2020学年高中物理-第8章-气体章末小结课件-新人教版选修3-3

物理选修3-3·人教版新课标导学第八章气体章末小结1知识结构2规律方法3触及高考知识结构规律方法一、气体定律与理想气体状态方程的应用1．玻意耳定律、查理定律，盖·吕萨克定律可看成是理想气体状态方程在T恒定、V恒定、p恒定时的特例。如：pVT＝C(恒量)⇒T恒定时，pV＝C玻意耳定律V恒定时，p＝CT查理定律p恒定时，V＝CT盖·吕萨克定律•2．应用理想气体状态方程解题的一般思路：•(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，其质量必须保持一定。•(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，常需结合力学知识(如力的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，除题中条件已直接指明外，在许多情况下，往往需要通过对研究对象跟周围环境的相互关系的分析才能确定，认清变化过程是正确选用物理规律的前提。•(4)列方程：根据研究对象状态变化的具体方式，选用气态方程或某一实验定律，代入具体数值，T必须用热力学温度，p、V的单位要统一，最后分析讨论所得结果的合理性及其物理意义。•(江西省南昌三中2017年高二下学期期末)如图所示，在固定的气缸A和B中分别用活塞封闭有一定质量的理想气体，活塞面积之比SA∶SB＝1∶2。两活塞以穿过B的底部的刚性细杆相连，可沿水平方向无摩擦滑动。两个气缸都不漏气。初始时A、B中气体的体积皆为V0，温度皆为T0＝300K。A中气体压强PA＝1.5P0，P0是气缸外的大气压强。现对A加热，使其中气体的压强升到PA′＝2.0P0，同时保持B中气体的温度不变。求此时A中气体温度TA′。解析：加热前，活塞平衡时，由平衡条件得：PASA＋PBSB＝P0(SA＋SB)加热后，活塞再次平衡时，由平衡条件得：PA′SA＋PB′SB＝P0(SA＋SB)由已知条件知：2SA＝SB对B中气体初、末态温度相等，设末态体积为VB，由玻意耳定律得：PB′VB＝PBV0对A中气体，设末态的体积为VA，由理想气体状态方程得：PAV0T0＝PA′VATA又因两活塞移动的距离相等，故有VA－V0SA＝VB－V0SB以上各式联立解得：PB＝34P0，PB′＝12P0，VA＝54V0，VB＝32V0，TA＝53T0＝500K答案：500K•二、应用状态方程处理变质量问题•分析变质量问题时，可以通过巧妙地选择合适的研究对象，使这类问题转化为一定质量的气体问题，用相关规律求解。•1．充气问题•向球、轮胎等封闭容器中充气是一个典型的变质量的气体问题。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，可把抽气过程中的气体质量转化为定质量问题。•3．分装问题•将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。•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，不能用相关方程式求解。如果选容器内剩余气体为研究对象，便可使问题变成一定质量的气体状态变化，用相关方程求解。•一只两用活塞气筒的原理如图所示(打气时如图甲，抽气时如图乙)，其筒内体积为V0，现将它与另一只容积为V的容器相连接，气筒和容器内的空气压强为p0，已知气筒和容器导热性能良好，当分别作为打气筒和抽气筒时，活塞工作n次后，在上述两种情况下，容器内的气体压强分别为()DA．np0，1np0B.nV0Vp0，V0nVp0C．(1＋V0V)np0，(1＋V0V)np0D．(1＋nV0V)p0，(VV＋V0)np0解析：打气时，活塞每推动一次，把体积为V0、压强为p0的气体推入容器内，若活塞工作n次，就是把压强为p0、体积为nV0的气体推入容器内、容器内原来有压强为p0、体积为V的气体，现在全部充入容器中，根据玻意耳定律得：p0(V＋nV0)＝p′V所以p′＝V＋nV0Vp0＝(1＋nV0V)p0抽气时，活塞每拉动一次，把容器中的气体的体积从V膨胀为V＋V0，而容器中的气体压强就要减小，活塞推动时，将抽气筒中的V0气体排出，而再次拉动活塞时，将容器中剩余的气体从V又膨胀到V＋V0，容器内的压强继续减小，根据玻意耳定律得：第一次抽气：p0V＝p1(V＋V0)，则p1＝VV＋V0p0第二次抽气：p1V＝p2(V＋V0)则p2＝VV＋V0p1＝(VV＋V0)2p0则第n次抽气后：pn＝(VV＋V0)np0•三、图象问题•对于气体变化的图象，由于图象的形式灵活多变，含义各不相同，考查的内容又比较丰富，处理起来有一定的难度，要解决好这个问题，应从以下几个方面入手。•1．看清坐标轴，理解图象的意义。•2．观察图象，弄清图中各量的变化情况，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。•3．若不是特殊过程，可在坐标系中作特殊变化的图象(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。