(10分)热等静压设备广泛应用于材料加工中。该设备工作时,…——2019 高考物理第 14 题答案解析

2019_新课标I卷

2019 全国 第 14 题 解答题 区分题
2019_新课标I卷

14.(10分)热等静压设备广泛应用于材料加工中。该设备工作时,先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中,然后炉腔升温,利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理,改善其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为 $0 . 1 3 \mathrm { m } ^ { 3 }$ ,炉腔抽真空后,在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为 $3 . 2 \times 1 0 ^ { - 2 } \mathrm { m } ^ { 3 }$ ,使用前瓶中气体压强为 $1 . 5 \times 1 0 ^ { 7 } \mathrm { P a }$ ,使用后瓶中剩余气体压强为 $2 . 0 \times 1 0 ^ { 6 } \mathrm { P a }$ ;室温温度为 $2 7 \mathrm { } ^ { \circ } \mathrm { C }$ .氩气可视为理想气体。

(i)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强;

(ⅱ)将压入氩气后的炉腔加热到 $1 2 2 7 ^ { \circ } \mathrm { C }$ ,求此时炉腔中气体的压强。

参考答案

见解析

查看原卷 →
题目指纹

这道题真正考什么?

难度
区分题

完整解析 · 逐步详解

【分析】(i)以瓶中气体为研究对象,使用前后瓶中气体发生等温变化,根据玻意耳定律即可求出使用后的总体积;再对10瓶中压入炉腔内的气体分析,根据玻意耳定律即可求出炉腔中气体的压强。气体发生等温变化,根据题意求出气体初末状态的状态参量,然后应用玻意耳定律求出气体的压强。

(2)炉内气体体积不变,气体发生等容变化,根据题意求出气体状态参量,应用查理定律可以求出炉腔内气体的压强。

【解答】解:(i)设初始时每瓶气体的体积为 $\mathrm { V } _ { 0 }$ ,压强为 ${ \tt p } _ { 0 }$ ,使用后气瓶中剩余气体的压强为 $\mathsf { p } _ { 1 }$ ,

气体温度保持不变发生等温变化,由玻意耳定律得: $\mathsf { p } _ { 0 } \mathsf { V } _ { 0 } { = } \mathsf { p } _ { 1 } \mathsf { V } _ { 1 }$

被压入炉腔的气体在室温和 $\mathsf { p } _ { 1 }$ 条件下的体积: ${ \bf { V } } _ { 1 } ^ { \mathrm { ~ \prime ~ } } = { \bf { V } } _ { 1 } - { \bf { V } } _ { 0 } ,$

设10瓶气体压入完成后炉腔中气体压强为 ${ \tt p } _ { 2 }$ ,体积为 $\mathrm { V } _ { 2 }$ ,

由玻意耳定律得: $\mathsf { p } _ { 2 } \mathsf { V } _ { 2 } { = } 1 0 \mathsf { p } _ { 1 } \mathsf { V } _ { 1 } { } ^ { \prime }$

代入数据解得: $\mathrm { p } _ { 2 } { = } 3 . 2 \times 1 0 ^ { 7 } \mathrm { P a }$

(ii)设加热前炉腔的温度为 $\mathrm { { T _ { 0 } } }$ ,加热后炉腔的温度为 $\mathrm { T } _ { 1 }$ ,气体压强为 ${ \tt p } _ { 3 }$ ,

气体发生等容变化,由查理定律得: $\scriptstyle { \frac { { \mathtt { p } } _ { 3 } } { \mathtt { T } _ { 1 } } } = { \frac { { \mathtt { p } } _ { 2 } } { \mathtt { T } _ { 0 } } } ,$

代入数据解得: $\mathsf { p } _ { 3 } { = } 1 . 6 \times 1 0 ^ { 8 } \mathsf { P a }$

答:(i)压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强为 $3 . 2 \times 1 0 ^ { 7 } \mathrm { P a }$

(ⅱ)将压入氩气后的炉腔加热到 $1 2 2 7 ^ { \circ } \mathrm { C }$ ,此时炉腔中气体的压强为 $1 . 6 \times 1 0 ^ { 8 } \mathrm { P a }$ 。

【点评】本题考查了气体状态方程的应用,根据题意分析清楚气体状态变化过程、求出气体状态参量是解题的前提与关键,应用玻意耳定律与查理定律可以解题。

[物理-选修 3-4](15 分)

✅ 来源:2019年 · 全国 · 2019_新课标I卷 · 第 14 题 · 本题已通过全部自动发布校验

同类专题与考点

返回上层