高考物理一轮复习课件153气体的性质

第十五章

热学第3讲

气体的性质1.掌握气体压强的计算方法。2.知道气体实验定律和理想气体状态方程。3.利用气体实验定律和理想气体状态方程解决实际问题，并会分析气体图像问题。第3讲

气体的性质

【目标要求】0201目录CONTENTS03气体压强的计算气体实验定律

理想气体状态方程气体状态变化的图像问题第3讲

气体的性质主题一、气体压强的计算1.活塞模型：如图所示是最常见的封闭气体的两种方式。求气体压强的基本方法：先对活塞进行受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程。一、气体压强的计算

＝p0－ρ液gh(单位：Pa帕斯卡)＝p0－ph(单位：cmHg厘米汞柱)θ一、气体压强的计算mSMP1P2P3P4P5思考：已知大气压强为P0，计算气缸中的压强？P6

P2＝P0

2mm2mgP02SPX2SmgPXSP0S一、气体压强的计算思考：已知大气压强为P0，计算气缸中的压强？Px·2S+P0·S＝以两个活塞及弹簧整体为研究对象:P0·2S＋Px·S+3mg得：Px＝

2.连通器模型如图所示，U形管竖直放置。同一液体中的相同高度处压强一定相等，所以气体B和A的压强关系可由图中虚线联系起来。则有pB＋ρgh2＝pA，而pA＝p0＋ρgh1，所以气体B的压强为pB＝p0＋ρg(h1－h2)。一、气体压强的计算PBPAPAPB+Ph2=PAPA=P0+Ph1P0PB=PA-Ph2=P0+Ph1-Ph2(单位：cmHg厘米汞柱)【典例1】若已知大气压强为p0，液体密度均为ρ，重力加速度为g，图甲、乙中汽缸横截面积为S，不计摩擦力，下列图中各装置均处于静止状态，求各装置中被封闭气体的压强。一、气体压强的计算P甲=

P乙=

P丙=p0－ρghP丁=p0＋ρgh1P戊=P己a=

P己b=p0＋ρg(h2－h1－h3)p0＋ρg(h2－h1)【典例2】

如图所示，粗细均匀的长直玻璃管被细绳倒挂于倾角为θ的固定斜面上，管内有一段长为h的水银柱(其密度为ρ)封闭着一段空气柱，大气压强为p0，重力加速度大小为g。求在下列情况下，被封闭气体的压强(题中各物理量单位均为国际单位制单位)。(1)玻璃管静止不动；(2)剪断细绳后，玻璃管沿斜面保持平稳匀加速下滑过程(已知管与斜面间的动摩擦因数为μ，且μ<tanθ，不计空气阻力)。一、气体压强的计算p0S＝mgsinθ＋p1SP1SmgNP0s(1)m＝ρSh得：p1＝p0－ρghsinθ(2)【典例2】

如图所示，粗细均匀的长直玻璃管被细绳倒挂于倾角为θ的固定斜面上，管内有一段长为h的水银柱(其密度为ρ)封闭着一段空气柱，大气压强为p0，重力加速度大小为g。求在下列情况下，被封闭气体的压强(题中各物理量单位均为国际单位制单位)。(1)玻璃管静止不动；(2)剪断细绳后，玻璃管沿斜面保持平稳匀加速下滑过程(已知管与斜面间的动摩擦因数为μ，且μ<tanθ，不计空气阻力)。一、气体压强的计算p0S＝mgsinθ＋p1SP2SmgNP0s(1)m＝ρSh得：p1＝p0－ρghsinθ(2)mgsinθ＋p2S－p0S＝ma整体：(M+m)gsinθ－μ(M+m)gcosθ＝(M+m)a得：a=gsinθ－μgcosθ得：p2＝

=p0-μρghcosθ主题二、气体实验定律理想气体状态方程

内容表达式图像玻意耳定律一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成______p1V1＝p2V2

查理定律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______

拓展：Δp＝ΔT

盖—吕萨克定律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_________拓展：ΔV＝ΔT

二、气体实验定律理想气体状态方程1.气体实验定律反比正比正比

玻温变化PVT3T1T2T1<T2<T3查容变化PTV3V1V2V1<V2<V3二、气体实验定律理想气体状态方程1.气体实验定律盖压变化VTP3P1P2P1<P2<P3哪条等温线表示的温度高？哪条等容线表示的体积大？哪条等压线表示的压强大？思考2：开口试管同时升高相同的温度，初始体积相等，管内水银柱上升的高度大小？h1<h2l1l2h思考1：封闭试管同时升高相同的温度，管内水银柱将如何运动？二、气体实验定律理想气体状态方程不动

