人教版高中物理选择性必修第三册精品课件 第2章 气体、固体和液体 液柱移动问题和气体的变质量问题
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分装到容积为5 L的小瓶中,若小瓶原来是抽空的,小瓶中充气后压强为
10p0,分装过程中无漏气,且温度不变,那么最多能分装( C )
A.4瓶
B.50瓶
C.56瓶
D.60瓶
解析 取全部气体为研究对象,根据玻意耳定律有p1V1=p2(V1+nV2),得
1 1 -2 1
n= =56。
2 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Δ
3 +Δ
=
1
,故
2
C 正确,D 错误。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
10.(2024山东聊城高二期末)如图所示,一个圆筒形导热汽缸开口向上竖直
放置,内有活塞,其横截面积为S=1×10-4 m2,质量为m=1 kg,活塞与汽缸之间
无摩擦且不漏气,其内密封有一定质量的理想气体,气柱高度h=0.2 m。已
B.第二种方法抽取的气体质量较大
C.第一种方法中,每次抽取的气体质量逐渐减小
D.第一种方法中,每次抽取的气体质量逐渐增大
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解析 用第一种方法抽气,温度不变,由玻意耳定律有 p0V=p1(V+1 L),解得
2
3
p1=p0+1L,同理 p2=p1+1L=p0 +1L ,p3=p2+1L=p0 +1L ,虽然每次抽取的
L,在室温27 ℃时充好气,瓶内气压为3×106 Pa,氧气瓶在使用时,内部压强
降至1.4×105 Pa时,氧气不能有效输出。假如潜水爱好者携带该氧气瓶潜
入温度为7 ℃的水下,求他在水下最多能停留的时间。
答案 9.5 h
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
解析 对氧气瓶中所有气体,初态p0=3×106 Pa,V0=10 L,T0=(273+27) K=300
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
8.(2024山东临沂第一中学月考)钢瓶中装有一定量的气体,现在用两种方
法抽取钢瓶中的气体,第一种方法用小抽气机,每次抽1 L气体,共抽取3次;
第二种方法是用大抽气机,一次抽取3 L气体。以上过程中气体温度保持不
变,下列说法正确的是( C )
A.两种方法抽取的气体质量一样大
解析 以温度为 7 ℃时室内的所有气体为研究对象,发生等压变化时,根据盖0
吕萨克定律有(273+7)K
=
1
,可得
(273+27)K
1 -0
原来气体质量的百分比为
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
=
15
V1=14V0,则跑到室外的气体的质量占
1
=6.7%,故选
15
B。
4.容积为20 L的钢瓶充满氧气后,压强为150p0,打开钢瓶的阀门让氧气同时
同温度达到稳定后,体积变化量为ΔVA、ΔVB,压强变化量为ΔpA、ΔpB,对液
面压力的变化量为ΔFA、ΔFB,则( B )
A.水银柱向下移动了一段距离
B.ΔpA>ΔpB
C.ΔVA<ΔVB
D.ΔFA=ΔFB
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解析 首先假设液柱不动,则A、B两部分气体发生等容变化,由查理定律有
下降时,分子的振动幅度便会减小,使物体收缩。气体温度变化时热胀冷缩
现象尤为明显,若未封闭的室内生炉子后温度从7 ℃升到27 ℃,而整个环境
气压不变,计算跑到室外的气体的质量占原来气体质量的百分比为( B )
A.3.3%
B.6.7%
C.7.1%
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D.9.4%
知大气压强p0=1.0×105 Pa,重力加速度g取10 m/s2。
(1)如果在活塞上缓慢堆放一定质量
的细砂,气柱高度变为原来的
求砂子的质量m砂。
2
3
,
(2)如果在(1)的基础上,向缸内缓慢充
气,使活塞恢复到原高度,已知待充入的气体压强为大气压强p0,求需充入气
体的体积V0。
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解析 设降温后水银柱不动,则两段空气柱均为等容变化,初始状态左右压强
Δ左
左
左
左
Δ左
相等,即 p 左=p 右=p,对左端空气柱Δ = ,则 Δp 左=
