热学专项——气缸模型
热学中气缸问题求解方法
热学中气缸问题求解方法在热学中，气缸类题目的特征很显著，通常是在同一个题中同时考察受力分析方法，对热力学定律和气体压强微观解释的理解，并分析气体状态变化和能量变化。
由于这类题目同时对热学、力学、能量等知识综合进行考察，能很好的体现学科内综合分析能力，所以是各类测试题和高考试题的热点。
而从实际掌握效果看，有很多学生对解决这类题目仍存在有一定困难，主要是分析方法没有掌握好。
气缸类题目的分析，首先要求熟记并理解热力第一定律和第二定律，理解气体压强的微观解释和状态变化过程；其次要熟练的掌握受力分析的方法。
分析求解的步骤是：①对活塞分析受力，分析气体压强，②利用气体压强微观解释或利用PV=nRT分析状态变化，③应用热力第一定律分析能量的变化。
气缸类题目常见的有两种类型：单气缸和双气缸，它们的分析方法是相同的。
例1：封有理想气体的导热气缸开口向下被懸挂，活塞与气缸的摩察不计，活塞下系有钩码P，整个系统处于静止状态，如图所示。
若大气压恒定，系统状态变化足够缓慢，则下列说法中正确的是A.外界温度升高，气体的压强一定增大B.外界温度升高，外界可能对气体做正功C.保持气体内能不变，增加钩码质量，气体一定吸热D.保持气体内能不变，增加钩码质量气体体积一定减小解析：这道题是单气缸类型，在审题时应注意气缸和活塞是绝热还是导热的，过程变化是缓慢还是迅速的，气体是理想气体还是一般气体。
首先对活塞进行受力分析，活塞的重力Mg，还受钩码的拉力mg，内部气体向下压力PS，向上的大气压力PoS。
由于状态变化缓慢，活塞处于平衡状态，有P0S=（M+m）g+PS，若钩码质量不变，则气缸内气体压强P不变；当外界温度升高，气缸是导热的，气缸内气体温度升高，则气体体积增大，对外做功；温度升高，理想气体内能增大，根据热力学第一定律可知，气缸内气体从外界吸热，故A和B选项错误。
当理想气体内能不变时，气体温度不变，增加钩码质量，由活塞受力平衡关系式可知气体压强P减小；当气体温度不变，压强减小时，体积V变大，气体对外做功，从外界吸收热量，故C选项正确。
2023高考物理热学专题冲刺训练--气体实验定律的综合应用(二)--气缸模型：活塞封闭气体类问题
确定研究对象 三种变化等圧変化：2211T V T V =气缸模型（活塞封闭气体类问题）一、解题思路与技巧1.2.常见类型(1)气体系统处于平衡状态，需要综合应用气体实验定律和物体的平衡条件解题。
(2)气体系统处于力学非平衡状态，需要综合应用气体实验定律和牛顿运动定律解题。
(3)两个或多个汽缸封闭着几部分气体，并且汽缸之间相互关联的问题，解答时应分别研究各部分气体，找出它们各自遵循的规律，并写出相应的方程，还要写出各部分气体之间压强或体积的关系式，最后联立求解。
二、针对练习1、[2021·全国甲卷]如图，一汽缸中由活塞封闭有一定量的理想气体，中间的隔板将气体分为A 、B 两部分；初始时，A 、B 的体积均为V ，压强均等于大气压p 0。
隔板上装有压力传感器和控制装置，当隔板两边压强差超过0.5p 0时隔板就会滑动，否则隔板停止运动。
气体温度始终保持不变。
向右缓慢推动活塞，使B 的体积减小为V2。
(1)求A 的体积和B 的压强；(2)再使活塞向左缓慢回到初始位置，求此时A 的体积和B 的压强。
热学对象（气体） 确定初、末状态参量（温度、压强、体积）等温变化：2211V p V p =等容变化：2211T p T p =力学对象（活塞、缸体或系统）处于平衡状态：根据平衡条件列式（技巧1）处于非平衡状态：根据牛顿第二定律列式（技巧2）2、如图所示，在固定的汽缸A 和B 中分别用活塞封闭一定质量的理想气体，活塞面积之比为S A ∶S B ＝1∶2，两活塞与穿过B 汽缸底部的刚性细杆相连，活塞与汽缸、细杆与汽缸间摩擦不计且不漏气．初始时，A 、B 中气体的体积皆为V 0，A 中气体压强p A ＝1.5p 0，p 0是汽缸外的大气压强(保持不变)．现对A 中气体缓慢加热，并保持B 中气体的温度不变，当A 中气体的压强增大到p A ′＝2p 0时，求B 中气体的体积V B .3、(2019年全国∶卷)如图，一容器由横截面积分别为S 2和S 的两个汽缸连通而成，容器平放在水平地面上，汽缸内壁光滑.整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分，分别充有氢气、空气和氮气.平衡时，氮气的压强和体积分别为0p 和0V ，氢气的体积为02V ，空气的压强为p . 现缓慢地将中部的空气全部抽出，抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变,活塞没有到达两汽缸的连接处，求: (1)抽气前氢气的压强；(2)抽气后氢气的压强和体积。
理综高考中的“汽缸”模型
理综高考中的“汽缸”模型[摘要] 本文拟就分五个部分全面阐述“汽缸“模型在全国高考卷、地方卷中的必考特性、功能特征、模型特点。
重点分析“汽缸“模型的主干模块、思维流程、应对策略。
[关键词] “汽缸“模型主干模块思维流程例题精析一、阅卷报告在2010年普通高等学校招生全国统一考试中,其中全国大纲卷ⅱ、福建卷、广东卷、上海卷等都考到了热学中的典型模型——“汽缸”。
热学知识的综合运用考查都是在此模型下进行。
特别是全国卷的考查频率很高!从2001实行3+x开始到至今,“汽缸“模型的考察从未间断。
2009年全国大纲卷ⅱ、2008年全国大纲卷ⅰ、2007年的全国大纲卷ⅰ、2003年至2006年的全国卷都有“汽缸“模型。
题型为选择题,难度系数中等偏上。
从近几年的阅卷抽样调查看:错选较为严重,漏选的更严重。
问题主要集中在“汽缸“模型理解不透、分析缸体中不同气体变化的思维逻辑混乱、物理量变化太多导致的研究对象无法确定。
下面全面重点分析“汽缸”模型的功能特征、主干模块、思维流程。
二、经典模型理综高考中的“汽缸”模型是功能性板块综合。
考查扩容对象为:热力学第一定律、理想气体模型、理想气体四个变化过程、气体压强的微观解释。
物理情景设置在“汽缸“模型中。
研究对象是“汽缸“模型中两部分理想气体。
三、主干模块1.ρ的微观解释(分子动理论)考试要点:①被封气体对容器(汽缸)单位面积的平均作用力②被封气体在单位时间对容器(汽缸)单位面积的总冲量。
影响因素:温度(τ),气体分子的密集程度(ν/体积)。
思维方法:①控制变量法讨论ρ、τ、ν/体积三者的关系。
②运用公式ρ=νmδv(ν单位体积的分子个数、m气体分子的质量、δv气体分子的速度变化量)2.ρ的宏观讨论:ρv=nrt控制变量法:①τ不变,ρ∝1/v。
分子的动能不变。
(玻-玛定律)②v不变,ρ∝τ。
单位体积的分子数不变。
(查理定律)③ρ不变,v∝τ。
(盖*吕萨克定律)3.ρv=nrt与δu=w+q综合运用①τ不变的过程,则δu=0(等温变化)②v不变的过程,则w=0(等容变化)③绝热过程,则q=0(绝热变化)④p不变的过程,则等压变化。
高中物理气缸活塞模型总结
高中物理气缸活塞模型总结
高中物理中，气缸活塞模型是一个很重要的模型。
这个模型通常用于解释气体容积和压力的关系。
下面是一些关于气缸活塞模型的总结：
1. 气缸活塞模型可以用来解释气体容积和压力的关系。
当气缸内的活塞上移，气体的容积会减少，压力会增加。
反之，当活塞下移，气体的容积会增加，压力会减少。
2. 活塞上下运动的力量来自于外部压力或者自身质量。
当外部压力施加在活塞上方时，活塞会向下移动；反之，当外部压力施加在活塞下方时，活塞会向上移动。
3. 无论活塞的运动方向如何，从做功的角度来看，气体压力和容积的变化都代表了做功。
当气体扩张时（即容积增加），气体对外部做功；当气体压缩时（即容积减小），外部对气体做功。
4. 气缸活塞模型还可以用于解释热力学系统中的各种现象，例如等温、等压和等容过程。
在等温过程中，气体的温度不变，因此气体压力和容积成反比例变化。
在等压过程中，气体的压力不变，因此气体的容积和温度成正比例变化。
在等容过程中，气体的容积不变，因此气体的压力和温度成正比例变化。
5. 当气体受到恒定外部压力时，气体的压强和密度成正比例变化，而温度不变。
这被称为泊松定律，它对于理解气体力学和热力学非常重要。
