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题型：实验探究题题类：难易度：普通

广东省佛山市南海区西樵高级中学2023-2024学年高三下学期3月考试物理试题

某同学设计了如图甲所示的实验装置来“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”。注射器导热性能良好，用橡皮塞和柱塞在注射器内封闭一定质量的理想气体。柱塞下方安装一个钩。实验时，在钩的下端依次挂上质量相同的钩码1，2，3，……，稳定后通过注射器的标度读出对应空气柱的体积V，并依据柱塞（包括钩）和钩码的质量求出对应气体的压强p。已知注射器空气柱横截面积为S，刻度全长为L，大气压为 p₀ ，柱塞（包括钩）的质量为m₀=200g，每个钩码的质量为 m=50g。补充：提供重力加速度g。

（1）、每次挂上钩码，要停留一点时间，让柱塞下滑到不再移动的另一位置时才读出空气柱的体积，是为了通过热传递控制空气柱的。

（2）、若在某次实验中所挂钩码个数为 n，则平衡后空气柱中的压强为（用题目中已知量的符号表示）。

（3）、该同学通过实验数据得到如图乙 $\text{[math]}$ ，由该图像得到的结论是。

（4）、未挂钩码前，柱塞封闭的空气柱长度为 $\text{[math]}$ ，压强为 $\text{[math]}$ ，依次挂上钩码，当空气柱长度为L时，所挂钩码有个。

举一反三

如图所示，倾角为α=30°的斜面体固定，下端封闭长为L=150cm的玻璃管，用两段长度均为l=10cm的水银柱将气柱1、2封闭，将玻璃管开口向上静置在斜面上，稳定时气柱1、2的长度分别为l₁=40cm，l₂=50cm，已知环境温度为t=-23℃，大气压强恒为p₀=75cmHg。（以下结果均保留两位有效数字）

（1）仅将玻璃管在竖直平面内沿顺时针方向缓慢转过60°，稳定时空气柱1、2的长度分别为多少？

（2）仅将环境的温度缓慢升高到77℃，通过分析计算是否有水银溢出。

低压气体单向阀是一种常见的气动元件，主要用于控制气体的单向流动。在气动系统中，当气体压力达到一定值时，单向阀将开启并允许气体在一个方向上流动，而不能反向流动。如图，气缸A、B通过单向阀连接，当气缸A内气体压强减去气缸B内气体压强大于 $\text{[math]}$ （ $\text{[math]}$ 为大气压强）时单向阀打开，A内气体缓慢进入口中；当该差值小于或等于 $\text{[math]}$ 时单向阀关闭。初始时，环境温度、气缸A和B中气体温度均为 $\text{[math]}$ ，气缸A上面的活塞用销钉固定且缸内气体体积 $\text{[math]}$ 、压强 $\text{[math]}$ ，气缸B导热性能良好且缸内气体体积 $\text{[math]}$ ，压强 $\text{[math]}$ 。气缸A、B内的气体可视为理想气体，忽略活塞的质量和活塞与气缸间的摩擦、单向阀与连接管内的气体体积不计。

某种喷雾器的贮液筒的总容积为7.5 L，如图所示，装入6 L的药液后再用密封盖将贮液筒密封，与贮液筒相连的活塞式打气筒每次能压入300 cm³ ， 1 atm的空气，设整个过程温度保持不变．

(1)要使贮气筒中空气的压强达到4 atm，打气筒应打压几次？

(2)在贮气筒中空气的压强达到4 atm时，打开喷嘴使其喷雾，直到内外气体压强相等，这时筒内还剩多少药液？

在工程机械中两个气缸经常用杆连接在一起，一典型模型如图1所示，水平放置的两导热气缸底部由细管连接（细管体积忽略不计），两厚度不计活塞a、b用刚性轻杆相连，可在两气缸内无摩擦地移动。活塞的横截面积分别为 $\text{[math]}$ ，两活塞及刚性杆总质量为 $\text{[math]}$ 。两气缸与细管道内封闭有一定质量的理想气体，初始状态活塞a、b到缸底部距离均为 $\text{[math]}$ 。已知大气压强 $\text{[math]}$ ，环境温度 $\text{[math]}$ ，取重力加速度 $\text{[math]}$ 。设活塞移动过程中不漏气。

（1）若缓慢升高环境温度，使某一活塞刚好缓慢移到所在气缸的底部，求此时环境的温度。

（2）若保持初始温度不变，将整个装置转至图2所示竖直放置，经一段时间后活塞达到稳定状态，稳定时的体积。

下列是《普通高中物理课程标准》中列出的三个必做实验的部分步骤，请完成实验操作和计算。

玻璃瓶可作为测量水深的简易装置。如图所示，白天潜水员在水面上将100 mL水装入容积为400 mL的玻璃瓶中，拧紧瓶盖后带入水底，瓶身长度相对水深可忽略，倒置瓶身，打开瓶盖，让水进入瓶中，稳定后测得瓶内水的体积为250 mL。将瓶内气体视为理想气体，全程气体不泄漏。已知大气压强p₀ = 1.0 × 10⁵ Pa，水的密度ρ = 1.0 × 10³ kg/m³。则：

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