高考物理人教山東一輪復(fù)習(xí)ppt課件第十三章第2節(jié)氣體實驗定律理想氣體狀態(tài)方程

第2節(jié)氣體實驗定律

理想氣體狀態(tài)方程第2節(jié)氣體實驗定律

理想氣體狀態(tài)方程-2-1.氣體和氣體分子運動的特點知識梳理考點自診-2-1.氣體和氣體分子運動的特點知識梳理考點自診2.氣體的壓強(1)產(chǎn)生原因:由于氣體分子無規(guī)則的熱運動,大量的分子頻繁地碰撞器壁產(chǎn)生持續(xù)而穩(wěn)定的壓力

。

(2)大小:氣體的壓強在數(shù)值上等于氣體作用在單位面積上

的壓力。公式:p=_______。(3)國際單位:

帕斯卡

,符號:Pa,1Pa=1N/m2。

-3-知識梳理考點自診2.氣體的壓強-3-知識梳理考點自診-4-3.氣體實驗定律

知識梳理考點自診-4-3.氣體實驗定律知識梳理考點自診-5-4.理想氣體狀態(tài)方程(1)理想氣體:在任何溫度、任何壓強

下都遵從氣體實驗定律的氣體。

知識梳理考點自診-5-4.理想氣體狀態(tài)方程知識梳理考點自診-6-知識梳理考點自診1.判斷下列說法正誤。(1)只要能增加氣體分子熱運動的劇烈程度,氣體的溫度就可以升高(

)(2)若氣體的溫度逐漸升高,則其壓強可以保持不變。(

)(3)一定質(zhì)量的理想氣體,在溫度升高時,氣體壓強一定增大。(

)(4)外界壓縮氣體做功20J,氣體的內(nèi)能可能不變。(

)(5)電冰箱的工作過程表明,熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞。(

)(6)科技的進步可以使內(nèi)燃機成為單一熱源的熱機。(

)(7)對能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少,形成能源危機。(

)(8)空調(diào)機在制冷過程中,從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量(

)-6-知識梳理考點自診1.判斷下列說法正誤。-7-知識梳理考點自診2.若已知大氣壓強為p0,在圖中各裝置均處于靜止狀態(tài),圖中液體密度均為ρ,求被封閉氣體的壓強。-7-知識梳理考點自診2.若已知大氣壓強為p0,在圖中各裝置-8-知識梳理考點自診3.如圖所示,一端封閉、粗細均勻的U形玻璃管開口向上豎直放置,管內(nèi)用水銀將一段氣體封閉在管中,當溫度為280K時,被封閉的氣柱長L=22cm,兩邊水銀柱高度差h=16cm,大氣壓強p0=76cmHg。(1)為使左端水銀面下降3cm,封閉氣體溫度應(yīng)變?yōu)槎嗌?(2)封閉氣體的溫度重新回到280K后,為使封閉氣柱長度變?yōu)?0cm,需向開口端注入的水銀柱長度為多少?-8-知識梳理考點自診3.如圖所示,一端封閉、粗細均-9-知識梳理考點自診4.如圖所示,在豎直放置的圓柱形容器內(nèi)用質(zhì)量為m的活塞密封一部分氣體,活塞與容器壁間能無摩擦地滑動,容器的橫截面積為S,將整個裝置放在大氣壓恒為p0的空氣中,開始時氣體的溫度為T0,活塞與容器底的距離為h0,當氣體從外界吸收熱量Q后,活塞緩慢上升d后再次平衡,問:(1)外界空氣的溫度是多少?(2)在此過程中的密閉氣體的內(nèi)能增加了多少?-9-知識梳理考點自診4.如圖所示,在豎直放置的圓柱形容器內(nèi)-10-命題點一命題點二命題點三命題點四氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用1.理想氣體狀態(tài)方程與氣體實驗定律的關(guān)系2.幾個重要的推論

