专题24充气抽气漏气和灌气变质量模型（解析版）

2022届高三物理二轮常见模型与方法综合特训专练专题24充气、抽气、漏气和灌气变质量模型专练目标专练内容目标1充气模型（1T—5T）目标2抽气、漏气和灌气模型（6T—12T）【典例专练】一、充气模型1．2021年11月7日，王亚平从天和核心舱节点舱成功出舱，成为中国首位出舱行走的女航天员，标志着中国女航天员首次实现“太空漫步”．同时，新舱外航天服也在太空中首次亮相．假如在天和核心舱内航天服内气压为，气体体积为，出舱进入太空后由于外部气压低，航天服内气体体积变为，设航天服内气体的温度不变，将航天服视为封闭系统，其内部气体视为理想气体．①求此时航天服内气体的压强；②若开启航天服的充气阀门，向航天服内充入同种气体，保持航天服内气体体积为，使航天服内的气压缓慢恢复到，则需补充压强为的等温气体多少升？【答案】①；②【详解】①设初始时，航天服内气压为体积进入太空后气体体积设此时气压为，气体做等温变化解得②设补充的气体的压强为体积为，补充后航天服内的气压变为总体积仍为气体做等温变化解得2．被称为特大号“N95”的负压救护车是运送新冠肺炎患者的移动隔离舱，舱内的负压发生器可以让车厢病员室产生低于大气压的负压，空气在自由流动时只能由车外流向车内，车内已被污染的空气待消毒、过滤等步骤后再排出。下表是负压救护车的一些技术参数。病员室容积换气次数换气风量负压过滤效率，在某次运送病人途中，车厢病员室换气时既进气也排气，已知病人上车前车厢内压强，车厢外大气压强。假设车厢内外温度相同且恒定，换气时间间隔相等，换气量均匀，忽略病人上车前后病员室容积变化。求途中12分钟内须向外排出多少气体，才能让病员室负压差大小为20Pa。（保留小数点后两位）【答案】【详解】假设只进气不排气，病员室容积，车厢内压强为，最终病员室压强12分钟内进入病员室的空气体积以进入病员室空气为研究对象有以进入病员室空气和病员室原有的气体总体为研究对象有代入数据解得向外排出气体体积3．某班级用于消毒的喷壶示意图如图甲所示，壶的容积为1.5L，内含1.0L的消毒液。现闭合阀门K，缓慢向下压A，每次可向瓶内储气室充入0.05L的1.0atm的空气，多次下压后，壶内气体压强变为2.0atm时，按下B，阀门K打开，消毒液从喷嘴处喷出，消毒液不再喷出时闭合阀门K。设储气室内气体可视为理想气体，充气和喷液过程中气体温度保持不变，不考虑导管内液柱对储气室内气体压强的影响，外界大气压为1.0atm，1.0atm＝1.0×105Pa。（1）求充气过程向下压A的次数n；（2）喷液全过程，气体状态变化的等温线近似看成一段倾斜直线，如图乙所示，估算全过程壶内气体从外界吸收的热量Q。【答案】（1）；（2）【详解】（1）壶中原来空气的体积，由解得次（2）喷射的液体为外界对气体做功为热力学第一定律可得解得4．为防治2019-nCoV，公共场所加强了消毒工作。如图所示为喷洒消毒液的某喷雾器示意图，其储液桶与打气筒用软细管相连，已知储液桶容积为V0（不计储液桶两端连接管体积），打气筒每次可将外界大气打入桶内，喷洒效果最佳时桶内气体压强为2p0.初始时消毒液体积为，消毒员先打气使桶内气体压强达最佳压强，再打开阀门K喷洒消毒液；当气体压强降为p0时喷洒消毒液效果不佳就关闭阀门停止喷洒。打气和喷洒过程中，桶内气体温度与外界温度相同且保持不变，p0为外界大气压强。