高中物理 加強(qiáng)練習(xí)第十五章　139.變質(zhì)量問(wèn)題

139.變質(zhì)量問(wèn)題(分值：50分)1~3題每題5分1.(2025·湖南長(zhǎng)沙市模擬)呼吸機(jī)可以幫助患者進(jìn)行吸氣。一患者某次吸氣前肺內(nèi)氣體的體積為V0，壓強(qiáng)為p0(大氣壓強(qiáng))。吸入壓強(qiáng)為p0的氣體后肺內(nèi)氣體的體積變?yōu)?.2V0，壓強(qiáng)為1.1p0，若空氣視為理想氣體，整個(gè)過(guò)程溫度保持不變，則吸入氣體的體積為()A.1.2V0 B.1.1V0 C.0.64V0 D.0.32V0答案D解析根據(jù)玻意耳定律，溫度不變時(shí)，氣體壓強(qiáng)與體積的乘積保持不變。初始狀態(tài)的總氣體(肺內(nèi)原有氣體和吸入氣體)在壓強(qiáng)p0下的總體積為V0+V(V為吸入氣體體積)，最終狀態(tài)氣體壓強(qiáng)為1.1p0，體積為1.2V0，由玻意耳定律p0(V0+V)=1.1p0·1.2V0，解得V=0.32V0，D正確。2.(2025·河北滄州市二模)如圖所示，氣閘艙有兩個(gè)氣閘門(mén)，與核心艙連接的是閘門(mén)A，與外太空連接的是閘門(mén)B。國(guó)際空間站核心艙內(nèi)航天員要到艙外太空行走，需先經(jīng)過(guò)氣閘艙，開(kāi)始時(shí)氣閘艙內(nèi)氣壓為p0(地球表面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)，用抽氣機(jī)多次抽取氣閘艙中氣體，當(dāng)氣閘艙氣壓降到一定程度后才能打開(kāi)氣閘門(mén)B。已知每次從氣閘艙抽取的氣體(視為理想氣體)體積都是氣閘艙容積的14，每次抽氣降低的溫度是抽氣前氣閘艙內(nèi)熱力學(xué)溫度的18，不考慮漏氣、新氣體及航天員大小產(chǎn)生的影響。則抽氣3次后氣閘艙內(nèi)氣壓為(A.(47)3p0 B.(710)3C.(34)3p0 D.(78)3答案B解析第一次抽氣相當(dāng)于氣體的體積由V變?yōu)?1+14)V，溫度由T0變?yōu)門(mén)1=T0-18T0，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程得p0VT0=p1(1+14)VT0-18T0，得p1=710p0，第二次抽氣相當(dāng)于氣體的體積由V變?yōu)?1+14)V，溫度由T1變?yōu)門(mén)2=T1-18T1，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程得p1VT1=p2(1+13.(多選)(2025·河南信陽(yáng)市二模)高壓鍋是一種常見(jiàn)的鍋具，是通過(guò)增大氣壓來(lái)提升液體沸點(diǎn)，達(dá)到快速烹煮食物的目的。如圖為某燃?xì)鈮毫﹀伡捌浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，廚師將食材放進(jìn)鍋內(nèi)后蓋上密封鍋蓋，并將壓力閥套在出氣孔上開(kāi)始加熱烹煮。當(dāng)加熱至鍋內(nèi)壓強(qiáng)為1.27atm時(shí)，壓力閥剛要被頂起而發(fā)出嘶響聲；繼續(xù)加熱，當(dāng)鍋內(nèi)溫度為117℃時(shí)達(dá)到沸點(diǎn)，停止加熱。已知加熱前鍋內(nèi)溫度為27℃，壓強(qiáng)為1atm，壓力閥套在出氣孔上的橫截面積為8mm2，g取10m/s2。大氣壓強(qiáng)p為1atm=105Pa，忽略加熱過(guò)程水蒸氣和食材(包括水)導(dǎo)致的氣體體積變化，氣體可視為理想氣體。則()A.壓力閥的質(zhì)量約為0.1kgB.壓力閥剛要被頂起時(shí)鍋內(nèi)溫度為108℃C.停止加熱時(shí)放出氣體的質(zhì)量為加熱前鍋內(nèi)氣體質(zhì)量的9D.停止加熱時(shí)鍋內(nèi)氣體的質(zhì)量為加熱前鍋內(nèi)氣體質(zhì)量的381答案BD解析設(shè)加熱前鍋內(nèi)溫度為T(mén)1=27℃=300K，壓強(qiáng)為p1=1atm，當(dāng)加熱至鍋內(nèi)壓強(qiáng)為p2=1.27atm時(shí)，壓力閥剛要被頂起而發(fā)出嘶響聲，在這個(gè)過(guò)程中，氣體體積不變，質(zhì)量不變，由查理定律得p1T1=p2T2，得T2=381K=108℃，故B正確；壓力閥剛要被頂起時(shí)，設(shè)壓力閥的質(zhì)量為m，由受力平衡得p2S=pS+mg，代入數(shù)據(jù)得m≈0.02kg，故A錯(cuò)誤；設(shè)鍋內(nèi)溫度達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)溫度為T(mén)3=117℃=390K，從壓力閥剛要被頂起到達(dá)到沸點(diǎn)的過(guò)程，鍋內(nèi)壓強(qiáng)不變，由蓋—呂薩克定律得V1T2=V3T3，得V3=390381V1，停止加熱時(shí)放出氣體的質(zhì)量與加熱前鍋內(nèi)氣體質(zhì)量的比為Δmm4.