备战2025届新高考物理一轮总复习练习第15章热学第4讲专题提升充气抽气灌气漏气模型

这是一份备战2025届新高考物理一轮总复习练习第15章热学第4讲专题提升充气抽气灌气漏气模型，共10页。

题组一 充气模型
1.(2023山东潍坊三模)如图所示,桶装水的容积为20 L,为取水方便,在上面安装一个取水器。某次取水前桶内气体压强为1×105 Pa,剩余水的体积为12 L,水面距出水口的高度为50 cm。取水器每按压一次,向桶内打入压强为1×105 Pa、体积为0.3 L的空气。已知水桶的横截面积为0.02 m2,水的密度为1×103 kg/m3,大气压强为1×105 Pa,重力加速度为10 m/s2,取水过程中气体温度保持不变,则( )

A.取水器至少按压1次,水才能从出水口流出
B.取水器至少按压3次,水才能从出水口流出
C.若要压出4 L水,至少需按压16次
D.若要压出4 L水,至少需按压17次
2.(2024广东高三校联考开学考试)肺活量是指在标准大气压p0下,人尽力呼气时呼出气体的体积,是衡量心肺功能的重要指标。某同学自行设计的肺活量测量装置如图所示,体积为V0的空腔通过细管与吹气口和外部玻璃管密封连接,玻璃管内装有密度为ρ的液体用来封闭气体。测量肺活量时,被测者尽力吸足空气,通过吹气口将肺部的空气尽力吹入空腔中,若此时玻璃管两侧的液面高度差设为h,大气压强为p0保持不变,重力加速度为g,忽略气体温度的变化,则人的肺活量为( )
A.V0B.V0
C.V0D.V0
3.某同学自行车轮胎的参数如图所示,轮胎容积V=3 L。由于轮胎气门芯漏气,使胎内外气压相同。该同学换了气门芯后给轮胎充气,打气筒每次能将V0=1 L的空气打入轮胎中,早晨打气时气温为27 ℃,不计充气过程中轮胎容积和气体温度的变化,空气可看成理想气体,大气压p0=1.0×105 Pa。若中午室外气温升到37 ℃,要保证自行车中午放置在室外时不爆胎(即不超过胎内气压允许的最大值),该同学早上最多能给轮胎充气多少次?
题组二 抽气模型
4.(2024河南开封模拟)如图所示,牛顿管下端有一个开关,牛顿管可以与外界相通,在用牛顿管做自由落体运动实验时,需要用抽气机将内部抽成真空。某实验小组利用抽气机对某一体积为V的牛顿管进行抽气,初始时,管内气体的压强为p0,每次能从牛顿管中抽走气体的体积为V,抽气过程温度不变,经过5次抽气后,求:
(1)牛顿管中气体的压强;
(2)抽出气体的质量与原有气体质量的比值。
题组三 灌气模型
5.压力锅(也称高压锅)是一种常见的厨房锅具,其工作原理是通过增大气压来提升液体沸点,以达到加快烹煮食物效率的目的。某燃气压力锅的结构简图如图所示,某厨师将食材放进锅内后合上密封锅盖,并将压力阀套于出气孔后开始加热烹煮。已知锅内的总容积为V0,食材占锅内总容积的,加热前锅内温度为T0,大气压强为p0。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。
(1)当加热至锅内温度为2T0时,压力阀刚要被顶起而发出嘶响声,求此时锅内气压的大小;
(2)为控制火候,该厨师在听到压力阀嘶响声时立即熄火并把压力阀提起放气,求最终放气结束随即打开锅盖时,锅内剩下的气体和原来气体的质量之比。(假设排气过程气体温度不变)
题组四 漏气模型
6.随着社会发展,科技的飞快进步以及中国汽车工业的飞速发展,新能源汽车已经走进我们的生活,它主要具有节能、环保、省钱、舒适、噪音小等优点,我国生产的某品牌节能汽车,其后轮胎标准胎压为2.50p0。当车外温度显示为27 ℃,胎压监测系统在仪表盘上显示为2.50p0,在冬天某日车辆使用时,车外温度显示为7 ℃,发现仪表盘上显示为2.33p0,此时,车胎内气体可看作理想气体,车胎内体积可视为不变(大气压强p0=1.0×105 Pa)。
(1)试分析冬天某日时,后轮胎是否有漏气;
(2)若后轮胎的容积是25 L,要使该车胎在使用时胎压恢复到2.50p0,需要充入多少一定量的压强为2.40p0的同种气体?(充气过程中车胎内温度视为不变)
综合提升练
