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文档简介
2023年高三物理二轮高频考点冲刺突破
专题24应用力学的观点处理理想气体问题
专练目标____________________________________专练内容____________________________________
目标1高考真题(IT—5T)
目标2应用平衡条件处理理想气体问题(6T—10T)
目标3应用牛顿第二定律处理理想气体问题(11T—15T)
【典例专练】
一、高考真题
L如图,两端开口、下端连通的导热汽缸,用两个轻质绝热活塞(截面积分别为SI和52)封闭一定质量的
理想气体,活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙,活塞从A下降。高度到8位置时,活塞上细
沙的总质量为初。在此过程中,用外力尸作用在右端活塞上,使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和
B.整个过程,理想气体的分子平均动能保持不变
C.整个过程,理想气体的内能增大
D.整个过程,理想气体向外界释放的热量小于(Pl)S/+mg∕z)
E.左端活塞到达B位置时,外力产等于嗒
2.水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示,汽缸中间有一固定隔板,将汽缸内一定质量的某种理想气体
分为两部分,"H"型连杆活塞的刚性连杆从隔板中央圆孔穿过,连杆与隔板之间密封良好。设汽缸内、外压
强均为大气压强外。活塞面积为S,隔板两侧气体体积均为兴°,各接触面光滑。连杆的截面积忽略不计。
现将整个装置缓慢旋转至竖直方向,稳定后,上部气体的体积为原来的设整个过程温度保持不变,求:
(i)此时上、下部分气体的压强;
(ii)"H"型连杆活塞的质量(重力加速度大小为g)。
3.如图,小赞同学设计了一个液体拉力测量仪。一个容积匕=9.”的导热汽缸下接一圆管,用质量g=90g、
横截面积S=IOCm2的活塞封闭一定质量的理想气体,活塞与圆管壁间摩擦不计。活塞下端用轻质细绳悬挂
一质量/=1Og的U形金属丝,活塞刚好处于/位置。将金属丝部分浸入待测液体中,缓慢升起汽缸,使
金属丝从液体中拉出,活塞在圆管中的最低位置为8。已知A、B间距离∕z=10cm,外界大气压强
5
A=LOlxlOPa,重力加速度取IomU,环境温度保持不变,求:
(1)活塞处于Z位置时,汽缸中的气体压强Pl;
4.如图,一竖直放置的汽缸由两个粗细不同的圆柱形筒组成,汽缸中活塞I和活塞∏之间封闭有一定量的
理想气体,两活塞用一轻质弹簧连接,汽缸连接处有小卡销,活塞H不能通过连接处。活塞1、JI的质量
分别为2机、%面积分别为2S、S,弹簧原长为初始时系统处于平衡状态,此时弹簧的伸长量为0”,
活塞I、H到汽缸连接处的距离相等,两活塞间气体的温度为丝。已知活塞外大气压强为为,忽略活塞与
缸壁间的摩擦,汽缸无漏气,不计弹簧的体积。(重力加速度常量g)
(1)求弹簧的劲度系数;
(2)缓慢加热两活塞间的气体,求当活塞II刚运动到汽缸连接处时,活塞间气体的压强和温度。
5.小赞同学设计了一个用电子天平测量环境温度的实验装置,如图所示。导热汽缸开口向上并固定在桌面
上,用质量町=600g、截面积S=20cπ√的活塞封闭一定质量的理想气体,活塞与汽缸壁间无摩擦。一轻
质直杆中心置于固定支点A上,左端用不可伸长的细绳竖直悬挂活塞,右端用相同细绳竖直悬挂一个质量
吗=12OOg的铁块,并将铁块放置到电子天平上。当电子天平示数为600.0g时•,测得环境温度4=300K.
设外界大气压强PO=LoXIOSPa,重力加速度g=10m∕s2。
(1)当电子天平示数为400.0g时,环境温度(为多少?
(2)该装置可测量的最高环境温度TraX为多少?
二、应用平衡条件处理理想气体问题
6.一种水下重物打捞方法的工作原理如图所示,将一质量M=3xl()3kg'体积匕=0.5n√的重物捆绑在开口
朝下的浮筒上,向浮筒内冲入一定质量的气体,开始时筒内液面到水面的距离九=40m,筒内气体体积
匕=Im3,在拉力作用下浮筒缓慢上升,当筒内液面的距离为为时,拉力减为零,此时气体体积为产2,随
后浮筒和重物自动上浮,求夕2和4。
已知:大气压强Po=IXIO'pa,水的密度P=IXlO'kg/m',重力加速度的大小g=lθm/sa,不计水温变化,
筒内气体质量不变且可视为理想气体,浮筒质量和筒壁厚度可忽略。
PE水面
ΞΞΞ≡≡ΞτΞΞΞΞΞ≡ΞΞΞΞ□E≡≡≡ΞzΞ:
zzzzzzIzzzzzzzzzzdzzzzzzz:
------3—-------------
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二二二二二二士二二二rO二二二二二二二:
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7.如图所示,一汽缸固定在水平桌面上,通过轻质活塞封闭一定质量的理想气体,活塞横截面积S=IOOCm2,
与缸壁的摩擦可忽略不计。活塞中点与物块A通过细绳、固定的轻质定滑轮水平连接,可视为质点的物块A
与B之间通过长度为ZI=IOCm的细绳连接(图中未画出)并叠放在桌面上;开始时,滑轮两侧的绳处于竖
直状态且恰好无拉力,活塞距缸底4=20cm,气体温度7;=1000K,外界大气压强PO=IXlOSPa,现通过
特殊装置,使缸内气体的温度缓慢下降,取重,力加速度g=IOmZs),求:
(1)当质量为m=50kg的物块A恰好开始上升时,汽缸内气体的温度为多少K;
(2)若物块B恰好开始上升时汽缸内气体的温度为125K,物块B的质量为多少kg?
