资源简介

(共63张PPT)
第十五章
热学
第80讲　气体的性质
学习目标 命题热点
(1)掌握气体压强的计算方法。 (2)知道气体实验定律和理想气体状态方程。 (3)利用气体实验定律和理想气体状态方程解决实际问题。 三个实验定律和理想气体状态方程的应用在高考中考查频率较高，经常在单一气体多过程问题中进行考查。
考点一
考点二
考点三
提能训练　练案[80]
考点一　气体压强的计算
1．常用单位及换算关系
(1)国际单位制单位：________，符号：Pa,1 Pa＝1 N/m2。
(2)常用单位：____________(atm)；厘米汞柱(cmHg)。
(3)换算关系：1 atm＝_____cmHg＝1.013×105 Pa≈1.0×105 Pa。
帕斯卡
标准大气压
76
2．封闭气体压强求法
(1)气体处于平衡状态
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
等压 面法 在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等。液体内深h处的总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强
液片法 选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强
(2)气体处于非平衡状态
选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解。
平衡状态下气体压强的求法
考向1
　若已知大气压强为p0，液体密度均为ρ，重力加速度为g，图甲、乙中汽缸横截面积为S，不计摩擦力，下列图中各装置均处于静止状态，求各装置中被封闭气体的压强。
己：pa＝p0＋ρg(h2－h1－h3)
pb＝p0＋ρg(h2－h1)
题图乙：选活塞为研究对象，受力分析如图(b)所示
由平衡条件，有p乙S下sin α＝p0S上＋FN＋mg，FN＝Mg，S下sin α＝S上，
S下为活塞下表面面积，S上为活塞上表面面积，即S上＝S，
题图丙中，以B液面为研究对象，由平衡条件有p丙S＋ρghS＝p0S，
所以p丙＝p0－ρgh
题图丁中，以A液面为研究对象，由平衡条件有p丁S＝p0S＋ρgh1S
所以p丁＝p0＋ρgh1
题图戊中，以B液面为研究对象，由平衡条件有
p戊S＋ρghsin 60°·S＝p0S
题图己中，从开口端开始计算，右端大气压强为p0，同种液体同一水平面上的压强相同，所以b气柱的压强为pb＝p0＋ρg(h2－h1)，故a气柱的压强为pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg(h2－h1－h3)。
加速运动系统中封闭气体压强的求法
考向2
[解析]　以水银柱和玻璃管为研究对象，根据牛顿第二定律得(m1＋m2)gsin 30°－μ(m1＋m2)·gcos 30°＝(m1＋m2)a
考点二　气体实验定律　理想气体状态方程
1．气体实验定律
　　名称 项目　　 玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律
成立条件 质量一定， ______不变 质量一定， ______不变 质量一定，
______不变
温度
体积
压强
2．理想气体状态方程
(1)理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从_______________的气体。
①理想气体不考虑分子间作用力，不存在____________，内能只与______有关，与体积无关。
②实际气体(特别是不易液化的气体)在压强不太大，温度不太低时可看作理想气体。
气体实验定律
分子势能
温度
C(常量)
2．理想气体是一种假想的物理模型，实际上并不存在。(　 　)
3．一定质量的理想气体，温度升高时压强一定增大。(　 　)
√
√
×
“玻璃管液封”模型
考向1