（1）求停止喷洒时剩余药液的体积；（2）为使桶内气体压强恢复到喷洒的最佳压强，试分析，消毒员打气5次能否满足要求。【答案】（1）；（2）不能满足要求【详解】（1）喷洒时，桶内消毒液上方气体温度不变，根据玻意耳定律有解得停止喷洒时剩余药液的体积（2）以原气体和需打入气体整体为研究对象，根据玻意耳定律可得解得打气的次数所以消毒员打气5次不能满足要求。5．在某次物理课堂上，老师用“吹气千斤顶”把四位同学顶了起来。小明想分析论证一下这个科学情境，他先测量得到，吹出一口气能把瘪气球体积大约吹为V0＝1×10－3m3，又测得吹一口气后气球内的气压为p1＝1.2p0（p0＝1×105Pa为室温下大气压强）。他又构建一个气缸活塞模型如图，开始活塞被挡块支撑着离气缸底部h1＝6cm，活塞横截面积S＝1m2，被封气体压强为p0，不计吹管体积、挡块体积及一切摩擦，气球和气缸内温度都为室温不变。（g＝10m/s2）（1）小明多次吹气，当气缸气压达到p1时，能把活塞及上面重物吹离挡块，则活塞和上面重物的最大总质量M1约为多少？（2）假设小明每次吹出等量气体，活塞及上面重物总质量M2＝800kg（模拟10个成人），要想把活塞再提升h2＝4cm，大约需要吹气多少次？【答案】（1）2000kg；（2）40【详解】（1）设当气缸内压强为时可以吹起活塞及重物的总质量为，对活塞及重物有带入数据得

（2）当时；

设共吹次带入数据得抽气、漏气和灌气模型6．新冠疫情传播非常迅速，负压隔离病房在抗击疫情中起了关键作用。所谓负压病房是指在特殊的装置作用下，使病房内的气压低于病房外的气压。一般负压值（病房外与病房内气压差）为时效果比较理想。假设有一间负压隔离病房，开放状态时，病房内外的气压均为，病房内温度为；正常工作时，病房内温度为，负压值为。空气可视为理想气体，病房外环境保持不变。求：（1）若病房密闭，仅将病房内温度升高到，病房内的气压（保留四位有效数字）；（2）病房由开放状态变为正常工作状态，需抽取出的气体质量与原来气体质量的百分比（保留两位有效数字）。【答案】（1）；（2）【详解】（1）若病房密闭，仅将病房内温度升高到，设升温后病房内的气压为p1，病房内的气体发生等容变化，根据查理定律有解得（2）设病房的体积为。假设体积为V1、温度为、压强为p0的气体变为温度为、压强为p2时的体积为V2，由题意可知根据理想气体状态方程有需抽取出的气体质量与原来气体质量的百分比为联立解得7．消防支队在全市中小广泛开展“消防安全第一课活动”，倾力打造“平安校园”。一位消防员在模拟火灾现场发现一个容积为V0的废弃的氧气罐（内部剩余氧气视为理想气体），经检测，内部封闭气体压强为1.1p0（p0为一个标准大气压），为了消除安全隐患，消防队员拟用下面两种处理方案：（1）冷却法：经科学冷却，使罐内气体温度降为17℃、压强降为p0，求气体温度降低了多少摄氏度？（2）放气法：保持罐内气体温度不变，缓慢地放出一部分气体，使气体压强回落到p0，求氧气罐内剩余气体的质量与原来总质量的比值。【答案】（1）；（2）【详解】（1）由查理定律得解得气体温度应降低（2）设放出的气体先收集起来，并保持压强与氧气罐内相同，以全部气体为研究对象，由波意耳定律得解得则剩余气体与原来总气体的质量比为8．2021年11月8日，王亚平身穿我国自主研发的舱外航天服“走出”太空舱，成为我国第一位在太空“漫步”的女性。舱外航天服是密封一定气体的装置，用来提供适合人体生存的气压．