高中物理知识全解3.2气体

高中物理知识全解3.2气体

一：理想气体状态方程

理想气体：在任何温度，任何压强下都遵从气体实验定律的气体，叫做理想气体；从微观角度来看是指：分子本身的体积和分子间的作用力都能够忽略不计的气体，称为是理想气体。〔高中阶段除水蒸气外，其它气体一般都视为理想气体〕

注意：气体分子能充满整个容器。

①玻意耳定律

玻意耳定律：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强P 与体积V 成反比。 1122P V P V ∴=

由理想气体状态方程可知：12T T T ==，那么：1122P V P V T nR ==

【例题】如下图所示为一气压式保温瓶，瓶内密封空气体积为V ，瓶内水面与出水口的高度差为h ，设水的密度为ρ，大气压强为P0，欲使水从出水口流出，瓶内空气压缩量∆V 至少应为多少？

【例题】用DIS 研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如下图一所示，实验步骤如下：

〔1〕把注射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接；

〔2〕移动活塞，记录注射器的刻度值V ，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p ； 〔3〕用V －1/p 图象处理实验数据，得出如上图二所示图线、

I 、为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的要紧措施是_____________；

II 、为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的要紧措施是______________和________________；

III 、假如实验操作规范正确，但如下图的V －1/p 图线只是原点，那么V0代表_______________.

②查理定律

查理定律：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强P 与热力学温度T 成正比。

1212P P T T ∴=

由理想气体状态方程可知：12V V V ==，那么：121

2P P T T V nR == 【例题】假如在一固定容器内，理想气体分子速率都提高为原来的二倍，那么〔〕

A 、温度和压强都升高为原来的二倍。

B 、温度升高为原来的二倍，压强升高为原来的四倍。

C 、温度升高为原来的四倍，压强升高为原来的二倍。

D 、温度与压强都升高为原来的四倍。

答案：D

【例题】高空实验火箭起飞前，仪器舱内气体的压强为P0，温度t0=270C ，在火箭竖直向上加速飞行的过程中，加速度的大小等于重力加速度g ，仪器舱内水银气压计的示数为P=0.6P0，仪器舱是密封的，那么，这段过程中舱内温度是多少？

理定律得001.2(27327)P P K

T =+，解得：360T K = ③盖—吕萨克定律

盖—吕萨克定律：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V 与热力学温度T 成正比。

1212V V T T ∴=

由理想气体状态方程可知：12P P P ==，那么：

1212V V T T P nR == 【例题】如下图所示，气缸内封闭着一定质量的气体A ，其温度为27℃。重物B 和活塞的总质量为M ，不计活塞与气缸壁的摩擦，试求当气体的温度由27℃升高到127℃时，气体的体积将由原来的体积V0变为多大？

④理想气体状态方程

112212P V P V T T nR ==〔理想气体状态方程也叫克拉伯龙方程〕

式中n 为物质的量，8.31mol R J K =⋅（）

注意：运用理想气体状态方程解题时，式中的温度T 要用热力学温度。

【例题】如下图为一定量的理想气体的p —V 图，由图可得出结论〔〕

A 、

B A T T <

B 、B A T T >

C 、B A T T =

D 、ABC 是等温过程

答案：A

【例题】在如下气缸中封闭着一定质量的常温理想气体，一重物用细绳经滑轮与缸中光滑的活塞相连接，重物和活塞均处于平衡状态、假如将缸内气体的摄氏温度降低一半，那么缸内气体的体积〔〕

A 、仍不变

B 、为原来的一半

C 、小于原来的一半

D 、大于原来的一半

【例题】如下图均匀薄壁U 形管，左管上端封闭，右管开口且足够长，管的截面积为S ，内装有密度为ρ的液体。右管内有一质量为m 的活塞搁在固定卡口上，卡口与左管上端等高，活塞与管壁间无摩擦且不漏气。温度为T0时，左、右管内液面等高，两管内空气柱长度均为L ，压强均为大气压强P0，重力加速度为g 。现使左右两管温度同时缓慢升高，在活塞离开卡口上升前，左右两管液面保持不动，试求：

〔1〕右管活塞刚离开卡口上升时，右管封闭气体的压强P1

〔2〕温度升高到T1为多少时，右管活塞开始离开卡口上升

〔3〕温度升高到T2为多少时，两管液面高度差为

L

注意：理想气体状态方程〔即克拉伯龙方程〕是描述一定量的理想气体初状态与末状态的压强、体积、温度间关系的状态方程。它建立在波义耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律基础之上。初状态到末状态的过程能够是等温过程、等容过程、等压过程，还能够是多个过程的组合形式，一定要理清晰细节过程而后求解。〔极易失分〕

【例题】如下图所示，有一长为L 右端开口的圆柱形气缸，一个质量不计的薄活塞封闭一定

质量的理想气体，开始时活塞处在离左端L 32处，气体温度为270C ，

现对气体加热。(外界大气压恒为P 。，绝对零度为-2730C ，活塞阻

力不计)

求：〔1〕活塞刚好到达最右端时，气缸内气体的温度。

〔2〕当加热到4270C 时，气体的压强。

【例题】如下图所示，体积为V 、内壁光滑的圆柱形导气缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；气缸内密封有温度为2.40T 、压强1.20P 的理想气体，0P 与0T 分别为大气的压强和温度。：气体内能U 与温度T 的关系为=U T α，α为正的常量；容器内气体的所有变化过程基本上缓慢的。求：

〔1〕气缸内气体与大气达到平衡时的体积V1

〔2〕在活塞下降过程中，气缸内气体放出的热量Q