高中物理第2章气体章末分层突破教师用书教科版选修3-3.pdf

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1、精品教案可编辑第 2 章 气体精品教案可编辑自我校对 均等中间多、两头少温度相对位置动能势能温度体积平均动能开尔文(K)?t273?频繁碰撞?温度?体积精品教案可编辑?平均动能?密集程度?pV常量?pT常量?VT常量?温度21pVT22p2V2T2封闭气体压强的计算方法封闭气体压强的计算是应用气体实验定律的基础，大致可分为液体封闭气体压强的计算和固体封闭气体压强的计算1平衡时液体封闭气体压强的计算：液体封闭气体压强的计算的典型问题是水银柱封闭气体压强的计算，采用的方法主要有：(1)取等压面法：即根据同种液体在同一水平液面处压强相等，在连通器内灵活选取等压面，由两侧压强相等列方程求解压强例如，在

2、图2-1 中，C、D在同一液面处，两点压强相等，所以封闭气体的压强pp0 gh(其中h为液面间的竖直高度差，不一定是液柱的长度)精品教案可编辑图 2-1(2)参考液片法：通常是在液体的最低点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，进而求得封闭气体的压强如图所示，设U形管的横截面积为S，在其最低处取一液片B，由其两侧受力平衡可知：pS gh0Sp0S gh0S ghS即得pp0 gh2平衡时固体封闭气体压强的计算：固体封闭气体压强计算的典型问题是汽缸和活塞封闭气体压强的计算，通常选活塞或汽缸为研究对象，对其进行受力分析，列平

3、衡方程求封闭气体的压强3容器加速运动时，封闭气体压强的计算：当容器加速运动时，通常选与气体相关联的液体柱、固体等做研究对象，分析研究对象的受力情况，再根据运动情况，根据牛顿第二定律列方程，可求得封闭气体的压强如图 2-2 所示，一上端开口、下端封闭的细长玻璃管竖直放置玻璃管的下部封有长l125.0 cm的空气柱，中间有一段长l225.0 cm 的水银柱，上部空气柱的长度l340.0 cm.已知大气压强为p075.0 cmHg.现将一活塞(图中未画出)从玻璃管开口处缓慢往下推，使管下部空气柱长度变为l120.0 cm.假设活塞下推过程中没有漏气，求活塞下推的距离图 2-2精品教案可编辑【解析】研

4、究玻璃管上、下两端封闭气体的初态和末态的状态参量，根据大气压强和水银柱长可求出封闭气体的压强，结合玻意耳定律求解以 cmHg为压强单位在活塞下推前，玻璃管下部空气柱的压强为p1p0l2 设活塞下推后，下部空气柱的压强为p1，由玻意耳定律得p1l1p1l1 如图，设活塞下推距离为l，则此时玻璃管上部空气柱的长度为l3l3l1l1l设此时玻璃管上部空气柱的压强为p2，则p2p1l2 由玻意耳定律得p0l3p2l3 由至式及题给数据解得l15.0 cm.【答案】15.0 cm气体实验定律的应用1.理想气体状态方程理想气体：严格遵守三个实验定律的气体公式：p1V1T1p2V2T2T一定时，pVCTC1

5、(玻意耳定律)；V一定时，pTCVC2(查理定律)；精品教案可编辑p一定时，VTCpC3(盖吕萨克定律)2解题要点(1)选对象根据题意，选出所研究的某一部分气体，这部分气体在状态变化过程中，其质量必须保持不变(2)找参量找出作为研究对象的这部分气体发生状态变化前后的一组p、V、T数值或表达式，压强的确定往往是个关键，需结合力学知识(如受力平衡条件或牛顿运动定律)才能写出表达式(3)认过程过程表示两个状态之间的一种变化方式，认清变化过程是正确选用物理规律的前提 另外，要弄清气体状态变化过程是单一过程变化还是多过程变化，是否会出现临界状态或极值问题(4)列方程根据研究对象状态变化的具体方式，选用理

6、想气体状态方程(或某一实验定律)列方程代入具体数值时，T必须用热力学温度，p、V的单位要统一(5)验结果解答出结果后，不要急于下结论要分析讨论所得结果的合理性及其是否有实际的物理意义如图 2-3 所示，柱形容器内用不漏气的轻质绝热活塞封闭一定量的理想气体，容器外包裹保温材料开始时活塞至容器底部的高度为H1，容器内气体温度与外界温度相等在活塞上逐步加上多个砝码后，活塞下降到距容器底部H2处，气体温度升高了T；然后取走容器外的保温材料，活塞位置继续下降，最后静止于距容器底部H3处；已知大气压强为p0.求：气体最后的压强与温度图 2-3【解析】设外界温度为T0，加砝码前后，根据理想气体状态方程，有p

