资源简介 第78课时 专题强化:液柱移动问题 关联气体问题目标要求 1.掌握液柱移动问题特点及分析方法。2.会分析关联气体问题,提高建模能力和综合分析能力。1.液柱移动问题定性分析液柱移动问题常使用假设推理法,根据题假设液柱不动,运用相应的物理规律及有关知识进行严谨的推理,得出正确的答案。常用推论有两个:(1)查理定律的分比形式:=或Δp=p。(2)盖—吕萨克定律的分比形式:=或ΔV=V。例1 (2025·广东中山市华侨中学检测)竖直放置的粗细均匀、两端封闭的细长玻璃管中,有一段水银柱将管中气体分为A和B两部分,如图所示。已知两部分气体A和B的体积关系是VB=3VA,温度相同,将玻璃管温度均升高相同温度的过程中,水银将( )A.向A端移动B.向B端移动C.始终不动D.以上三种情况都有可能答案 B解析 对一定质量的密闭气体进行等容变化分析=,得Δp=·ΔT,初始时,设气体A的压强为pA,气体B的压强为pB,水银柱的高度为h,则pB+ρ水银gh=pA,故初始时气体A的压强大于气体B的压强。初始温度相同,升高相同温度时,A增加的压强大于B增加的压强,水银柱将向B端移动,故选B。例2 (多选)(2025·河南卷·10)如图,一圆柱形汽缸水平固定,其内部被活塞M、P、N密封成两部分,活塞P与汽缸壁均绝热且两者间无摩擦。平衡时,P左、右两侧理想气体的温度分别为T1和T2,体积分别为V1和V2,T1A.固定M、N,若两侧气体同时缓慢升高相同温度,P将右移B.固定M、N,若两侧气体同时缓慢升高相同温度,P将左移C.保持T1、T2不变,若M、N同时缓慢向中间移动相同距离,P将右移D.保持T1、T2不变,若M、N同时缓慢向中间移动相同距离,P将左移答案 AC解析 假设在升温的过程中P不发生移动,则左、右两侧气体均做等容变化,由查理定律=可得Δp=ΔT,因初始时p相同,T1Δp右,则假设不成立,活塞P向右移动,A正确,B错误;保持温度不变,M、N缓慢向中间移动相同的距离,根据理想气体状态方程,对左侧气体有=C1,p=,同理可得p=,若P不移动,则>,即p1>p2,故P将向右移动,C正确,D错误。2.关联气体问题由液柱或活塞封闭的两部分(或多部分)气体,并且由液柱或汽缸相互关联的问题,解题基本思路:(1)分别选取各部分气体为研究对象,找出它们各自遵循的规律,并写出相对应的方程。(2)依据平衡条件写出各部分气体之间的压强关系,依据几何关系写出各部分气体的体积关系式,作为辅助方程。(3)活塞类通过连接杆连接问题通常结合受力分析,灵活采用整体法与隔离法求解压强。(4)多个方程联立求解。若有必要,注意检验求解结果的合理性。例3 (2023·全国乙卷·33(2))如图,竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为20 cm的A、B两段细管组成,A管的内径是B管的2倍,B管在上方。管内空气被一段水银柱隔开。水银柱在两管中的长度均为10 cm。现将玻璃管倒置使A管在上方,平衡后,A管内的空气柱长度改变1 cm。求B管在上方时,玻璃管内两部分气体的压强。(气体温度保持不变,以cmHg为压强单位)答案 pA=74.36 cmHg pB=54.36 cmHg解析 设B管在上方时上部分气体压强为pB,下部分气体压强为pA,此时有pA=pB+20 cmHg倒置后A管气体压强变小,即空气柱长度增加1 cm,A管中水银柱长度减小1 cm,又因为SA=4SB可知B管中水银柱长度增加4 cm,空气柱长度减小4 cm;设此时两管的压强分别为pA'、pB',所以有pA'+23 cmHg=pB'倒置前后温度不变,根据玻意耳定律,对A管内空气柱有pASALA=pA'SALA'对B管内空气柱有pBSBLB=pB'SBLB'其中LA'=10 cm+1 cm=11 cmLB'=10 cm-4 cm=6 cm联立以上各式解得pA=74.36 cmHg,pB=54.36 cmHg。