高中物理选修3-3大题知识点及经典例题

1、最新资料推荐高中物理选修3-3 大题知识点及经典例题气体压强的产生与计算1产生的原因：由于大量分子无规则运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强。2决定因素(1) 宏观上：决定于气体的温度和体积。(2) 微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度。3平衡状态下气体压强的求法(1) 液片法： 选取假想的液体薄片 ( 自身重力不计 ) 为研究对象， 分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强。(2) 力平衡法： 选取与气体接触的液柱 ( 或活塞 ) 为研究对象进行受力分析， 得到液柱 ( 或活塞 ) 的受

2、力平衡方程，求得气体的压强。(3) 等压面法：在连通器中，同一种液体( 中间不间断 ) 同一深度处压强相等。液体内深h 处的总压强p p0 gh， p0 为液面上方的压强。4加速运动系统中封闭气体压强的求法选取与气体接触的液柱 ( 或活塞 ) 为研究对象， 进行受力分析， 利用牛顿第二定律列方程求解。考向 1液体封闭气体压强的计算若已知大气压强为p0，在图 2 2 中各装置均处于静止状态，图中液体密度均为，求被封闭气体的压强。图 2 2 解析 在甲图中，以高为h 的液柱为研究对象，由二力平衡知p 甲 S ghS p0S所以 p 甲 p0 gh在图乙中，以B液面为研究对象，由平衡方程F 上 F

3、下 有：pAS ghS p0Sp 乙 pA p0 gh在图丙中，仍以B 液面为研究对象，有pA ghsin 60 pB p03所以 p 丙 pA p0 2 gh在图丁中，以液面A 为研究对象，由二力平衡得p 丁 S ( p0 gh1) S所以 p 丁 p0 gh1。 答案 甲： p gh乙： p gh丙： p 3 gh丁： p gh0001012考向 2活塞封闭气体压强的求解如图 2 3 中两个汽缸质量均为M，内部横截面积均为S，两个活塞的质量均为m，左边1最新资料推荐的汽缸静止在水平面上， 右边的活塞和汽缸竖直悬挂在天花板下。 两个汽缸内分别封闭有一定质量的空气 A、 B，大气压为 p0，求

4、封闭气体 A、 B的压强各多大？图 2 3 解析 由题图甲中选m为研究对象。pAS p0Smgmg得 pA p0 S题图乙中选M为研究对象得MgpB p0 S 。 答案 0mg0Mgp Sp S理想气体状态方程与实验定律的应用1理想气体状态方程与气体实验定律的关系温度不变： p1V1 p2V2（玻意耳定律）p1V1p2V2 体积不变：p1p2TT（查理定律）12TT12V1V2压强不变：（盖吕萨克定律）T1T22几个重要的推论(1) 查理定律的推论：pp1TT1V1(2) 盖吕萨克定律的推论：VT1 Tp Vp Vp V(3) 理想气体状态方程的推论：001122T0 T1 T23应用状态方程

5、或实验定律解题的一般步骤(1) 明确研究对象，即某一定质量的理想气体；(2) 确定气体在始末状态的参量 p1， V1、 T1 及 p2、 V2、T2；(3) 由状态方程或实验定律列式求解；(4) 讨论结果的合理性。2最新资料推荐4用图象法分析气体的状态变化一定质量的气体不同图象的比较类别特点举例图线pV CT( 其中 C为恒量 ) ，即 pV 之积越大的等温p V线温度越高，线离原点越远11p Vp CTV，斜率 k CT，即斜率越大，温度越高CCp Tp VT，斜率 k V，即斜率越大，体积越小CCV TV pT，斜率 k p，即斜率越大，压强越小考向 1气体实验定律的应用如图 2 4 所示

6、，一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞。已知大活塞的质量为1122m2.50 kg ，横截面积为 S 80.0 cm ；小活塞的质量为m1.50 kg，横截面积为2 40.0 cm 2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l 40.0 cm ；汽S缸外大气的压强为 p1.00 10 5Pa，温度为 T 303 K。初始时大活塞与大圆筒底部相距l ，2两活塞间封闭气体的温度为T1 495 K 。现汽缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移。忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦，重力加速度大小g 取 10 m/s 2 。求图 2 4(1) 在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，缸内封闭气体的

