第二章　专题强化　理想气体的综合问题

DIERZHANG第二章专题强化理想气体的综合问题1.会巧妙地选择研究对象，使变质量气体问题转化为定质量的气体问题(重点)。2.通过两部分气体的压强、体积的关系解决关联气体问题(难点)。3.会应用气体实验定律和理想气体状态方程解决综合问题(难点)。

学习目标一、变质量问题二、关联气体问题专题强化练

内容索引变质量问题一1.打气问题向球或轮胎中充气是一个典型的变质量气体问题。只要选择球或轮胎内原有气体和即将打入的气体作为研究对象，就可以把充气过程中的变质量气体问题转化为定质量气体的状态变化问题。

用打气筒将压强为1atm的空气打进自行车轮胎内，如果打气筒容积ΔV=500cm3，轮胎容积V=3L，原来压强p=1atm。现要使轮胎内压强变为p'=4atm，若用这个打气筒给自行车轮胎打气，则要打气次数为(设打气过程中空气的温度不变)多少？例1答案18次选所有气体为研究对象，设打气次数为n，则p(V+nΔV)=p'V，代入数据解得：n=18。拓展若例1中轮胎中原来压强为1.5atm，其他条件不变，则要打气次数为多少？答案

15次设打气筒每次打入p0=1

atm，ΔV=500

cm3的气体，相当于压强为p=1.5

atm的气体体积为ΔV'，由等温变化规律得：p0ΔV=pΔV'①设打气次数为n，则p(V+nΔV')=p'V②联立①②解得：n=15。总结提升

2.抽气问题从容器内抽气的过程中，容器内的气体质量不断减小，这属于变质量问题。分析时，将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象，质量不变，故抽气过程可看作是膨胀的过程。

例2√√

总结提升这类抽气问题要注意每次抽气时气体压强不同，解决此类问题应每次抽气单独列方程，再联立求解。3.罐气(气体分装)问题将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是变质量问题，分析这类问题时，可以把大容器中剩余的气体和多个小容器中的气体作为一个整体来进行研究，即可将“变质量”问题转化为“定质量”问题。

容积V=20L的钢瓶充满氧气后，压强p=10atm，打开钢瓶阀门，让氧气分装到容积为V'=5L的小瓶中去，小瓶子已抽成真空。分装完成后，每个小瓶及钢瓶的压强均为p'=2atm。在分装过程中无漏气现象，且温度保持不变，那么最多可能装的瓶数是A.4瓶 B.10瓶C.16瓶 D.20瓶例3√初态p=10

atm，V=20

L，末态p'=2

atm，V1=V+nV'(n为瓶数)，温度保持不变，则有pV=p'V1，代入数据解得n=16，故C正确，A、B、D错误。4.漏气问题容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，属于变质量问题，如果选容器内剩余气体和漏掉的气体整体为研究对象，即设想有一个“无形弹性袋”收回漏气，且漏掉的气体和容器中剩余气体同温同压，便可使“变质量”问题转化成“定质量”问题。

物体受热时会膨胀，遇冷时会收缩。这是由于物体内的粒子(原子)运动会随温度改变，当温度上升时，粒子的振动幅度加大，令物体膨胀；但当温度下降时，粒子的振动幅度便会减小，使物体收缩。气体温度变化时热胀冷缩现象尤为明显，若未封闭的室内生炉子后温度从7℃升到27℃，而整个环境气压不变，则跑到室外气体的质量占原来气体质量的百分比为A.3.3% B.6.7%C.7.1% D.9.4%例4√

总结提升在分析和求解气体质量变化的问题时，首先要将质量变化的问题变成质量不变的问题，否则不能应用气体实验定律。如漏气问题，不管是等温漏气、等容漏气，还是等压漏气，都要将漏掉的气体“收”回来。可以设想有一个“无形弹性袋”收回漏气，且漏掉的气体和容器中剩余气体同温、同压，这样就把变质量问题转化为定质量问题，然后再应用气体实验定律求解。返回关联气体问题二这类问题涉及两部分气体，它们之间虽然没有气体交换，但其压强或体积这些量间有一定的关系，建立这两部分气体的压强关系和体积关系是解决问题的关键。

