氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程-2021年高考物理專練（新高考版）（解析版）

2021年高考物理【熱點?重點?難點】專練(新高考專用)重難點11氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程【知識梳理】一分子動理論、內能及熱力學定律.分子動理論要掌握的“一個橋梁、三個核心”(1)宏觀量與微觀量的轉換橋梁(2)分子模型、分子數①分子模型：球模型丫=飆3,立方體模型丫=/.②分子數：N=〃Na=/Na=；Na(固體、液體)."mol Vmol(3)分子運動:分子永不停息地做無規(guī)則運動,溫度越高,分子的無規(guī)則運動越劇烈，即平均速率越大，但某個分子的瞬時速率不一定大.(4)分子勢能、分子力與分子間距離的關系..理想氣體相關三量AU、卬、。的分析思路(1)內能變化量△。的分析思路①由氣體溫度變化分析氣體內能變化.溫度升高，內能增加；溫度降低，內能減少.②由公式AU=W+。分析內能變化.(2)做功情況卬的分析思路①由體積變化分析氣體做功情況.體積膨脹，氣體對外界做功;體積被壓縮，外界對氣體做功.②由公式W=AU-Q分析氣體做功情況.(3)氣體吸、放熱。的分析思路：一般由公式分析氣體的吸、放熱情況.二固體、液體和氣體.固體和液體的主要特點(1)晶體和非晶體的分子結構不同，表現出的物理性質不同.晶體具有確定的熔點，單晶體表現出各向異性，多晶體和非晶體表現出各向同性.晶體和非晶體在適當的條件下可以相互轉化.(2)液晶是一種特殊的物質狀態(tài)，所處的狀態(tài)介于固態(tài)和液態(tài)之間，液晶具有流動性，在光學、電學物理性質上表現出各向異性.(3)液體的表面張力使液體表面具有收縮到最小的趨勢，表面張力的方向跟液面相切..飽和汽壓的特點液體的飽和汽壓與溫度有關，溫度越高，飽和汽壓越大，且飽和汽壓與飽和汽的體積無關..相對濕度某溫度時空氣中水蒸氣的壓強與同一溫度時水的飽和汽壓之比.即.對氣體壓強的兩點理解(1)氣體對容器壁的壓強是氣體分子頻繁碰撞的結果，溫度越高，氣體分子數密度越大，氣體對容器壁因碰撞而產生的壓強就越大.(2)地球表面大氣壓強可認為是大氣重力產生的.三氣體實驗定律與理想氣體狀態(tài)方程.氣體壓強的幾種求法(1)參考液片法：選取假想的液體薄片(自身重力不計)為研究對象，分析液片兩側受力情況，建立平衡方程，消去面積，得到液片兩側壓強相等方程，求得氣體的壓強.(2)力平衡法：選與氣體接觸的液柱(或活塞)為研究對象進行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得氣體的壓強.(3)等壓面法：在連通器中，同一種液體(中間不間斷)同一深度處壓強相等.(4)加速運動系統(tǒng)中封閉氣體壓強的求法：選與氣體接觸的液柱(或活塞)為研究對象，進行受力分析，利用牛頓第二定律列方程求解..巧選“充氣、抽氣、灌氣(分裝)、漏氣''問題中的研究對象——化變質量為定質量在“充氣、抽氣、灌氣(分裝)、漏氣''問題中通過巧選研究對象可以把變質量問題轉化為定質量的問題.(1)充氣問題設想將充進容器內的氣體用一個無形的彈性口袋收集起來，那么當我們取容器和口袋內的全部氣體為研究對象時，這些氣體狀態(tài)不管怎樣變化，其質量總是不變的.這樣，就將變質量問題轉化為定質量問題.(2)抽氣問題用抽氣筒對容器抽氣的過程中，對每一次抽氣而言，氣體質量發(fā)生變化，其解決方法同充氣問題類似，假設把每次抽出的氣體包含在氣體變化的始末狀態(tài)中，即把變質量問題轉化為定質量問題.(3)灌氣(分裝)問題將一個大容器里的氣體分裝到多個小容器中的問題，可以把大容器中的氣體和多個小容器中的氣體看作整體作為研究對象，可將變質量問題轉化為定質量問題.(4)漏氣問題容器漏氣過程中氣體的質量不斷發(fā)生變化，不能用理想氣體狀態(tài)方程求解.如果選容器內剩余氣體為研究對象，可將變質量問題轉化為定質量問題.