人教版高中物理精講精練-選擇性必修3專題強(qiáng)化二：氣體解答題必刷25題 原卷版

專題強(qiáng)化二：氣體解答題必刷25題【技巧歸納】一、關(guān)聯(lián)氣體問題這類問題涉及兩部分氣體，它們之間雖然沒有氣體交換，但其壓強(qiáng)或體積這些量間有一定的關(guān)系，分析清楚這些關(guān)系是解決問題的關(guān)鍵，解決這類問題的一般方法：(1)分別選取每部分氣體為研究對象，確定初、末狀態(tài)參量，根據(jù)狀態(tài)方程列式求解．(2)認(rèn)真分析兩部分氣體的壓強(qiáng)、體積之間的關(guān)系，并列出方程．(3)多個方程聯(lián)立求解．二、氣體實(shí)驗(yàn)定律與理想氣體狀態(tài)方程的綜合應(yīng)用解決該類問題的一般思路：(1)審清題意，確定研究對象．(2)分析清楚初、末狀態(tài)及狀態(tài)變化過程，依據(jù)氣體實(shí)驗(yàn)定律或理想氣體狀態(tài)方程列出方程；對力學(xué)研究對象要正確地進(jìn)行受力分析，依據(jù)力學(xué)規(guī)律列出方程進(jìn)而求出壓強(qiáng)．(3)注意挖掘題目中的隱含條件，如幾何關(guān)系等，列出輔助方程．(4)多個方程聯(lián)立求解．對求解的結(jié)果注意檢驗(yàn)它們的合理性．【專題訓(xùn)練】1．（21-22高二下·遼寧葫蘆島）高層住宅小區(qū)需要高樓供水系統(tǒng)，某小區(qū)高樓供水系統(tǒng)示意圖如圖所示，壓力罐與水泵和氣泵通過閥門K3、K2連接，其中壓力罐可看成底面積S=10m2、高度h=5m的柱體容器，開始罐內(nèi)只有壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa的空氣。注水時關(guān)閉閥門K1、K2，打開閥門K3，開啟水泵注水t1=1000s后關(guān)閉閥門K3，打開閥門K1供用戶使用。已知水泵工作時注水流量Q=0.04m3/s，氣泵工作時每秒鐘可以向壓力罐中充入p0=1.0×105Pa的空氣0.1m3（即q=0.1m3/s），假設(shè)罐內(nèi)氣體溫度保持不變。（1）求注水結(jié)束時壓力罐中氣體壓強(qiáng)p1；（2）用戶用水使罐內(nèi)液面下降導(dǎo)致氣壓不斷降低，現(xiàn)要排空罐內(nèi)剩余自來水并保證高層住戶不斷水，壓力罐中氣體壓強(qiáng)不能低于p2=4×105Pa，求氣泵至少需要工作的時間t2。2．（21-22高二下·河北·階段練習(xí)）如圖所示，左端封閉右端開口、內(nèi)徑相同、長度相同的U形細(xì)玻璃管豎直放置，末符中封閉有長的空氣柱，兩管水銀面相平，水銀柱足夠長，已知大氣壓強(qiáng)，初始時封閉氣體的熱力學(xué)溫度，現(xiàn)將下端閥門S打開，緩慢流出部分水銀，然后關(guān)閉閥門S，左管水銀面下降的高度。（1）求左管氣體壓強(qiáng)；（2）求右管水銀面下降的高度；（3）關(guān)閉閥門S后，若將右端封閉，保持右管內(nèi)封閉氣體的溫度不變的同時，對左管緩慢加熱，使左管和右管的水銀面再次相平，求此時左管內(nèi)氣體的熱力學(xué)溫度。3．（2022·山東·高考真題）某些魚類通過調(diào)節(jié)體內(nèi)魚鰾的體積實(shí)現(xiàn)浮沉。如圖所示，魚鰾結(jié)構(gòu)可簡化為通過閥門相連的A、B兩個密閉氣室，A室壁厚、可認(rèn)為體積恒定，B室壁簿，體積可變；兩室內(nèi)氣體視為理想氣體，可通過閥門進(jìn)行交換。