总之，气缸活塞模型是高中物理中一个非常重要和基本的模型，它对于理解气体力学和热力学都有很大帮助。
了解和理解气缸活塞模型的原理和应用可以帮助我们更好地掌握这些知识。
专题27 有关理想气体实验定律的玻璃管类和气缸类模型(解析版)
2023年高三物理二轮常见模型与方法强化专训专练专题27 有关理想气体实验定律的玻璃管类和气缸类模型一、高考真题1．足够长的玻璃管水平放置，用长19cm 的水银封闭一段长为25cm 的空气柱，大气压强为76cmHg ，环境温度为300K ，将玻璃管缓慢顺时针旋转到竖直，则：①空气柱是吸热还是放热②空气柱长度变为多少③当气体温度变为360K 时，空气柱长度又是多少？【答案】①放热；②20cm ；③24cm【详解】①②以封闭气体为研究对象，气体做等温变化，设玻璃管横截面积为S ，玻璃管水平时176cmHg p =；125V S =玻璃管竖起来后219cmHg 76cmHg 95cmHg p =+=；2V LS =根据1122pV p V =解得20cm L =气体体积减小，外界对气体做功，但其温度不变，内能不变，根据热力学第一定律可知气体向外放热；③空气柱长度为20cm ；由等压变化得2312V V T T =其中1300K T =；220V S =；'3V LS =解得'24cm L = 2．水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示，汽缸中间有一固定隔板，将汽缸内一定质量的某种理想气体分为两部分，“H”型连杆活塞的刚性连杆从隔板中央圆孔穿过，连杆与隔板之间密封良好。
设汽缸内、外压强均为大气压强0p 。
活塞面积为S ，隔板两侧气体体积均为0SL ，各接触面光滑。
连杆的截面积忽略不计。
现将整个装置缓慢旋转至竖直方向，稳定后，上部气体的体积为原来的12，设整个过程温度保持不变，求：（i ）此时上、下部分气体的压强；（ii ）“H”型连杆活塞的质量（重力加速度大小为g ）。
【答案】（1）02p ，023p ；（2）043p S g 【详解】（1）旋转前后，上部分气体发生等温变化，根据玻意尔定律可知001012p SL p SL ⋅=⋅解得旋转后上部分气体压强为102p p =旋转前后，下部分气体发生等温变化，下部分气体体积增大为0001322SL SL SL +=，则 002032p SL p SL ⋅=⋅解得旋转后下部分气体压强为2023p p = （2）对“H”型连杆活塞整体受力分析，活塞的重力mg 竖直向下，上部分气体对活塞的作用力竖直向上，下部分气体对活塞的作用力竖直向下，大气压力上下部分抵消，根据平衡条件可知12p S mg p S =+解得活塞的质量为043p S m g= 3．定高气球是种气象气球，充气完成后，其容积变化可以忽略。
热学气缸类问题计算题练习(含答案)
热学计算题练习——气缸类问题1.如图所示，导热的圆柱形汽缸固定在水平桌面上，横截面积为S、质量为的活塞封闭着一定质量的气体可视为理想气体，活塞与汽缸间无摩擦且不漏气总质量为的砝码盘含砝码通过左侧竖直的细绳与活塞相连当环境温度为T时，活塞离缸底的高度为现环境温度度发生变化，当活塞再次平衡时活塞离缸底的高度为，求：现环境温度变为多少？保持中的环境温度不变，在砝码盘中添加质量为的砝码时，活塞返回到高度为h处，求大气压强．2.如图所示，透热的气缸内封有一定质量的理想气体，缸体质量，活塞质量，活塞面积活塞与气缸壁无摩擦且不漏气此时，缸内气体的温度为，活塞正位于气缸正中，整个装置都静止已知大气压恒为，重力加速度为求：缸内气体的压强；缸内气体的温度升高到多少时，活塞恰好会静止在气缸缸口AB处？3.如图所示，质量为，长为，底面积为的薄壁气缸放在水平面上，气缸与水平面间的动摩擦因数为气缸内有一个质量为的活塞，活塞与墙壁之间连接一个劲度系数为的轻弹簧当气缸内气体可视为理想气体的温度为，压强为时，活塞恰好位于气缸的中央位置，且轻弹簧处于原长状态已知大气压强为，重力加速度为，气缸与水平面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，汽缸内壁光滑，气缸和活塞气密性良好且绝热，不计活塞的厚度，现用电热丝对气缸内气体缓慢加热．气缸内温度多大时，气缸开始滑动？气缸呢温度多大时，活塞滑到气缸最右端？4.如图所示，一水平旋转的薄壁汽缸，由横截面积不同的两个圆筒连接而成，质量均为的活塞A、B用一长度为、质量不计的轻细杆连接成整体，它们可以在筒内无摩擦地左右滑动且不漏气活塞A、B的面积分别为和，汽缸内A和B之间封闭有一定质量的理想气体，A 的左边及B的右边都是大气，大气压强始终保持为当汽缸内气体的温度为时，活塞处于图示位置平衡问：此时汽缸内理想气体的压强多大？当汽缸内气体的温度从T缓慢降至T时，活塞A、B向哪边移动？移动的位移多大？5. 如图所示，导热气缸A 与导热气缸B 均固定于地面，由刚性杆连接的导热活塞与两气缸间均无摩擦，两活塞面积 、 的比值为5：1，两气缸都不漏气；初态两气缸中气体的长度皆为L ，温度皆为 ，A 中气体压强， 是气缸外的大气压强；（1）求B 中气体的压强；（2）若使环境温度缓慢升高，并且大气压保持不变，求在活塞移动位移为时环境温度为多少？6. 如图所示，两端开口的汽缸水平固定，A 、B 是两个厚度不计的活塞，可在汽缸内无摩擦滑动，面积分别为 ， 它们之间用一根细杆连接，B 通过水平细绳绕过光滑的定滑轮与质量 的重物C 连接，静止时汽缸中的气体温度 ，汽缸两部分的气柱长均为L ，已知大气压强 ，取 ，缸内气体可看成理想气体． 活塞静止时，求汽缸内气体的压强．若降低汽缸内气体的温度，当活塞A 缓慢向右移动L 时，求汽缸内气体的温度．7.两个相同的薄壁型气缸A和B，活塞的质量都为m，横截面积都为S，气缸的质量都为M，，气缸B的筒口处有卡环可以防止活塞离开气缸。
气缸模型高中物理
气缸模型高中物理气缸模型，这个名字听起来是不是有点高大上？一听就觉得很复杂对吧？其实不然。
咱们今天就来“刮刮油”，把这个气缸模型的知识给扒一扒，看看它到底有啥神奇之处。
你可能会觉得，哎，这不就是一根管子吗，里头装个气体，空气进去挤一挤就出来了呗，跟咱平常吹气球差不多。
但说实话，这气缸可不仅仅是个吹气球的简单工具，它可在物理学的世界里掀起了不小的波澜。
气缸模型的核心原理就是气体在密闭容器中如何“表现”。
就像我们小时候吹泡泡，嘴巴一鼓，泡泡就出来了。
但要是把空气关在一个固定的空间里，空气就会急着想要“跑出来”。
在气缸模型里，空气被“困住”了，压力开始增加，空气就会推着气缸的活塞动。
这就跟咱们平时看到的汽车引擎差不多。
汽车发动机其实也是靠气缸原理工作，空气和燃料在气缸里“爆炸”，然后推动活塞，转动曲轴，发动机就转起来了。
怎么样，想想是不是有点牛？但说真的，搞清楚这些原理并不难，想象一下，把气体看成一个个“调皮的孩子”，它们被关在一个小小的房间里，开始“打架”时就会产生压力。
这压力越大，气缸内的活塞就被推得越厉害。
你说，这是不是就跟我们在人群中站得太挤，越来越难受一样？就是这种“拥挤”的效果，最终才带来动力。
说到气缸的“秘密”，你可得留心了。
气缸里最关键的部分就是“活塞”，也就是那个可以上下移动的部件。
活塞一动，气缸里的气体就会压缩或者膨胀，压力就随之变化。
这时候，如果你能想象成一个弹簧压缩的过程，就好理解多了。
当你压缩弹簧，弹簧的力会越来越大，直到你松开它，弹簧一下子弹回去。
所以，气缸模型也有类似的原理。
你压缩空气，气体压力变大，气体想反抗，活塞就被推出来，完成一个循环。
这个过程可以产生动力，驱动各种机械装置，甚至是咱们开车的时候，汽车的动力就是靠类似的气缸原理产生的。
不过啊，咱们说回气缸模型，这个东西可不仅仅用来做动力的哦。
你看，气缸模型还可以用来帮助咱们理解一些看似复杂的物理现象。
比如热力学定律就是从气体在封闭空间内的行为得来的。
热学专项——气缸模型
热学专项——气缸模型班级：姓名：1．如图内外壁均光滑的气缸放在倾角为θ=30°的光滑斜面上，气缸内部用横截面积为S=1.0×10-2m2的光滑活塞封闭了一定质量的理想气体。
