气体实验定律题型分析

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高考物理混合气体的状态方程和典型题型

高考物理混合气体的状态方程和典型题型

1T混合气体的状态方程和典型题型高中物理中常常涉及到气体混合、打气、抽气、漏气、气体分装等问题,对这类问题,大多数老师和 资料采用的是等效法——先将分离的不同部分气体看作是同一温度和压强的气体,用一定质量的理想气体 状态方程处理后,再一部分一部分的当做质量不变的理想气体分别处理。

这种思路一方面是比较绕,另一 方面是实际并不存在这样的中间过程,对于大部分同学而言,这种方法不大容易掌握。

其实,上述困境是老师教学过程中刻意回避或不熟悉混合气体的状态方程的结果,如果直接把混合气体的状态方程告知学生,不仅没有增加教学的难度,反而使得这一类混合气体的题目的处理变得简洁明了, 一个方程,一步,就可以搞定,何乐而不为?一、混合气体的状态方程 1、克拉珀龙方程将物质的量包含进理想气体状态方程,就是克拉珀龙方程:pV nRT 或pV nRT表达式中,n 为理想气体的物质的量,R 为普适气体常量。

所谓一定质量的理想气体,即物质的量 n 保持不变,所以有p 1V 1T 1p 2V 2nR ,这就是高中物理教材T 2呈现的一定质量的理想气体状态方程。

对 pVnRT 中的四个参量两两控制,则可得到理想气体的五个实验定律:①玻意耳定律:一定质量,一定温度,pV =C ; ②查理定律:一定质量,一定体积,p /T =C ;③盖-吕萨克定律:一定质量,一定压强,V /T =C ; ④阿伏伽德罗定律:等温等压气体混合,V ∝n ; ⑤道尔顿分压定律:等温等容气体混合,p i ∝n i 。

(混合气体的压强,等于各种气体单独产生压强的代数和,且各种气体单独产生的压强与该气体的物 质的量成正比。

p 1V n 1RT , p 2V n 2 RT , p 1V p 2V n 1RT n 2 RT , ( p 1 p 2 )V(n 1 n 2 )RT )2、混合气体状态方程将两种不同状态的气体混合在一起,对每一种气体,有p 1V 1n R ,p 2V 2 n R ,两式左右相加,得1T 2n R n R p 1V 1 p 2V 2 1 21 2 其中,等式的左边可以改写为n 1R n 2 R (n 1 n 2 )R nR ,即混合后的气体的物质的量乘以普适气体常量。

专题1.1 热学问题(解析版)

专题1.1 热学问题(解析版)

第一部分保分模块前置专题1.1 热学问题目录【专题知识网络构建】 (1)【专题高考定位】 (1)【突破高考题型】 (2)题型一分子动理论固体和液体 (2)题型二气体实验定律理想气体状态方程 (5)题型三热力学定律与气体实验定律的综合 (10)【专题突破练】 (13)【专题知识网络构建】【专题高考定位】1.考查重点:分子动理论;固体和液体的性质;应用气体实验定律和理想气体状态方程解决“玻璃管类”和“活塞类”的气体性质分析;气体状态变化的图像问题;受力分析、平衡条件与气体实验定律的综合应用;热力学第一定律和气体实验定律的结合。

2.考题形式:选择题、计算题。

【突破高考题型】题型一 分子动理论 固体和液体【核心主干知识回扣】 1.估算问题(1)分子总数:N =nN A =m M N A =VV mol N A。

特别提醒:对气体而言,V 0=VN 不等于一个气体分子的体积,而是表示一个气体分子占据的空间。

(2)两种分子模型:①球体模型:V =43πR 3=16πd 3(d 为球体直径);①立方体模型:V =a 3。

2.分子热运动:分子永不停息地做无规则运动,温度越高,分子的无规则运动越剧烈,即平均速率越大,但某个分子的瞬时速率不一定大。

3.晶体与非晶体分类 比较 晶体非晶体 单晶体多晶体外形 规则 不规则 物理性质 各向异性 各向同性 熔点 确定不确定 原子排列 有规则,但多晶体每个晶体间的排列无规则 无规则联系晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化形成原因表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大,分子间的相互作用力表现为引力表面特性 表面层分子间作用力使液面产生了表面张力,使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜表面张力的方向 和液面相切,垂直于液面上的各条分界线表面张力的效果表面张力使液体表面具有收缩趋势,使液体表面积趋于最小,而在体积相同的条件下,球形的表面积最小【例1】(多选)(2022·北京高三二模)关于分子动理论,下列说法中正确的是( )A.图甲“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,测得油酸分子大小的数量级为10-10 m B.图乙为布朗运动实验的观测记录,图中记录的是某个微粒做布朗运动的速度—时间图线C.图丙为分子力F与分子间距r的关系图,分子间距从r0开始增大时,分子势能变小D.图丁为大量气体分子热运动的速率分布图,曲线①对应的分子平均动能较大【答案】AD【解析】图甲“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,测得油酸分子大小的数量级为10-10 m,A正确;图乙为布朗运动实验的观测记录,图中记录的是某个微粒做布朗运动每隔一定时间所到的位置,然后连起来,可发现该微粒做的是无规则运动,B错误;图丙为分子力F与分子间距r的关系图,分子间距从r0开始增大时,分子力做负功,分子势能变大,C错误;图丁为大量气体分子热运动的速率分布图,曲线①中分子速率较大的占比较大,故对应的分子平均动能较大,D正确。

【高中物理】高中物理常考11类重点题型, 附经典例题+详解!

【高中物理】高中物理常考11类重点题型, 附经典例题+详解!

【高中物理】高中物理常考11类重点题型,附经典例题+详解!应用力的平衡条件解题是高考命题的热点,有时还同时考查对物体进行受力分析以及力的合成与分解,对此问题的考查不是在选择题中出现,就是在计算题中出现,是高考必考的知识点。

常见题型二:热力学定律高考常把物体内能的变化与热力学第一定律结合起来考查,特别是把气体状态变化过程中内能变化的分析作为热点进行考查。

常见题型三:分子动理论、气体实验定律分析:高考对分子动理论考查的内容包括:分子动理论的基本观点和实验依据、阿伏加德罗常数、气体分子运动速率的统计分布、温度是分子平均动能的标志、内能等。

考查分子动理论的试题为选择题,难度中等或偏易。

分析:高考对本知识点的考查一般是状态变化过程中p、V、T 其中一个状态参量不变的情况,因此,处理这类问题要注意选取研究对象,明确状态变化过程。

常见题型四:电磁感应分析:电磁感应中经常涉及磁感应强度、磁通量、感应电动势、感应电流等随时间(或位移)变化的图象。

解答的基本方法是:根据题述的电磁感应物理过程或磁通量(磁感应强度)的变化情况,运用法拉第电磁感应定律和楞次定律(或右手定则)判断出感应电动势和感应电流随时间或位移的变化情况,得出图象。

高考关于电磁感应与图象的试题难度中等偏难。

常见题型五:运动学(直线运动和曲线运动)分析:图象仍然是此类命题的重点.高考物理命题常常利用图示或图象反映物理信息和物理规律,从不同的角度考查了考生认识图、分析图、用图的能力。