(2023·广东华南师大附中高二月考)如图所示，一粗细均匀足够长的导热U形管竖直放置在烘烤箱中，右侧上端封闭，左侧上端与大气相通，右侧顶端密封空气柱A的长度为L1=24cm，左侧密封空气柱B的长度为L2=30cm，上方水银柱长h2=4cm，左右两侧水银面高度差h1=12cm，已知大气压强p0=76.0cmHg，大气温度T1=300K，现开启烘烤箱缓慢加热U形管，直到空气柱A、B下方水银面等高。加热过程中大气压保持不变。求：例5(1)加热前空气柱A、B的压强各为多少；答案

68cmHg

80cmHg加热前有pB=p0+ρgh2=80

cmHg，pA=pB-ρgh1=68

cmHg(2)空气柱A、B下方水银面等高时烘烤箱的温度T2；答案

441.2K

(3)加热后，B空气柱上方水银柱上升高度L。答案

20.12cm

如图所示，汽缸内A、B两部分气体由竖直放置、横截面积为S的绝热活塞隔开，活塞与汽缸光滑接触且不漏气。初始时两侧气体的温度相同，压强均为p，体积之比为VA∶VB=1∶2。现将汽缸从如图位置逆时针缓慢转动，转动过程中A、B两部分气体温度均不变，直到活塞成水平放置，此时A、B两部分气体体积相同。之后保持A部分气体温度不变，加热B部分气体使其温度缓慢升高，稳定后，A、B两部分气体体积之比仍然为VA∶VB=1∶2。已知重力加速度为g。求：例6(1)活塞的质量；

(2)B部分气体加热后的温度与开始时的温度之比。答案

5∶3

总结提升解决关联气体问题的一般方法1.分别选取每部分气体为研究对象，确定初、末状态参量，根据状态方程列式求解。2.认真分析两部分气体的压强、体积之间的关系，并列出方程。3.多个方程联立求解。返回专题强化练三训练1变质量问题训练2关联气体问题1.空气压缩机的储气罐中储有1.0atm的空气6.0L，现再充入1.0atm的空气9.0L。设充气过程为等温变化过程，空气可看作理想气体，则充气后储气罐中气体压强为A.2.5atm B.2.0atmC.1.5atm D.1.0atm123456789基础强化练√取充气后储气罐内的气体为研究对象，由p1(V1+V2)=pV1，代入数据得p=2.5

atm，故A正确。2.(2023·梅河口市第五中学高二期末)中国职业篮球联赛是我国最顶尖的篮球赛事，赛前对篮球的检查是一项重要工作。比赛用球的体积为V0，标准气压为0.48~0.62bar(1bar=105Pa)。有一篮球气压为0.3bar，现用打气筒对其充气，打气筒每次能充入压强为105Pa、体积为0.02V0的气体(气体可视为理想气体)，忽略充气过程温度和篮球体积的变化，则为达到比赛用球标准，充气次数至少为A.2 B.6C.9 D.16123456789√123456789设充气次数为n次，根据玻意耳定律p0V1+np00.02V0=p2V0，代入数据0.3

bar×105

Pa×V0+105

Pa×0.02V0×n=0.48

bar×105

Pa×V0，解得n=9，故选C。

123456789√123456789

123456789√123456789

5.现有一个容积为400L的医用氧气罐，内部氧气可视为理想气体，压强为15MPa，为了使用方便，用一批相同规格的小型氧气瓶(瓶内视为真空)进行分装，发现恰好能装满40个小氧气瓶，分装完成后原医用氧气罐及每个小氧气瓶内气体的压强均为3MPa，不考虑分装过程中温度的变化，则每个小氧气瓶的容积为A.20L B.40LC.50L D.60L123456789√123456789设每个小氧气瓶的容积为V0，以医用氧气罐中所有氧气为研究对象，初态：p1=15

MPa，V1=400

L；末态：p2=3

MPa，V2=40V0+400

L；因为不考虑温度变化，由玻意耳定律有p1V1=p2V2，代入数据得V0=40

L，B正确。6.容积为20L的钢瓶充满氧气后，压强为130atm，打开钢瓶的阀门让氧气同时分装到容积为5L的小瓶中，若小瓶原来是真空的，小瓶中充气后压强为10atm，分装过程中无漏气，且温度不变，那么最多能分装A.4瓶 B.48瓶C.56瓶 D.60瓶123456789能力综合练√123456789以原钢瓶内的气体为研究对象，分装气体过程气体温度不变，气体发生等温变化，设最多能分装n瓶，原钢瓶的容积V0=20