活塞另一端通过轻杆固定在挡板上，此时气体温度为27℃，密闭气体的体积为2.0×10-3 m3，压强为1.2P0；已知气缸容积为V=3.0×10-3 m3，外界大气压强P0=1.0×105Pa：①对气体加热使温度达到57℃时，气缸沿斜面移动的距离?②保持气体温度57℃不变，用沿斜面向上的力F，大小为0.5倍的汽缸重量缓慢拉动气缸，则能否将气缸拉离活塞?2．如图所示，某同学制作了一个简易的气温计，一导热容器连接横截面积为S的长直管，用一滴水银封闭了一定质量的气体，当温度为T0时水银滴停在O点，封闭气体的体积为V0.大气压强不变，不计水银与管壁间的摩擦①设封闭气体某过程从外界吸收0.50 J的热量，内能增加0.35 J，求气体对外界做的功．②若环境温度缓慢升高，求水银滴在直管内相对O点移动的距离x随封闭气体热力学温度T 的变化关系．3．如图所示，长为2L=20cm、内壁光滑的气缸放在水平面上，气缸和活塞气密性良好且绝热，活塞的横截面积为S=10cm2，质量不计，活塞与墙壁之间连接一根劲度系数为k=50N/m的轻弹簧。
当缸内气体温度为T0=27℃时，活塞恰好位于气缸的中央位置，且轻弹簧处于原长状态。
已知气缸与活塞的总质量为M=4kg，大气压强为p0=1×105Pa，重力加速度为g=10m/s2。
①现用电热丝对缸内气体缓慢加热，假设在活塞移到气缸最右端的过程中气缸一直处于静止，活塞移到气缸最右端时缸内气温是多少?②若活塞移到气缸最右端时，气缸恰好开始运动，求气缸与水平面间的动摩擦因数为多少?4．如图所示，内壁光滑、截面积不相等的圆柱形气缸竖直放置，气缸上、下两部分的横截面积分别为2S和S.在气缸内有A、B两活塞封闭着一定质量的理想气体，两活塞用一根长为l 的细轻杆连接，两活塞导热性能良好，并能在气缸内无摩擦地移动．已知活塞A的质量是2m，活塞B的质量是m.当外界大气压强为p0、温度为T0时，两活塞静止于如图所示位置．若用一竖直向下的拉力作用在B上，使A、B一起由图示位置开始缓慢向下移动l/2的距离，又处于静止状态，求这时气缸内气体的压强及拉力F的大小．设整个过程中气体温度不变．5．如图所示，一个足够长、两端开口且导热良好的圆筒固定竖立在宽旷的液面上。
物理气缸模型计算公式
物理气缸模型计算公式物理气缸模型是工程力学中常用的模型之一，用来描述气缸内气体的压力、体积和温度之间的关系。
在工程实践中，我们经常需要根据气缸内的气体状态来计算相关的物理量，因此掌握气缸模型的计算公式是非常重要的。
本文将介绍物理气缸模型的计算公式，并通过实际案例来说明其应用。
物理气缸模型的基本假设是气体在气缸内是完全封闭的，并且遵循理想气体状态方程。
根据理想气体状态方程，气体的压力、体积和温度之间满足以下关系：PV = nRT。
其中，P表示气体的压力，V表示气体的体积，n表示气体的摩尔数，R表示气体常数，T表示气体的温度。
根据这个方程，我们可以推导出气缸模型的计算公式。
首先，我们可以根据理想气体状态方程计算气体的压力。
假设气缸内的气体摩尔数为n，温度为T，体积为V，那么气体的压力可以用以下公式来计算：P = nRT/V。
其中，R为气体常数，通常取8.314 J/(mol·K)。
通过这个公式，我们可以根据气体的摩尔数、温度和体积来计算气体的压力。
接下来，我们可以根据理想气体状态方程计算气体的体积。
假设气缸内的气体摩尔数为n，压力为P，温度为T，那么气体的体积可以用以下公式来计算：V = nRT/P。
通过这个公式，我们可以根据气体的摩尔数、压力和温度来计算气体的体积。
最后，我们可以根据理想气体状态方程计算气体的温度。
假设气缸内的气体摩尔数为n，压力为P，体积为V，那么气体的温度可以用以下公式来计算：T = PV/nR。
通过这个公式，我们可以根据气体的压力、体积和摩尔数来计算气体的温度。
通过以上的计算公式，我们可以根据气缸内气体的状态来计算出气体的压力、体积和温度。
下面，我们通过一个实际案例来说明物理气缸模型的应用。
假设有一个气缸，内部有1摩尔的氧气，温度为300K，体积为0.01m³。
我们需要计算氧气的压力。
根据上面的计算公式，我们可以得到：P = nRT/V = 1mol 8.314 J/(mol·K) 300K / 0.01m³ = 24942 Pa。
选修3-3水银模型、气缸模型专项训练
1.如图所示，一定质量的理想气体从A状态经过一系列的变化，最终回到A状态，求C状态的温度以及全过程中气体吸收(放出)的热量(已知A状态的温度为300K)．2.汽缸内封闭了一定质量、压强为p＝1.0×105Pa、体积为V＝2.0 m3的理想气体，现使气体保持压强不变，体积缓慢压缩至V′＝1.0 m3，此过程气体向外界释放了Q＝1.2×105J的热量，则：(1)压缩过程外界对气体做了多少功？(2)气体内能变化了多少？3.一定质量的理想气体由状态A经过状态B变为状态C，p－T图象如图甲所示．若气体在状态A的温度为－73.15 ℃，在状态C的体积为0.6 m3，规定0 ℃为273.15 K．求：(1)状态A的热力学温度；(2)写出A至C过程中气体的变化情形，并根据图象提供的信息，计算图中VA的值；(3)在图乙坐标系中，作出由状态A经过状态B变为状态C的V－T图象，并在图线相应位置上标出字母A、B、C.如果需要计算才能确定坐标值，请写出计算过程．4.如图，一竖直圆筒形汽缸高为H，上端封闭，下端开口，由活塞封闭一定质量的理想气体，轻弹簧的上端与活塞连接，下端固定于水平地面，活塞与汽缸壁无摩擦且气密性良好，整个装置处于静止状态时，活塞距汽缸上底高为H.已知活塞横截面积为S，汽缸自重为G，汽缸壁及活塞厚度可不计，大气的压强始终为p0.(1)求密闭气体的压强；(2)若对汽缸施一竖直向上的拉力使其缓慢上升，至汽缸下端口刚好与活塞平齐时(密闭气体无泄漏且气体温度始终不变)，求拉力的大小F.5.如图所示在绝热汽缸内，有一绝热活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为27 ℃，封闭气柱长为9 cm，活塞横截面积S＝50 cm2.现通过汽缸底部电阻丝给气体加热一段时间，此过程中气体吸热22 J，稳定后气体温度变为127 ℃.已知大气压强等于105Pa，活塞与汽缸间无摩擦，不计活塞重力．求：(1)加热后活塞到汽缸底部的距离；(2)此过程中气体内能改变了多少．6.如图为一上粗下细且下端开口的薄壁玻璃管，管内有一段被水银密闭的气体，下管足够长，图中管的横截面积分别为S1＝2 cm2，S2＝1 cm2，管内水银长度为h1＝h2＝2 cm，封闭气体长度l＝10 cm，大气压强p0相当于76 cm高水银柱产生的压强，气体初始温度为300 K，若缓慢升高气体温度．试求：(g取10 m/s2)(1)当粗管内的水银刚被全部挤出时气体的温度；(2)当气体温度为525 K时，水银柱上端距玻璃管最上端的距离．7.竖直平面内有一直角形内径处处相同的细玻璃管，A端封闭，C端开口，最初AB段处于水平状态，中间有一段水银将气体封闭在A端，各部分尺寸如图所示．初始时，封闭气体温度为T1＝300 K，外界大气压强p0＝75 cmHg.求：(1)若对封闭气体缓慢加热，当水平管内水银全部进入竖直管内时，气体的温度是多少；(2)若保持(1)问的温度不变，从C端缓慢注入水银，使水银与C端管口平齐，需要注入水银的长度为多少．8.如图所示，两端开口的U形玻璃管两边粗细不同，粗管横截面积是细管的2倍。
二轮复习专题：热学气缸类.doc
二轮热学复习——气缸类专题汕头市金山中学陈少强一、基本知识气体实验定律(1)等温变化（玻意耳定律）pV＝C 或p1V1＝p2V2；(2)等容变化（查理定律）pT＝C 或p1T1＝p2T2；(3)等压变化（盖?吕萨克定律）VT＝C 或V1T1＝V2T2；拓展规律：一定质量理想气体状态方程pV p1V1＝C 或＝T T1p2V2 T2克拉珀龙方程pV nRT二、基本技能1、通过活塞（或气缸）的受力情况分析，建立牛顿运动定律方程，确定气体的压强；2、对气体进行状态分析，选择对应的气体实验定律，建立方程求解。