还进一步考查学生还原物理过程、正确推理图象的能力,考查的难度进一步提高,形式比较新颖。

其中v-t 图象在高考中最为常见,考题通常把图象问题与物体的追及、相遇问题相联系,或者与运动学的基本规律相联系进而解决物体运动问题。

尤其注意v-t 图象只能描述直线运动。

分析:抛体运动与圆周运动是高中阶段学习的两种重要的运动形式,是历年高考重点考查的内容之一,有时为选择题,有时以计算题形式出现。

热学、光学、机械振动、机械波压轴选择、填空题-2023年高考物理十年压轴真题题型解读与模拟预测

热学、光学、机械振动、机械波压轴选择、填空题-2023年高考物理十年压轴真题题型解读与模拟预测

热学、光学、机械振动、机械波压轴选择、填空题(全国甲卷和Ⅰ卷)热学、光学、机械振动、机械波压轴选择、填空题是考查学生物理学科基本概念和规律的试金石,表现为综合性强、求解难度适中、对考生的综合分析能力和应用数学知识解决物理问题的能力要求高等特点。

一、命题范围1.气体实验定律和热力学第一定律(压轴指数★★★★)①气体状态参量的函数图像。

结合气体实验定律和理想气体状态方程解决。

②结合热力学第一定律,解决气体做功和吸热、放热,内能的增加和减少的判断。

2、几何光学结合光的折射定律和全反射现象综合性题目(压轴指数★★★)画好光路图,画好法线、入射光线、出射光线,找出入射角、折射角。

3、机械振动和机械波(压轴指数★★★★)深刻理解简谐运动的性质和运动特点,对简谐运动的物理量的描述要清晰准确,能利用简谐运动方程判断质点的运动规律、力学特点和能量特点。

理解好机械波的形成过程,对机械波的周期性问题、机械波和机械振动相结合的问题能做出准确判断。

二、命题类型1.单一知识点型。

物理情境选自生活生产情境或学习探究情境,已知条件情境化、隐秘化、需要仔细挖掘题目信息。

求解方法技巧性强、灵活性高、应用数学知识解决问题的能力要求高的特点。

命题点常包含:气体实验定律、光的折射定律、全反射角、气体分子运动的统计规律、分子力或分子势能与分子间距离的函数图像,机械振动和机械波。

命题常常通过相关函数图像联系知识点在一起考查。

2.综合型问题。

通过某一情境,考查本知识点所在章节的多个知识点,知识点间有的相互联系,有的独立的。

需要全面掌握各知识点及它们之间的联系。

一、多选题1.(2022·全国·统考高考真题)一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如p T 图上从a到b的线段所示。

在此过程中()A.气体一直对外做功B.气体的内能一直增加C.气体一直从外界吸热D.气体吸收的热量等于其对外做的功E.气体吸收的热量等于其内能的增加量2.(2019·全国·高考真题)一简谐横波沿x 轴正方向传播,在t =2T 时刻,该波的波形图如图(a )所示,P 、Q 是介质中的两个质点.图(b )表示介质中某质点的振动图像.下列说法正确的是(填正确答案标号.选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分.每选错1个扣3分,最低得分为0分)A .质点Q 的振动图像与图(b )相同B .在t =0时刻,质点P 的速率比质点Q 的大C .在t =0时刻,质点P 的加速度的大小比质点Q 的大D .平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如图(b )所示E .在t =0时刻,质点P 与其平衡位置的距离比质点Q 的大3.(2020·全国·统考高考真题)在下列现象中,可以用多普勒效应解释的有__________。

热点专题系列7 变质量气体问题与关联气体问题

热点专题系列7 变质量气体问题与关联气体问题

A.打气后,球内每个气体分子对球内壁的 作用力增大
B.打气后,球内气体分子对球内壁单位面 积的平均作用力增大
C.打气6次后,球内气体的压强为1.4 atm
D.打气6次后,球内气体的压强为1.7 atm
答案
解析 打气后,不是每一个分子的速率都增大,所以一定不是每个气 体分子对球内壁的作用力增大,A错误;打气后,球内气体的压强变大, 即球内气体分子对球内壁单位面积的平均作用力增大,B正确;打气6次 后,由玻意耳定律p1V0+p0×6×0.05V0=pV0,解得p=1.4 atm,即球内气 体的压强为1.4 atm,C正确,D错误。
第十五章 热学
热点专题系列(七) 变 质量气体问题与关联 气体问题
热点概述:变质量气体问题与关联气体问题是高考热点题型和难点, 熟练应用气体实验定律和理想气体状态方程是解决这类问题的基本要求。 利用转换思维将变质量气体转换为定质量气体,是解决变质量气体问题的 关键。与力学规律综合应用,并结合题中几何关系列辅助方程,是解决关 联气体问题的关键。
解析
根据玻意耳定律可得:p2V3=p4V4 其中 p4=p0+1×ρg1h05 atm =1 atm+1×1013××11005×290 atm=30 atm 则压入水舱的次数为 N=ΔVV4 联立解得 N=13.67 次 所以在贮气钢筒重新充气前,可将贮气钢筒内的空气压入水舱 13 次。
解析
6. (2021·河南省开封市高三下三模)某同学设计了一个活塞式抽气机对 容积为 V0 的容器进行抽气,如图所示,a、b 为单向阀门,容器内的初始压 强为大气压强 p0,活塞式抽气机的容积为12V0,活塞的横截面积为 S,不计 活塞的重力,抽气过程中气体温度不变。
解析
=L3S,根据玻意耳定律可得:p1V1=p3V3,解得:L3=23L,活塞下降的高 度为 Δh′=L-L3=L-23L=13L,故 B 错误;当活塞刚好到达 CD 位置时, 对气室 1、2 内的气体,根据玻意耳定律可得:p0LS+2p0LS=p′LS,解得: p′=3p0,对活塞受力分析,根据共点力平衡可得:p0S+mg=p′S,解得: m=2pg0S,若 m=3pg0S>2pg0S,则单向阀门已打开且活塞已经到达 CD,此时 气室 1 内气体的压强为 3p0,故 D 正确。

气体实验定律及理想气体状态方程的应用PPT课件

气体实验定律及理想气体状态方程的应用PPT课件

典例:如图,一粗细均匀的U形管竖直放置,A侧
上端封闭,B侧上端与大气相通,下端开口处开
关K关闭,A侧空气柱的长度为ɭ1=10.0cm,B侧水 银面比A侧的高h1=3.0cm。现将开关K打开,从U 形管中放出部分水银,当两侧水银面
的高度差h2=10.0cm时将开关K闭合。 已知大气压强P0=75.0cmHg。 (1)求放出部分水银后A侧空气柱的高度ɭ2; (2)此后再向B侧注入水银,使A、B两侧的水
银面达到同一高度,求注入的水银在管内的高度
△h。
【定向导学,分组讨论,合作探究】
通过分组讨论以下问题来理解题意,从而体 会如何寻找的解题的思路及突破口
1、通过读题等效翻译获得的解题信息有哪些? 2、本题的研究对象是一部分气体还是多部分气 体? 3、如何寻找解决第一问的解题思路?即如何找 到解题的难点和突破方法? 4、解决本题第二问时可确定的气体的初态有几 个?最有助于解题的初态是那一个? 5、解决本题第二问时的难点是什么?如何突破 ?
根 据 玻 意 耳 定 律 p 1 V 1 p 1 'V 1 1 代 入 数 据 解 得 p 1 '= 9 0 c m H g
解 : 对 细 管 中 封 闭 气 体
初 态 : p 2p 07 5 cm H g,
V 2l1S1 2 s, T 2
末 态 : p 2 ' p 1 ' p h9 6 cm H g, V 2 ' l2
(1)由如图的U形管可以想起确定封闭气体压强
的方法为 连通器等液面法 。
(2)将粗管管口封闭说明粗管的封闭气体可以作
为 研究对象

