高考物理总复习 3气体的状态方程课件 新人教版选修33.ppt

第3单元气体的状态方程 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 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 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 4 图象 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 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 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 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 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 4 图象 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 15 如图所示 v1 v2 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 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 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 4 图象 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 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 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 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 答案 1 2 0 10 3m3 2 4 0 10 3m3 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 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 3 2 102kg mol 结果取两位有效数字 答案 64kg m3 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 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 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 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 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 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 二 抽气问题 例2 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 三 气柱移动问题 例3 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 看受力平衡是否被破坏 这是题目的根本思路 等容变化的图象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 四 研究对象选取 例4 一高空实验火箭在地面上静止时 其仪器舱内气体的压强为p0 1atm 温度t0 288k 当火箭以a 15m s2的加速度在地面附近竖直上升的过程中 仪器舱内水银气压计的读数变为0 8p0 已知仪器舱是密封的 不考虑气压计的热胀冷缩 求此时舱内的温度是多少 答案 576k 一 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