-10-命題點一命題點二命題點三命題點四氣體實驗定律和理想氣-11-命題點一命題點二命題點三命題點四典例1(2017·全國卷Ⅲ)一種測量稀薄氣體壓強的儀器如圖甲所示,玻璃泡M的上端和下端分別連通兩豎直玻璃細管K1和K2。K1長為l,頂端封閉,K2上端與待測氣體連通;M下端經(jīng)橡皮軟管與充有水銀的容器R連通。開始測量時,M與K2相通;逐漸提升R,直到K2中水銀面與K1頂端等高,此時水銀已進入K1,且K1中水銀面比頂端低h,如圖乙所示。設(shè)測量過程中溫度、與K2相通的待測氣體的壓強均保持不變。已知K1和K2的內(nèi)徑均為d,M的容積為V0,水銀的密度為ρ,重力加速度大小為g。求:-11-命題點一命題點二命題點三命題點四典例1(2017·全-12-命題點一命題點二命題點三命題點四(1)待測氣體的壓強;(2)該儀器能夠測量的最大壓強。-12-命題點一命題點二命題點三命題點四(1)待測氣體的壓強-13-命題點一命題點二命題點三命題點四解析:(1)水銀面上升至M的下端使玻璃泡中氣體恰好被封住,設(shè)此時被封閉的氣體的體積為V,壓強等于待測氣體的壓強p。提升R,直到K2中水銀面與K1頂端等高時,K1中水銀面比頂端低h;設(shè)此時封閉氣體的壓強為p1,體積為V1,則由力學(xué)平衡條件得p1=p+ρgh③整個過程為等溫過程,由玻意耳定律得pV=p1V1④-13-命題點一命題點二命題點三命題點四解析:(1)水銀面上-14-命題點一命題點二命題點三命題點四(2)由題意知h≤l⑥

思維點撥(1)由題意,水銀面上升后,求出氣體的狀態(tài)參量,然后由玻意耳定律求出壓強的表達式;(2)根據(jù)題意可知,M的直徑不知道,所以當h=l時,能準確測量的壓強最大,然后代入上式即可求出壓強。-14-命題點一命題點二命題點三命題點四(2)由題意知h≤l-15-命題點一命題點二命題點三命題點四通過該典例,要進一步明確科學(xué)思維的方法,明確利用氣體實驗定律及氣體狀態(tài)方程解決問題的基本思路。-15-命題點一命題點二命題點三命題點四通過該典例,要進一步-16-命題點一命題點二命題點三命題點四即學(xué)即練1.(2018·全國卷Ⅰ)如圖,容積為V的汽缸由導(dǎo)熱材料制成,面積為S的活塞將汽缸分成容積相等的上下兩部分,汽缸上部通過細管與裝有某種液體的容器相連,細管上有一閥門K。開始時,K關(guān)閉,汽缸內(nèi)上下兩部分氣體的壓強均為p0?，F(xiàn)將K打開,容器內(nèi)的液體緩慢地流入汽缸,當流入的液體體積為

時,將K關(guān)閉,活塞平衡時其下方氣體的體積減小了

。不計活塞的質(zhì)量和體積,外界溫度保持不變,重力加速度大小為g。求流入汽缸內(nèi)液體的質(zhì)量。-16-命題點一命題點二命題點三命題點四即學(xué)即練-17-命題點一命題點二命題點三命題點四-17-命題點一命題點二命題點三命題點四-18-命題點一命題點二命題點三命題點四力熱綜合問題實際問題中的研究對象除氣體外,可以大致分為活塞和液柱(粗細均勻)兩類。對于活塞,可以進行受力分析,列運動(平衡)方程。而液柱本身是流體,若出現(xiàn)在連通器里,則同一水平高度液面處壓強相等;因此對于液柱,既可以按等同于活塞的分析方法,根據(jù)運動狀態(tài)列方程,也可以按液體壓強公式p=ρgh來計算,從而簡化分析和計算。-18-命題點一命題點二命題點三命題點四力熱綜合問題-19-命題點一命題點二命題點三命題點四典例2(2017·全國卷Ⅱ)一熱氣球體積為V,內(nèi)部充有溫度為Ta的熱空氣,氣球外冷空氣的溫度為Tb。已知空氣在1個大氣壓、溫度T0時的密度為ρ0,該氣球內(nèi)、外的氣壓始終都為1個大氣壓,重力加速度大小為g。(1)求該熱氣球所受浮力的大小;(2)求該熱氣球內(nèi)空氣所受的重力;(3)設(shè)充氣前熱氣球的質(zhì)量為m0,求充氣后它還能托起的最大質(zhì)量。-19-命題點一命題點二命題點三命題點四典例2(2017·全-20-命題點一命題點二命題點三命題點四解析:(1)設(shè)1個大氣壓下質(zhì)量為m的空氣在溫度為T0時的體積為V0,密度為-20-命題點一命題點二命題點三命題點四解析:(1)設(shè)1個大-21-命題點一命題點二命題點三命題點四(2)氣球內(nèi)熱空氣所受的重力為G=ρ(Ta)Vg⑦(3)設(shè)該氣球還能托起的最大質(zhì)量為m,由力的平衡條件得mg=f-G-m0g⑨聯(lián)立⑥⑧⑨式得-21-命題點一命題點二命題點三命題點四(2)氣球內(nèi)熱空氣所-22-命題點一命題點二命題點三命題點四思維點撥此題是熱學(xué)問題和力學(xué)問題的綜合題;一是知道阿基米德定律,知道溫度不同時氣體密度不同;二是能分析氣球的受力情況列出平衡方程;三是根據(jù)氣體實驗定律列出相應(yīng)方程。

