高考物理 第五单元 专项训练 气体压强的计算及微观解释选修

高考物理第五单元专项训练气体压强的计算及微观解释课件选修第1页，共66页，2023年，2月20日，星期四选修3-3热学第2页，共66页，2023年，2月20日，星期四第5单元专项训练气体压强的计算及微观解释第3页，共66页，2023年，2月20日，星期四第4页，共66页，2023年，2月20日，星期四第5页，共66页，2023年，2月20日，星期四一、计算的知识储备1．液面下h深处由液体重力产生的压强p＝ρgh.(注意：h是液柱的竖直高度，不一定等于液柱的长度)2．若液面与外界大气相接触，则液面下h处的压强为p＝p0＋ρgh，p0为外界大气压强．3．帕斯卡定律(液体传递压强的规律)：加在密闭静止液体上的压强，能够大小不变地由液体向各个方向传递．4．连通器原理：在连通器中，同一种液体(中间液体不间断)的同一水平面上的压强是相等的．第6页，共66页，2023年，2月20日，星期四【说明】

计算的主要依据是静力学知识．【例1】

如图所示，竖直放置的弯曲管A端开口，B端封闭，密度为ρ的液体将两段空气封闭在管内，管内液面高度差分别为h1、h2和h3，则B端气体的压强为(已知大气压强为p0)(

)第7页，共66页，2023年，2月20日，星期四A．p0－ρg(h1＋h2－h3)

B．p0－ρg(h1＋h3)C．p0－ρg(h1＋h3－h2) D．p0－ρg(h1＋h2)【解析】由图中液面的高度关系可知，p0＝p2＋ρgh3和p2＝p1＋ρgh1，由此解得p1＝p0－ρg(h1＋h3)【答案】

B【易错点】很多学生会错误认为p0＜p2和p2＜p1，此外图中h2是一个干扰条件，而实际上中间气体的压强与中间两液面的高度差无关．第8页，共66页，2023年，2月20日，星期四二、压强计算的基本方法1．液面法选取一个假想的液体薄面(其自重不计)为研究对象；分析液面两侧受力情况，建立力的平衡方程；消去横截面积，得到液面两侧的压强平衡方程；求得气体压强．第9页，共66页，2023年，2月20日，星期四【例2】

如图所示，在竖直平面内倾斜放置的U形管，管的一端封闭，内有一段空气柱，U形管的倾角为θ，U形管内水银柱长度L1、L2，如图所示，已知水银密度为ρ，大气压强为p0，则封闭段空气柱的压强为________．【解析】本题若选取如图所示的AB作为等压强的液面，从理论上来说是可以的，但是B至右管液面的高度差不知，无法求出．第10页，共66页，2023年，2月20日，星期四若选取C作为液面，则左右两侧的压强应该相等，即有p＋ρgasinθ＋ρgL2cosθ＝p0＋ρgL1sinθ＋ρgasinθ，解得p＝p0＋ρg(L1sinθ－L2cosθ)．【答案】

p0＋ρg(L1sinθ－L2cosθ)第11页，共66页，2023年，2月20日，星期四2．平衡法欲求用固体(如活塞等)封闭在静止容器中的气体压强，应对固体(如活塞等)进行受力分析，然后根据力的平衡条件求解．第12页，共66页，2023年，2月20日，星期四【例3】

如图所示，一个横截面积为S的圆筒形容器竖直放置，金属圆板的上表面是水平的，下表面是倾斜的，下表面与水平面的夹角为θ，圆板的质量为m，不计圆板与容器内壁的摩擦，若大气压强为p0，则被圆板封闭在容器中的气体的压强等于(

)第13页，共66页，2023年，2月20日，星期四【解析】为求气体的压强，应以封闭气体的圆板为研究对象，圆板受力如图所示，封闭气体对圆板的压力垂直圆板的下表面．由竖直方向合力为零，得【答案】

D

第14页，共66页，2023年，2月20日，星期四3．动力学法当封闭气体所在的系统处于力学非平衡状态时，欲求封闭气体的压强，首先要恰当地选择对象(如与气体相关联的液柱、固体等)，并对其进行正确的受力分析(特别注意分析内、外气体的压力)，然后应用牛顿第二定律列方程求解．【例4】

