2021年高考物理最新模拟题精练专题1.17-变质量气体问题(提高篇)(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1.17 变质量气体问题（提高篇）1.（10分）（2020东北三省四市二模）如图所示，A、B是两只容积为V的容器，C是用活塞密封的气筒，它的工作体积为0.5V，C与A、B通过两只单向进气阀a、b相连，当气筒抽气时a打开、b关闭，当气筒打气时b打开、a关闭。最初A、B两容器内气体的压强均为大气压强P0，活塞位于气筒C的最右侧。（气筒与容器间连接处的体积不计，气体温度保持不变）求：（i）以工作体积完成第一次抽气结束后气筒C内气体的压强P1；（ii）现在让活塞以工作体积完成抽气、打气各2次后，A、B容

2、器内的气体压强之比。【命题意图】本题考查玻意耳定律及其相关知识点，意在考查综合运用知识的能力，体现的核心素养是科学思维能力。【解题思路】（）设第一次抽气结束时A的压强为p1，对第一次抽气过程应用玻意耳定律：p0V=p1(0.5+1)V （2分）解得 p1= p0 （1分）（）设第一次打气结束时B的压强为p2，对第一次打气过程应用玻意耳定律： p0V+0.5 p1V =p2V （2分）设第二次抽气结束时A的压强为pA，对第二次抽气过程应用玻意耳定律： p1V=pA(0.5+1)V （2分）设第二次打气结束时B的压强为pB，对第二次打气过程应用玻意耳定律：p2V+0.5 pAV =pBV （2分）

3、pApB=27 （1分）2(8分）(2020年3月山东六地市联考)一辆汽车停放一夜，启动时参数表上显示四个轮胎胎压都为240kpa，此时气温为。当汽车运行一段时间后，表盘上的示数变为260kpa。已知汽车每个轮胎内气体体积为35L，假设轮胎内气体体积变化忽略不计，轮胎内气体可视为理想气体，标准大气压为100kpa。求：（1）表盘上的示数变为260kpa时，轮胎内气体温度为多少；（2）汽车通过放气的方式让胎压变回240kpa，则在标准大气压下每个轮胎需要释放气体的体积。（气体释放过程温度不变）【名师解析】：（1）对单个轮胎内气体，由查理定律得 T2=325K （2） 取单个轮胎放气前的气体为研究

4、对象，有 代入数值得 （评分标准：式1分，式3分，其余每式2分，共8分）3(10分) （2019沈阳三模）如图所示蹦蹦球是一种儿童健身玩具，某同学在27的室内对蹦蹦球充气，已知充气前两球的总体积为2 L，压强为1atm，充气筒每次充入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，求：（i）充气多少次可以让气体压强增大至3 atm；（ii）将充气后蹦蹦球拿到温度为-23的室外后，压强将变为多少?【命题意图】本题考查由气体实验定律及其相关知识点。【解题思路】（2）（i）设充气n次可以让气体压强增大至3atm。以蹦蹦球内原来的气体和所充的气体整体为研究对象，由玻意耳定律得： V1=

5、V+nV （1分） （3分）代入：解得： （2分）当温度变化，气体发生等容变化，由查理定律得： （2分）可得： （2分）4.（10分）（2019江西南昌三模）喷雾器的原理如图所示，储液筒与打气筒用软细管相连，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10L（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200mL，现在储液筒内装入8L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：

6、要使贮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。【命题意图】本题考查玻意耳定律及其相关知识点。【解题思路】（1）设需打气的次数为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；则开始打气前：储液筒液体上方气体的压强为P1P01atm，气体的体积为V1V+nV0；打气完毕时，储液筒内药液上方的气体体积为V2V，压强为P23atm；又因为该打气过程为等温变化过程，根据玻马定律定律P1V1P2V2，代入上边数据可解得：n20；（2）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

7、V3，此过程同样为为等温变化，再根据玻马定律定律P1V1P3V3，代入数据解得：V33V16L，所以喷出的药液的体积为：VV3V4L。答：（1）打气筒活塞需要循环工作的次数为20次；（2）储液筒内剩余药液的体积为4L。5 （2019江苏七市三模）真空电阻蒸发镀膜是在真空室中利用电阻加热，将紧贴在电阻丝上的金属丝(铝丝)熔融汽化，汽化了的金属分子沉积于基片上形成均匀膜层在一块面积为S的方形基片上形成共有k层铝分子组成的镀膜，铝膜的质量为m.已知铝的摩尔质量为M，阿伏伽德罗常数为NA.求基片上每层铝分子单位面积内的分子数n；真空气泵将真空室中的气体压强从p01.0105 Pa减小到p11.0104