[规律方法]　应用气体实验定律或理想气体状态方程的基本思路
跟 踪 训 练
1．如图所示，高为16 cm的两相同玻璃管竖直放置，
下端连通，左管上端封闭，右管上端开口。右管中有高
为4 cm的水银柱封闭了一部分气体，水银柱上表面离管
口的距离为10 cm。管底水平连接段的体积可忽略，大气
压强p0＝76 cmHg。若从右侧端口缓慢注入水银(与原水银柱之间无气隙)，恰好使水银柱下端到达右管底部，整个过程中，管内气体的温度不变，则该过程中注入右管中水银柱的高度为(　　)
A．6 cm B．8 cm
C．10 cm D．12 cm
[答案]　C
[解析]　开始时左管气体压强p＝p0＋ph＝80 cmHg，水银柱恰好到底部时，根据玻意耳定律，有p(2L－14 cm)＝p′L，可得p′＝90 cmHg，再根据压强关系p′＝p0＋ph′，可得h′＝14 cm，则应注入右管中水银柱的高度为10 cm，故选C。
“汽缸活塞”模型
考向2
　(2026·安徽合肥开学考试)某同学设计的超重
报警装置示意图如图所示。长度L＝20 cm、导热性
能良好的薄壁容器水平固定，开口向右。厚度不计
的轻质活塞将一定质量的理想气体封闭在容器内，
活塞通过水平轻绳跨过滑轮与重物相连，预警传感器固定在距离容器开口L0＝10 cm处。不挂重物时封闭气体的长度L1＝5 cm。轻绳上挂上质量m＝10 kg的重物，一段时间后活塞重新静止于预警传感器处，系统发出超重预警。已知环境温度T0＝300 K，大气压强恒为p0＝1.0×105 Pa，重力加速度大小g＝10 m/s2，不计一切摩擦。
(1)求活塞的横截面积S；
(2)若仅环境温度变为T1＝270 K，求系统发出超重预警时重物的质量m′。
[答案]　(1)2×10－3 m2　(2)11 kg
[解析]　(1)气体发生等温变化，则有p0L1S＝p1(L－L0)S
对活塞受力分析有p1S＋F1＝p0S
对重物受力分析有F1＝mg
解得S＝2×10－3 m2。
解得p2＝4.5×104 Pa
此时对重物和活塞整体有p2S＋m′g＝p0S
解得m′＝11 kg。
跟 踪 训 练
2．(2025·海南卷·17题)竖直放置的汽缸内，活塞横截面积S＝0.01 m2，活塞质量不计，活塞与汽缸无摩擦，最初活塞静止，缸内气体T0＝300 K，V0＝5×10－3 m3，大气压强p0＝1×105 Pa，g＝10 m/s2。
(1)若加热活塞缓慢上升，体积变为V1＝7.5×10－3 m3，
求此时的温度T1；
(2)若往活塞上放m＝25 kg的重物，保持温度T0不变，
求稳定之后，气体的体积V2。
[答案]　(1)450 K　(2)4×10－3 m3
代入数值解得T1＝450 K。
(2)设稳定后气体的压强为p2，根据平衡条件有p2S＝p0S＋mg
分析可知初始状态时气体压强与大气压相等为p0，整个过程根据玻意耳定律p0V0＝p2V2
联立解得V2＝4×10－3 m3。
考点三　气体实验定律的微观解释
1．玻意耳定律的微观解释
一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能____
___。在这种情况下，体积减小时，分子的数密度增大，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强______。
2．盖—吕萨克定律的微观解释
一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能______；只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才能保持压强_____。
不
变
增大
增大
不变
3．查理定律的微观解释
一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度______。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强_____。
不变
增大
