適用于新高考新教材備戰(zhàn)2025屆高考物理一輪總復(fù)習(xí)第15章熱學(xué)第3講專題提升氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用

第3講專題提升:氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用基礎(chǔ)對(duì)點(diǎn)練題組一玻璃管液柱模型1.如圖所示,兩端開口的U形玻璃管豎直放置,其右側(cè)水銀柱之間封住一段高h(yuǎn)=5cm的空氣柱?？諝庵路降乃y面與玻璃管左側(cè)水銀面的高度差也為h。已知大氣壓強(qiáng)與75cm水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)相同,空氣柱中的氣體可視為理想氣體,周圍環(huán)境溫度保持不變,玻璃管的導(dǎo)熱性良好且玻璃管粗細(xì)均勻,水銀的密度為ρ。下列說法正確的是()A.右側(cè)玻璃管中空氣柱上方的水銀柱高度小于5cmB.封閉空氣柱中氣體的壓強(qiáng)與70cm水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)相同C.從玻璃管右側(cè)管口緩慢注入少量水銀,空氣柱的壓強(qiáng)一定變大D.從玻璃管左側(cè)管口緩慢注入少量水銀,空氣柱的壓強(qiáng)一定變大2.如圖所示,內(nèi)徑相同,導(dǎo)熱良好的“T”形細(xì)玻璃管上端開口,下端、右端封閉,管中用水銀封閉著A、B兩部分理想氣體,各部分長度如圖。已知大氣壓強(qiáng)p0與76cm水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)相同,設(shè)外界溫度不變,重力加速度為g?，F(xiàn)沿管壁向豎直管緩慢灌入一定量的水銀,水銀的密度為ρ,B部分氣體長度縮短1cm,則灌入水銀后B部分氣體的壓強(qiáng)為()A.77cm·ρg B.86cm·ρgC.88cm·ρg D.90cm·ρg題組二汽缸活塞模型3.(多選)(2024廣東汕尾華中師范大學(xué)海豐附屬學(xué)校?？?有人設(shè)計(jì)了一款健身器材如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體密封在導(dǎo)熱良好的容器中,容器上有刻度,容器內(nèi)裝有一可上下移動(dòng)的活塞,活塞的面積為0.01m2,厚度可以忽略,人們可以使用上方的把手拉動(dòng)活塞達(dá)到鍛煉身體的目的,已知在鍛煉時(shí),器材下方固定在地面上防止容器離開地面,活塞初始高度為30cm,當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為1.0×105Pa,活塞、把手和連接桿的質(zhì)量都可忽略,不計(jì)活塞與容器間的摩擦,外界氣溫不變。下列說法正確的是()A.當(dāng)用500N的力往上拉,穩(wěn)定時(shí)活塞高度為60cmB.當(dāng)用500N的力往下壓,穩(wěn)定時(shí)活塞高度為15cmC.若要使活塞穩(wěn)定在120cm高度處,則拉力應(yīng)為1000ND.若要使活塞穩(wěn)定在120cm高度處,則拉力應(yīng)為750N4.(2023遼寧葫蘆島二模)如圖甲所示,一水平固定放置的汽缸由兩個(gè)粗細(xì)不同的圓柱形筒組成,汽缸中活塞Ⅰ與活塞Ⅱ之間封閉有一定量的理想氣體,兩活塞用長度為2L、不可伸長的輕質(zhì)細(xì)線連接,活塞Ⅱ恰好位于汽缸的粗細(xì)缸連接處,此時(shí)細(xì)線拉直且無張力?，F(xiàn)把汽缸豎直放置,如圖乙所示,活塞Ⅰ在上方,穩(wěn)定后活塞Ⅰ、Ⅱ到汽缸的粗細(xì)缸連接處的距離均為L。已知活塞Ⅰ與活塞Ⅱ的質(zhì)量分別為2m、m,面積分別為2S、S,重力加速度大小為g,大氣壓強(qiáng)和環(huán)境溫度保持不變,忽略活塞與汽缸壁的摩擦,汽缸不漏氣,汽缸與活塞導(dǎo)熱性良好,不計(jì)細(xì)線的體積。求:大氣壓強(qiáng)和圖乙狀態(tài)時(shí)細(xì)線上的拉力。綜合提升練5.(2024貴州貴陽模擬)如圖所示,兩個(gè)導(dǎo)熱良好的汽缸Ⅰ、Ⅱ的高度均為h、底面積相同,其頂部分別有閥門K1、K2,下端用有閥門K3的細(xì)管(容積可忽略)連通,Ⅱ中有密封良好且可自由滑動(dòng)的活塞(質(zhì)量、體積均可忽略),初始時(shí),三個(gè)閥門均打開,活塞在Ⅱ的底部。現(xiàn)關(guān)閉K2、K3,通過K1給汽缸充氣,使Ⅰ中氣體的壓強(qiáng)達(dá)到大氣壓p0的1.5倍時(shí)關(guān)閉K1。已知環(huán)境溫度為T0。(1)保持K1關(guān)閉,同時(shí)打開K2、K3,求活塞穩(wěn)定時(shí)的位置;(2)在(1)狀態(tài)下,再緩慢使環(huán)境溫度升高到1.6T0,求此時(shí)缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)。6.