高考物理 第三单元 气体的状态方程课件（选修33）.ppt

选修3 3热学 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 4 图像一定质量的气体在p v图上的等温线是一条双曲线 如图所示t1 t2 考题随练1 2014 上海 如图所示 一端封闭 粗细均匀的u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 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 解析 初态压强p1 76 16 cmhg 60cmhg 初态的体积v1 22scm 末态的体积v2 20scm 左侧被封闭的一定质量的气体 温度不变 符合玻意耳定律 p1v1 p2v2 代入数据60 22s p2 20s 解得p2 66cmhg 说明左右两侧的高度差 h 10cm 如图所示 左侧上升2cm 右侧只有在原基础上再有8cm才能满足高度差为10cm 故加注水银 2cm 8cm 10cm 答案 10cm 考题随练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 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p v图像可知 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 3 成立条件质量一定 体积不变 4 图像一定质量的某种气体在p t图上的等容线是一条过原点的直线如图所示 p t图中等容线在t轴上的截距是 273 如图所示 v1 v2 考题随练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 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 3 成立条件质量一定 压强不变 4 图像一定质量的某种气体在v t图上的等压线是一条过原点的直线 如图所示 p1 p2 考题随练4 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 考题随练5 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 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 h 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 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为完全弹性碰撞 说明碰撞过程中能量不损失 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 考题随练6 2014 江苏 一种海浪发电机的气室如图所示 工作时 活塞随海浪上升或下降 改变气室中空气的压强 从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭 气室先后经历吸入 压缩和排出空气的过程 推动出气口处的装置发电 气室中的空气可视为理想气体 下列对理想气体的理解 正确的有 a 理想气体实际上并不存在 只是一种理想模型b 只要气体的压强不是很高就可视为理想气体c 一定质量的某种理想气体的内能与温度 体积都有关d 在任何温度 任何压强下 理想气体都遵循气体的实验定律 解析 在任何温度 任何压强下 理想气体都遵循气体的实验定律的称为理想气体 理想气体实际上并不存在 只是一种理想模型 一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关 a d选项正确 b c选项错误 答案 ad 考题随练7 2014 上海 如图所示 一端封闭 粗细均匀的u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 为使左端水银面下降3cm 封闭气体温度应变为多少 答案 350k 2 应用用导热的固定隔板把一容器隔成容积相等的甲 乙两部分 考题随练8 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 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 高考调研规律 六十一 理想气体状态方程的 三种 应用1 打气问题在研究方法上 打气问题的实质是将变质量问题转化为定质量问题 每一次打气都将容器内和被打入容器的气体当做研究对象 由此将变质量转化为定质量 推出变化后的压强 通过逐次打入气体可以证明 打气问题可以将各分气体看做整体 一次性 全部装入容器的情景 要注意这个等效是在证明的基础上得出的 考题随练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 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 考题随练2 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 空气可看做理想气体 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 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 太阳能空气集热器 自动洗衣机 医用输液装置 拔火罐和肺活量测定等 但本质上要学会提取相应的物理模型 2 抽气问题抽气和打气在研究方法上是一致的 即将变质量问题转化为定质量问题 宏观上看 抽气是打气的逆过程 在具体细节上有变化 在逐次推导后我们发现 打气可以将分气体看成整体一次性装入最后的容器中 抽气能 一次性抽出气体 吗 抽气的研究仍要从根本上推导 考题随练3 一密闭容器的容积为v 内装1大气压的空气 现用抽气机进行抽气 已知抽气筒的容积为v 求连续抽10次后 容器中空气的压强多大 抽气过程中温度不变 学法指导 解决变质量问题 一定要注意研究对象选取 3 气柱移动问题 考题随练4 如图所示 为竖直放置的上细下粗的密闭细管 水银柱将气体分隔成a b两部分 初始温度相同 使a b升高相同温度达到稳定后 体积变化量为 va vb 压强变化量为 pa pb 对液面压力的变化量为 fa fb 则 a 水银柱向上移动了一段距离b va vbc pa pbd fa fb 答案 ac 名师点拨 液柱动与不动 是受力平衡是否被破坏 这是题目的根本思路 等容变化的图像分析是解决此类选择题的简洁方法 本题还涉及到控制变量法 高考综合拓展 五十四 理想气体状态方程 三类 问题1 极值问题 例1 如图所示 一根一端封闭的玻璃管竖直放置 开口端在上面 其长为l 95cm 内有一段长为h 20cm的水银柱 当温度为27 时 被封闭的气柱长为h 60cm 问温度至少升高到多少时 水银柱才能从管中全部溢出 设大气压为75cmhg 当75 x 95 x 即x 10cm时 pv值最大 这时就可求出t 380 3k所以 温度至少要升高到380 3k 水银才能从管中全部溢出 答案 380 3k 解析 设加热前 被密封气体的压强为p1 轻线的张力为f 因而活塞处在静止状态 对a活塞 有2p0s 2p1s f 0 对b活塞 有p1s p0