　如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B，则该过程中(　　)
A．气体的压强增大
B．单位体积内的气体分子数不变
C．单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用
力减小
D．单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
[答案]　D
跟 踪 训 练
3．(2023·江苏卷·3题)如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中(　　)
A．气体分子的数密度增大
B．气体分子的平均动能增大
C．单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小
D．单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
[答案]　B
气体的温度
T↑压强p↑
提能训练　练案[80]
基础巩固练
1．对于一定质量的理想气体，下列叙述正确的是(　　)
A．当分子热运动变剧烈且分子平均距离变大时，气体压强一定变大
B．当分子热运动变剧烈且分子平均距离变小时，气体压强一定变大
C．当分子间的平均距离变大时，气体压强一定变小
D．当分子热运动变剧烈时，气体压强一定变大
[答案]　B
2．对于一定质量的气体，取T＝273 K＋t，以下说法正确的是(　　)
A．气体做等容变化时，气体的压强和温度成正比
[答案]　C
3．(2024·海南卷·7题)如图为用铝制易拉罐制作的温度计，一透明薄吸管里有一段油柱(长度不计)，吸管与罐连接处密封良好，罐内气体可视为理想气体，已知罐的容积为330 cm3，薄吸管横截面积为0.5 cm2，罐外吸管总长度为20 cm，当温度为27 ℃(300 K)时，油柱离罐口10 cm，不考虑大气压强变化，下列说法正确的是(　　)
A．若在吸管上标注等差温度值，则刻
度左密右疏
B．该装置所测温度不高于31.5 ℃
C．该装置所测温度不低于23.5 ℃
D．其他条件不变，缓慢把吸管拉出来一点，则油柱离罐口距离增大
[答案]　B
4．(2025·八省联考河南卷)汽车轮胎压力表的示数为轮胎内部气体压强与外部大气压强的差值。一汽车在平原地区行驶时，压力表示数为2.6p0(p0是1个标准大气压)，轮胎内部气体温度为315 K，外部大气压强为p0。该汽车在某高原地区行驶时，压力表示数为2.5p0，轮胎内部气体温度为280 K。轮胎内部气体视为理想气体，轮胎内体积不变且不漏气，则该高原地区的大气压强为(　　)
A．0.6p0 B．0.7p0
C．0.8p0 D．0.9p0
[答案]　B
5．如图所示，内径相同、导热良好的T形细玻璃管上端开口，下端、右端封闭，管中用水银封闭着A、B两部分理想气体，各部分长度如图所示。已知大气压强p0＝76 cmHg，设外界温度不变。现沿管壁向竖直管内缓慢灌入一定量的水银，B部分气体长度缩短1 cm，则灌入水银后B部分气体的压强为(　　)
A．77 cmHg
B．86 cmHg
C．88 cmHg
D．90 cmHg
[答案]　C
[解析]　设玻璃管的横截面积为S，初始状态下，B部分气体的压强pB＝p0＋10 cmHg＝86 cmHg，由玻意耳定律有pBSlB＝pB′SlB′，又lB－lB′＝1 cm，解得pB′＝88 cmHg，故选C。
能力提升练
6．(2025·重庆卷·13题)如图为小明设计的电容式压力传感器原理示意图，平行板电容器与绝缘侧壁构成密闭气腔。电容器上下极板水平，上极板固定，下极板质量为m、面积为S，可无摩擦上下滑动。初始时腔内气体(视为理想气体)压强为p，极板间距为d。当上下极板均不带电时，外界气体压强改变后，极板间距变为2d，腔内气体温度与初始时相同，重力加速度为g，不计相对介电常数的变化，求此时
(1)腔内气体的压强；
(2)外界气体的压强；
(3)电容器的电容变为初始时的多少倍。
