高考物理人教山东一轮复习课件：第十三章第2节-气体实验定律-理想气体状态方程-.pptx

1、第2节气体实验定律 理想气体状态方程-2-1.气体和气体分子运动的特点知识梳理考点自诊2.气体的压强(1)产生原因:由于气体分子无规则的热运动,大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的 压力。(2)大小:气体的压强在数值上等于气体作用在 单位面积上的压力。公式:p=_。(3)国际单位:帕斯卡,符号:Pa,1Pa=1N/m2。-3-知识梳理考点自诊-4-3.气体实验定律知识梳理考点自诊-5-4.理想气体状态方程(1)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。知识梳理考点自诊-6-知识梳理考点自诊1.判断下列说法正误。(1)只要能增加气体分子热运动的剧烈程度,气体的温度就可以升高

2、()(2)若气体的温度逐渐升高,则其压强可以保持不变。()(3)一定质量的理想气体,在温度升高时,气体压强一定增大。()(4)外界压缩气体做功20 J,气体的内能可能不变。()(5)电冰箱的工作过程表明,热量可以从低温物体向高温物体传递。()(6)科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机。()(7)对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少,形成能源危机。()(8)空调机在制冷过程中,从室内吸收的热量少于向室外放出的热量()-7-知识梳理考点自诊2.若已知大气压强为p0,在图中各装置均处于静止状态,图中液体密度均为,求被封闭气体的压强。-8-知识梳理考点自诊 3.如图所示,一端封闭、粗细均匀的U

3、形玻璃管开口向上竖直放置,管内用水银将一段气体封闭在管中,当温度为280K时,被封闭的气柱长L=22cm,两边水银柱高度差h=16cm,大气压强p0=76cmHg。(1)为使左端水银面下降3cm,封闭气体温度应变为多少?(2)封闭气体的温度重新回到280K后,为使封闭气柱长度变为20cm,需向开口端注入的水银柱长度为多少?-9-知识梳理考点自诊4.如图所示,在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分气体,活塞与容器壁间能无摩擦地滑动,容器的横截面积为S,将整个装置放在大气压恒为p0的空气中,开始时气体的温度为T0,活塞与容器底的距离为h0,当气体从外界吸收热量Q后,活塞缓慢上升d后再次

4、平衡,问:(1)外界空气的温度是多少?(2)在此过程中的密闭气体的内能增加了多少?-10-命题点一命题点二命题点三命题点四气体实验定律和理想气体状态方程的应用气体实验定律和理想气体状态方程的应用 1.理想气体状态方程与气体实验定律的关系2.几个重要的推论-11-命题点一命题点二命题点三命题点四典例1(2017全国卷)一种测量稀薄气体压强的仪器如图甲所示,玻璃泡M的上端和下端分别连通两竖直玻璃细管K1和K2。K1长为l,顶端封闭,K2上端与待测气体连通;M下端经橡皮软管与充有水银的容器R连通。开始测量时,M与K2相通;逐渐提升R,直到K2中水银面与K1顶端等高,此时水银已进入K1,且K1中水银面

5、比顶端低h,如图乙所示。设测量过程中温度、与K2相通的待测气体的压强均保持不变。已知K1和K2的内径均为d,M的容积为V0,水银的密度为,重力加速度大小为g。求:-12-命题点一命题点二命题点三命题点四(1)待测气体的压强;(2)该仪器能够测量的最大压强。-13-命题点一命题点二命题点三命题点四解析:(1)水银面上升至M的下端使玻璃泡中气体恰好被封住,设此时被封闭的气体的体积为V,压强等于待测气体的压强p。提升R,直到K2中水银面与K1顶端等高时,K1中水银面比顶端低h;设此时封闭气体的压强为p1,体积为V1,则由力学平衡条件得p1=p+gh整个过程为等温过程,由玻意耳定律得pV=p1V1-1

6、4-命题点一命题点二命题点三命题点四(2)由题意知hl 思维点拨(1)由题意,水银面上升后,求出气体的状态参量,然后由玻意耳定律求出压强的表达式;(2)根据题意可知,M的直径不知道,所以当h=l时,能准确测量的压强最大,然后代入上式即可求出压强。-15-命题点一命题点二命题点三命题点四通过该典例,要进一步明确科学思维的方法,明确利用气体实验定律及气体状态方程解决问题的基本思路。-16-命题点一命题点二命题点三命题点四即学即即学即练练1.(2018全国卷)如图,容积为V的汽缸由导热材料制成,面积为S的活塞将汽缸分成容积相等的上下两部分,汽缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连,细管上有一阀门K。

