考向24热学——气体实验定律-备战2022年高考一轮复习考点微专题
解决目标及考点:
1.图像问题
2.连通器中液柱稳定、移动问题
3.气缸变化问题
4.充气与漏气问题
【例题1】在竖直放置的U形管内由密度为ρ的两部分液体封闭着两段空气柱.大气压强为P0,各部尺寸
如图所示.求A、B气体的压强.
【解析】①平衡法:选与气体接触的液柱为研究对象,进行受力分析,利用它的受力平衡
求出气体的压强
求pA:取液柱h1为研究对象,设管截面积为S,大气压力和液柱重力向下,A气体压力向上,液柱h1静止,
则 P0S+ρgh1S=PAS
∴PA=P0+ρgh1
求 pB:取液柱h2为研究对象,由于h2的下端以下液体的对称性,下端液体自重产生的任强可不考虑,A
气体压强由液体传递后对 h2 的压力向上,B 气体压力、液柱 h2 重力向下,液往平衡,则 PBS+
ρgh2S=PAS∴PB=P0+ρgh1-ρgh2
②取等压面法:根据同种液体在同一水平液面压强相等,在连通器内灵活选取等压面,由两侧压强相等建
立方程求出压强,
例:求pB从A气体下端面作等压面,则有PB+ρgh2=PA=P0+ρgh1,所以PB=P0+ρgh1-ρgh2.
【例题2】如图所示是一定质量的气体从状态A经状态B到状态C的V T图象,由图象可知( )
A.pA>pB B.pC
TA,故pB>pA,A,C项错误,D项正确;
由B→C为等压过程,pB=pC,故B项错误.一、气体实验定律
①玻意耳定律: (C为常量)→等温变化
微观解释:一定质量的理想气体,温度保持不变时,分子的平均动能是一定的,在这种情况下,体积减少
时,分子的密集程度增大,气体的压强就增大。
适用条件:压强不太大,温度不太低
②查理定律: (C为常量)→等容变化
微观解释:一定质量的气体,体积保持不变时,分子的密集程度保持不变,在这种情况下,温度升高时,
分子的平均动能增大,气体的压强就增大。
适用条件:温度不太低,压强不太大
③盖吕萨克定律: (C为常量)→等压变化
微观解释:一定质量的气体,温度升高时,分子的平均动能增大,只有气体的体积同时增大,使分子的密
集程度减少,才能保持压强不变
适用条件:压强不太大,温度不太低
图象表达:
注意:气体压强的特点
(1)气体自重产生的压强一般很小,可以忽略.但大气压强P0却是一个较大的数值(大气层重力产生),
不能忽略.
(2)密闭气体对外加压强的传递遵守帕斯卡定律,即外加压强由气体按照原来的大小向各个方向传递.
考点:图像问题
(多选)如图所示,一定质量的某种气体由状态A变到状态B再变到状态C的过程,A,C两点在同一条双曲线上,
则此变化过程中( )
A.从A到B的过程,温度升高
B.从B到C的过程,温度升高
C.从A到C的过程,温度先降低再升高
D.A,C两点的温度相等解决图像问题时,先根据图像的横纵坐标把理想气体方程式变型,然后分析解析式中的“斜率”对
应式子中的物理量,按照数学的函数性质去分析变化。如 P-V 图像时,把式子 PV/T=C 改写为
P=CT/V,可知P与V成反比关系,形同与y=k/x的形式,CT就是k,对于双曲线的k越大,曲线越
“外”,同一曲线上的点的CT相同,即等温。
【练习1】如图所示是一定质量的气体从状态A经状态B到状态C的V T图象,由图象可知( )
A.p>p
A B
B.pT=T,故从A到B的过程,温度升高,A项正确;从B到C的过程,温度
B A C
降低,B项错误;从A到C的过程温度先升高后降低,C项错误;A,C两点在同一等温线上,D项正确.
【练习1】【答案】D
【解析】:由V-T图象可以看出由A→B是等容过程,T>T,故p>p,A,C项错误,D项正确;由B→C为等压过
B A B A
程,p=p,故B项错误.
B C
【练习2】【答案】BCD
【解析】四条直线段只有ab是等容过程,A错误;连接Ob,Oc和Od,则Ob,Oc,Od都是一定质量的理想气体的
等容线,依据 p-T 图中等容线的特点(斜率越大,气体体积越小),比较这几条图线的斜率,即可得出
V=V>V>V,故B,C,D都正确.
a b d c
【例题4】【答案】A
【解析】假设水银柱不动,A,B气体都做等容变化,由Δp=ΔT/Pp知Δp∝1/T,因为TAΔpB,
所以水银柱向右移动.
【例题5】【解析】(1)设物体A的体积为ΔV.
T=300 K,p=1.0×105 Pa,V=60×40 cm3-ΔV
1 1 1
T=330 K,p=1.0×105 Pa+ ,V=V
2 2 2 1
T=360 K,p=p,V=64×40 cm3-ΔV
3 3 2 3
由状态1到状态2为等容过程P1/T1=P2/T2代入数据得m=4 kg.
(2)由状态2到状态3为等压过程V2/T2=V3/T3代入数据得ΔV=640 cm3.
答案:(1)4 kg (2)640 cm3【变式 3】【解析】:(1)活塞离开 B 之前,气体做等容变化,根据查理定律,得 0.9P/T=P/T,解得
0 0 0 B
T=T/0.9=330 K.
