2018-2019版高中物理 第二章 氣體章末總結(jié)學(xué)案 教科版選修3-3.doc
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第二章 氣體 章末總結(jié) 一、氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用 1.正確運(yùn)用定律的關(guān)鍵在于狀態(tài)參量的確定,特別是在壓強(qiáng)的確定上. 2.求解壓強(qiáng)的方法:氣體實(shí)驗(yàn)定律的適用對(duì)象是理想氣體,而確定氣體的初、末狀態(tài)的壓強(qiáng)又常以封閉氣體的物體(如液柱、活塞、汽缸等)作為力學(xué)研究對(duì)象,分析受力情況,根據(jù)研究對(duì)象所處的不同狀態(tài),運(yùn)用平衡的知識(shí)、牛頓第二定律等列式求解. 3.分析變質(zhì)量問題時(shí),可以通過巧妙地選擇合適的研究對(duì)象,使這類問題轉(zhuǎn)化為一定質(zhì)量的氣體問題,從而用氣體實(shí)驗(yàn)定律. 4.對(duì)兩部分(或多部分)氣體相關(guān)聯(lián)的問題,分別對(duì)兩部分(或多部分)氣體依據(jù)特點(diǎn)找出各自遵循的規(guī)律及相關(guān)聯(lián)的量,寫出相應(yīng)的方程,最后聯(lián)立求解. 例1 如圖1所示,兩個(gè)側(cè)壁絕熱、頂部和底部都導(dǎo)熱的相同汽缸直立放置,汽缸底部和頂部均有細(xì)管連通,頂部的細(xì)管帶有閥門K.兩汽缸的容積均為V0,汽缸中各有一個(gè)絕熱活塞(質(zhì)量不同,厚度可忽略).開始時(shí)K關(guān)閉,兩活塞下方和右活塞上方充有氣體(可視為理想氣體),壓強(qiáng)分別為p0和;左活塞在汽缸正中間,其上方為真空;右活塞上方氣體體積為.現(xiàn)使汽缸底與一恒溫?zé)嵩唇佑|,平衡后左活塞升至汽缸頂部,且與頂部剛好沒有擠壓;然后打開K,經(jīng)過一段時(shí)間,重新達(dá)到平衡.已知外界溫度為T0,不計(jì)活塞與汽缸壁間的摩擦.求: 圖1 (1)恒溫?zé)嵩吹臏囟萒; (2)重新達(dá)到平衡后,左汽缸中活塞上方氣體的體積Vx. 答案 (1)T0 (2)V0 解析 (1)設(shè)左、右活塞的質(zhì)量分別為M1、M2,左、右活塞的橫截面積均為S 由活塞平衡可知:p0S=M1g① p0S=M2g+得M2g=p0S② 打開閥門后,由于左邊活塞上升到頂部,但對(duì)頂部無壓力,所以下面的氣體發(fā)生等壓變化,而右側(cè)上方氣體的溫度和壓強(qiáng)均不變,所以體積仍保持V0不變,所以當(dāng)下面接觸溫度為T的恒溫?zé)嵩捶€(wěn)定后,活塞下方體積增大為(V0+V0),則由等壓變化:= 解得T=T0 (2)如圖所示,當(dāng)把閥門K打開重新達(dá)到平衡后,由于右側(cè)上部分氣體要充入左側(cè)的上部,且由①②兩式知M1g>M2g,打開活塞后,左側(cè)活塞降至某位置,右側(cè)活塞升到頂端,汽缸上部保持溫度T0等溫變化,汽缸下部保持溫度T等溫變化.設(shè)左側(cè)上方氣體壓強(qiáng)為p,由pVx=,設(shè)下方氣體壓強(qiáng)為p2:p+=p2,解得p2=p+p0 所以有p2(2V0-Vx)=p0 聯(lián)立上述兩個(gè)方程有6Vx2-V0Vx-V02=0,解得Vx=V0,另一解Vx=-V0,不符合題意,舍去. 例2 如圖2所示,一定質(zhì)量的理想氣體放在體積為V0的容器中,室溫為T0=300K,有一光滑導(dǎo)熱活塞C(不占體積)將容器分成A、B兩室,B室的體積是A室的兩倍,A室容器上連接有一U形管(U形管內(nèi)氣體的體積忽略不計(jì)),兩邊水銀柱高度差為76cm,右室容器中連接有一閥門K,可與大氣相通(外界大氣壓等于76cmHg),求: 圖2 (1)將閥門K打開后,A室的體積變成多少? (2)打開閥門K后將容器內(nèi)的氣體從300K分別加熱到400K和540K,U形管內(nèi)兩邊水銀面的高度差各為多少? 答案 (1)V0 (2)0 15.2cm 解析 (1)初始時(shí),pA0=p0+ρ水銀gh=152cmHg, VA0= 打開閥門后,A室氣體等溫變化,pA=76cmHg,體積為VA,由玻意耳定律得 pA0VA0=pAVA VA==V0 (2)假設(shè)打開閥門后,氣體從T0=300K升高到T時(shí),活塞C恰好到達(dá)容器最右端,即氣體體積變?yōu)閂0,壓強(qiáng)pA仍為p0,即等壓過程. 根據(jù)蓋呂薩克定律=得 T=T0=450K 因?yàn)門1=400K<450K,所以pA1=pA=p0,水銀柱的高度差為零. 從T=450K升高到T2=540K為等容過程.根據(jù)查理定律=,得pA2=91.2cmHg. T2=540K時(shí),p0+ρ水銀gh′=91.2cmHg, 故水銀高度差h′=15.2cm. 例3 如圖3甲所示,一導(dǎo)熱性能良好、內(nèi)壁光滑的汽缸水平放置,橫截面積為S=210-3m2、質(zhì)量為m=4kg、厚度不計(jì)的活塞與汽缸底部之間封閉了一部分理想氣體,此時(shí)活塞與汽缸底部之間的距離為24cm,在活塞的右側(cè)12cm處有一對(duì)與汽缸固定連接的卡環(huán),氣體的溫度為300K,大氣壓強(qiáng)p0=1105Pa.