7.(2023山东青岛三模)某位游客自驾游西藏,海拔到达4 000 m时,大气压强为5.6×104 Pa,环境温度为7 ℃,该游客出现了高原反应,即刻取出一种便携式加压舱使用,该加压舱主要由舱体和气源箱组成。已知加压舱刚取出时是折叠状态,只打开进气口,气源箱将周围环境中的大气以350 L/min的气流量输入到舱体中,充气达到压强5.0×105 Pa的工作状态后,进气口和出气口都打开,维持舱内空气新鲜,且气压不变,温度维持在27 ℃,游客在舱内的高压环境中吸氧,实现治疗目的。如图所示,充气后的加压舱舱体可视为长2.1 m、底面积0.88 m2的圆柱体,舱内外气体均可视为理想气体。
(1)求舱体充气到工作状态的时间;
(2)该游客在舱内治疗一段时间后情况好转,他改设气压2.0×105 Pa、温度27 ℃的新模式加压舱会自动调节进出口气流量。已知此时外部的环境温度下降为-3 ℃,加压舱进气流量为30 L/min,舱内环境在10 min内达到新模式,求这段时间放出气体质量与进入气体质量之比。
8.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。某次使用火罐时,罐内气体初始压强与外部大气压相同,温度为450 K,最终降到300 K,因皮肤凸起,内部气体体积变为罐容积的。若换用抽气拔罐,抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的,罐内气压与火罐降温后的内部气压相同。罐内气体均可视为理想气体,忽略抽气过程中气体温度的变化。求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值。
9.(2023重庆七校联考三模)浇花水温与气温相差太大易伤害花卉。养花人常使用的气压式浇花喷壶结构图如图所示,喷壶装入水后旋紧喷头套,通过拉杆打气按压后,按下泄压阀即可喷水(不喷水时泄压阀处于关闭状态)。某次取水温t=7 ℃的井水装入壶中旋紧后搁置一段时间(水未装满),待壶中水温达到环境温度t0=17 ℃时再浇水。已知大气压强恒为p0=1.0×105 Pa,喷壶导热性良好,壶中气体可视为理想气体,装水旋紧壶中密闭气体温度视为与井水同温。
(1)求壶中水温达到环境温度时壶中压强大小p(结果保留三位有效数字);
(2)若同样量的井水经过搁置达到环境温度再装入壶中,然后通过拉杆打气使壶中压强达到1.2p0(打气过程中壶内气体温度可视为不变),求压进气体的质量与壶内水面上原有气体的质量之比(结果用分式表示)。
10.(2024广东广州校考模拟)如图所示,底部带有阀门K的导热汽缸静置在水平地面上,质量为m、横截面积为S的活塞将汽缸内的空气分为高度均为h的上、下两部分,初始时上面封闭空气的压强恰好等于外界大气压强。现用打气筒从阀门K处缓慢充入空气,使活塞缓慢上升。已知重力加速度大小为g,大气压强恒为,活塞可在汽缸内无摩擦滑动且汽缸不漏气,空气可视为理想气体,不考虑空气温度的变化,当活塞上升时,求:
(1)活塞上方封闭空气的压强p;
(2)活塞下方原来封闭的空气与充入空气的质量之比k。
参考答案
第4讲 专题提升:充气、抽气、灌气、漏气模型
1.D 解析 设取水器下压n次后,桶中的水才能从出水口流出。以原来桶中空气和打入的空气为研究对象,设开始时压强为p1,体积为V1,则p1=p0=1×105Pa,V1=[(20-12)×103+300n]cm3,设桶中打入空气后的体积为V2,压强为p2,则V2=(20-12)×103cm3,由玻意耳定律得p1V1=p2V2,要使桶中水能从出水口流出,则有p2>p0+ρgh,联立各式解得n>,所以取水器至少按压2次后,桶中水才能从出水口流出,A、B错误;水桶高度h0=m=1m,装满水时,水面距离出水口高度Δh=50cm-h0=50cm-40cm=10cm,再压出4升水后桶内液面与出水口高度差为h2=h0+Δh=70cm,则有p3=p0+ρgh2,解得p3=1.07×105Pa,由于外界温度保持不变,根据玻意耳定律有n'p0V0+p1V1'=p3V2',其中V0=0.3L,V1'=(20-12)L=8L,V2'=(20-12+4)L=12L,解得n'≈16.1,可知,若要再压出4L水,至少需按压17次,C错误,D正确。
