高中物理选择性必修第三册配人教版-第二章-2-第2课时-玻意耳定律及其应用

.气体的等温变化第2课时玻意耳定律及其应用课后篇素养形成必备知识基础练1.如图所示,由导热材料制成的汽缸和活塞将一定质量的气体封闭在汽缸内,活塞与汽缸壁之间无摩擦,活塞上方存有少量液体。将一细管插入液体,由于虹吸现象,活塞上方液体缓慢流出,在此过程中,大气压强与外界的温度保持不变。下列各个描述气体状态变化的图像中与上述过程相符合的是()答案D解析封闭气体做的是等温变化,只有D图线是等温线,故D正确。2.如图所示,某种自动洗衣机进水时,与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气,通过压力传感器感知管中的空气压力,从而控制进水量。设温度不变,洗衣缸内水位升高,则细管中被封闭的空气()A.体积不变,压强变小B.体积变小,压强变大C.体积不变,压强变大D.体积变小,压强变小答案B解析以细管中封闭气体为研究对象,当洗衣缸内水位升高时,细管中封闭气体压强变大,而气体温度不变,则由玻意耳定律知,气体体积变小,故B项正确。3.(2020山东模拟)如图所示,一个内壁光滑、导热性能良好的汽缸竖直吊在天花板上,开口向下,质量与厚度均不计、导热性能良好的活塞横截面积为S=2×10-3m2,与汽缸底部之间封闭了一定质量的理想气体,此时活塞与汽缸底部之间的距离h=24cm,活塞距汽缸口10cm。汽缸所处环境的温度为300K,大气压强p0=1.0×105Pa,g取10m/s2。现将质量为m=4kg的物块挂在活塞中央位置上。挂上重物后,活塞下移,则稳定后活塞与汽缸底部之间的距离为()A.25cm B.26cm C.28cm D.30cm答案D解析根据题意可知该过程中气体的温度不变,初态压强为p0=1.0×105Pa,体积为V0=Sh末态压强为p=p0-mg根据玻意耳定律有p0Sh=pSH解得H=30cm,且此时活塞未脱离汽缸,故D正确,A、B、C错误。4.一个气泡由湖面下20m深处缓慢上升到湖面下10m深处,它的体积约变为原来体积的()A.3倍 B.2倍 C.1.5倍 D.7答案C解析题目要求为粗略计算,大气压强为p0=1.0×105Pa,g取10m/s2,ρ水=1×103kg/m3,气体变化过程为等温变化,气泡内压强p=ρ水gH+p0,则湖面下20m深处:p1=ρ水gh1+p0=3.0×105Pa,湖面下10m深处:p2=ρ水gh2+p0=2.0×105Pa,由玻意耳定律:p1V1=p2V2,得V2=p1V1p2=1.5.一种水下重物打捞方法的工作原理如图所示。将一质量M=3×103kg、体积V0=0.5m3的重物捆绑在开口朝下的浮筒上。向浮筒内充入一定质量的气体,开始时筒内液面到水面的距离h1=40m,筒内气体体积V1=1m3。在拉力作用下浮筒缓慢上升,当筒内液面到水面的距离为h2时,拉力减为零,此时气体体积为V2,随后浮筒和重物自动上浮。求V2和h2。(已知大气压强p0=1×105Pa,水的密度ρ=1×103kg/m3,重力加速度的大小g取10m/s2。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)答案2.5m310m解析当F=0时,由平衡条件得Mg=ρg(V0+V2)①代入数据得V2=2.5m3②设筒内气体初态、末态的压强分别为p1、p2,由题意得p1=p0+ρgh1③p2=p0+ρgh2④在此过程中筒内气体的温度和质量不变,由玻意耳定律得p1V1=p2V2⑤联立②③④⑤式代入数据得h2=10m⑥6.如图是气压式保温瓶的原理图,保温瓶内水面与出水口的高度差为h,瓶内密封空气体积为V,设水的密度为ρ,大气压强为p0,欲使水从出水口流出,瓶内空气压缩量ΔV至少为多少?(设瓶内弯曲管的体积不计,温度保持不变,各物理量的单位均为国际单位)。答案ρgℎV解析压水前:p1=p0,V1=V压水后水刚流出时:p2=p0+ρgh,V2=V-ΔV由玻意耳定律:p1V1=p2V2,即p0V=(p0+ρgh)(V-ΔV),解得ΔV=ρgℎVp关键能力提升练7.(2020上海宝山区二模)如图所示,上端封闭的玻璃管插在水银槽中,管内封闭着一段气柱。现使玻璃管缓慢地绕其最下端的水平轴偏离竖直方向一定角度,能描述管内气体状态变化的图像是(箭头表示状态的变化方向)()答案A解析设大气压为p0,封闭气体压强p=p0-ρgh,玻璃管绕其最下端的水平轴偏离竖直方向一定角度,水银柱的有效高度h变小,封闭气体压强变大;气体温度不变,压强变大,由玻意耳定律pV=C可知,气体体积将变小;pV为常数,由数学知识知p-V图线为双曲线,故A正确,B、C、D错误。8.(2020山东烟台二模)跳跳球是一种锻炼身体、训练平衡的玩具,由橡胶球、踏板和扶手构成,在人未站上踏板前,橡胶球内气体压强为p,体积为V,当质量为m的人站在跳跳球上保持平衡不动时,橡胶球内气体体积变为V',若橡胶球球膜厚度和玩具的重力均忽略不计,橡胶球内气体温度保持不变,重力加速度为g,则此时橡胶球和踏板的接触面积为()A.mgV'pV BC.mgVpV' D答案A解析橡胶球内的气体温度不变,做等温变化,初态p1=p,V1=V;末态V2=V'。根据玻意耳定律可得p1V1=p2V2,解得p2=pVV';由平衡条件可知p2S=mg,解得S=mgV'pV,故A正确,B、9.如图所示,在长为57cm且一端封闭、另一端开口向上的竖直玻璃管内,用4cm高的水银柱封闭着51cm长的理想气体,管内外气体的温度相同。现将水银从管侧壁缓慢地注入管中,直到水银面与管口相平。外界大气压强p0=76cmHg,且温度不变。求此时管中封闭气体的压强。答案85cmHg解析设玻璃管的横截面积为S,以玻璃管内封闭的气体为研究对象,初状态p1=p0+ph1=80cmHg,V1=51cm×S,末状态p2=p0+ph=(76+h)cmHg,V2=(57cm-h)S,气体发生等温变化,由玻意耳定律得p1V1=p2V2,代入数据解得h=9cm,则p2=85cmHg。10.中学物理课上一种有趣的仪器——哈勃瓶,它是一个底部开有圆孔、瓶颈很短、导热性良好的平底大烧瓶。如图所示,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的轻质橡皮塞,橡皮塞与玻璃瓶间的最大静摩擦力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气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ρ=1.20kg/m3,压强为标准大气压p0=1×105Pa,求:(1)橡皮塞被弹出时瓶内气体的压强;(2)为了使橡皮塞被弹出,需要向气球内打入空气的质量。答案(1)4×105Pa(2)3.6×10-3kg解析(1)橡皮