高中物理 加强练习第十五章　139.变质量问题

139.变质量问题(分值：50分)1~3题每题5分1.(2025·湖南长沙市模拟)呼吸机可以帮助患者进行吸气。一患者某次吸气前肺内气体的体积为V0，压强为p0(大气压强)。吸入压强为p0的气体后肺内气体的体积变为1.2V0，压强为1.1p0，若空气视为理想气体，整个过程温度保持不变，则吸入气体的体积为()A.1.2V0 B.1.1V0 C.0.64V0 D.0.32V0答案D解析根据玻意耳定律，温度不变时，气体压强与体积的乘积保持不变。初始状态的总气体(肺内原有气体和吸入气体)在压强p0下的总体积为V0+V(V为吸入气体体积)，最终状态气体压强为1.1p0，体积为1.2V0，由玻意耳定律p0(V0+V)=1.1p0·1.2V0，解得V=0.32V0，D正确。2.(2025·河北沧州市二模)如图所示，气闸舱有两个气闸门，与核心舱连接的是闸门A，与外太空连接的是闸门B。国际空间站核心舱内航天员要到舱外太空行走，需先经过气闸舱，开始时气闸舱内气压为p0(地球表面标准大气压)，用抽气机多次抽取气闸舱中气体，当气闸舱气压降到一定程度后才能打开气闸门B。已知每次从气闸舱抽取的气体(视为理想气体)体积都是气闸舱容积的14，每次抽气降低的温度是抽气前气闸舱内热力学温度的18，不考虑漏气、新气体及航天员大小产生的影响。则抽气3次后气闸舱内气压为(A.(47)3p0 B.(710)3C.(34)3p0 D.(78)3答案B解析第一次抽气相当于气体的体积由V变为(1+14)V，温度由T0变为T1=T0-18T0，根据理想气体状态方程得p0VT0=p1(1+14)VT0-18T0，得p1=710p0，第二次抽气相当于气体的体积由V变为(1+14)V，温度由T1变为T2=T1-18T1，根据理想气体状态方程得p1VT1=p2(1+13.(多选)(2025·河南信阳市二模)高压锅是一种常见的锅具，是通过增大气压来提升液体沸点，达到快速烹煮食物的目的。如图为某燃气压力锅及其结构简图，厨师将食材放进锅内后盖上密封锅盖，并将压力阀套在出气孔上开始加热烹煮。当加热至锅内压强为1.27atm时，压力阀刚要被顶起而发出嘶响声；继续加热，当锅内温度为117℃时达到沸点，停止加热。已知加热前锅内温度为27℃，压强为1atm，压力阀套在出气孔上的横截面积为8mm2，g取10m/s2。大气压强p为1atm=105Pa，忽略加热过程水蒸气和食材(包括水)导致的气体体积变化，气体可视为理想气体。则()A.压力阀的质量约为0.1kgB.压力阀刚要被顶起时锅内温度为108℃C.停止加热时放出气体的质量为加热前锅内气体质量的9D.停止加热时锅内气体的质量为加热前锅内气体质量的381答案BD解析设加热前锅内温度为T1=27℃=300K，压强为p1=1atm，当加热至锅内压强为p2=1.27atm时，压力阀刚要被顶起而发出嘶响声，在这个过程中，气体体积不变，质量不变，由查理定律得p1T1=p2T2，得T2=381K=108℃，故B正确；压力阀刚要被顶起时，设压力阀的质量为m，由受力平衡得p2S=pS+mg，代入数据得m≈0.02kg，故A错误；设锅内温度达到沸点时温度为T3=117℃=390K，从压力阀刚要被顶起到达到沸点的过程，锅内压强不变，由盖—吕萨克定律得V1T2=V3T3，得V3=390381V1，停止加热时放出气体的质量与加热前锅内气体质量的比为Δmm4.(10分)(2025·甘肃张掖市模拟)中国是瓷器的故乡，号称“瓷器之国”。如图甲是烧制瓷器的窑炉，图乙为其简化原理图，上方有一单向排气阀，当窑内气压升高到3p0(p0为大气压强)时，排气阀才会开启，压强低于3p0时，排气阀自动关闭。某次烧制过程，初始时窑内温度t1=27℃，窑内气体压强为p0。已知烧制过程中窑内气体温度均匀且缓慢升高。不考虑瓷胚体积的变化，气体可视为理想气体，绝对零度取-273℃。(1)(5分)求排气阀开始排气时，窑内气体的温度；(2)(5分)求窑内温度为927℃时，排出气体质量与窑内原有气体质量的比值。答案(1)627℃(或900K)(2)1∶4解析(1)对封闭在窑内的气体，排气前容积不变，烧制前温度T0=(273+27)K=300K气体升温过程中发生等容变化，根据查理定律有p0T解得T1=900K=627℃(2)当气体温度T2=(927+273)K=1200K，压强为3p0时，设气体体积为V2根据理想气体状态方程有p0V解得V2=43V又V排=V2-V0=13V所以m排m总=V5.(12分)(2026·广东省一模联考)如图所示，加油站有一个容积为V0=6000L的储油罐，为了防止罐内气压过高，储油罐上方设置有泄压阀，当罐内的气体压强达到1.2p0时泄压阀打开排气泄压，当罐内气压等于外界气压p0时泄压阀自动关闭。初始时，泄压阀关闭，空罐内气压为p0，现加油车通过入油管给储油罐输油，此过程罐内温度保持27℃不变，当泄压阀打开时停止输油，忽略输油过程汽油蒸发产生的油气，不计管道容积。储油罐内气体可视为理想气体，计算时0℃取273K，求：(1)(6分)输入储油罐汽油的体积V1；(2)(6分)待泄压阀打开后又重新关闭，此后储油罐内的汽油不断挥发出油气，此过程罐内气体温度依然保持27℃不变，求泄压阀再次打开时挥发掉汽油的体积ΔV(已知1L汽油挥发产生的油气在压强p0、温度为0℃时体积为160L，忽略汽油挥发导致罐内气体体积的变化)。答案(1)1000L(2)9116解析(1)设泄压阀打开时储油罐内的气体体积为V2，由玻意耳定律有p0V0=1.2p0V2解得V2=5000L储油罐内的汽油体积为V1=V0-V2解得V1=1000L(2)根据克拉伯龙方程，有p0V2T其中T0=273K，T1=(273+27)K=300K解得ΔV=91166.(13分)(2025·山东烟台市三模)如图所示，横截面积分别为2S、S的两个上部开口的柱形导热汽缸A、B中装有同种气体，通过一段体积可忽略的细管相连接，在细管中间安装有一个阀门D，两汽缸中各有一个轻质的活塞，汽缸B中的活塞一端与轻弹簧相连接，另一端固定在汽缸正上方的水平面板上。阀门D关闭时，轻弹簧处于原长并保持竖直，汽缸A、B中的活塞均处于静止状态，汽缸A中气柱高度为3L，汽缸B中气柱高度为L，将一个质量为2m的重物C轻轻地放到汽缸A中的活塞上，稳定后A中气柱高度变为2L，打开阀门D，保持环境温度不变，待系统稳定后，关闭阀门D。已知弹簧的劲度系数k=3mgL，重力加速度为(1)(5分)大气压强p0；(2)(8分)最后关闭阀门D时，进入B中的气体与打开阀门前B中气体的质量比值。答案(1)2mgS解析(1)对汽缸A中活塞，由平衡条件可得2pAS=2p0S+2mg由玻意耳定律可得p0·6LS=pA·4LS解得p0=2(2)阀门D未打开时，由平衡条件可知B中气体压强为pB=p0打