(3)将细管管口用一活塞封闭说明细管内的封闭
气体也可以作为 研究对象

高考物理一轮复习 选修3-3 3 热力学定律与能量守恒练习(含解析)-人教版高三选修3-3物理试题

高考物理一轮复习 选修3-3 3 热力学定律与能量守恒练习(含解析)-人教版高三选修3-3物理试题

热力学定律与能量守恒考点一热力学第一定律的理解和应用【典例1】一定质量的气体,在从状态1变化到状态2的过程中,吸收热量280J,并对外做功120J,试问:(1)这些气体的内能发生了怎样的变化?(2)如果这些气体又返回原来的状态,并放出了240J热量,那么在返回的过程中是气体对外界做功,还是外界对气体做功?做功多少?【通型通法】1.题型特征:热力学第一定律的应用。

2.思维导引:气体的内能仅与状态有关,气体返回到原状态,整个过程中气体内能变化为零。

【解析】(1)由热力学第一定律可得ΔU=W+Q=-120J+280J=160J,气体的内能增加了160J。

(2)气体从状态2回到状态1的过程中内能的减少量应等于从状态1到状态2的过程中内能的增加量,如此从状态2到状态1的内能应减少160J,即ΔU′=-160J,又Q′=-240J,根据热力学第一定律得:ΔU′=W′+Q′,所以W′=ΔU′-Q′=-160J-(-240J)=80J,即外界对气体做功80J。

答案:(1)增加了160J (2)外界对气体做功80J1.热力学第一定律ΔU=Q+W:(1)符号法如此。

符号W Q ΔU(2)三种特殊情况。

2.做功和热传递的区别与联系:看能的性质能的性质发生了变化能的性质不变变化情况联系做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是一样的【加固训练】(多项选择)如下列图,一绝热容器被隔板K隔开成a、b两局部。

a内有一定量的稀薄气体,b内为真空。

抽开隔板K后,a内气体进入b,最终达到平衡状态。

在此过程中( )A.气体对外界做功,内能减少B.气体不对外界做功,内能不变C.气体压强变小,温度降低D.气体压强变小,温度不变E.单位时间内和容器壁碰撞的分子数目减少【解析】选B、D、E。

a内气体向真空膨胀,不对外界做功,故A错误;又因容器绝热,Q=0,由热力学第一定律知,ΔU=0,故B正确;稀薄气体可看作理想气体,内能不变,如此温度不变,由玻意耳定律知压强减小,故C错误,D、E正确。

高中物理选修3-3导学案:8-5气体实验定律习题课教学内容

高中物理选修3-3导学案:8-5气体实验定律习题课教学内容

高中物理选修3-3导学案:8-5气体实验定律习题课习题课:理想气体状态方程与气体实验定律的应用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⎩⎪⎨⎪⎧T 不变:p 1V 1=p 2V 2(玻意耳定律)V 不变:p 1T 1=p 2T 2(查理定律)P 不变:V 1T 1=V 2T 2(盖—吕萨克定律) 题型1: 玻璃管2.几个重要的推论:⎩⎪⎨⎪⎧(1)查理定律推论:Δp =p 1T 1ΔT(2)盖—吕萨克定律推论:ΔV =V 1T 1ΔT(3)理想气体状态方程推论:p 0V 0T 0=p 1V 1T 1+1.一U 形玻璃管竖直放置,左端开口,右端封闭,左端上部有一光滑的轻活塞.初始时,管内汞柱及空气柱长度如图所示.用力向下缓慢推活塞,直至管内两边汞柱高度相等时为止.求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离.已知玻璃管的横截面积处处相同;在活塞向下移动的过程中,没有发生气体泄漏;大气压强p 0=75.0 cmHg.环境温度不变.2.如图所示,一粗细均匀的U 形管竖直放置,A 侧上端封闭,B 侧上端与大气相通,下端开口处开关K 关闭;A 侧空气柱的长度l =10.0 cm ,B 侧水银面比A 侧的高h =3.0 cm 。

现将开关K 打开,从U 形管中放出部分水银,当两侧水银面的高度差为h 1=10.0 cm 时将开关K 关闭。

已知大气压强p 0=75.0 cmHg 。

(1)求放出部分水银后A 侧空气柱的长度;(2)此后再向B 侧注入水银,使A 、B 两侧的水银面达到同一高度,求注入的水银在管内的长度。

题型2 :气缸活塞3.如图所示,一固定的竖直气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m1=2.50 kg,横截面积为S1=80.0 cm2;小活塞的质量为m2=1.50 kg,横截面积为S2=40.0 cm2;两活塞用刚性轻杆连接,间距保持为l=40.0 cm;气缸外大气的压强为p=1.00×105 Pa,温度为T=303 K。

高中人教物理选择性必修二专题10 理想气体状态方程——学生版

高中人教物理选择性必修二专题10 理想气体状态方程——学生版

专题10 理想气体状态方程(学生版)一、目标要求二、知识点解析1.气体的等温、等容和等压变化(1)气体实验定律气体的温度、体积和压强这三个状态参量之间存在一定的关系,我们从三个角度分别探讨它们之间的联系.图1、图2和图3分别表示气体在等温、等容和等压下的各状态参量之间的关系:注意:只有取开尔文温标时,等容变化和等压变化的正比关系才成立. 2.气体压强的微观解释①压强:从微观角度来看,气体对容器的压强是由于大量气体分子对容器的撞击引起的,气体的温度越高,气体分子的密集程度(单位体积内的分子数)越大,气体对容器的压强越大;注意:与气体对容器的压强不同,大气压强是由地球的吸引产生的; ②微观理解a .一定质量的气体温度不变时,平均动能不变,压缩体积使得气体分子密集程度增大,则压强增大;b .一定质量的气体体积不变时,升高温度使得气体分子的平均动能增加,在相同密集程度下撞击容器时的作用力更大,则压强增大;c .一定质量的气体压强不变时,升高温度,分子平均动能增大,为使气体的压强不变,气体只能减小分子的密集程度,即体积增大.3.理想气体状态方程 (1)理想气体①定义:气体实验定律只有在温度变化不大(相比室温)、压强变化不大(相比大气压)的情况下才成立,为研究方便,假设一种气体,在任何温度和任何压强下都符合实验定律,这种气体被称为理想气体;实际气体在温度变化不大(相比室温)、压强变化不大(相比大气压)时可以视作理想气体;②性质:理想气体中的分子忽略自身体积,可视作质点;不考虑分子间的作用力,即分子运动时做匀速直线运动,且不计分子势能;分子与分子、分子与容器的碰撞都是完全弹性的;(2)理想气体状态方程设一定质量的理想气体在1状态时的温度、压强和体积分别为T 1、p 1、V 1,在2状态时的温度、压强和体积分别为T 2、p 2、V 2,则有:112212p V p V T T理论表明,考虑理想气体的数量关系,理想气体状态方程为:pV=nRT 其中n 为理想气体的物质的量.三、考查方向图1图2图3题型1:气体压强的微观解释典例一:(2017•朝阳区二模)科学精神的核心是对未知的好奇与探究,小君同学想寻找教科书中“温度是分子平均动能的标志”这一结论的依据,他以氦气为研究对象进行了一番研究,经查阅资料得知:第一,理想气体的模型为气体分子可视为质点,分子间除了相互碰撞外,分子间无相互作用力;第二,一定质量的理想气体,其压强p 与热力学温度T 的关系式为p nkT =,式中n 为单位体积内气体的分子数,k 为常数。