四氣體的狀態(tài)變化圖象與熱力學定律的綜合問題.一定質量的理想氣體的狀態(tài)變化圖象與特點類別圖象特點其他圖象等溫線pv=cn其中c為恒量)，。丫之積越大，等溫線溫度越高，線離原點越遠p=C7p,斜率k=C7,即斜率越大，溫度越高等容線〃=$丁，斜率左=§,即斜率越大，體積越小等壓線y=~T>斜率及奇，即斜率越大，壓強越小.對熱力學第一定律的考查有定性判斷和定量計算兩種方式(1)定性判斷利用題中的條件和符號法則對W、Q、AU中的其中兩個量做出準確的符號判斷，然后利用AU=W+Q對第三個量做出判斷.(2)定量計算一般計算等壓變化過程的功,即然后結合其他條件,利用AU=W+Q進行相關計算.(3)注意符號正負的規(guī)定若研究對象為氣體,對氣體做功的正負由氣體體積的變化決定.氣體體積增大,氣體對外界做功，W<0；氣體的體積減小，外界對氣體做功，W>0.【命題特點】這部分知識主要考查：分子動理論與氣體實驗定律的組合；固體、液體與氣體實驗定律的組合；熱力學定律與氣體實驗定律的組合：熱學基本規(guī)律與氣體實驗定律的組合?！鞠迺r檢測】(建議用時：30分鐘)一、單選題(2020?全國高三專題練習)在圖甲、乙、丙三種固體薄片上涂蠟，由燒熱的針接觸其上一點，蠟

熔化的范圍如圖甲、乙、丙所示，而甲、乙、丙三種固體在熔化過程中溫度隨加熱時間變化的關系如圖丁所示，以下說法正確的是（ ）A.甲、乙為非晶體，丙是晶體B.甲、乙為晶體，丙是非晶體C.甲、丙為非晶體，乙是晶體D.甲為多晶體，乙為非晶體，丙為單晶體【答案】D【解析】由圖甲、乙、丙可知，甲、乙各向同性，丙各向異性；由圖丁可知，甲、丙有固定熔點，乙無固定熔點，所以甲、丙為晶體，乙為非晶體，其中甲為多晶體，丙為單晶體，D正確。故選D。（2021?全國高三專題練習）一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經歷等溫或等壓過程ab、be、cd、da回到原狀態(tài)，其p-7圖像如圖所示，其中對角線ac的延長線過原點。。下列判斷正確的是（）A.氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等B.氣體在狀態(tài)a時的內能小于它在狀態(tài)c時的內能C.在過程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對氣體做的功D.在過程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對外界做的功【答案】A【解析】A.由ac的延長線過原點。知，直線Oca為一條等容線，氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等，A正確；B.理想氣體的內能由其溫度決定，a狀態(tài)時溫度較高，故在狀態(tài)a時的內能大于在狀態(tài)c時的內能,B錯誤；C.過程cd是等溫變化，氣體內能不變，由理想氣體狀態(tài)方程可知，壓強增大，體積減小，外界對氣體做功，由熱力學第一定律知，氣體對外放出的熱量等于外界對氣體做的功，C錯誤；D.過程由氣體溫度升高，內能增大，由理想氣體狀態(tài)方程可知，溫度升高，體積變大，氣體對外做功，故從外界吸收的熱量應大于氣體對外界做的功，D錯誤。故選Ao（2021?全國高三專題練習）房間里氣溫升高3。（：時，房間內的空氣將有1%逸出到房間外，由此可計算出房間內原來的溫度是（ ）-7℃7℃27-7℃7℃27℃24℃【答案】D【解析】充氣、抽氣與漏氣問題中往往以所有的氣體為研究對象。以升溫前房間里的氣體為研究對象，由蓋呂薩克定律得解得故r=24℃所以D正確；ABC錯誤；故選D。（2021?全國高三專題練習）在“探究氣體壓強與體積的關系''的實驗中。某同學在實驗中測得的數據在計算機屏幕上顯示如下表所示，仔細觀察“pV，一欄中的數值，發(fā)現越來越小，造成這一現象的原因可能是（）序號V(ml)p(xlO5Pa)/?V(xlO5Paml)12345A.