現(xiàn)將汽缸豎直放置,如圖乙所示,取g=10m/s2.求: 圖3 (1)活塞與汽缸底部之間的距離; (2)加熱到675K時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng). 答案 (1)20cm (2)1.5105Pa 解析 (1)以汽缸內(nèi)氣體為研究對(duì)象, 初狀態(tài):p1=p0=1105Pa T1=300K,V1=24cmS 末狀態(tài):p2=p0+=1.2105Pa T1=T2,V2=HS 由玻意耳定律得p1V1=p2V2 解得H=20cm. (2)假設(shè)活塞能到達(dá)卡環(huán)處,則 T3=675K,V3=36cmS 由理想氣體狀態(tài)方程= 得p3=1.5105Pa>p2=1.2105Pa 所以活塞能到達(dá)卡環(huán)處,封閉氣體壓強(qiáng)為1.5105Pa. 二、氣體的圖像問題 要會(huì)識(shí)別圖像反映的氣體狀態(tài)的變化特點(diǎn),并且熟練進(jìn)行圖像的轉(zhuǎn)化,理解圖像的斜率、截距的物理意義.當(dāng)圖像反映的氣體狀態(tài)變化過程不是單一過程,而是連續(xù)發(fā)生幾種變化時(shí),注意分段分析,要特別關(guān)注兩階段銜接點(diǎn)的狀態(tài). 例4 (多選)一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)變化過程的p-V圖像如圖4所示,其中A是初狀態(tài),B、C是中間狀態(tài),A→B是等溫變化,如將上述變化過程改用p-T圖像和V-T圖像表示,則下列各圖像中正確的是( ) 圖4 答案 BD 解析 在p-V圖像中,由A→B,氣體經(jīng)歷的是等溫變化過程,氣體的體積增大,壓強(qiáng)減??;由B→C,氣體經(jīng)歷的是等容變化過程,根據(jù)查理定律=,pC>pB,則TC>TB,氣體的壓強(qiáng)增大,溫度升高;由C→A,氣體經(jīng)歷的是等壓變化過程,根據(jù)蓋呂薩克定律=,VC>VA,則TC>TA,氣體的體積減小,溫度降低.A項(xiàng)中,B→C連線不過原點(diǎn),不是等容變化過程,A錯(cuò)誤;C項(xiàng)中,B→C體積減小,C錯(cuò)誤;B、D兩項(xiàng)符合全過程.綜上所述,正確答案選B、D. 例5 一定質(zhì)量的理想氣體,在狀態(tài)變化過程中的p-T圖像如圖5所示.在A狀態(tài)時(shí)的體積為V0,試畫出對(duì)應(yīng)的V-T圖像和p-V圖像. 圖5 答案 見解析圖 解析 對(duì)氣體A→B的過程,根據(jù)玻意耳定律,有p0V0=3p0VB,則VB=V0,C→A是等容變化.由此可知A、B、C三點(diǎn)的狀態(tài)參量分別為:A:p0、T0、V0;B:3p0、T0、V0;C:3p0、3T0、V0. V-T圖像和p-V圖像分別如圖甲、乙所示. 例6 1mol的理想氣體,其狀態(tài)變化的p-V圖像如圖6所示,請(qǐng)畫出對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變化的p-T圖像和V-T圖像. 圖6 答案 見解析圖 解析 1mol的理想氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(1atm,273K)的體積是22.4L,所以狀態(tài)A的溫度是273K. A到B的過程是等容變化,壓強(qiáng)增大1倍,則溫度升高1倍,所以B的溫度是546K. B到C的過程是等壓變化,體積增大1倍,則溫度升高1倍,所以C的溫度是1092K. C到D的過程是等容變化,壓強(qiáng)減小,則溫度降低一半,所以D的溫度是546K. D到A的過程是等壓變化,體積減小,則溫度降低一半. 因此,p-T圖像和V-T圖像分別如圖甲、乙所示. 例7 如圖7甲所示,內(nèi)壁光滑的導(dǎo)熱汽缸豎直浸放在盛有冰水混合物的水槽中,用不計(jì)質(zhì)量的活塞封閉壓強(qiáng)為1.0105Pa、體積為2.010-3m3的理想氣體,現(xiàn)在活塞上方緩慢倒上沙子,使封閉氣體的體積變?yōu)樵瓉淼囊话?,然后將汽缸移出水槽,緩慢加熱,使氣體溫度變?yōu)?27℃. 圖7 (1)求汽缸內(nèi)氣體的最終體積; (2)在圖乙上畫出整個(gè)過程中汽缸內(nèi)氣體的狀態(tài)變化(外界大氣壓強(qiáng)為1.0105Pa). 答案 (1)1.4710-3m3 (2)見解析圖 解析 (1)在活塞上方倒沙的全過程中溫度保持不變, 即p0V0=p1V1 解得p1=p0=1.0105Pa=2.0105Pa 在緩慢加熱到127℃的過程中壓強(qiáng)保持不變,則= 所以V2=V1=1.010-3m3≈1.4710-3m3. (2)整個(gè)過程中汽缸內(nèi)氣體的狀態(tài)變化如圖所示- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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