2021年高考物理最新模拟题精练专题1.16-变质量气体计算问题(基础篇)(解析版).doc

1、2021年高考物理100考点最新模拟题千题精练（选修3-3、3-4）第一部分 热学（选修3-3）专题1.16 变质量气体计算问题（基础篇）1. （2020东北三省三校一模）一导热性能良好的圆柱形气缸固定在水平面上，气缸上端开口，内壁光滑，截面积为S。A是距底端H高处的小卡环。质量为m的活塞静止在卡环上，活塞下密封质量为mo的氢气，C为侧壁上的单向导管。大气压强恒定为Po。环境温度为To时，从C处注入水，当水深为 时，关闭C，卡环恰对活塞无作用力。接下来又从c处缓慢导人一定量氢气，稳定后再缓慢提升环境温度到1. 6To，稳定时活塞静止在距缸底2.7H处，设注水过程中不漏气，不考虑水的蒸发，氢气不

2、溶于水。求：初被封闭的氢气的压强P1；导人氢气的质量M。【名师解析】对原有气体，经历等温过程，设注水后气体压强为，有：-（2分）对活塞，有：-（2分）-（1分）设导入气体后且尚未升温时气体总高度为h，显然此时活塞已经离开卡环，接下来升温过程为等压过程，有：-（2分）得：考虑到此高度的气体中，原有气体占高为，故后导入的气体占高为-（1分）所以设此时密度为有：-（1分）得：-（1分）2 （10分）（2020陕西咸阳二模）2019年12月以来，我国部分地区突发的新型冠状病毒肺炎威胁着人们的身体健康。勤消毒是防疫很关键的一个措施。如右图是防疫消毒用的喷雾消毒桶的原理图，圆柱形喷雾器高为h，内有高度为的

3、消毒液，上部封闭有压强为p0、温度为T0的空气。将喷雾器移到室内，一段时间后打开喷雾阀门K，恰好有消毒液流出已知消毒液的密度为，大气压强恒为p0，喷雾口与喷雾器等高。忽略喷雾管的体积，将空气看作理想气体。 求室内温度。 在室内用打气筒缓慢向喷雾器内充入空气，直到水完全流出，求充入空气与原有空气 的质量比。【参考答案】【名师解析】设喷雾器的横截面积为S，室内温度为T，喷雾器移到室内一段时间后，封闭气体的压强气体等容变化，解得：以充气结束后喷雾器内空气为研究对象，排完水后，压强为p2，体积为V2=hS。若此气体经等温变化，压强为p1时体积为V3，则：由玻意耳定律，即 同温度下同种气体的质量比等于体

4、积比，设打进气体质量为m，则 代入解得 3.（2020湖北黄冈模拟3）如图所示为一个带有阀门K、容积为2dm3的容器（容积不可改变）。先打开阀门让其与大气连通，再用打气筒向里面打气，打气筒活塞每次可以打进1105Pa、200cm3的空气，忽略打气和用气时气体的温度变化（设外界大气的压强po=1105Pa）（i）若要使气体压强增大到5.0105Pa，应打多少次气？（ii）若上述容器中装的是5.0105Pa的氧气，现用它给容积为0.7dm3的真空瓶充气，使瓶中的气压最终达到符合标准的2.0105Pa，则可充多少瓶？【名师解析】（i）设要使气体压强增大到5.0105Pa，应打n次气，则压强po时总体

5、积V1=2dm3+n200cm3=（2000+n200）cm3压强5po=5.0105Pa时，体积V2=2dm3=2000cm3由poV1=5poV2解得n=40（ii）用它给容积为0.7dm3的真空瓶充气，使瓶中的气压最终达到符合标准的2.0105Pa，设可充x瓶；压强5po=5.0105Pa时，体积V2=2dm3=2000cm3压强2po=2.0105Pa时，体积V2=2dm3+x0.7dm3=（2+x0.7）dm3由5poV2=2poV2解得x=4.3，可充4瓶答：（i）若要使气体压强增大到5.0105Pa，应打40次气。（ii）若上述容器中装的是5.0105Pa的氧气，现用它给容积为0