(原创题)细试管内封有一定质量的气体，静止时气柱长为L0，大气压强为p0，其他尺寸如图所示．当试管绕竖直轴以角速度ω在水平面内匀速转动时气柱长变为L，设温度不变，管横截面积为S，水银密度为ρ，则转动时管内被封气体的压强为(

)第15页，共66页，2023年，2月20日，星期四第16页，共66页，2023年，2月20日，星期四第17页，共66页，2023年，2月20日，星期四第18页，共66页，2023年，2月20日，星期四【例5】

喷雾器内有10L水，上部封闭有1atm的空气2L．如图所示，关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入1atm的空气3L(设外界环境温度一定，空气可看做理想气体)．第19页，共66页，2023年，2月20日，星期四(1)当水面上方气体温度与外界温度相等时，求气体压强，并从微观上解释气体压强变化的原因．(2)打开喷雾阀门，喷雾过程中封闭气体可以看成等温膨胀，此过程气体是吸热还是放热？简要说明理由．【解析】

(1)设气体初态压强为p1＝1atm，体积为V1＝2L＋3L＝5L；末态压强为p2，体积为V2＝2L，由玻意耳定律p1V1＝p2V2

，代入数据得p2＝2.5atm微观解释：温度不变，分子平均动能不变，单位体积内分子数增加，所以压强增加．第20页，共66页，2023年，2月20日，星期四(2)吸热．气体对外做功而内能不变，根据热力学第一定律，可知气体吸热．第21页，共66页，2023年，2月20日，星期四第22页，共66页，2023年，2月20日，星期四第23页，共66页，2023年，2月20日，星期四【例6】

下列说法正确的是(

)A．气体的内能是分子热运动的动能和分子间的势能之和B．气体的温度变化时，其分子平均动能和分子间势能也随之改变C．功可以全部转化为热，但热量不能全部转化为功第24页，共66页，2023年，2月20日，星期四D．热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体E．一定量的气体，在体积不变时，分子每秒平均碰撞次数随着温度降低而减小F．一定量的气体，在压强不变时，分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度降低而增加【答案】

ADEF第25页，共66页，2023年，2月20日，星期四第26页，共66页，2023年，2月20日，星期四【例7】

已知地球半径约为6.4×106m，空气的摩尔质量约为29×10－3kg/mol，一个标准大气压约为1.0×105Pa，利用以上数据可估算出地球表面大气在标准状况下的体积为(

)A．4×1016m3

B．4×1018m3C．4×1020m3 D．4×1022m3第27页，共66页，2023年，2月20日，星期四【答案】

B第28页，共66页，2023年，2月20日，星期四【名师点拨】本题源于1984年全国普通高等学校招生统一考试物理试题原题如下：估算地球大气层空气的总重力．(最后结果取1位有效数字)，(答案：5×1019N)．可谓老题新编．第29页，共66页，2023年，2月20日，星期四2．从分子动理论的角度理解大气压强前面说大气压是大气自身重力产生的，这与在地球表面任取一部分气体的压强约为1.013×105Pa是不矛盾的，这时的压强是大气压的一部分，已经具有由重力产生压强的属性，不可再由取出部分的气体重力产生的．这个压强可从分子动理论的角度理解，即气体分子的碰撞产生的．第30页，共66页，2023年，2月20日，星期四【例8】

一位质量为60kg的同学为了表演“轻功”，他用打气筒给4只相同的气球充以相等质量的空气(可视为理想气体)，然后将这4只气球以相同的方式放在水平放置的木板上，在气球的上方放置一轻质塑料板，如图所示．第31页，共66页，2023年，2月20日，星期四(1)关于气球内气体的压强，下列说法正确的是(

)A．大于大气压强B．是由于气体重力而产生的C．是由于气体分子之间的斥力而产生的D．是由于大量气体分子的碰撞而产生的(2)在这位同学慢慢站上轻质塑料板中间位置的过程中，球内气体温度可视为不变．下列说法正确的是(

)A．球内气体体积变大 B．球内气体体积变小C．球内气体内能变大 D．球内气体内能不变第32页，共66页，2023年，2月20日，星期四(3)为了估算气球内气体的压强，这位同学在气球的外表面涂上颜料，在轻质塑料板面和气球一侧表面贴上间距为2.0cm的方格纸．表演结束后，留下气球与方格纸接触部分的“印迹”如图所示．若表演时大气压强为1.013×105Pa，取g＝10m/s2，则气球内气体的压强为________Pa.(取4位有效数字)第33页，共66页，2023年，2月20日，星期四气球在没有贴方格纸的下层木板上也会留下“印迹”，这一“印迹”面积与方格纸上留下的“印迹”面积存在什么关系？【解析】