三、高考题例【例1】(2013·新课标Ⅰ·33（2）)（双缸问题，中等偏难）如图，两个侧壁绝热、顶部和底部都导热的相同气缸直立放置，气缸底部和顶部均有细管连通，顶部的细管带有阀门K．两气缸的容积均为V0，气缸中各有一个绝热活塞(质量不同，厚度可忽略)．开始时K 关闭，两活塞下方和右活塞上方充有气体(可视为理想气体)，压强分别为p0 和p0/3；左活塞在气缸正中间，其上方为真空；右活塞上方气体体积为V0/4．现使气缸底与一恒温热源接触，平衡后左活塞升至气缸顶部，且与顶部刚好没有接触；然后打开K，经过一段时间，重新达到平衡．已知外界温度为T0，不计活塞与气缸壁间的摩擦．求：(i)恒温热源的温度T；(ii) 重新达到平衡后，左气缸中活塞上方气体的体积V x．解析：二轮热学复习：气缸类专题第 1 页共8 页(i) 设左右活塞的质量分别为M1、M2，左右活塞的横截面积均为S由活塞平衡可知：p0S＝M1g ①p0S＝M2g＋p0S3②加热后，由于左边活塞上升到顶部，但对顶部无压力，所以下面的气体发生等压变化，而右侧上方气体的温度和压强均不变，所以体积仍保持1不变，所以当下面放入温度为T 的恒温热源后，活4V3塞下方体积增大为(V0＋V0)，则由等压变化：41 3 3V0＋V0 V0＋V02 4 4＝T0 T解得T＝75T(ii) 当把阀门K 打开重新达到平衡后，由于右侧上部分气体要充入左侧的上部，且由①②两式知M1g＞M2g，打开活塞后，左侧活塞降至某位置，右侧活塞升到顶端，气缸上部保持温度T0 等温变化，气缸下部保持温度T 等温变化．设左侧上方气体压强为p，由p0 V0pV x＝·，3 4设下方气体压强为p2，则p＋M1gS＝p2，解得p2＝p＋p07V0所以有p2(2 V0－V x)＝p0·4 联立上述两个方程得2 2x－V0V x－V0＝0 6V1解得V x＝V0，另一解V x＝－2 13V0，不合题意，舍去．【例2】(2014·新课标Ⅰ·33（2）)（单缸问题，中等）一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形气缸内，汽缸壁导热良好，活塞可沿气缸壁无摩擦地滑动。
专题18 热学中的气缸问题(解析版)-2023年高考物理计算题专项突破
专题18 热学中的气缸问题①热力学温度与摄氏温度的关系：K t T 15.273+=；②玻意耳定律：1C pV =；（1C 是常量）或2211V p V p =③盖—吕萨克定律：T C V 2=（2C 是常量）；或2211T V T V =或2121T T p p =； ④查理定律：T C p 3=（3C 是常量）；或2211T p T p =或2121T T p p =； ⑤理想气体状态方程：222111T V p T V p =或C TpV =； ⑥热力学第一定律：W Q U +=∆；在解决热力学中的汽缸问题题时，首先要确定力学和热学的研究对象：①力学对象一般为汽缸、活塞、连杆、液柱等，确定研究对象后，要对其进行受力分析；②热学对象一般是封闭气团，要分析其初、末状态参量值及其变化过程。
第二步列出方程：①根据牛顿运动定律或平衡条件列出力学方程；②根据理想气体状态方程或气体实验室定律方程列出热学方程；③进一步挖掘题目中的隐含条件或集合关系。
最后对所列的多个方程联立求解，检验结果的合理性。
常考的关联气体汽缸模型 模型一（如图）：上图模型中，A 、B 两部分气体在状态变化过程中的体积之和不变。
模型二（如图）：上图模型中，压缩气体，使隔板缓慢移动的过程中，A 、B 两侧的压强差恒定。
模型三（如图）：上图模型中，连杆活塞移动相同距离，A 、B 两部分气体体积的变化量之比等于活塞面积之比，即BA B A S S V V =∆∆。
典例1：（2022·河北·高考真题）水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示，汽缸中间有一固定隔板，将汽缸内一定质量的某种理想气体分为两部分，“H”型连杆活塞的刚性连杆从隔板中央圆孔穿过，连杆与隔板之间密封良好。
设汽缸内、外压强均为大气压强0p 。
活塞面积为S ，隔板两侧气体体积均为0SL ，各接触面光滑。
连杆的截面积忽略不计。
现将整个装置缓慢旋转至竖直方向，稳定后，上部气体的体积为原来的12，设整个过程温度保持不变，求：（i ）此时上、下部分气体的压强；（ii ）“H”型连杆活塞的质量（重力加速度大小为g ）。
热力学中的三类模型-液柱、汽缸
热学中的三类模型•液柱类问题（一）常见液柱的压强问题嬱嬮竖直管如图嬱所示对液柱受力分析：pS嬽mg嬫p0S其中p为封闭气体压强，m为液柱质量，S为竖直管内横截面积嬮液柱的质量表示为：m嬽ρV嬽ρSh其中ρ为液体的密度则封闭气体的压强：p嬽p0嬫ρgh嬲嬮倾斜管如图嬲所示对液柱受力分析：p0S嬫mg孳孩孮θ嬽pS其中p为封闭气体压强，p0为大气压强，m为液柱质量，S为管内横截面积嬮液柱质量表示：m嬽ρV嬽ρSL其中ρ为液体密度，L为液柱长度则封闭气体的压强p嬽p0嬫ρgh其中h嬽L孳孩孮θ，为液柱竖直方向上的长度嬮嬳嬮孕型管同种液体在同一水平面上各处的压强相等——连通器原理嬨嬱嬩如图嬳嬨孡嬩所示对高出部分液柱进行受力分析：pS嬽mg嬫p0S其中p为封闭气体压强，p0为大气压强，m为高出部分液柱质量，S为管内横截面积则封闭气体的压强为p嬽p0嬫ρgh嬨嬲嬩如图嬳嬨孢嬩所示对高出部分液柱进行受力分析：p0S嬽mg嬫pS其中p为封闭气体压强，p0为大气压强，m为高出部分液柱质量，S为管内横截面积则封闭气体的压强为：p嬽p0−ρgh嬴嬮蛇形管非连通液体同一水平面压强不一定相等，同一段气体的压强处处相等，思考方法为从连通器大气处向里推，当成多个孕形管问题解决嬮ρg嬨h1嬫h2−h3嬩孂嬮p0−ρg嬨hρg嬨h1−h2嬫h3嬩孄嬮p0−ρg嬨h以中间气柱的最低液面分析，同理可得：p B嬫ρgh1嬽p2联立解得：p B嬽p0嬫ρg嬨h1嬫h3嬩（二）常规液柱问题的综合分析一般解题方法：嬱嬮确定不变量：p、V、T嬲嬮选对象，列式子（嬱）液柱——受力分析或压强分析（嬲）气体——理想气体状态方程嬳嬮由已知，求未知（嬱）液柱出现在连通器里时，同一高度液面处压强相等（嬲）求液柱封闭的气体压强时，一般以液柱为研究对象，进行受力分析，列平衡方程（嬳）如果系统有加速度，选与气体接触的液柱为研究对象，受力分析，利用牛顿第二定律求解封闭气体压强单气体模型如图嬵所示，一粗细均匀的细管开口向上放置，管内有一段高度为嬲.嬰季孭的水银柱，水银柱下密封了，一定量的理想气体，水银柱上表面到管口的距离为嬲.嬰季孭，若将细管倒置，水银柱下表面恰好位于管口处，且无水银滴落，管内气体温度与环境温度相同，已知大气压强为嬷嬶季孭孈孧，环境温度为嬲嬹嬶孋嬮（嬱）求细管的长度嬮（嬲）若在倒置前，缓慢加热管内被密封的气体，直到水银柱的上表面恰好与管口齐平为止，求此时密封气体的温度嬮总结嬱嬮求解液柱类问题多个相互联系的定量气体问题时，通常以压强建立系统之间的关系嬲嬮充分利用各研究对象之间的压强、体积、温度等量的有效关联嬳嬮确定每个研究对象的变化性质，初、末态气体的状态求解相应的未知物理量，最终求出要求的物理量（三）液柱移动问题（液柱移动方向的判断）嬱嬮温度变化如图嬷所示，两端封闭的均匀玻璃管内，有一段水银柱将气体分为两部分，当玻璃管与水平面成α角且各处温度相同时，两部分气柱之比l 1嬺l 2嬽嬱嬺嬲，现使两部分气体同时升高相同的温度，管内水银柱将向什么方向移动？