B 0
(2)考虑气体各状态间的关系,设活塞最终可以移动到A处,活塞从刚离开B处到刚到达A处,气体做等压变
化,由盖—吕萨克定律,有V/T=1.1V/T,解得T=1.1T=363 K.活塞从刚到达A处到气体升温至399.3 K,气
0 B 0 A A B
体做等容变化,由查理定律P0/TA=p/T解得p=1.1p.由结果p>p 可知,活塞可以移到A处的假设成立.
0 0
(3)p-V图线如图所示.
【变式4】【解析】(1)以汽缸内气体为研究对象,
初状态:p=p=1×105 Pa
1 0
T=300 K,V=24 cm×S
1 1
末状态:p=p+mg/S=1.2×105 Pa
2 0
T=T,V=HS
1 2 2
由玻意耳定律得pV=pV 解得H=20 cm.
1 1 2 2
(2)假设活塞能到达卡环处,则
T=675 K,V=36 cm×S
3 3
由理想气体状态方程PV/T=PV/T
2 2 2 3 3 3
得p=1.5×105 Pa>p=1.2×105 Pa
3 2
所以活塞能到达卡环处,此时封闭气体压强为1.5×105 Pa.
答案:(1)20 cm (2)1.5×105 Pa
【例题6】【解析】如图是活塞抽气机示意图,当活塞下压,阀门a关闭,b打开,抽气机气缸中ΔV体积
的气体排出.活塞第二次上提(即抽第二次气),容器中气体压强降为P2.根据玻意耳定律得
第一次抽气
第二次抽气
以此类推,第 次抽气容器中气体压强降为
【变式5】【答案】C
【解析】将n次打气的气体和容器中原有气体分别看成是初态,将打气后容器内气体看成是末态,由玻意耳定律,有pV+np0V0=p′V,得n次打气后容器内气体的压强p′=p+n(P0V0/V),C项正确.
【变式6】【答案】C
【解析】因为温度不变,pV+np1ΔV=p′V,代入数据得 1.5 atm×3 L+n×
1 atm×0.5 L=4 atm×3 L,解得n=15次.
1.【答案】B
【解析】由pV=pV 得pV=p(V+V),因V=20 L,则V=380 L,即容器中剩余20 L压强为p 的气体,而相同
1 1 2 2 1 0 0 0 0 0
大气压下,气体的总体积为400 L,所以剩余气体的质量与原来气体质量之比等于同压下气体的体积之比,即
20/400=1/20,B项正确.
2.【答案】C
【解析】将n次打气的气体和容器中原有气体分别看成是初态,将打气后容器内气体看成是末态,由玻意耳
定律,有pV+npV=p′V,得n次打气后容器内气体的压强p′=p+n(PV/V),C项正确.
0 0 0 0
3.【解析】设管的截面积为S,选a的下端面为参考液面,它受向下的压力为(p+h)S,受向上的大气压力为
A 1
pS,由于系统处于平衡状态,则(p+h)S=pS,
0 A 1 0
所以p=p-h=(75-10) cmHg=65 cmHg,
A 0 1
再选b的左下端面为参考液面,由连通器原理知液柱h 的上表面处的压强等于p,
2 B
则(p+h)S=pS,
B 2 A
所以p=p-h=(65-5) cmHg=60 cmHg.
B A 2
答案:65 cmHg 60 cmHg
4.【答案】C
【解析】对整体有F=(M+m)g;
对汽缸筒有Mg+pS=pS,解得p=p-Mg/S,选项C正确.
0 0
5.【答案】B
【详解】由玻意耳定律
把玻璃管缓慢向上提起,L增大,P减小,P减小,L增大,B正确,ACD错误。故选B。
2 2 1 1
6.【答案】D
【详解】AB.只对L加热,假设体积不变,则压强增大,所以L增大、h减小,气柱L长度不变,因为此
1 1 2
部分气体做等温变化,故AB错误;
C.若在右管中注入一些水银,L压强增大,假设L的体积不变,L的压强与h长度的水银柱产生的压强之
2 1 1和随之增大,L的压强增大,根据玻意耳定律得L将减小,故C错误;
1 1
D.使L、L同时升高相同的温度,假设气体体积不变,L的压强增大,L压强不变,则L增大、h减小,
1 2 1 2 1
故D正确。
7.【答案】(1) ;(2)
【详解】(1)球内空气经历等容变化,由盖-吕萨克定律
解得
(2)比赛前篮球内空气为研究对象,由理想气体状态方程
解得
设漏掉空气的体积为
由于在相同温度和相同压强下,质量之比等于体积之比 解得
1.【答案】(1)5.5cm;(2)1.83cm
【详解】
(1) 对右侧气体,初态 =90cmHg, ,
末态 , ,
根据 解得
(2)对左侧气体 =90cmHg, ,末态 , ,
根据理想气体状态方程 左侧管内水银面下降的高度
2.【答案】(1)200K;(2)600K
【详解】(1)根据理想气体状态方程有
其中p= ,V=hS,T=300K,V=hS,
1 1 1 1 2 2
解得再次稳定后理想气体的温度
(2)同理,根据气体实验定律有
其中V= V=hS,解得活塞回到原来位置时,此状态的理想气体的温度
3 1 1