气柱 Δp
20
p,Δp
右=
293
10
p
p,同理右端空
左=
左
293
>Δp 左,即右侧空气柱的压强降低得比左侧空气柱的多,
右
故水银柱向右移动,选项 C 正确。
Δp= ΔT ,可知两部
分气体的压强变化Δp∝p,因pB>pA,所以ΔpB>ΔpA,故Δh将增大。
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题组二
气体的变质量问题
3.物体受热时会膨胀,遇冷时会收缩。这是由于物体内的分子(原子)运动
会随温度改变,当温度上升时,分子的振动幅度加大,令物体膨胀;但当温度
2
1
t=0.5L × 60
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
h=9.5 h。
=
Δ
,对
Δ
A 部分气体有
Δ
ΔpA= ·pA,对
B 部分气体有
Δ
ΔpB= ·pB,因为
pA>pB,TA=TB,所以ΔpA>ΔpB,即水银柱向上移动,A错误,B正确;由于气体总
体积不变,因此ΔVA=ΔVB,C错误;因ΔF=Δp·S,ΔpA>ΔpB,SA>SB,有ΔFA>ΔFB,D
错误。
穿好航天服后,需要把节点舱的气压不断降低,以便打开舱门。若节点舱气压
降低到能打开舱门时,航天服内气体体积膨胀到V2=2.0 L,温度变为t2=-3 ℃,此
时航天服内气体压强为p2。为便于舱外活动,航天员把航天服内的一部分气
体缓慢放出。出舱后气压降到p3=2.1×104 Pa,假设释放气体过程中温度不变,
积。至少需要把气囊完全压下几次,才能有水从出水管流出?(不考虑温度
的变化)( B )
A.2次
B.3次
C.4次
D.5次
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解析 设至少需要把气囊完全压下n次,才能有水从出水管流出,大气压强为
p0,水桶内气体体积为V0,气囊体积为V1,根据玻意耳定律可得
p0(V0+nV1)=p1V0,其中p0=ρgh=10ρg,V0=4 320π cm3,V1=72π cm3,p1=10.4ρg,
航天服内剩余气体体积变为V3=3.0 L,航天服内封闭气体可视为理想气体。
下列说法正确的是( BC )
A.p2=7.2×104 Pa
B.p2=6.3×104 Pa
1
C.航天服需要放出的气体与原来气体的质量比为2
D.航天服需要放出的气体与原来气体的质量比为
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气体体积相同,但是由于每次抽出气体后剩下的气体密度减小,所以抽出的气
体质量逐渐减小,C 正确,D 错误;用第二种方法抽气,温度不变,由玻意耳定律
有 p0V=p'(V+3 L),解得
p'=p0+3L>p3,瓶内剩余气体压强小时,对应抽取的气
体多,抽取气体的质量较大,即用第一种方法抽取的气体质量较大,故 A、B 错
代入数据解得V0=2×10-5 m3。
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C组
核心素养拔高练
11.资料显示“成年人安静时每分钟的耗氧量约为250 mL”,这是常温、常压
下的数据。潜水员潜入水下活动时的耗氧量可达上述数据的两倍,即27 ℃、
1×105 Pa情况下每分钟可达500 mL。某型号潜水用氧气瓶充气容积为10
1
3
解析 由题意可知航天服内气体初、末状态温度分别为 T1=300 K、T2=270 K,
1 1
根据理想气体状态方程有
1
=
2 2
4
,解得
p
2=6.3×10
2
Pa,故 A 错误,B 正确;
设航天服需要放出的气体在压强为 p3 状态下的体积为 ΔV,根据玻意耳定律
有 p2V2=p3(V3+ΔV),解得 ΔV=3 L,则放出的气体与原来气体的质量比为
A.2
B.3
C.4
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D.5
解析 设玻璃瓶的容积是V,抽气机的容积是V0,
气体发生等温变化,由玻意耳定律可得
4
pV= p(V+V0),解得
5
设抽 n
1
V0= V,
4
256
次后,气体压强变为原来的625,
由玻意耳定律可得,
抽一次时 pV=p1(V+V0),解得
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2.在一粗细均匀且两端封闭的U形玻璃管内,装有一段水银柱,将A和B两端
的气体隔开,如图所示。在室温下,A、B两端的气体体积都是V,管内水银
面的高度差为Δh,现将它竖直地全部浸没在沸水中,高度差Δh怎么变化?