例4 (2025·山东日照市三模)如图所示,高度为h、内部横截面积为S的绝热汽缸竖直放置,厚度均不计的绝热活塞A和导热活塞B封闭两部分理想气体。初始时活塞A与汽缸底面之间的距离为h,两活塞之间的距离为h,两部分气体和外界温度均为T0,大气压强为p0。现通过电热丝对区域甲内的气体缓慢加热,当活塞B到达汽缸口时停止加热并立即锁定活塞B,然后打开阀门K,气体缓慢漏出,经过足够长的时间,区域乙内剩余气体的质量是原来质量的。已知活塞A的质量不计,活塞B的质量为(g为当地重力加速度),两活塞与汽缸之间接触良好且无摩擦,不计电热丝的体积,外界温度保持不变。最终稳定后( )A.活塞A到汽缸底部的距离为hB.活塞A到汽缸底部的距离为hC.区域甲内气体的温度为T0D.区域甲内气体的温度为T0答案 A解析 因为活塞A不计质量,所以甲、乙两部分气体压强相等。打开阀门之前p甲=p乙=+p0=p0,打开阀门之后有p甲'=p乙'=p0,对于乙部分气体,由玻意耳定律得p乙·hS=p0V乙',则乙部分气体在压强是p0时的体积为V乙=V乙'=hS,所以甲部分气体在压强是p0时的体积为hS,故活塞A到汽缸底部的距离为h,故A正确,B错误;对于甲部分气体由理想气体状态方程得=,解得T甲=T0,故C、D错误。 两种模型的分析方法模型 解决方法 易错辨析玻璃管液封模型 以液柱为研究对象进行受力分析,联系两部分气体的p、V、T等量;再结合气体实验定律求解问题 准确找到液柱高度差是求解压强的关键点汽缸活塞模型 分析活塞的受力情况,结合运动状态,求解封闭气体的压强 找出封闭气体初、末状态的物理量,结合气体实验定律求解结果。课时精练[分值:50分]1.(10分)(2025·河北唐山市质检)某同学为探究水银柱在气体作用下的移动情况,在实验室取来两个相同的集气瓶A和B,用粗细均匀的薄壁玻璃管相连后,分别置于两个恒温箱内,玻璃管的水平部分(足够长)内有一小段水银柱,通过水银柱在玻璃管和两集气瓶内各封闭一定质量的气体(可视为理想气体),如图所示;调节两恒温箱内的温度TA、TB,当TA=300 K,TB=250 K时,水银柱恰好处于水平玻璃管的正中央,已知此时两部分气体体积均为V0,玻璃管的横截面积为S。现让两恒温箱的温度均缓慢升高ΔT=50 K。(1)(5分)通过定性分析判断水银柱的移动方向;(2)(5分)求水银柱移动的距离。答案 (1)向左 (2)解析 (1)假设温度升高后,液柱不动,对两气体都有=即Δp=ΔTA、B两部分气体初始压强p0相等,ΔT相同,因TA>TB,则可知ΔpA<ΔpB,故升温后水银柱将向左移动。(2)设水银柱移动的距离为x,则对A中气体有=对B中气体有=联立可解得x=。2.(10分)(2025·陕西宝鸡市一模)如图所示,均匀薄壁U形玻璃管,左管上端封闭,右管上端开口且足够长,管内装有一定量的某种液体。右管内有一轻活塞,与管壁间无摩擦且不漏气。活塞与管内液体在左、右管内密封了两段空气柱(可视为理想气体)。当温度为T0时,左、右管内液面等高,两管内空气柱长度均为L。已知大气压强为p0,玻璃管横截面积为S,不计轻活塞重力。现将左右两管理想气体缓慢升高相同的温度,使两管液面高度差为L,左管压强变为原来的1.2倍。求:(1)(4分)理想气体温度升高到多少时两管液面高度差为L;(2)(6分)温度升高过程中,右管内的轻活塞上升的距离。