公式法对上端气体：p 2 p 2嬽T 2 T 2⇒嬁p 2嬽p 2T 2嬁T 2对下端气体：嬁p 1嬽p 1T 1嬁T 1T 1嬽T 2嬁T 1嬽嬁T 2p 2<p 1所以：嬁p 1>嬁p 2故水银柱向上移动嬮图象法在p −T 图象上作出两段气体的等容线，相同温度下p 2<p 2嬮故l 1长的气柱的等容线斜率大于l 2长度的气柱斜率，如图所示嬮由图知，温度变化相同时，压强增量嬁p 1>嬁p 2，水银柱上移嬮嬲嬮运动状态变化如图嬸所示，两端封闭的玻璃管中，有一段水银柱，当玻璃管AB竖直放置时，A端管中水银面比D端管中水银面高些，现要使两管中水银面相齐，下列做法可行的是，让玻璃管（）孁嬮自由下落孂嬮加速上升孃嬮以AB为轴旋转孄嬮以DC为轴旋转静止时，压强关系：p B嬽p C p B嬽p A嬫ρgh1p C嬽p D嬫ρgh2h1>h2则p D>p A孁嬮自由下落时，水银柱对气体无压力，p D>p A，液柱左移嬮孂嬮加速上升，处于超重，水银柱右移，A气体压强减小，D气体压强增大，压强差增大，嬁h减小，但不为嬰嬮孃孄嬮以BC段为研究对象，如图所示，静止时，p B嬽p C，以AB为轴旋转时，p B<p C水银柱右移，h2增大，气体压强增大，h1减小，A中气体压强减小，使p B<p C，嬁h减小，当转速合适时，可能使嬁h嬽嬰，反之嬁h增大嬮•汽缸类问题（一）单气缸模型嬱嬮单气缸模型的通用解题方法（嬱）确定不变量——P、T、V（嬲）明确对象——力学研究对象（活塞、缸体或系统）、热学研究对象（封闭气体）（嬳）分析过程——受力平衡方程、理想气体状态方程（嬴）由已知，求未知嬲嬮单气缸模型问题的分析放法（嬱）受力平衡方程①要注意力学研究对象是否有质量m，是否除了两边气体压力和自身重力外，还有其他外力施加在研究对象上，如轻杆、轻绳、弹簧或其他气体；②当力学研究对象处于稳定状态会在“缓慢移动”时，其受力一定是平衡的；③当汽缸中含有突起，活塞“刚好”到达此处时，突起对活塞没有力的作用嬮（嬲）理想气体状态方程①当题目中含有“温度全程不变”或“汽缸或活塞导热，外界气温不变”时，汽缸内封闭气体的变化一定为等温变化；②当汽缸含有突起或其他活塞导致“卡住”的结构，在“卡住”时的变化一定为等容过程；③当活塞一侧为大气或真空，活塞内封闭气体因温度变化膨胀或收缩时，该气体状态变化一定为等压变化嬮（加气、抽气等气体变化的问题并不适用，气体变化问题在后面会讲到）体积V B的增量嬁U；p1嬽嬲p0嬨嬲嬩p2 嬽嬳嬲p0嬨嬳嬩p3嬽嬱.嬶p0（二）复杂汽缸模型嬱嬮复杂汽缸模型的通用解题方法（嬱）确定不变量（嬲）选对象，列式子①各部分气体——注意初末状态变化量，确定所用的理想状态方程②找关联孡嬮活塞——受力分析——压强的关联，可列受力平衡方程孢嬮活塞导热——温度关联，可确定初末状态温度变化季嬮几何关系——体积关联，可确定体积变化量（嬳）由已知，求未知嬲嬮复杂汽缸模型的分析方法（嬱）受力分析——注意整体与隔离法的应用（嬲）气态方程——将多过程分解为一个个单一过程去分析，注意条件的变化关联气体如图嬱嬰所示，容积均为V的汽缸，A、B下端有细管（容积可混略）连通，阀门孋2位于细管的中部，A、B的顶部各有一阀门孋1、孋3，B中有一可自由滑动的活塞（质量、体积均可忽略），初始时，三个阀门均打开，活塞在B的底部，关闭孋2、孋3，通过孋1给汽缸充气，使A中气体的压强达到大气压p0的嬳倍后关闭孋1，已知室温为嬲嬷◦孃，T嬽嬲嬷嬳孋嬫t，汽缸导热嬮（三）变质量气体模型嬱嬮常见题型孡嬮充气问题孢嬮抽气问题季嬮分装问题孤嬮漏气问题嬲嬮解题思路在以上四种题型中，容器内的气体的质量均发生变化，如果选取容器内部的气体和外部的气体总体为研究对象，即可将变质量问题转为定质量问题嬮抽气问题容积为嬵×嬱嬰−3m3的容器封有理想气体，若用最大容积为嬰.嬱×嬱嬰−3m3的活塞抽气筒抽气，在温度不变的情况下抽气嬱嬰次，求容器内剩余气体的压强与最初压强的比值嬮分析：因每次抽出的气体压强不一样，但可把抽气过程等效成容器与真空的抽气筒相通，所以每次抽气可视为质量一定的气体体积增大嬁V，设容器中原有气体的压强为p0，体积为V0，抽气筒容积为嬁V嬮第嬱次抽气过程，有p0V0嬽p1嬨V0嬫嬁V t嬩第嬲次抽气过程，有p1V0嬽p2嬨V0嬫嬁V t嬩第嬳次抽气过程，有p2V0嬽p3嬨V0嬫嬁V嬩···第嬱嬰次抽气过程，有p9V0嬽p10嬨V0嬫嬁V嬩各式左右两边相乘可得p10嬽嬨V0V0嬫嬁V嬩10p0所以：p10 p0嬽V0V0嬫嬁V10嬽嬵嬵嬫嬰.嬱10≈嬰.嬸嬲嬽嬴嬱嬵嬰充气问题如图嬱嬱所示，喷洒农药用的某种喷雾器，其药液筒的总容积为嬱嬴孌，装入药液后，封闭在药液上方的空气体积为嬲孌，气压为嬱×嬱嬰5子孡，打气筒活塞每次可以打进气压为嬱孡孴孭，体积为嬰.嬲孌的空气（不考虑环境温度的变化）嬮嬨嬱嬩要使药液上方的气体压强增大到嬵孡孴孭，应打气多少次？嬨嬲嬩如果药液上方的气体压强达到嬵孡孴孭时停止打气，并开始向外喷药，那么当喷雾器不能再外向喷药时，筒内剩下的药液还有多少升？分析：嬨嬱嬩环境温度不变，封闭在药液上方的气体做等温变化，设打气n次，对封闭在药液上方的空气和打入的空气进行研究嬮初态：p1嬽嬱孡孴孭V1嬽嬲孌嬫嬰.嬲孮孌末态：p2嬽嬵孡孴孭V2嬽嬲孌由玻意耳定律：p1V1嬽p3V3解得：n嬽嬴嬰嬨嬲嬩当喷雾器不能再向外喷药时，筒内空气的压强为p3嬽嬱孡孴孭由玻意耳定律得：p2V2嬽p3V3解得：V3嬽嬱嬰孌剩下的药液体积：V嬽嬱嬴孌−嬱嬰孌嬽嬴孌璃管平放于光滑水平桌面上并让其以长度嬮习题嬲（$$$）如图所示，竖直放置的导热汽缸，活塞横截面积为S嬽嬰.嬰嬱孭2，可在汽缸内无摩擦滑动，汽缸侧壁有一个小孔与装有水银的孕形玻璃管相通，汽缸内封闭了一段高为H嬽嬷嬰季孭的气柱（孕形管内的气体体积不计）嬮已知活塞质量m嬽嬶.嬸孫孧，大气压强p0嬽嬱×嬱嬰5子孡，水银密度ρ嬽嬱嬳.嬶×嬱嬰3孫孧/孭3，g嬽嬱嬰孭/孳2（嬱）求孕形管中左管与右管的水银面的高度差h1；（嬲）在活塞上加一竖直向上的拉力使孕形管中左管水银面高出右管水银面h2嬽嬵季孭，求活塞平衡时与汽缸底部的高度嬮习题嬳（$$$$）如图所示，均匀薄壁孕形管竖直放置，左管上端封闭，右管上端开口且足够长，用两段水银封闭了A、B两部分理想气体，下方水银的左右液面高度相差嬁L嬽嬱嬰季孭，右管上方的水银柱高h嬽嬱嬴季孭，初状态环境温度为嬲嬷◦孃，A气体长度L1嬽嬳嬰季孭，外界大气压强p0嬽嬷嬶季孭孈孧嬮现保持温度不变，在右管中缓慢注入水银，使下方水银左右液面等高嬮然后给A部分气体缓慢升温，使A中气柱长度回到嬳嬰季孭嬮求：（嬱）右管中注入的水银高度是多少？（嬲）升温后的温度是多少？习题嬴（$$$）如图所示，哑铃状玻璃容器由两段粗管和一段细管连接而成，容器竖直放置嬮容器粗管的截面积为S1嬽嬲季孭2，细管的截而积S2嬽嬱季孭2，开始时粗细管内水银长度分别为h1嬽h2嬽嬲季孭嬮整个细管长为h嬽嬴季孭嬮封闭气体长度为L嬽嬶季孭嬮大气压强为p0嬽嬷嬶季孭孈孧，气体初始温度为嬲嬷◦孃嬮求：（嬱）若要使水银刚好离开下面的粗管，封闭气体的温度应为多少孋嬮（嬲）若在容器中再倒入同体积的水银，且使容器中封闭气体长度L仍为嬶季孭不变，封闭气体的温度应为多少孋嬮习题嬵（$$$$）如图所示，两端开口、粗细均匀的足够长玻璃管插在大水银槽中，管的上部有一定长度的水银柱，两段空气柱被封闭在左右两侧的竖直管中嬮开启上部连通左右水银的阀门孁，当两侧气体温度为嬳嬹嬰孋稳定时，水银柱的位置如图所示，其中左侧空气柱长度L1嬽嬴嬵季孭，左右两侧顶部的水银面的高度差为h1嬽嬷季孭，左侧空气柱底部的水银面与水银槽面高度差为h2嬽嬳季孭，大气压强为嬷嬵季孭孈孧嬮求：（嬱）右管内气柱的长度L2；（嬲）关闭阀门孁，当两侧气体温度升至嬵嬷嬰孋时，左侧竖直管内气柱的长度L3。
备考2024届高考物理一轮复习强化训练第十五章热学专题二十二应用气体实验定律解决“三类模型”问题
专题二十二应用气体实验定律解决“三类模型”问题1.[汽缸模型/2023新课标/多选]如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦.初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等.现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后（AD）A.h中的气体内能增加B.f与g中的气体温度相等C.f与h中的气体温度相等D.f与h中的气体压强相等解析对活塞和弹簧整体受力分析p f S＝p h S→压强p f＝p h，D对f中的气体升温，活塞右移升温前，弹簧处于原长状态，f和g中气体的压强相等，升温后判断弹簧的形变情况如下假设升温后，弹簧处于原长，则假设升温后，弹簧伸长，则因此升温后，弹簧只能压缩，则对活塞受力分析可知p f S＝p h S＝p g S＋F弹，则压强关系满足p f＝p h＞p g.由理想气体状态方程pV＝CT可知，p f V fT f ＝p g V gT g＝pℎVℎTℎ＝p0V0T0，又V f＞V g，V f＞V h，则T f＞T g，T f＞T h，BC错.2.[饮料瓶内气体分析/2023海南]如图所示，某饮料瓶内密封一定质量的理想气体，t＝27℃时，压强p＝1.050×105Pa，则（1）t'＝37℃时，气压是多大？（2）保持温度不变，挤压气体，使之压强与（1）相同时，气体体积变为原来的多少倍？答案（1）1.085×105Pa（2）3031解析 （1）由查理定律有p （t+273）K ＝p '（t '+273）K代入数据解得p'＝1.085×105Pa（2）由玻意耳定律有pV ＝p'V'代入数据解得V'＝3031V . 3.[药瓶内气体分析/2021广东]为方便抽取密封药瓶里的药液，护士一般先用注射器注入少量气体到药瓶里后再抽取药液，如图所示.某种药瓶的容积为0.9mL ，内装有0.5mL 的药液，瓶内气体压强为1.0×105Pa.护士把注射器内横截面积为0.3cm 2、长度为0.4cm 、压强为1.0×105Pa 的气体注入药瓶，若瓶内外温度相同且保持不变，气体视为理想气体，求此时药瓶内气体的压强.答案 1.3×105Pa 解析 以瓶内已有空气和注射器内充入的气体总和为研究对象，根据玻意耳定律得p 0（V ＋ΔV ）＝pV代入数据解得p ＝1.3×105Pa.。
