人教物理2021届高中大题优练12 热学 教师版.docx

热 学
大题优练12
优选例题
例1．如图所示，内径相同的两U形玻璃管竖直放置在空气中，中间用细软管相连，左侧U形管顶端封闭，右侧U形管开口，用水银将部分气体A封闭在左侧U形管内，细软管内还有一部分气体。已知环境温度恒为17 ℃，大气压强为76 cmHg，稳定时，A部分气体长度为20 cm，管内各液面高度差分别为h1＝8 cm、h2＝10 cm。
(1)求A部分气体的压强；
(2)现仅给A部分气体加热，当管内气体温度升高了40 ℃时，A部分气体长度为22 cm，求此时右侧U形管液面高度差h2′。
【解析】(1)设左侧A部分气体压强为p1，软管内气体压强为p2，由图中液面的高度关系可知
解得。
(2)由理想气体状态方程有
解得
由于空气柱长度增加2cm，则水银柱向右侧移动2cm，因此液面高度差h1′＝4cm，由
解得。
例2．真空压缩袋是抽走空气利用大气压压缩物体的一种袋子，主要用于装棉被和各种衣服类，具有防潮、防霉、防蛀、防异味等特点。某同学设计了一个活塞式抽气机对压缩袋进行抽气，可将装置简化为如图所示，假设放入衣物后通过手工挤压使袋中容纳空气的容积为V0且保持不变，袋内气体压强为大气压强p0，活塞式抽气机的容积为
V0，活塞的横截面积为S，不计活塞的厚度和重力，连接管的体积可忽略，抽气过程中气体温度不变。
(1)对于第一次抽气（不考虑活塞在底端时的情况），将活塞缓慢上提，求手对活塞的最大拉力；
(2)求抽气机抽气10次后，压缩袋中剩余气体的压强p10。
【解析】(1)当活塞下压时，阀门关闭，打开，右侧抽气机中，体积的气体排出。对于第一次抽气，活塞上提，压缩袋中气体均匀分布到抽气机和压缩袋中，活塞上升到最高处时，气体压强降为p1，此时内外压强差最大，手对活塞的拉力最大，由于抽气过程中气体温度不变，根据玻意耳定律有
解得
根据平衡条件得。
(2)对于第二次抽气，活塞上提，压缩袋中气体再次均匀分散到抽气机和压缩袋中，气体压强降为，根据玻意耳定律有
解得
以此类推，第10次抽气后压缩袋中气体压强降为。
模拟优练
1．趣味运动“充气碰碰球”如图所示。用完全封闭的PVC薄膜充气膨胀成型，人钻入洞中，进行碰撞游戏。充气之后碰碰球内气体体积为0.8 m3，压强为1.5×105 Pa。碰撞时气体最大压缩量是0.08 m3，不考虑压缩时气体的温度变化。
(1)求压缩量最大时，球内气体的压强；（结果保留3位有效数字）
(2)为保障游戏安全，球内气体压强不能超过1.75×105 Pa，那么，在早晨17 ℃环境下充完气的碰碰球，球内气体压强为1.5×105 Pa，若升温引起的球内容积变化可忽略，请通过计算判断是否可以安全地在中午37 ℃的环境下进行碰撞游戏。
【解析】(1)碰撞游戏时，气体从初始到压缩量最大的过程中，经历等温变化，由玻意耳定

其中p1＝1.5×105Pa，V1＝0.8m3，V2＝（0.8-0.08）m3＝0.72m3
代入数据解得p2≈1.67×105 Pa。
(2)从早晨充好气，到中午碰撞游戏前，气体经历等容变化，由查理定律有
其中T2＝（17+273）K＝290