答案 (1)1.8T0 (2)1.3L解析 (1)当两管液面高度差为L时左管液柱下降,右管液柱上升,设此时温度为T,则对左管封闭气体,根据理想气体状态方程有=解得T=1.8T0(2)升温过程中,右管封闭气体压强不变,设末状态时右管中封闭气体长度为L',则有=解得L'=1.8L活塞上升的高度Δh=L'+-L=1.3L。3.(10分)(2026·河南省名校联考检测)如图所示的细玻璃管水平固定放置,玻璃管内一段水银柱把两团理想气体甲、乙隔开,稳定时左端气体的体积与温度分别为2V、2T,右端气体的体积与温度分别为V、T,忽略水银柱与玻璃管间的摩擦阻力。(1)(5分)同时缓慢地增加两团气体的温度,若水银柱不移动,求甲、乙的温度的增加量之比;(2)(5分)同时缓慢地增加两团气体的温度,若水银柱向左运动,当甲、乙的体积相等时,求甲、乙的温度之比。答案 (1)2∶1 (2)1∶1解析 (1)升温前两团气体压强相等,设为p,水银柱不移动,对甲、乙两团气体由等容变化规律可得=,=,水银柱不移动,则有Δp甲=Δp乙联立解得ΔT甲∶ΔT乙=2∶1(2)若水银柱向左运动,当甲、乙的体积相等时,两团气体的体积均为1.5V,压强均设为p'对甲、乙两团气体由理想气体状态方程可得=,=联立解得T甲'∶T乙'=1∶1。4.(10分)(2024·甘肃卷·13)如图,刚性容器内壁光滑、盛有一定量的气体,被隔板分成A、B两部分,隔板与容器右侧用一根轻质弹簧相连(忽略隔板厚度和弹簧体积)。容器横截面积为S、长为2l。开始时系统处于平衡态,A、B体积均为Sl,压强均为p0,弹簧为原长。现将B部分气体抽出一半,系统稳定后B的体积变为原来的。整个过程系统温度保持不变,气体视为理想气体。求:(1)(6分)抽气之后A、B内气体的压强pA、pB。(2)(4分)弹簧的劲度系数k。答案 (1)p0 p0 (2)解析 (1)对A内气体分析:抽气前:体积V=Sl 压强p0抽气后:VA=2V-V=Sl根据玻意耳定律得p0V=pAVA解得pA=p0对B内气体分析,若体积不变的情况下抽去一半的气体,则压强变为原来的一半即p0,则根据玻意耳定律得p0V=pB·V解得pB=p0(2)由题意可知,弹簧的压缩量为,对隔板受力分析有pAS=pBS+F根据胡克定律得F=k联立得k=。5.(10分)(2022·河北卷·15(2))水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示,汽缸中间有一固定隔板,将汽缸内一定质量的某种理想气体分为两部分,“H”型连杆活塞的刚性连杆从隔板中央圆孔穿过,连杆与隔板之间密封良好。设汽缸内、外压强均为大气压强p0。活塞面积为S,隔板两侧气体体积均为SL0,各接触面光滑。连杆的截面积忽略不计。现将整个装置缓慢旋转至竖直方向,稳定后,上部气体的体积为原来的,设整个过程温度保持不变,求:(1)(6分)此时上、下部分气体的压强;(2)(4分)“H”型连杆活塞的质量(重力加速度大小为g)。答案 (1)2p0 p0 (2)解析 (1)旋转过程,上部分气体发生等温变化,根据玻意耳定律可知p0·SL0=p1·SL0解得旋转后上部分气体压强为p1=2p0旋转过程,下部分气体发生等温变化,下部分气体体积增大为SL0+SL0=SL0,则p0·SL0=p2·SL0解得旋转后下部分气体压强为p2=p0(2)对“H”型连杆活塞整体受力分析,活塞的重力mg竖直向下,上部分气体对活塞的作用力竖直向上,下部分气体对活塞的作用力竖直向下,大气压力上下部分抵消,根据平衡条件可知p1S=mg+p2S解得活塞的质量为m=。(共39张PPT)第十五章热学专题强化:液柱移动问题 关联气体问题第78课时1.掌握液柱移动问题特点及分析方法。2.会分析关联气体问题,提高建模能力和综合分析能力。目标要求1.