7、温度；(2) 缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强。 解析 (1) 设初始时气体体积为 V1，在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，缸内封闭气体的体积为 V2，温度为 T2。由题给条件得llV1 S2 l 2 S1 2 V2 S2l 在活塞缓慢下移的过程中，用 p1 表示缸内气体的压强，由力的平衡条件得 S1( p1 p) m1g m2g S2( p1 p) 故缸内气体的压强不变。由盖吕萨克定律有3最新资料推荐V1V2T1T2联立式并代入题给数据得T2 330 K 。(2) 在大活塞与大圆筒底部刚接触时，被封闭气体的压强为p1。在此后与汽缸外大气达到热平衡的过程中，被封闭气体的

8、体积不变。设达到热平衡时被封闭气体的压强为p，由查理定理，有p p1TT2联立式并代入题给数据得p 1.01 10 5 Pa 。 答案 (1)330 K(2)1.01 10 5 Pa考向 2气体状态变化的图象问题一定质量的理想气体由状态A 变为状态D，其有关数据如图2 5 甲所示，若状态D的压强是 2104 Pa 。图 2 5(1) 求状态 A 的压强；(2) 请在图乙中画出该状态变化过程的 p T 图象，并分别标出 A、 B、C、 D各个状态，不要求写出计算过程。 思路点拨 读出 T图上各点的体积和温度，由理想气体状态方程即可求出各点对V应的压强。 解析 (1)据理想气体状态方程：p V p

9、 VA AD DTT，ADp V T4D D A则 pA VATD 410 Pa 。(2) pT 图象及 A、 B、 C、 D各个状态如下图所示。 答案 (1)4 10 4 Pa(2) 见解析规律总结(1) 要清楚等温、等压、等容变化，在p V图象、 p T 图象、 V T 图象、 p T 图象、V T 图象中的特点。(2) 若题中给出了图象，则从中提取相关的信息，如物态变化的特点、已知量、待求量4最新资料推荐等。(3) 若需作出图象，则分析物态变化特点，在特殊点处，依据题给已知量、解得的待求量，按要求作图象若从已知图象作相同坐标系的新图象，则在计算后也可以应用“平移法”。某自行车轮胎的容积为

10、V，里面已有压强为p0 的空气，现在要使轮胎内的气压增大到p，设充气过程为等温过程，空气可看作理想气体，轮胎容积保持不变， 则还要向轮胎充入温度相同、压强也是 p 、体积为 _的空气。 ( 填选项前的字母 )0A. p0VB. p VC. p 1 VD. p 1 Vpp0p0p0解析设需充入体积为V的空气， 以 V、V体积的空气整体为研究对象，由理想气体状态方程有 p （ V V） pV，得 ( p 1) 。0VVTTp0答案C如图 2 12 所示，汽缸长为L 1 m，固定在水平面上，汽缸中有横截面积为2S 100 cm5的光滑活塞， 活塞封闭了一定质量的理想气体，当温度为t 27 、大气压强

11、为p0110图 2 12(1) 如果温度保持不变， 将活塞缓慢拉至汽缸右端口， 此时水平拉力 F 的大小是多少？(2) 如果汽缸内气体温度缓慢升高， 使活塞移至汽缸右端口时， 气体温度为多少摄氏度？解析(1) 设活塞到达汽缸右端口时，被封气体压强为p1，则 p1Sp0S F由玻意耳定律得：p0lS p1LS解得： F 100 N(2) 由盖吕萨克定律得：lSLS300 K T解得： T 333 K ，则 t 60 。答案(1)100 N(2)60 如图 2 13 所示，一底面积为S、内壁光滑的圆柱形容器竖直放置在水平地面上，开口向上，内有两个质量均为的相同活塞A和；在与B之间、B与容mBA器底