通過該類問題的練習(xí),要強化該類問題的科學(xué)思維方法:1.選封閉氣體為研究對象,根據(jù)過程特征選用氣體定律建立方程。2.選物體為研究對象,根據(jù)運動狀態(tài)由平衡條件或牛頓第二定律建立方程。3.氣體壓強是力學(xué)規(guī)律和熱學(xué)規(guī)律之間聯(lián)系的橋梁。-22-命題點一命題點二命題點三命題點四思維點撥此題是熱學(xué)問-23-命題點一命題點二命題點三命題點四即學(xué)即練2.(2018·全國卷Ⅱ)如圖,一豎直放置的汽缸上端開口,汽缸壁內(nèi)有卡口a和b,a、b間距為h,a距缸底的高度為H;活塞只能在a、b間移動,其下方密封有一定質(zhì)量的理想氣體。已知活塞質(zhì)量為m,面積為S,厚度可忽略;活塞和汽缸壁均絕熱,不計它們之間的摩擦,開始時活塞處于靜止狀態(tài),上、下方氣體壓強均為p0,溫度均為T0?，F(xiàn)用電熱絲緩慢加熱汽缸中的氣體,直至活塞剛好到達b處,求此時汽缸內(nèi)氣體的溫度以及在此過程中氣體對外所做的功。重力加速度大小為g。-23-命題點一命題點二命題點三命題點四即學(xué)即練-24-命題點一命題點二命題點三命題點四-24-命題點一命題點二命題點三命題點四-25-命題點一命題點二命題點三命題點四-25-命題點一命題點二命題點三命題點四-26-命題點一命題點二命題點三命題點四關(guān)聯(lián)氣體的狀態(tài)變化問題多個系統(tǒng)相互聯(lián)系的定質(zhì)量氣體問題,往往以壓強建立起系統(tǒng)間的關(guān)系,各系統(tǒng)獨立進行狀態(tài)分析,要確定每個研究對象的變化性質(zhì),分別應(yīng)用相應(yīng)的實驗定律,并充分應(yīng)用各研究對象之間的壓強、體積、溫度等量的有效關(guān)聯(lián)。若活塞可自由移動,一般要根據(jù)活塞平衡確定兩部分氣體的壓強關(guān)系。-26-命題點一命題點二命題點三命題點四關(guān)聯(lián)氣體的狀態(tài)變化問-27-命題點一命題點二命題點三命題點四典例3(2017·全國卷Ⅰ)如圖,容積均為V的汽缸A、B下端有細管(容積可忽略)連通,閥門K2位于細管的中部,A、B的頂部各有一閥門K1、K3;B中有一可自由滑動的活塞(質(zhì)量、體積均可忽略)。初始時,三個閥門均打開,活塞在B的底部;關(guān)閉K2、K3,通過K1給汽缸充氣,使A中氣體的壓強達到大氣壓p0的3倍后關(guān)閉K1。已知室溫為27℃,汽缸導(dǎo)熱。-27-命題點一命題點二命題點三命題點四典例3(2017·全-28-命題點一命題點二命題點三命題點四(1)打開K2,求穩(wěn)定時活塞上方氣體的體積和壓強;(2)接著打開K3,求穩(wěn)定時活塞的位置;(3)再緩慢加熱汽缸內(nèi)氣體使其溫度升高20℃,求此時活塞下方氣體的壓強。解析:(1)設(shè)打開K2后,穩(wěn)定時活塞上方氣體的壓強為p1,體積為V1。依題意,被活塞分開的兩部分氣體都經(jīng)歷等溫過程。由玻意耳定律得p0V=p1V1①(3p0)V=p1(2V-V1)②聯(lián)立①②式得p1=2p0④