質(zhì)量為M的魚靜止在水面下H處。B室內(nèi)氣體體積為V，質(zhì)量為m；設(shè)B室內(nèi)氣體壓強(qiáng)與魚體外壓強(qiáng)相等、魚體積的變化與B室氣體體積的變化相等，魚的質(zhì)量不變，魚鰾內(nèi)氣體溫度不變。水的密度為ρ，重力加速度為g。大氣壓強(qiáng)為p0，求：（1）魚通過增加B室體積獲得大小為a的加速度、需從A室充入B室的氣體質(zhì)量m；（2）魚靜止于水面下H1處時，B室內(nèi)氣體質(zhì)量m1。4．（22-23高二下·山東濟(jì)南·期末）系留氣球作為一種高度可控并能夠長期留空的平臺，具有廣泛用途，中國的“極目一號”系留氣球升空最大海拔高度達(dá)到9000多米，創(chuàng)造了世界紀(jì)錄。如圖所示，某球形系留氣球主要由三部分組成：球體、纜繩以及錨泊車，纜繩一端固定于地面錨泊車上，另一端與導(dǎo)熱性能良好的球體連接。球體被軟隔膜分為主氣囊和副氣囊兩部分，主氣囊為密閉裝置，內(nèi)部充有一定質(zhì)量的氦氣，副氣囊內(nèi)部充有空氣并設(shè)有排氣和充氣裝置，主、副氣囊的體積可變但整個球體總體積不變，主、副氣囊之間無氣體交換且壓強(qiáng)始終相等。為使氣球能夠安全穩(wěn)定工作，應(yīng)使主副氣囊內(nèi)壓強(qiáng)始終高于外界大氣壓，壓強(qiáng)差始終為。已知球體（包括內(nèi)部氣體）及載重總質(zhì)量為，體積為，錨泊車所在位置處大氣壓強(qiáng)為，溫度為，預(yù)設(shè)工作高度處的大氣壓強(qiáng)為，溫度為，重力加速度。（1）若氣球工作時控制臺顯示纜繩中豎直向下的拉力大小為，求氣球所在高度處空氣的密度；（2）若某次氣球升空時由于故障導(dǎo)致副氣囊無法和外界進(jìn)行氣體交換，求氣球到達(dá)預(yù)設(shè)工作高度時氣球內(nèi)氣體的壓強(qiáng)（氣球體積不變）；（3）某次實(shí)驗(yàn)中主副氣囊均充入符合要求的氣體，當(dāng)從錨泊車釋放時副氣囊體積為。判斷氣球上升到預(yù)設(shè)工作高度的過程中副氣囊應(yīng)當(dāng)充入還是排出氣體，并求出此過程中副氣囊充入或排出的氣體與剛釋放時副氣囊內(nèi)部氣體的質(zhì)量比。

5．（21-22高二下·重慶·期末）如圖所示，豎直放置、導(dǎo)熱性能良好的U型玻璃管截面均勻，左端開口右端封閉、左右管內(nèi)用長度分別為、的水銀柱封閉兩段氣體a、b。氣體a的長度，氣體b的長度，最初環(huán)境溫度時，兩水銀柱下表而齊平?，F(xiàn)緩慢提高環(huán)境溫度，直至兩段水銀柱的上表面齊平。已知大氣壓強(qiáng)為，右側(cè)水銀柱未進(jìn)入U型玻璃管的水平部分，兩段氣體均可視為理想氣體。求：（1）兩段水銀柱的下表面齊平時氣體b的壓強(qiáng)；（2）兩段水銀柱的上表面齊平時環(huán)境的溫度。6．（21-22高二下·四川成都·期末）如圖，厚度不計(jì)的活塞C將圓柱形導(dǎo)熱汽缸分為A、B兩室，A、B中各封有一定質(zhì)量的理想氣體，A室左側(cè)連通一豎直放置的U形玻璃細(xì)管（管內(nèi)氣體的體積可忽略）；當(dāng)關(guān)閉B室右側(cè)的閥門K且缸內(nèi)氣體溫度為時，A、B兩室容積恰好相等，U形管左、右水銀面高度差為。外界大氣壓，不計(jì)一切摩擦。（1）打開閥門K，使B室緩慢漏氣，保持缸內(nèi)氣體溫度恒為，當(dāng)活塞C不再移動時，求A室和B室的體積之比；（2）保持閥門K打開，再對A室氣體緩慢加熱，當(dāng)溫度達(dá)到時，求U形管左、右水銀面的高度差。