物理學(xué)案（新教材粵教版）第十五章專題強(qiáng)化二十六氣體實驗定律的綜合應(yīng)用

專題強(qiáng)化二十六氣體實驗定律的綜合應(yīng)用目標(biāo)要求1.理解理想氣體狀態(tài)方程并會應(yīng)用解題.2.掌握“玻璃管液封模型”和“氣缸活塞類模型”的處理方法.3.會處理“變質(zhì)量氣體模型”問題．題型一玻璃管液封模型1．氣體實驗定律及理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程：eq\f(pV,T)＝ceq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(當(dāng)T一定時，p1V1＝p2V2,當(dāng)p一定時，\f(V1,T1)＝\f(V2,T2),當(dāng)V一定時，\f(p1,T1)＝\f(p2,T2)))2．玻璃管液封模型求液柱封閉的氣體壓強(qiáng)時，一般以液柱為研究對象分析受力、列平衡方程求解，要注意：(1)液體因重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)為p＝ρgh(其中h為液體的豎直高度)；(2)不要漏掉大氣壓強(qiáng)，同時又要平衡掉某些氣體產(chǎn)生的壓力；(3)有時注意應(yīng)用連通器原理——連通器內(nèi)靜止的液體，同一液體在同一水平面上各處壓強(qiáng)相等；(4)當(dāng)液體為水銀時，可靈活應(yīng)用壓強(qiáng)單位“cmHg”，使計算過程簡捷．考向1單獨氣體例1如圖所示，一粗細(xì)均勻、長度為L＝m、導(dǎo)熱性能良好的細(xì)玻璃管豎直放置，下端封閉，上端開口．長度為d＝m的水銀柱將長度為L0＝m的空氣柱(可視為理想氣體)封閉在玻璃管底部，大氣壓強(qiáng)p0＝75cmHg，管內(nèi)空氣的初始溫度為t0＝27℃，熱力學(xué)溫度與攝氏溫度之間的關(guān)系為T＝(t＋273)K.(1)若緩慢升高管內(nèi)氣體的溫度，當(dāng)溫度為T1時，管內(nèi)水銀恰好有一半溢出，求T1的大??；(2)若保持管內(nèi)空氣溫度不變，緩慢傾斜玻璃管，當(dāng)玻璃管與水平面間的夾角為θ時，管內(nèi)水銀恰好有一半溢出，求sinθ的值．________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________考向2關(guān)聯(lián)氣體例2(2023·廣東深圳市模擬)橫截面積處處相同的U形玻璃管豎直放置，左端封閉，右端開口，初始時，右端管內(nèi)用h1＝4cm的水銀柱封閉一段長為L1＝9cm的空氣柱A，左端管內(nèi)用水銀封閉一段長為L2＝14cm的空氣柱B，這段水銀柱左右兩液面高度差為h2＝8cm.如圖甲所示，已知大氣壓強(qiáng)p0＝cmHg，環(huán)境溫度不變．若將玻璃管緩慢旋轉(zhuǎn)180°，使U形管豎直倒置(水銀未混合未溢出)，如圖乙所示．當(dāng)管中水銀靜止時，左右兩水銀柱液面高度差h3為()A．10cmB．12cmC．8cmD．14cm聽課記錄：______________________________________________________________________________________________________________________________________題型二氣缸活塞類模型1．解題的一般思路(1)確定研究對象研究對象分兩類：①熱學(xué)研究對象(一定質(zhì)量的理想氣體)；②力學(xué)研究對象(氣缸、活塞或某系統(tǒng))．(2)分析物理過程①對熱學(xué)研究對象分析清楚初、末狀態(tài)及狀態(tài)變化過程，依據(jù)氣體實驗定律列出方程．②對力學(xué)研究對象要正確地進(jìn)行受力分析，依據(jù)力學(xué)規(guī)律列出方程．(3)挖掘題目的隱含條件，如幾何關(guān)系等，列出輔助方程．(4)多個方程聯(lián)立求解．注意檢驗求解結(jié)果的合理性．2．兩個或多個氣缸封閉著幾部分氣體，并且氣缸之間相互關(guān)聯(lián)的問題，解答時應(yīng)分別研究各部分氣體，找出它們各自遵循的規(guī)律，并寫出相應(yīng)的方程，還要寫出各部分氣體之間壓強(qiáng)或體積的關(guān)系式，最后聯(lián)立求解．考向1單獨氣體例3如圖所示，內(nèi)壁光滑的薄壁圓柱形導(dǎo)熱氣缸開口朝下，氣缸高度為h，橫截面積為S.氣缸開口處有一厚度可忽略不計的活塞．缸內(nèi)封閉了壓強(qiáng)為2p0的理想氣體．已知此時外部環(huán)境的熱力學(xué)溫度為T0，大氣壓強(qiáng)為p0，活塞的質(zhì)量為eq\f(2p0S,g)，g為重力加速度．(1)若把氣缸放置到熱力學(xué)溫度比外部環(huán)境低eq\f(1,10)T0的冷庫中，穩(wěn)定時活塞位置不變，求穩(wěn)定時封閉氣體的壓強(qiáng)；(2)若把氣缸緩緩倒置，使開口朝上，環(huán)境溫度不變，求穩(wěn)定時活塞到氣缸底部的距離．