【高考调研】2015高考物理总复习-3气体的状态方程课件-新人教版选修3-3

高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第1页第3单元气体的状态方程高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第2页考点及模型的构建探秘规律·升华技巧突破压轴·技压群雄课时作业高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第3页考点及模型的构建高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第4页一、玻意耳定律1．内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比．2．公式：pV＝C或p1V1＝p2V23．成立条件：气体的质量一定，温度不变．高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第5页【例1】(2010·广东)如图所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量．设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气()高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第6页A．体积不变，压强变小B．体积变小，压强变大C．体积不变，压强变大D．体积变小，压强变小【解析】细管中封闭的气体，可以看成一定质量的理想气体，洗衣缸内水位升高，被封闭气体压强增大，因温度不变，故做等温变化，由玻意耳定律pV＝C得，气体体积减小．【答案】B高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第7页4．图象：一定质量的气体在pV图上的等温线是一条双曲线，如图所示T1＜T2.高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第8页【例2】已知理想气体的内能与温度成正比．如图所示的实线是汽缸内一定质量的理想气体由状态1到状态2的变化曲线，则在整个过程中汽缸内气体的内能()高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第9页A．先增大后减小B．先减小后增大C．单调变化D．保持不变【解析】由pV图象可知，温度T先减小后增大，理想气体内能只由温度决定，则内能先减小后增大．【答案】B高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第10页二、查理定律1．内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比．2．公式：pT＝C或p1T1＝p2T23．成立条件：质量一定，体积不变．高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第11页【例3】汽车行驶时轮胎的胎压太高容易造成爆胎事故，太低又会造成耗油上升．已知某型号轮胎能在－40～90℃正常工作，为使轮胎在此温度范围内工作时的最高胎压不超过3.5atm，最低胎压不低于1.6atm，那么在t＝20℃时给该轮胎充气，充气后的胎压在什么范围内比较合适？(设轮胎容积不变)高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第12页【解析】由于轮胎容积不变，轮胎内气体做等容变化．设在T0＝293K充气后的最小胎压为pmin，最大胎压为pmax.依题意，当T1＝233K时胎压为p1＝1.6atm.根据查理定律p1T1＝pminT0，即1.6233＝pmin293解得pmin＝2.01atm当T2＝363K时胎压为p2＝3.5atm.根据查理定律p2T2＝pmaxT0，即3.5363＝pmax293解得pmax＝2.83atm高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第13页【答案】2.01atm≤p≤2.83atm【名师点拨】本题两个等容方程并不相等，这也只能从应试的角度看待问题．高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第14页4．图象：一定质量的某种气体在pT图上的等容线是一条过原点的直线如图所示．pt图中等容线在t轴上的截距是－273.15℃，如图所示，V1＜V2.高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第15页三、盖－吕萨克定律1．内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比．2．公式：VT＝C或V1T1＝V2T23．成立条件：质量一定，压强不变．高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第16页【例4】(2010·上海)如图所示，上端开口的圆柱形汽缸竖直放置，截面积为5×10－3m2，一定质量的气体被质量为2.0kg的光滑活塞封闭在汽缸内，其压强为________Pa(大气压强取1.01×105Pa，g取10m/s2)．若从初温27℃开始加热气体，使活塞离汽缸底部的高度由0.5m缓慢变为0.51m，则此时气体的温度为________℃.高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第17页【解析】对活塞受力分析可知，p＝p0＋mgS＝1.05×105Pa活塞始终作用在气体上，故被封闭气体的压强不变．由盖－吕萨克定律，可知V1T1＝V2T2，0.5S273＋27＝0.51S273＋t，t＝33℃高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第18页【触类旁通】如图所示，汽缸中封闭着温度为100℃的空气，重物用绳索经滑轮跟缸中活塞相连接，重物和活塞都处于平衡状态，这时活塞离汽缸底的高度为10cm，如果缸内空气变为0℃，重物将上升________cm.高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第19页【解析】通过对活塞受力分析，可知被封闭气体为等压变化，V1＝10S，T1＝373K，V2＝？，T2＝273K，由盖－吕萨克定律，可求得V2＝7.32S，重物上升的高度Δh＝(10－7.32)cm＝2.68cm.【答案】2.68【名师点拨】应能判断出这类问题属于等压变化．高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第20页4．图象：一定质量的某种气体在VT图上的等压线是一条过原点的直线，如图所示，p1＜p2.高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第21页四、理想气体状态方程1．理想气体理想气体是一种理想化的模型，实际并不存在．理想气体应该是这样的气体：(1)分子本身的大小与分子间的平均距离相比可忽略不计，分子可以看做质点．(2)除了碰撞瞬间外，分子间的作用力可以忽略不计．两次碰撞之间分子的运动可以看做匀速直线运动．