液柱移动问题定性分析液柱移动问题常使用假设推理法,根据题假设液柱不动,运用相应的物理规律及有关知识进行严谨的推理,得出正确的答案。常用推论有两个:(1)查理定律的分比形式:=或Δp=p。(2)盖—吕萨克定律的分比形式:=或ΔV=V。 (2025·广东中山市华侨中学检测)竖直放置的粗细均匀、两端封闭的细长玻璃管中,有一段水银柱将管中气体分为A和B两部分,如图所示。已知两部分气体A和B的体积关系是VB=3VA,温度相同,将玻璃管温度均升高相同温度的过程中,水银将 A.向A端移动B.向B端移动C.始终不动D.以上三种情况都有可能√ 对一定质量的密闭气体进行等容变化分析=,得Δp=·ΔT,初始时,设气体A的压强为pA,气体B的压强为pB,水银柱的高度为h,则pB+ρ水银gh=pA,故初始时气体A的压强大于气体B的压强。初始温度相同,升高相同温度时,A增加的压强大于B增加的压强,水银柱将向B端移动,故选B。 (多选)(2025·河南卷·10)如图,一圆柱形汽缸水平固定,其内部被活塞M、P、N密封成两部分,活塞P与汽缸壁均绝热且两者间无摩擦。平衡时,P左、右两侧理想气体的温度分别为T1和T2,体积分别为V1和V2,T1A.固定M、N,若两侧气体同时缓慢升高相同温度,P将右移B.固定M、N,若两侧气体同时缓慢升高相同温度,P将左移C.保持T1、T2不变,若M、N同时缓慢向中间移动相同距离,P将右移D.保持T1、T2不变,若M、N同时缓慢向中间移动相同距离,P将左移√√ 假设在升温的过程中P不发生移动,则左、右两侧气体均做等容变化,由查理定律=可得Δp=ΔT,因初始时p相同,T1Δp右,则假设不成立,活塞P向右移动,A正确,B错误;保持温度不变,M、N缓慢向中间移动相同的距离,根据理想气体状态方程,对左侧气体有=C1,p=,同理可得p=,若P不移动,则>,即p1>p2,故P将向右移动,C正确,D错误。2.关联气体问题由液柱或活塞封闭的两部分(或多部分)气体,并且由液柱或汽缸相互关联的问题,解题基本思路:(1)分别选取各部分气体为研究对象,找出它们各自遵循的规律,并写出相对应的方程。(2)依据平衡条件写出各部分气体之间的压强关系,依据几何关系写出各部分气体的体积关系式,作为辅助方程。(3)活塞类通过连接杆连接问题通常结合受力分析,灵活采用整体法与隔离法求解压强。(4)多个方程联立求解。若有必要,注意检验求解结果的合理性。 (2023·全国乙卷·33(2))如图,竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为20 cm的A、B两段细管组成,A管的内径是B管的2倍,B管在上方。管内空气被一段水银柱隔开。水银柱在两管中的长度均为10 cm。现将玻璃管倒置使A管在上方,平衡后,A管内的空气柱长度改变1 cm。求B管在上方时,玻璃管内两部分气体的压强。(气体温度保持不变,以cmHg为压强单位)答案 pA=74.36 cmHg pB=54.36 cmHg 设B管在上方时上部分气体压强为pB,下部分气体压强为pA,此时有pA=pB+20 cmHg倒置后A管气体压强变小,即空气柱长度增加1 cm,A管中水银柱长度减小1 cm,又因为SA=4SB可知B管中水银柱长度增加4 cm,空气柱长度减小4 cm;设此时两管的压强分别为pA'、pB',所以有pA'+23 cmHg=pB' 倒置前后温度不变,根据玻意耳定律,对A管内空气柱有pASALA=pA'SALA'对B管内空气柱有pBSBLB=pB'SBLB'其中LA'=10 cm+1 cm=11 cmLB'=10 cm-4 cm=6 cm联立以上各式解得pA=74.36 cmHg,pB=54.36 cmHg。 (2025·山东日照市三模)如图所示,高度为h、内部横截面积为S的绝热汽缸竖直放置,厚度均不计的绝热活塞A和导热活塞B封闭两部分理想气体。初始时活塞A与汽缸底面之间的距离为h,两活塞之间的距离为h,两部分气体和外界温度均为T0,大气压强为p0。现通过电热丝对区域甲内的气体缓慢加热,当活塞B到达汽缸口时停止加热并立即锁定活塞B,然后打开阀门K,气体缓慢漏出,经过足够长的时间,区域乙内剩余气体的质量是原来质量的。已知活塞A的质量不计,活塞B的质量为(g为当地重力加速度),两活塞与汽缸之间接触良好且无摩擦,不计电热丝的体积,外界温度保持不变。最终稳定后A.活塞A到汽缸底部的距离为hB.活塞A到汽缸底部的距离为hC.区域甲内气体的温度为T0D.区域甲内气体的温度为T0√ 因为活塞A不计质量,所以甲、乙两部分气体压强相等。打开阀门之前p甲=p乙=+p0=p0,打开阀门之后有p甲'=p乙'=p0,对于乙部分气体,由玻意耳定律得p乙·hS=p0V乙',则乙部分气体在压强是p0时的体积为V乙=V乙'=hS,所以甲部分气体在压强是p0时的体积为hS,故活塞A到汽缸底部的距离为h,故A正确,B错误;对于甲部分气体由理想气体状态方程得=,解得T甲=T0,故C、D错误。两种模型的分析方法模型 解决方法 易错辨析玻璃管液封模型 以液柱为研究对象进行受力分析,联系两部分气体的p、V、T等量;再结合气体实验定律求解问题 准确找到液柱高度差是求解压强的关键点汽缸活塞模型 分析活塞的受力情况,结合运动状态,求解封闭气体的压强 找出封闭气体初、末状态的物理量,结合气体实验定律求解结果。课时精练精练高频考点提升关键能力对一对题号 1 2 3答案 (1)向左 (2) (1)1.8T0 (2)1.3L (1)2∶1 (2)1∶1题号 4 5答案 (1)p0 p0 (2) (1)2p0 p0 (2)答案123451.(2025·河北唐山市质检)某同学为探究水银柱在气体作用下的移动情况,在实验室取来两个相同的集气瓶A和B,用粗细均匀的薄壁玻璃管相连后,分别置于两个恒温箱内,玻璃管的水平部分(足够长)内有一小段水银柱,通过水银柱在玻璃管和两集气瓶内各封闭一定质量的气体(可视为理想气体),如图所示;调节两恒温箱内的温度TA、TB,当TA=300 K,TB=250 K时,水银柱恰好处于水平玻璃管的正中央,已知此时两部分气体体积均为V0,玻璃管的横截面积为S。现让两恒温箱的温度均缓慢升高ΔT=50 K。(1)通过定性分析判断水银柱的移动方向;12345答案答案 向左12345答案 假设温度升高后,液柱不动,对两气体都有=即Δp=ΔTA、B两部分气体初始压强p0相等,ΔT相同,因TA>TB,则可知ΔpA<ΔpB,故升温后水银柱将向左移动。(2)求水银柱移动的距离。12345答案答案 12345答案 设水银柱移动的距离为x,则对A中气体有=对B中气体有=联立可解得x=。2.(2025·陕西宝鸡市一模)如图所示,均匀薄壁U形玻璃管,左管上端封闭,右管上端开口且足够长,管内装有一定量的某种液体。右管内有一轻活塞,与管壁间无摩擦且不漏气。活塞与管内液体在左、右管内密封了两段空气柱(可视为理想气体)。当温度为T0时,左、右管内液面等高,两管内空气柱长度均为L。已知大气压强为p0,玻璃管横截面积为S,不计轻活塞重力。现将左右两管理想气体缓慢升高相同的温度,使两管液面高度差为L,左管压强变为原来的1.2倍。求:(1)理想气体温度升高到多少时两管液面高度差为L;12345答案答案 1.8T012345答案 当两管液面高度差为L时左管液柱下降,右管液柱上升,设此时温度为T,则对左管封闭气体,根据理想气体状态方程有=解得T=1.8T0(2)温度升高过程中,右管内的轻活塞上升的距离。