7、0H1T0p2H2T0T.精品教案可编辑取走保温材料，最后气体温度等于外界温度T0，气体压强为p2，气体为等压变化，有H2T0TH3T0，联立以上两式得T0H3H2H3T，p2H1H3p0.【答案】H1H3p0H3H2H3T1理想气体的特点(1)严格遵守气体实验定律及理想气体状态方程(2)理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可忽略不计，分子不占空间，可视为质点.(3)理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力(4)理想气体分子无分子势能，内能等于所有分子热运动的动能之和，只和温度有关2理想气体状态方程的两点提醒(1)该方程表示的是一定质量的理想气体三个状态参量的关系，与中间的变化过程无关

8、(2)公式中常量C仅由气体的种类和质量决定，与状态参量(p、V、T)无关气体状态变化的图像问题1.常见的有p-V图像、V-T图像、p-T图像三种2要能够识别p-V图像、p-T图像、V-T图像中的等温线、等容线和等压线，能从图像上解读出状态参量和状态变化过程3依据理想气体状态方程pVTC，得到VCpT或pCVT，认识p-1V图像、V-T图像、p-T图像斜率的意义4作平行于横轴(或纵轴)的平行线，与同一坐标系内的两条p-V线(或p-1V线)，或两条V-T线或两条p-T线交于两点，两点横坐标(或纵坐标)相同，依据纵坐标(或横坐标)关精品教案可编辑系，比较第三物理量的关系(2016大同高二检测)如图

9、2-4 所示，1、2、3 为一定质量理想气体在p-V图中的三个状态 该理想气体由状态1 经过程 1 23到达状态3，其中 23 之间图线为双曲线已知状态1 的参量为p1 1.0 105 Pa，V12 L，T1200 K.图 2-4(1)若状态 2 的压强p2 4.0 105 Pa，则温度T2是多少？(2)若状态 3 的体积V36 L，则压强p3是多少？【解析】(1)12 是等容变化由查理定律p1T1p2T2得：T2p2p1T1 800 K.(2)23 是等温变化由玻意耳定律p2V2p3V3得：p3p2V2V343 105 Pa.【答案】(1)800 K(2)43 105 Pa解决图像问题应注意

10、的几个问题(1)看清坐标轴，理解图像的意义：图像上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；图像上的一条直线或曲线表示一定质量气体状态变化的一个过程(2)观察图像，弄清图像中各量的变化情况，看是否属于特殊变化过程，如等温变化、等容变化或等压变化精品教案可编辑(3)若不是特殊过程，可在坐标系中作特殊变化的图像(如等温线、等容线或等压线)实现两个状态的比较(4)涉及微观量的考查时，要注意各宏观量和相应微观量的对应关系应用状态方程讨论变质量问题分析变质量问题时，可以通过巧妙地选择研究对象，使问题转化为一定质量的气体问题，再用相关规律求解1充气问题向球、轮胎中充气是典型的变质量的气

11、体问题只要选择球内原有气体和即将打入的气体作为研究对象，就可把充气过程中的气体质量变化的问题转化为定质量问题2抽气问题从容器内抽气的过程中，容器内的气体质量不断减小，这属于变质量问题分析时，将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象，质量不变，故抽气过程可看成是等温膨胀过程3分装问题把一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是一个典型的变质量问题分析这类问题时，可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体看成整体来作为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题，运用相关规律求解4漏气问题容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，属于变质量问题，不能用相关方程求解如果选漏出的气体和容器内剩余气体

12、为研究对象，便可使问题变成一定质量的气体状态变化，可用相关方程式求解用来喷洒农药的压缩喷雾器的结构如图2-5 所示，A的容积为7.5 L，装入药液后，药液上方空气体积为1.5 L 关闭阀门K，用打气筒B每次打进 105 Pa 的空气250 cm3.假设整个过程温度不变，求：精品教案可编辑图 2-5(1)要使药液上方气体的压强为4 105 Pa，应打几次气？(2)当A中有 4 105Pa 的空气后，打开阀门K可喷洒药液，直到不能喷洒时，喷雾器剩余多少体积的药液？(忽略喷管中药液产生的压强)【解析】(1)设原来药液上方空气体积为V，每次打入空气的体积为V0，打n次后压强由p0变为p1，以A中原有空

13、气和n次打入A中的全部气体为研究对象，由玻意耳定律得：p0(VnV0)p1V，故np1p0Vp0V04 105105 1.5105 250 10318(次)(2)打开阀门K，直到药液不能喷出，忽略喷管中药液产生的压强，则A容器内的气体压强应等于外界大气压强，以A中气体为研究对象p1Vp0V，Vp1Vp04 105105 1.5 L6 L，因此A容器中剩余药液的体积为7.5 L 6 L 1.5 L.【答案】(1)18 次(2)1.5 L1.(2016江苏高考)如图 2-6 甲所示，在斯特林循环的p-V图像中，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等