7．（21-22高二下·重慶沙坪壩·期末）如圖甲所示，絕熱汽缸A與導(dǎo)熱汽缸B開口正對，其橫截面積之比為，兩汽缸均固定于水平地面，由剛性桿連接的絕熱活塞與兩汽缸間均無摩擦。兩個汽缸內(nèi)都裝有處于平衡狀態(tài)的理想氣體，且都不漏氣。開始時體積均為、溫度均為、壓強(qiáng)均等于外界大氣壓，A汽缸中的活塞與汽缸底部的距離為L?，F(xiàn)緩慢加熱A中氣體，停止加熱達(dá)到穩(wěn)定后，A中氣體壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼?.5倍。設(shè)環(huán)境溫度保持不變，活塞始終在汽缸內(nèi)，不計(jì)汽缸壁和活塞的厚度。求：（1）停止加熱穩(wěn)定后，A、B中的氣體壓強(qiáng)之比；（2）加熱至穩(wěn)定過程，A中活塞移動的距離；（3）若兩汽缸按圖乙所示放置，開口方向一致。初始狀態(tài)A中氣體壓強(qiáng)、溫度為，A、B中的氣體體積均為，現(xiàn)對A緩慢加熱，使A中氣體壓強(qiáng)升到，求此時A中的氣體溫度。8．（21-22高二下·黑龍江哈爾濱·期末）兩絕熱的工字形汽缸如圖所示豎直放置，活塞A和B用一個長為4的輕桿相連，兩活塞之間密封有溫度為的空氣，活塞A的質(zhì)量為2m，橫截面積為2S，活塞B的質(zhì)量為3m，橫截面積為3S，中間b部分汽缸的橫截面積為S，初始時各部分氣體狀態(tài)如圖所示?，F(xiàn)對氣體加熱，使其溫度緩慢上升，兩活塞緩慢移動，忽略兩活塞與圓筒之間的摩擦，重力加速度為g，大氣壓強(qiáng)為。（1）求加熱前封閉氣體的壓強(qiáng)；（2）氣體溫度上到時，封閉氣體的壓強(qiáng)。9．（21-22高二下·遼寧·期末）如圖，一豎直放置的絕熱圓柱形汽缸上端開口，其頂端有一卡環(huán)，兩個活塞M、N將兩部分理想氣體A、B封閉在汽缸內(nèi)，兩部分氣體的溫度均為t0=27℃，其中活塞M為導(dǎo)熱活塞，活塞N為絕熱活塞?；钊鸐距卡環(huán)的距離為，兩活塞的間距為L、活塞N距汽缸底的距離為3L。汽缸的橫截面積為S，其底部有一體積很小的加熱裝置，其體積可忽略不計(jì)?，F(xiàn)用加熱裝置緩慢加熱氣體B，使其溫度達(dá)到t1=127℃。已知外界的大氣壓為，環(huán)境的溫度為27℃且保持不變，重力加速度大小為g，兩活塞的厚度、質(zhì)量及活塞與汽缸之間的摩擦均可忽略不計(jì)，兩活塞始終在水平方向上。求：（1）此時兩活塞之間的距離d；（2）保持氣體B的溫度不變，現(xiàn)緩慢向活塞M上加細(xì)沙，直到活塞M又回到最初的位置，求所加沙子的質(zhì)量m。10．（22-23高三上·山西·開學(xué)考試）如圖，一豎直放置的絕熱圓柱形汽缸上端開口，其頂端有一卡環(huán)，兩個活塞M、N將兩部分理想氣體A、B封閉在汽缸內(nèi)，兩部分氣體的溫度均為t0=27℃，其中活塞M為導(dǎo)熱活塞，活塞N為絕熱活塞?；钊鸐距卡環(huán)的距離為0.5L，兩活塞的間距為L，活塞N距汽缸底的距離為3L。汽缸的橫截面積為S，其底部有一體積很小的加熱裝置，其體積可忽略不計(jì)?，F(xiàn)用加熱裝置緩慢加熱氣體B，使其溫度達(dá)到t1=127℃。已知外界的大氣壓為p0，環(huán)境的溫度為27℃且保持不變，重力加速度大小為g，兩活塞的厚度、質(zhì)量及活塞與汽缸之間的摩擦均可忽略不計(jì)，兩活塞始終在水平方向上。求此時兩活塞之間的距離d。11．