上海市2022年高考物理试卷和答案解析

上海市2022年高考物理试卷和答案解析

2022年上海市高考物理试卷1.某元素可表示为,则下列可能为该元素同位素的是()A. B. C. D.2.麦克风静止在水平桌面上,下列能表示支架对话筒作用力的方向的是()A. B. C. D.3.在单缝衍射实验中,仅减小单缝的宽度,则屏上()A.条纹变宽,光强增强B.条纹变窄,光强增强C.条纹变宽,光强减弱D.条纹变窄,光强减弱4.将一个乒乓球浸没在水中,当水温升高时,球内气体()A.分子热运动平均动能变小,压强变小B.分子热运动平均动能变小,压强变大C.分子热运动平均动能增大,压强变小D.分子热运动平均动能增大,压强变大5.某原子核发生核反应时放出一个正电子,则原子核内多了一个()A.质子B.中子C.电子D.核子6.运动员滑雪时运动轨迹如图所示,已知该运动员滑行的速率保持不变,角速度为,向心加速度为a。

则()A.变小,a变小B.变小,a变大C.变大,a变小D.变大,a变大7.在同一介质中有a、b两列机械波,它们的波形如图所示,两列波的频率分别为和,波长分别为和,则()A.,B.,C.,D.,8.两质点由静止开始做直线运动,它们的位移x与时间t的图像均为抛物线。

时刻它们的速度分别为和,加速度分别为和。

则()A.,B.,C.,D.,9.如图所示,两根粗细相同的玻璃管下端用橡皮管相连,左管内封有一段长30cm的气体,右管开口,左管水银面比右管内水银面高25cm,大气压强为75cmHg,现移动右侧玻璃管,使两侧管内水银面相平,此时气体柱的长度为()A.20cmB.25cmC.40cmD.45cm10.木卫一和木卫二都绕木星做匀速圆周运动。

它们的周期分别为和,它们的轨道半径分别为和,线速度分别为和,则()A.,B.,C.,D.,11.神舟十三号在返回地面的过程中打开降落伞后,在大气层中经历了竖直向下的减速运动。

若返回舱所受的空气阻力随速度的减小而减小,则加速度大小()A.一直减小B.一直增大C.先增大后减小D.先减小后增大12.如图,一个正方形导线框以初速向右穿过一个有界的匀强磁场。

理想气体状态变化过程中的做功问题

理想气体状态变化过程中的做功问题

理想气体状态变化过程中的做功问题作者:郭信平来源:《文理导航·教育研究与实践》2017年第10期全国高考I卷选考内容为选修模块3-3、3-4两个模块的内容,选修3-3模块只有一个Ⅱ考点:气体实验定律;选修3-4有三个Ⅱ考点:简谐运动的公式和图像、横波的图像、光的折射定律;因此从教学课时数及知识难度考虑,多数学校会选选修3-3模块。

2017年全国Ⅰ卷考试大纲题型示例中选考题物理选修3-3给出的是2008年宁夏卷31,其中第二小题就涉及理想气体的等温变化过程。

因此,选修3-3必考气体的实验定律。

气体实验定律分别为等温变化、等压变化、等容变化,等温、等压变化易涉及到气体做功的问题,易结合热力学第一定律△U=W+Q考查。

气体实验定律涉及的等压、等温过程中的气体做功问题,可归结为恒力做功、变力做功的问题。

一、等压变化涉及气体做功问题实际就是恒力做功的计算例析1.如图1所示,内壁光滑的气缸竖直放置,在距气缸底部l=36cm处有一个与气缸固定连接的卡环,活塞与气缸底部之间封闭了一定质量的理想气体。

当气体的温度T=300K、大气压强p=1.0×10Pa时,活塞与气缸底部之间的距离l=30cm,已知活塞面积为50cm,不计活塞的质量和厚度。

现对缸内气体加热,使活塞缓慢上升,当温度上升至T=540K时,求:(1)封闭气体此时的压强;(2)该过程中气体对外做的功。

[解析](1)对活塞进行受力分析,由平衡条件得pS=pS解得p=p=1.0×10Pa封闭气体先做等压膨胀初状态:V=lS,T=300K第二状态(活塞刚刚上升到卡环处):V=lS由盖-吕萨克定律得=,即=解得T=360 K封闭气体后做等容变化第二状态(活塞刚刚上升到卡环处):p=p=1.0×10 Pa,T=360K末状态:T=540K由查理定律得=解得p=1.5×10Pa。

(2)封闭气体仅在等压膨胀过程中对外做功,故W=Fs=pS(l-l)=30J。

固体液体和气体

固体液体和气体

2.查理定律: (1)公式:Tp=恒量,或Tp11=Tp22. (2)微观解释:一定质量的理想气体,气体总分子数N不 变,气体体积V不变,则单位体积内的分子数不变;当气体 温度升高时,说明分子的平均动能增大,则单位时间内跟器 壁单位面积上碰撞的分子数增多,且每次碰撞器壁产生的平 均冲力增大,因此气体压强p将增大.
2.饱和汽压:在一定温度下饱和汽的分子密度是一定 的,因而饱和汽的压强也是一定的,这个压强称做这种液体 的饱和汽压,饱和汽压随温度的升高而增大.
3.相对湿度:在某一温度下,水蒸气的压强与同温度 下饱和汽压的比,称为空气的相对湿度.
相对湿度(B)=同水温蒸下气水的的实饱际和压汽强压pps×100%
C.如果温度升高,气体分子在单位时间内对单位面积 器壁的碰撞次数一定增大
D.如果分子密度增大,气体分子在单位时间内对单位 面积器壁的碰撞次数一定增大
解析 气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次 数,是由单位体积内的分子数和分子的平均速率共同决定 的,选项A和D都是单位体积内的分子数增大,但分子的平 均速率如何变化却不知道;选项C由温度升高可知分子的平 均速率增大,但单位体积内的分子数如何变化未知,所以选 项A、D、C都不能选.
p1=pC+Δp① 式中Δp=60 mmHg.打开阀门S后,两水槽水温仍为T0, 设玻璃泡B中气体的压强为pB.依题意,有 pB=pC②
玻璃泡A和B中气体的体积为 V2=VA+VB③ 根据玻意耳定律得 p1VB=pBV2④ 联立①②③④式,并代入题给数据得 pC=VVBAΔp=180 mmHg⑤
(2)当右侧水槽的水温加热到T′时,U形管左右水银柱 高度差为Δp,玻璃泡C中气体的压强为
三、气体分子运动的特点 1.气体分子之间的距离大约是分子直径的10倍,气体 分子之间的作用力十分微弱,可以忽略不计. 2.气体分子的速率分布,表现出“中间多、两头少” 的统计分布规律. 3.气体分子向各个方向运动的机会均等.