氣體彈簧是車輛上常用的一種減震裝置,其簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)如圖所示。直立圓柱形密閉汽缸導(dǎo)熱良好,橫截面積為S的活塞通過連桿與車輪軸連接,初始時(shí)汽缸內(nèi)密閉一段長度為L0,壓強(qiáng)為p1的理想氣體,汽缸與活塞間的摩擦忽略不計(jì),車輛載重時(shí)相當(dāng)于在汽缸頂部增加一個(gè)物體A,穩(wěn)定時(shí)汽缸下降了0.75L0,氣體溫度保持不變。(1)求物體A的重力大小;(2)如果大氣壓強(qiáng)為p0,為使汽缸升到原位置,求需向汽缸內(nèi)充入與汽缸溫度相同大氣的體積。參考答案第3講專題提升:氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用1.C解析同一液面壓強(qiáng)相等,則封閉氣體的壓強(qiáng)為p=ρg(h1+h2)=80cm·ρg,所以右側(cè)玻璃管中空氣柱上方的水銀柱高度等于5cm,故A、B錯(cuò)誤;從玻璃管右側(cè)管口緩慢注入少量水銀,右側(cè)水銀柱的長度增加,水銀柱對(duì)空氣柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)增大,則空氣柱的壓強(qiáng)一定變大,故C正確;從玻璃管左側(cè)管口緩慢注入少量水銀,右側(cè)水銀柱的長度不變,氣體做等壓變化,即空氣柱的壓強(qiáng)不變,故D錯(cuò)誤。2.C解析設(shè)玻璃管的橫截面積為S,初始狀態(tài)下,氣體B的壓強(qiáng)pB=p0+10cm·ρg=86cm·ρg由玻意耳定律有pBSlB=pB'SlB',又lB-lB'=1cm,解得pB'=88cm·ρg,故選C。3.AD解析容器導(dǎo)熱良好,說明容器內(nèi)外溫度相等,而外界氣溫不變,說明容器內(nèi)氣體處于恒溫狀態(tài),由理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT可知,容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)與氣體體積成反比。當(dāng)用500N的力往上拉時(shí),由壓強(qiáng)公式可得p=FS=500N0.01m2=50000Pa,相當(dāng)于給活塞施加一個(gè)向上的壓強(qiáng)p,穩(wěn)定后容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為p'=p大氣-p=50000Pa=12p大氣,剛開始時(shí),容器內(nèi)的氣壓為大氣壓,施加拉力后,容器內(nèi)的氣壓變成大氣壓的一半,則容器內(nèi)氣體的體積應(yīng)該變?yōu)殚_始時(shí)的2倍,即穩(wěn)定時(shí)活塞高度為60cm,故A正確;由以上分析可知,當(dāng)用500N的力往下壓時(shí),穩(wěn)定后容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為p2=p大氣+p=50000Pa=32p大氣,施加壓力后,容器內(nèi)的氣壓變成大氣壓的32倍,則容器內(nèi)氣體的體積應(yīng)該變?yōu)殚_始時(shí)的23,即活塞高度為20cm,故B錯(cuò)誤;若活塞穩(wěn)定在120cm高度處,則容器內(nèi)氣體的體積應(yīng)該變?yōu)殚_始時(shí)的4倍,容器內(nèi)的氣壓變成大氣壓的14,即p2=p大氣-p拉=14p大氣,p拉=344.答案9mgS解析設(shè)大氣壓強(qiáng)為p0,圖乙中細(xì)線拉力F,氣體做等溫變化,由玻意耳定律可得p0·4LS=p1·3LS由圖乙中活塞受力平衡,對(duì)活塞Ⅰp1·2S=2mg+p0·2S+F對(duì)活塞Ⅱp1S+mg=p0S+F聯(lián)立解得p0=9F=4mg。5.答案(1)活塞穩(wěn)定時(shí)離底部距離為0.5h(2)1.2p0解析(1)保持K1關(guān)閉,同時(shí)打開K2、K3,設(shè)活塞穩(wěn)定時(shí)離底部距離為x,且還沒到達(dá)頂部,氣體發(fā)生等溫變化,根據(jù)玻意耳定律可得1.5p0hS=p0(h+x)S解得x=0.5h可知假設(shè)成立,則活塞穩(wěn)定時(shí)離底部距離為0.5h。(2)在(1)狀態(tài)下,緩慢使環(huán)境溫度升高,設(shè)活塞剛好到達(dá)頂部時(shí),環(huán)境溫度為T1,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可得1解得T1=43T0<1.6T可知緩慢使環(huán)境溫度升高到1.6T0,活塞已經(jīng)到達(dá)頂部,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可得1解得此時(shí)缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為p=1.2p0。6.答案(1)3p1S(2)3解析(1)設(shè)汽缸下降0.75L0后,氣體壓強(qiáng)為p2