《上海市2019-2020学年等级考高三物理一轮复习：气体综合》由会员分享，可在线阅读，更多相关《上海市2019-2020学年等级考高三物理一轮复习：气体综合（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 课程主题 气体综合 学习目标 1 理解气体分子动理论的知识 2 掌握三种气体变化的规律和变化计算 3 掌握图像法解题 4 掌握气体与其他知识的结合时的解决方法 教学内容 1 气体的状态参量 1 温度 温度在宏观上表示物体的冷热程度 在微观上是分子平均动能大小的标志 热力学温度是国际单位制中的基本量之一 符号T 单位 K 开尔文 摄氏温度是导出单位 符号t 单位 摄氏度 关系是t T 273 15K 两种温度间的关系可以表示为 T t 273 15K和 T t 注意两种单位制下每一度的间隔是相同的 0K 是低温的极限 它表示所有分子都停止了热运动 可以无限接近 但永远不能达到 2 体积 气体
2、总是充满它所在的容器 所以气体的体积总是等于盛装气体的容器的容积 3 压强 气体的压强是由于气体分子频繁碰撞器壁而产生的 绝不能用气体分子间的斥力解释 一般情况下不考虑气体本身的重力 所以同一容器内气体的压强处处相等 但大气压在宏观上可以看成是大 气受地球吸引而产生的重力而引起的 压强的国际单位是帕 符号Pa 常用的单位还有标准大气压 atm 和毫米汞柱 mmHg 它们间的关系是 1 atm 1 013 105Pa 760 mmHg 1 mmHg 133 3Pa 2 理想气体状态方程 一定质量的理想气体 其压强 体积和热力学温度在开始时分别为P1 V1 T1 经过某一变化过程后分别变成 2 P
3、2 V2 T2 则应有 这就是理想气体状态方程 C T pV T Vp T Vp 2 22 1 11 推论 对一定质量的理想气体 设密度为 有 V m 则 理想气体的状态方程是根据三条气体实验定律中的任意两条 如 玻意耳定律和查理定律 推导而得的 证明 如图所示 ab 为等容变化 根据查理定律有P1 T1 Pc T2 bc 为等温变化 根据波意耳定律有 Pc V1 P2 V2 两式联立起来 得到Pc P1 T1 T2 P2 V2 V1 变形得到 2 22 1 11 T Vp T Vp 3 分子动理论的三个观点 描述热现象的一个基本概念是温度 凡是跟温度有关的现象都叫做热现象 分子动理论是从物质
4、微观结构的 观点来研究热现象的理论 它的基本内容是 物体是由大量分子组成的 分子永不停息地做无规则运动 分 子间存在着相互作用力 4 分子永不停息地做无规则运动的实验事实 物体里的分子永不停息地做无规则运动 这种运动跟温度有关 所以通常把分子的这种运动叫做热运动 1 扩散现象和布朗运动都可以很好地证明分子的热运动 2 布朗运动是指悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动 关于布朗运动 要注意以下几点 形成条件是 只要微粒足够小 温度越高 布朗运动越激烈 观察到的是固体微粒 不是液体 不是固体分子 的无规则运动 反映的是液体分子运动的无规则性 3 实验中描绘出的是某固体微粒每隔30 秒的位置的连线 不
5、是该微粒的运动轨迹 5 分子力的特点 分子间同时存在引力和斥力 引力和斥力都随着距离的增大而减小 斥力比引力变化得快 6 理想气体的实验定律 定律 变化 过程 内容表述数学表达式图像描述 玻意 耳 马略 特定律 等 温 变 化 一定质量的气体 在温度不变的 情况下 它的压强跟体积成反 比 或压强跟体积乘积是不变 的 恒量pV V V p p 2 1 1 2 2 1 查理定律 等 容 变 化 1 一定质量的气体 在体积不变 的情况下 温度每升高 或降低 1 增加 或减少 的压强等于 它在 0 时压强的1 273 2 一定质量的气体 在体积不变 的情况下 它的压强跟热力学温 度成正比 2 1 2