专题14 热学综合复习(四)应用气体实验定律解决“三类模型问题”(玻璃管、气缸活塞、变质量气体)
解析（1）活塞b升至顶部的过程中，活塞a不动，活塞a、b下方的氮气经历等压变化，
设汽缸A的容积为V0，氮气初态的体积为V1，温度为T1，末态体积为V2，温度为T2，按
题意，汽缸B的容积为
V0，则 4
V1＝34V0＋12×V40＝78V0
V2＝34V0＋V40＝V0
由盖—吕萨克定律有：V1＝V2 T1 T2
得：T2＝320 K
（2）活塞b升至顶部后，由于继续缓慢加热，活塞a开始向上移动，直至活塞上升的距离是汽缸高
度的 时，活塞a上方的氧气经历等温变化，设氧气初态的体积为V1′，压强为p1′，末态体积为 V2′，压强为p2′，由所给数据及玻意耳定律可得 V1′＝14V0，p1′＝p0，V2′＝136V0
变式4 (2014·新课标全国Ⅱ·33(2))如图所示，两汽缸A、B粗细均匀，等高且内壁光滑，其下部
由体积可忽略的细管连通；A的直径是B的2倍，A上端封闭，B上端与大气连通；两汽缸除A顶部
导热外，其余部分均绝热，两汽缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞a、b，活塞下方充有氮气，
活塞a上方充有氧气.当大气压为p0、外界和汽缸内气体温度均为7 ℃且平衡时，活塞a离汽缸顶的 距离是汽缸高度的 14，活塞b在汽缸正中间. (1)现通过电阻丝缓慢加热氮气，当活塞b恰好升至顶部时，求氮气的温度； (2)继续缓慢加热，使活塞a上升，当活塞a上升的距离是汽缸高度的116 时，求氧气的压强.
题型2 关联气体问题
例4 (2017·全国卷Ⅰ·33(2))如图，容积均为V的汽缸A、B下端有细管(容积可忽略)连通，阀门 K2位于细管的中部，A、B的顶部各有一阀门K1、K3；B中有一可自由滑动的活塞(质量、体积均 可忽略).初始时，三个阀门均打开，活塞在B的底部；关闭K2、K3，通过K1给汽缸充气，使A中 气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1.已知室温为27 ℃，汽缸导热. (1)打开K2，求稳定时活塞上方气体的体积和压强； (2)接着打开K3，求稳定时活塞的位置； (3)再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20 ℃，求此时活塞下方气体的压强.
热学中常见的模型(解析版)--2024届新课标高中物理模型与方法
热学中常见的模型1.目录一.“玻璃管液封”模型二．“汽缸活塞类”模型三．“变质量气体”模型一.“玻璃管液封”模型【模型如图】1.三大气体实验定律(1)玻意耳定律(等温变化)：p 1V 1=p 2V 2或pV =C (常数).(2)查理定律(等容变化)：p 1T 1=p 2T 2或p T=C (常数).(3)盖-吕萨克定律(等压变化)：V 1T 1=V 2T 2或V T=C (常数).2.利用气体实验定律及气态方程解决问题的基本思路3.玻璃管液封模型求液柱封闭的气体压强时，一般以液柱为研究对象分析受力、列平衡方程，要注意：(1)液体因重力产生的压强大小为p =ρgh (其中h 为至液面的竖直高度)；(2)不要漏掉大气压强，同时又要尽可能平衡掉某些大气的压力；(3)有时可直接应用连通器原理--连通器内静止的液体，同种液体在同一水平面上各处压强相等；(4)当液体为水银时，可灵活应用压强单位“cmHg ”等，使计算过程简捷.1(广东省潮州市2022-2023学年高三下学期期末教学质量检测物理试题)如图所示，一足够长的玻璃管竖直放置，开口向上，用长19cm 的水银封闭一段长为20cm 的空气柱，大气压强为76cmHg ，环境温度为300K ，则：(1)若气体温度变为360K 时，空气柱长度变为多少；(2)若气体温度仍为300K ，将玻璃管缓慢旋转至水平，将空气柱长度又是多少。
【答案】(1)24cm ；(2)25cm【详解】(1)根据题意可知，气体做等压变化，设玻璃管的横截面积为S ，当气体温度变为360K 时，由盖吕萨克定律得L 1S T 1=L 2S T 2代入数据得L 2=24cm(2)根据题意可知，气体做等温变化，初状态压强P 1=76cmHg +19cmHg =95cmHg末状态压强P 3=76cmHg由玻意耳定律得P 1L 1S =P 3L 3S 代入数据得L 3=25cm2(2023春·黑龙江大庆·高三大庆实验中学校考期末)一根一端封闭的玻璃管竖直放置，内有一段高h 1=0.25m 的水银柱，当温度为t 1=27°C 时，封闭空气柱长为h 2=0.60m ，则(外界大气压相当于L 0=0.75m 高的水银柱产生的压强，取T =t +273K )(1)如图所示，若玻璃管足够长，缓慢地将管转至开口向下，求此时封闭气柱的长度(此过程中气体温度不变)；(2)若玻璃管长L =0.95m ，温度至少升到多少开尔文时，水银柱会全部从管中溢出？【答案】(1)1.20m ；(2)361.25k【详解】(1)设玻璃管内部横截面积为S ，对水银柱分析可知，气体初状态的压强p 1=h 1+L 0=1.00mHg初状态的体积V 1=0.60S管转至开口向下后，气体的压强p 2=L 0-h 1=0.50mHg体积为V 2=hS气体做等温变化，由玻意耳定律可得p 1V 1=p 2V 2代入数据解得h =1.00×0.60S 0.50S=1.20m (2)由理想气体状态方程pV T=C 可知，pV 乘积越大，对应的温度T 越高，假设管中还有长为x 的水银柱尚未溢出，pV 值最大，即L 0+x (L -x )S 的值最大，因为L 0+x +(L -x )=L 0+L 由数学知识可知当L 0+x =L -x 时，取得最大值，代入数据解得x =L 0-L 2=0.10m 即管中水银柱由0.25m 溢出到还剩下0.10m 的过程中，pV 的乘积越来越大，这一过程必须是升温的，此后温度不必再升高(但是要继续给气体加热)，水银柱也将继续外溢，直至全部溢出，由理想气体状态方程p 1V 1T 1=p 2V 2T 2得T 2=p 2V 2T 1p 1V 1=L 0+x (L -x )ST 1L 0+h 1 h 2S代入数据得T 2=361.25K3(2023春·江西九江·高三江西省湖口中学校考期末)有一内壁光滑，导热性良好的汽缸，横截面积为30cm 2，总长度为20cm 。
高考物理解题模型分类专题讲解24---活塞封闭气缸模型(解析版)
高考物理解题模型分类专题讲解模型24 活塞封闭气缸1.常见类型(1)气体系统处于平衡状态,需综合应用气体实验定律和物体的平衡条件解题。
(2)气体系统处于力学非平衡状态,需要综合应用气体实验定律和牛顿运动定律解题。
(3)封闭气体的容器(如汽缸、活塞)与气体发生相互作用的过程中,如果满足守恒定律的适用条件,可根据相应的守恒定律解题。
(4)两个或多个汽缸封闭着几部分气体,并且汽缸之间相互关联的问题,解答时应分别研究各部分气体,找出它们各自遵循的规律,并写出相应的方程,还要写出各部分气体之间压强或体积的关系式,最后联立求解。
2.解题思路(1)弄清题意,确定研究对象,一般地说,研究对象分两类:一类是热学研究对象(一定质量的理想气体);另一类是力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)。