王亚平先在节点舱（宇航员出舱前的气闸舱）穿上舱外航天服，航天服密闭气体的体积约为，压强，温度。她穿好航天服后，需要把节点舱的气压不断降低，以便打开舱门。（1）若节点舱气压降低到能打开舱门时，密闭航天服内气体体积膨胀到，温度变为，这时航天服内气体压强为多少？（2）为便于舱外活动，宇航员出舱前需要把航天服内的一部分气体缓慢放出，使气压降到．假设释放气体过程中温度不变，体积变为，那么航天服需要放出的气体与原来气体的质量比为多少？【答案】（1）；（2）【详解】（1）由题意可知密闭航天服内气体初、末状态温度分别为T1=300K、T2=270K，根据理想气体状态方程有解得（2）设航天服需要放出的气体在压强为p3状态下的体积为ΔV，根据玻意耳定律有解得则放出的气体与原来气体的质量比为9．如图所示，在热力学温度的室内将一空玻璃水瓶的瓶盖盖上（不漏气），现将水瓶放到室外阳光下暴晒，使水瓶内空气的温度升至。大气压强恒为，将水瓶内的空气视为理想气体。（i）求暴晒后水瓶内空气的压强p；（ii）若暴晒后在室外将瓶盖打开，使水瓶内、外的压强相同，水瓶内气体的温度不变，求水瓶内放出的空气质量与原来水瓶内的空气质量之比。【答案】（i）；（ii）【详解】（i）对水瓶中的空气，根据查理定律有解得（ii）设水瓶的容积为V，打开瓶盖后水瓶中及放出的空气的总体积为，根据玻意耳定律有经分析可知解得10．一饭盒如图所示，若饭盒内封闭了一定质量的理想气体气体的初始热力学温度、初始压强为。现缓慢对饭盒加热使饭盒内气体的热力学温度达到。大气压强恒为，饭盒的容积不变。（1）求饭盒内气体在热力学温度达到时的压强p；（2）打开排气口，放出部分气体，使得饭盒内气体的压强与外界大气压强相等，设此过程中饭盒内气体的热力学温度恒为，求稳定后饭盒内所剩气体与排气口打开前气体的质量之比。【答案】（1）；（2）【详解】（1）对饭盒加热的过程中，饭盒内气体做等容变化，有解得（2）设饭盒的容积为，饭盒内气体的压强由p变为后的体积为（包括逸出饭盒的那部分气体），根据玻意耳定律有同温度，同压强下同种气体的质量之比等于它们的体积之比，设打开排气口前、后饭盒内气体的质量分别为和，有解得11．当前，新型冠状病毒疫情防控形势仍然严峻，奥密克戎新变异株进一步增强了疫情的不确定性。新型冠状病毒肺炎是传染性极强的一类急性传染病，该病主要发病位置在肺部，表现为呼吸困难等，因此治疗过程中有些患者衢要进行吸氧。已知某钢瓶容积，在室外测得其瓶内氧气压强为，环境温度为-23°C，医院病房内温度27°C（钢瓶的热胀冷缩可以忽略）。则：（1）移入室内达热平衡后钢瓶内氧气的压强为多少？（2）现在室内对容积内部真空的小钢瓶分装，分装后每个小钢瓶压强为，在分装过程中大小钢瓶温度均保持不变。最多可分装多少瓶小钢瓶供病人使用？【答案】（1）；（2）32（瓶）【详解】（1）气体等容变化，由查理定律可得代入数据解得②气体温度保持不变，由玻意耳定律得代入数据解得N=32（瓶）12．如图所示，一导热性能良好的圆柱形气瓶水平固定，瓶内有用光滑活塞分成的A、B两部分理想气体。阀门K处于关闭状态，A、B两部分气体的体积之比为3：2，压强均为p，活塞与气瓶的内壁间气密性良好。（1）请通过计算判断当环境温度缓慢升高时，活塞是否移动；（2）若环境温度不变，因阀门封闭不严，B中气体向外缓慢漏气，活塞将缓慢向右移动。当B中气体体积减为原来的时，阀门漏气问题解决，不再漏气。求B中漏出的气体质量占原质量的几分之几。【答案】(1)活塞不移动；