(10分)(2025·甘肅張掖市模擬)中國(guó)是瓷器的故鄉(xiāng)，號(hào)稱“瓷器之國(guó)”。如圖甲是燒制瓷器的窯爐，圖乙為其簡(jiǎn)化原理圖，上方有一單向排氣閥，當(dāng)窯內(nèi)氣壓升高到3p0(p0為大氣壓強(qiáng))時(shí)，排氣閥才會(huì)開(kāi)啟，壓強(qiáng)低于3p0時(shí)，排氣閥自動(dòng)關(guān)閉。某次燒制過(guò)程，初始時(shí)窯內(nèi)溫度t1=27℃，窯內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p0。已知燒制過(guò)程中窯內(nèi)氣體溫度均勻且緩慢升高。不考慮瓷胚體積的變化，氣體可視為理想氣體，絕對(duì)零度取-273℃。(1)(5分)求排氣閥開(kāi)始排氣時(shí)，窯內(nèi)氣體的溫度；(2)(5分)求窯內(nèi)溫度為927℃時(shí)，排出氣體質(zhì)量與窯內(nèi)原有氣體質(zhì)量的比值。答案(1)627℃(或900K)(2)1∶4解析(1)對(duì)封閉在窯內(nèi)的氣體，排氣前容積不變，燒制前溫度T0=(273+27)K=300K氣體升溫過(guò)程中發(fā)生等容變化，根據(jù)查理定律有p0T解得T1=900K=627℃(2)當(dāng)氣體溫度T2=(927+273)K=1200K，壓強(qiáng)為3p0時(shí)，設(shè)氣體體積為V2根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有p0V解得V2=43V又V排=V2-V0=13V所以m排m總=V5.(12分)(2026·廣東省一模聯(lián)考)如圖所示，加油站有一個(gè)容積為V0=6000L的儲(chǔ)油罐，為了防止罐內(nèi)氣壓過(guò)高，儲(chǔ)油罐上方設(shè)置有泄壓閥，當(dāng)罐內(nèi)的氣體壓強(qiáng)達(dá)到1.2p0時(shí)泄壓閥打開(kāi)排氣泄壓，當(dāng)罐內(nèi)氣壓等于外界氣壓p0時(shí)泄壓閥自動(dòng)關(guān)閉。初始時(shí)，泄壓閥關(guān)閉，空罐內(nèi)氣壓為p0，現(xiàn)加油車(chē)通過(guò)入油管給儲(chǔ)油罐輸油，此過(guò)程罐內(nèi)溫度保持27℃不變，當(dāng)泄壓閥打開(kāi)時(shí)停止輸油，忽略輸油過(guò)程汽油蒸發(fā)產(chǎn)生的油氣，不計(jì)管道容積。儲(chǔ)油罐內(nèi)氣體可視為理想氣體，計(jì)算時(shí)0℃取273K，求：(1)(6分)輸入儲(chǔ)油罐汽油的體積V1；(2)(6分)待泄壓閥打開(kāi)后又重新關(guān)閉，此后儲(chǔ)油罐內(nèi)的汽油不斷揮發(fā)出油氣，此過(guò)程罐內(nèi)氣體溫度依然保持27℃不變，求泄壓閥再次打開(kāi)時(shí)揮發(fā)掉汽油的體積ΔV(已知1L汽油揮發(fā)產(chǎn)生的油氣在壓強(qiáng)p0、溫度為0℃時(shí)體積為160L，忽略汽油揮發(fā)導(dǎo)致罐內(nèi)氣體體積的變化)。答案(1)1000L(2)9116解析(1)設(shè)泄壓閥打開(kāi)時(shí)儲(chǔ)油罐內(nèi)的氣體體積為V2，由玻意耳定律有p0V0=1.2p0V2解得V2=5000L儲(chǔ)油罐內(nèi)的汽油體積為V1=V0-V2解得V1=1000L(2)根據(jù)克拉伯龍方程，有p0V2T其中T0=273K，T1=(273+27)K=300K解得ΔV=91166.(13分)(2025·山東煙臺(tái)市三模)如圖所示，橫截面積分別為2S、S的兩個(gè)上部開(kāi)口的柱形導(dǎo)熱汽缸A、B中裝有同種氣體，通過(guò)一段體積可忽略的細(xì)管相連接，在細(xì)管中間安裝有一個(gè)閥門(mén)D，兩汽缸中各有一個(gè)輕質(zhì)的活塞，汽缸B中的活塞一端與輕彈簧相連接，另一端固定在汽缸正上方的水平面板上。閥門(mén)D關(guān)閉時(shí)，輕彈簧處于原長(zhǎng)并保持豎直，汽缸A、B中的活塞均處于靜止?fàn)顟B(tài)，汽缸A中氣柱高度為3L，汽缸B中氣柱高度為L(zhǎng)，將一個(gè)質(zhì)量為2m的重物C輕輕地放到汽缸A中的活塞上，穩(wěn)定后A中氣柱高度變?yōu)?L，打開(kāi)閥門(mén)D，保持環(huán)境溫度不變，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，關(guān)閉閥門(mén)D。已知彈簧的勁度系數(shù)k=3mgL，重力加速度為(1)(5分)大氣壓強(qiáng)p0；(2)(8分)最后關(guān)閉閥門(mén)D時(shí)，進(jìn)入B中的氣體與打開(kāi)閥門(mén)前B中氣體的質(zhì)量比值。答案(1)2mgS解析(1)對(duì)汽缸A中活塞，由平衡條件可得2pAS=2p0S+2mg由玻意耳定律可得p0·6LS=pA·4LS解得p0=2(2)閥門(mén)D未打開(kāi)時(shí)，由平衡條件可知B中氣體壓強(qiáng)為pB=p0打