(1)由于气球对球内气体的作用，球内气体压强大于大气压强，A选项正确，B选项错误；根据气体的压强的微观理论，可知C选项错误，D选项正确．第34页，共66页，2023年，2月20日，星期四第35页，共66页，2023年，2月20日，星期四【答案】

(1)AD

(2)BD

(3)1.053×105Pa面积相同第36页，共66页，2023年，2月20日，星期四五、浮力的实质浮力产生的原因是压力差，推导如下：如图所示，物块浮在液体中，物块受到向下的p0S，向上的pS，两侧均有对称的作用力，即两侧的合力为零．故压力差ΔF＝pS－p0S＝(p0＋ρgh)S－p0S＝ρghS＝ρgV排＝F浮，即浮力的实质为上下的压力差．第37页，共66页，2023年，2月20日，星期四【例9】

在天花板上用轻弹簧悬挂一支平底试管，将试管口向下竖直插入水银槽中，当处于如图所示的静止状态时，不计管壁厚度，关于弹簧秤对试管作用力的大小，下列正确的说法是(

)第38页，共66页，2023年，2月20日，星期四A．大小等于试管重力B．大小等于试管重力减去水银对试管的浮力C．大小等于试管重力减去管内h高度部分相当的水银的重力D．大小等于试管重力减去内部气体与外界大气对试管压力之差第39页，共66页，2023年，2月20日，星期四【解析】以试管为研究对象，对试管进行受力分析如图所示，试管受到向下的重力mg、大气的向下的压力p0S、试管内被封闭的气体的向上的压力pS、弹簧向上的拉力F，pS＋F＝mg＋p0S，所以F＝mg＋p0S－pS＝mg－(pS－p0S)＝mg－F浮＝mg－ρgV排，故选B、C、D三项．【答案】

BCD第40页，共66页，2023年，2月20日，星期四六、自由落体下的压强变化分析气体压强是大量气体分子频繁碰撞容器壁的结果，在完全失重的情况下，气体对器壁仍产生同样的碰撞结果，温度变化，压强变化．如2013全国新课标Ⅱ33C选项“在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零”，此选项错误．第41页，共66页，2023年，2月20日，星期四【例10】

如图所示，一定质量的空气被水银封闭在静置于竖直平面的U形玻璃管内，右管上端开口且足够长，右管内水银面比左管内水银面高h，能使h变大的原因是(

)第42页，共66页，2023年，2月20日，星期四A．环境温度升高B．大气压强升高C．沿管壁向右管内加水银D．U形玻璃管自由下落【解析】以左端被封闭气体为研究对象，假设被封闭气体压强不变，温度升高，必然导致被封闭体积的增加，则两侧水银柱长度h增加，A选项正确；大气压升高，暗含温度不变，即导致体积减小，h减小，B选项错误；沿管壁向右管内加水银，使被封闭气体的压强增加，而被封闭气体的压强p＝p0＋ρgh，故两侧水银柱长度h增加，C选项正确；

第43页，共66页，2023年，2月20日，星期四U形玻璃管自由下落，水银处于完全失重状态，故被封闭气体的压强等于外界大气压p＝p0，压强减小了，被封闭气体的体积增大，两侧水银柱长度h增加，D选项正确．【答案】

ACD第44页，共66页，2023年，2月20日，星期四七、活塞与弹簧结合问题【例11】如图所示，竖直放置在水平面上的汽缸，其中缸体质量M＝10kg，活塞质量m＝5kg，横截面积S＝2×10－3m2，活塞上部的汽缸里封闭一部分理想气体，下部有气孔a与外界相通，大气压强p0＝1.0×105Pa，活塞的下端与劲度系数为k＝2×103N/m的弹簧相连．当汽缸内气体温度为127℃时，弹簧的弹力恰好为零，此时缸内气柱长为L＝20cm.求：当缸内气体温度升高到多少度时，汽缸对地面的压力为零？(g取10m/s2，活塞不漏气且与汽缸壁无摩擦)