高考物理二轮复习:分子动理论、气体及热力学定律(含答案解析)

高考物理二轮复习:分子动理论、气体及热力学定律(含答案解析)

分子动理论 气体及热力学定律热点视角备考对策本讲考查的重点和热点:①分子大小的估算;②对分子动理论内容的理解;③物态变化中的能量问题;④气体实验定律的理解和简单计算;⑤固、液、气三态的微观解释;⑥热力学定律的理解和简单计算;⑦用油膜法估测分子大小.命题形式基本上都是小题的拼盘. 由于本讲内容琐碎,考查点多,因此在复习中应注意抓好四大块知识:一是分子动理论;二是从微观角度分析固体、液体、气体的性质;三是气体实验三定律;四是热力学定律.以四块知识为主干,梳理出知识点,进行理解性记忆.`一、分子动理论 1.分子的大小(1)阿伏加德罗常数N A =×1023 mol -1.(2)分子体积:V 0=V molN A (占有空间的体积).(3)分子质量:m 0=M molN A.(4)油膜法估测分子的直径:d =VS . (5)估算微观量的两种分子模型 【①球体模型:直径为d =36V 0π.②立方体模型:边长为d =3V 0. 2.分子热运动的实验基础(1)扩散现象特点:温度越高,扩散越快.(2)布朗运动特点:液体内固体小颗粒永不停息、无规则的运动,颗粒越小、温度越高,运动越剧烈.3.分子间的相互作用力和分子势能(1)分子力:分子间引力与斥力的合力.分子间距离增大,引力和斥力均减小;分子间距离减小,引力和斥力均增大,但斥力总比引力变化得快.(2)分子势能:分子力做正功,分子势能减小;分子力做负功,分子势能增加;当分子间距为r 0时,分子势能最小. —二、固体、液体和气体1.晶体、非晶体分子结构不同,表现出的物理性质不同.其中单晶体表现出各向异性,多晶体和非晶体表现出各向同性.2.液晶是一种特殊的物质,既可以流动,又可以表现出单晶体的分子排列特点,在光学、电学物理性质上表现出各向异性.3.液体的表面张力使液体表面有收缩到最小的趋势,表面张力的方向跟液面相切. 4.气体实验定律:气体的状态由热力学温度、体积和压强三个物理量决定. (1)等温变化:pV =C 或p 1V 1=p 2V 2.(2)等容变化:p T =C 或p 1T 1=p 2T 2.(3)等压变化:V T =C 或V 1T 1=V 2T 2.*(4)理想气体状态方程:pV T =C 或p 1V 1T 1=p 2V 2T 2.三、热力学定律 1.物体的内能 (1)内能变化温度变化引起分子平均动能的变化;体积变化,分子间的分子力做功,引起分子势能的变化. (2)物体内能的决定因素2.热力学第一定律 #(1)公式:ΔU =W +Q .(2)符号规定:外界对系统做功,W >0,系统对外界做功,W <0;系统从外界吸收热量,Q >0,系统向外界放出热量,Q <0.系统内能增加,ΔU >0,系统内能减少,ΔU <0. 3.热力学第二定律(1)表述一:热量不能自发地从低温物体传到高温物体.(2)表述二:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响.(3)揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性,说明了第二类永动机不能制造成功.热点一 微观量的估算?命题规律:微观量的估算问题在近几年高考中出现的较少,但在2015年高考中出现的概率较大,主要以选择题的形式考查下列两个方面: (1)宏观量与微观量的关系;(2)估算固、液体分子大小,气体分子所占空间大小和分子数目的多少.1.若以μ表示水的摩尔质量,V 表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积,ρ为在标准状态下水蒸气的密度,N A 为阿伏加德罗常数,m 、Δ分别表示每个水分子的质量和体积,下面五个关系式中正确的是( )A .N A =VρmB .ρ=μN A ΔC .m =μN AD .Δ=V N AE .ρ=μV^[解析] 由N A =μm =ρVm ,故A 、C 对;因水蒸气为气体,水分子间的空隙体积远大于分子本身体积,即V ≫N A ·Δ,D 不对,而ρ=μV ≪μN A·Δ,B 不对,E 对.[答案] ACE2.某同学在进行“用油膜法估测分子的大小”的实验前,查阅数据手册得知:油酸的摩尔质量M =0.283 kg·mol -1,密度ρ=×103 kg·m -3.若100滴油酸的体积为1 mL ,则1滴油酸所能形成的单分子油膜的面积约是多少(取N A =×1023 mol -1,球的体积V 与直径D 的关系为V =16πD 3,结果保留一位有效数字)[解析] 一个油酸分子的体积V =MρN A分子直径D =36M πρN A最大面积S =V 油D代入数据得:S =1×101 m 2. [答案] 1×101 m 2 $3.(2014·潍坊二模)空调在制冷过程中,室内空气中的水蒸气接触蒸发器(铜管)液化成水,经排水管排走,空气中水分越来越少,人会感觉干燥,若有一空调工作一段时间后,排出液化水的体积V =×103 cm 3.已知水的密度ρ=×103 kg/m 3、摩尔质量M =×10-2 kg/mol ,阿伏加德罗常数N A =×1023 mol -1.试求:(结果均保留一位有效数字) (1)该液化水中含有水分子的总数N ; (2)一个水分子的直径d .[解析] 水是液体,故水分子可以视为球体,一个水分子的体积公式为V ′0=16πd 3.(1)水的摩尔体积为V 0=Mρ①该液化水中含有水分子的物质的量n =VV 0②水分子总数N =nN A ③由①②③得N =ρVN AM `=错误!≈3×1025(个).(2)建立水分子的球模型有:V 0N A=16πd 3得水分子直径d =36V 0πN A= 36××10-5××1023m≈4×10-10m. [答案] (1)3×1025个 (2)4×10-10 m[方法技巧] 解决估算类问题的三点注意1固体、液体分子可认为紧靠在一起,可看成球体或立方体;气体分子只能按立方体模型计算所占的空间.2状态变化时分子数不变. ^3阿伏加德罗常数是宏观与微观的联系桥梁,计算时要注意抓住与其有关的三个量:摩尔质量、摩尔体积和物质的量.)热点二 分子动理论和内能命题规律:分子动理论和内能是近几年高考的热点,题型为选择题.分析近几年高考命题,主要考查以下几点:(1)布朗运动、分子热运动与温度的关系.(2)分子力、分子势能与分子间距离的关系及分子势能与分子力做功的关系. :1.(2014·唐山一模)如图为两分子系统的势能E p 与两分子间距离r 的关系曲线.下列说法正确的是( )A .当r 大于r 1时,分子间的作用力表现为引力B.当r小于r1时,分子间的作用力表现为斥力C.当r等于r1时,分子间势能E p最小D.当r由r1变到r2的过程中,分子间的作用力做正功E.当r等于r2时,分子间势能E p最小[解析]由图象知:r=r2时分子势能最小,E对,C错;平衡距离为r2,r<r2时分子力表现为斥力,A错,B对;r由r1变到r2的过程中,分子势能逐渐减小,分子力做正功,D对.[答案]BDE,2.(2014·长沙二模)下列叙述中正确的是()A.布朗运动是固体小颗粒的运动,是液体分子的热运动的反映B.分子间距离越大,分子势能越大;分子间距离越小,分子势能也越小C.两个铅块压紧后能粘在一起,说明分子间有引力D.用打气筒向篮球充气时需用力,说明气体分子间有斥力E.温度升高,物体的内能却不一定增大[解析]布朗运动不是液体分子的运动,而是悬浮在液体中的小颗粒的运动,它反映了液体分子的运动,A正确;若取两分子相距无穷远时的分子势能为零,则当两分子间距离大于r0时,分子力表现为引力,分子势能随间距的减小而减小(此时分子力做正功),当分子间距离小于r0时,分子力表现为斥力,分子势能随间距的减小而增大(此时分子力做负功),故B错误;将两个铅块用刀刮平压紧后便能粘在一起,说明分子间存在引力,C正确;用打气筒向篮球充气时需用力,是由于篮球内压强在增大,不能说明分子间有斥力,D错误;物体的内能取决于温度、体积及物体的质量,温度升高,内能不一定增大,E正确.[答案]ACE¥3.对一定量的气体,下列说法正确的是()A.气体的体积是所有气体分子的体积之和B.气体的体积大于所有气体分子的体积之和C.气体分子的热运动越剧烈,气体温度就越高D.气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞产生的E.当气体膨胀时,气体分子之间的势能减小,因而气体的内能减小[解析]气体分子间的距离远大于分子直径,所以气体的体积远大于所有气体分子体积之和,A项错,B项对;温度是物体分子平均动能大小的标志,是表示分子热运动剧烈程度的物理量,C项对;气体压强是由大量气体分子频繁撞击器壁产生的,D项对;气体膨胀,说明气体对外做功,但不能确定吸、放热情况,故不能确定内能变化情况,E项错误.[答案]BCD;[方法技巧]1分子力做正功,分子势能减小,分子力做负功,分子势能增大,两分子为平衡距离时,分子势能最小.2注意区分分子力曲线和分子势能曲线.)热点三热力学定律的综合应用命题规律:热力学定律的综合应用是近几年高考的热点,分析近三年高考,命题规律有以下几点:(1)结合热学图象考查内能变化与做功、热传递的关系,题型为选择题或填空题.(2)以计算题形式与气体性质结合进行考查.(3)对固体、液体的考查比较简单,备考中熟记基础知识即可.】1.(2014·南昌一模)下列叙述和热力学定律相关,其中正确的是()A.第一类永动机不可能制成,是因为违背了能量守恒定律B.能量耗散过程中能量不守恒C.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界,违背了热力学第二定律D.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性E .物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功[解析] 由热力学第一定律知A 正确;能量耗散是指能量品质降低,反映能量转化的方向性仍遵守能量守恒定律,B 错误,D 正确;电冰箱的热量传递不是自发,不违背热力学第二定律,C 错误;在有外界影响的情况下,从单一热源吸收的热量可以全部用于做功,E 正确. 。