答案 Δh增大
解析 假设上下两部分气体的体积不变,根据查理定律
5.桶装纯净水及压水装置原理如图所示。柱形水桶直径为24 cm,高为35
cm;柱压水蒸气囊直径为6 cm,高为8 cm,水桶颈部的长度为10 cm。当人用
力向下压气囊时,气囊中的空气被压入桶内,桶内气体的压强增大,水通过
细出水管流出。已知水桶所在处大气压强相当于10 m水压产生的压强,当
桶内的水还剩5 cm高时,桶内气体的压强等于大气压强,忽略水桶颈部的体
K
末态p1=1.4×105 Pa,T1=(273+7) K=280 K
0 0
由理想气体状态方程有
0
=
1 1
1
得 V1=200 L
氧气的有效输出 V1'=V1-V0=190 L
1 1 '
由理想气体状态方程有
1
=
2 2
0
又 p2=1×105 Pa
得 V2=285 L
所以潜水爱好者水下停留时间
代入解得n=2.4,所以至少需要把气囊完全压下3次,才能有水从出水管流出,
故B正确。
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6.用活塞式抽气机抽气,在温度不变的情况下,从玻璃瓶中抽气,第一次抽气后,
4
256
瓶内气体的压强减小到原来的 ,要使容器内剩余气体的压强减为原来的 ,
5
625
抽气次数应为( C )
答案 (1)1 kg
(2)2×10-5 m3
解析 (1)因为缓慢放置砂子,气体发生等温变化,根据玻意耳定律有
p1V1=p2V2
根据题意有
(+砂 )
2
p1=p0+ ,p2=p0+
,V1=hS,V2= hS
3
解得m砂=1 kg,p2=3.0×105 Pa。
(2)向缸内缓慢充气的过程温度不变,则有p2V2+p0V0=p2V1
A组
题组一
必备知识基础练
液柱移动问题
1.两端封闭、内径均匀的直玻璃管水平放置,如图所示。V左<V右,温度均为
20 ℃,现将右端空气柱的温度降为0 ℃,左端空气柱的温度降为10 ℃,则管
中水银柱将( C )
A.不动
B.向左移动
C.向右移动
D.无法确定是否移动
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4
p1= p,
5
抽两次时 p1V=p2(V+V0),解得 p2=
抽 n 次时 pn=
4
256
p,又 pn= p,则
5
625
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4 2
p,
5
n=4,C 正确。
B组
关键能力提升练
7.(2024四川内江高二期末)如图为竖直放置的上细下粗的密闭细管,水银
柱将气体分隔成A、B两部分,初始温度相同。使A、B两部分气体升高相
误。
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9.(多选)王亚平身穿我国自主研发的舱外航天服“走出”太空舱,成为我国第一
位在太空“漫步”的女性。舱外航天服密封一定质量的气体,用来提供适合人
体生存的气压。王亚平先在节点舱(航天员出舱前的气闸舱)穿上舱外航天服,
航天服密闭气体的体积约为V1=1.4 L,压强p1=1.0×105 Pa,温度t1=27 ℃。她
10p0,分装过程中无漏气,且温度不变,那么最多能分装( C )
A.4瓶
B.50瓶
C.56瓶
D.60瓶
解析 取全部气体为研究对象,根据玻意耳定律有p1V1=p2(V1+nV2),得
1 1 -2 1
n= =56。
2 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Δ
3 +Δ
=
1
,故
2
C 正确,D 错误。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
10.(2024山东聊城高二期末)如图所示,一个圆筒形导热汽缸开口向上竖直
放置,内有活塞,其横截面积为S=1×10-4 m2,质量为m=1 kg,活塞与汽缸之间
无摩擦且不漏气,其内密封有一定质量的理想气体,气柱高度h=0.2 m。已
B.第二种方法抽取的气体质量较大
C.第一种方法中,每次抽取的气体质量逐渐减小
D.第一种方法中,每次抽取的气体质量逐渐增大
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
解析 用第一种方法抽气,温度不变,由玻意耳定律有 p0V=p1(V+1 L),解得
2
3
p1=p0+1L,同理 p2=p1+1L=p0 +1L ,p3=p2+1L=p0 +1L ,虽然每次抽取的
L,在室温27 ℃时充好气,瓶内气压为3×106 Pa,氧气瓶在使用时,内部压强
降至1.4×105 Pa时,氧气不能有效输出。假如潜水爱好者携带该氧气瓶潜
入温度为7 ℃的水下,求他在水下最多能停留的时间。
答案 9.5 h
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
解析 对氧气瓶中所有气体,初态p0=3×106 Pa,V0=10 L,T0=(273+27) K=300
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8.(2024山东临沂第一中学月考)钢瓶中装有一定量的气体,现在用两种方