（22-23高三上·廣東深圳·期末）工人澆筑混凝土墻壁時，內(nèi)部形成了一塊氣密性良好充滿空氣的空腔，墻壁導(dǎo)熱性能良好。（1）空腔內(nèi)氣體的溫度變化范圍為，問空腔內(nèi)氣體的最小壓強(qiáng)與最大壓強(qiáng)之比；（2）填充空腔前，需要測出空腔的容積。在墻上鉆一個小孔，用細(xì)管將空腔和一個帶有氣壓傳感器的汽缸連通，形成密閉空間。當(dāng)汽缸內(nèi)氣體體積為時，傳感器的示數(shù)為。將活塞緩慢下壓，汽缸內(nèi)氣體體積為時，傳感器的示數(shù)為。求該空腔的容積。12．（22-23高三下·重慶沙坪壩·階段練習(xí)）將一個內(nèi)壁光滑的汽缸開口朝右靜置于光滑水平面上，汽缸質(zhì)量為M=3kg，橫截面積為S=20cm2。用一質(zhì)量為m=2kg的活塞將一定質(zhì)量的理想氣體密封在汽缸內(nèi)，開始時活塞離汽缸底部的距離為l=40cm，現(xiàn)對汽缸施加一水平向左、大小為F=100N的拉力，如圖所示。已知大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa，密封氣體的溫度、大氣壓強(qiáng)均保持不變，汽缸足夠長，不計(jì)空氣阻力，施加拉力作用當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后。求：（1）汽缸的加速度大小；（2）活塞離汽缸底部的距離。13．（2023·廣東·模擬預(yù)測）用氣泵向一導(dǎo)熱容器內(nèi)充氣，氣泵每次工作時吸入體積120L、壓強(qiáng)1atm的氣體，然后向容器內(nèi)充氣，氣泵總共工作20次。前10次時均有7.5%的氣體未充入，后10次工作時，由于容器內(nèi)部壓強(qiáng)增大，均有12.5%的氣體未充入。已知容器的容積為2400L，原來容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)為0.9atm。假設(shè)充氣過程中環(huán)境溫度不變。（1）求充氣結(jié)束后容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)；（2）充氣結(jié)束后將環(huán)境的溫度從7℃升高到42℃，不考慮容器容積的變化，若容器能承受的最大壓強(qiáng)為2atm，試分析此過程是否安全。14．（22-23高二下·陜西咸陽·期中）如圖所示，水平放置的固定汽缸A和B中分別用活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，其活塞面積之比為。兩活塞之間用剛性細(xì)桿相連，可沿水平方向無摩擦滑動，兩個汽缸始終不漏氣。初始時，A、B中氣體的體積分別為、，溫度皆為。A中氣體壓強(qiáng)，是汽缸外的恒定大氣壓強(qiáng)，現(xiàn)對A緩慢加熱，在保持B中氣體溫度不變的情況下使B中氣體的壓強(qiáng)達(dá)到。求：（1）加熱前汽缸B中的氣體壓強(qiáng)；（2）加熱后汽缸B中的氣體體積；（3）加熱后汽缸A中的氣體溫度。15．（2023·天津靜?！つM預(yù)測）孤舟獨(dú)往長志存，又是一年運(yùn)動會。高二6班為解決學(xué)生用水問題，小懷同學(xué)采用壓水器結(jié)合桶裝水進(jìn)行供水，裝置如圖（a）所示，同學(xué)們通過按壓壓水器，就可以將水從出水口壓出。上述過程可簡化為如圖（b）所示模型。