2019-2020学年高中物理 阶段核心素养提升8课件 新人教版选修3-3

第八章气体阶段核心素养提升1核心素养脉络构建2核心素养整合提升3实战演练触及高考核心素养脉络构建核心素养整合提升一、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。典例1(2019·四川省宜宾市四中高二下学期期中)如图所示，内壁光滑的圆柱形气缸上部有小挡板，可以阻止活塞滑离气缸，气缸内部的高度为d，质量不计的薄活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内。开始时活塞离底部高度为23d，温度为t1＝27℃，外界大气压强为p0＝1atm，现对气体缓缓加热，求：(1)当气体温度升高到t2＝127℃时，活塞离底部高度。(2)当气体温度升高到t3＝537℃时，缸内气体的压强。答案：(1)89d(2)1.8×105Pa解析：(1)假设气体温度达到tc时，活塞恰好移动到挡板处，气体做等压变化，设气缸横截面积为S，由盖·吕萨克定律得：V1T1＝VCTC即为：23dS273＋27＝dS273＋tc，解得：tc＝177℃。因为t2小于tc，所以温度升高到127℃前，活塞没有达到汽缸顶部。当温度升到127℃时，设活塞离底部的高度为h，由盖·吕萨克定律得：V1T1＝V2T2，解得：h＝89d。(2)t3＞tc，温度到达t3时，活塞已经到达汽缸顶部，当气体温度高于tc后，活塞受到挡板的阻碍，气体体积不再发生变化，气体发生等容变化，由查理定律得到：p0TC＝p3T3，即为：1×105273＋177＝p3273＋537，解得：p3＝1.8×105Pa。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()典例2DA．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(多选)(2019·重庆一中髙二下学期期中)热学中有很多图象，对一定质量的理想气体图象的分析，正确的是()典例3ACDA．甲图中理想气体的体积一定不变B．乙图中理想气体的温度一定不变，丙图中理想气体的压强一定不变C．丁图中理想气体从P到Q，可能经过了温度先升髙后降低的过程D．戊图中实线对应的气体温度高于虚线对应的气体温度解析：甲图中，P－T线是过原点的直线，则理想气体的体积一定不变，选项A正确；乙图中图象不一定是双曲线，则乙图中理想气体的温度不一定不变；丙图中V－T线是过原点的直线，理想气体的压强一定不变，选项B错误；由图丙图象可知，从P到Q的过程中，PV乘积先增加后减小，则温度先升高，后降低，故C正确；温度升高时，速率分布最大的区间将向速率增大处移动，所以气体由虚线状态变成实线状态时，温度升高，实线对应的温度一定高于虚线对应的温度，故D正确。实战演练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。(2019·全国卷Ⅰ，33)热等静压设备广泛应用于材料加工中。该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改善其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13m3，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.2×10－2m3，使用前瓶中气体压强为1.5×107Pa，使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106Pa；室温温度为27℃。氩气可视为理想气体。(1)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强；(2)将压入氩气后的炉腔加热到1227℃，求此时炉腔中气体的压强。例题一、高考真题探析答案：(1)3.2×107Pa(2)1.6×108Pa解析：(1)设初始时每瓶气体的体积为V0，压强为p0；使用后气瓶中剩余气体的压强为p1。假设体积为V0、压强为p0的气体压强变为p1时，其体积膨胀为V1。由玻意耳定律p0V0＝p1V1①被压入炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为V′1＝V1－V0②设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为p2，体积为V2。由玻意耳定律p2V2＝10p1V′1③联立④②③式并代入题给数据得p2＝3.2×107Pa④(2)设加热前炉腔的温度为T0，加热后炉腔温度为T1，气体压强为p3。由查理定律p3T1＝p2T0⑤联立④⑤式并代入题给数据得p3＝1.6×108Pa⑥1．(2019·北京卷，15)下列说法正确的是()A．温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度B．内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和C．气体压强仅与气体分子的平均动能有关D．气体膨胀对外做功且温度降低，分子的平均动能可能不变解析：温度是分子平均动能的量度(标志)，A项正确；内能是物体内所有分子的分子热运动动能和分子势能的总和，B项错误；气体压强不仅与分子的平均动能有关，还与分子的密集程度有关，C项错误；气体温度降低，则分子的平均动能变小，D项错误。A二、临场真题练兵2．(多选)(2019·江苏卷，13)在没有外界影响的情况下，密闭容器内的理想气体静置足够长时间后，该气体()A．分子的无规则运动停息下来B．每个分子的速度大小均相等C．分子的平均动能保持不变D．分子的密集程度保持不变解析：在没有外界影响的情况下，分子的无规则运动永不停息，分子的速率分布呈中间多两头少，不可能每个分子的速度大小均相等，选项AB错误；根据温度是分子平均动能的标志可知，只要温度不变，分子的平均动能就保持不变，由于体积不变，所以分子的密集程度保持不变，选项CD正确。CD3．(2019·全国卷Ⅱ，33)(1)如p－V图所示，1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是T1、T2、T3。用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数，则N1_________N2，T1_________T3，N2_________N3。(填“大于”“小于”或“等于”)(2)如图，一容器由横截面积分别为2S和S的两个汽缸连通而成，容器平放在水平地面上，汽缸内壁光滑。整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分，分别充有氢气、空气和氮气。平衡时，氮气的压强和体积分别为p0和V0，氢气的体积为2V0，空气的压强为p。现缓慢地将中部的空气全部抽出，抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变，活塞没有到达两汽缸的连接处，求①抽气前氢气的压强；②抽气后氢气的压强和体积。答案：(1)大于等于大于(2)见解析解析：(1)对一定质量的理想气体，pVT为定值，由p—V图象可知，2p1·V1＝p1·2V1p1·V1，所以T1＝T3T2。状态1与状态2时气体体积相同，单位体积内分子数相同，但状态1下的气体分子平均动能更大，在单位时间内撞击器壁单位面积的平均次数更多，所以N1N2；状态2与状态3时气体压强相同，状态3下的气体分子平均动能更大，在单位时间内撞击器壁单位面积的平均次数较少，所以N2N3。(2)①设抽气前氢气的压强为p10，根据力的平衡条件得(p10－p)·2S＝(p0－p)·S①得p10＝12(p0＋p)②②设抽气后氢气的压强和体积分别为p1和V1，氮气的压强和体积分别为p2和V2。根据力的平衡条件有p2·S＝p1·2S③由玻意耳定律得p1V1＝p10·2V0④p2V2＝p0V0⑤由于两活塞用刚性杆连接，故V1－2V0＝2(V0－V2)⑥联立②③④⑤⑥式解得p1＝12p0＋14p⑦V1＝4p0＋pV02p0＋p⑧4．(2019·全国卷Ⅲ，33)如图，一粗细均匀的细管开口向上竖直放置，管内有一段高度为2.0cm的水银柱，水银柱下密封了一定量的理想气体，水银柱上表面到管口的距离为2.0cm。若将细管倒置，水银柱下表面恰好位于管口处，且无水银滴落，管内气体温度与环境温度相同。已知大气压强