6、.7dm3的真空瓶充气，使瓶中的气压最终达到符合标准的2.0105Pa，则可充4瓶。【关键点拨】（i）打气筒活塞每次可以打进1105Pa、200cm3的空气，每次打入气体一样多，故可设要使气体压强增大到5.0105Pa，应打n次气，取最初和最后两个状态列方程可解（ii）充每瓶的要求一样，故可设可充x瓶，取最初和最后两个状态列方程可解本题考查多过程连续变化理想气体状态方程，过程多，但每次要求相同，可以将多次看作一个小整体，用整体法解决本题，本题最关键的是取整体的最初和最后两个状态列理想气体状态方程。4.（2019黑龙江大庆三模）一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容

7、积为v0，开始时内部封闭气体的压强为po经过太阳曝晒，气体温度由T0=300K升至T1=350K（1）求此时气体的压强（2）保持T1=350K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到 p0求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因【名师解析】：（1）设升温后气体的压强为p1，由查理定律 p0/T0= p1/T1代入数据得 p1=7 p0/6（2）抽气过程为等温膨胀过程， 设膨胀后气体的总体积为V，由玻意耳定律得p1V0=p0V联立式得 V=7 V0/6设剩余气体的质量与原来总质量的比值为k，由题意得 k= V0/ V联立式得 k=6/7由于抽

8、气过程剩余气体温度不变，故内能不变U=0 而剩余气体体积膨胀对外做功，W0由根据热力学第一定律U=W+Q知，Q0 气体应吸热5. (10分)（2019高考大纲模拟卷）一艘潜水艇位于水面下h200 m处，艇上有一个容积V12 m3的钢筒，筒内贮有压强p1200p0的压缩气体，其中p0为大气压强，p01105 Pa.已知海水的密度1103 kg/m3，取重力加速度g10 m/s2，设海水的温度不变有一个与海水相通的装满海水的水箱，现在通过细管道将钢筒中部分气体压入该水箱，再关闭管道，水箱中排出海水的体积为V210 m3，此时钢筒内剩余气体的压强为多少？【参考答案】（10分）9.5106 Pa【名师

9、解析】(2)钢筒中气体初始状态：p1200p0，V12 m3与海水相通的水箱中的压强：p2p0gh21p0设钢筒内剩余气体的压强为p3，钢筒中排出的气体在压强为p3时的体积为V3，则有p3V3p2V2对钢筒中所有的气体有：p1V1p3(V1V3)解得：p39.5106 Pa.6（2020山东临沂市期末）水火箭的简化图如图所示，容器内气体的体积V=2L，内装有少量水，容器口竖直向下，用橡胶塞塞紧，放在发射架上，打气前容器内气体的压强p0=1.0105Pa。用打气筒通过容器口的阀门向容器内打气，每次能向容器内打入压强也为p0、体积V=100mL的空气，当容器中气体的压强达到一定值时，水冲开橡胶塞，

10、火箭竖直升空。已知橡胶塞与容器口的最大静摩擦力19.5N，容器口的横截面积S=2cm2，不计容器内水的压强及橡胶塞受到的重力，打气过程容器内气体的温度保持不变，求：(1)火箭发射升空瞬间容器内气体的压强p；(2)打气筒需打气的次数n。【名师解析】（1）对橡胶塞受力分析，有：pS=p0S+f解得：p=1.975105Pa。（2）打气过程容器内气体的温度保持不变，有p0（V+nV）= p0V解得：n=19.5打气筒需打气的次数n=20.7.（2017全国II卷332）一热气球体积为V，内部充有温度为Ta的热空气，气球外冷空气的温度为Tb。已知空气在1个大气压、温度为T0时的密度为0，该气球内、外的

11、气压始终都为1个大气压，重力加速度大小为g。（i）求该热气球所受浮力的大小；（ii）求该热气球内空气所受的重力；（iii）设充气前热气球的质量为m0，求充气后它还能托起的最大质量。【参考答案】（i） （ii） （iii）【参考解析】（i）设1个大气压下质量为m的空气在温度T0时的体积为V0，密度为 温度为T时的体积为VT，密度为：由盖吕萨克定律可得： 联立解得： 气球所受的浮力为： 联立解得： ()气球内热空气所受的重力 联立解得 ()设该气球还能托起的最大质量为m，由力的平衡条件可知：mg=f-G-m0g 联立可得： 8.2018宝鸡市质检三(10分)农药喷雾器的原理如图所示，储液筒与打气筒