第45页，共66页，2023年，2月20日，星期四第46页，共66页，2023年，2月20日，星期四第47页，共66页，2023年，2月20日，星期四【答案】

827℃第48页，共66页，2023年，2月20日，星期四经典试题汇编1．(2014·重庆)重庆出租车常以天然气作为燃料，加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)(

)A．压强增大，内能减小B．吸收热量，内能增大C．压强减小，分子平均动能增大D．对外做功，分子平均动能减小第49页，共66页，2023年，2月20日，星期四解析质量一定的气体，体积不变，当温度升高时，是一个等容变化，据压强的微观解释：(1)温度升高：气体的平均动能增加；(2)单位时间内撞击单位面积的器壁的分子数增多，可知压强增大．由于温度升高，所以分子平均动能增大，物体的内能变大；体积不变，对内外都不做功，内能增大，所以只有吸收热量，A、C、D选项错误；B选项正确．答案B设置目的考查压强的微观解释第50页，共66页，2023年，2月20日，星期四2.(2014·重庆)如图所示，为一种减震垫，上面布满了圆柱状薄膜气泡，每个气泡内充满体积为V0，压强为p0的气体，当平板状物品放在气泡上时，气泡被压缩，若气泡内气体可视为理想气体，其温度保持不变，当体积压缩到V时气泡与物品接触面的面积为S，求此时每个气泡内气体对接触面处薄膜的压力．第51页，共66页，2023年，2月20日，星期四第52页，共66页，2023年，2月20日，星期四第53页，共66页，2023年，2月20日，星期四3．(2014·新课标全国Ⅰ)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p－T图像如图所示．下列判断正确的是(

)A．过程ab中气体一定吸热B．过程bc中气体既不吸热也不放热C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热D．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小E．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同第54页，共66页，2023年，2月20日，星期四解析由图示可知，ab过程，气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，气体体积不变，外界对气体不做功，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，A选项正确；

第55页，共66页，2023年，2月20日，星期四由图示图像可知，bc过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强减小，由玻意耳定律可知，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体吸热，B选项错误；由图像可知，ca过程气体压强不变，温度降低，由盖－吕萨克定律可知，其体积减小，外界对气体做功，W＞0，气体温度降低，内能减少，ΔU＜0，由热力学第一定律可知，气体要放出热量，过程ca中外界对气体所做的功小于气体所放热量，C选项错误；第56页，共66页，2023年，2月20日，星期四由图像可知，a状态温度最低，分子平均动能最小，D选项正确；由图像可知，bc过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强减小，由玻意耳定律可知，体积增大，b、c状态气体的分子数密度不同，b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，E选项正确．答案ADE设置目的考查压强的微观解释、等容变化等压变化、等温变化第57页，共66页，2023年，2月20日，星期四4.如图所示的是医院用于静脉滴注的示意图，倒置的输液瓶上方有一气室A，密封的瓶口处的橡胶塞上插有两根细管，其中a管与大气相通，b管为输液软管，中间又有一气室B，而其c端则通过针头接入人体静脉．①若气室A、B中的压强分别为pA、pB，则它们与外界大气压强p0的大小顺序应为________．②在输液瓶悬挂高度与输液软管内径确定的情况下，药液滴注的速度是________(填“越滴越慢”“越滴越快”或“恒定”)．第58页，共66页，2023年，2月20日，星期四第59页，共66页，2023年，2月20日，星期四解析①因为a管与大气相通，故可以认为a管上端处压强即为大气压强，这样易得pA＜p0，而pB＞p0，即有pB＞p0＞pA.②当输液瓶的悬挂高度与输液软管的内径确定时，由于a管上端处的压强与人体血管中的压强都保持不变，故b管中的气体的压强也不变，所以药液滴注的速度是恒定不变的．答案①pB＞p0＞pA②恒定设置目的以注射液为背景，考查压强关系的判断，药液的运动第60页，共66页，2023年，2月20日，星期四5．对于一定量的理想气体，下列说法正确的是(

)A．若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变B．若气体的内能不变，其状态也一定不变C．若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大D．气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关E．当气体温度升高时，气体的内能一定增大第61页，共66页，2023年，2月20日，星期四解析由理想气体的状态方程可知，若气体的压强和体积都不变，则其温度不变，其内能也一定不变，A选项正确；若气体的内能不变，则气体的温度不变，气体的压强与体积可能发生变化，气体的状态可能变化，B选项错误；由理想气体的状态方程可知，若气体的温度T随时间升高，体积同时变大，其压强可