《高中物理第二章气体微型专题课件教科版选修3_3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理第二章气体微型专题课件教科版选修3_3（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、微型专题气体实验定律的应用 第二章气体 学习目标 1 会计算封闭气体的压强 2 会处理变质量问题 3 理解液柱移动问题的分析方法 4 能用气体实验定律解决一些综合问题 内容索引 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 重点探究 1 容器静止或匀速运动时求封闭气体的压强 1 连通器原理 取等压面法 在连通器中 同一液体 中间液体不间断 的同一水平液面上的压强是相等的 液体内深h处的总压强p p0 gh p0为液面上方的压强 注意 在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强ph gh时 应特别注意h是表示液面间竖直高度 不一定是液柱长度 求由液体封闭的气体压强 应选择最低液面列平衡方程 2
2、 受力平衡法 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 的受力平衡方程 求得气体的压强 一 封闭气体压强的计算 2 容器加速运动时求封闭气体的压强当容器加速运动时 通常选择与气体相关联的液柱 固体等作为研究对象 进行受力分析 然后由牛顿第二定律列方程 求出封闭气体的压强 例1若已知大气压强为p0 在图1中各装置均处于静止状态 求被封闭气体的压强 重力加速度为g 答案 解析 图1 答案甲 p0 gh乙 p0 gh丙 p0 gh丁 p0 gh1 解析在题图甲中 以高为h的液柱为研究对象 由平衡方程知 p气S ghS p0S得p气 p0 gh在题图乙中 以B液面为研究对
3、象 由平衡方程有 pAS ghS p0Sp气 pA p0 gh在题图丙中 以液面B为研究对象 有 pA gh sin60 pB p0 在题图丁中 以液面A为研究对象 由平衡方程得 pAS p0 gh1 S得p气 pA p0 gh1 例2如图2所示 设活塞质量为m 活塞面积为S 汽缸质量为M 重力加速度为g 求被封闭气体的压强 答案 解析 图2 解析甲中选活塞为研究对象 由合力为零得p0S mg pS 乙中选汽缸为研究对象 得pS Mg p0S 丙中选整体为研究对象得F M m a 再选活塞为研究对象得F p0S pS ma 例3图3中相同的A B汽缸的长度 横截面积分别为30cm和20cm2
4、C是可在汽缸B内无摩擦滑动的 体积不计的活塞 D为阀门 整个装置均由导热材料制成 起初阀门关闭 A内有压强为pA 2 0 105Pa的氮气 B内有压强为pB 1 0 105Pa的氧气 活塞C处于图中所示位置 阀门打开后 活塞移动 最后达到平衡 求活塞C移动的距离及平衡后B中气体的压强 假定氧气和氮气均为理想气体 连接汽缸的管道体积可忽略不计 图3 答案10cm1 5 105Pa 答案 解析 解析由玻意耳定律 对A部分气体有 pALS p L x S对B部分气体有 pBLS p L x S代入相关数据解得 x 10cmp 1 5 105Pa 解决汽缸类问题的一般思路1 弄清题意 确定研究对象 一
5、般来说 研究对象分两类 一类是热学研究对象 一定质量的气体 另一类是力学研究对象 汽缸 活塞或某系统 2 分析清楚题目所述的物理过程 对热学研究对象分析清楚初 末状态及状态变化过程 依据气体实验定律列出方程 对力学研究对象要进行正确的受力分析 依据力学规律列出方程 3 注意挖掘题目的隐含条件 如压强关系 体积关系等 列出辅助方程 4 多个方程联立求解 对求解的结果注意检验它们的合理性 二 变质量问题 例4某种喷雾器的贮液筒的总容积为7 5L 如图4所示 装入6L的药液后再用密封盖将贮液筒密封 与贮液筒相连的活塞式打气筒每次能压入300cm3 1atm的空气 设整个过程温度保持不变 求 答案 答
6、案15 图4 1 要使贮液筒中空气的压强达到4atm 打气筒应打压几次 解析设每打一次气 贮液筒内增加的压强为p 整个过程温度保持不变 由玻意耳定律得 1atm 300cm3 1 5 103cm3 p p 0 2atm 解析 答案 答案1 5L 2 在贮液筒中空气的压强达到4atm时 打开喷嘴使其喷雾 直到内外气体压强相等 这时筒内还剩多少药液 解析 解析设停止喷雾时贮液筒内气体体积为V由玻意耳定律得 4atm 1 5L 1atm VV 6L故还剩药液7 5L 6L 1 5L 在对气体质量变化的问题分析和求解时 首先要将质量变化的问题变成质量不变的问题 否则不能应用气体实验定律 如漏气问题 不