L，每个小钢瓶的容积V=5

L，气体初状态的压强p=130

atm，气体末状态的压强p'=10

atm，对气体，由玻意耳定律得：pV0=p'(nV+V0)代入数据解得：n=48瓶，故B正确，A、C、D错误。7.(2023·宁波市模拟)如图甲，气动避震通过控制气压来改变车身高低，备受高档轿车的青睐。其工作原理可以简化为如图乙所示，在导热良好的汽缸内用可自由滑动的横截面积为S=10cm2活塞和砝码组合体封闭一定质量的空气，活塞和砝码总质量为m=5kg。充气装置可通过开关阀门K对汽缸进行充气或放气来改变车身高低。初始时，开关阀门K关闭，此时汽缸内气体高度为h1=40cm。已知外界大气压强p0=1.0×105Pa。求：123456789(1)初始状态汽缸内空气压强p1；答案1.5×105Pa123456789

(2)仅将活塞和砝码的总质量增大至10kg时，汽缸内气体高度h2；123456789答案30cm

(3)在(2)的基础上，打开阀门K，充气装置向汽缸内充气，当汽缸内气体高度最终恢复至h1时，求充入的外界大气的体积V。123456789答案200cm3根据等温有：p0V+p2Sh2=p2Sh1解得：V=200

cm3。8.(2023·成都市高二期末)篮球是中学生喜欢的一项体育运动，打篮球前需要将篮球内部气体的气压调至p标=1.6×105Pa，才能让篮球发挥最佳性能。如图所示，某同学使用简易充气筒给篮球充气，该充气筒每次可以将压强p0=1.0×105Pa、体积V0=100cm3的空气打进篮球。已知篮球的容积V=7.6×103cm3，内部初始气压等于标准大气压p0=1.0×105Pa。(忽略所有过程温度的变化与篮球容积的变化)123456789(1)该同学利用充气筒向篮球打了19次气，求此时篮球内部的气压p1；答案

1.25×105Pa123456789同学利用充气筒向篮球打气，气体做等温变化，有p0(V+nV0)=p1V解得此时篮球内部的气压：p1=1.25×105

Pa(2)若篮球内部的气压为p2=1.8×105Pa，可以采取缓慢放气的办法使篮球内部的气压恢复到p标，求放出气体的质量与放气后球内气体的质量的比值。123456789

123456789

9.(2020·山东卷)中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上，进而治疗某些疾病。常见拔罐有两种，如图所示，左侧为火罐，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门。使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上。抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强。123456789尖子生选练

123456789

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12341.如图所示，一固定汽缸中由两活塞封闭一定质量的A、B两部分理想气体，初始时，A的体积为V，B的体积为2V，压强均等于大气压强p0，热力学温度均为T0。现向右缓慢推动活塞1，使B的体积减小到V，该过程中气体A、B的温度始终不变，不计一切摩擦。(1)求此时A的体积；

基础强化练51234

51234

答案

4T051234

512342.如图所示，竖直面内有一粗细均匀的U形玻璃管。初始时，U形管右管上端封有压强p0=75cmHg的理想气体A，左管上端封有长度L1=7.5cm的理想气体B，左、右两侧水银面高度差L2=5cm，其温度均为280K。(1)求初始时理想气体B的压强；答案

70cmHg设理想气体B的初始压强为pB，则pB=p0-5

cmHg=70

cmHg51234(2)保持气体A温度不变，对气体B缓慢加热，求左、右两侧液面相平时气体B的温度。答案

500K51234

5

1234能力综合练5

123454.(2023·宜宾市模拟)如图，竖直放置的玻璃管由内半径为2r、长度为16cm的B管和内半径为r、长度大于16cm的A管组成。管内空气被一段水银柱隔开，初始状态是水银柱在两管中的长度均为L=8cm，B管下方空间气体压强为pB=82.5cmHg，A管上方的活塞下表面距离水银柱上表面的距离为L=8cm。现缓慢将活塞下推