大氣缸B可當(dāng)做水桶，可認(rèn)為是內(nèi)徑一定的圓桶，容積為16升，高度為80cm（桶壁厚度不計(jì)）；帶活塞的小氣缸A可當(dāng)做壓水器，每次最多可將0.8升1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓空氣壓入水桶中，出水管C的出水口與水桶B上部等高，K1和K2為單向閥門。已知，外界大氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，大小為，水的密度為，重力加速度為，出水管中的水所占體積可以忽略，外界溫度保持不變，某次使用后桶內(nèi)還剩余有8升水，如圖。求：（1）此時桶內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)；（2）若要再壓出6升水，至少需按壓幾次？16．（2023·貴州六盤水·二模）如圖所示，一豎直放置、上端開口且導(dǎo)熱良好的圓筒型氣缸高度為，氣缸內(nèi)部橫截面積為S?，F(xiàn)將厚度不計(jì)的活塞保持水平狀態(tài)從氣缸上部輕放，穩(wěn)定時活塞距氣缸底部的距離為，已知外界大氣壓強(qiáng)恒為，環(huán)境溫度保持不變，氣缸不漏氣且不計(jì)活塞與氣缸之間的摩擦，重力加速度大小為g。（1）求活塞質(zhì)量。（2）若再將一個相同的活塞從氣缸上端輕放，求系統(tǒng)再次穩(wěn)定時上部的活塞距氣缸頂端的距離。

17．（22-23高二下·廣東湛江·階段練習(xí)）如圖所示為某款按壓式免洗消毒液容器的原理簡易圖，當(dāng)向下按壓頂蓋時同時帶動可活動塑料管往下移動，固定塑料管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)變大，此時向上單向閥門A自動打開，管內(nèi)氣體流出。當(dāng)可活動塑料管壓至最低位置，設(shè)此時固定塑料管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)和體積分別為p0和V0；松開手后，可活動塑料管在彈力裝置的作用下往上彈開，固定塑料管內(nèi)氣體的體積變大、壓強(qiáng)變小，向上單向閥門A閉合；當(dāng)固定塑料管內(nèi)氣體的體積變大到一定程度后，液體能通過向上單向閥門B進(jìn)入固定塑料管內(nèi)，假設(shè)初始時向上單向閥門B到瓶內(nèi)液體上表面的距離為h，向上單向閥門B的質(zhì)量為m，其下端管道橫截面積為S，瓶內(nèi)液體密度為ρ，重力加速度為g。整個過程認(rèn)為氣體的溫度保持不變，外界氣體壓強(qiáng)為p0，求：（1）向上單向閥門B剛被頂開時，固定塑料管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)；（2）向上單向閥門B剛被頂開時，固定塑料管內(nèi)氣體的體積V1。18．（2023·遼寧營口·模擬預(yù)測）如圖所示，豎直薄壁玻璃管的上端開口且足夠長，粗管部分的橫截面積，細(xì)管部分的橫截面積，用適量的水銀在管內(nèi)密封一定質(zhì)量的理想氣體。初始狀態(tài)封閉氣體的熱力學(xué)溫度，長度，細(xì)管和粗管中水銀柱的長度均為。大氣壓強(qiáng)恒為，現(xiàn)對封閉氣體緩慢加熱，細(xì)管水銀面緩慢上升。（1）求當(dāng)粗管中的水銀柱全部上升至細(xì)管時，封閉氣體的熱力學(xué)溫度；（2）當(dāng)粗管中的水銀柱全部上升至細(xì)管時，繼續(xù)緩慢加熱，求細(xì)管水銀面繼續(xù)上升時的熱力學(xué)溫度。

