Question

18．（1）如图为利用饮料瓶制作的水火箭，先在瓶中灌入一部分水，盖上活塞后竖直倒置，利用打气筒冲入空气，当内部气压达到一定值时可顶出活塞，便能喷水使水火箭发射升空，在喷水阶段，可以认为瓶内气体与外界绝热，则喷水阶段瓶内气体的温度降低（选填“升高”、“降低”、“不变”），瓶内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力减小（选填“增大”、“减小”、“不变”）．
（2）充气前瓶内已有压强为1个标准大气压的空气2L，设充气过程中瓶内气体温度保持不变、瓶的体积不变，当水火箭内部气体压强达到3个大气压时方可将活塞顶出，则充气装置需给饮料瓶再充入1个标准大气压的空气多少升，火箭方可发射？

Answer 1

分析 （1）气体体积增大，气体对外做功，应用热力学第一定律判断气体内能如何变化，然后判断温度如何变化，根据气体压强的变化判断作用力如何变化．
（2）以瓶内气体与充入的气体整体为研究对象，求出气体的状态参量，应用玻意耳定律可以求出冲入气体的体积．

解答 解：（1）在喷水阶段瓶内气体体积增大，气体对外做功：W＜0，
喷水阶段瓶内气体与外界绝热，Q=0，由热力学第一定律得：△U=W+Q=W＜0，
气体内能减少，则喷水阶段瓶内气体的温度降低；
喷水过程气体体积增大，气体温度降低，由理想气体状态方程可知，
气体压强减小，瓶内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力减小；
（2）以瓶内气体与充入的气体整体为研究对象，气体的状态参量为：
p₁=1atm，p₂=3atm，V₂=2L，气体发生等温变化，由玻意耳定律得：
p₁V₁=p₂V₂，即：1×V₁=3×2，解得：V₁=6L，
充入气体的体积：V=6-2=4L；
故答案为：（1）降低；减小；（2）充气装置需给饮料瓶再充入1个标准大气压的空气4升，火箭方可发射．

点评 本题考查了判断气体温度与压力如何变化、求充入气体的体积，根据题意判断气体做功情况、求出气体的状态参量，应用热力学第一定律、玻意耳定律可以解题；巧妙地选择研究对象是解题的关键．