8、 Pa，设抽气后真空室中气体温度与抽气前相同，求抽气前后真空室中气体分子数之比【名师解析】： 基片上铝分子的总数NAnkS(1分)解得nNA(1分)设真空室中原来气体体积为V0，经过等温变化(气体的压强由p0变为p1)后这部分气体体积变为V1，根据玻意耳定律有p0V0p1V1(2分)设抽气前和抽气后真空室内气体分子数分别为n0、n1，则109(1分)6.（2019江西九校联考）中学物理课上一种演示气体定律的有趣仪器哈勃瓶，它是一个底部开有圆孔，瓶颈很短的、导热性良好的平底大烧瓶。在一次实验中，体积为V=1L的瓶内塞有一气球，气球的吹气口反扣在瓶口上，瓶底的圆孔上配有一个截面积为S=2cm2的轻

9、质橡皮塞，橡皮塞与玻璃瓶间的最大静摩擦fm=60N。瓶内由气球和轻质橡皮塞封闭一定质量的气体，不计实验开始前气球中的少量气体和气球膜厚度，向气球中缓慢打气，假设气球缓慢膨胀过程中球内外气压近似相等。已知：实验室环境温度T=290K恒定，环境空气密度=1.20kg/m3，压强为标准大气压P0=105pa，求：橡皮塞被弹出时瓶内气体的压强为了使橡皮塞被弹出，需要向气球内打入空气的质量【名师解析】 对瓶塞 pS=p0S+fm 3分Pa瓶内气体等温变化: p0V=pV1 2分则 V1= 0.25L 1分对气球内气体：体积V2=VV1=0.75L 压强p等温变化： p0V0=pV2 2分可得 V0= 3

10、L 1分打入空气质量 m=V0=3.6103kg 1分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

11、： 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(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

12、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(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9(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

13、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

14、 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 L10.(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

15、：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。11（9分）（2016湖南十三校联考）图为一个横截面积足够大的喷水装置，内部装有200L水，上部密封1atm的空气1.0L。保持阀门关闭，再充入2atm的空气1.0L。设在所有过程中空气可看作理想气体，且温度不变。 求充入2atm的空气1.0L后密封气体的压强 打开阀门后，水从喷嘴喷出(喷嘴与水平等高)，通过计算，画出喷水过程中气体状态变化的图象，求最后容器内剩余水的体积。(不计阀门右侧的管中水的体积

16、及喷嘴与装置中水平的高度差)【参考答案】3atm 3.0L；图见解析【名师解析】气体做等温变化，P0=1atm，P1= 2atm ，V0=1.0L ，V1=1.0L2atm的空气在P0时的体积 P1V1=P0V2 相当于密封的空气V0和加的空气V2 做等温变化： P0(V2+V0)=P2V0 解得：P2=3atm打开阀门后，水从喷嘴喷出(喷嘴与水平等高)，此时封闭气体的压强和外界的压强相等为为p0，封闭的气体做等温变化，p2v0=p0v3 解得：v3=3.0L故容器内剩余水的体积为198L。作图如下 【举一反三】如果打入的空气是3atm，2L的，封闭气体的压强是多少 ？12（12分）（2016

17、上海静安期末）一质量M10kg、高度L35cm的圆柱形气缸，内壁光滑，气缸内有一薄活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞质量m4kg、截面积S100cm2。温度t027时，用绳子系住活塞将气缸悬挂起来，如图甲所示，气缸内气体柱的高L132cm，如果用绳子系住气缸底，将气缸倒过来悬挂起来，如图乙所示，气缸内气体柱的高L230cm，两种情况下气缸都处于竖直状态，取重力加速度g9.8m/s2，求：（1）当时的大气压强；（2）图乙状态时，在活塞下挂一质量m3kg的物体，如图丙所示，则温度升高到多少时，活塞将从气缸中脱落。【参考答案】（1）p09.8104Pa（2）t66【名师解析】（12分）解:（6分6分

18、）（1）由图甲状态到图乙状态，等温变化：p1 p0-（1分），p2p0-（1分），由玻意耳定律：p1L1S p2L2S（2分）所以（p0-）L1S （p0-）L2S，可解得p09.8104Pa（2分）（2）活塞脱落的临界状态：气柱体积LS（1分）、压强p3p0-（1分）设温度为t，由气态方程：（2分）得t27366（2分）（若取g10m/s2，则t66.3，减1分）13.（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，内有高度为的消毒液，上部

19、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积比，设打进气体质量为m，则 代入解得