2025高考物理总复习充气、抽气、灌气、漏气模型

2025高考物理总复习充气、抽气、灌气、漏气模型
到两气室压强相等;然后,K1闭合,K2打开,抽气活塞向下运动,抽气气室中的全
部气体从K2排出,完成一次抽气过程。已知助力气室容积为V0,初始压强等于
外部大气压强p0,助力活塞横截面积为S,抽气气室的容积为V1。假设抽气过程
中,助力活塞保持不动,气体可视为理想气体,温度保持不变。
(1)求第1次抽气之后助力气室内的压强p1。
程为p1(V+nV0)=p2V2。若初态时内外气体压强不同,则体积不等于内外气
体体积之和,状态方程应为p1V+np1'V0=p2V2。
抽气与充气问题不太一样——灵活选取研究对象是解决这类问题的关键。
另外,状态方程分态形式的应用也是解决充气和抽气问题的快捷方法。
题型三
灌气模型
典题3 某南方医院从北方购置了大钢瓶氧气(如图所示),每个钢瓶内体积
1 0
则由理想气体状态方程得
1
解得
=
3
3
103
V=102 V0>V0

所以烧瓶漏气,剩余空气的质量与原来空气质量的比值为 =

0

=
102

103
等质量问题,可用理想气体状态方程求解。
题型一
充气模型
典题1 为保障师生在校的健康安全,某校校医室制定了师生返校后的消杀方案,
对课室、图书馆、饭堂等场所进行物表与空气消毒。该方案利用如图所示的便
携式消毒器,桶内消毒液上方用塞子密封了一定质量的理想气体,初始体积为1 L。
使用时利用打气筒进行打气,封闭气体压强达到1.5p0时,即可把消毒液以雾化的
(2)在南方医院时,设大钢瓶内氧气由状态p2、V2等温变化为停止分装时的
状态p3、V3