8.如图所示,内壁光滑的圆柱形导热汽缸固定在水平面上,汽缸内被活塞封有一定质量的理想气体,活塞
横截面积为S,质量和厚度都不计,活塞通过弹簧与汽缸底部连接在一起,弹簧处于原长,已知周围环境温
度为7°,大气压强恒为po,弹簧的劲度系数%=串(S为活塞横截面积),原长为/°,一段时间后,环境
*0
温度降低,在活塞上施加一水平向右的压力,使活塞缓慢向右移动,当压力增大到某一值时保持恒定,此
时活塞向右移动了0.21°,缸内气体压强为1.10。
(1)求此时缸内气体的温度T/;
(2)对汽缸加热,使气体温度缓慢升高,当活塞移动到距汽缸底部1.2/。时,求此时缸内气体的温度乃。
9.如图所示,光滑斜面的倾角0=30。,平行于斜面的轻质弹簧下端与斜面底端的固定挡板相连,上端与斜
面上的导热汽缸底部拴接。汽缸内的活塞封闭一定质量的理想气体,作用在活塞上沿斜面向上的外力厂使
弹簧的伸长量∆r=0.01m,汽缸、活塞之间光滑且均处于平衡状态。已知缸体质量网=Iokg,活塞质量
叫=2kg,活塞横截面积S=2×10-,m2,弹簧的劲度系数&=IxlO3NZm,封闭在汽缸内的气柱长L=0.21m,
外界大气压PO=IXIO'Pa,取重力加速度大小g=10m∕s2,环境温度保持不变。求:
(1)外力尸的大小;
(2)汽缸内部气体的压强p;
(3)撤去外力F,汽缸和活塞重新平衡后汽缸内的气柱长度的改变量"。
10.如图所示为"浮沉子",竖直放置的导热汽缸开口向上,上端口为Z,不计厚度的轻活塞停在8处,BC
间为理想气体,C点以下为水银,在。尸之间静止着一个圆柱形且厚度不计的,开口向下的硬质小瓶,OE为
瓶内理想气体的长度,LAIi=HLBC=L,LCD=L,LDE=gLF=4,L=IOcm,现在用外力将活塞缓
慢拉到Z处,小瓶最终将静止在水银面上。设外界大气压强Po=75CmHg。环境温度保持不变,不计摩擦和
漏气,忽略小瓶上升到水面时对缸内气体体积的影响。求:
(1)小瓶的重力与它底面积的比值等于多少厘米汞柱?
(2)小瓶最终静止时瓶内气体的长度(结果保留两位有效数字)。
A
三、应用牛顿第二定律处理理想气体问题
11.如图所示,静止的升降机中竖直放置一绝热气缸,质量为机、横截面积为S的绝热活塞在气缸内封住
一定质量的理想气体,气缸内有一体积可忽略的冰块,活塞可在气缸内无摩擦滑动且不漏气。开始时,缸
内气柱长为4,温度与外界大气温度相同,外界大气的压强和温度分别为P。、且始终不变,重力加速度
为g。
(1)缸内冰块缓慢融化,使缸内气体温度下降至后7;时,缸内气柱长度为多少?此过程冰块融化吸热为。,
求气缸内气体内能变化量;
414
(2)若使升降机竖直向上做匀加速直线运动,稳定时缸内气柱长度为1%,温度保持后心不变,则升降机
加速度α多大?
12.如图所示,长为L、横截面积为S的粗细均匀的玻璃管,/端封闭、8端开口。玻璃管中有一个质量为
加、厚度不计的活塞,封闭一定质量的理想气体。当玻璃管水平静止放置时,活塞刚好位于玻璃管的正中
央。设大气压强为外,整个过程中温度始终保持不变,活塞不漏气,且不计活塞与玻璃管之间的摩擦。当
玻璃管绕过力端的竖直转动轴。O'在水平面内做匀速转动的过程中,活塞刚好位于玻璃管的8端开口处。
求:玻璃管转动的角速度大小(题中物理量均为国际单位制)。
0
I
I
------------z--------------
I
O'
13.如图,一汽缸质量为Λ∕=15kg(不含活塞),汽缸中光滑活塞质量,〃=5kg、横截面积S=IOCm2,汽缸内封
闭了一定质量的理想气体,不计活塞厚度且汽缸导热性良好,一倾角保37。的足够长斜置传送带以速度
v=2m∕s顺时针匀速运行。将汽缸开口沿传送带向下、一侧面轻放在底端,汽缸沿斜面向上运动,刚开始一
段时间内,汽缸内封闭气柱长L=7cm,一段时间后活塞上升ajL=2mm0大气压强恒为PW=IXlO$Pa,环境温
度保持不变,g=10m∕s2,sin37°=0.6,CoS37°=0.8。
(1)求汽缸与传送带的动摩擦因数出
(2)求整个过程汽缸与传送带产生的热量。。
V
14.如图1所示,底面积S=IOCm2
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