高中物理理想气体的状态方程试题

如图所示，一圆柱形绝热气缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体。活塞的质量为m，横截面积为S，与容器底部相距h，此时封闭气体的温度为T₁。现通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时，气体温度上升到T₂。已知大气压强为p₀，重力加速度为g，不计活塞与气缸的摩擦，求：

①活塞上升的高度；
②加热过程中气体的内能增加量。

容器内装有1kg的氧气，开始时，氧气压强为1.0×10⁶Pa，温度为57℃，因为漏气，经过一段时间后，容器内氧气压强变为原来的，温度降为27℃，求漏掉多少千克氧气？

如图，内径均匀的弯曲玻璃管ABCDE两端开口，AB、CD段竖直，BC、DE段水平，AB=100cm，BC=40cm，CD=50cm，DE=60cm。在水平段DE内有一长10cm的水银柱，其左端距D点10cm。在环境温度为300 K时，保持BC段水平，将玻璃管A端缓慢竖直向下插入大水银槽中，使A端在水银面下10 cm。已知大气压为75 cmHg且保持不变。

（1）若环境温度缓慢升高，求温度升高到多少K时，水银柱刚好全部溢出；
（2）若环境温度缓慢降低，求温度降低到多少K时，水银柱刚好全部进入CD段。

如图，气缸左右两侧气体由绝热活塞隔开，活塞与气缸光滑接触。初始时两侧气体均处于平衡态，体积之比 $V_1:V_2=1:2$ ，温度之比 $T_1:T_2=2:5$ 。先保持右侧气体温度不变，升高左侧气体温度，使两侧气体体积相同；然后使活塞导热，两侧气体最后达到平衡，求：

（1）两侧气体体积相同时，左侧气体的温度与初始温度之比；
（2）最后两侧气体的体积之比。

容积为20升的钢瓶充满氧气后，压强为30个大气压，打开钢瓶中的阀门，让氧气分装到容积为5升的小瓶中，若小瓶原来为真空，装到小瓶中的氧气压强为2个大气压，分装中无漏气且温度保持不变，那么最多能装多少个小瓶？

如图所示，两端开口、粗细均匀的长直U形玻璃管内由两段水银柱封闭着长度为15cm的空气柱，气体温度为300K时，空气柱在U形管的左侧。

（i）若保持气体的温度不变，从左侧开口处缓慢地注入25cm长的水银柱，管内的空气柱长为多少？
（ii）为了使空气柱的长度恢复到15cm，且回到原位置，可以向U形管内再注入一些水银，并改变气体的温度，应从哪一侧注入长度为多少的水银柱？气体的温度变为多少？（大气压强P₀=75cmHg，图中标注的长度单位均为cm）

如图所示为一均匀薄壁U形管，左管上端封闭，右管开口且足够长，管的横截面积为S=1×10^-4 m²，内装水银，右管内有一质量为m="0.1" kg的活塞搁在固定卡口上，卡口比左管上端高出L="20" cm，活塞与管壁间非常密封且无摩擦，右管内封闭有一定质量的气体.起初温度为t₀="27" ℃时，左、右管内液面高度相等，且左管内充满水银，右管内封闭气体的压强为p₁=p₀=1.0×10⁵ Pa="75" cmHg.现使右管内气体温度逐渐升高，求：

①温度升高到多少K时，右管活塞开始离开卡口上升？
②温度升高到多少K时，活塞上升到离卡口4 cm处？

如图所示是一定质量的理想气体的体积V和摄氏温度变化关系的v-t图象，气体由状态A变化到状态 B的过程中，下列说法正确的是______。(填正确的答案标号。选对一个得3分，选对2个得4分，选对3个得6分。每选错一个扣3分，最低得分0分)

A．气体的内能增大

B．气体的内能不变

C．气体的压强减小

D．气体的压强不变

E．气体对外做功，同时从外界吸收能量

如图所示，粗细均匀的管子，竖直部分长为l=50cm，水平部分足够长．当温度为15℃时，竖直管中有一段长h=20cm的水银柱，封闭着一段长l₁=20cm的空气柱．设外界大气压强始终保持在76cmHg．求：

①被封空气柱长度为l₂=40cm时的温度
②温度升高至327℃时，被封空气柱的长度l₃．

[物理--选修3-3]

（1）如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是________（最多选3个）。

A．	气体自发扩散前后内能相同
B．	气体在被压缩的过程中内能增大
C．	在自发扩散过程中，气体对外界做功
D．	气体在被压缩的过程中，外界对气体做功
E．	气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变

（2）一热气球体积为 $V$ ，内部充有温度为 $T_a$ 的热空气，气球外冷空气的温度为 $T_b$ 。已知空气在1个大气压、温度 $T_0$ 时的密度为 ${\rho }_0$ ，该气球内、外的气压始终都为1个大气压，重力加速度大小为 $g$ 。

（i）求该热气球所受浮力的大小；

（ii）求该热气球内空气所受的重力；

（iii）设充气前热气球的质量为 $m_0$ ，求充气后它还能托起的最大质量。

（1）如p-V图所示，1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是T ₁、T ₂、T ₃。用N ₁、N ₂、N ₃分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的次数，则N ₁________N ₂， T ₁________T ₃， T ₃， N ₂________N ₃。（填"大于""小于"或"等于"）

（2）如图，一容器由横截面积分别为2 S和 S的两个汽缸连通而成，容器平放在地面上，汽缸内壁光滑。整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分，分别充有氢气、空气和氮气。平衡时，氮气的压强和体积分别为 p ₀和 V ₀ ， 氢气的体积为2 V ₀ ， 空气的压强为 p。现缓慢地将中部的空气全部抽出，抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变，活塞没有到达两汽缸的连接处，求：

（i）抽气前氢气的压强；

（ii）抽气后氢气的压强和体积。

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 $450K$，最终降到 $300K$，因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的 $\frac{20}{21}$。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 $\frac{20}{21}$，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。

如图所示，一定质量的理想气体被水银柱封闭在竖直玻璃管内，气柱长度为h。水银柱的重力为mg=P₀S/2，外界大气压强P₀保持不变，S为玻璃管的横截面积，整个过程中水银不会溢出。

①若将玻璃管倒过来开口向下放置，此过程中温度不变，求气柱的长度。
②若通过升高温度的方法使气柱的长度与上一问结果相同，则气柱温度应变为原来温度的几倍。

如图所示是一定质量的理想气体沿直线ABC发生状态变化的p-V图像。已知A→B过程中，理想气体内能变化量为25J，吸收的热量为50J，则该过程气体对外界做功为     J，A→C过程气体吸收热量为     J。

如图所示，两端开口的气缸水平固定，A、B是两个厚度不计的活塞，可在气缸内无摩擦地滑动，其面积分别为S₁＝20cm²、S₂＝10cm²，它们之间用一根细杆连接，B通过水平细绳绕过光滑的定滑轮与质量为M＝2 kg的重物C连接，静止时气缸中气体的温度T₁＝600K，气缸两部分的气柱长均为L，已知大气压强p₀＝1×10⁵Pa，g取10m/s²，缸内气体可看作理想气体。

①求活塞静止时气缸内气体的压强；
②若降低气缸内气体的温度，当活塞A缓慢向右移动L时，求气缸内气体的温度。