6、1 0 00 273 1 273 T T p p t pp p t pp t t 4 盖 吕萨 克定律 等 压 变 化 1 一定质量的气体 在压强不变 的情况下 温度每升高 或降低 1 增加 或减少 的体积等于 它在 0 时压强的1 273 2 一定质量的气体 在体积不变 的情况下 它的体积跟热力学温 度成正比 7 气体的体积 压强 温度间的关系 1 一定质量的气体 在温度不变的情况下 体积减小 压强增大 2 一定质量的气体 在压强不变的情况下 温度升高 体积增大 3 一定质量的气体 在体积不变的情况下 温度升高 压强增大 例题分析 一 气体中的能量分析 例 1 一定质量的理想气体 封闭在带活
7、塞的汽缸中 气体从状态a 出发 经历 ab bc cd da四个过程回到状态a 各过程的压强p 与温度 T 的关系如图7 87 所示 其 中气体不对外界做功 外界也不对气体做功的过程是 放热的过程是 外界对气体做功的过程是 内能不变的过程是 答案 ab cd da bc 二 关于气体与力学平衡结合的问题 例 2 一端封闭的玻璃管自重为G 内装一段高为h 的水银柱 封闭了一定质量的理想气体 现将玻璃管封闭端 用弹簧秤悬起 另一端没入水银槽中 如图 7 88 所示 当玻璃管没入一定深度后弹簧秤的示 数为 G 若当时的大气压强为p 则此时管内上方气体的压强为 玻璃管内 外 水银面的高度差 x 为 若
8、外界大气压强变大 则弹簧秤示数将 设 玻璃管壁的厚度不计 5 答案 p h 变小变大 三 气体实验定律的应用 例 3 某同学用烧瓶与玻璃管等器材制作了如图7 92 所示的简易测温装置 他用水银滴放在竖直管内封内部气 体 并将竖直管如图细分100 个等份刻度 该同学将两天的数据记录在表内 观察时间第一天 6 00 8 00 10 00 12 0 0 6 00 8 00 10 00 实际温度 水银滴所在刻度 1 由第一天数据可知 密闭气体状态变化符合 气体实验规律 2 由第一天数据推断 该测温装置的测温的测温范围是 3 发现第二天与第一天在同温下水银滴所在刻度不一致 分析产生此现象的可能原因是 或
9、 答案 1 盖 吕萨克定律 2 3 2 23 2 3 气体漏出或外界大气压增大 例 4 某同学设计了一种温度计 其结构如图7 93 所示 玻璃泡A 内封有一定质量的气体 与 A 相连的管B 插 在水银槽中 管内水银面的高度x 即可反映泡内气体的温度 即环境温度 并可由 B 管上的刻度直接读出 设B 管的体积与A 泡的体积相比可略去不计 该同学在某大气压下提供不同的环境温度对B 管进行温度刻度 测量 获得的数据及B 管上的温度刻度如表所示 环境温度t 27 0 27 54 81 100 汞柱高 x cm 25 8 20 4 15 9 6 4 2 0 4 温度刻度t 27 0 27 54 81 1
10、00 6 该同学将上表中环境温度t 和汞柱高x cm 的数据输入图形计算器 绘制出 x T 图像 如图 7 94 所示 请根据 图像提供的信息 1 写出汞柱高度x 随环境热力学温度T 变化的函数关系式 2 推断出当时的大气压强值p0 cmHg 玻璃泡 A 内气体压强p 与气体温度T 的比例常量 C cmHg k 3 由于大气压要随季节和天气的变化 所以用这种测温装置来测量温度不可避免地会产生误差 若有一次测 量时大气压P0 比上述大气压p 低了 1cmHg 那么 此次测出的温度测量值与其实际的真实值相比是 填 偏大 或 偏小 的 测量值与实际值相差 答案 1 x 75 0 2T 2 75 0
11、2 3 偏大 5 四 如何正确分析气体的末态 例 5 如图 7 95 所示 长为 100m 一开口 一端封闭的均匀直玻璃管 开口向上竖直时 一段长为 15m 的水银柱封闭了一段长65cm 的气柱大气压强为A 75cmHg 若保持温度不变 将玻璃管在 竖直平面内缓慢地顺时针旋转240 角 则终管内气柱长为多少 答案 83cm 例 6 一粗细均匀 底部封闭的细长玻璃管如图7 96 所示 距离底端45cm 处通一水平玻璃 管与大气相通 在玻璃管的竖直部分和水平部分有相连的水银柱 长度如图7 96 所示 单位为 厘米 玻璃管的上端有一活塞 管内封闭了两段长度为30cm 的空气柱A 和 B 外界大气压强