•三种气体状态变化图象的比较名称图象特点其他图象p－VpV＝CT(C为常量)，即pV之积越大的等温线对应的温度越高，离原点越远等温线P－1Vp＝CTV，斜率k＝CT，即斜率越大，对应的温度越高名称图象特点其他图象p－Tp＝CVT，斜率k＝CV，即斜率越大，对应的体积越小等容线p－t图线的延长线均过点(－273,0)，斜率越大，对应的体积越小名称图象特点其他图象V－TV＝CpT，斜率k＝Cp，即斜率越大，对应的压强越小等压线V－tV与t成线性关系，但不成正比，图线延长线均过点(－273,0)，斜率越大，对应的压强越小•一定质量的气体，在状态变化过程中的p－T图象如图所示，在A状态时的体积为V0，试画出对应的V－T图象和p－V图象。解析：对气体由A→B，根据玻意耳定律有p0V0＝3p0VB，则VB＝13V0。对气体由B→C，根据盖—吕萨克定律有VBT0＝VC3T0，VC＝3VB＝V0，由此可知A、B、C三点的状态参量分别为A：p0，T0，V0；B：3p0，T0，13V0；C：3p0,3T0，V0，V－T图象和p－V图象如图甲、乙所示。触及高考•本章内容是高考的热点和重点。对气体热现象的微观解释，多以选择、填空形式出现，对气体的三大实验定律的考查多为计算题，试题难度中等，应引起考生的高度重视。一、考题探析(2018·全国卷Ⅰ·33)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。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V8时，将K关闭，活塞平衡时其下方气体的体积减小了V6。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。答案：15p0S26g解析：设活塞再次平衡后，活塞上方气体的体积为V1，压强为p1；下方气体的体积为V2，压强为p2。在活塞下移的过程中，活塞上、下方气体的温度均保持不变，由玻意耳定律得p0V2＝p1V1①p0V2＝p2V2②由已知条件得V1＝V2＋V6－V8＝1324V③设活塞上方液体的质量为m，由力的平衡条件得p2S＝p1S＋mg⑤联立以上各式得m＝15p0S26g⑥二、临场练兵1．(2016·福建理综，29)如图为一定质量理想气体的压强p与体积V的关系图象，它由状态A经等容过程到状态B，再经等压过程到状态C。设A、B、C状态对应的温度分别为TA、TB、TC，则下列关系式中正确的是______。(填选项前的字母)A．TATB，TBTCB．TATB，TB＝TCC．TATB，TBTCD．TA＝TB，TBTCC解析：A→B是等容变化，由查理定律得pATA＝pBTB由图象知pApB，所以TATB由B→C是等压变化，由盖·吕萨克定律，得VBTB＝VCTC由图象知VCVB，所以TBTC因此选择C正确。•2．(2018·江苏物理，12A)一定量的氧气贮存在密封容器中，在T1和T2温度下其分子速率分布的情况见下表。则T1________(选填“大于”“小于”或“等于”)T2。若约10%的氧气从容器中泄漏，泄漏前后容器内温度均为T1，则在泄漏后的容器中，速率处于400～500m/s区间的氧气分子数占总分子数的百分比________(选填“大于”“小于”或“等于”)18.6%。大于等于各速率区间的分子数占总分子数的百分比/%速率区间m·s－1温度T1温度T2100以下0.71.4100～2005.48.1200～30011.917.0300～40017.421.4400～50018.620.4500～60016.715.1600～70012.99.2700～8007.94.5800～9004.62.0900以上3.90.9•解析：温度升高，速率大的分子比例较大，故T1T2。•温度一定，气体分子速率分布情况不变，故泄漏前后速率处于400～500m/s区间的氧气分子数占总分子数的百分比保持不变。•3．(2018·全国卷Ⅱ，33)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。答案：1＋hH1＋mgp0ST0(p0S＋mg)h解析：开始时活塞位于a处，加热后，汽缸中的气体先经历等容过程，直至活塞开始运动。设此时汽缸中气体的温度为T1，压强为p1，根据查理定律有p0T0＝p1T1①根据力的平衡条件有p1S＝p0S＋mg②联立①②式可得T1＝1＋mgp0ST0③此后，汽缸中的气体经历等压过程，直至活塞刚好到达b处，设此时汽缸中气体的温度为T2；活塞位于a处和b处时气体的体积分别为V1和V2。根据盖—吕萨克定律有V1T1＝V2T2④式中V1＝SH⑤V2＝S(H＋h)⑥联立③④⑤⑥式解得T2＝1＋hH1＋mgp0ST0⑦从开始加热到活塞到达b处的过程中，汽缸中的气体对外做的功为W＝(p0S＋mg)h⑧4.(2018·全国卷Ⅲ，33)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。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l′1和l′2。由力的平衡条件有p1＝p2＋ρg(l1－l2)①式中ρ为水银密度，g为重力加速度大小。由玻意耳定律有p1l1＝pl′1②p2l2＝pl′2③两边气柱长度的变化量大小相等l′1－l1＝l2－l′2④由①②③④式和题给条件得l′1＝22.5cm⑤l′2＝7.5cm⑥