法抽取钢瓶中的气体,第一种方法用小抽气机,每次抽1 L气体,共抽取3次;
第二种方法是用大抽气机,一次抽取3 L气体。以上过程中气体温度保持不
变,下列说法正确的是( C )
A.两种方法抽取的气体质量一样大
解析 以温度为 7 ℃时室内的所有气体为研究对象,发生等压变化时,根据盖0
吕萨克定律有(273+7)K
=
1
,可得
(273+27)K
1 -0
原来气体质量的百分比为
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
=
15
V1=14V0,则跑到室外的气体的质量占
1
=6.7%,故选
15
B。
4.容积为20 L的钢瓶充满氧气后,压强为150p0,打开钢瓶的阀门让氧气同时
同温度达到稳定后,体积变化量为ΔVA、ΔVB,压强变化量为ΔpA、ΔpB,对液
面压力的变化量为ΔFA、ΔFB,则( B )
A.水银柱向下移动了一段距离
B.ΔpA>ΔpB
C.ΔVA<ΔVB
D.ΔFA=ΔFB
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
解析 首先假设液柱不动,则A、B两部分气体发生等容变化,由查理定律有
下降时,分子的振动幅度便会减小,使物体收缩。气体温度变化时热胀冷缩
现象尤为明显,若未封闭的室内生炉子后温度从7 ℃升到27 ℃,而整个环境
气压不变,计算跑到室外的气体的质量占原来气体质量的百分比为( B )
A.3.3%
B.6.7%
C.7.1%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
D.9.4%
知大气压强p0=1.0×105 Pa,重力加速度g取10 m/s2。
(1)如果在活塞上缓慢堆放一定质量
的细砂,气柱高度变为原来的
求砂子的质量m砂。
2
3
,
(2)如果在(1)的基础上,向缸内缓慢充
气,使活塞恢复到原高度,已知待充入的气体压强为大气压强p0,求需充入气
体的体积V0。
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解析 设降温后水银柱不动,则两段空气柱均为等容变化,初始状态左右压强
Δ左
左
左
左
Δ左
相等,即 p 左=p 右=p,对左端空气柱Δ = ,则 Δp 左=
气柱 Δp
20
p,Δp
右=
293
10
p
p,同理右端空
左=
左
293
>Δp 左,即右侧空气柱的压强降低得比左侧空气柱的多,
右
故水银柱向右移动,选项 C 正确。
Δp= ΔT ,可知两部
分气体的压强变化Δp∝p,因pB>pA,所以ΔpB>ΔpA,故Δh将增大。
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题组二
气体的变质量问题
3.物体受热时会膨胀,遇冷时会收缩。这是由于物体内的分子(原子)运动
会随温度改变,当温度上升时,分子的振动幅度加大,令物体膨胀;但当温度
2
1
t=0.5L × 60
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
h=9.5 h。
=
Δ
,对
Δ
A 部分气体有
Δ
ΔpA= ·pA,对
B 部分气体有
Δ
ΔpB= ·pB,因为
pA>pB,TA=TB,所以ΔpA>ΔpB,即水银柱向上移动,A错误,B正确;由于气体总
体积不变,因此ΔVA=ΔVB,C错误;因ΔF=Δp·S,ΔpA>ΔpB,SA>SB,有ΔFA>ΔFB,D
错误。
穿好航天服后,需要把节点舱的气压不断降低,以便打开舱门。若节点舱气压
降低到能打开舱门时,航天服内气体体积膨胀到V2=2.0 L,温度变为t2=-3 ℃,此
时航天服内气体压强为p2。为便于舱外活动,航天员把航天服内的一部分气
体缓慢放出。出舱后气压降到p3=2.1×104 Pa,假设释放气体过程中温度不变,
积。至少需要把气囊完全压下几次,才能有水从出水管流出?(不考虑温度
的变化)( B )
A.2次
B.3次
C.4次
D.5次
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解析 设至少需要把气囊完全压下n次,才能有水从出水管流出,大气压强为
p0,水桶内气体体积为V0,气囊体积为V1,根据玻意耳定律可得
p0(V0+nV1)=p1V0,其中p0=ρgh=10ρg,V0=4 320π cm3,V1=72π cm3,p1=10.4ρg,
航天服内剩余气体体积变为V3=3.0 L,航天服内封闭气体可视为理想气体。
下列说法正确的是( BC )
A.p2=7.2×104 Pa
B.p2=6.3×104 Pa
1
C.航天服需要放出的气体与原来气体的质量比为2
D.航天服需要放出的气体与原来气体的质量比为
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
气体体积相同,但是由于每次抽出气体后剩下的气体密度减小,所以抽出的气
体质量逐渐减小,C 正确,D 错误;用第二种方法抽气,温度不变,由玻意耳定律
有 p0V=p'(V+3 L),解得
p'=p0+3L>p3,瓶内剩余气体压强小时,对应抽取的气