12345答案答案 1.3L12345答案 升温过程中,右管封闭气体压强不变,设末状态时右管中封闭气体长度为L',则有=解得L'=1.8L活塞上升的高度Δh=L'+-L=1.3L。3.(2026·河南省名校联考检测)如图所示的细玻璃管水平固定放置,玻璃管内一段水银柱把两团理想气体甲、乙隔开,稳定时左端气体的体积与温度分别为2V、2T,右端气体的体积与温度分别为V、T,忽略水银柱与玻璃管间的摩擦阻力。12345答案(1)同时缓慢地增加两团气体的温度,若水银柱不移动,求甲、乙的温度的增加量之比;答案 2∶112345答案 升温前两团气体压强相等,设为p,水银柱不移动,对甲、乙两团气体由等容变化规律可得=,=,水银柱不移动,则有Δp甲=Δp乙联立解得ΔT甲∶ΔT乙=2∶1(2)同时缓慢地增加两团气体的温度,若水银柱向左运动,当甲、乙的体积相等时,求甲、乙的温度之比。12345答案答案 1∶112345答案 若水银柱向左运动,当甲、乙的体积相等时,两团气体的体积均为1.5V,压强均设为p'对甲、乙两团气体由理想气体状态方程可得=,=联立解得T甲'∶T乙'=1∶1。4.(2024·甘肃卷·13)如图,刚性容器内壁光滑、盛有一定量的气体,被隔板分成A、B两部分,隔板与容器右侧用一根轻质弹簧相连(忽略隔板厚度和弹簧体积)。容器横截面积为S、长为2l。开始时系统处于平衡态,A、B体积均为Sl,压强均为p0,弹簧为原长。现将B部分气体抽出一半,系统稳定后B的体积变为原来的。整个过程系统温度保持不变,气体视为理想气体。求:(1)抽气之后A、B内气体的压强pA、pB。12345答案答案 p0 p012345答案 对A内气体分析:抽气前:体积V=Sl 压强p0抽气后:VA=2V-V=Sl根据玻意耳定律得p0V=pAVA解得pA=p0对B内气体分析,若体积不变的情况下抽去一半的气体,则压强变为原来的一半即p0,则根据玻意耳定律得p0V=pB·V解得pB=p0(2)弹簧的劲度系数k。12345答案答案 12345答案 由题意可知,弹簧的压缩量为,对隔板受力分析有pAS=pBS+F根据胡克定律得F=k联立得k=。5.(2022·河北卷·15(2))水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示,汽缸中间有一固定隔板,将汽缸内一定质量的某种理想气体分为两部分,“H”型连杆活塞的刚性连杆从隔板中央圆孔穿过,连杆与隔板之间密封良好。设汽缸内、外压强均为大气压强p0。活塞面积为S,隔板两侧气体体积均为SL0,各接触面光滑。连杆的截面积忽略不计。现将整个装置缓慢旋转至竖直方向,稳定后,上部气体的体积为原来的,设整个过程温度保持不变,求:(1)此时上、下部分气体的压强;12345答案答案 2p0 p012345答案 旋转过程,上部分气体发生等温变化,根据玻意耳定律可知p0·SL0=p1·SL0解得旋转后上部分气体压强为p1=2p0旋转过程,下部分气体发生等温变化,下部分气体体积增大为SL0+SL0=SL0,则p0·SL0=p2·SL0解得旋转后下部分气体压强为p2=p0(2)“H”型连杆活塞的质量(重力加速度大小为g)。12345答案答案 12345答案 对“H”型连杆活塞整体受力分析,活塞的重力mg竖直向下,上部分气体对活塞的作用力竖直向上,下部分气体对活塞的作用力竖直向下,大气压力上下部分抵消,根据平衡条件可知p1S=mg+p2S解得活塞的质量为m=。本课结束THANKS第十五章 展开更多...... 收起↑ 资源列表 第十五章 第78课时 专题强化:液柱移动问题 关联气体问题.docx 第十五章 第78课时 专题强化:液柱移动问题 关联气体问题.pptx