14、容过程组成BC的过程中，单位体积中的气体分子数目_(选填“增大”“减小”或“不变”)状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图像如图乙所示，则状态A对应的是 _(选填“”或“”)精品教案可编辑甲乙图 2-6【解析】BC过程为等容过程，单位体积中的气体分子数目不变气体状态A的温度低于状态D的温度，则状态A对应的气体分子的平均动能小，对应着图像.【答案】不变2(2016 全国甲卷)在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强，两压强差p与气泡半径r之间的关系为p2r，其中0.070 N/m.现让水下10 m 处一半径为0.50 cm 的气泡缓慢上升已知大气压强p0 1.0 105 Pa，水的

15、密度 1.0 103 kg/m3，重力加速度大小g10 m/s2.【导学号：74320039】(1)求在水下10 m 处气泡内外的压强差；(2)忽略水温随水深的变化，在气泡上升到十分接近水面时，求气泡的半径与其原来半径之比的近似值【解析】(1)当气泡在水下h10 m 处时，设其半径为r1，气泡内外压强差为p1，则p12r1代入题给数据得p128 Pa.(2)设气泡在水下10 m 处时，气泡内空气的压强为p1，气泡体积为V1；气泡到达水面附近时，气泡内空气的压强为p2，内外压强差为p2，其体积为V2，半径为r2.气泡上升过程中温度不变，根据玻意耳定律有精品教案可编辑p1V1p2V2 由力学平衡条

16、件有p1p0 ghp1 p2p0p2 气泡体积V1和V2分别为V143r31V243r32联立式得r1r23p0p2 ghp0p1由式知，pi?p0，i 1,2，故可略去式中的pi项代入题给数据得r2r132 1.3.【答案】(1)28 Pa(2)32或 1.33(2016全国乙卷)一氧气瓶的容积为0.08 m3，开始时瓶中氧气的压强为20 个大气压某实验室每天消耗1 个大气压的氧气0.36 m3.当氧气瓶中的压强降低到2 个大气压时，需重新充气若氧气的温度保持不变，求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天【解析】设氧气开始时的压强为p1，体积为V1，压强变为p2(2 个大气压)时，体积为V

17、2.根据玻意耳定律得p1V1p2V2 重新充气前，用去的氧气在p2压强下的体积为V3V2V1 设用去的氧气在p0(1 个大气压)压强下的体积为V0，则有精品教案可编辑p2V3p0V0 设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为V，则氧气可用的天数为NV0/V 联立式，并代入数据得N4(天)【答案】4 天4(2016全国丙卷)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2-7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；

18、大气压强p075.0 cmHg.环境温度不变图 2-7【解析】设初始时，右管中空气柱的压强为p1，长度为l1；左管中空气柱的压强为p2p0，长度为l2.活塞被下推h后，右管中空气柱的压强为p1，长度为l1；左管中空气柱的压强为p2，长度为l2.以cmHg为压强单位由题给条件得p1p0(20.0 5.00)cmHg l120.0 20.0 5.002cm 由玻意耳定律得p1l1p1l1 联立式和题给条件得p1 144 cmHg.依题意p2p1精品教案可编辑l2 4.00 cm 20.0 5.002cm h 由玻意耳定律得p2l2p2l2联立式和题给条件得h9.42 cm.【答案】144 cmHg

19、 9.42 cm5(2015全国卷)如图2-8 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m12.50 kg，横截面积为S180.0 cm2；小活塞的质量为m21.50 kg，横截面积为S240.0 cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l40.0 cm；汽缸外大气的压强为p 1.00 105 Pa，温度为T303 K 初始时大活塞与大圆筒底部相距l2，两活塞间封闭气体的温度为T1495 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/s2.求：图 2-8(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间

20、，汽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V1，在大活塞与大圆筒底部刚接触时，缸内封闭气体的体积为V2，温度为T2.由题给条件得V1S1l2S2ll2V2S2l 在活塞缓慢下移的过程中，用p1表示缸内气体的压强，由力的平衡条件得S1(p1p)m1gm2gS2(p1p)精品教案可编辑由知缸内气体的压强不变由盖吕萨克定律有V1T1V2T2联立式并代入题给数据得T2330 K (2)在大活塞与大圆筒底部刚接触时，被封闭气体的压强为p1.在此后与汽缸外大气达到热平衡的过程中，被封闭气体的体积不变设达到热平衡时被封闭气体的压强为p，由查理定律，有pTp1T2联立式并代入题给数据得p1.01 105 Pa.【答案】(1)330 K(2)1.01 105 Pa我还有这些不足：(1)(2)我的课下提升方案：(1)(2)