耳定律得 p0V0=p1·1.5V0 解得p1=p0≈6.67×104 Pa 由目标处的内外压强差可得 p1-p=p0 解得此处的大气压强为 p=p0=5.0×104 Pa。 (2)①由胡克定律F=kx可知弹簧的压缩量变为原来的,则活塞受到弹簧的弹力也变为原来的,即压强差 px=p0×=p0 设此时气球内部的压强为p2,对活塞由平衡可得 p2=px+p=p0≈6.33×104 Pa ②当气球在目标高度处内外温度达到平衡时,体积 V2=V0+0.5V0×=V0 由理想气体状态方程可得 = 解得T=266 K。 3.答案　(1)1.65×105 Pa　(2)可以 解析　(1)进行碰撞游戏时,球内气体被压缩到最大的过程中,气体温度不变 初状态:p1=1.5×105 Pa,V1=0.88 m3 末状态:p2,V2=(0.88-0.08)m3=0.8 m3 由玻意耳定律得p1V1=p2V2,解得p2=1.65×105 Pa。 (2)从早晨充好气,到中午进行碰撞游戏时气体被压缩到最大的过程中 初状态:p3=1.5×105 Pa,V3=0.88 m3,T3=290 K 末状态:p4,V4=(0.88-0.08)m3=0.8 m3,T4=304.5 K 由理想气体状态方程得 = 解得p4≈1.73×105 Pa 1.73×105 Pa<1.75×105 Pa 故可以安全地在中午31.5 ℃的环境下进行碰撞游戏。 4.答案　(1)12 cm　(2)1.8 J 解析　(1)初始状态时,以圆柱形气缸与椅面整体为研究对象,根据平衡条件得mg+p0S=p1S 解得p1=1.2×105 Pa 质量为M=54 kg的人盘坐在椅面上,稳定后,根据平衡条件得(M+m)g+p0S=p2S 解得p2=3×105 Pa 设稳定后缸内气柱长度为L',室内温度不变,由玻意耳定律得p1LS=p2L'S 解得L'=8 cm 则椅面下降了L-L'=20 cm-8 cm=12 cm。 (2)该过程中气缸内气体压强不变,由盖—吕萨克定律得= 解得室内气温缓慢降至T2=300.3 K时气柱长L″=7.8 cm 外界对缸内气体所做的功W=(p0S+Mg+mg)(L'-L″) 解得W=1.8 J。 7 学科网（北京）股份有限公司 $