實驗時注射器活塞與筒壁間的摩擦力越來越大B. 實驗時環(huán)境溫度升高了C.實驗時外界大氣壓強發(fā)生了變化D.實驗時注射器內的氣體向外發(fā)生了泄漏【答案】D【解析】A.實驗時注射器活塞與筒壁間的摩擦力不斷增大，不會影響氣壓與體積，故A錯誤:B.實驗時環(huán)境溫度增大了，根據理想氣體狀態(tài)方程PV乘積變大，故B錯誤C.封閉氣體壓強與外界大氣壓強無關，故C錯誤；D.實驗時注射器的空氣向外發(fā)生了泄漏，根據理想氣體狀態(tài)方程常數C與質量有關，變小，故PV乘積減小，故D正確：故選D。二、多選題（2020?全國高三專題練習）在甲、乙、丙三種固體薄片上涂上蠟，用燒熱的針接觸其上一點，蠟熔化的范圍如圖所示，而甲、乙、丙三種固體在熔化過程中溫度隨加熱時間變化的關系如圖所示，則（ ）A.甲、乙是非晶體，丙是晶體B.甲、丙是晶體，乙是非晶體C.甲、丙是多晶體，乙是晶體D.甲是多晶體，乙是非晶體，丙是單晶體【答案】BD【解析】由題圖知，甲、乙具有各向同性，丙具有各向異性；由題圖知，甲、丙有固定的熔點，乙沒有固定的熔點，所以甲是多晶體，乙是非晶體，丙是單晶體。故選BD。（2021?山東日照市?高三期末）下列說法正確的是（ ）A.布朗運動是由于液體內各個部分的溫度不同引起的B.分子間的引力和斥力都隨著分子間距離的增大而減小C.物體的溫度升高時，分子的平均動能和物體的內能一定都增大D.根據阿伏伽德羅常數、氣體的密度和摩爾質量，可以估算分子間的平均距離【答案】BD【解析】A.布朗運動是液體內微粒的無規(guī)則運動，是由液體分子的無規(guī)則運動引起的，A錯誤；B.分子間的引力和斥力都隨著分子間距離的增大而減小，B正確；C.物體的溫度升高時，分子的平均動能增大，而內能還跟分子勢能有關，故內能不一定增大，C錯誤；D.根據阿伏伽德羅常數N,、、氣體的密度。和摩爾質量M,由可求得摩爾體枳匕則每個分子所占據的空間體積把每個分子所占據的空間體積看成立方體，可知分子間的平均距離為故根據阿伏伽德羅常數、氣體的密度和摩爾質量，可以估算分子間的平均距離，D正確。故選BD。三、解答題(2021?全國高三其他模擬)有一粗細均勻、上端開口下端封閉的玻璃管，其總長為L(1)求大氣壓強和玻璃管回到原來的位置時管內空氣柱的長度；(2)現對回到原來位置的玻璃管底部加熱，求當管內封閉氣體的溫度為多少時，管內的水銀柱又會與管口恰好相平。32【答案】(1)石cm；(2)450K【解析】(1)設大氣壓強為處，玻璃管的橫截面積為S,以管內封閉氣體為研究對象，初狀態(tài)時，壓強為p\=po+21cmHg,Vi=10Scm3,Ti=300K末狀態(tài)時，氣體的壓強/72=po-15cmHg,V2=165cm3,乃=300K由玻意耳定律可得p\V\=P2Vl解得po=15cmHg當玻璃管回到原來位置時，設此時管內空氣柱的長度為〃，此時管內氣體的壓強為P3=(75+15)cmHg=90cmHg,Vt,=L'S由玻意耳定律有piVi—piVi解得32L'=—cm3(2)設當水銀柱再次與管口相平時，管內封閉氣體的溫度為。，此時管內氣體壓強為P4=p3=90cmHg,V4=(31cm-15cm)S=16Scm3,73=300K由蓋-呂薩克定律有△=450K(2021?湖南高三月考)如圖所示，“7”字形玻璃管中注有一段水銀，水銀柱在玻璃管中封閉一段豎直的氣柱B,活塞與水平水銀柱間也封閉一段氣柱4,開始時氣柱4長為L=5cm,壓強為76cmHg,豎直管中水銀柱長小=14cm,豎直氣柱8長〃2=8cm,玻璃管處處粗細相同，活塞氣密性良好，且與玻璃管內壁無摩擦，玻璃管水平部分足夠長，A、B兩段為相同氣體，溫度始終與外界溫度相同。(i)求A、8兩段氣柱中氣體質量之比；(ii)若向右緩慢推活塞，使氣柱8的壓強等于120cmHg,則活塞需要向右移動多大的距離？(結果保留三位有效數字)19【答案】 (i)二36【解析】(i)開始時，氣柱A的壓強Pa=76cmHg氣柱B的壓強為〃b=(76+14)cmHg=90cmHg設玻璃管的橫截面積