12、为 75cmHg 现向上提升活塞 问 活塞至少向上提升多少距离 可使 A B 两部分空气柱的体积之比 7 达最大 其体积最大值是多少 答案 25cm 4 3 例 7 细长的截面均匀的U 形玻璃管 两端都开口 管内有两段水银柱封闭着一段空气柱 若 气体温度是300K 时 空气柱在 U 形管的左侧 A B 两点之间长为15cm 如图 7 97 所示 图中 标注长度的单位是cm 若保持气体的温度不变 从左侧开口处缓慢地再注入25cm 长的水 银柱 管内的空气柱长为多少 为了使这段空气柱长度恢复到15cm 且回到 A B 两点之间 可以向 U 形管内再注人一些水银 且改变气体的温度 求从左右哪一侧注入
13、多长的水银柱 气体的温度变为多少 大气压强相当于75cmHg产生的压强 下面是某同学的部分解法 由于左侧开口处缓慢地再注入25cm 长的水银柱 所以气体末态压强变为125cmHg 根据玻意耳定律 有 pV1 p2V2 100 155 125 L2S 得 L2 12cm 你认为该同学的解法是否正确 试说明理由并继续完成该题解答 答案 12 5cm 课堂检测 1 如图 7 103 所示 一根内径均匀的薄壁玻璃管竖直插在水银槽中 管中有一部分水银柱 上端封闭着一部分 气体 用手向上提起玻璃管 不计管壁与水银之间的摩擦 手恰好能提动玻璃管时 手竖直向上提管的力的大小 等于 A 玻璃管本身的重力 B 玻
14、璃管本身的重力加上大气压对管的作用力 8 C 玻璃管本身的重力减去封闭气体对管的压力 D 玻璃管本身的重力加上管内水银柱 从槽内水银面算起 的重力 答案 D 2 如图 7 104 所示 一定质量的空气被水银封闭在静止的倒置于竖直平面的U形玻璃管内 左管下端开口且足 够长 右管内水银面比左管内水银面高h 使 h 变小的原因可能是 A 环境温度升高 B 大气压强增大 C U 形玻璃管自由下落 D 把 U形玻璃管转置开口竖直向上静置 答案 BCD 3 如图 7 106 所示 A 为玻璃泡 A 中封有一定量的空气 B 为很细的均匀玻璃管 倒插在水银槽中 当外界大气压不变时 B管中水面的高度与泡内空气度
15、 即外境度 一一对应 故它是一种温度计 则以下说法中 正确的是 A 温度刻度线的间距是均匀的 B 若外界大气压变大 则此温度计的示数大于实际温度 C 若外界大气压变小 则此温度计的示数大于实际温度 D 只要知道刻度时的外界大气压和测温时的外界大气压 通过计算此温度计仍能准确测温 答案 ACD 4 在用注射器验证玻意耳定律的实验中 利用 p 1 V 图线来验证玻马定律时 若画出的图线 不是直线 而可能出现了如图7 107 所示的情景 则可能的原因是 A 下弯时可能是实验过程中温度降低了 9 B 下弯时可能是实验过程中气体的质量减少了 C 上弯时可能是实验过程中气体的压强太大了 D 上弯时可能是实
16、验过程中气体的温度太低了 答案 AB 5 如图 7 108 所示是验证查理定律和盖 吕萨克定律的实验装置 如果将烧瓶放入盛有冰水混合液的圆筒容器 内时 U 形管的左右汞面有一定高度差 下列关于控制等容变化和等压变化过程的正确做 法是 A 当圆筒容器内水温升高时 要保持烧瓶内气体体积不变 应竖直下降A管 B 当圆筒容器内水温升高时 要保持烧瓶内气体体积不变 应竖直上提A管 C 当圆筒容器内水温升高时 要保持烧瓶内气体压强不变 应竖直上提A管 D 当圆筒容器内水温升高时 要保持烧瓶内气体压强不变 应竖直下降A管 答案 BD 6 如图 7 109 所示 一个质量可不计的活塞将一定量的理想气体封闭在上端开口的直立圆筒形气缸内 活塞上 堆放着铁砂 最初活塞搁置在气缸内壁的固定卡环上 气体柱的高度为H0 10cm 气体的温度 T 300K 压强为大气压强po现对气体缓慢加热 当气体温度升高到360K时 活塞 及铁砂 开 始离开卡环而上升 此后在维持温度不变的条件下缓慢取走铁砂 已知活塞的横截面积是 20cm2 大气压强p 为 1 105Pa 不计活塞与气缸之间的摩擦 求 1 最初活塞上堆放着的铁砂