(2)分析清楚题目所述的物理过程,对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程,依据气体实验定律列出方程;对力学研究对象要正确地进行受力分析,依据力学规律列出方程。
(3)注意挖掘题目的隐含条件,如几何关系等,列出辅助方程。
(4)多个方程联立求解。
对求解的结果应注意检验它们的合理性。
多个系统相互联系的一定质量气体问题,往往以压强建立起系统间的关系,各系统独立进行状态分析,要确定每个研究对象的变化性质,分别应用相应的实验定律,并充分应用各研究对象之间的压强、体积、温度等量的有效关联,若活塞可自由移动,一般要根据活塞平衡确定两部分气体的压强关系。
【最新高考真题解析最新高考真题解析】】1.1.（（2020年全国III 卷）如图，一开口向上的导热气缸内。
用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与气缸壁间无摩擦。
现用外力作用在活塞上。
使其缓慢下降。
环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。
在活塞下降过程中（ ）A. 气体体积逐渐减小，内能增知B. 气体压强逐渐增大，内能不变C. 气体压强逐渐增大，放出热量D. 外界对气体做功，气体内能不变E. 外界对气体做功，气体吸收热量【答案】BCD【解析】【详解】A ．理想气体的内能与温度之间唯一决定，温度保持不变，所以内能不变，A 错误；BCED ．由理想气体状态方程pV C T=，可知体积减少，温度不变，所以压强增大。
高二物理讲义14活塞与气缸模型(教师版)
活塞模型计算方法总结
1
如图，气缸固定于水平面，用截面积为的活塞封闭一定量的气体，活塞与缸壁间摩擦不计．当大气压强为、气体温度为时，活塞在大小为、方向向左的力作用下保
．若保持活塞不动，将气体温度降至，则变为
2
一竖直放置、缸壁光滑且导热的柱形气缸内盛有一定量的氮气，被活塞分隔成Ⅰ、Ⅱ两部分；达
，倒置后上下气体的压强分别为、
，由玻意耳定律得
3
如图，一底面积为
4
如图，绝热气缸
5
如图，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
，在大活塞与大圆筒底部刚接触时，缸内封闭气体的体积为
6
如图，两个侧壁绝热、顶部和底部都导热的相同气缸直立放置，气缸底部和顶部均有细管连通，
7
如图，容积均为
，求此时活塞下方气体的压强．
，此时活塞下方气体的压强为．
8
如图所示，下端封闭上端开口的柱形绝热气缸，高为
现用电热丝缓慢加热封闭气体，使活塞缓慢上升，直到水银柱上端与气缸开口相齐，温度
9
如图，一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的绝热气缸内，活塞质量为
10
如图所示，一圆柱形绝热气缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体．活塞的质量
．因为气体做等压变化，由盖吕萨克定律11
如图所示，密闭圆筒的中央有一个活塞，活塞两边封闭着两部分气体，它们的压强都是
在分析气体的变化规律时，由于质量一定且温度不变可以分别利用玻意耳定律研究左、右两12
在图所示的气缸中封闭着温度为
这时重物将从原处移动多少厘米．（设活塞与气缸壁间无摩擦）。
高中物理气缸模型总结
高中物理气缸模型总结
气缸模型是高中物理中一个非常重要的概念，它可以帮助我们理解气体的压强、体积和温度之间的关系。
在学习气缸模型时，我们需要了解理想气体状态方程、气体的压强和体积变化规律等内容。
下面我将对气缸模型进行总结，希望能够帮助大家更好地掌握这一知识点。
首先，我们来看一下理想气体状态方程。
理想气体状态方程可以用数学公式
PV=nRT表示，其中P代表气体的压强，V代表气体的体积，n代表气体的物质量，R代表气体常数，T代表气体的温度。
这个方程告诉我们，在一定的条件下，气体
的压强、体积和温度是相互关联的，它们之间的变化是可以用数学公式来描述的。
其次，我们需要了解气体的压强和体积变化规律。
当气体的温度保持不变时，
气体的压强和体积是呈反比关系的，也就是说，当气体的压强增大时，它的体积会减小；反之，当气体的压强减小时，它的体积会增大。
这个规律可以用数学公式
PV=常数来表示，也就是说，在一定条件下，气体的压强和体积的乘积是一个常数。
最后，我们来讨论气体的温度变化规律。
根据查理定律，气体的体积和温度成
正比，也就是说，当气体的温度增加时，它的体积也会增加；反之，当气体的温度减小时，它的体积也会减小。
这个规律可以用数学公式V/T=常数来表示。
总的来说，气缸模型是一个非常重要的物理概念，它可以帮助我们理解气体的
压强、体积和温度之间的关系。
通过理解理想气体状态方程、气体的压强和体积变化规律以及气体的温度变化规律，我们可以更好地掌握气缸模型这一知识点，为以后的学习打下坚实的基础。
希望以上总结对大家有所帮助，谢谢！。
高中物理气缸活塞模型总结
高中物理气缸活塞模型总结
气缸活塞模型是高中物理中一个常见的模型，主要用于讲解气体力学和热力学方面的知识。
以下是气缸活塞模型的总结:
1. 气缸活塞模型的基本组成：气缸、活塞、气嘴、进气道和出气管。
2. 气缸活塞模型的特点：气缸活塞模型是一个密闭的系统，内部存在压强差，气体会在气缸内进行膨胀和压缩。
3. 气缸活塞模型中气体的行为：气体会受到气缸内压强的增大或减小，当压强增大时，气体会膨胀，反之则会压缩。
4. 气缸活塞模型中进气和出气口的作用：进气口和出气口用于调节气体进入或排出气缸的量，可以控制气缸内的压强差。
5. 气缸活塞模型中活塞的作用：活塞用于控制气体的进入或排出气缸，可以在气缸内进行上下移动。
6. 气缸活塞模型中气嘴的作用：气嘴用于与外部气体相连，用于引入外部气体或排出外部气体。
7. 气缸活塞模型中压强的计算：在气缸活塞模型中，气缸内的压强是由外部气压和缸内气体的重力所决定的。
8. 气缸活塞模型中温度的变化：在气缸活塞模型中，气体的膨胀和压缩会引起温度的变化，但是气缸内的温度变化不会直接影响外部温度。
9. 气缸活塞模型中能量的转化：气缸活塞模型中，气体的膨胀和压缩会引起能量的转化，包括热能和机械能的转化。
气缸活塞模型是高中物理中一个基础的物理模型，可以帮助同学们更好地理解气体力学和热力学方面的知识。
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热学专项——气缸模型热学专项——气缸模型班级：姓名：1．如图内外壁均光滑的气缸放在倾角为θ=30°的光滑斜面上，气缸内部用横截面积为S=1.0×10-2m2的光滑活塞封闭了一定质量的理想气体。
活塞另一端通过轻杆固定在挡板上，此时气体温度为27℃，密闭气体的体积为2.0×10-3 m3，压强为1.2P0；已知气缸容积为V=3.0×10-3 m3，外界大气压强P0=1.0×105Pa：①对气体加热使温度达到57℃时，气缸沿斜面移动的距离?②保持气体温度57℃不变，用沿斜面向上的力F，大小为0.5倍的汽缸重量缓慢拉动气缸，则能否将气缸拉离活塞?22．如图所示，某同学制作了一个简易的气温计，一导热容器连接横截面积为S的长直管，用一滴水银封闭了一定质量的气体，当温度为T0时水银滴停在O点，封闭气体的体积为V0.大气压强不变，不计水银与管壁间的摩擦①设封闭气体某过程从外界吸收0.50 J的热量，内能增加0.35 J，求气体对外界做的功．②若环境温度缓慢升高，求水银滴在直管内相对3O点移动的距离x随封闭气体热力学温度T的变化关系．3．如图所示，长为2L=20cm、内壁光滑的气缸放在水平面上，气缸和活塞气密性良好且绝热，活塞的横截面积为S=10cm2，质量不计，活塞与墙壁之间连接一根劲度系数为k=50N/m的轻弹簧。
当缸4内气体温度为T0=27℃时，活塞恰好位于气缸的中央位置，且轻弹簧处于原长状态。
已知气缸与活塞的总质量为M=4kg，大气压强为p0=1×105Pa，重力加速度为g=10m/s2。