7、开始时,K关闭,汽缸内上下两部分气体的压强均为p0。现将K打开,容器内的液体缓慢地流入汽缸,当流入的液体体积为时,将K关闭,活塞平衡时其下方气体的体积减小了。不计活塞的质量和体积,外界温度保持不变,重力加速度大小为g。求流入汽缸内液体的质量。-17-命题点一命题点二命题点三命题点四-18-命题点一命题点二命题点三命题点四力热综合问题力热综合问题实际问题中的研究对象除气体外,可以大致分为活塞和液柱(粗细均匀)两类。对于活塞,可以进行受力分析,列运动(平衡)方程。而液柱本身是流体,若出现在连通器里,则同一水平高度液面处压强相等;因此对于液柱,既可以按等同于活塞的分析方法,根据运动状态列方程,也可以

8、按液体压强公式p=gh来计算,从而简化分析和计算。-19-命题点一命题点二命题点三命题点四典例2(2017全国卷)一热气球体积为V,内部充有温度为Ta的热空气,气球外冷空气的温度为Tb。已知空气在1个大气压、温度T0时的密度为0,该气球内、外的气压始终都为1个大气压,重力加速度大小为g。(1)求该热气球所受浮力的大小;(2)求该热气球内空气所受的重力;(3)设充气前热气球的质量为m0,求充气后它还能托起的最大质量。-20-命题点一命题点二命题点三命题点四解析:(1)设1个大气压下质量为m的空气在温度为T0时的体积为V0,密度为-21-命题点一命题点二命题点三命题点四(2)气球内热空气所受的重力

9、为G=(Ta)Vg(3)设该气球还能托起的最大质量为m,由力的平衡条件得mg=f-G-m0g联立式得-22-命题点一命题点二命题点三命题点四思维点拨此题是热学问题和力学问题的综合题;一是知道阿基米德定律,知道温度不同时气体密度不同;二是能分析气球的受力情况列出平衡方程;三是根据气体实验定律列出相应方程。通过该类问题的练习,要强化该类问题的科学思维方法:1.选封闭气体为研究对象,根据过程特征选用气体定律建立方程。2.选物体为研究对象,根据运动状态由平衡条件或牛顿第二定律建立方程。3.气体压强是力学规律和热学规律之间联系的桥梁。-23-命题点一命题点二命题点三命题点四即学即练即学即练2.(2018

10、全国卷)如图,一竖直放置的汽缸上端开口,汽缸壁内有卡口a和b,a、b间距为h,a距缸底的高度为H;活塞只能在a、b间移动,其下方密封有一定质量的理想气体。已知活塞质量为m,面积为S,厚度可忽略;活塞和汽缸壁均绝热,不计它们之间的摩擦,开始时活塞处于静止状态,上、下方气体压强均为p0,温度均为T0。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体,直至活塞刚好到达b处,求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功。重力加速度大小为g。-24-命题点一命题点二命题点三命题点四-25-命题点一命题点二命题点三命题点四-26-命题点一命题点二命题点三命题点四关联气体的状态变化问题关联气体的状态变化问题多个系统相

11、互联系的定质量气体问题,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。-27-命题点一命题点二命题点三命题点四典例3(2017全国卷)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K

12、1。已知室温为27,汽缸导热。-28-命题点一命题点二命题点三命题点四(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。解析:(1)设打开K2后,稳定时活塞上方气体的压强为p1,体积为V1。依题意,被活塞分开的两部分气体都经历等温过程。由玻意耳定律得p0V=p1V1(3p0)V=p1(2V-V1)联立式得p1=2p0-29-命题点一命题点二命题点三命题点四(2)打开K3后,由式知,活塞必定上升。设在活塞下方气体与A中气体的体积之和为V2(V22V)时,活塞下方气体压强为p2。由玻意耳定

13、律得(3p0)V=p2V2由式得(3)设加热后活塞下方气体的压强为p3,气体温度从T1=300K升高到T2=320K的等容过程中,由查理定律得将有关数据代入式得p3=1.6p0-30-命题点一命题点二命题点三命题点四思维点拨审题明确:一是开始被活塞分开的两部分气体都经历等温过程,可分别根据玻意耳定律列出方程求解;二是打开K3后,判断活塞上升还是下降,弄清稳定时的位置,找清两部分之间压强和体积关系,然后根据实验定律列出方程;三是再缓慢加热汽缸内气体后,分析活塞下方气体所遵循的定律,即可求解。相关联气体问题涉及两部分(或两部分以上)气体,它们之间无气体交换,但在压强或体积这些量间有一定的关系,分析