理想气体的状态方程sj

理想气体的状态方程sj

理想气体的状态方程sj专题:气体实验定律理想气体的状态方程[重难点阐释]:一.气体压强的计算气体压强的确定要根据气体所处的外部条件,往往需要利用跟气体接触的液柱和活塞等物体的受力情况和运动情况计算.几种常见情况的压强计算:1.封闭在容器内的气体,各处压强相等.如容器与外界相通,容器内外压强相等. 2.帕斯卡定律:加在密闭静止液体上的压强,能够大小不变地由液体向各个方向传递.3.连通器原理:在连通器中,同一种液体(中间液体不间断)的同一水平面上的压强是相等的. 4.液柱封闭的气体:取一液柱为研究对象;分析液柱受力情况,根据物体的运动情况,利用力的平衡方程(或动力学方程)求解.5.固体封闭的气体:取固体为研究对象;分析固体受力情况,根据物体的运动情况,利用力的平衡方程(或动力学方程)求解.二.气体的图象1.气体等温变化的P--V图象(1)、如图所示,关于图象的几点说明①平滑的曲线是双曲线的一支,反应了在等温情况下,一定质量的气体压强跟体积成反比的规律.②图线上的点,代表的是一定质量气体的一个状态.③这条曲线表示了一定质量的气体由一个状态变化到另一个状态的过程,这个过程是一个等温过程,因此这条曲线也叫等温线.(2)、如图所示,各条等温线都是双曲线,且离开坐标轴越远的图线表示·值越大,气体的温度越高,即T12.等容线反应了一定质量的气体在体积不变时,压强随温度的变化关系,如图所示是P-t图线,图线与t轴交点的温度是-273℃,从图中可以看出与是一次函数关系,但不成正比,由于同一温度下,同一气体的体积大时压强小,所以V1>V2,如图所示-图线,这时气体的压强与温度是正比例关系,坐标原点的物理意义是“=0时,=0”坐标原点的温度就是热力学温度的0K.由PV/T=C得P/T=C/V可知,体积大时对应的直线斜率小,所以有V1>V2.3.等压线反映了一定质量的气体在压强不变时,体积随温度的变化关系,如图所示,V-t图线与t轴的交点是-273℃,从图中可以看出,发生等压变化时,与不成正比,由于同一气体在同一温度下体积大时压强小,所以P1>P2.如图所示,V--T图线是延长线过坐标原点的直线.由PV/T=C得V/T=C/P可知,压强大时对应的直线斜率小,所以有P1>P2.[基础巩固]:一.气体的状态参量1.温度:温度在宏观上表示物体的________;在微观上是________的标志.温度有________和___________两种表示方法,它们之间的关系可以表示为:.而且=____(即两种单位制下每一度的间隔是相同的).绝对零度为____C,即___K,是低温的极限,它表示所有分子都停止了热运动.可以无限接近,但永远不能达到.2.体积:气体的体积宏观上等于___________________________________,微观上则表示_______________________.1摩尔任何气体在标准状况下所占的体积均为_________.3.压强:气体的压强在宏观上是___________;微观上则是_______________________产生的.压强的大小跟两个因素有关:①气体分子的__________,②分子的_________.二.气体实验定律1.玻意耳定律(等温变化)一定质量的气体,在温度不变的情况下,它的压强跟体积成______;或者说,它的压强跟体积的________不变.其数学表达式为_______________或_____________. 2.查理定律(等容变化)(1)一定质量的气体,在体积不变的情况下,温度每升高(或降低)1C,增加(或减少)的压强等于它在___________.其数学表达式为_______________或_____________.(2)采用热力学温标时,可表述为:一定质量的气体,在体积不变的情况下,它的压强与热力学温度成______.其数学表达式为____________.(3)推论:一定质量的气体,从初状态(温度变化量△T的关系为_____________. 3.盖·吕萨克定律(等压变化)(1)一定质量的气体,在压强不变的情况下,温度每升高(或降低)1C,增加(或减少)的体积等于它在___________.其数学表达式为_______________或_____________.(2)采用热力学温标时,可表述为:一定质量的气体,在压强不变的情况下,它的体积与热力学温度成______.其数学表达式为____________.(3)推论:一定质量的气体,从初状态(,)开始,发生一等压变化过程,其体积的变化量△与温度变化量△T的关系为_____________.三.理想气体状态方程 1.理想气体能够严格遵守___________的气体叫做理想气体.从微观上看,分子的大小可忽略,除碰撞外分子间无___________,理想气体的内能由气体_____和_____决定,与气体_____无关.在___________、__________时,实际气体可看作理想气体. 2.一定质量的理想气体状态方程:P1V1P2V2T1T23.密度方程:P1P2 T11T22[典型分析]:题型一:气体压强的计算【例1】右图中气缸静止在水平面上,缸内用活塞封闭一定质量的空气.活塞的的质量为m,横截面积为S,下表面与水平方向成θ角,若大气压为P0,求封闭气体的压强P .题型二:实验定律的定性分析【例2】如图所示,把装有气体的上端封闭的玻璃管竖直插入水银槽内,管内水银面与槽内水银面的高度差为,当玻璃管缓慢竖直向下插入一些,问怎样变化?气体体积怎样变化?题型三:实验定律的定量计算【例3】一根两端开口、粗细均匀的细玻璃管,长L=30cm,竖直插入水银槽中深h0=10cm处,用手指按住上端,轻轻提出水银槽,并缓缓倒转,则此时管内封闭空气柱多长?已知大气压P0=75cmHg.题型四:气体状态方程的应用【例4】如图所示,用销钉将活塞固定,A、B两部分体积比为2∶1,开始时,A中温度为127℃,压强为1.8 atm,B中温度为27℃,压强为1.2atm.将销钉拔掉,活塞在筒内无摩擦滑动,且不漏气,最后温度均为27℃,活塞停止,求气体的压强.题型五:图象问题的应用【例5】如图是一定质量的理想气体由状态A经过状态B变为状态C的V--T图象.已知气体在状态A时的5压强是1.5×10Pa.(1)说出A到B过程中压强变化的情形,并根据图像提供的信息,计算图中TA的温度值.(2)请在图乙坐标系中,作出由状态A经过状态B变为状态C的P--T图像,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有关坐标值,请写出计算过程.甲[当堂练习]1.一定质量的理想气体处于某一初始状态,现要使它的温度经过状态变化后,回到初始状态的温度,用下列哪个过程可以实现( )A.先保持压强不变而使体积膨胀,接着保持体积不变而减小压强 B.先保持压强不变而使体积减小,接着保持体积不变而减小压强 C.先保持体积不变而增大压强,接着保持压强不变而使体积膨胀 D.先保持体积不变而减少压强,接着保持压强不变而使体积减小2.如图为0.2mol某种气体的压强与温度关系.图中p0为标准大气压.气体在B状态时的体积是_____L.3.竖直平面内有右图所示的均匀玻璃管,内用两段水银柱封闭两段空气柱a、b,各段水银柱高度如图所示.大气压为p0,求空气柱a、b的压强各多大?4.一根两端封闭,粗细均匀的玻璃管,内有一小段水银柱把管内空气柱分成a、b两部分,倾斜放置时,上、下两段空气柱长度之比La/Lb=2.当两部分气体的温度同时升高时,水银柱将如何移动?5.如图所示,内径均匀的U型玻璃管竖直放置,截面积为5cm,管右侧上端封闭,左侧上端开口,内有用细线栓住的活塞.两管中分别封入L=11cm的空气柱A和B,活塞上、下气体压强相等为76cm水银柱产生的压强,这时两管内的水银面的高度差h=6cm,现将活塞用细线缓慢地向上拉,使两管内水银面相平.求:(1)活塞向上移动的距离是多少?(2)需用多大拉力才能使活塞静止在这个位置上?6、一定质量的理想气体,在某一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p1、V1、T1,在另一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p2、V2、T2,下列关系正确的是()11A.p1 =p2,V1=2V2,T1= 2T2 B.p1 =p2,V1=2V2,T1= 2T22C.p1 =2p2,V1=2V2,T1= 2T2 D.p1 =2p2,V1=V2,T1= 2T27、A、B两装置,均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成,除玻璃泡在管上的位置不同外,其他条件都相同。

气体实验定律的综合应用(解析版)--2024届高考物理复习热点题型归类

气体实验定律的综合应用(解析版)--2024届高考物理复习热点题型归类

气体实验定律的综合应用目录题型一 气体实验定律的理解和应用 题型二 应用气体实验定律解决“三类模型”问题 类型1 “玻璃管液封”模型 类型2 “汽缸活塞类”模型类型3 变质量气体模型题型三 热力学第一定律与气体实验定律的综合应用题型一气体实验定律的理解和应用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 1T 1=p 2T 2(查理定律)压强不变:V 1T 1=V 2T 2(盖-吕萨克定律)2两个重要的推论(1)查理定律的推论:Δp =p 1T 1ΔT (2)盖-吕萨克定律的推论:ΔV =V 1T 1ΔT 3利用气体实验定律解决问题的基本思路1(2023·广东深圳·校考模拟预测)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。

(1)注入气体后与注入气体前相比,瓶内封闭气体的总内能如何变化?请简述原因。

(2)求此时药瓶内气体的压强。

【答案】(1)总内能增加,原因见解析;(2)p1=1.3×105Pa【详解】(1)注入气体后与注入气体前相比,瓶内封闭气体的总内能增加;注入气体后,瓶内封闭气体的分子总数增加,温度保持不变故分子平均动能保持不变,因此注入气体后瓶内封闭气体的总内能增加。

