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2024高考物理压轴题分析与针对性训练
专题15减震系统(热学)
高考原题
(2024高考广东第13题)差压阀可控制气体单向流动,广泛应用于减震系统。如图所示,A、B两个导热性能良好的气缸通过差压阀连接,A内轻质活塞的上方与大气连通,B内气体体积不变。当A内气体压强减去B内气体压强大于△p时差压阀打开,A内气体缓慢进入B中;当该差值小于或等于△p时差压阀关闭。当环境温度T1=300K时,A内气体体积VA1=4.0×102m3,B内气体压强pB1=大气压强p0.已知活塞的横截面积S=0.10m2,△p=0.11p0,p0=1.0×105Pa,重力加速度大小取g=10m/s2。A、B内的气体可视为理想气体,忽略活塞与气缸之间的摩擦,差压阀与连接管内的气体体积不计。当环境温度降到T2=270K时:
(1)求B内气体压强pB2;
(2)求A内气体体积VA2;
(3)在活塞上缓慢倒入铁砂,若B内气体压强回到p0并保持不变,求已倒入铁砂的质量m。
试题分析这道题整体难度不大,比较难的是如何通过阅读提取有用信息来解题!那么应该如何才能快速准确的提速有用信息呢??先大概的浏览一下题目,基本上知道是关于理想气体的,那么涉及到的必备知识就是三个气体实验定律、热力学第一定律!给的情境是两个气缸!而气缸问题一般都会涉及到受力分析求压强问题。
(1)求气缸B中气体压强,两种思路,一是对活塞受力分析,一是对B中气体研究,看看是等温变化还是等容变化!题述“B中气体体积不变”,说明是等容变化,可根据等容变化的查理定理就可以列方程解题。!
(2)由于活塞受力不变,压强不变,也就是A内气体等压变化,由盖吕萨克定律列方程解得。
(3)题述“导热性良好”说明气温虽外界变化,但不会因为做功而变化!气体做等温变化,利用pA-pB=△p=0.11p0列方程解答。
【解析】
(1)对B气缸中气体,由查理定律
=,
解得pB2=9.0×104Pa。,
(2)由盖吕萨克定律可得
=,
解得VA2=3.6×102m3,:
(3)根据题述,当A内气体压强减去B内气体压强大于△p时差压阀打开,A内气体缓慢进入B中;当该差值小于或等于△p时差压阀关闭。可得
pA-pB=△p=0.11p0
设加入铁砂的质量为m,所以pAS=p0S+mg
且pB=p0
解得m=110kg!
针对性训练
1.(12分)(2024年5月湖北名校冲刺)在我国,地铁已经成为一种重要的城市交通工具。为了减轻振动,让乘客更加舒适,地铁车厢使用了空气弹簧作为支撑。空气弹簧可简化为一个充有气体的圆柱形密闭气缸,活塞上固定有连杆,用于支撑车厢。当车厢有振动时,气缸内的气体可以起到缓冲作用。下图是一节地铁车厢的简化示意图。该车厢质量为吨,一共用4个空气弹簧支撑,每个空气弹簧的活塞面积为。车厢空载时,活塞到气缸底部距离为20cm。大气压强为,重力加速度g取。空气弹簧内的气体可以视为理想气体,且其温度始终不变。
(1)若该节车厢某次搭载60名乘客,每名乘客的平均质量按60kg估计,相比于空载,此次载客车厢下降的距离为多少?
(2)为了保障乘客上下车安全,车厢设备会按照载客量调整空气弹簧内的气体质量,以保证车厢高度不变。为此,此次载客应该充入空气弹簧内的气体质量与空载时空气弹簧内原有气体质量之比为多少?
【参考答案】(1)1cm;(2)1∶19
【名师解析】(1)空载时对车厢与活塞整体受力分析有①
满载时对车厢与活塞整体受力分析有②
对气体根据玻意耳定律③
得则活塞下降的距离为④
(2)设将充入的气体压缩到空载压强时,体积为,
对气体根据玻意耳定律⑤
故⑥
则⑦
评分标准:第(1)问7分,第①②③式各2分,第④式1分;第(2)问5分,第⑤⑥式各2分,第⑨⑩式各1分。
2.(2024年5月湖南顶级名校高考适应性考试2)如图甲,气动避震是通过控制气压来改变车身高低,备受高档轿车的青睐。其工作原理可以简化为如图乙,在导热良好的气缸内用可自由滑动的面积为S=10cm2活塞和砝码组合体封闭一定质量的空气,活塞和砝码总质量为m=5kg。充气装置可通过开关阀门K对气缸进行充气或放气来改变车身高低。初始时,开关阀门K关闭,此时气缸内气体高度为h1=40cm。已知外界大气压强p0=1.0×105Pa。求:
(1)初始状态气缸内压强p1;
(2)仅将活塞和砝码的总质量增大至10kg时,汽缸内气体高度h2;
(3)在(2)的基础上,打开阀门K,充气装置向气缸内充气,当汽缸内气体高度最终恢至h1时,求充入的外界大气的体积V。
【参考答案】(1);(2);(3)
【名师解析】
(1)根据平衡可知
解得初始状态气缸内压强
(2)末态气体压强
根据等温方程
解得
(3)根
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