12、用软细管相连，先在桶内装上药液，再拧紧桶盖并关闭阀门K，用打气筒给储液筒充气增大储液筒内的气压，然后再打开阀门，储液筒的液体就从喷雾头喷出，已知储液筒容器为10 L(不计储液筒两端连接管体积)，打气筒每打一次气能向储液筒内压入空气200 mL，现在储液筒内装入8 L的药液后关紧桶盖和喷雾头开关，再用打气筒给储液筒打气(设周围大气压恒为1个标准大气压，打气过程中储液筒内气体温度与外界温度相同且保持不变)，求：要使储液筒内药液上方的气体压强达到3atm，打气筒活塞需要循环工作的次数；打开喷雾头开关K直至储液筒的内外气压相同，储液筒内剩余药液的体积【参考答案】204 L 【名师解析】设需打气的次数为

13、n，每次打入的气体体积为V0，储液桶药液上方的气体体积为V.开始打气前，储液筒液体上方气体的压强P1P01atm.气体的体积V1VnV0.打气完毕时，储液筒内药液上方的气体体积V2V，压强P23atm.打气过程为等温变化，根据玻意耳定律可知，P1V1P2V2.代入数据解得，n20.打开喷雾头开关K直至贮液筒内外气压相同时，设储液筒上方气体的体积为V3，此过程为等温变化根据玻意耳定律可知，P3V3P1V1.代入数据解得，V33V16 L.喷出的药液的体积VV3V4 L9(10分)用传统的打气筒给自行车打气时，不好判断是否已经打足了气某研究性学习小组的同学经过思考，解决了这一问题他们在传统打气筒基

14、础上进行了如下的改装(示意图如图甲所示)：圆柱形打气筒高H，内部横截面积为S，底部有一单向阀门K，厚度不计的活塞上提时外界大气可从活塞四周进入，活塞下压时可将打气筒内气体推入容器B中，B的容积VB3HS，向B中打气前A、B中气体初始压强均为p0，该组同学设想在打气筒内壁焊接一卡环C(体积不计)，C距气筒顶部高度为hH，这样就可以自动控制容器B中的最终压强求：假设气体温度不变，第一次将活塞从打气筒口压到C处时，容器B内的压强；要使容器B内压强不超过5p0，h与H之比应为多大【名师解析】第一次将活塞从打气筒口压到C处时，设容器B内的压强为pB，C距底部HhH/3由玻意耳定律得p0(VBHS)pB(

15、VBHS/3)解得 pB1.2p0对打气筒内的气体，要使容器B内压强不超过5p0，意味着活塞从顶端下压至C处时，打气筒C处以下的压强不能超过5p0，由玻意耳定律得 p0HS5p0(Hh)S解得10(2016陕西五校一模)如图所示是农业上常用的农药喷雾器，贮液筒与打气筒用细连接管相连，已知贮液筒容积为8 L(不计贮液筒两端连接管体积)，打气筒活塞每循环工作一次，能向贮液筒内压入1 atm的空气200 mL，现打开喷雾头开关K，装入6 L的药液后再关闭，设周围大气压恒为1 atm，打气过程中贮液筒内气体温度与外界温度相同且保持不变。求：(1)要使贮液筒内药液上方的气体压强达到3 atm，打气筒活塞

16、需要循环工作的次数；(2)打开喷雾头开关K直至贮液筒内、外气压相同时，贮液筒向外喷出药液的体积。【名师解析】(1)贮液筒内药液上方的气体体积为V08 L6 L2 L，设1 atm下，打入贮液筒气体后，总体积V1，则：V1VV0设1 atm下，气体的压强：p01 atm打入贮液筒气体后体积：V2V0打入贮液筒气体后的压强：p23 atm由理想气体方程得：p1V1p2V2解得：V4 L打气次数：n20(2)打开喷雾头开关K直至贮液筒内外气压相同时，p31 atm由理想气体方程得：p1V1p3V3解得：V3V16 L故喷出药液的体积VV3V04 L【参考答案】(1)20次(2)4 L11.(2016山西省高三质检) (2)型号是LWH15910.015的医用氧气瓶，容积是10 L，内装有1.80 kg的氧气。使用前，瓶内氧气压强为1.4107 Pa，温度为37 。当用这个氧气瓶给患者输氧后，发现瓶内氧气压强变为7.0106 Pa，温度降为27 ，试求患者消耗的氧气的质量。【名师解析】以氧气瓶中原有气体作为研究对象，开始时：T1=（273+37）K=310K输氧后：T2=（273+27）K=300K由理想气体状态方程，=总氧气质量m=V2剩余氧气质量m0=V1消耗氧气质量m=m- m0联立解得：m =0.87kg。