14、清楚这些关系往往是解决问题的关键。解决相关联问题的一般方法是:1.分别选取每部分气体为研究对象,确定初、末状态及其状态参量,根据气态方程写出状态参量间的关系式。2.分析相关联气体间的压强或体积之间的关系并写出关系式。3.联立求解并选择物理意义正确的解。-31-命题点一命题点二命题点三命题点四即学即即学即练练3.(2018全国卷)在两端封闭、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱,水银柱的两端各封闭有一段空气。当U形管两端竖直朝上时,左、右两边空气柱的长度分别为l1=18.0cm和l2=12.0cm,左边气体的压强为12.0cmHg。现将U形管缓慢平放在水平桌面上,没有气体从管的一边通过水银逸入另

15、一边。求U形管平放时两边空气柱的长度。在整个过程中,气体温度不变。-32-命题点一命题点二命题点三命题点四答案:22.5cm7.5cm解析:设U形管两端竖直朝上时,左、右两边气体的压强分别为p1和p2。U形管水平放置时,两边气体压强相等,设为p,此时原左、右两边气柱长度分别变为l1和l2。由力的平衡条件有p1=p2+g(l1-l2)式中为水银密度,g为重力加速度大小。由玻意耳定律有p1l1=pl1p2l2=pl2两边气柱长度的变化量大小相等l1-l1=l2-l2由式和题给条件得l1=22.5 cml2=7.5 cm-33-命题点一命题点二命题点三命题点四热力学定律与气体实验定律的综合应用一定质

16、量的理想气体不同图象的比较-34-命题点一命题点二命题点三命题点四-35-命题点一命题点二命题点三命题点四典例4(2017全国卷)如图,一定质量的理想气体从状态a出发,经过等容过程ab到达状态b,再经过等温过程bc到达状态c,最后经等压过程ca回到状态a。下列说法正确的是()A.在过程ab中气体的内能增加B.在过程ca中外界对气体做功C.在过程ab中气体对外界做功D.在过程bc中气体从外界吸收热量E.在过程ca中气体从外界吸收热量 答案解析解析关闭 答案解析关闭-36-命题点一命题点二命题点三命题点四思维点拨本题考查了理想气体的三种特殊状态变化,解题时要分析清楚图象,根据理想气体状态方程与热力

17、学第一定律解题。-37-命题点一命题点二命题点三命题点四即学即练即学即练4.(多选)(2018广西桂林模拟)一定质量的理想气体从状态a开始,经历三个过程ab、bc、ca回到原状态,其V-T图象如图所示,pa、pb、pc分别表示状态a、b、c的压强,下列判断正确的是()A.过程ab中气体一定吸热B.pc=pbpaC.过程bc中分子势能不断增大D.过程bc中每一个分子的速率都减小E.过程ca中气体吸收的热量等于对外界做的功 答案解析解析关闭由题图知,该理想气体从a到b为等容变化,外界对气体做功为零,温度升高,内能增大,根据U=Q+W,可知气体一定吸热,选项A正确;从b到c为等压变化,故pc=pb,

18、而从a到b为等容变化,根据查理定律p=CT,可知温度升高,压强变大,故pbpa,选项B正确;理想气体没有分子势能,选项C错误;从b到c,温度降低,分子的平均动能降低,平均速率减小,但不是每一个分子的速率都减小,选项D错误;从c到a,气体发生等温变化,内能不变,气体对外界做功,吸收热量,根据U=Q+W,气体吸收的热量等于对外界做的功,选项E正确。答案解析关闭ABE-38-命题点一命题点二命题点三命题点四5.(多选)(2018辽宁沈阳三模)如图所示为一定质量的理想气体的p-T图象,虚线Ob为第一象限横纵坐标轴的角平分线,ab平行于横轴,bc平行于纵轴,且ab=bc,ac与Ob交于d点,关于气体状态

19、的变化,下列说法正确的是()A.由状态a变化到状态b,气体内能增加B.状态b的体积大于状态d的体积C.由状态c变化到状态b,外界对气体做功等于气体释放的热量D.由状态d变化到状态b,气体吸收热量且对外做功E.若aOb=15,状态c的体积是状态a的体积的3倍 答案解析解析关闭 答案解析关闭dsfdbsy384y982ythb3oibt4oy39y409705923y09y53b2lkboi2y58wy0ehtoibwoify98wy049ywh4b3oiut89u983yf9ivh98y98sv98hv98ys9f698y9v698yv98x98tb98fyd98gyd98h98ds98nt98

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