7、管是等温漏气 等容漏气 还是等压漏气 都要将漏掉的气体收回来 可以设想有一个 无形弹性袋 收回漏气 且漏掉的气体和容器中剩余气体同温 同压 这样就把变质量问题转化为定质量问题 然后再应用气体实验定律求解 三 液柱移动问题 用液柱或活塞隔开两部分气体 当气体温度变化时 气体的状态参量p V T都发生了变化 直接判断液柱或活塞的移动方向比较困难 通常先进行气体状态的假设 然后应用查理定律求解 其一般思路为 1 先假设液柱或活塞不动 两部分气体均做等容变化 说明 液柱是否移动 取决于液柱两端受力是否平衡 当液柱两边横截面积相等时 只需比较压强的变化量 液柱两边横截面积不相等时 则应比较变化后液柱两边
8、受力的大小 答案 例5如图5所示 两端封闭粗细均匀 竖直放置的玻璃管内有一长为h的水银柱 将管内气体分为两部分 已知l2 2l1 若使两部分气体同时升高相同的温度 则管内水银柱将 设原来温度相同 A 向上移动B 向下移动C 水银柱不动D 无法判断 解析 图5 此类问题中 如果是气体温度降低 则 T为负值 p亦为负值 表示气体压强减小 那么降温后水银柱应该向压强减小得多的一方移动 四 气体实验定律的综合应用 应用气体实验定律的解题步骤 1 确定研究对象 即被封闭的气体 2 分析被研究气体在状态变化时是否符合定律条件 是否是质量和体积保持不变或质量和压强保持不变 3 确定初 末两个状态的六个状态参
9、量p1 V1 T1 p2 V2 T2 4 按玻意耳定律 查理定律或盖吕萨克定律列式求解 5 求解结果并分析 检验 答案 例6如图6所示 上端开口的光滑圆柱形汽缸竖直放置 横截面积为40cm2的活塞将一定质量的气体和一形状不规则的固体A封闭在汽缸内 在汽缸内距缸底60cm处设有a b两限制装置 使活塞只能向上滑动 开始时活塞搁在a b上 缸内气体的压强为p0 p0 1 0 105Pa为大气压强 温度为300K 现缓慢加热汽缸内气体 当温度为330K时 解析 图6 活塞恰好离开a b 当温度为360K时 活塞上升了4cm g取10m s2 求 1 活塞的质量 答案4kg 解析设物体A的体积为 V
10、T1 300K p1 1 0 105Pa V1 60 40 V cm3 T3 360K p3 p2 V3 64 40 V cm3 代入数据得m 4kg 答案 解析 2 物体A的体积 答案640cm3 代入数据得 V 640cm3 达标检测 1 压强的计算 如图7所示 汽缸悬挂在天花板上 缸内封闭着一定质量的气体A 已知汽缸质量为m1 活塞的横截面积为S 质量为m2 活塞与汽缸之间的摩擦不计 外界大气压强为p0 求气体A的压强pA 重力加速度为g 答案 1 2 3 4 解析 图7 解析对活塞进行受力分析 如图所示 活塞受三个力作用而平衡 由力的平衡条件可得pAS m2g p0S 2 压强的计算
11、求图8中被封闭气体A的压强 其中 1 2 3 图中的玻璃管内都装有水银 4 图中的小玻璃管浸没在水中 大气压强p0 76cmHg p0 1 01 105Pa g 10m s2 水 1 103kg m3 答案 解析 1 2 3 4 图8 答案 1 66cmHg 2 71cmHg 3 81cmHg 4 1 13 105Pa 解析 1 pA p0 ph 76cmHg 10cmHg 66cmHg 2 pA p0 ph 76cmHg 10sin30 cmHg 71cmHg 3 pB p0 ph2 76cmHg 10cmHg 86cmHgpA pB ph1 86cmHg 5cmHg 81cmHg 4 pA
12、 p0 水gh 1 01 105Pa 1 103 10 1 2Pa 1 13 105Pa 1 2 3 4 3 变质量问题 一只两用活塞气筒的原理如图9所示 打气时如图甲所示 抽气时如图乙所示 其筒内体积为V0 现将它与另一只容积为V的容器相连接 容器内的空气压强为p0 当分别作为打气筒和抽气筒时 活塞工作n次后 在上述两种情况下 容器内的气体压强分别为 大气压强为p0 图9 答案 解析 1 2 3 4 解析打气时 活塞每推动一次 就把体积为V0 压强为p0的气体推入容器内 若活塞工作n次 就是把压强为p0 体积为nV0的气体压入容器内 容器内原来有压强为p0 体积为V的气体 根据玻意耳定律得
13、p0 V nV0 p V 1 2 3 4 抽气时 活塞每拉动一次 就把容器中的气体的体积从V膨胀为V V0 而容器中的气体压强就要减小 活塞推动时 将抽气筒中的体积为V0的气体排出 而再次拉动活塞时 又将容器中剩余的气体的体积从V膨胀到V V0 容器内的压强继续减小 根据玻意耳定律得 第一次抽气p0V p1 V V0 1 2 3 4 第二次抽气p1V p2 V V0 A 不动B 向左移动C 向右移动D 无法确定是否移动 4 液柱移动问题 两端封闭 内径均匀的直玻璃管水平放置 如图10所示 V左 V右 温度均为20 现将右端空气柱的温度降为0 左端空气柱的温度降为10 则管中水银柱将 答案 解析 1 2 3 4 图10 解析设降温后水银柱不动 则两段空气柱均为等容变化 初始状态左右压强相等 即p左 p右 p 1 2 3 4 所以 p右 p左 即右侧空气柱的压强降低得比左侧空气柱的压强多 故水银柱向右移动 选项C正确