①现用电热丝对缸内气体缓慢加热，假设在活塞移到气缸最右端的过程中气缸一直处于静止，活塞移到气缸最右端时缸内气温是多少?②若活塞移到气缸最右端时，气缸恰好开始运动，求气缸与水平面间的动摩擦因数为多少?54．如图所示，内壁光滑、截面积不相等的圆柱形气缸竖直放置，气缸上、下两部分的横截面积分别为2S和S.在气缸内有A、B两活塞封闭着一定质量的理想气体，两活塞用一根长为l的细轻杆连接，两活塞导热性能良好，并能在气缸内无摩擦地移动．已知活塞A的质量是2m，活塞B的质量是m.当外界大气压强为p0、温度为T0时，两活塞静止于如图所示位置．若用一竖直向下的拉力作用在B上，使A、B一起由图示位置开始缓慢向下移动l/2的距离，又处于静止状态，求这时气缸内气体的压强及拉力F的大小．设整个过程中气体温度不变．65．如图所示，一个足够长、两端开口且导热良好的圆筒固定竖立在宽旷的液面上。
现有一质量为m 的活塞封闭了一定量的理想气体。
开始时，环境温度为T0，大气压强为p0，筒内气压p1=1.2p0，筒内封闭气体的高度为h o。
现环境温度缓慢上升至T1，活塞与圆筒的摩擦忽略不计，设重力加速度为g。
7①求活塞上升的距离；②若T1=1.5T0且以后保持不变，在活塞上加一铁块，使活塞恰好回到原来的位置，此时筒内液面下降了h0，求铁块的质量M。
6．如图所示，封闭有一定质量理想气体的汽缸开口向下竖直固定放置，活塞的截面积为S，质量为8m0，活塞通过轻绳连接了一个质量为m的重物。
若开始时汽缸内理想气体的温度为T0，轻绳刚好伸直且对活塞无拉力作用，外界大气压强为p0，一切摩擦均不计且m0g＜p0S。
（1）求重物刚离地时汽缸内气体的压强；（2）若缓慢降低汽缸内气体的温度，最终使得汽缸内气体的体积减半，最终气体的温度为多少？97．如图1所示，水平放置的汽缸内用活塞封闭一定质量的理想气体，气体的温度为17 ℃，活塞与汽缸底的距离L1＝12 cm，离汽缸口的距离L2＝3 cm，将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平为止，如图2所示。
已知g＝10 m/s2，大气压强为1.0×105Pa，活塞的横截面积S＝100 cm2，质量m＝20 kg，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，求：(ⅰ)活塞上表面刚好与汽缸口相平时气体的温度为多少；(ⅱ)在对汽缸内气体逐渐加热的过程中，若气体吸收340 J 的热量，气体增加的内能为多少。
108．某兴趣小组受“蛟龙号”的启发，设计了一个测定水深的深度计。
如图，导热性能良好的气缸I、II内径相同，长度均为L，内部分别有轻质薄活塞A、B，活塞密封性良好且可无摩擦左右滑动，气缸I左端开口。
外界大气压强为p0，气缸I内通过A封有压强为p0的气体，气缸II内通过B封有压11强为2p0的气体，一细管连通两气缸，初始状态A、B均位于气缸最左端。
该装置放入水下后，通过A 向右移动的距离可测定水的深度。
已知p0相当于10 m高的水产生的压强，不计水温变化，被封闭气体视为理想气体，求：（i）当A向右移动4L时，水的深度h；（ii）该深度计能测量的最大水深h m。
1213热学专项——气缸模型 参考答案1． 【解析】①气体等压变化0101V V T T = ，V 1=2.2×10-3m 3. 汽缸移动的距离为d=10V V S - =2×10-2m②对汽缸初态P 1S= P 0S+mgsinθ.由玻意耳定律 P 1V 1= P 2V 2 ，末态P 2S+F=P 1S F=0.5mg .V 2=110P V P =2.64×10-3m 3， V 2<V=3.0×10-3m 3则汽缸不能拉离活塞.2．① 由热力学第一定律有ΔU ＝Q ＋W 代入数据得：W ＝－0.15 J所以气体对外做功为：W ′＝－W ＝0.15 J② 气体做等压变化，由盖－吕萨克定律有： 000V V xS T t +=， 解得： 000V T V x ST S =-3． 【解析】①当活塞移到气缸最右端时（x=10cm ），14设缸内气体压强为p ，则0pS p S kx =+ 以缸内气体为研究对象，初态压强50 1.010p Pa =⨯，体积0V SL =，温度0300T K =活塞移到气缸最右端时，缸内气体体积为2V SL =，设温度为T ，根据理想气体状态放出可得000PV PV T T =，解得T=630K ；②当活塞移到气缸最右端时，气缸恰好开始运动，则kx Mg μ=，则0.125μ=；4.【解析】试题分析：以两活塞整体为研究对象，根据平衡条件求出压强，从而找出气缸内气体的初末状态，应用玻意耳定律即可解题。
以两活塞整体为研究对象，原来气缸内气体压强为p 1，根据平衡条件有：p 0S ＋3mg ＝p 1S解得： 103mgp p S =+对气缸内气体，初态：103mgp p S =+，V 1＝2lS ， 末15态：p 2， V 2＝32lS 根据玻意耳定律，有p 1V 1＝p 2V 2， 解得： 20433mg p p S ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭以两活塞整体为研究对象，根据平衡条件有：p 2S ＝F ＋p 0S ＋3mg ，解得： 013F p S mg =+5.【解析】①设活塞面积为S ，升温后活塞与筒内液面的高度差为h 1，由盖吕萨克定律得： 上升的距离由两式可得：②保持温度T 1=1.5T 0不变，则 ；增加铁块稳定后，活塞与筒内液面新高度差h 2=h 0， 由玻意尔定律有：p 1h 1S= p 2h 2S ，解得 在加铁块前，对活塞受力分析有p 1S=mg+ p 0S=1.2p 0S ，即有mg= 0.2p 0S加铁块后活塞重新平衡，有p 2S=mg+Mg+ p 0S16综合以上各式有M=1.2m6.【解析】①当轻绳刚好伸直且无拉力时，设此时汽缸内气体的压强为1p 。
由力的平衡条件可得：010m g p S p S += 所以010m gp p S =-当重物刚好离开地面时，设此时汽缸内气体的压强为2p ，则有()200p S m m g p S ++= 所以()020m m g p p S +=-②设重物刚好离开地面时汽缸内气体的温度为1T ，此过程气体发生等容变化，由查理定律可得1201p p T T =，解得10001mg T T p S m g ⎛⎫=- ⎪-⎝⎭设气体体积减半时汽缸内气体的温度为2T ，此过程气体发生等压变化，由盖-吕萨克定律可得122V V T T =，17解得2100011122mg T T T p S m g ⎛⎫==- ⎪-⎝⎭。
7．【解析】（ⅰ）当汽缸水平放置时，理想气体状态：p 0＝1.0×105 Pa ，V 0＝L 1S ，T 0＝(273＋17)K 当汽缸口朝上，活塞到达汽缸口时，对活塞受力分析可得，p 1S ＝p 0S ＋mg则理想气体状态： 10mgp p S +＝，V 1＝(L 1＋L 2)S由理想气体状态方程得：()1120101p L L S p L S T T +=解得T 1＝435 K 。
(ⅱ)当汽缸口开口向上，稳定但未加热时，由玻意耳定律得p 0L 1S ＝p 1LS解得L ＝10 cm加热后，气体做等压变化，外界对气体做功为 W ＝－p 0(L 1＋L 2－L )S －mg (L 1＋L 2－L )＝－60 J 根据热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q ，得ΔU ＝280 J 。
188.【解析】（i ）当A 向右移动4L 时，设B 不移动 对I 内气体，由玻意耳定律得：0134p SL p SL =，解得： 1043p p =而此时B 中气体的压强为012pp >，故B 不动， 由10p p gh ρ=+ 解得：水的深度1001 3.333h p p p m =-==（ii ）该装置放入水下后，由于水的压力A 向右移动，I 内气体压强逐渐增大，当压强增大到大于02p 后B 开始向右移动，当A 恰好移动到缸底时所测深度最大，此时原I 内气体全部进入Ⅱ内，设B 向右移动x 距离，两部分气体压强均为2p 对原I 内气体，由玻意耳定律得：02p SL p Sx = 对原II 内气体，由玻意耳定律得： ()022p SL p S L x =- 又20m p p gh ρ=+， 联立解得20m h m=。