体多,抽取气体的质量较大,即用第一种方法抽取的气体质量较大,故 A、B 错
代入数据解得V0=2×10-5 m3。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
C组
核心素养拔高练
11.资料显示“成年人安静时每分钟的耗氧量约为250 mL”,这是常温、常压
下的数据。潜水员潜入水下活动时的耗氧量可达上述数据的两倍,即27 ℃、
1×105 Pa情况下每分钟可达500 mL。某型号潜水用氧气瓶充气容积为10
1
3
解析 由题意可知航天服内气体初、末状态温度分别为 T1=300 K、T2=270 K,
1 1
根据理想气体状态方程有
1
=
2 2
4
,解得
p
2=6.3×10
2
Pa,故 A 错误,B 正确;
设航天服需要放出的气体在压强为 p3 状态下的体积为 ΔV,根据玻意耳定律
有 p2V2=p3(V3+ΔV),解得 ΔV=3 L,则放出的气体与原来气体的质量比为
A.2
B.3
C.4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
D.5
解析 设玻璃瓶的容积是V,抽气机的容积是V0,
气体发生等温变化,由玻意耳定律可得
4
pV= p(V+V0),解得
5
设抽 n
1
V0= V,
4
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次后,气体压强变为原来的625,
由玻意耳定律可得,
抽一次时 pV=p1(V+V0),解得
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2.在一粗细均匀且两端封闭的U形玻璃管内,装有一段水银柱,将A和B两端
的气体隔开,如图所示。在室温下,A、B两端的气体体积都是V,管内水银
面的高度差为Δh,现将它竖直地全部浸没在沸水中,高度差Δh怎么变化?
答案 Δh增大
解析 假设上下两部分气体的体积不变,根据查理定律
5.桶装纯净水及压水装置原理如图所示。柱形水桶直径为24 cm,高为35
cm;柱压水蒸气囊直径为6 cm,高为8 cm,水桶颈部的长度为10 cm。当人用
力向下压气囊时,气囊中的空气被压入桶内,桶内气体的压强增大,水通过
细出水管流出。已知水桶所在处大气压强相当于10 m水压产生的压强,当
桶内的水还剩5 cm高时,桶内气体的压强等于大气压强,忽略水桶颈部的体
K
末态p1=1.4×105 Pa,T1=(273+7) K=280 K
0 0
由理想气体状态方程有
0
=
1 1
1
得 V1=200 L
氧气的有效输出 V1'=V1-V0=190 L
1 1 '
由理想气体状态方程有
1
=
2 2
0
又 p2=1×105 Pa
得 V2=285 L
所以潜水爱好者水下停留时间
代入解得n=2.4,所以至少需要把气囊完全压下3次,才能有水从出水管流出,
故B正确。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
6.用活塞式抽气机抽气,在温度不变的情况下,从玻璃瓶中抽气,第一次抽气后,
4
256
瓶内气体的压强减小到原来的 ,要使容器内剩余气体的压强减为原来的 ,
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抽气次数应为( C )
答案 (1)1 kg
(2)2×10-5 m3
解析 (1)因为缓慢放置砂子,气体发生等温变化,根据玻意耳定律有
p1V1=p2V2
根据题意有
(+砂 )
2
p1=p0+ ,p2=p0+
,V1=hS,V2= hS
3
解得m砂=1 kg,p2=3.0×105 Pa。
(2)向缸内缓慢充气的过程温度不变,则有p2V2+p0V0=p2V1
A组
题组一
必备知识基础练
液柱移动问题
1.两端封闭、内径均匀的直玻璃管水平放置,如图所示。V左<V右,温度均为
20 ℃,现将右端空气柱的温度降为0 ℃,左端空气柱的温度降为10 ℃,则管
中水银柱将( C )
A.不动
B.向左移动
C.向右移动
D.无法确定是否移动
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
4
p1= p,
5
抽两次时 p1V=p2(V+V0),解得 p2=
抽 n 次时 pn=
4
256
p,又 pn= p,则
5
625
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
4 2
p,
5
n=4,C 正确。
B组
关键能力提升练
7.(2024四川内江高二期末)如图为竖直放置的上细下粗的密闭细管,水银
柱将气体分隔成A、B两部分,初始温度相同。使A、B两部分气体升高相
误。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
9.(多选)王亚平身穿我国自主研发的舱外航天服“走出”太空舱,成为我国第一
位在太空“漫步”的女性。舱外航天服密封一定质量的气体,用来提供适合人
体生存的气压。王亚平先在节点舱(航天员出舱前的气闸舱)穿上舱外航天服,
航天服密闭气体的体积约为V1=1.4 L,压强p1=1.0×105 Pa,温度t1=27 ℃。她