(2)以注入后的所有气体为研究对象,由题意可知瓶内气体发生等温变化,设瓶内气体体积为V1,有V1=0.9mL-0.5mL=0.4mL=0.4cm3注射器内气体体积为V2,有V2=0.3×0.4cm3=0.12cm3根据玻意耳定律有p0V1+V2=p1V1代入数据解得p1=1.3×105Pa2.(2023·山东·模拟预测)某同学利用实验室闲置的1m长的玻璃管和一个标称4.5L的导热金属容器做了一个简易温度计。

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3 解析 设当小瓶内气体的长度为 l 时,压强为 p1;当小 4 瓶的底部恰好与液面相平时,瓶内气体的压强为 p2,汽缸内 1 气体的压强为 p3.依题意 p1=p0+ ρgl① 2
1 3l 由玻意耳定律 p1 S=p2l-2S② 4
3 式中 S 为小瓶的横截面积.联立①②两式,得 p2= (p0 2 1 + ρgl)③ 2
A.环境温度升高 B.大气压强升高 C.沿管壁向右管内加入水银 D.U 形玻璃管自由下落
解析
当环境温度升高时,左端封闭的气体体积要增大,
h 增大,A 正确;大气压强升高,封闭气体压强增大,体积缩 小,h 减小,B 不正确;沿 U 形管加入水银,封闭气体的压强 增大,平衡时,内外水银高度差增大,C 正确;U 形管自由下 落时,水银重力产生加速度,而不产生压力,由于原来封闭气 体的压强大于大气压强,体积膨胀,h 增大,D 正确.
mg [解析] 锅内气体的最大压强为 p=p0+ S m=0.1 kg πd2 1 S= =[ ×3.14×(0.3×10-2)2]m2 4 4 =7.1×10 6m2

取 p0=10 Pa, 0.1×9.8 5 解得 p=(10 + -6) Pa=2.4×10 Pa 7.1×10
5
5
因压强变化 Δp=p-p0=1.4×10 Pa, 故水的沸点增加 1.4×105 Δt= 3×1 ℃=39 ℃ 3.6×10 所以,锅内的最高温度可达 139 ℃. [点评] 在确定气体压强时, 要看系统所处的状态: 若平 衡,由平衡条件求解,若有加速度,由牛顿第二定律列式求 解.
(2)如图所示
[答案]
(1)1.47×10-3m3
(2)见解析图
[点评]
在一定质量的气体状态参量发生变化的过程中
一定要明确是哪个参量保持不变.本例中涉及气体常见的三 种变化过程.封闭气体的压强的确定是解题的关键,一定要 以与气体相连的液柱或活塞为研究对象,分析它们的变化情 况.
变式训练 2 如图所示,一开口汽缸内盛有密度为 ρ 的 某种液体;一长为 l 的粗细均匀的小瓶底朝上漂浮在液体中, l 平衡时小瓶露出液面的部分和进入小瓶中液柱的长度均为 . 4 现用活塞将汽缸封闭(图中未画出), 使活塞缓慢向下运动, 各 部分气体的温度均保持不变.当小瓶的底部恰好与液面相平 l 时,进入小瓶中的液柱长度为 ,求此时汽缸内气体的压 2 强.(大气压强为 p0,重力加速度为 g)
向哪个方向移动?
命题意图
[解析]
考查水银柱移动方向的判定.
假设法 假设上下两部分气体体积不
解法一
变,做等容变化,升温前后的温度为 T、T+ΔT,压强分别为 pA、p′A,pB、p′B. 对于 A 气体,根据查理定律得 p′A T+ΔT T+ΔT pA = T ,得 p′A= T pA ΔT ∴ΔpA=p′A-pA= T pA
1 又有 p2=p3+ ρgl④ 2 3 ρgl 联立③④式,得 p3= p0+ . 2 4
答案 3 ρgl p+ 2 0 4
题型三 【例3】
判断水银柱的移动问题 如图所示,粗细均匀,两端封闭的玻璃管中
有一段水银,将空气隔成不等长的A、B两部分,若使管内 两部分气体的温度同时升高相同的温度,则管内的水银柱将
解析
设初态压强为 p0,膨胀后 A,B 压强相等
pB=1.2p0 B 中气体始末状态温度相等 p0V0=1.2p0(2V0-VA) 7 ∴VA= V0 6
A 中气体满足 p0V0 1.2p0VA = T T0 A ∴TA=1.4T0.
答案
7 V 6 0
1.4T0
例3、一个开口的玻璃瓶,当瓶内空气温度由270C升高到1270C 时,瓶内剩下的空气质量是原来的几分之几?
答案
ACD
3. (2011· 上海)如图, 绝热汽缸 A 与导热汽缸 B 均固定于 地面,由刚性杆连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦.两汽 缸内装有处于平衡状态的理想气体,开始时体积均为 V0、温 度均为 T0.缓慢加热 A 中气体,停止加热达到稳定后,A 中气 体压强为原来的 1.2 倍. 设环境温度始终保持不变, 求汽缸 A 中气体的体积 VA 和温度 TA.
ΔT 同理,对于 B 气体也可得 ΔpB= T pB ∵pA=pB+h>pB,∴ΔpA>ΔpB ∴水银柱向上移动. 解法二 极限分析法 由于升温前 pA>pB.让 pB 趋于零,
则温度升高,pA 增大, ∴水银柱上升.
[答案] 水银柱向上移动
变式训练 3 如图所示,一定质量的空气被水银封闭在 静置于竖直平面的 U 形玻璃管内,右管上端开口且足够长, 右管内水银面比左管内水银面高 h,能使 h 变大的原因是 ( )
5
题型二
气体实验定律的有关计算 内壁光滑的导热汽缸竖直浸放在盛有冰水混
【例 2】
合物的水槽中,用不计质量的活塞封闭压强为 1.0×105Pa, 体积为 2.0×10-3m3 的理想气体,现在活塞上方缓缓倒上沙 子,使封闭气体的体积变为原来的一半,然后将汽缸移出水 槽,缓慢加热,使气体温度变为 127℃.
(1)求汽缸内气体的最终体积; (2) 在图上画出整个过程中汽缸内气体的状态变化 ( 大气 压强为 1.0×105Pa).
[解析] (1)在活塞上方倒沙的全过程中温度保持不变, 即p0V0=p1V1 2.0×10-3 V0 5 由①式解得p1= p0= -3×1.0×10 Pa V1 1.0×10 =2.0×105Pa 在缓慢加热到127℃的过程中压强保持不变,则 V1 V2 = T0 T2 273+127 T2 所以V2= V1= ×1.0×10-3m3=1.47×10-3m3. T0 273 ①
题型一 【例1】
气体压强的计算 高压锅的锅盖通过几个牙齿状的锅齿与锅镶嵌
旋紧,锅盖与锅之间有橡皮制的密封圈,不会漏气,锅盖中 间有一排气孔,上面可套上类似砝码的限压阀将排气孔堵
住,当加热高压锅(锅内有水),锅内气体压强增加到一定程度 时,气体就把限压阀顶起来,蒸气即从排气孔排出锅外,已 知某高压锅的限压阀的质量为0.1kg,排气孔的直径为0.3cm, 则锅内气体的压强最大可达多少?设压强每增加3.6×103Pa, 水的沸点相应增加1℃,则锅内的最高温度可达多高?
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