3-3物理抽气-打气问题

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抽气和打气

抽气和打气的问题是属于气体变质量问题的常见题型.若抽气和打气过程中的温度不变,则一般用玻意耳定律求解.

[例一] 用最大容积为ΔV的活塞打气机向容积为V0的容器中打气.设容器中原来空气压强与外界大气压强PO相等,打气过程中,设气体的温度保持不变.求:连续打n次后,容器中气体的压强为多大?

[解答]如图所示是活塞充气机示意图.由于每打一次气,总是把ΔV体积,相等质量(设Δm)压强为PO的空气压到容积为V0的容器中,所以打n次后,共打入压强为P0的气体的总体积为nΔV,因为打入的nΔV体积的气体与原先容器里空气的状态相同,故以这两部分气体的整体为研究对象.取打气前为初状态:压强为PO、体积为V0+nΔV;打气后容器中气体的状态为末状态:压强为Pn、体积为

V0.由于整个过程中气体质量不变、温度不变,由玻意耳定律得:

PO(V0+nΔV)=PnV0

∴Pn= PO(V0+nΔV)/ V0

[例二]用容积为ΔV的活塞式抽气机对容积为VO的容器中的气体抽气、设容器中原来气体压强为P0,抽气过程中气体温度不变.求抽气机的活塞抽动n次后,容器中剩余气体的压强Pn为多大?

[解答]如图是活塞抽气机示意图,当活塞上提抽第一次气,容器中气体压强为P1,根据玻意耳定律得:

P1(V0+nΔV)=P0V0 P1=P0V0/(V0+nΔV)

当活塞下压,阀门a关闭,b打开,抽气机气缸中ΔV体积的气体排出.活塞第二次上提(即抽第二次气),容器中气体压强降为P2.根据玻意耳定律得:

P2(V0+nΔV)=P1V0

P2=P1V0/(V0+nΔV)= P0[V0/(V0+nΔV)]2 抽第n次气后,容器中气体压强降为: Pn=P0[V0/(V0+nΔV)]n

打气和抽气不是互为逆过程,气体的分装与打气有时可视为互为逆过程.气体的分装有两种情况,一种是将大容器中的高压气体同时分装到各个小容器中,分装后各个小容器内气体的状态完全相同,这种情况实质上是打气的逆过程,每个小容器内的气体相当于打气筒内每次打进的气体,大容器中剩下的气体相当于打气前容器中的原有气体.另一种是逐个分装,每个小容器中所装气体的压强依次减小,事实上,逐个分装的方法与从大容器中抽气的过程很相似,其解答过程可参照抽气的原理.

[例三]钢筒容积20升,贮有10个大气压的氧气,今用5升真空小瓶取用,直到钢筒中氧气压强降为2个大气压为止,设取用过程中温度不变,小瓶可耐10个大气压.(l)若用多个5升真空小瓶同时分装,可装多少瓶?(2)若用5升真空小瓶依次取用,可装多少瓶?

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[解答](l)用多个5升真空小瓶同时分装,相当于打气的逆过程,则由玻意耳定律可解为:P1V1=P2(V1+nΔV)

代入数据,得n=16(瓶)

即用5升真空小瓶同时分装可装16瓶。

(2)用5升真空小瓶依次取用;相当于抽气过程,则由 Pn=P0[V1/(V1+ΔV)]n 代人数据得:n=7(瓶)

(强化练习)

1.一只两用的活塞打气筒,其筒体积为V0,现在它与另一只容积为 V的容器连接,V容器内空气的压强为po,打气时,活塞工作n次后,容器内气体压强为多少?若是抽气,n次后压强又为多少?

打气时比较简单,每次增大的压强是一定的。活塞工作n次后,容器内气体压强

为p。+np。v。/v

抽气时比较麻烦,每次抽气是将体积v增大到v+v。;压强减为原来的v/(v+v。);

n次后压强为p。[v/(v+v。)]^n

2.某容积为20L的氧气装有30atm的 氧气,现把氧气分装到容积为5L的小钢瓶中,使每个小钢瓶中的氧气的压强为5atm,如每个小钢瓶中原有氧气压强为1atm,问共能分装多少瓶(设分装过程中无漏气,且温度不变)?

3.某压缩喷雾器贮液桶的容积是5.7×10的(-3次方)M3,往桶内倒入4.2×10(-3次方)M3的药液后开始打气,打气过程中药液不会向外喷出,如果每次能打进2.5×10(-4次方)M3的空气,要使喷雾器内空气的压强达到4atm应打气几次?这个压强能否使喷雾器内的药液全部喷完(设大气压强为1atm)

4.一容器容积为V1,一打气筒的容积为V2、长为L,容器内原来真空,问打几次后容器内气体压强为p,再打下一次时,要将活塞推下多少距离时气体方能进入容器。1,容器里面气体压强为P,这些气体都是打气筒打进去的 所以,P*V1=NPo*V2,算出N

然后,再打一次时,打气筒内空气压强是Po,越往下压,里面气体压强越大,达到P的时候,气体才可以被达到容器中 所以,Po*S*L=P*S*L‘,算出L’ L-L'即为所求

5.一容器容积为V1,一抽气筒的容积为V2,容器内原来气体压强为p,问抽二次后容器内气体的压强。

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