(说明理想气体内能由温度决定)(3)气体分子间、气体分子与器壁间的碰撞可看做完全弹性碰撞．(说明碰撞过程中能量不损失)高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第22页【进一步理解】(1)在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体叫理想气体．(2)实际气体在温度不太低、压强不太大时可当做理想气体处理．(3)理想气体是不存在的，它是实际气体一定程度的近似，是一种理想化的物理模型，一些不易液化的气体如氢气、氧气、氮气、氦气，在通常温度、压强条件下，它们的性质很近似于理想气体，可按理想气体处理．高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第23页2．内容：一定质量的理想气体，从状态1变到状态2时，尽管p、V、T都可能改变，但压强跟体积的乘积与热力学温度的比值不变．3．公式：pVT＝C或p1V1T1＝p2V2T2.4．成立条件：质量一定．高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第24页【例5】一活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，初始时气体体积为3.0×10－3m3.用DIS实验系统测得此时气体的温度和压强分别为300K和1.0×105Pa.推动活塞压缩气体，测得气体的温度和压强分别为320K和1.6×105Pa.(1)求此时气体的体积．(2)保持温度不变，缓慢改变作用在活塞上的力，使气体压强变为8.0×104Pa，求此时气体的体积．高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第25页【解析】(1)由气体状态方程，知p1V1T1＝p2V2T2，将V1＝3.0×10－3m3，T1＝300K，p1＝1.0×105Pa，T2＝320K，p2＝1.6×105Pa代入上式，解得V2＝2.0×10－3m3(2)气体发生等温变化，根据玻意耳定律，有p2V2＝p3V3，将p3＝8.0×104Pa代入，可得V3＝4.0×10－3m3【答案】(1)2.0×10－3m3(2)4.0×10－3m3高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第26页5．图象学会几种图象的相互转化．五、克拉珀龙方程1．克拉珀龙方程高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第27页pV＝mMRT＝nRT，其中p为理想气体的压强、V为理想气体的体积，m为气体的质量，M为理想气体的摩尔质量，T为绝对温度，n是理想气体的物质的量；R是气体常量.如果p的单位Pa，V的单位m3，T的单位K，n为气体的物质的量，单位mol，质量的单位为kg，则R＝8.31J/(mol·K)；若压强的单位为标准大气压(atm)，体积的单位为升，则R＝0.082.2．应用高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第28页【例6】有一实用氧气钢瓶，瓶内氧气的压强p＝5.0×103Pa，温度t＝27℃，求氧气的密度，氧的摩尔质量μ＝3.2×102kg/mol，结果取两位有效数字．【解析】由pV＝mMRT，得ρ＝mV＝pMRT＝pμRT＝5.0×103×3.2×1028.31×273＋27＝64kg/m3【答案】64kg/m3高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第29页【例7】(2010·山东)如图所示，一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压强为p0，经过太阳曝晒，气体温度由T0＝300K升至T1＝350K.高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第30页(1)求此时气体的压强．(2)保持T1＝350K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p0，求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值．判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因．【解析】(1)p0T0＝pT，解得p＝76p0高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第31页(2)根据pV＝mMRT，得m：m0＝6：7，根据W＋Q＝ΔU，温度T不变，所以ΔU＝0.因为体积膨胀，所以W为负，所以Q为正，吸热．【答案】(1)p＝76p0(2)6：7，吸热．因为抽气过程中剩余气体温度不变，故内能不变，而剩余气体膨胀对外做功，所以根据热力学第一定律，可知剩余气体要吸热．高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第32页探秘规律•升华技巧高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第33页一、打气问题【例1】如图所示，某压缩式喷雾器储液桶的容量为5.7×10－3m3，往桶内倒入4.2×10－3m3的药液后开始打气，打气过程中药液不会向外喷出，如果每次能打进2.5×10－4m3的空气，要使喷雾器内空气的压强达到4atm，应打气几次？这个压强能否使喷雾器内的药液全部喷完？(设大气压强为1atm)高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第34页【解析】设标准大气压为p0，药桶中空气的体积为V，打气N次后，喷雾器中的空气压强达到4atm，打入的气体在1atm下的体积为NV0(V0＝2.5×10－4m3)，则根据玻意耳定律，有p0(V＋NV0)＝4p0V，其中V＝(5.7×10－3－4.2×10－3)m3＝1.5×10－3m3，解得N＝18次．当空气完全充满药桶以后，如果空气的压强仍然大于大气压，则药液可以全部喷出，由玻意耳定律，得4p0V＝pV′，其中V′＝5.7×10－3m3，解得p＝1.053p0.所以，药液可以全部喷出．【答案】18次；药液可以全部喷出．高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第35页【触类旁通】(2012·福建)空气压缩机的储气罐中储有1.0atm的空气6.0L，现再充入1.0atm的空气9.0L．设充气过程为等温过程，空气可看作理想气体，则充气后储气罐中气体压强为()A．2.5atmB．2.0atmC．1.5atmD．1.0atm【解析】将充气之前的两部分气体合起来作为初状态，压强都是1.0atm，故初始体积为两部分的和．初状态：p1＝1.0atm，V＝V1＋V2＝(6.0＋9.0)L＝15.0L．末状态：p2＝？，V′＝V1＝6.0L，由玻意耳定律p1V＝p2V′，代入数据，求得p2＝2.5atm，A选项正确．高考调研选修3-3热学高三物理(新课标版)第36页【答案】A【名师点拨】近些年高考的热点为以各种器具为背景命题，如各种热机和致冷设备，化工、冶金等工业生产流程，农用喷雾器、军用潜水艇、科考热气球，各类测温计、真空计、容积计等测量仪器，以及日常生活中的保温瓶、高压锅、太阳能