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高中物理 第八章 氣體 課時6 章末總結(jié)學(xué)案 新人教版選修33

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1、 學(xué)案6 章末總結(jié) 一、氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用 1.玻意耳定律、查理定律、蓋—呂薩克定律可看成是理想氣體狀態(tài)方程在T恒定、V恒定、p恒定時的特例. 2.正確確定狀態(tài)參量是運用氣體實驗定律的關(guān)鍵. 求解壓強的方法:(1)在連通器內(nèi)靈活選取等壓面,由兩側(cè)壓強相等列方程求氣體壓強.(2)也可以把封閉氣體的物體(如液柱、活塞、氣缸等)作為力學(xué)研究對象,分析受力情況,根據(jù)研究對象所處的不同狀態(tài),運用平衡條件或牛頓第二定律列式求解. 3.注意氣體實驗定律或理想氣體狀態(tài)方程只適用于一定質(zhì)量的氣體,對打氣、抽氣、灌氣、漏氣等變質(zhì)量問題,巧妙地選取研究對象,使變質(zhì)量的氣體問

2、題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量的氣體問題. 例1 如圖1所示,兩個側(cè)壁絕熱、頂部和底部都導(dǎo)熱的相同氣缸直立放置,氣缸底部和頂部均有細(xì)管連通,頂部的細(xì)管帶有閥門K.兩氣缸的容積均為V0,氣缸中各有一個絕熱活塞(質(zhì)量不同,厚度可忽略).開始時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),壓強分別為p0和;左活塞在氣缸正中間,其上方為真空;右活塞上方氣體體積為.現(xiàn)使氣缸底與一恒溫?zé)嵩唇佑|,平衡后左活塞升至氣缸頂部,且與頂部剛好沒有擠壓;然后打開K,經(jīng)過一段時間,重新達(dá)到平衡.已知外界溫度為T0,不計活塞與氣缸壁間的摩擦.求: 圖1 (1)恒溫?zé)嵩吹臏囟萒; (2)重新達(dá)到平衡后,左氣缸中活塞

3、上方氣體的體積Vx. 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,氣缸上部保持溫

4、度T0等溫變化,氣缸下部保持溫度T等溫變化.設(shè)左側(cè)上方氣體壓強為p,由pVx=,設(shè)下方氣體壓強為p2:p+=p2,解得p2=p+p0 所以有p2(2V0-Vx)=p0 聯(lián)立上述兩個方程有6V-V0Vx-V=0,解得Vx=V0,另一解Vx=-V0,不符合題意,舍去. 答案 (1)T0 (2)V0 例2 如圖2所示,一定質(zhì)量的氣體放在體積為V0的容器中,室溫為T0=300 K,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),兩邊水銀柱高度差為76 cm,右室容器中連接有一閥門K,可與大氣相通(外界大氣壓

5、等于76 cmHg)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300 K分別加熱到400 K和540 K時,U形管內(nèi)兩邊水銀面的高度差各為多少? 解析 (1)初始時,pA0=p0+ρgh=2 atm,VA0= 打開閥門后,A室氣體等溫變化,pA=1 atm,體積為VA,由玻意耳定律得 pA0 VA0=pAVA VA==V0 (2)假設(shè)打開閥門后,氣體從T0=300 K升高到T時,活塞C恰好到達(dá)容器最右端,即氣體體積變?yōu)閂0,壓強仍為p0,即等壓過程. 根據(jù)蓋—呂薩克定律=得 T=T0=450 K 因為T1=400 K<4

6、50 K,所以pA1=p0,水銀柱的高度差為零. 從T=450 K升高到T2=540 K為等容過程.根據(jù)查理定律=,得pA2=1.2 atm. T2=540 K時,p0+ρgh′=1.2 atm, 故水銀高度差h′=15.2 cm. 答案 (1)V0 (2)0 15.2 cm 二、氣體的圖象問題 要會識別圖象反映的氣體狀態(tài)的變化特點,并且熟練進(jìn)行圖象的轉(zhuǎn)化,理解圖象的斜率、截距的物理意義.當(dāng)圖象反映的氣體狀態(tài)變化過程不是單一過程,而是連續(xù)發(fā)生幾種變化時,注意分段分析,要特別關(guān)注兩階段銜接點的狀態(tài). 1.等溫線 圖3 (1)在p-V圖象中,p與V乘積越大,溫度越高,如圖3甲