12、面之间分别封有一定量的同样的理想气体，平衡时体积均为V。已知容器内气体温度始终不变，重力加速度大小为g，外界大气压强为p0。现假设活塞B发生缓慢漏气，致使 B最终与容器底面接触。求活塞A 移动的距离。图2 13解析初始状态下A、 B 两部分气体的压强分别设为pAO、 pBO，则对活塞 A、 B 由平衡条件可得：0AOp S mgp SpAOS mgpBOS最终状态下两部分气体融合在一起，压强设为，体积设为，对活塞A由平衡条件pV有5最新资料推荐p0S mgpS对两部分气体由理想气体状态方程可得pAOV pBOV pV设活塞 A 移动的距离为h，则有V 2V hS联立以上五式可得mgVh（ p0

13、S mg）S。mgV答案（ p S mg）S0如图 214 所示，两气缸、B粗细均匀、等高且内壁光滑，其下部由体积可忽略的细A管连通； A 的直径是 B 的 2 倍， A 上端封闭， B 上端与大气连通；两气缸除A 顶部导热外，其余部分均绝热。两气缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞a、 b，活塞下方充有氮气，活塞 a 上方充有氧气。当大气压为p 、外界和气缸内气体温度均为7 且平衡时，活塞a 离01气缸顶的距离是气缸高度的4，活塞 b 在气缸正中间。图 2 14(1) 现通过电阻丝缓慢加热氮气，当活塞b 恰好升至顶部时，求氮气的温度；(2) 继续缓慢加热，使活塞a 上升。当活塞 a 上升的距离是

14、气缸高度的116时，求氧气的压强。解析(1) 活塞 b 升至顶部的过程中， 活塞 a 不动，活塞 a、b 下方的氮气经历等压过程。设气缸 A 的容积为 V0，氮气初态体积为 V1，温度为 T1；末态体积为 V2，温度为 T2。按题意，气缸B的容积为0/4 ，由题给数据和盖吕萨克定律有V31V07V14V02 4 8V0V314V 4V V 2000V1V212TT由式和题给数据得T2 320 K (2) 活塞 b 升至顶部后，由于继续缓慢加热，活塞a 开始向上移动，直至活塞上升的距离是气缸高度的1V ，压强为16时，活塞 a 上方的氧气经历等温过程。设氧气初态体积为11；末态体积为2，压强为p

15、2。由题给数据和玻意耳定律有pV6最新资料推荐1 1 0，10， 2 3 0V4Vpp V16Vp1 V1 p2 V2由式得4p2 3p0。答案 (1)320 K40(2) 3p如图 37 所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U 型管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长l 20 cm( 可视为理想气体 ) ，两管中水银面等高。现将右端与一低1压舱 ( 未画出 ) 接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h 10 cm。 ( 环境温度不变，大气压强 p0 75 cmHg)图 3 7(1) 求稳定后低压舱内的压强 ( 用“ cmHg”作单位 ) ；(2) 此过程中左管内的气体对外界 _( 填“

16、做正功”“做负功”或“不做功” ) ，气体将 _( 填“吸热”或“放热” ) 。解析(1) 设 U 型管横截面积为S，右端与大气相通时左管中封闭气体压强为p1，右端与一低压舱接通后， 左管中封闭气体压强为p2，气柱长度为 l 2，稳定后低压舱内的压强为 p。左管中封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律得p1V1 p2V210pp2hp p p11 Vl SV2 l 2S由几何关系得 h 2( l 2 l 1) 联立式，代入数据得 50 cmHgp(2) 左管内气体膨胀，气体对外界做正功，温度不变，U 0，根据热力学第一定律， 且 0，所以 0，气体将吸热。U Q WWQW答案(1)50 cmHg(2) 做正功吸热如图 3 8 所示，倒悬的导热汽缸中封闭着一定质量的理想气体，轻质活塞可无摩擦地上下移动，活塞的横截面积为S，活塞的下面吊着一个重为G的物体，大气压强恒为 p0。起初环境的热力学温度为T 时，活塞到