上移

一样l1<l2l2上升的多h1>h2【讨论交流】请从微观的角度解释气体实验三定律。(1)玻意耳定律的微观解释：一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能

。体积减小时，分子的数密度

，气体的压强

。(2)查理定律的微观解释：一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度保持不变，温度升高时，分子的平均动能

，气体的压强

。(3)盖—吕萨克定律的微观解释：一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能

。只有气体的体积同时增大，使分子的数密度

，才能保持压强不变。不变增大增大增大增大二、气体实验定律理想气体状态方程增大减小

压强温度二、气体实验定律理想气体状态方程

【判断正误】1.理想气体是一种假想的物理模型，实际上并不存在。(

)2.理想气体严格遵守气体实验定律。(

)3.一定质量的理想气体，温度升高时压强一定增大。(

)√√×二、气体实验定律理想气体状态方程【典例3】细长玻璃管用长h为6.8cm的水银柱封闭一定质量的空气。当玻璃管开口向下竖直放置时(水银未溢出)，空气柱长度l1为33cm；当玻璃管水平放置时，空气柱长度l2为30cm。求玻璃管开口向上竖直放置时空气柱的长度。二、气体实验定律理想气体状态方程解：开口向下p1＝p0－ph水平放置p2＝p0p1l1S＝p2l2S得：p0=74.8cmHg开口向上:p3＝p0+php2l2S＝p3l3S=81.6cmHg得l3＝27.5cm

二、气体实验定律理想气体状态方程解:(1)卡子托住前，等压变化

V1:V2=3:2

(2)卡住降温，等容变化

P2=

【典例5】某实验小组受酒店烟雾报警器原理启发，设计了如图所示的温度报警装置，在竖直放置的圆柱形容器内用一厚度不计、面积S＝5cm2、质量m＝0.5kg的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动，整个装置倒贴在水平天花板上，开始时房间的热力学温度T0＝300K，活塞与容器顶部的距离l0＝20cm，在活塞下方d＝4cm处有一压力传感器制成的卡口，环境温度缓慢升高时容器内气体温度也随之升高，当传感器受到压力大于5N时，就会启动报警装置。已知大气压强恒为p0＝1.0×105Pa，重力加速度大小g取10m/s2，求：(1)封闭气体初始状态的压强p；(2)触发报警装置的热力学温度T。二、气体实验定律理想气体状态方程解:(1)pS＝p0S－mg得p＝9×104Pa(2)p'S＋mg＝p0S＋F得p'＝1.0×105Pa

得T＝400K三、气体状态变化的图像问题类别特点(其中C为常量)举例p－VpV＝CT，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远

p－p＝CT，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高

p－Tp＝T，斜率k＝，即斜率越大，体积越小V－TV＝T，斜率k＝，即斜率越大，压强越小【典例6】一定质量的理想气体经过一系列变化过程，如图所示，下列说法中正确的是()A.a→b过程中，气体温度降低，体积增大B.b→c过程中，气体温度不变，体积减小C.c→a过程中，气体压强增大，体积不变D.在c状态时，气体的体积最小C二、气体实验定律理想气体状态方程思考:根据例6中气体状态变化的p－T图像，定性作出三个过程的V－T图像和p－V图像。

B课堂练习【练习2】汽车轮胎压力表的示数为轮胎内部气体压强与外部大气压强的差值。一汽车在平原地区行驶时，压力表示数为2.6p0(p0是1个标准大气压)，轮胎内部气体温度为315K，外部大气压强为p0。该汽车在某高原地区行驶时，压力表示数为2.5p0，轮胎内部气体温度为280K。轮胎内部气体视为理想气体，轮胎内体积不变且不漏气，则该高原地区的大气压强为()A.0.6p0 B.0.7p0

C.0.8p0D.0.9p0B课堂练习【练习3】(2023·辽宁卷·5)“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中，一定质量理想气体的p－T图像如图所示。该过程对应的p－V图像可能是()B课堂练习【练习4】如图甲所示，一玻璃容器倒置在水平桌面上，下端用塞子封闭不漏气，用水银封闭一定质量的理想气体，初始时水银柱高为L2＝10cm，封闭气体长为L1＝6cm，封闭气体所处玻璃管横截面积为S1＝1cm2，水银上表面所处玻璃管横截面积为S2＝3cm2，现缓慢向内部注入体积为V的水银，水银恰好不溢出，封闭气体压强p与其长度L的关系图像如图乙所示，不考虑气体温度变化，大气压强为p0＝76cmHg，则注入水银的体积V为()A.159cm3

