高中物理选修3-3大题知识点及经典例题

高中物理选修3-3大题知识点及经典例题

气体压强的产生与计算

1．产生的原因：由于大量分子无规则运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强。

2．决定因素

(1)宏观上：决定于气体的温度和体积。

(2)微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度。

3．平衡状态下气体压强的求法

(1)液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强。

(2)力平衡法：选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强。

(3)等压面法：在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等。液体内深h处的总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强。

4．加速运动系统中封闭气体压强的求法

选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解。

考向1 液体封闭气体压强的计算

若已知大气压强为p0，在图2－2中各装置均处于静止状态，图中液体密度均为ρ，求被封闭气体的压强。

图2－2

[解析]在甲图中，以高为h的液柱为研究对象，由二力平衡知

p甲S＝－ρghS＋p0S

所以p甲＝p0－ρgh

在图乙中，以B液面为研究对象，由平衡方程F上＝F下有：

p A S＋ρghS＝p0S

p乙＝p A＝p0－ρgh

在图丙中，仍以B液面为研究对象，有

p A′＋ρgh sin 60°＝p B′＝p0

所以p丙＝p A′＝p0－

3

2

ρgh

在图丁中，以液面A为研究对象，由二力平衡得p丁S＝(p0＋ρgh1)S

所以p丁＝p0＋ρgh1。

[答案]甲：p0－ρgh乙：p0－ρgh丙：p0－

3

2

ρgh1丁：p0＋ρgh1

考向2 活塞封闭气体压强的求解

如图2－3中两个汽缸质量均为M，内部横截面积均为S，两个活塞的质量均为m，左边

的汽缸静止在水平面上，右边的活塞和汽缸竖直悬挂在天花板下。两个汽缸内分别封闭有一定质量的空气A 、B ，大气压为p 0，求封闭气体A 、B 的压强各多大？

图2－3

[解析] 由题图甲中选m 为研究对象。 p A S ＝p 0S ＋mg 得p A ＝p 0＋mg S

题图乙中选M 为研究对象得

p B ＝p 0－Mg

S

。

[答案] p 0＋mg S p 0－Mg S

理想气体状态方程与实验定律的应用

1．理想气体状态方程与气体实验定律的关系

p 1V 1T 1

＝p 2V 2T 2

⎩⎪⎨⎪⎧温度不变：p 1V 1＝p 2V 2（玻意耳定律）

体积不变：p 1

T 1＝p

2T 2（查理定律）

压强不变：V 1T 1

＝V

2T

2

（盖－吕萨克定律）

2．几个重要的推论

(1)查理定律的推论：Δp ＝p 1

T 1

ΔT (2)盖－吕萨克定律的推论：ΔV ＝V 1T 1

ΔT (3)理想气体状态方程的推论：

p 0V 0T 0＝p 1V 1T 1＋p 2V 2

T 2

＋…… 3．应用状态方程或实验定律解题的一般步骤

(1)明确研究对象，即某一定质量的理想气体；

(2)确定气体在始末状态的参量p 1，V 1、T 1及p 2、V 2、T 2； (3)由状态方程或实验定律列式求解； (4)讨论结果的合理性。

4．用图象法分析气体的状态变化

一定质量的气体不同图象的比较 类别 图线

特点

举例

p －V

pV ＝CT (其中C 为恒量)，即pV 之积越大的等温线温度越高，线离原点越远

p －1

V

p ＝CT 1

V

，斜率k ＝CT ，即斜率越大，温度越高

p －T

p ＝C V T ，斜率k ＝C

V ，即斜率越大，体积越小

V －T

V ＝C p T ，斜率k ＝C

p

，即斜率越大，压强越小

考向1 气体实验定律的应用

如图2－4所示，一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个

活塞。已知大活塞的质量为m 1＝2.50 kg ，横截面积为S 1＝80.0 cm 2

；小活塞的质量为m 2＝

1.50 kg ，横截面积为S 2＝40.0 cm 2

；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l ＝40.0 cm ；汽缸外大气的压强为p ＝1.00×105

Pa ，温度为T ＝303 K 。初始时大活塞与大圆筒底部相距l

2，

两活塞间封闭气体的温度为T 1＝495 K 。现汽缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移。忽略

两活塞与汽缸壁之间的摩擦，重力加速度大小g 取10 m/s 2

。求

图2－4

(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，缸内封闭气体的温度； (2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强。

[解析] (1)设初始时气体体积为V 1，在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，缸内封闭气体的体积为V 2，温度为T 2。由题给条件得

V 1＝S 2⎝

⎛⎭

⎪⎫l －l 2＋S 1⎝ ⎛⎭

⎪⎫l 2①

V 2＝S 2l ②

在活塞缓慢下移的过程中，用p 1表示缸内气体的压强，由力的平衡条件得 S 1(p 1－p )＝m 1g ＋m 2g ＋S 2(p 1－p )③

故缸内气体的压强不变。由盖—吕萨克定律有