7、所示,T2>T1. (2)在p-圖象中,直線的斜率越大,溫度越高,如圖乙所示,T2>T1. 2.等容線 在p-T圖象中,直線的斜率越大,體積越小,如圖4所示,V2

8、:3p0、3T0、V0. V-T圖象和p-V圖象分別如圖甲、乙所示. 答案 見解析圖 圖7 針對訓(xùn)練 如圖7所示,一根上細(xì)下粗、粗端與細(xì)端都均勻的玻璃管上端開口、下端封閉,上端足夠長,下端(粗端)中間有一段水銀封閉了一定質(zhì)量的理想氣體.現(xiàn)對氣體緩慢加熱,氣體溫度不斷升高,水銀柱上升,則被封閉氣體體積和熱力學(xué)溫度的關(guān)系最接近下圖中的(  ) 答案 A 解析 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程=C得:V=T,圖線的斜率為.在水銀柱升入細(xì)管前,封閉氣體先做等壓變化,斜率不變,圖線為直線;水銀柱部分進(jìn)入細(xì)管后,氣體壓強增大,斜率減?。划?dāng)水銀柱全部進(jìn)入細(xì)管后,氣體的壓強又不變,V-T圖線

9、又為直線,只是斜率比原來的?。瓵正確. 1.(氣體實驗定律的應(yīng)用)容積為1 L的燒瓶,在壓強為1.0105 Pa時,用塞子塞住,此時溫度為27 ℃;當(dāng)把它加熱到127 ℃時,塞子被打開了,稍過一會兒,重新把塞子塞好(塞子塞好時瓶內(nèi)氣體溫度仍為127 ℃,壓強為1.0105 Pa),把-273 ℃視作0 K.求: (1)塞子打開前,燒瓶內(nèi)的最大壓強; (2)最終瓶內(nèi)剩余氣體的質(zhì)量與原瓶內(nèi)氣體質(zhì)量的比值. 答案 (1)1.33105 Pa (2) 解析 (1)塞子打開前:選瓶中氣體為研究對象 初態(tài)有 p1=1.0105 Pa,T1=300 K 末態(tài)氣體壓強設(shè)為 p2,T2=4

10、00 K 由查理定律可得 p2=p1≈1.33105 Pa. (2)設(shè)瓶內(nèi)原有氣體體積為V,打開塞子后在溫度為400 K、壓強為1.0105 Pa時氣體的體積為V′ 由玻意耳定律有p2V=p1V′, 可得V′=V 故瓶內(nèi)所剩氣體的質(zhì)量與原瓶內(nèi)氣體質(zhì)量的比值為. 2.(氣體實驗定律及其圖象問題)內(nèi)壁光滑的導(dǎo)熱氣缸豎直浸放在盛有冰水混合物的水槽中,用不計質(zhì)量的活塞封閉壓強為1.0105 Pa、體積為2.010-3 m3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)樵瓉淼囊话耄缓髮飧滓瞥鏊?,緩慢加熱,使氣體溫度變?yōu)?27 ℃. 圖8 (1)求氣缸內(nèi)氣體的最終體

11、積; (2)在圖8上畫出整個過程中氣缸內(nèi)氣體的狀態(tài)變化(外界大氣壓強為1.0105 Pa). 答案 (1)1.4710-3 m3 (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=1.0105 Pa=2.0105 Pa 在緩慢加熱到127 ℃的過程中壓強保持不變,則 = 所以V2=V1=1.010-3 m3 ≈1.4710-3 m3 (2)整個過程中氣缸內(nèi)氣體的狀態(tài)變化如圖所示 3.(氣體實驗定律及圖象問題)1 mol的理想氣體,其狀態(tài)變化的p-V圖象如圖9所示,請畫出對應(yīng)的狀態(tài)變化的p-T圖象和V-T圖象.

12、 圖9 答案 見解析圖 解析 1 mol的理想氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(1 atm,273 K)的體積是22.4 L,所以狀態(tài)A的溫度是273 K. A到B的過程是等容變化,壓強增大1倍,則溫度升高1倍,所以B的溫度是546 K. 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1 092 K. C到D的過程是等容變化,壓強減小,則溫度降低一 半,所以D的溫度是546 K. 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圖象和V-T圖象分別如圖甲、乙所示. 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375

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