B.53cm3C.125cm3

D.129cm3C课堂练习【练习5】如图是一个简易温度计示意图，左边由固定的玻璃球形容器和内径均匀且标有刻度的竖直玻璃管组成，右边是上端开口的柱形玻璃容器，左右两边通过软管连接，用水银将一定质量的空气封闭在左边容器中。已知球形容器的容积为530cm3，左边玻璃管内部的横截面积为2cm2。当环境温度为0℃且左右液面平齐时，左管液面正好位于8.0cm刻度处。设大气压强保持不变。(1)当环境温度升高时，为使左右液面再次平齐，右边柱形容器应向上还是向下移动？(2)当液面位于30.0cm刻度处且左右液面又一次平齐时，对应的环境温度是多少摄氏度？课堂练习当环境温度升高时，假设右边容器不动，则左侧气体体积变大，右侧管中液面将高于左侧管中液面，为使左右液面再次平齐，右边柱形容器应向下移动.解:(1)【练习5】如图是一个简易温度计示意图，左边由固定的玻璃球形容器和内径均匀且标有刻度的竖直玻璃管组成，右边是上端开口的柱形玻璃容器，左右两边通过软管连接，用水银将一定质量的空气封闭在左边容器中。已知球形容器的容积为530cm3，左边玻璃管内部的横截面积为2cm2。当环境温度为0℃且左右液面平齐时，左管液面正好位于8.0cm刻度处。设大气压强保持不变。(1)当环境温度升高时，为使左右液面再次平齐，右边柱形容器应向上还是向下移动？(2)当液面位于30.0cm刻度处且左右液面又一次平齐时，对应的环境温度是多少摄氏度？课堂练习(2)V1＝(530＋2×8.0)cm3＝546cm3T1＝273KV2＝(530＋2×30.0)cm3＝590cm3

得T2＝295K则t2＝22℃T2＝?【练习6】某实验小组用图甲所示装置研究烧瓶内封闭气体的体积一定时压强与温度的关系，初始时封闭气体的摄氏温度为t0，往容器内加热水，可以改变封闭气体的温度t，用Δt(Δt＝t－t0)表示封闭气体升高的摄氏温度，p表示温度为t时封闭气体的压强，则图乙中可能正确的图线是()A.①

B.②

C.③

D.④A课堂练习【练习7】(2024·海南卷·7)用铝制易拉罐制作温度计，一透明薄吸管里有一段油柱(长度不计)粗细均匀，吸管与罐密封性良好，罐内气体可视为理想气体，已知罐体积为330cm3，薄吸管底面积为0.5cm2，罐外吸管总长度为20cm，当温度为27℃时，油柱离罐口10cm，不考虑大气压强变化，下列说法正确的是()A.若在吸管上标注等差温度值，则刻度左密右疏B.该装置所测温度不高于31.5℃C.该装置所测温度不低于23.5℃D.其他条件不变，缓慢把吸管拉出来一点，则油柱离罐口距离增大B课堂练习课堂练习

当x＝20cm时，该装置所测的温度最高，代入解得tmax≈31.5℃，故该装置所测温度不高于31.5℃，当x＝0时，该装置所测的温度最低，代入解得tmin≈22.5℃，故该装置所测温度不低于22.5℃，故B正确，C错误；其他条件不变，缓慢把吸管拉出来一点，由盖—吕萨克定律可知，油柱离罐口距离不变，故D错误。【练习8】有的固体形状不规则，且不能够浸入液体中来测量它的体积。某学生设计了如图所示的装置来测定此类固体的体积。放置于水平地面上的导热汽缸横截面积S＝20cm2，将一个不规则的固体放置在汽缸中，用轻质活塞密封一定质量的理想气体，封闭气体的高度h1＝40cm。然后缓慢地向活塞上面加细沙，当封闭气体高度变为h2＝35cm时，所加细沙的质量m＝4kg。外界温度恒为T1＝300K，大气压强恒为p0＝1.0×105Pa，忽略活塞与汽缸壁之间的摩擦，活塞始终未与不规则固体接触，重力加速度g取10m/s2。(1)若封闭气体的温度不发生变化，求不规则固体的体积V0；(2)若汽缸导热性能不够理想，加上m＝4kg的细沙后读取气体高度时封闭气体温度已上升至301K，求此时不规则固体的实际体积V0'(保留2位有效数字)。课堂练习解:(1)p1S＝p0S＋mg得p1＝1.2×105Pap0(h1S-V0)＝p1(h2S-V0)得V0＝2×10－4m3(2)

得V0'≈1.9×10－4m3【练习9】(多选)一端封闭粗细均匀的足够长导热性能良好的细玻璃管内，封闭着一定质量的理想气体，如图所示。已知水银柱的长度h＝5cm，玻璃管开口斜向上，在倾角θ＝30°的光滑斜面上以一定的初速度上滑，稳定时被封闭的空气柱长为L＝40cm，大气压强始终为p0＝75cmHg，重力加速度g取