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1、研专项素养提升研专项素养提升第十四章第十四章典型物理模型指典型物理模型指导突破突破:充气、抽气、灌气模型充气、抽气、灌气模型气体实验定律及理想气体状态方程的适用对象都是一定质量理想气体,但在实际问题中,常遇到气体的变质量问题。对于气体的变质量问题,可以通过巧妙地选择合适的研究对象,把“变质量”问题转化为“定质量”问题,从而可以利用气体实验定律或理想气体状态方程求解,常见以下三种类型:1.充气问题:在充气时,将充进容器内的气体和容器内的原有气体为研究对象时,这些气体的质量是不变的。这样,可将“变质量”的问题转化成“定质量”问题。2.抽气问题:在对容器抽气的过程中,对每一次抽气而言,气体质量发生变
2、化,解决该类“变质量”问题的方法与充气(打气)问题类似:假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始末状态中,即用等效法把“变质量”问题转化为“定质量”的问题。3.灌气问题:将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是变质量问题,分析这类问题时,可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体作为一个整体来进行研究,即可将“变质量”问题转化为“定质量”问题。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
3、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。【案例探究】【案例探究】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=p2由玻意耳定律得p0
4、V0=p2V4【创新训练】【创新训练】1.(2023山东潍坊安丘月考)小朋友吹气球时因肺活量小,只能把气球从无气状态吹到500 mL,此时气球内空气压强为1.08105 Pa。捏紧后让妈妈帮忙,为了安全,当气球内压强达到1.20105 Pa、体积为8 L时立即停止吹气。已知妈妈每次能吹入压强为1.0105 Pa、体积为2 265 mL的空气,若外界大气压强为1.0105 Pa,整个过程无空气泄漏且气球内温度不变,则妈妈吹入气球内的空气质量与小朋友吹入气球内空气质量的比值约为()A.17B.18C.20D.21A2.(2022春湖南郴州期末)水火箭的简化图如图所示,容器内气体的体积V=2 L,内
5、装有少量水,容器口竖直向下,用轻橡胶塞塞紧,放在发射架上,打气前容器内气体的压强p0=1105 Pa。用打气筒通过容器口的阀门向容器内缓慢打气,每次能向容器内打入压强也为p0,体积V=100 mL的空气,当容器中气体的压强达到一定值时,水冲开橡胶塞,火箭竖直升空。已知橡胶塞与容器口的最大静摩擦力Ff=20 N,容器口的横截面积S=2 cm2,不计容器内水产生的压强及橡胶塞受到的重力,打气过程容器内气体的温度和容积保持不变,求:(1)火箭发射升空瞬间容器内气体的压强p;(2)打气筒需打气的次数n。答案(1)2105 Pa(2)20次解析(1)火箭发射升空瞬间,对橡胶塞受力分析可知pS=p0S+F
6、f(2)打气过程中容器内气体做等温变化,由玻意耳定律可知,p0(V+nV)=pV代入数据解得n=20。3.(2023广东茂名一模)如图所示,某同学用打气筒给篮球打气。已知圆柱形打气筒内部空间的高度为H=0.6 m,内部横截面积为S=210-3 m2,当外管往上提时,空气从气筒外管下端的中套上的小孔进入气筒内,手柄往下压时气筒不漏气,当筒内气体压强大于篮球内气体压强时,单向阀门K便打开,即可将打气筒内气体推入篮球中,若篮球的容积V=7.510-3 m3,每次打气前打气筒中气体的初始压强为p0=1.0105 Pa,篮球内初始气体的压强为p1=1.2105 Pa,打气过程中气体温度不变,忽略活塞与筒壁间的摩擦力,每次活塞均提到最高处,求:(1)第一次打气时活塞下移多大距离,阀门K打开?(2)至少打几次可以使篮球内气体的压强增加到2p0?答案(1)0.1 m(2)5次解析(1)根据题意,设打气筒内的气体压强增加到1.2105 Pa时活塞下压的距离为h,根据玻意耳定律得p0HS=1.2p0(H-h)S,解得h=0.1 m。(2)根据题意,设至少打气n次后轮胎内气体的压强为2p0,根据玻意耳定律得np0HS+1.2p0V=2p0V解得n=5次。