-28-命題點一命題點二命題點三命題點四(1)打開K2,求穩(wěn)-29-命題點一命題點二命題點三命題點四(2)打開K3后,由④式知,活塞必定上升。設(shè)在活塞下方氣體與A中氣體的體積之和為V2(V2≤2V)時,活塞下方氣體壓強為p2。由玻意耳定律得(3p0)V=p2V2⑤由⑤式得(3)設(shè)加熱后活塞下方氣體的壓強為p3,氣體溫度從T1=300

K升高到T2=320

K的等容過程中,由查理定律得將有關(guān)數(shù)據(jù)代入⑦式得p3=1.6p0⑧-29-命題點一命題點二命題點三命題點四(2)打開K3后,由-30-命題點一命題點二命題點三命題點四思維點撥審題明確:一是開始被活塞分開的兩部分氣體都經(jīng)歷等溫過程,可分別根據(jù)玻意耳定律列出方程求解;二是打開K3后,判斷活塞上升還是下降,弄清穩(wěn)定時的位置,找清兩部分之間壓強和體積關(guān)系,然后根據(jù)實驗定律列出方程;三是再緩慢加熱汽缸內(nèi)氣體后,分析活塞下方氣體所遵循的定律,即可求解。相關(guān)聯(lián)氣體問題涉及兩部分(或兩部分以上)氣體,它們之間無氣體交換,但在壓強或體積這些量間有一定的關(guān)系,分析清楚這些關(guān)系往往是解決問題的關(guān)鍵。解決相關(guān)聯(lián)問題的一般方法是:1.分別選取每部分氣體為研究對象,確定初、末狀態(tài)及其狀態(tài)參量,根據(jù)氣態(tài)方程寫出狀態(tài)參量間的關(guān)系式。2.分析相關(guān)聯(lián)氣體間的壓強或體積之間的關(guān)系并寫出關(guān)系式。3.聯(lián)立求解并選擇物理意義正確的解。-30-命題點一命題點二命題點三命題點四思維點撥審題明確:一-31-命題點一命題點二命題點三命題點四即學(xué)即練3.(2018·全國卷Ⅲ)在兩端封閉、粗細均勻的U形細玻璃管內(nèi)有一段水銀柱,水銀柱的兩端各封閉有一段空氣。當U形管兩端豎直朝上時,左、右兩邊空氣柱的長度分別為l1=18.0cm和l2=12.0cm,左邊氣體的壓強為12.0cmHg。現(xiàn)將U形管緩慢平放在水平桌面上,沒有氣體從管的一邊通過水銀逸入另一邊。求U形管平放時兩邊空氣柱的長度。在整個過程中,氣體溫度不變。-31-命題點一命題點二命題點三命題點四即學(xué)即練-32-命題點一命題點二命題點三命題點四答案:22.5cm

7.5cm解析:設(shè)U形管兩端豎直朝上時,左、右兩邊氣體的壓強分別為p1和p2。U形管水平放置時,兩邊氣體壓強相等,設(shè)為p,此時原左、右兩邊氣柱長度分別變?yōu)閘1'和l2'。由力的平衡條件有p1=p2+ρg(l1-l2)①式中ρ為水銀密度,g為重力加速度大小。由玻意耳定律有p1l1=pl1'②p2l2=pl2'③兩邊氣柱長度的變化量大小相等l1'-l1=l2-l2'④由①②③④式和題給條件得l1'=22.5

cm⑤l2'=7.5

cm⑥-32-命題點一命題點二命題點三命題點四答案:22.5c-33-命題點一命題點二命題點三命題點四熱力學(xué)定律與氣體實驗定律的綜合應(yīng)用一定質(zhì)量的理想氣體不同圖象的比較-33-命題點一命題點二命題點三命題點四熱力學(xué)定律與氣體實驗-34-命題點一命題點二命題點三命題點四-34-命題點一命題點二命題點三命題點四-35-命題點一命題點二命題點三命題點四典例4(2017·全國卷Ⅲ)如圖,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā),經(jīng)過等容過程ab到達狀態(tài)b,再經(jīng)過等溫過程bc到達狀態(tài)c,最后經(jīng)等壓過程ca回到狀態(tài)a。下列說法正確的是(