19．（22-23高二下·江蘇鎮(zhèn)江·階段練習(xí)）如圖所示，為方便抽取密封藥瓶里的藥液，護(hù)士一般先用注射器注入少量氣體到藥瓶里后再抽取藥液。某種藥瓶的容積為5mL，瓶內(nèi)裝有4mL的藥液，在的冰箱內(nèi)時，瓶內(nèi)空氣壓強(qiáng)為。在室溫條件下放置較長時間后，護(hù)士先把注射器內(nèi)0.5mL壓強(qiáng)為的空氣注入藥瓶，然后抽出3mL的藥液。抽取藥液的過程中，瓶內(nèi)外溫度相同且保持不變，忽略針頭內(nèi)氣體的體積和藥液體積，氣體視為理想氣體。（1）放置較長時間后，瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)多大？（2）注入的空氣與瓶中原有空氣質(zhì)量之比多大？（3）抽出藥液后瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)多大？

20．（22-23高二下·河南駐馬店·期末）如圖甲所示，在豎直放置、足夠長的細(xì)玻璃管內(nèi)用的水銀柱封閉一段空氣柱，空氣柱的長度、溫度為t1=27℃。已知大氣壓強(qiáng)，絕對零度為t0=-273℃，重力加速度g的大小取。現(xiàn)將玻璃管在豎直平面內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)動，直至與水平x軸成角，玻璃管與x軸在同一豎直平面內(nèi)，如圖乙所示?，F(xiàn)保持玻璃管與x軸夾角不變，求：（1）將玻璃管內(nèi)氣柱的溫度緩慢升高到t2=47℃時，玻璃管內(nèi)氣柱的長度。（2）讓玻璃管沿x軸正方向做加速度為的勻加速直線運(yùn)動時，玻璃管內(nèi)氣柱的長度。（不考慮玻璃管內(nèi)氣柱溫度的變化，忽略大氣壓強(qiáng)的變化）

21．（22-23高二下·河北滄州·期末）如圖所示為某鍋爐上顯示水位的顯示器簡化示意圖，其為上端開口下端封閉、豎直放置且粗細(xì)均勻的細(xì)玻璃管，內(nèi)部用兩段水柱封閉著質(zhì)量、溫度相同的同種氣體（可視為理想氣體）Ⅰ與Ⅱ，其長度之比。求：（1）Ⅰ、Ⅱ兩部分氣體的壓強(qiáng)之比；（2）如果給它們加熱，使它們升高相同的溫度，又不使水溢出，則兩段氣柱長度變化量之比。

22．（22-23高二下·廣東廣州·期末）如圖所示，兩個可導(dǎo)熱的氣缸豎直放置，它們的底部由一細(xì)管連通（細(xì)管極細(xì)容積可忽略）。兩氣缸內(nèi)各有一個活塞，質(zhì)量分別為m1和m2，活塞與氣缸無摩擦。活塞的下方為理想氣體，上方為真空，且活塞距頂部足夠高。環(huán)境溫度為T0，當(dāng)氣體處于平衡狀態(tài)時，兩活塞位于同一高度h（已知m1=3m，m2=2m），求：（1）左右兩活塞橫截面積的比值；（2）若環(huán)境溫度不變，上部保持真空，某同學(xué)設(shè)法在兩活塞上同時各放一質(zhì)量為m的物塊，發(fā)現(xiàn)右側(cè)活塞向下運(yùn)動到氣缸底部，請你寫出產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因；并求出活塞再次達(dá)到平衡后，左側(cè)活塞距底部的高度；（3）在右側(cè)活塞向下運(yùn)動到氣缸底部后，使環(huán)境溫度由T0緩慢上升到1.5T0，在這個過程中，氣體對活塞做了多少功？

23．（21-22高二下·全國·期末）粗細(xì)均勻、導(dǎo)熱性良好的L形玻璃管（水平部分較長）如圖所示放置，豎直管上端封閉，管內(nèi)一段L形水銀柱，豎直部分長為，管內(nèi)封閉氣柱長