________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________考向2關(guān)聯(lián)氣體例4(2023·廣東湛江市模擬)如圖，氣缸左右兩側(cè)氣體由包有絕熱材料的活塞隔開，活塞與氣缸光滑接觸．初始時兩側(cè)氣體均處于平衡態(tài)，體積分別為V1＝V和V2＝2V，溫度分別為T1＝2T和T2＝5T.先保持右側(cè)氣體溫度不變，升高左側(cè)氣體溫度，使兩側(cè)氣體體積相同；然后取走絕熱材料使活塞導(dǎo)熱，兩側(cè)氣體最后達(dá)到平衡．求：(1)兩側(cè)氣體體積相同時，左側(cè)氣體的溫度T3的大??；________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)最后達(dá)到平衡時兩側(cè)氣體體積之比．________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________題型三變質(zhì)量氣體模型1．充氣問題選擇原有氣體和即將充入的氣體整體作為研究對象，就可把充氣過程中氣體質(zhì)量變化問題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量氣體問題．2．抽氣問題選擇每次抽氣過程中抽出的氣體和剩余氣體整體作為研究對象，抽氣過程可以看成質(zhì)量不變的等溫膨脹過程．3．灌氣分裝把大容器中的剩余氣體和多個小容器中的氣體整體作為研究對象，可將變質(zhì)量問題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量問題．4．漏氣問題選容器內(nèi)剩余氣體和漏出氣體整體作為研究對象，便可使漏氣過程中氣體質(zhì)量變化問題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量氣體問題．考向1充氣、抽氣問題例5(2021·山東卷·4)血壓儀由加壓氣囊、臂帶、壓強(qiáng)計等構(gòu)成，如圖所示．加壓氣囊可將外界空氣充入臂帶，壓強(qiáng)計示數(shù)為臂帶內(nèi)氣體的壓強(qiáng)高于大氣壓強(qiáng)的數(shù)值，充氣前臂帶內(nèi)氣體壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)，體積為V；每次擠壓氣囊都能將60cm3的外界空氣充入臂帶中，經(jīng)5次充氣后，臂帶內(nèi)氣體體積變?yōu)?V，壓強(qiáng)計示數(shù)為150mmHg.已知大氣壓強(qiáng)等于750mmHg，氣體溫度不變．忽略細(xì)管和壓強(qiáng)計內(nèi)的氣體體積．則V等于()A．30cm3 B．40cm3C．50cm3 D．60cm3聽課記錄：______________________________________________________________________________________________________________________________________例62021年11月8日，神舟十三號的三名宇航員在相互配合下圓滿完成從空間站到太空的出艙任務(wù)，宇航員出艙時，要穿出艙航天服，從太空艙進(jìn)入到氣閘艙，示意圖如圖所示，關(guān)閉太空艙艙門，將氣閘艙中氣體緩慢抽出，壓強(qiáng)逐漸減小到真空，再打開氣閘艙艙門，從氣閘艙進(jìn)入到艙外活動．已知氣閘艙中氣體的初始壓強(qiáng)為105Pa，溫度300K，氣閘艙體積約為m3.為了安全起見，第一階段先將氣閘艙的壓強(qiáng)降至7×104Pa，給航天員一個適應(yīng)過程．在第一階段降壓過程中，求：(1)若氣閘艙的溫度保持不變，要抽出105Pa壓強(qiáng)下多少m3的氣體；(2)若氣閘艙溫度變?yōu)?90K，氣閘艙內(nèi)存留氣體與原來氣體在105Pa壓強(qiáng)下的體積比．(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________考向2灌氣分裝例7某市醫(yī)療物資緊缺，需要從北方調(diào)用大批大鋼瓶氧氣(如圖)，每個鋼瓶內(nèi)體積為40L，在北方時測得大鋼瓶內(nèi)氧氣壓強(qiáng)為×107Pa，溫度為7℃，長途運輸?shù)结t(yī)院檢測時測得大鋼瓶內(nèi)氧氣壓強(qiáng)為×107Pa.在實際使用過程中，先用小鋼瓶(加抽氣機(jī))緩慢分裝，然后供病人使用，小鋼瓶體積為10L，分裝后每個小鋼瓶內(nèi)氧氣壓強(qiáng)為4×105Pa，要求大鋼瓶內(nèi)壓強(qiáng)降到2×105Pa時就停止分裝．不計運輸過程中和分裝過程中氧氣的泄漏，求：(1)在該市檢測時大鋼瓶所處環(huán)境溫度為多少攝氏度；(2)一個大鋼瓶可分裝多少小鋼瓶供病人使用．____________________________________________