)A.在過程ab中氣體的內(nèi)能增加B.在過程ca中外界對氣體做功C.在過程ab中氣體對外界做功D.在過程bc中氣體從外界吸收熱量E.在過程ca中氣體從外界吸收熱量答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-35-命題點一命題點二命題點三命題點四典例4(2017·全-36-命題點一命題點二命題點三命題點四思維點撥本題考查了理想氣體的三種特殊狀態(tài)變化,解題時要分析清楚圖象,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程與熱力學(xué)第一定律解題。-36-命題點一命題點二命題點三命題點四思維點撥本題考查了理-37-命題點一命題點二命題點三命題點四即學(xué)即練4.(多選)(2018·廣西桂林模擬)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)歷三個過程ab、bc、ca回到原狀態(tài),其V-T圖象如圖所示,pa、pb、pc分別表示狀態(tài)a、b、c的壓強,下列判斷正確的是(

)A.過程ab中氣體一定吸熱B.pc=pb>paC.過程bc中分子勢能不斷增大D.過程bc中每一個分子的速率都減小E.過程ca中氣體吸收的熱量等于對外界做的功答案解析解析關(guān)閉由題圖知,該理想氣體從a到b為等容變化,外界對氣體做功為零,溫度升高,內(nèi)能增大,根據(jù)ΔU=Q+W,可知氣體一定吸熱,選項A正確;從b到c為等壓變化,故pc=pb,而從a到b為等容變化,根據(jù)查理定律p=CT,可知溫度升高,壓強變大,故pb>pa,選項B正確;理想氣體沒有分子勢能,選項C錯誤;從b到c,溫度降低,分子的平均動能降低,平均速率減小,但不是每一個分子的速率都減小,選項D錯誤;從c到a,氣體發(fā)生等溫變化,內(nèi)能不變,氣體對外界做功,吸收熱量,根據(jù)ΔU=Q+W,氣體吸收的熱量等于對外界做的功,選項E正確。答案解析關(guān)閉ABE-37-命題點一命題點二命題點三命題點四即學(xué)即練答案解析-38-命題點一命題點二命題點三命題點四5.(多選)(2018·遼寧沈陽三模)如圖所示為一定質(zhì)量的理想氣體的p-T圖象,虛線Ob為第一象限橫縱坐標軸的角平分線,ab平行于橫軸,bc平行于縱軸,且ab=bc,ac與Ob交于d點,關(guān)于氣體狀態(tài)的變化,下列說法正確的是(

)A.由狀態(tài)a變化到狀態(tài)b,氣體內(nèi)能增加B.狀態(tài)b的體積大于狀態(tài)d的體積C.由狀態(tài)c變化到狀態(tài)b,外界對氣體做功等于氣體釋放的熱量D.由狀態(tài)d變化到狀態(tài)b,氣體吸收熱量且對外做功E.若∠aOb=15°,狀態(tài)c的體積是狀態(tài)a的體積的3倍答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-38-命題點一命題點二命題點三命題點四5.(多選)(201dsfdbsy384y982ythb3oibt4oy39y409705923y09y53b2lkboi2y58wy0ehtoibwoify98wy049ywh4b3oiut89u983yf9ivh98y98sv98hv98ys9f698y9v698yv98x98tb98fyd98gyd98h98ds98nt98d8genklgb4klebtlkb5ktkeirh893y89ey698vhkrnelkhgi8eyokbnkdhf98hodfhxvy78fd678t9fdu90gys98y9shihixyv78dfhvifndovhf9f8yv9onvkobkwkjfegiudsfdbsy384y982ythb3oibt4oy39y409705923y09y53b2lkboi2y58wy0ehtoibwoify98wy049ywh4b3oiut89u983yf9ivh98y98sv98hv98ys9f698y9v698yv98x98tb98fyd98gyd98h98ds98nt98d8genklgb4klebtlkb5ktkeirh893y89ey698vhkrnelkhgi8eyokbnkdhf98hodfhxvy78fd678t9fdu90gys98y9shihixyv78dfhvifndovhf9f8yv9onvkobkwkjfegiudsfdbsy384y982ythb3oibt4oy39y409705923y09y53b2lkboi2y58wy0ehtoibwoify98wy049ywh4b3oiut89u983yf9ivh98y98sv98hv98ys9f698y9v698yv98x98tb98fyd98gyd98h98ds98nt98d8gendsfdbsy384y982ythb3oibt4oy39y456384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm

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