[解析]　(1)根据题意可知腔内气体温度不变，根据玻意耳定律有p1V1＝p2V2
其中p1＝p，V1＝Sd，V2＝2Sd
7．(2026·河北沧州市检测)有的固体形状不规则，且不
能够浸入液体中来测量它的体积。某学生设计了如图所示
的装置来测定此类固体的体积。放置于水平地面上的导热
汽缸横截面积S＝20 cm2，将一个不规则的固体放置在汽缸
中，用轻质活塞密封一定质量的理想气体，封闭气体的高
度h1＝40 cm。然后缓慢地向活塞上面加细沙，当封闭气体高度变为h2＝35 cm时，所加细沙的质量m＝4 kg。外界温度恒为T1＝300 K，大气压强恒为p0＝1.0×105 Pa，忽略活塞与汽缸壁之间的摩擦，活塞始终未与不规则固体接触，重力加速度g取10 m/s2。
(1)若封闭气体的温度不发生变化，求不规则固体的体积V0；
(2)若汽缸导热性能不够理想，加上m＝4 kg的细沙后读取气体高度时封闭气体温度已上升至301 K，求此时不规则固体的实际体积V0′(保留2位有效数字)。
[答案]　(1)2×10－4 m3　(2)1.9×10－4 m3
[解析]　(1)设所加细沙的质量为4 kg时，封闭气体的压强为p1，由平衡条件可知
p1S＝p0S＋mg
解得p1＝1.2×105 Pa
由玻意耳定律可得
p0(h1S－V0)＝p1(h2S－V0)
解得V0＝2×10－4 m3。
(2)封闭气体温度上升至T2＝301 K时，由理想气体状态方程可得
8．(2026·山西太原阶段练习)如图所示，竖直放置的U
形玻璃管由截面积为S1＝10 cm2和截面积为S2＝15 cm2的两
段玻璃管连接而成，其左管上端封闭，右管上端开口，管
内有一段水银柱，左右两管中液面高度差为H＝5 cm，右管
中水银液面恰好到粗玻璃管下端，左管中封闭的理想气体
气柱长为L＝11 cm，环境温度为330 K，大气压强为75 cmHg，现缓慢升高环境温度使左右两管中液面相平，右管足够长，求：
(1)升高后的温度；
(2)若温度升高后保持不变，再往右管中缓慢倒入水银，使左管中气柱的长变为L′＝12 cm，求倒入的水银体积。
[答案]　(1)450 K　(2)237.5 cm3
[解析]　(1)初态时，左管封闭气体的压强p1＝p0－H＝75 cmHg－5 cmHg＝70 cmHg
体积V1＝LS1＝11×10 cm3＝110 cm3
当左右两管液面相平时，左管中封闭气体的压强p2＝p0＝75 cmHg
设左管中水银面下降h1，右管中水银面上升h2，由于水银体积不变，根据几何关系有
S1h1＝S2h2，h1＋h2＝H＝5 cm
解得h1＝3 cm，h2＝2 cm
此时左管封闭气体的体积V2＝(L＋h1)S1＝(11＋3)×10 cm3＝140 cm3
(2)温度升高后保持不变，再往右管中倒入水银，此过程为等温过程，此时左管封闭气体的体积V3＝L′S1＝12×10 cm3＝120 cm3
根据玻意耳定律，左管空气压强p3满足p2V2＝p3V3
解得p3＝87.5 cmHg
倒入水银后，左管中水银面上升h3＝L1＋h1－L′＝2 cm
由于L′>L，所以右管倒入的水银都在截面S2的玻璃管中，设倒入的水银柱长度为h5，则有p3＋h3＋h4＝p0＋h5
9．如图，一竖直放置的汽缸由两个粗细不同的圆柱形筒
组成，汽缸中活塞Ⅰ和活塞Ⅱ之间封闭有一定量的理想气体，
两活塞用一轻质弹簧连接，汽缸连接处有小卡销，活塞Ⅱ不
能通过连接处。活塞Ⅰ、Ⅱ的质量分别为2m、m，面积分别
为2S、S，弹簧原长为l。初始时系统处于平衡状态，此时弹
簧的伸长量为0.1l，活塞Ⅰ、Ⅱ到汽缸连接处的距离相等，两活塞间气体的温度为T0。已知活塞外大气压强为p0，忽略活塞与缸壁间的摩擦，汽缸无漏气，不计弹簧的体积。(重力加速度常量g)
(1)求弹簧的劲度系数；
(2)缓慢加热两活塞间的气体，求当活塞Ⅱ刚运动到汽缸连接处时，活塞间气体的压强和温度。
[解析]　(1)设封闭气体的压强为p1，对两活塞和弹簧的整体受力分析，由平衡条件有
mg＋p0·2S＋2mg＋p1S＝p0S＋p1·2S
谢谢观看

展开更多......

收起↑