2.C 解析 设人的肺活量为V,将空腔中的气体和人肺部的气体一起研究,初状态p1=p0,V1=V0+V,末状态p2,V2=V0,根据压强关系有p2=p0+ρgh,根据玻意耳定律有p1V1=p2V2,联立解得V=V0,故选C。
3.答案10次
解析 充气过程气温不变,设充气次数为n,此时胎内气体压强为p1,根据玻意耳定律有
p0(V+nV0)=p1V
室温变化后,胎内气体温度升高,在室外时不爆胎,可视为气体体积不变,根据查理定律有
根据题意有
T1=(27+273)K=300K,T2=(37+273)K=310K,pm=4.50×105Pa
联立解得
n=10。
4.答案 (1)p0 (2)1-
解析 (1)根据题意可知,经过一次抽气,由玻意耳定律有p0V=p1
解得p1=p0
同理,第二次抽气后玻璃管中气体压强为p2=p1=p0
则经过5次抽气后,管中气体压强p5=p0。
(2)原有气体压强变为p5,则体积会变为V5,由玻意耳定律可得p0V=p5V5
设原有气体质量为m,抽走气体质量为Δm,则
联立解得=1-。
5.答案(1)2p0 (2)1∶2
解析 (1)对于封闭气体,根据查理定律得
解得
p=2p0。
(2)根据玻意耳定律
p·V0=p0V
解得
V=V0
放气之后剩余气体与原来气体质量之比为
解得
m∶m0=1∶2。
6.答案 (1)轮胎没有漏气 (2)1.77 L
解析 (1)根据查理定律得
代入数值解得p2=2.33p0
轮胎没有漏气。
(2)根据玻意耳定律得2.33p0V+2.4p0·ΔV=2.50p0V
解得ΔV=1.77L。
7.答案 (1)44 min (2)
解析 (1)将体积为V0,压强p0=5.6×104Pa,温度T0=280K的大气注入舱体;末态压强p1=5×105Pa,体积V1=Sh=1.848m3
温度T1=300K,根据理想气体状态方程
已知气流量Q=350L/min,所以充气时间为t=
解得t=44min。
(2)注入气体的体积V2=Q't=0.3m3
温度T2=270K,根据理想气体状态方程有
排出舱体的气体体积ΔV=V3-V1
根据理想气体状态方程有
放出气体质量与进入气体质量之比等于体积之比,则有。
8.答案
解析 设火罐内气体初始状态参量分别为p1、T1、V1,温度降低后状态参量分别为p2、T2、V2,罐的容积为V0,由题意知p1=p0、T1=450K、V1=V0、T2=300K、V2=①
由理想气体状态方程得
②
代入数据得p2=0.7p0③
对于抽气罐,设初态气体状态参量分别为p3、V3,末态气体状态参量分别为p4、V4,罐的容积为V0',
由题意知p3=p0、V3=V0'、p4=p2④
由玻意耳定律得p0V0'=p2V4⑤
联立②⑤式,代入数据得V4=V0'⑥
设抽出的气体的体积为ΔV,由题意知ΔV=V4-V0'⑦
故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为
⑧
联立②⑤⑦⑧式,代入数据得。⑨
9.答案 (1)1.04×105 Pa
(2)
解析 (1)装入壶中的井水旋紧封闭后体积不变,设壶中水温达到环境温度时壶中压强大小为p,根据查理定律
井水热力学温度T=273+7K=280K
环境热力学温度T0=273+17K=290K
得壶中水温达到环境温度时壶中压强大小p=≈1.04×105Pa。
(2)在环境温度下,设壶内水面上空气体积为V,压进气体的体积为ΔV,根据玻意耳定律p0V+p0ΔV=1.2p0V
可得
压进气体和原有气体的压强相同,由于同种气体在相同压强和相同温度下密度相等,故压进气体的质量与壶内原有气体的质量之比。
10.答案(1) (2)
解析 (1)根据题意,由玻意耳定律,对活塞上方封闭空气有
p0hS=p×S
其中
p0=
解得
p=。
(2)根据题意,设活塞下方封闭空气初状态的压强为p1,活塞下方封闭空气末状态的压强为p1',假设末状态活塞下方封闭空气等温膨胀到p1时的体积为V,则有
p1=p0+
p1'=p+
由玻意耳定律有
p1'×Sh=p1V
活塞下方原来封闭的空气与充入空气的质量之比为
k=
解得
k=。